Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

с контролируемым натяжением 1

4.20. К выполнению соединений на болтах с контролируемым натяже­нием могут быть допущены рабочие, прошедшие специальное обучение, подтвержденное соответствующим удостоверением.

4.21. В сдвигоустойчивых соединениях соприкасающиеся поверхности деталей должны быть обработаны способом, предусмотренным в проекте.

С поверхностей, подлежащих, а также не подлежащих обработке сталь­ными щетками, необходимо предварительно удалить масляные загрязнения.

Состояние поверхностей после обработки и перед сборкой следует контролировать и фиксировать в журнале (см. обязательное приложение 5).

До сборки соединений обработанные поверхности необходимо предохра­нять от попадания на них грязи, масла, краски и образования льда. При несоблюдении этого требования или начале сборки соединения по прошест­вии более 3 сут после подготовки поверхностей их обработку следует повторить.

4.22. Перепад поверхностей (депланация) стыкуемых деталей свыше 0,5 и до 3 мм должен быть ликвидирован механической обработкой путем образования плавного скоса с уклоном не круче 1:10.

1 Далее — на болтах с контролируемым натяжением.

При перепаде свыше 3 мм необходимо устанавливать прокладки тре­буемой толщины, обработанные тем же способом, что и детали соединения. Применение прокладок подлежит согласованию с организацией — разработ­чиком проекта.

4.23. Отверстия в деталях при сборке должны быть совмещены и зафик­сированы от смещения пробками. Число пробок определяют расчетом на действие монтажных нагрузок, но их должно быть не менее 10 % при числе отверстий 20 и более и не менее двух — при меньшем числе отверстий.

В собранном пакете, зафиксированном пробками, допускается чернота (несовпадение отверстий), не препятствующая свободной без перекоса постановке болтов. Калибр диаметром на 0,5 мм больше номинального диаметра болта должен пройти в 100 % отверстий каждого соединения.

Допускается прочистка отверстий плотно стянутых пакетов сверлом, диаметр которого равен номинальному диаметру отверстия, при условии, что чернота не превышает разницы номинальных диаметров отверстия и болта.

Применение воды, эмульсий и масла при прочистке отверстий запрещается.

4.24. Запрещается применение болтов, не имеющих на головке завод­ской маркировки временного сопротивления, клейма предприятия-изго­товителя, условного обозначения номера плавки, а на болтах климатичес­кого исполнения ХЛ (по ГОСТ 15150—69) — также и букв „ХЛ".

4.25. Перед установкой болты, гайки и шайбы должны быть подготов­лены.

4.26. Заданное проектом натяжение болтов следует обеспечивать затяж­кой гайки или вращением головки болта до расчетного момента закручи­вания, либо поворотом гайки на определенный угол, либо другим спо­собом, гарантирующим получение заданного усилия натяжения.

Порядок натяжения должен исключать образование неплотностей в стягиваемых пакетах.

4.27. Динамометрические ключи для натяжения и контроля натяжения высокопрочных болтов необходимо тарировать не реже одного раза в смену при отсутствии механических повреждений, а также после каждой замены контрольного прибора или ремонта ключа.

4.28. Расчетный момент закручивания М, необходимый для натяжения болта, следует определять по формуле

М = КРd, H × м (кгс × м), (1)

где К — среднее значение коэффициента закручивания, установленное для каждой партии болтов в сертификате предприятия-изготови­теля либо определяемое на монтажной площадке с помощью контрольных приборов;

Р расчетное натяжение болта, заданное в рабочих чертежах, Н (кгс);

d — номинальный диаметр болта, м.

4.29. Натяжение болтов по углу поворота гайки следует производить в следующем порядке:

затянуть вручную все болты в соединении до отказа монтажным ключом с длиной рукоятки 0,3 м;

повернуть гайки болтов на угол 180° ± 30°.

Указанный метод применим для болтов диаметром 24 мм при толщине пакета до 140 мм и числе деталей в пакете до 7.

4.30. Под головку высокопрочного болта и высокопрочную гайку должны быть установлены по одной шайбе по ГОСТ 22355—77. Допуска­ется при разности диаметров отверстия и болта не более 4 мм установка одной шайбы только под элемент (гайку или головку болта), вращение которого обеспечивает натяжение болта.

4.31. Гайки, затянутые до расчетного крутящего момента или поворо­том на определенный угол, дополнительно ничем закреплять не следует.

4.32. После натяжения всех болтов в соединении старший рабочий-сборщик (бригадир) обязан в предусмотренном месте поставить клеймо (присвоенный ему номер или знак).

4.33. Натяжение болтов следует контролировать:

при числе болтов в соединении до 4 — все болты, от 5 до 9 — не менее трех болтов, 10 и более —10% болтов, но не менее трех в каждом сое­динении.

Фактический момент закручивания должен быть не менее расчетного, определенного по формуле (1), и не превышать его более чем на 20%. Отклонение угла поворота гайки допускается в пределах ± 30°.

При обнаружении хотя бы одного болта, не удовлетворяющего этим требованиям, контролю подлежит удвоенное число болтов. В случае обнаружения при повторной проверке одного болта с меньшим значением крутящего момента или с меньшим углом поворота гайки должны быть проконтролированы все болты с доведением момента закручивания или угла поворота гайки каждого до требуемой величины.

Щуп толщиной 0,3 мм не должен входить в зазоры между деталями соединения.

4.34. После контроля натяжения и приемки соединения все наружные поверхности стыков, включая головки болтов, гайки и выступающие из них части резьбы болтов должны быть очищены, огрунтованы, окрашены, а щели в местах перепада толщин и зазоры в стыках зашпатлеваны.

4.35. Все работы по натяжению и контролю натяжения следует регистрировать в журнале выполнения соединений на болтах с контролируемым натяжением.

4.36. Болты во фланцевых соединениях должны быть натянуты на уси­лия, указанные в рабочих чертежах, вращением гайки до расчетного мо­мента закручивания. Контролю натяжения подлежат 100 % болтов.

Фактический момент закручивания должен быть не менее расчетного, определенного по формуле (1), и не превышать его более чем на 10%.

Зазор между соприкасаемыми плоскостями фланцев в местах располо­жения болтов не допускается. Щуп толщиной 0,1 мм недолжен проникать в зону радиусом 40 мм от оси болта.

Дата добавления: 2016-10-23 ; просмотров: 1850 | Нарушение авторских прав

Для того чтобы обеспечить необходимую степень натяжения болтов высокой прочности, закручивание гайки нельзя производить сообразуясь с углом поворота. Натяжение должно происходить только по крутящему моменту.

Обычно затяжка болтов происходит в два захода. Сначала, используя гайковерт, болт затягивается на величину от 50%, до 90% от расчетного усилия, что должно обеспечить необходимую плотность прилегания стыкуемых элементов. Вторым заходом болты дотягивают до требуемой величины натяжения, для этого используют специальные динамометрические ключи, которые позволяют контролировать натяжение болта по крутящему моменту. При этом вторым заходом нельзя использовать инструменты динамического действия, т. е. нельзя применять редкоударные и ударно-импульсные гайковерты.

Стоит отметить, что первоначальное натяжение болтов происходит в момент монтажа соединений и для этого используются импульсно-ударные гайковерты .

При натяжении болта необходимо удерживать его головку от проворачивания, которое должно прекратиться по мере натяжения болта, если этого не происходит, то, как сам болт, так и гайка должны быть заменены.

Дотяжка болтов до расчетной величины натяжения происходит после проверки геометрии конструкции либо ее определенной части, что происходит в соответствии со СНиП 3.06.04-91 , кроме этого, проверяется плотность сжатия всего пакета. Погрешность точности создания крутящего момента ни в коем разе не должна быть больше 15%.

Для донатяжения рекомендуется использовать особые ключи, точнее гидродинамические ключи КЛЦ. Использование ключей данного типа обеспечивает регистрацию величины крутящего момента с погрешностью не более 4%. Кроме этого, возможно применение ручных динамических ключей рычажного типа .

В тоже время натяжение болтов с использованием ключей-мультипликаторов, для которых характерно несоосное вращение валов недопустимо.

Для определения величины прикладываемого крутящего момента используют следующую формулу:

Здесь К — обозначает коэффициент закручивания;

Р — обозначает величину контролируемого натяжения, которая не учитывает потери релаксации, кН;

d — обозначает диаметр резьбы используемого болта в мм.

Величины Р и М кр, характерные для высокопрочных болтов производства Воронежского, Курганского заводов и завода в Улан-Удэ можно узнать ознакомившись с таблицей 2 , болты соответствуют ГОСТ 22353 — ГОСТ 22356 .

Примечание . Значение временного сопротивления материалов, используемых при изготовлении болтов равно 1078 МПа; климатическое исполнение У и ХЛ.

В случае если натяжение болта осуществлялось путем закручивания головки, величина самого крутящего момента должна быть увеличена на 5%.

Если были использованы болты, выполненные по ГОСТ 22353 — ГОСТ 22356 производства других заводов или они имеют специальное антикоррозийное покрытие тогда коэффициент закручивания определяется отдельно для каждого конкретного случая согласно ГОСТ 22356 либо приложения А данного СТП. В данном случае полученные значения не должны выходить за рамки определенные п. 1.9 ГОСТ 22356, а это величины в пределах от минимум 0,14 до максимум 0,2.

Натяжение болтов должно начинаться с мест, где наблюдается наиболее плотное прилегание стыкуемых элементов, и продолжаться в направлении менее плотного прилегания. Донатяжение болтов происходит от центра конструкции к ее краям. При этом болты, которые находятся в непосредственной близости от монтажных пробок, после удаления последних должны дотягиваться.

Все динамометрические ключи должны проходить периодическую тарировку, которая осуществляется согласно приложению К . Результаты тарировки в обязательном порядке заносятся в соответствующий журнал, предназначенный для учета всех выполненных соединений с контролируемым натяжением болтов.

В состав комплекта, предназначенного для натяжения болтов высокой прочности, диаметр которых равен 22, 24 или 27 мм входят и ключи КЛЦ. Комплект оборудования согласно приложения И включает в себя гидродинамометрические ключи КЛЦ-110, их здесь два и один ключ КЛЦ-160. Также в комплекте есть пневмогидро насос НПГ-250 и тарировочное устройство типа УТ-1.

Читайте также:  Какой цанговый газовый баллон лучше

Стоит отметить, что работы по натяжению болтов могут выполнять только специально подготовленные рабочие, которые должны изучить характеристики и принцип работы оборудования, усвоить правила эксплуатации оборудования и технологию натяжения и сдавшие экзамен на право допуска к подобным работам. Для обучения рабочих используются требования СТП и соответствующие инструкции по эксплуатации используемого оборудования.

Все технологические процессы, а именно подготовка инструмента к работе, его хранение и содержание, непосредственно натяжение болтов должны проходить в полном соответствии с соответствующими инструкциями по их эксплуатации.

Тарирование КЛЦ-ключей проводится непосредственно перед их первым применением и затем после натяжение 1000 и 2000 болтов . После этого тарирование необходимо проводить каждый раз после натяжения 5000 болтов либо в случае замены таких составных элементов ключа как гидроцилиндр или цепной барабан.

Тарирование ручных ключей должно проводиться каждые 4 часа беспрерывной работы, но при этом не менее двух раз за смену. Для этого используется способ подвески контрольного груза. В любом случае к тарированию допускается только подготовленный персонал, и оно должно проводиться при непосредственном присутствии ответственного лица.

При тарировании погрешность крутящего момента должна быть не более 5%. Если погрешность превысила допустимые значения сам ключ, а также тарировочное устройство осматриваются и все обнаруженные неисправности устраняются. Если после этого погрешность выходит за пределы нормы, ключи должны быть подвергнуты обработке и последующему ремонту.

В процессе натяжения высокопрочных болтов должно быть обеспечено приложение к болту рассчитанного по указанной выше формуле крутящего момента. При этом величина создаваемого крутящего момента должна контролироваться в момент поворота ключа. Стоит отметить, что затяжка болтов должна происходить плавно без каких-либо рывков. Как только крутящий момент достигнет требуемой величины, натяжка прекращается.

Для обеспечения работы таких ключей как ключи КЛЦ-110 и КЛЦ-160 в ограниченном пространстве в комплекте предусмотрено наличие противомоментных упоров, приложение И. п. И.1.1 .

1.126. Огневая обработка допускается при толщине металла не менее 5 мм.
Перегрев металла при огневой обработке не допускается.
После огневой обработки отставшая окалина и продукты сгорания (шлак) должны быть удалены.
До полного закрепления соединений высокопрочными болтами их следует предохранять от попадания масла и, как правило, влаги.
С поверхностей, подлежащих обработке стальными щетками, необходимо предварительно удалить жировые загрязнения. Состояние поверхности после обработки и перед сборкой должно контролироваться.
1.127. Перепад поверхностей (депланация) стыкуемых деталей не должен превышать 0,5 мм. Величина перепада определяется до постановки деталей, перекрывающих соединения, с помощью линейки и щупа в зоне первого от стыка ряда отверстий.
В случае перепада плоскостей стыкуемых деталей от 0,5 до 3 мм на выступающей детали должен быть сделан скос с уклоном 1:10. Образование скоса кислородной и воздушно-дуговой резкой запрещается.
При перепадах, превосходящих 3 мм, необходимо применять прокладки из стали той же марки, что и конструкции, обработанные с двух сторон тем же способом, каким обрабатывались детали соединения.
1.128. Сборка соединений на высокопрочных болтах должна выполняться сразу на постоянных болтах с установкой пробок в количестве 10% от числа отверстий. Постановка временных болтов запрещается.
1.129. Сборщики, занятые на постановке высокопрочных болтов, должны иметь удостоверение о допуске к работам по выполнению соединений на высокопрочных болтах.
1.130. Высокопрочные болты, гайки и шайбы перед постановкой в конструкции должны быть очищены от грязи, консервирующей смазки и подготовлены так, чтобы при натяжении обеспечивались нормативные значения коэффициентов закручивания и исключалось загрязнение контактных поверхностей.
1.131. Заданное проектом натяжение болта следует обеспечивать затяжкой гайки динамометрическим ключом до расчетного крутящего момента, либо поворотом гайки на определенный угол по специальным инструкциям. Динамометрические ключи для натяжения высокопрочных болтов, имеющие в своем составе гидравлическое или механическое устройство, необходимо тарировать 2 раза в смену (перед началом и в середине смены).
1.132. Порядок натяжения высокопрочных болтов в соединениях должен исключать образование неплотностей в стягиваемых пакетах.
1.133. Величина крутящего момента (Мкр), необходимого для натяжения высокопрочных болтов, определяется по формуле

где k — коэффициент закручивания, устанавливаемый стандартами или техническими условиями на болты;
Р — заданное усилие натяжения болта;
d — номинальный диаметр болта.
Отклонение фактического крутящего момента от момента, определяемого по формуле (1), не должно превышать 0;+20%.
1.134. Под головки и гайки высокопрочных болтов должны быть поставлены термически обработанные шайбы — по одной шайбе под каждую головку и гайку.
1.135. Гайки, затянутые до крутящего момента, определяемого в соответствии с требованиями п.1.133 настоящей главы, или поворотом на определенный угол, ничем дополнительно не закрепляются.
1.136. В соединениях, в которых проектом наряду с постановкой высокопрочных болтов предусмотрена приварка деталей валиковыми швами, сварка должна производиться после постановки всех высокопрочных болтов и затяжки их на заданное усилие.
После сварки необходимо провести контрольную проверку натяжения всех высокопрочных болтов.
1.137. После окончательной затяжки всех болтов в соединении до заданного усилия сборщик обязан проставить присвоенный ему номер или знак в предусмотренном месте.
1.138. Натяжение болтов должно контролироваться выборочной проверкой: при количестве болтов в соединении до 5 шт. контролируется 100% болтов, при количестве болтов от 6 до 20 шт. — не менее 5 шт. и при большем количестве — не менее 25% болтов в соединении; если при контроле обнаружится хотя бы один болт, натяжение которого не удовлетворяет требованиям п.1.133 настоящей главы, то контролю подлежат 100% болтов в соединении. При этом натяжение болтов должно быть доведено до требуемой величины.
После контроля головки болтов должны быть окрашены. Все соединение должно быть зашпатлевано по контуру.
Работы должны регистрироваться в журналах контроля подготовки стыков и постановки высокопрочных болтов.

В начале моей трудовой деятельности я не вникал в марки болтов, их прочность приоритет был размеры болтов и гаек, но конечно в заявках я указывал болты с характеристиками из проекта. Как выяснилось, это было не правильно и кроме размеров необходимо обращать внимание и на характеристики болтов.

Технической литературы вроде вот этой «Рекомендации по надзору и технической эксплуатации монтажных соединений на высокопрочных болтах стальных строительных конструкций зданий и сооружений Министерства металлургии СССР» или «ГОСТ Р 52644-2006 Болты высокопрочные с шестигранной головкой с увеличенным размером под ключ» не читал, если и читал в институте, то не помню.

Давайте разберемся, что такого необычного в высокопрочных болтах. К данной группе относятся изделия, у которых сопротивление к временным нагрузкам равно 800 МПа. Класс прочности начинается с 8.8 для болтов и 8 для гаек.

Что обозначают цифры 8.8? Первое число, умноженное на 10 показывает величину минимального временного сопротивления в кгс/мм2, второе число так же умноженное на 10 указывает отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах.

Например, первая цифра 8х10=80 кгс/мм2 это значение минимального временного сопротивление металла σ в, отношение предела текучести σ т к временному сопротивлению σ в в процентах равно 8×10 = 80 %.

Предел текучести рассчитывается умножением первой цифры маркировки на вторую 8х8=64 кгс/мм2.

На наших болтах соединяющие балку имеется обозначение:

  1. D15.3 болт щелковского завода.
  2. 10.9 – минимальное временное сопротивление болта равно 10.9 кгс/мм2
  3. SXЛ – S обозначает увеличенный размер шестигранной головки под ключ, ХЛ – обозначает, что данные болты могут использоваться в районах с температурой опускающейся от -40 до -65 градусов.

Если вы не смогли найти болты с заданными характеристиками по проекту, то разрешается их замена в большую сторону, например вместо 8.8 использовать болты 10.9.

Особенностью соединений высокопрочных болтов является то, что усилия воспринимаются не срезом болтов и смятием стенки, а силами трения между соединенными поверхностями. Исходя из этого, большое внимание необходимо уделять к поверхностям соединений удалять ржавчину и грязь.

Недостаточное натяжение болтов приведет к «проскальзыванию» элементов и болты будут работать на срез, а элементы на смятие, что приведет к деформации конструкции и разрушению болтов.

Подготовка высокопрочных болтов, гаек и шайб

Проработав на объектах по сборке металлоконструкций никто высокопрочные болты перед монтажом не подготавливал. Болты на объект привозили с заводской смазкой и их сразу пускали в дело. Оказывается, это было не правильно и способ их подготовки меня удиви, не много.

Что необходимо сделать с высокопрочными болтами перед их установкой и после. Кто первый раз будет работать с высокопрочными болтами, не прочитав рекомендаций, никогда не догадается, что перед применением их надо прокипятить в воде с бытовым стиральным порошком или моющим раствором.

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Подготовка высокопрочных болтов

Это делается для того чтоб удалить заводское масло, окалину, грязь произвести визуальный осмотр болтов на наличие трещин, произвести прогонку отбракованных болтов и гаек.

Подготовка высокопрочных болтов, гаек и шайб

4.1.1. Технологический процесс подготовки метизов включает расконсервацию, очистку от грязи и ржавчины, прогонку резьбы отбракованных болтов и гаек, нанесение смазки.

4.1.2. Существуют два способа обработки метизов. В решетчатой таре (при малых объёмах — в ведре с пробитыми дырками) укладываются метизы; в чистой бочке кипятится вода, по возможности, с моющим раствором либо бытовым стиральным порошком. Ведро окунается в воду и кипятится 10-15 минут. После этого, когда, вода сольется, метизы опускается на 1-2 минуты в ёмкость со смесью бензина (85 %) и минерального масла типа "автол" (15 %), затем вынимают. С нагретых метизов бензин быстро испаряется, а масло в виде тонкой пленки остается на поверхности. Такой способ обеспечивает выравнивание коэффициента закручивания до 0,18.

Читайте также:  Твердость металлов по шкале мооса

Перед установкой в конструкцию смазывают резьбовую часть маслом. В рекомендациях прописывают после кипячения окунуть болты в смесь бензина с маслом.

Высокопрочный болт устанавливается с двумя шайбами одна со стороный болта, вторая со стороны гайки.

Затяжка высокопрочных болтов

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

По проекту в Мытищах фланцевые соединения балок затягиваются высокопрочными болтами из стали 40Х «селект» с нормативным временным сопротивлением 11 тс/см2. Величина предварительного натяжения болтов М24 составляет 24,4 тс.

Каким способом создать такое усилие при затягивание болтов? Для этого применяют специальные динамометрические ключи. Данные ключи показывают силу натяжение. В видео расположенном ниже показано, как затягивают болты динаметрическим ключом. При получение заданного усилие ручка ключа «ломается».

Кроме этого качество затяжки конструкции проверяют щупом толщиной 0,1 мм в зоне радиуса от оси болта 40 мм, щуп не должен проходить.

После приемки соединений работником ИТР, стыки по контуру грунтуются ФЛ-03Л ГФ-021 с добавлением сухого пигмента до консистенции исключающей затекание грунтовки внутрь соединения или зашпаклевывают стыки.

Как заполнять журнал постановки высокопрочных соединений читаем и смотрим примеры в данной .

Оставляем комментарии к данной статье высокопрочные болты.

Момент затяжки болтов – это сила, которая прикладывается к гайке при навинчивании ее на резьбовой стержень болта. Очень важно правильно ее рассчитать. Если она будет слишком маленькая, то воздействие нагрузок приведет к отвинчиванию гайки. При сильной затяжке произойдет разрушение метиза и, соответственно, всей конструкции.

В наше время значения крутящих моментов для резьбовых сталей рассчитаны и занесены в различные справочники. Чтобы облегчить ваши поиски, ниже приведены таблицы со справочными значениями крутящего момента и предварительных усилий затяжки для высокопрочных болтов с нормальным (крупным) и мелким шагами резьбы.

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Существует два метода затяжки болтов :

1. Неконтролируемый – при данном методе используется оборудование или операции, при которых усилия, приложенные к крепежу не могут быть измерены. Нагрузка, действующая на крепление, обеспечивается с помощью молотка и гаечного ключа.

2. Контролируемый метод затяжки – он обеспечивается с помощью использования калиброванного и / или измеряемого оборудования, соблюдения предписанных операций. Данный метод может осуществляться двумя способами:

  • Затяжка с помощью динамометрического инструмента – нагрузка на крепежную пару достигается с помощью контролируемого использования инструмента.
  • Натяжение болта – необходимая нагрузка на крепежные элементы достигается путем натяжения болта в осевом направлении с использованием специальных инструментов.

Контролируемый метод затяжки имеет ряд преимуществ перед неконтролируемым:

– использование инструментов позволить применить более значительные усилия не опасаясь разрушения крепежа.

2) Равномерность нагрузки – равномерность действия сил очень важна для узлов, в которых применяются уплотнительные прокладки, поскольку для них необходимо равномерное сжатие.

3) Безопасность работы – использование инструментов позволяет уменьшить риск травм, так как работники должны иметь соответствующую подготовку, перед работой с оборудованием.

4) Повышение производительности – время выполнения затяжки с помощью инструмента намного меньше, чем вручную, соответственно, снижается утомляемость рабочих и повышается производительность.

5) Достижение нужного результата с первого раза.

Информационный блог о строительстве зданий

  • Home
  • /
  • Стальные конструкции
  • /
  • Расчет и проектирование болтового соединения

Стальные конструкции на строительной площадке почти всегда соединяются при помощи болтового соединения и у него есть много преимуществ перед другими способами соединения и прежде всего сварным соединением — это простота монтажа и контроля качества соединения.

Из недостатков можно отметить большую металлоемкость по сравнению со сварным соединением т.к. в большинстве случаев нужны накладки. Кроме того отверстие для болта ослабляет сечение.

Видов болтового соединения великое множество, но в данной статье рассмотрим классическое соединение, применяемое в строительных конструкций.

Нормативные документы и рекомендуемая литература по болтовым соединениям

СНиП II-23-81 Стальные конструкции

СП 16.13330.2011 Стальные конструкции (Актуализированная редакция СНиП II-23-81)

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

СП 70.13330.2011 Несущие и ограждающие конструкции (Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87)

СТО 0031-2004 Болтовые соединения. Сортамент и области применения

СТО 0041-2004 Болтовые соединения. Проектирование и расчет

СТО 0051-2006 Болтовые соединения. Изготовление и монтаж

Виды болтовых соединений

По числу болтов: одноболтовые и многоболтовые. Думаю смысл объяснять не нужно.

По характеру передачи усилия от одного элемента к другому:

Не сдвигоустойчивые и сдвигоустойчивые (фрикционные). Чтобы понять смысл этой классификации рассмотрим как в общем случае работает болтовое соединение при работе на срез.

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Как видим болт сжимает 2-е пластины и часть усилия воспринимается силами трения. Если болты сжимают пластины не достаточно сильно то происходит проскальзывание пластин и усилие Q воспринимается болтом.

Расчет не сдвигоустойчивых соединений подразумевает, что сила затяжки болтов не контролируется и вся нагрузка передается только через болт без учета возникающих сил трения. Такое соединение называют соединение без контролируемого натяжения болтов.

В сдвигоустойчивых или фрикционных соединениях используют высокопрочные болты которые затягивают пластины с такой силой, что нагрузка Q передается посредством сил трения между 2-мя пластинами. Такое соединение может быть фрикционным или фрикционно-срезным, в первом случае при расчете учитываются только силы трения, во втором учитываются силы трения и прочность болта на срез. Хотя и фрикционно-срезное соединение более экономичное, но практически его реализовать в многоболтовом соединении очень трудно — нет уверенности что все болты одновременно смогут нести нагрузку на срез, поэтому фрикционное соединение лучше рассчитывать без учета среза.

При больших сдвигающих нагрузках фрикционное соединение более предпочтительно т.к. металлоемкость данного соединения меньше.

Виды болтов по классу точности и их применение

Болты класса точности А — данные болты устанавливают в отверстия рассверленные на проектный диаметр (т.е. болт встает в отверстие без зазора). Изначально отверстия делают меньшего диаметра и поэтапно рассверливают до нужного диаметра. Диаметр отверстия в таких соединениях не должен быть больше диаметра болта больше чем на 0,3 мм. Сделать такое соединение крайне сложно, поэтому в строительных конструкциях они практически не используются.

Болты класса точности B (нормальной точности) и С (грубой точности) устанавливают в отверстия на 2-3 мм больше диаметров болтов. Разница между этими болтами заключается в погрешности диаметра болта. Для болтов класса точности B фактический диаметр может отклонится не более чем на 0,52 мм, для болтов класса точности C до 1 мм (для болтов диаметром до 30 мм).

Для строительных конструкций как правило применяют болты класса точности В т.к. в реалиях монтажа на строительной площадке добиться высокой точности практически невозможно.

Виды болтов по прочности и их применение

Для углеродистых сталей класс прочности обозначают двумя цифрами через точку.

Существуют следующие классы прочности болтов: 3.6; 3.8; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.

Первая цифра в классификации предела прочности болтов обозначает предел прочности болта при растяжении — одна единица обозначает предел прочности в 100 МПа, т.е. предел прочности болта класса прочности 9.8 равен 9х100=900 МПа (90 кг/мм²).

Вторая цифра в классификации класса прочности обозначает отношение предела текучести к пределу прочности в десятках процентов — для болта класса прочности 9.8 предел текучести равен 80% от предела прочности, т.е. предел текучести равен 900 х 0.8 = 720 МПа.

Что означают данные цифры? Давайте посмотрим на следующую диаграмму:

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Здесь приведен общий случай испытания стали на растяжение. На горизонтальной оси обозначено изменение длины испытуемого образца, по вертикали — прилагаемое усилие. Как видим из диаграммы при увеличении усилия длина болта изменяется линейно только на участке от 0 до точки А, напряжение в этой точке и есть предел текучести, далее при не большом увеличении нагрузки болт растягивается уже сильнее, в точке Д болт ломается — это есть предел прочности. В строительных конструкциях необходимо обеспечить работу болтового соединения в пределах предела текучести.

Класс прочности болта должен быть указан на торцевой или боковой поверхности головки болта

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Если на болтах нет маркировки, то скорее всего это болты класса прочности ниже 4.6 (их маркировка не требуется по ГОСТ). Применение болтов и гаек без маркировки запрещается согласно СНиП 3.03.01.

На высокопрочных болтах дополнительно указывается условное обозначение плавки.

Для применяемых болтов требуется применять соответствующие им классу прочности гайки: для болтов 4.6, 4.8 применяются гайки класса прочности 4, для болтов 5.6, 5.8 гайки класса прочности 5 и т.д. Можно заменить гайки одного класса прочности на более высокие (например если удобнее комплектовать на объект гайки одного класса прочности).

При работе болтов только на срез допускается применять класс прочности гаек при классе прочности болтов: 4 – при 5.6 и 5.8; 5 – при 8.8; 8 – при 10.9; 10 – при 12.9.

Для болтов из нержавеющей стали также наносится маркировка на головке болта. Класс стали — А2 или А4 и предел прочности в кг/мм² — 50, 70, 80. Например А4-80: марка стали А4, прочность 80 кг/мм²=800 МПа.

Читайте также:  И разновидности корпуса для подшипников

Класс прочности болтов в строительных конструкциях следует определять согласно таблице Г.3 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Рекомендуется использовать использовать более прочные болты, чтобы уменьшить его диаметр и соответственно меньше ослаблять сечение.

Выбор марки стали болта

Марку стали болтов следует назначать согласно таблице Г.4 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Подбор диаметра болта для строительных конструкций

Для соединений строительных металлических конструкций следует применять болты с шестигранной головкой нормальной точности по ГОСТ 7798 или повышенной точности по ГОСТ 7805 с крупным шагом резьбы диаметров от 12 до 48 мм классов прочности 5.6, 5.8, 8.8 и 10.9 по ГОСТ 1759.4, шестигранные гайки нормальной точности по ГОСТ 5915 или повышенной точности по ГОСТ 5927 классов прочности 5, 8 и 10 по ГОСТ 1759.5, круглые шайбы к ним по ГОСТ 11371 исполнение 1 класса точности А, а также болты, гайки и шайбы высокопрочные по ГОСТ 22353 — ГОСТ 22356 диаметров 16, 20, 22, 24, 27, 30, 36, 42 и 48 мм.

Диаметр и количество болтов подбираются так, чтобы обеспечить необходимую прочность узла.

Если через соединение не передаются значительные нагрузки, то можно использовать болты М12. Для соединения нагруженных элементов рекомендуется использовать болты от М16, для фундаментов от М20.

Не рекомендуется применение соединений, в которых суммарная толщина соединяемых элементов превышает:

для болтов М12 — 40 мм;

для болтов М16 — 50 мм;

для болтов М20 — 60 мм;

для болтов М24 — 100 мм;

для болтов М27 — 140 мм.

Диаметр отверстия под болт

Для болтов класса точности А отверстия выполняют без зазора, но использовать такое соединение не рекомендуется ввиду большой сложности его изготовления. В строительных конструкциях, как правило, используют болты класса точности B.

Для болтов класса точности В диаметр отверстия можно определить по следующей таблице:

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Расстояния при размещении болтов

Расстояния при размещении болтов следует принимать согласно таблице 40 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

В стыках и узлах болты необходимо располагать ближе друг к другу , а конструктивные соединительные болты (служащие для соединения деталей без передачи значимых нагрузок) на максимальных расстояниях.

Допускается крепить детали одним болтом.

Выбор длины болта

Длину болта определяем следующим образом: складываем толщины соединяемых элементов, толщины шайб и гаек, и добавляем 0,3d (30% от диаметра болта) и далее смотрим сортамент и подбираем ближайшую длину (с округлением в большую сторону). Согласно строительным нормам болт должен выступать из гайки как минимум на один виток. Слишком длинный болт использовать не получится т.к. резьба имеется только на конце болта.

Для удобства можно воспользоваться следующей таблицей (из советского справочника)

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

В болтовых соединениях работающих на срез, при толщине наружного элемента до 8 мм, резьба должна находиться вне пакета соединяемых элементов; в остальных случаях резьба болта не должна входить вглубь отверстия более чем на половину толщины крайнего элемента со стороны гайки или свыше 5 мм. Если выбранная длина болта не соответствует этому требованию, то необходимо увеличить длину болта так, чтобы это требование выполнялось.

Болт работает на срез, толщина скрепляемых элементов 2х12 мм, согласно расчету принят болт диаметром 20 мм, толщина шайбы 3 мм, толщина пружинной шайбы 5 мм, толщина гайки 16 мм.

Минимальная длина болта равна: 2х12+3+5+16+0,3х20=54 мм, согласно ГОСТ 7798-70 выбираем болт М20х55. Длина нарезаной части болта составляет 46 мм, т.е. условие не удовлетворяется т.к. резьба должна входить вглубь отверстия не более чем на 5 мм, поэтому увеличиваем длину болта до 2х12+46-5=65 мм. Согласно нормам можно принять болт М20х65, но лучше использовать болт М20х70, тогда вся резьба будет вне отверстия. Пружинную шайбу можно заменить на обычную и добавить еще одну гайку (очень часто так делают т.к. применение пружинных шайб ограничено).

Мероприятия про предотвращению отвинчиванию болтов

Для того, чтобы крепление со временем не ослабло требуется использовать 2-ю гайку или стопорные шайбы, предотвращающие отвинчивание болтов и гаек. Если болт работает на растяжение, то необходимо использовать 2-ой болт.

Также есть специальные гайки со стопорным кольцом или фланцем.

Применять пружинные шайбы при овальных отверстиях запрещено.

Установка шайб

Под гайку необходимо устанавливать не более одной шайбы. Также допускается устанавливать одну шайбу под головкой болта.

Прочностной расчет болтового соединения

Болтовое соединение можно разделить на следующие категории:

1) соединение работающее на растяжение;

2) соединение работающее на срез;

3) соединение работающее на срез и растяжение;

4) фрикционное соединение (работающее на срез, но с сильным натяжением болтов)

Расчет болтового соединения, работающего на растяжение

В первом случае прочность болта проверяется по формуле 188 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

где Nbt — несущая способность одного болта на растяжение;

Rbt — расчетное сопротивление болта на растяжение;

Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

Расчет болтового соединения, работающего на срез

Если соединение работает на срез, то необходимо проверить 2-а условия:

расчет на срез по формуле 186 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

где Nbs — несущая способность одного болта на срез;

Rbs — расчетное сопротивление болта на срез;

Ab — площадь сечения болта брутто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

ns — число срезов одного болта (если болт соединяет 2-е пластины, то число срезов равно одному, если 3-и, то 2-а и т.д.);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

и расчет на смятие по формуле 187 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

где Nbp — несущая способность одного болта на смятие;

Rbp — расчетное сопротивление болта на смятие;

db — наружный диаметр стрежня болта;

∑t — наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении (если болт соединяет 2-е пластины, то принимается толщина одной самой тонкой пластины, если болт соединяет 3 пластины, то считается сумма толщин для пластин, которые передают нагрузку в одном направлении и сравнивается с толщиной пластины, передающей нагрузку в другом направлении и берется наименьшее значение);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0)

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

Расчетные сопротивления болтов можно определить по таблице Г.5 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Расчетное сопротивление Rbp можно определить по таблице Г.6 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Расчетные площади сечения болтов можно определить по таблице Г.9 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Расчет соединения, работающего на срез и растяжение

При одновременном действии на болтовое соединение усилий,вызывающих срез и растяжение болтов, наиболее напряженный болт, наряду спроверкой по формуле (188), следует проверять по формуле 190 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

где Ns, Nt — усилия, действующие на болт, срезывающие и растягивающие соответственно;

Nbs, Nbt — расчетные усилия, определяемые по формулам 186 и 188 СП 16.13330.2011

Расчет фрикционного соединения

Фрикционные соединения, в которых усилия передаются через трение, возникающее по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов вследствие натяжения высокопрочных болтов, следует применять: в конструкциях из стали с пределом текучести свыше 375 Н/мм² и непосредственно воспринимающих подвижные, вибрационные и другие динамические нагрузки; в многоболтовых соединениях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ограничения деформативности.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле 191 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

где Rbh — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям 6.7 СП 16.13330.2011;

Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

μ — коэффициент трения между поверхностями соединяемых деталей (принимается по таблице 42 СП 16.13330.2011);

γh — коэффициент, принимаемый по таблице 42 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

Количество необходимых болтов для фрикционного соединения можно определить по формуле 192 СП 16.13330.2011

Формула расчета затяжки высокопрочных болтов

где n — требуемое количество болтов;

N — нагрузка, действующая на соединение;

Qbh — расчетное усилие, которое воспринимает один болт (расчитывается по формуле 191 СП 16.13330.2011, расписано чуть выше);

к — количество плоскостей трения соединяемых элементов (обычно 2-а элемента соединяют через 2-е накладные пластины, расположенные с разных сторон, в этом случае к=2);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011;

γb — коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от количества болтов, требуемых для восприятия усилия и принимаемый равным:

This article has 25 Comments

Вам надо собственные справочники и примеры расчета делать! Реально, я бы купил! Очень подробно и доступно все расписано

Спасибо!
Вот пишу, причем бесплатно, всегда можете зайти на сайт и посмотреть. В планах еще много статей, но времени катастрофически не хватает.

Спасибо за Ваш труд. Подробно и понятно.
С уважением