Несущая способность болта на срез

Расчет нахлесточного болтового соединения листов стали на болтах обычной прочности

Задача: Выполнить проверку нахлесточного соединения листов размером 500х12 мм на болтах обычной прочности из стали марки С245 на действие срезающего усилия.

Источник: Металлические конструкции : учебник для студ. Учреждений высш. проф. Образования / [Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева и др.] ; под. Ред. Ю. И. Кудишина. — 13-е изд., испр. — М. : Издательский центр «Академия», 2011. – C. 165.

Соответствие нормативным документам: СНиП II-23-81*, СП 16.13330, ДБН В.2.6-163:2010.

Имя файла с исходными данными:

2.1 SNiP.sav;	2.1 SP2011.sav;
отчет — Kristall 2.1 SNiP.doc	отчет — Kristall 2.1 SP2011.doc

Исходные данные из источника:

N = 1000 кН	Усилие среза;
R_bp = 450 МПа	Сталь марки C245; Толщина пластин: двух внешних – 8 мм, внутренней – 12 мм;
R_bs = 200 МПа	Болты класса прочности 5.8, точности В; Диаметр болтов 20 мм, диаметр отверстий 23 мм;
γ_c = 1	Коэффициент условий работы конструкции;
γ_b = 0,9	Коэффициент условий работы болтового соединения.

Исходные данные КРИСТАЛЛ:

Сталь: C245

Группа конструкций по приложению В СП 16.13330.2011 2

Коэффициент надежности по ответственности

Коэффициент условий работы

Коэффициент условий работы соединяемых элементов

Расчетное сопротивление срезу болтов R_bs

Расчетное сопротивление смятию болтовых элементов R_bp

Диаметр болтов 20 мм
Диаметр отверстий 23 мм
Класс болтов 5.8
Класс точности B или C

m = 5
n = 1
a = 60 мм
b = 60 мм
c = 50 мм
t = 8 мм
t₀ = 12 мм

Усилия:
N = 101,937 Т
M_y = 0 Т*м
Q_z = 0 Т

Ручной расчет (СП 16.13330):

1. Расчетное сопротивление болтов на срез вычислялось как R_bs = 0.41R_bun = 0.41 × 500 = 205 МПа (см. табл. 5).

2. Расчетное сопротивление болтов на смятие принималось как R_bp = 1.35R_u = 1.35 × 360 = 486 МПа (см. табл. 5).

3. Несущая способность болтов на срез вычислялась по формуле:

\[ N_ =R_ A_ n_ \gamma_ \gamma_ =205\times 10^\times 3,14\times 10^\times 2\times 1,0\times 0,9=115,866 \quadкН. \]

4. Несущая способность болтов на смятие вычислялась по формуле:

\[ N_ =R_ D\left( <\sum\limits_i > > \right)_ <\min >\gamma_ \gamma_ =486\times 10^\times 20\times 12\times 10^\times 1,0\times 0.9=104.976 \quad кН. \]

Ручной расчет (СНиП II-23-81*):

1. Расчетное сопротивление болтов на срез вычислялось как R_bs = 0.4R_bun = 0.4 × 500 = 200 МПа (см. табл. 5*).

2. Расчетное сопротивление болтов на смятие принималось как (см. табл. 5*):

3. Несущая способность болтов на срез вычислялась по формуле:

\[ N_ =R_ A_ n_ \gamma_ \gamma_ =200\times 10^\times 3,14\times 10^\times 2\times 1,0\times 0,9=113,04 \quad кН. \]

4. Несущая способность болтов на смятие вычислялась по формуле:

\[ N_ =R_ D\left( <\sum\limits_i > > \right)_ <\min >\gamma_ \gamma_ =447,95\times 10^\times 20\times 12\times 10^\times 1,0\times 0,9=96,7575 \quad кН. \]

Сравнение решений:

3.6 Расчетная несущая способность одиночных крепежных деталей

Примечание — Если предварительное натяжение не учитывается при расчете, см. примечание к таблице 3.2.

Расчетные значения несущей способности на растяжение и на срез по резьбовой части болта, приведенные в таблице 3.4, следует применять только для болтов, изготовленных в соответствии со ссылочными стандартами группы 4 (см. 1.2.4). Для элементов с резьбой, таких как фундаментные болты или стержни связей (тяжи), изготовленных из круглого проката с резьбой, выполненной по EN 1090, следует использовать соответствующие значения из таблицы 3.4. Для болтов, резьба которых не соответствует EN 1090, соответствующие значения из таблицы 3.4 следует умножать на коэффициент 0,85.
Расчетное значение несущей способности на срез F_v_,_Rd, приведенное в таблице 3.4, следует использовать только для болтов в отверстиях с номинальным зазором, не превышающим зазор для нормальных отверстий, установленый в ссылочных стандартах группы 7 (см. 1.2.7).
Болты М12 и М14 можно использовать также в отверстиях с зазором, равным 2 мм при условии, что расчетное значение несущей способности группы болтов на смятие больше или равно расчетному значению несущей способности группы болтов на срез. Кроме того, для болтов классов прочности 4.8, 5.8, 6.8, 8.8 и 10.9 расчетное значение несущей способности на срез F_v,Rd следует принимать равным значению, приведенному в таблице 3.4, умноженному на 0,85.
Призонные болты следует рассчитывать аналогично расчету болтов, установленных в нормальные отверстия.
Резьба призонных болтов не должна располагаться в плоскости среза.

Таблица 3.4 — Несущая способность одиночных крепежных деталей, подверженных срезу и/или растяжению

Срез одной плоскости

а) если плоскость среза проходит через резьбовую часть болта (A = A_s, где A_s — площадь сечения болта нетто):

для болтов классов прочности 4.6, 5.6 и 8.8

для болтов классов прочности 4.8, 5.8, 6.8 и 10.8

б) если плоскость среза проходит через гладкую часть болта (A — поперечное сечение болта брутто)

где _b — наименьшее из _d, и 1,0;

для крайних болтов

для средних болтов

б) поперек усилия:

для крайних болтов

k₁ — наименьшее из и 2,5;

для средних болтов

k₁ — наименьшее из и 2,5

Потеря несущей способности на растяжение 2)

где k₂ = 0,63 — для болта с потайной головкой;

k₂ = 0,9 — в остальных случаях

Проверка не требуется

Совместное действие среза и растяжения

Окончание таблицы 3.4

1) Несущая способность на смятие F_b_,_Rd болтов составляет:

— для отверстий с большим зазором — 0,8 несущей способности на смятие болтов, установленных в нормальные отверстия;

— для овальных отверстий при передаче нагрузки перпендикулярно продольной оси отверстия — 0,6 от несущей способности на смятие болтов, установленных в нормальные круглые отверстия.

2) Для болтов с потайной головкой:

— несущая способность на смятие F_b_,_Rd определяется из условия равенства толщины элемента t толщине присоединяемого элемента, за вычетом половины глубины зенкерования;

— при определении несущей способности на растяжение F_t_,_Rd угол и глубина зенкерования должны соответствовать ссылочным стандартам группы 4 (см. 1.2.4). В противном случае несущая способность на растяжение F_t_,_Rd должна быть обоснована соответствующим образом.

3) Если усилие на болт не параллельно краю элемента, то проверка несущей способности на смятие может осуществляться раздельно на действие компонентов усилия, приложенных параллельно и перпендикулярно краю элемента.

Длина резьбовой части призонных болтов, расположенная в пределах толщины элемента, не должна превышать 1/3 его толщины, см. рисунок 3.2.

Рисунок 3.2 — Расположение резьбовой части призонных болтов

Допуск на диаметр отверстия для призонного болта должен соответствовать ссылочным стандартам группы 7 (см. 1.2.7).
При соединении элементов внахлестку одним рядом болтов, см. рисунок 3.3, следует предусматривать шайбы как под головку болта, так и под гайку. Расчетное значение несущей способности болта на смятие F_b,Rd не должно превышать

Примечание — Соединение элементов внахлестку одним рядом заклепок не допускается.

При соединении элементов внахлестку одним болтом или одним рядом болтов класса прочности 8.8 или 10.9, следует использовать закаленные шайбы.
При использовании болтов или заклепок, передающих усилия среза или смятия через прокладки общей толщиной t_p, большей, чем 1/3 номинального диаметра d, см. рисунок 3.4, расчетное значение несущей способности на срез F_v_,_Rd, вычисленное по таблице 3.4, следует умножать на понижающий коэффициент _p, определяемый по формуле

В соединениях с двумя плоскостями среза, при наличии прокладок по обеим сторонам стыка, значение t_p следует принимать равным толщине более тонкой прокладки.
Заклепочные соединения следует рассчитывать на передачу усилий сдвига. В случае растяжения, расчетное значение растягивающего усилия F_t_,_Ed не должно превышать расчетного значения несущей способности на растяжение F_t_,_Rd, приведенного в таблице 3.4.
Для стали S235 значение f_ur после клепки может быть принято равным 400 Н/мм 2 .
Толщина стягиваемого заклепкой пакета листов, как правило, не должна превышать 4,5d при клепке молотком и 6,5d при клепке прессом.

Рисунок 3.3 — Соединение внахлестку одним рядом болтов

Рисунок 3.4 — Соединение с прокладками

Разрушающие нагрузки для болтов

Болты — это крепежные стержневые изделия, имеющие наружную резьбу. Для формирования надежного соединения к резьбовым деталям применяются высокие статические нагрузки. Для оценки несущей способности резьбового соединения главным критерием будет минимальная разрушающая нагрузка болта, которая в свою очередь зависит от класса прочности поперечного сечения резьбового стержня и его рабочей площади.

Мы предлагаем вам использовать таблицу “Разрушающие нагрузки для болтов”, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант крепежных изделий, сочетающих необходимый уровень устойчивости к разрушению, оптимальный размер и оправданную стоимость.

Как пользоваться таблицей

Чтобы подобрать оптимальный вариант крепежа, необходимо знать проектные значения разрушающей нагрузки, воздействующей на него. Допустим, наши изделия имеют показатель в 45 Кн. Обратимся к таблице и найдем точки пересечения строк и столбцов:

для болта М10 класса прочности 8,8 минимальной разрушающей нагрузкой будет 46,4 Кн,
для болта М8 класса прочности 12,9 — 44,6 Кн,
М12 класса прочности 5,8 — 43,8 Кн и так далее.

Для уточнения эксплуатационных возможностей болтов можно использовать таблицу в обратном порядке. Информацию о метизе можно найти в сопроводительной документации, на головке болтов также используется маркировка для обозначения класса прочности и фактического диаметра резьбы стержня.

Классы прочности крепежа

Устойчивость болта к нагрузкам определяется 11 классами прочности — от 3,6 до 12,9. По мере роста класса, растёт и сложность конструкционного сплава, и затраты на производство, и стоимость готового изделия.

Класс прочности состоит из двух цифр:

Первая равна 0,01 части предела прочности на растяжение (МПа);
Вторая — предел текучести (МПа), в свою очередь, равный 0,1 части отношения предела текучести к пределу прочности на растяжение;
0,1 произведения этих двух чисел определяет величину предела текучести (МПа)

Как расчитать болтовое соединение на срез?

Доброго времени суток! Люди подскажите пожалуйста,пока еще не опытному инженеру. Есть СНиП, где определяется несущая способность одного болта на срез,следовательно, 2 болта несут в 2 раза больше. К примеру есть поперечная сила Q=8,5 т. Болт М20 класса 5,8 несет на срез около 5,5 т. Тоесть 2 болта 11 т и все обеспечено,беру два болта М20. Зашел в серию 2.440-2 (14й узел соед. на 2х болтах). Там в обычном узле крепления балки к колонне учитывается еще момент, образованный от поперечной силы. При учете этого момента несущая способность 2х болтов будет приблизительно равна несущей способности одному болту и то что я посчитал по СНиП летит к чертям. Как быть? Обычно люди считают по СНиП и не парятся. А при учете момента почти в 2 раза снижается несущая способность..Подскажите,как вы считаете.

Последний раз редактировалось Bespaliva, 28.03.2014 в 09:20 .
Просмотров: 16677
Регистрация: 10.05.2013
Калининград
Сообщений: 758

При креплении балки к полке колонны, поворот сечений балки незначителен и момент не учитывается. При креплении балки к стенке колонны или к балке, поддатливость узла увеличится, сечение повернется на бОльший угол. Т.к. диаметры отверстий под болты на 3мм больше диаметра болтов, в первом случае не возникает ситуации включения работы болтов на момент, во втором же случае предполагается, что болты включатся из-за большого угла поворота сечения. Вроде так. Воспользуйтесь поиском по форуму.

Инженер-проектировщик, по совместительству Йожыг-Оборотень

Регистрация: 28.01.2006
Сербия-Белград
Сообщений: 904

Вопрос стар как мир, когда вы посчитали по расчетной схеме вы предполагаете что концы балки и колонны сходятся в одной точке, в реальности это не так, и если брать эпюру моментов в простой балке то на расстоянии от центра колонны (точки опирания балки) до места где проходит ось болтов, например 250 мм, момент небольшой появляется это что касается учета момента в болтах крепления и его проверяют отдельно так как при разложении силы действуют в перпендикулярном направлении от поперечной силы, далее, вы считали на поперечную силу болты которые так же на некотором расстоянии от полки колонны (балка то тю-тю кончилась, куда поперечку девать?), таким образом шов которым крепится фасонка должен быть рассчитан на поперечную силу 8,5т плюс момент от эксцентриситета данной силы!
Offtop: Если я правильно помню слова разработчика этих серий, то они исходили из условия равнопрочности всех элементов узла что бы голову не ломать!
З.Ы Вот только я тут ничего не услышал ни от кого, для того что бы снивелировать этот минимальный момент из за расчетной схемы обычно делают овальные отверстия, и считают шов крепления уголка или пластины только на поперечную силу, и момент от эксцентриситета!

__________________
Надежда — первый шаг на пути к разочарованию.
Безделье — суть ересь!
non errat, qui nihil facit

Последний раз редактировалось Integer, 28.03.2014 в 18:53 .