Расчет фланцевого соединения на 4 высокопрочных болтах для квадратных и прямоугольных труб с центральным (и внецентренным) растяжением
Расчёт фланцевого соединения на 4 высокопрочных болтах для квадратных и прямоугольных труб с центральным растяжением (и, местами, внецентренным растяжением) от 04.04.2015 по СП и Рекомендациям.
Ключевые слова: фланец, ферма, tyhig, болт, высокопрочные болты, фланцевое соединение, соединение на высокопрочных болтах, болтовое соединение, трубы, труб, ексель, MS Excel 2013.
Ничего не надо включать, ексель 2013 без макросов. Если включить макросы, то файл будет испорчен.
Ограничения расчёта: только 4 высокопрочных болта, только квадратные и прямоугольные трубы (хотя это влияет только на сварные швы), толщина фланца 20. 40 мм (сделано для всех, но другие толщины незаконно экстраполированы), внецентренное растяжение учитывается только при расчёте болтов (и, видимо, толщины фланца), а прочие проверки (в том числе сварные швы) не годятся.
Версия от 04.04.2015 г.
Нормативные документы (указаны в файле): новый СП 2011 г. и «Рекомендации. » 1989 г.
Формат zip, так как сюда допускается загружать только djvu, pdf, zip.
Вирусов быть не должно. Можете проверить ещё сами.
Комментарии
Комментарии могут оставлять только зарегистрированные участники
Авторизоваться
Комментарии 1-2 из 2
Tyhig , 06 апреля 2015 в 22:23
Недостатки:
1) Учтено растяжение как всех 4 болтов, так и только 2 болтов в запас прочности Кзапаса=1,5-2 в проверке болтов. Это указано. 2 болта для внецентренного сжатия.
2) Не уверен до конца в плечах от продольных сил в проверке болтов. На 99% уверен.
3) Коэффициент условий работы, табл. 1 СП γc=1 по умолчанию. При этом в таблице 1 подобных прямых указаний я не нашёл.
γc участвует в проверке болтов и сварных швов.
4) Учтён Мкручения профилей по моим догадкам. В расчёте учитывается это так: в проверке на поп. силу к поп. силе прибавляется Мкр*плечо от оси профиля до дальнего болта (по диагонали). Влияние при малом Мкр незначительно, при большем может получиться ошибка из-за неверного плеча или принципа приложения или распределения Мкр на болты.
При этом сейчас Мкр не делится на 4, а целиком упирается в 1 болт. То есть К запаса около 4, что плохо.
5) Проверка толщины фланца осуществляется только по «Рекомендациям. «. При этом реального расчёта не производится. Проверка сводится к использованию эмпирических коэффициентов для узкого диапазона толщин фланцев около 20. 40 мм.
При этом пользователь должен сам задать толщину фланца, рекомендуемую «Рекомендациями. «.
Это хреново. Однако на форуме никто не подсказал иной методики, кроме эмпирики «Рекомендаций. «.
Можно выдумать иную методику со значительным запасом прочности.
Можно смоделировать в ансисе или 3Д скаде все возможные виды фланцев и дать свои рекомендации без расчёта.
Но это совсем другая трудоёмкость, к которой я пока не готов.
6) Проверка прочности сварных швов реализована только по «Рекомендациям. «. Возможно она не соответствует новому СП.
В частности в расчёте есть коэффициенты γwf, γwz=1, которых нет в СП.
С 1984 года могли появиться отличия, которые я не проследил.
7) Суть проверки сварных швов я так и не понял, просто тупо переписал формулы. Тут тоже могла быть ошибка. Хотя это и маловероятно.
8) В СП могли добавиться иные проверки сварных швов.
9) Не разобрался с z-проверками стали фланцев и т.п. Это также могло теоретически дать ошибку.
10) Реализован расчёт стали фланцев как С255, так и С345 (09Г2С). При этом разница в расчёте между ними нет, по моему скромному незнающему мнению. Во всяком случае разница нереализована.
11) Незаконная экстраполяция на М16 и >М30 коэффиента к2 «Рекомендаций. » при расчёте толщины фланца. Здесь расчёт уже не соответствует рекомендациям. Ну а что делать, если надо как-то считать другие болты ? Это, конечно, ошибка из-за которой может всё рухнуть. С другой стороны иного выхода я не нашёл.
27. Фланцевые соединения на высокопрочных болтах, работающие на растяжение
27.1.Рекомендации настоящего раздела следует соблюдать при проектировании, изготовлении и монтажной сборке фланцевых соединений элементов открытого профиля (двутавров, тавров, швеллеров и т. п.) стальных конструкций производственных зданий, подверженных растяжению, растяжению с изгибом при однозначной эпюре растягивающих напряжений (min/max0,5), а также действию местных поперечных усилий.
Рекомендации не распространяются на фланцевые соединения:
воспринимающие знакопеременные нагрузки, а также многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с числом циклов свыше 10 5 при коэффициенте асимметрии напряжений в соединяемых элементах=min/max0,8;
эксплуатируемые в сильноагрессивной среде.
27.2.Фланцевые соединения следует выполнять только с предварительно напряженными высокопрочными болтами. Величину предварительного натяжения болтовВодля расчетов следует принимать равной
где Вр— расчетное усилие растяжения болта.
27.3.Для фланцевых соединений следует применять высокопрочные болты М24 и М27 из стали 40Х “селект” исполнения ХЛ с временным сопротивлением не менее 1100 МПа (110 кгс/мм 2 ), а также гайки высокопрочные и шайбы к ним по ГОСТ 22353-77* — ГОСТ 22356-77*.
27.4.Для фланцев следует применять листовую сталь по ГОСТ 19903-74* марок 09Г2С-15 по ГОСТ 19282-73* и 14Г2АФ-15 по ТУ 14-105465-82 с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины проката.
27.5.Фланцы могут быть выполнены из других марок низколегированных сталей по ГОСТ 19282-73*, предназначенных для строительных стальных конструкций, при этом:
сталь должна быть 12-й категории;
временное сопротивление и относительное сужение стали в направлении толщины проката должны быть bz0,8b,z20 % (гдеb— нормативное значение временного сопротивления для основного металла, принимаемое по государственным общесоюзным стандартам или техническим условиям).
Проверку механических свойств стали в направлении толщины проката осуществляет завод-изготовитель металлоконструкций по методике, изложенной в [25].
27.6.Дефекты стали для фланцев (внутренние расслои, грубые шлаковые включения и т. п.) должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. 78. Контроль качества стали методами ультразвуковой дефектоскопии осуществляет завод-изготовитель металлоконструкций.
Соединения на высокопрочных болтах
Высокопрочные болты согласно ГОСТу P 52643-2006 – это стержневые крепежные детали с прочностными характеристиками не ниже класса 8.8. В качестве сырья для их производства используются легированные, а также низколегированные стали, в которых углерода содержится не более 0,4%. Технология изготовления – горячая либо холодная высадка. По завершении данного процесса на стержень наносится резьбовая нить. Заключительный этап производства – термическая обработка. На поверхность может наноситься слой защитного покрытия. Его толщина обычно не превышает 50 мкм.
Немного теории
Как известно, болты обычной прочности работают на срез. В отличие от них рассматриваемые метизы работают на растяжение. Иная ситуация наблюдается в отношении соединения, сформированного высокопрочными болтами. Оно работает на трение. Благодаря данному фактору прочность и, соответственно, надежность сопряжения повышаются в разы.
Чего следует ожидать, если на посадочное место, отведенное под высокопрочный крепеж, установить обычные стержневые соединительные детали? При эксплуатации такого скрепления причинно-следственная цепочка выглядит следующим образом: в сечении возникает поперечно направленная сила → там же появляется сдвигающая сила → пластины сдвигаются по причине недостаточной степени натяжения болта, обусловливающей небольшую силу трения → происходит деформация болта → скрепление утрачивает прочность.
В соединении, сформированном на основе высокопрочных болтов, эти детали прижимают металлические пластины одну к другой, ввиду чего возникает сила трения, препятствующая сдвигу скрепляемых элементов конструкции. Поэтому требование об обязательной необходимости предварительной очистки поверхности пластин от загрязнений и ее обезжиривания перед скреплением в данном случае очень актуально.
Сфера применения
Используются соединения на болтах высокой прочности во многих отраслях современной промышленности, в частности, в:
ü процессе сборки узлов транспортных средств;
ü строительной индустрии;
ü сфере возведения мостовых сооружений; железнодорожных магистралей и т.д.
Встречаются такого рода соединения и в быту. Например, когда необходимо закрепить на бетонной несущей стене массивный широкоформатный плазменный телевизор. В данном случае высокопрочные болты выполняют функцию анкера.
Прочность
Государственным стандартом за номером P 52643-2006 установлены требования к высокопрочному крепежу, используемому для создания соединений. Под таковым подразумеваются болты с 6-гранной шляпкой, гайки шестигранной конфигурации, размер под ключ которых увеличен, а также шайбы.
Прочностные характеристики данного болтокомплекта определяются согласно ГОСТа 32484.1-2013 по двум системам – Роквелла (показатель НR) и Виккерса (показатель НV). При этом НR для болта может принимать одно из двух значений – 10.9 либо 8.8, а НV только одно – 10.9. В тексте данного нормативного документа отдельно оговорено, что формирование соединения не должно допускать смешивание деталей пусть даже с одинаковой прочностью, но определенной по разным системам.
Технические характеристики болтов
Технические характеристики болтов, обладающих высокой прочностью, установлены ГОСТом P 52644-2006. Его положения утверждают одно исполнение данных крепежных деталей.
Значения параметров, отображенных на этом чертеже, представлены в таблице. Единица измерения миллиметры.
Диаметр резьбы, параметр d
Диаметр резьбы, параметр d
Параметр l (длина стержня) изменяется в диапазоне 40,0 мм≤l≤300 мм.
Для предотвращения коррозии на поверхность болтов может наноситься защитный слой. Максимальная толщина такого покрытия (обозначение W) зависит от диаметра резьбы крепежной детали. В цифрах это выглядит следующим образом:
- резьба M16 – W≤25,0 мкм;
- резьба M22, M20, M18 – W≤30,0 мкм;
- резьба M27. M24 – W≤40,0 мкм;
- резьба M48, M42, M36, M30 – W≤50, мкм.
Основные положения CHиП III 18 75
В данном нормативном документе указаны правила, которыми нужно руководствоваться при изготовлении конструкций из металла. Кроме того, им описаны все виды соединений, созданных с использованием высокопрочных болтов, в частности:
- Фланцевое. Сфера применения таких соединений – конструкции, работающие исключительно на изгиб или на растяжение. В первом случае задействуются т.н. фланцы податливого вида, а во втором – жесткие;
- совместно со сваркой – болтосварное. Применяется для усиления конструкций, созданных на основе фланцевых, а также фрикционных соединений путем приваривания деталей. Второй вариант реализации – монтаж высокопрочных болтов в сварных соединениях, предусматривающий предварительное натяжение последних;
- болтозаклепочное. Используется, когда возникает необходимость замены заклепок высокопрочными стержневыми метизами. В число самостоятельных разновидностей соединений не входит. Подбор болтов, заменяющих заклепки, требует тщательного подхода. В Сети можно найти специальные таблицы, отображающие, какому болтовому соединению соответствует заклепочное. Нужно просто не полениться, скачать хотя бы одну из них, изучить размещенную в ней информацию и корректно ее применить на практике. К примеру, на место демонтированной заклепки с диаметром d, равным 23,0 мм следует устанавливать болт M24. А заклепочный элемент с d=21,0 мм заменяется высокопрочной стержневой деталью с резьбой M20;
- совместно с клеящим составом – болтоклеевое. Реализуется в случае необходимости учета наряду с изгибающим моментом еще и других сдвигающих усилий. В число таковых входят силы с векторами, ориентированными в продольном и поперечном направлениях. Соприкасающиеся элементы подобных конструкций покрываются пленкой из клеевого компаунда – чаще всего это олигомерный реакционноспособный вязкий продукт ЭД16, а также ЭД20. Состоят данные вещества из: химических соединений, увеличивающих пластичность покрытия. Они так и называются – пластификаторы; олигомеров, содержащих 3-членные насыщенные гетероциклы – а это уже эпоксидные смолы; продукта, обеспечивающего полимеризацию смолы – отвердителя; масс, затвердевающих под воздействием комнатной температуры – специальные наполнители в виде корунда.
Фрикционное. Здесь метизы формируют силу трения заданной величины между скрепляемыми компонентами конструкции, плотно прижимая их один к другому. Такое соединение должно обладать несущей способностью, превышающей, 75% от значения данного показателя детали, прикрепляемой к конструкции;
С несущими высокопрочными болтами. В этих соединениях сдвигающее усилие передается через:
- деформацию, носящую местный характер – смятие;
- нагрузку, работающую на срез;
- силу трения между контактирующими поверхностями.
Расчет несущей способности проводится для каждого болта отдельно. Одновременно вычисляются индивидуальные прочностные показатели всех таких крепежных деталей и их стойкость к воздействию внешних нагрузок. Сфера применения несущих высокопрочных болтов – сборка конструкций следующих разновидностей:
- постоянных, рассчитанных на работу под исключительно статическими нагрузками;
- временных, устойчивых к воздействию вышеуказанных нагрузок;
- временных, а также постоянных, при расчете которых учитываются нагрузки динамического характера, либо воздействия, работающие на сдвиг.
Необходимо отметить, что проектирование любого фрикционного соединения проводится на основе специальных нормативов. Их полный перечень содержится в CHиПе II.B.3-72. Разработка соединений иных видов осуществляется в соответствии с техническими условиями, представленными конкретной компанией-контрагентом, являющейся производителем работ. По причине широкого спектра разновидностей болтовых соединений, на чертежах они обозначаются каждое по-своему. Данное правило и цифробуквенные последовательности обозначения не претерпевали изменений с момента вступления в силу ГОСТа 2.315. А произошло это в далеком 1968 году.
Особенности натяжения высокопрочных болтов
Регулировка вращающего усилия в ходе натяжения этих крепежных деталей осуществляется следующими способами: по
- величине момента закручивания;
- углу, на который поворачивается гайка;
- осевому натяжению самого болта;
- количеству тангенциальных ударов гайковерта.
Независимо от выбранного метода затягивания высокопрочных соединительных элементов необходимо применять стяжные болты. И здесь есть еще один момент. Формулируется он так: в начале натяжения шляпку высокопрочных деталей нужно придерживать. Место, с которого следует начинать формировать соединение – середина либо его наиболее жесткий участок. Затягивание болта с определенным усилием выполняется посредством динамометрического ключа. Последовательность этапов скрепления компонентов конструкции с использованием данного инструмента выглядит так:
- совмещение отверстий в сопрягаемых пластинах путем сквозного забивания пробок в некоторые из этих отверстий;
- фиксация пакета в заданном положении стяжными болтами;
- все резьбовые крепежные детали (включая стяжные) подлежат затягиванию с требуемым усилием;
- пробки удаляются аккуратными ударами молотка по предварительно установленной направке. Далее там, где они находились, монтируются с помощью динамометрического ключа высокопрочные болты.
Технологические нюансы
При формировании соединения необходимо соблюдать определенные требования. Рассмотрим лишь ключевые.
Обработка поверхностей
Обработка контактирующих поверхностей скрепляемых элементов осуществляется:
- пневматическим методом с использованием кварцевого песка;
- огневой методикой посредством ацетиленовых многопламенных горелок;
- вручную либо механически щетками со стальным ворсом.
Выполнять данную операцию необходимо с максимальной тщательностью. Ведь она призвана изменить коэффициент трения так, чтобы несущая способность формируемого соединения повысилась. Приступать к сборке объекта нужно не позднее 72 часов после проведения обработки. Если этот временной интервал будет превышен, ранее выполненную процедуру нужно будет повторить.
Подготовка болтов
Подготовка метизов предусматривает их расконсервацию с последующей:
- очисткой от грязи и следов коррозии;
- прогонкой резьбы отбракованных болтов.
Смазочный слой удаляется путем помещения высокопрочного крепежа в кипящую воду на непродолжительное время. По окончании данной процедуры болты следует окунуть в раствор, состоящий из 15 процентов автола и 85 процентов неэтилированного бензина. И здесь на срок хранения до формирования соединения действует ограничение – не больше 10 суток. Данное требование связано с возможным увеличением коэффициента закручивания при превышении этого временного интервала.
Прогонку резьбовой накатки высокопрочных болтов следует выполнять, применяя специальный гайковерт с пневматическим приводом.
Установка
Монтаж осуществляется с использованием двух (тоже высокопрочных!) шайб – одна идет под шляпку болта, а вторая размещается под гайкой. Гайка должна навинчиваться на резьбовую накатку свободно, то есть от руки. Иные варианты недопустимы. Гайка, накручивающаяся с трудом, подлежит замене. Впрочем, можно заменить сам высокопрочный болт.
Теперь несколько слов о пробках. Они должны размещаться в 10 процентах отверстий. Соответственно, удалять их допускается лишь после того, как во все остальные гнезда будут установлены болты и затянуты с требуемым усилием. При этом нужно действовать, не мешкая. Удалив пробку, монтировать на ее место высокопрочную соединительную деталь следует сразу же.
Затягивание крепежа M24 часто осуществляется гайковертом. Для его тарировки применяется такой показатель, как поворот ответной гайки на заранее определенный угол. Момент закручивающего усилия, обеспечиваемый подобным инструментарием, может достигать отметки 1600 Нм. Тарирование устройства для болтов M24 должно предварять начало выполнения монтажных работ. Гайковерт может комплектоваться сменными головками конусообразной конфигурации, отличающимися повышенным весом. Это обусловливает снижение потерь мощности при скручивании.
Помимо большой массы, у головок имеется еще одна особенность: они в обязательном порядке проходят этап термообработки. По его завершении твердость сменных приспособлений находится в диапазоне от НRС35 до НRС45.
Часто для формирования соединения на высокопрочных болтах M24 применяются последовательно два динамометрических ключа. Это предоставляет возможность получения максимально точной величины момента закручивания. Выглядит данная методика так:
- первым ключом, который принято называть «малый», закручивают болты с моментом, не превышающим 200 Нм;
- вторым инструментом, называемым «большой», производится финишное затягивание с моментом, равным 1600 Нм.
При закручивании всех высокопрочных болтов за исключением M24 ориентиром обычно является осевое усилие. Для выполнения данной процедуры применяется ключ с пневматическим приводом. Он подлежит обязательному тарированию перед формированием соединения.
Впрочем, для крепежа M20 и ряда иных типоразмеров можно осуществлять корректировку затягивания на величину момента закручивания. Способ достаточно сложен. Его реализация предусматривает расчет момента закручивания с последующим его измерением в ходе затяжки болта. Выполняется эта операция с болтами M20 и M24 с помощью электрического ударного гайковерта так:
- сначала стержневой высокопрочный крепеж устанавливается в место, указанное на чертеже создаваемой конструкции;
- затем осуществляется затягивание болтов посредством вышеупомянутого инструмента нанесением 3-х единичных ударов;
- финишная затяжка. Гайковертом наносятся удары в количестве, требуемом для получения в высокопрочном стержневом крепеже осевого напряжения заданной величины. Обычно это 14-18 воздействий импульсного характера.
Заключение
В заключение стоит отметить один момент. При формировании соединения посредством высокопрочных болтов допускается депланация (так по-научному называется перепад поверхностей) сопрягаемых элементов конструкции до 0,5 мм. Если этот показатель (обозначение ПВ) находится в диапазоне 0,5 мм3,0 мм, тогда устанавливаются металлические прокладки подходящей толщины.
Товары каталога:
Фланцевые соединения на высокопрочных болтах
Почему во фланцевых соединениях в башнях мачтах и антенных соединениях не рекомендуется применять высокопрочные болты с предварительным натяжением (СНиП ll-23-81* п.6.15*).
Просмотров: 63070
Регистрация: 10.09.2007
Сообщений: 10,592
Может в пособии к СНиП ll-23-81* есть?
Регистрация: 25.12.2007
Сообщений: 33
Мне кажеться из за динамики, которая возникает от ветровой пульсации. высокопрочные болты хоть и прочные, но, как мне кажется — хрупкие.
Балка на балку, кирпич на кирпич.
Регистрация: 09.10.2007
Сообщений: 4,813
Сообщение от RamZeSII
высокопрочные болты хоть и прочные, но, как мне кажется — хрупкие.
Именно поэтому их используют в железнодорожных мостах.
__________________
. переменная FILEDIA создана для привлечения пользователей к форумам.
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649
Высокопрочные болты с натяжением созданы и испокон века используемы для фрикционных соединений, там где надо передавать сдвиг. Там они необходимы абсолютно. В растянутых соединениях их необходимость достаточна спорна. Кто то где то стырил эту идею на западе, и понеслась, — а у нас любят копировать бездумно все подряд.
Фланцевое соединение с натянутыми под завязку болтами делает соединение жестким, а это нужно не всегда. Кроме того контролируемое натяжение — достаточно трудоемкая вещь, в процессе эксплуатации натяжение ослабевает, нужно подтягивать. При обследованиях таких узлов мы проверяем натяг — очень часто до половины узлов не соответствуют требованиям. Очень интересная петрушка, когда половина болтов — натянуты а половина с другой стороны — ослабли.
Нередки случаи, когда такие болты оказываются недостаточно качественными, лопаются и падают на головы.
Это всегда -дополнительная морока на практике, причем морока на ровном месте, «от большого ума».
Низкие температуры вносят свое Ъ: сейчас стало модно экономить на отоплении промзданий — очень много аварий из за этого. Предприятия многие в очень тяжелом положении -зарплата рабочего 200-300 долларов,с задержкой в полгода,а за отопление нужно платить кэшем и своевременно.
__________________
мой блог по некоторым вопросам
Последний раз редактировалось ETCartman, 27.03.2010 в 10:55 .
Регистрация: 27.04.2008
Сообщений: 3,285
Победа
СНиП ll-23-81*
6.15*. Гибкости сжатых элементов не должны превышать значений, приведенных в табл. 19*.
Хрупких высокопрочных болтов ни разу в жизни не видел.
PS. Высокопрочные болты с предварительным натяжением широко применяются при установке механизмов и различных устройств с целью нераскрытия стыка между фланцами фундамента и механизма для обеспечения безопасной работы последнего.
__________________
С уважением sbi
Последний раз редактировалось sbi, 27.03.2010 в 10:58 .
Регистрация: 27.03.2010
Сообщений: 4
а расчетами можно доказать?ETCartmanПри обследованиях таких узлов мы проверяем натяг — очень часто до половины узлов не соответствуют требованиям.)от чего начинать отталкиваться?спасибо.
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649
Сообщение от sbi
Хрупких высокопрочных болтов ни разу в жизни не видел.
Все когда то приходится видеть в первый раз.
Пункт «16» СНиП, а не «6».
Что именно доказывать и какими расчетами ? Напряжение в растянутом элементе — сигма = N/A, первая лекция курса сопротивления материалов.