Жесткая конструкция на пазовых или болтовых соединениях

Болтовые соединения стальных конструкций

История болтовых соединений началась в далеком XVIII веке, с тех самых пор, как мир узнал о существовании чугунных конструкций. Доказав свою надежность на практике, болтовые соединения получили широкое признание во всем строительном мире. Сегодня болтовые соединения стальных конструкций применяются в монтажно-сборочных работах, в которых не требуются сложные механизмы и наличие дополнительного оборудования. Эта простота сборки является основным преимуществом болтовых соединений стальных конструкций. Точность и долгий срок работы металлоконструкций зависят от пластичности и прочности болтовых соединений стальных конструкций.

Компании-производители проводят различные расчеты, начиная от момента проектирования и заканчивая сдачей объекта в эксплуатацию. Болтовые соединения стальных конструкций определяют устойчивость всей металлической конструкции, которая зависит от материалов, соответствующих стандартов. Каждое изделие в болтовых соединениях стальных конструкций подвержено статическим или динамическим нагрузкам, а потому имеет свою классификацию и технические характеристики. К примеру, крепежное изделие болт различается по классам точности:

  • повышенный (А) — деформация болтов этой точности составляет 0,25 – 0,30 мм, от стержня болта, в сторону увеличения.
  • нормальный (В) — болты этой точности устанавливаются в отверстия, диаметр которых превышает диаметр стержня болта не более чем 1, 5 мм.
  • грубый (С) — болты и гайки этого класса могут значительно отличаться несовпадением диаметров соединяемых элементов. Зачастую это несовпадение достигает 2-3 мм.

Остановимся несколько подробней на этом моменте. Такое разделение на классы точности болтов напрямую зависит от типа конструкций. Класс точности болтовых соединений стальных конструкций А, В или С указывается на головке болта выпуклыми буквами. Для болтовых соединений стальных конструкций, воспринимающих расчетные усилия, используются болты класса точности А и В. Соответственно, болты и гайки грубой точности класса С, применяются в нерасчетных монтажных соединениях. Самыми прочными и невосприимчивыми к сдвигающей силе, являются болты класса А. Болтовые соединения стальных конструкций, в которых применяются болты точности А, не поддаются деформации и всегда прочны. Поэтому болты класса А очень часто используют в болтовых соединениях стальных конструкций в самых труднодоступных местах. Существующая разница между диаметрами болтов класса В и С объясняется тем, что болтовые соединения стальных конструкций не работают одновременно. И, все-таки, необходимо помнить, что болты любой точности применяются для фиксации болтовых соединений стальных конструкций, где каждый элемент опирается друг на друга. Потому все работы с болтовыми соединениями стальных конструкций требуют максимальных расчетов и усердия.

Помимо классов точности, в болтовых соединениях стальных конструкций есть еще одна классификация болтов, называемая «Классы прочности болтов». Здесь болты характеризуют по механическим свойствам. Прежде всего, классификация прочности опирается на материал, из которого изготовлен болт. Обозначаются классы прочности болтов цифрами с разделительными точками между ними — 4.6, 4.8, 5.8, 6.6, 8.8, 9.8 и т.д.

Если первую цифру, обозначающую класс прочности, умножить на десять то получится число, равное минимальному временному сопротивлению материала в кН/см2. Произведение первого и второго числа обозначает предел текучести в кН/см2. Вторая цифра, умноженная на десять, позволит нам узнать процентное соотношения предела текучести σy к пределу прочности σu. Классификация прочности болтов зависит от условий эксплуатации болтовых соединений стальных конструкций. В болтовых соединениях стальных конструкций используется три вида болтов, различаемых по ГОСТу:

  • Обычные (ГОСТ 22356 – 70)
  • Высокопрочные (ГОСТ 22356 – 77)
  • Анкерные (ГОСТ 24379.1 – 80)

Процесс сборки болтовых соединений стальных конструкций происходит поэтапно:

  • На первом этапе — подготавливаются стыкуемые поверхности. Иными словами, болтовые соединения стальных конструкций очищаются от ржавчины, масел, грязи и пыли. Кроме того, исправляются все неровности, спиливаются или срубаются заусеницы, образовавшиеся на кромках отверстий и деталей.
  • На втором этапе — совмещаются отверстия под болты. Чтобы соединить отверстия в болтовых соединениях стальных конструкций используют элементы с диаметром, чуть меньшим диаметра самих отверстий. Необходимая плотность в болтовых соединениях стальных конструкций достигается с помощью временных и постоянных болтов, подтягивая их один за другим следующим образом: первый болт устанавливается посередине болтового соединениях стальной конструкции, остальные за ним, на одинаковом расстоянии от центра и по краю.
  • Третий этап — называется «стяжка элементов стыка». Здесь происходит стягивание болтов, согласно проекту, после выверки конструкций.
  • На четвертом этапе в болтовые соединения стальных конструкций устанавливаются постоянные болты, в той же последовательности, как при стягивании.
  • После чего начинается окончательная затяжка высокопрочных болтов в соединениях стальных конструкций до необходимого натяжения.

Прочность и пластичность стальных конструкций — основной показатель, влияющий на работу металлических конструкций на всем сроке их эксплуатации. Чем выше технологические характеристики болтовых соединений стальных конструкций, тем качественней показатель прочности всей металлоконструкции. Есть еще много нюансов, о которых нужно знать Заказчику, решившемуся построить здание или сооружение из металлических конструкций. Но все тонкости производства металлических конструкций могут знать только профессионалы своего дела. Наша компания занимается производством металлических конструкций, их проектированием, сборкой и монтажом. На все Ваши вопросы мы можем ответить письменно ли по телефону! Звоните нам! Наши специалисты, с удовольствием примут в разработку Ваш Заказ и помогут реализовать «под ключ» весь проект!

Болты. Типы болтов. Головки болтов. Затяжка болтов. Фиксация болтов.

Стандартные болты по степени точности (качеству обработки) поверхности делят на болты: 1) нормальной точности; 2) повышенной точности; 3) грубой точности.

Резьба для стандартных болтов применяется метрическая с крупным и мелким шагом. При выборе шагов резьб предпочтение следует отдавать крупным шагам.

По ГОСТ 1759—70 для болтов, винтов, шпилек из углеродистых и легированных сталей установлены классы прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 6.9; 8.8; 10.9; 12.9; 14.9. Первое число, умноженное на 100, определяет минимальное временное сопротивление в МПа. второе число, разделенное на 10, определяет отношение предела текучести к временному сопротивлению; произведение чисел определяет предел текучести в МПа, уменьшенный в 10 раз. Для гаек из тех же сталей установлены классы прочности; 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14. Число, обозначающее класс прочности, умноженное на 100, дает предельное напряжение в МПа.

Для болтов, винтов и шпилек из коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких и теплостойких сталей установлены группы, определяющие их свойства: 21, 22, 23, 24, 25, 26. Механические свойства гаек из тех же сплавов установлены по группам: 21, 23, 25, 26.

Основные типы болтов представлены на рис. 94.

На рис. 94, I показан «жесткий» болт с диаметром стержня, равным наружному диаметру резьбы. Эта форма сохранилась только для малонагруженных или коротких болтов. В ответственных случаях применяют «упругие» болты (рис. 94, II) с диаметром стержня уменьшенным по крайней мере до размера внутреннего диаметра резьбы, а то еще более до 0,8 и даже до 0,7 номинального диаметра резьбы.

Известно, что увеличение упругости болтов улучшает условия работы стяжного соединения, подвергающегося действию ударной нагрузки.

Тонкие болты менее чувствительны к перекосам, возникающим вследствие неперпендикулярности опорных поверхностей головки и гайки, а также непараллельности резьбового пояса относительно оси болта. Утонение стержня позволяет выполнять плавные переходы между стержнем болта и нарезным поясом, а также между стержнем болта и головкой с одновременным увеличением сопротивления усталости болта. Это обусловливает повышенную сопротивляемость упругих болтов циклическим нагрузкам.

На участках, примыкающих к нарезному участку и головке, болты снабжают центрирующими поясками (рис 94, II—IV). Часто пояски не делают (рис. 94, V), отчего повышается упругость болта и способность его самоустанавливаться в отверстиях деталей.

Головки болтов обычно выполняют в виде шестигранника (рис. 95, I, II). Применяют и другие формы головки: с лысками под ключ (рис. 95, III, IV), с внутренним шестигранником (рис. 95, V), с треугольными шлицами (рис. 95, VI).

Головки с внутренним шестигранником чаще всего применяют в случае «утопленной» установки (рис. 95, VII), когда габариты не позволяют использовать наружный ключ.

Важное значение для прочности болта имеет форма перехода от стержня к головке (рис. 96) и к нарезному участку. Головка должна быть присоединена к стержню галтелью (рис. 96, II) радиусом R не менее 0,2d (рис. 96, I — без галтели).

Утонение стержней болтов дает возможность применения наиболее 6лагоприятных для сопротивления усталости форм галтелей — конической (рис. 96, III) и эллиптической (рис. 96, IV) форм, а также применения разгружающих выточек (рис. 96, V—VII). Наиболее благоприятную форму сопряжения имеют головки с конической опорной поверхностью (рис. 96, VIII, IX).

Нарезные участки следует соединять со стержнем галтелью (рис. 97, I) радиусом не менее R = (d – d)/2 (d — наружный диаметр резьбы; d — диаметр стержня), лучше большим радиусом, порядка R = d (рис. 97, II), конической (рис. 97, III) или эллиптической галтелью (рис. 97, IV), обеспечивающей крутой выход резьбы и плавное соединение нарезной части со стержнем.

Сопряжение со стержнем центрирующих поясков (рис. 96, VI, VII) производится галтелями такого же типа.

В случае, когда собственной податливости болта, даже уменьшенного размера (см. рис. 94, V), недостаточно для обеспечения правильной работы соединений, устанавливают элементы, создающие дополнительную податливость (рис. 98). Если позволяют осевые габариты, то увеличивают длину болта с помощью подставок под гайку (рис. 98, III), иногда с введением пружинного элемента (рис. 98, IV). Если осевые габариты ограничены, то упругие элементы развивают в радиальном направлении, применяя упругие подкладные шайбы (рис. 98, V, VI).

На рис. 98, VII показана своеобразная конструкция, обеспечивающая высокую податливость при небольших осевых и радиальных габаритах. Болт устанавливают в двух концентричных вилках. При затяжке болта наружная втулка (а) растягивается, а внутренняя (б) сжимается.

Сечения болта и втулок одинаковые. Таким образом, соединение обладаем податливостью примерно в 3 раза большей податливости самого болта.

Для правильной работы резьбового соединения необходимо, чтобы действующая на соединение сила была приложена по оси, иначе говоря, чтобы соединение не имело перекосов, а болт был разгружен от изгиба. Податливые болты сами по себе хорошо компенсируют перекосы; однако изгиб вызывает в стержне болта дополнительные напряжения. Поэтому для предупреждения перекосов в ответственных соединениях применяют специальные меры, например, используют посадку резьбовых деталей с зазором. В противоположность старым теориям, требовавшим всемерного увеличения плотности резьбы для увеличения надежности резьбового соединения, новая теория убедительно доказала преимущества свободной резьбы. Свободная резьба позволяет гайке несколько самоустанавливаться относительно нарезного конца болта, что способствует правильной работе соединения. Вместе с тем увеличенный зазор в свободной резьбе способствует более равномерному распределению нагрузки между витками, что, в свою очередь, повышает прочность соединения.

В ответственных соединениях широко используют принцип самоустанавливаемости. На рис. 99 показаны способы обеспечения самоустанавливаемости (примерно в порядке возрастающей свободы самоустанавливаемости). Эти способы следующие: кольцевые выборки в гайке и в головке болта (рис. 99, I); прокладки из мягкого металла (рис. 99, II); применение гаек со сферической опорной поверхностью (рис. 99, III); установка сферических шайб под гайку (рис. 99, IV, V).

Наибольшая свобода самоустанавливаемости обеспечивается в том случае, если сферические шайбы устанавливают и под гайку, и под головку болта (рис. 99, VI—VIII). Радиус сферы в сферических самоустанавливающихся шайбах делают равным R = (1,5—2,5)d, (где d — диаметр резьбы).

Затяжка болтов. При затяжке гайки болт должен быть надежно зафиксирован от проворачивания. При сборке в положении, когда головка болта находится внизу, необходимо, кроме того, придерживать болт от выпадения. Держать болт за головку ключом неудобно, а в некоторых случаях невозможно из-за ограниченных габаритов.

Способы фиксации болта от проворота показаны на рис. 100. Способ фиксации коническим подголовником (рис. 100, I—III), основанным на повышенном трении на конических опорных поверхностях, рекомендовать нельзя, так как фиксация получается нежесткой.

Способы жесткой фиксации показаны на рис. 100, IV—X. Шестигранные головки обычно фиксируют упором одной из граней в выступ в теле детали (рис. 100. IV, a). На цилиндрических деталях (типа фланцев) фиксация осуществляется упором в кольцевую заточку (рис. 100, IV, б). На болтах с цилиндрической головкой для этой цели снимают лыски (рис. 100, V). Некоторые головки (рис. 100, VI, VII) выполняют с фиксирующей гранью, вынесенной за пределы цилиндра головки.

На рис. 100, VIII—X показаны способы фиксации усиком, выполненным как одно целое с головкой болта; усик вводят в углубление в теле детали.

Способы фиксации болтов, приведенные на рис. 100, VI—X, значительно дороже простых способов фиксации за грань или лыску, поэтому их применяют только в специальных случаях.

Способы фиксации болтов усиками под головками (рис. 100, XI) или квадратными подголовниками (рис. 100, XII) в настоящее время не применяют из-за нетехнологичности (обработка гнезд под подголовники затруднительна).

Следует предостеречь от ошибок, нередко допускаемых в конструкции фиксирующих элементов. При любом способе фиксации нельзя допускать внецентренного приложения нагрузки к головке и ослабления головки. Примеры ошибочных конструкций показаны на рис. 101. В конструкциях на рис. 101, I—III неизбежна внецентренная нагрузка из-за асимметричной формы опорной поверхности головки. Конструкция на рис. 101, IV резко ослабляет головку болта и, кроме того, вызывает внецентренную нагрузку из-за нарушения сплошности опорной поверхности.

В конструкции, изображенной на рис. 102, фиксируется навертный конец болта. В теле болта проделаны два паза, входящие в зубцы, выполненные в отверстии притягиваемой детали. Этим способом предупреждают скручивание болта при затяжке, что особенно важно для длинных болтов. Конструкция применима только для стальных деталей.

Помимо фиксации от проворота, болты необходимо поддерживать в осевом направлении при затяжке. Осевая фиксация болта обязательна при механизированных способах сборки с затяжкой гаек гайковертами. Лучше всего предусматривать жесткую фиксацию болта в осевом направлении.

На рис. 103 показаны способы осевой фиксации болтов (на примере крепления цилиндрической детали к корпусу). В конструкции, изображенной на рис. 103, I, II, фиксацию осуществляют зегерами, введенными в кольцевую канавку в теле болта. В конструкциях, представленных на рис. 103, III, IV, фиксируют одновременно все болты зегером (рис. 103, III), установленным в корпусе, или пластиной (рис. 103, IV), которая к тому же предупреждает проворачивание болтов.

Читайте также:  Мебель для зала в квартире – фото

На рис. 103, V представлена конструкция, обеспечивающая осевую фиксацию и предупреждающая проворот; болт постоянно закреплен в корпусе гайкой. Аналогичный результат можно получить, применяя шпильки вместо болта (рис. 103, VI).

Стоит сказать несколько слов о монтаже зегеров в случае осевой фиксации болтов по способу, приведенному на рис. 103, I, II. На рис. 104, I—III показаны неправильные (ошибочные) способы установки зегеров; зегеры вмонтированы в выточки в теле корпуса; их установка на болт, предварительно введенный в корпус, невозможна или крайне затруднительна. Для облегчения монтажа в этом случае потребовалось бы увеличить диаметр выточки в корпусе до размера, по меньшей мере равного размеру зегера в разведенном состоянии (рис. 104, IV).

Правильные способы установки зегеров показаны на рис. 104, V, VI. Здесь выточки сделаны в притягиваемой детали; плоский торец корпуса допускает беспрепятственную установку зегера. Для обеспечения плотной притяжки детали к корпусу важно предусмотреть зазор (а) (рис. 104, V) между стенкой выточки и зегером.

При затяжке длинных болтов следует предупреждать скручивание болта моментом затяжки. Для этой цели на торце болта предусматривают устройства под ключ (рис. 105, I, II) или жестко фиксируют конец болта от проворота подкладной шайбой (а) (рис. 105, III), заходящей в пазы на конце болта и в корпусе. Другой способ фиксации показан на рис. 102.

Сила затяжки имеет большое значение для работоспособности болтового соединения. Необходимую силу затяжки определяют расчетом или экспериментально. В ответственных соединениях затяжку контролируют динамометрическим ключом или измерением упругой деформации болта (способ более точный). В последнем случае в конструкции болта должны быть предусмотрены средства, облегчающие измерение: на торце болта и на головке делают сферические выступы, позволяющие измерять деформацию болта микрометром «в обхват» (рис. 106, I), или предусматривают гнезда для закладки шариков при измерении (рис. 106, II).

На рис. 107 показан способ контроля силы затяжки с помощью сигнальной шайбы. Под гайку, между двумя шайбами, устанавливают мерную шайбу (а) из пластичного металла. Концентрично с ней устанавливают сигнальную шайбу (б). Толщина шайбы (а) больше толщины шайбы (б) на строго определенную величину s; эта величина наряду с пластическими характеристиками материала шайбы (а) определяет силу затяжки.

При затяжке мерная шайба сплющивается. Пока зазор не выбран, сигнальная шайба (б) свободно проворачивается. Затяжку прекращают в тот момент, когда шайба (б) перестает проворачиваться от руки; это свидетельствует о том, что зазор s выбран и затяжка осуществлена необходимой силой.

На рис. 108 и 109 показаны некоторые типы нестандартных и специальных болтов.

Ввертные болты. Эти болты по конструкции весьма близки к болтам с навертными гайками, хотя функционально как крепежные элементы они коренным образом отличаются от последних.

Большинство типов болтов, изображенных на рис. 108, 109, можно использовать в качестве ввертных болтов.

На рис. 110, I доказан жесткий ввертный болт с шестигранной головкой, на рис. 110, II—III — упругие болты; на рис. 110, IV — болт, завертываемый в футорку (случай установки в корпус из легких сплавов).

Основные типы футорок (нарезных втулок) и способы их установки в корпус показаны на рис. 111. Футорки изготовляют из стали (реже из бронзы) и завертывают по посадке с натягом, чаще всего «солдатиками».

Для обеспечения плотного прилегания притягиваемой детали привалочную поверхность обрабатывают начисто после установки футорок (рис. 111, I). Технологичнее способ, при котором футорки устанавливают с занижением по отношению к предварительно обработанной поверхности корпуса (рис. 111, II—VI). Футорки завертывают до упора в днище отверстия (рис. 111, I); в последние нитки резьбы отверстия (рис. 111, II); в буртик (рис. 111, III) или в гладкий поясок на наружном торце футорки (рис. 111, IV).

На рис. 111, V показана конструкция футорки с уменьшенным «воротником», позволяющая получить равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы. На рис. 111, VI представлена конструкция футорки, завертываемой с противоположного конца отверстия (случай сквозного отверстия).

На рис. 112 приведена самоврезающаяся футорка, применяемая для установки в корпуса из мягких металлов и пластиков. На наружной поверхности футорки нарезан поясок мелких продольных шлицев (а) и несколько кольцевых гребешков (б) треугольного профиля. Прорезные концы футорки подгибают к центру, после чего футорку калят. Футорку устанавливают в корпус так, чтобы продольные шлицы врезались в стенки гнезда. При завертывании нарезной конец болта распирает концы футорки. Кольцевые выступы при этом «впиваются» в стенки гнезда, обеспечивая связь между футоркой и корпусом.

При установке ввертных болтов желательно обеспечить свободу самоустанавливаемости головки относительно опорной поверхности. Это требование больше относится к ввертным болтам, чем к крепежным деталям других видов: у болтов с гайкой больше возможности самоустановки, так как болт сопрягается со стягиваемыми деталями только кольцевыми опорными поверхностями головки и гайки; у длинных шпилек задача облегчается податливостью стержня шпильки.

На рис. 113 показаны способы обеспечения самоустанавливаемости. В конструкции на рис. 113, I некоторая самоустанавливаемость головки обеспечивается разгружающей выточкой под головкой. Целесообразнее всего вводить сферические опорные поверхности (рис. 113, II—VI).

В машинах и узлах, где по требованиям к габаритам или к внешнему виду нежелательно применение выступающих головок, часто устанавливают болты с цилиндрической головкой с внутренним шестигранником или мелкими треугольными шлицами; головку утапливают в гнезде притягиваемой детали (рис. 114).

Для облегчения завертывания болтов с цилиндрической головкой на начальных стадиях, когда болт идет «из-под руки», наружную поверхность головки часто снабжают накаткой (рис. 115).

На рис. 116 изображены конструкции головок с внешними и с внутренними элементами, допускающими завертывание на выбор наружным или внутренним ключом.

В чем разница между шарнирным опиранием и жестким защемлением

Для многих начинающих проектировщиков основной проблемой является выбор расчетной схемы: где должны быть шарниры, а где – жесткие узлы? Как понять, что выгодней, и как разобраться, что вообще нужно в конкретном узле конструкции? Это очень обширный вопрос, надеюсь, данная статья немного внесет ясности в столь многогранный вопрос.

Что такое узлы опирания и обозначение этих узлов на схемах

Начнем с самой сути. Каждая конструкция должна иметь опору – как минимум она не должна упасть с высоты, на которой ей положено находиться. Но если копнуть глубже, для надежной работы элемента, нам мало запретить ему падать.

Как может сместиться любой элемент в пространстве? Во-первых, это может быть перемещение по одной из трех плоскостей – по вертикали (ось Z), по горизонтали (оси Х и У). Во-вторых, это может быть поворот элемента в узле вокруг тех же трех осей.

Таким образом, мы имеем целых шесть возможных перемещений (а если учесть еще и направление плюс-минус, то их не шесть, а двенадцать), которые еще называют степенями свободы – и это очень наглядное название. Если конструкция висит в воздухе (нереальная ситуация), то она полностью свободна, ничем не ограничена. Если в каком-то месте под ней появляется опора, не дающая перемещаться по вертикали, значит одна из степеней свободы у элемента в месте опоры ограничена по оси Z. Примером такого ограничения является свободное опирание металлической балки на гладкой, допускающей скольжение поверхности – она не упадет за счет опоры, но может при определенном усилии сдвинуться по оси Х и У, либо повернуться вокруг любой оси. Забегая вперед, уточним важный момент: если у элемента в узле не ограничен поворот, этот узел является шарнирным. Так вот, такой простейший шарнир с ограничением только по одной оси обозначается обычно следующим образом:

Расшифровать такое обозначение просто: кружочки означают наличие шарнира (т.е. отсутствие запрета поворота элемента в этой точке), палочка – запрет перемещения в одном направлении (обычно из схемы сразу становится понятно – в каком именно – в данном случае запрет по вертикали). Горизонталь со штриховкой условно обозначает наличие опоры.

Следующий вариант ограничения степеней свободы – это запрет перемещения в направлении двух осей. Для той же металлической балки это могут быть оси Z и Х, а по У она может переместиться при приложении к ней усилия; повороты ее, как видно, тоже ничем не ограничены.

Как вообще представить отсутствие ограничения поворотов? Если эту балку попытаться закрутить вокруг собственной оси (допустим, опереть на нее перекрытие только с одной стороны – тогда под весом перекрытия балка начнет крутиться), то ничто не помешает этому кручению, балка по всей длине начнет опрокидываться под действием крутящей силы. Точно также если в центре балки приложить вертикальную нагрузку, балка изогнется и в местах опирания свободно повернется вокруг оси У (слева – по часовой стрелке, справа – против). Вот это мы и понимаем как шарнир.

Допустим, есть жесткий узел опирания балки в раме, который обеспечен путем приварки балки к колонне. Но сварной узел рассчитан неверно и шов не выдерживает приложенного усилия и разрушается. Балка продолжает опираться на колонну, но уже может повернуться на опоре. При этом кардинально меняется эпюра изгибающих моментов: на опорах моменты стремятся к нулю, зато пролетный момент возрастает. А балка была рассчитана на защемление и не готова к восприятию возросшего момента. Так и происходит разрушение. Поэтому жесткие узлы всегда должны быть рассчитаны на максимально возможную нагрузку.

Такой шарнир обозначается следующим образом.

Слева и справа обозначения равноценны. Справа оно более наглядное: 1 – горизонтальный стержень ограничен в узле в перемещении по вертикали (вертикальная палочка с кружочками на концах) и по горизонтали (горизонтальная палочка с кружочками на концах); 2 – вертикальный стержень также ограничен в узле в перемещении по вертикали и по горизонтали. Слева также очень распространенное обозначение точно такого же шарнира, только палочки расположены в виде треугольника, но то, что их две, означает, что ограничение перемещений идет по двум осям – вдоль оси элемента и перпендикулярно его оси. Особо ленивые товарищи могут вообще не рисовать кружочки, и обозначать такой шарнир просто треугольником – такое тоже встречается.

Теперь рассмотрим, что же означает классическое обозначение шарнирно опирающейся балки.

Это балка, имеющая две опоры, а в левой еще и ограниченная в перемещении по горизонтали (если бы этого не было, система не была бы устойчивой – есть такое условие в сопромате – у стержня должно быть три ограничения перемещений, в нашем случае два ограничения по Z и одно по Х). Конструктор должен продумать, как обеспечить соответствие опирания балки расчетной схеме – об этом никогда нельзя забывать.

И последний случай для плоской задачи – это ограничение трех степеней свободы – двух перемещений и поворота. Выше было сказано, что для любого элемента степеней свободы шесть (или двенадцать), но это для трехмерной модели. Мы же обычно в расчете рассматриваем плоскую задачу. И вот мы пришли к ограничению поворота – это классическое понятие жесткого узла или защемления – когда в точке опирания элемент не может ни сдвинуться, ни повернуться. Примером такого узла может служить узел заделки сборной железобетонной колонны в стакан – она настолько глубоко замоноличена, что возможности как сместиться, таки и повернуться у нее нет.

Глубина заделки у такой колонны строго расчетная, но даже по виду мы не можем представить, что колонна на рисунке слева сможет повернуться в стакане. А вот правая колонна – запросто, это явный шарнир, и так конструировать защемление недопустимо. Хотя и там, и там колонна погружена в стакан и паз заполнен бетоном.

Больше вариантов защемления будет по ходу статьи. Сейчас разберемся с обозначением защемления. Оно классическое, и особого разнообразие в отличии от шарниров здесь не наблюдается.

Слева показан горизонтальный элемент, защемленный на опоре, справа – вертикальный.

И напоследок – о шарнирных и жестких узлах в рамах. Если узел соединения балки с колонной жесткий, то он показывается либо без условных обозначений вообще, либо с закрашенным треугольничком в углу (как на верхних двух рисунках). Если же балка опирается на колонны шарнирно, на концах балки рисуются кружочки (как на нижнем рисунке).

Как законструировать шарнирный или жесткий узел

Опирание плит, балок, перемычек.

Первое, что следует запомнить при конструировании узлов – зачастую шарнир от защемления отличает глубина опирания.

Если плита, перемычка или балка опирается на глубину, равную или меньшую высоте сечения, и при этом не выполнено никаких дополнительных мероприятий (приварка к закладным элементам, препятствующая повороту и т.п.), то это всегда чистый шарнир. Для металлических балок считается шарнирным опирание на 250 мм.

Если опирание больше двух – двух с половиной высот сечения элемента, то такое опирание можно считать защемлением. Но здесь есть нюансы.

Во-первых, элемент должен быть пригружен сверху (кладкой, например), причем веса этого пригруза должно быть достаточно, чтобы воспринять усилие в элементе на опоре.

Во-вторых, возможно другое решение, когда поворот элемента ограничивается путем приварки к закладным деталям. И здесь нужно четко разбираться в особенностях конструирования жестких узлов. Если балка или приварена внизу (такое часто встречается и в металлоконструкциях, и в сборном железобетоне – к закладным в опоре привариваются закладные в балке или плите), то это никак не мешает ей повернуться на опоре – это лишь препятствует горизонтальному перемещению элемента, об этом мы говорили выше. А вот если верхняя часть балки надежно заанкерена сваркой на опоре (это либо рамные узлы в металле, либо ванная сварка верхних выпусков арматуры в сборных ригелях – в жестких узлах каркаса, либо сварка закладных элементов в узлах опирания балконных плит, которые обязательно должны быть защемлены, т.к. они консольны), то это уже жесткий узел, т.к. явно препятствует повороту на опоре.

Читайте также:  Столик для завтрака

На рисунке ниже выбраны шарнирные и жесткие узлы из типовых серий (серия 2.440-1, 2.140-1 вып. 1, 2.130-1 вып. 9). По ним наглядно видно, что в шарнирном узле крепление идет внизу балки или плиты, а в жестком – вверху. Уточнение: в узле опирания плиты анкер не дает жеского узла, это гибкий элемент, который лишь препятствует горизонтальному смещению перекрытия.

Но законструировать узел правильно – это полдела. Нужно еще сделать расчет всех элементов узла, выдержат ли они максимальное усилие, передаваемое от элемента. Здесь нужно рассчитать и закладные детали, и сварные швы, и проверить кладку в случае, если пригруз от нее учитывается при конструировании.

Соединение колонн с фундаментами.

При опирании металлических колонн определяющим фактором является количество болтов и то, как законструирована база колонны. О металле здесь я распространяться не буду, т.к. это не мой профиль. Напишу только, что если в фундаменте для крепления колонны лишь два болта, то это стопроцентный шарнир. Также если стойка приваривается к закладной детали фундамента через пластину, это тоже шарнир. Остальные случаи подробно приведены в литературе, есть узлы в типовых сериях – в общем, информации много, здесь запутаться сложно.

Для сборных железобетонных колонн используется их жесткая заделка в стакан фундамента (об этом речь шла выше). Если вы откроете «Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений», там вы сможете найти расчет всех элементов этого жесткого узла и принципы его конструирования.

При шарнирном узле колонна (столб) просто опирается на фундамент безо всяких дополнительных мероприятий или заделана в неглубокий стакан.

Соединение монолитных конструкций.

В монолитных конструкциях жесткий узел или шарнир всегда определяется наличием правильно заанкеренной арматуры.

Если на опоре арматура плиты или балки не заведена в конструкцию опоры на величину анкеровки или даже нахлестки, то такой узел считается шарнирным.

Так на рисунке ниже показаны варианты опирания монолитных плит из Руководства по конструированию ЖБК. Рисунок (а) и (б) – это жесткое соединение плиты с опорой: в первом случае верхняя арматура плиты заводится в балку на длину анкеровки; во втором – плита защемляется в стене также на величину анкеровки рабочей арматуры. Рисунок (в) и (г) – это шарнирное опирание плиты на балку и на стену, здесь арматура заведена на опору на минимально допустимую глубину опирания.

Рамные узлы соединения монолитных ригелей и колонн в железобетоне выглядят еще серьезней, чем опирание плит на балки. Здесь верхняя арматура ригеля заводится в колонну на величину одной и двух длин анкеровки (половина стержней заводится на одну длину, половина – на две).

Если в узле железобетонного каркаса арматура и балки, и колонны проходит насквозь и дальше идет больше чем на длину анкеровки (например, какой-то средний узел), то такой узел считается жестким.

Чтобы соединение колонн с фундаментом было жестким, из фундаментов должны быть сделаны выпуски достаточной длины (не менее величины нахлестки, подробнее – в Руководстве по конструированию), и эти же выпуски должны быть заведены в фундамент на длину анкеровки.

Аналогично в свайном ростверке – если длина выпусков из сваи меньше, чем длина анкеровки, соединение ростверка со сваей жестким считаться не может. Для шарнирного соединения длину выпусков оставляют 150-200 мм, больше не желательно, т.к. это будет пограничное состояние между шарниром и жестким узлом – а ведь расчет делался как для чистого шарнира.

Если нет места для того, чтобы разместить арматуру на длину анкеровки, проводят дополнительные мероприятия – приварку шайб, пластин и т.п. Но такой элемент должен быть обязательно рассчитан на выкалывание (что-то вроде расчета анкеров закладных деталей, его можно найти в Пособии по проектированию ЖБК).

Также на тему шарниров и защемления можно прочитать здесь.

Соединения металлических конструкций

В процессе возведения сооружений элементы металлических конструкций необходимо соединять между собой. Эти соединения осуществляются с помощью электросварки, болтовых и заклепочных соединений.

Сварные соединения.

Это самый распространенный вид соединений на строительных площадках. Он обеспечивает надежность, прочность и долговечность соединений, обеспечивает плотность соединений (водо- и газонепроницаемость), при применении высокопроизводительного оборудования способствует сокращению сроков и стоимости строительства. Основным видом сварных соединений является электродуговая сварка, основанная на возникновении электрической дуги между свариваемыми элементами и электродом. Дуга обеспечивает высокую температуру, порядка тысяч градусов по Цельсию и благодаря этому происходит расплавление электрода и проплавление металла свариваемых деталей. Получается общая сварочная ванна жидкого металла, который при охлаждении превращается в сварной шов.

Около 70% всех сварочных работ выполняется с помощью ручной дуговой сварки (РДС). Этот вид сварки требует минимум оборудования: сварочные трансформаторы, электрические кабели, электроды с соответствующей обмазкой и организацию сварочного поста. Обмазка электрода во время сварки расплавляется и частично испаряется образуя жидкий шлак и газовое облако вокруг места сварки. Это обеспечивает устойчивое горение дуги, защиту зоны сварки от атмосферного воздуха и очистки металла шва от вредных примесей (фосфора и серы). Недостаток этого вида сварки – сравнительно низкая производительность. Для получения более качественных швов и повышения производительности труда применяется автоматическая (АДС) и полуавтоматическая сварка под слоем флюса и в среде углекислого газа.

При этих видах сварки сварной электрод в виде проволоки автоматически подается в зону сварки, туда же подается флюс или углекислый газ. Эти вещества выполняют ту же функцию, что и обмазка электрода. При полуавтоматической сварке, движение электрода вдоль шва осуществляется вручную. Для сварки тонких листов (до 3 мм) применяется либо контактная точечная сварка либо валиковая. В зависимости от расположения стыкуемых элементов различают соединения встык, внахлестку, в угол и комбинированные стыки. В стыковых соединениях стыкуемые элементы находятся в одной плоскости, а в нахлесточных перекрывают друг друга. Основные типы сварных соединений представлены на рис.5.1. В зависимости от того какие кромки сопрягаемых элементов свариваются а) б) в) г)

Рис.5.1 Виды сварных соединений:

а – встык, прямой и косой швы; б – внахлестку с фланговыми швами; в – внахлестку с лобовыми швами; г – стык с накладками с фланговыми швами

д – стык с накладкой с лобовыми швами; е – с накладкой комбинированный; з – стык угловой в тавр; ж – стык в угол различают лобовые и фланговые швы, а в зависимости от положения в пространстве во время выполнения сварочных работ – швы нижние, горизонтальные, потолочные, и вертикальные, рис. 5.2.

Рис. 5.2. Положение: а – стыковых и б – угловых сварных швов в пространстве;

1 – нижний шов, 2 – горизонтальный, 3 – вертикальный, 4 – потолочный

Элементы металлических конструкций из алюминия свариваются с помощью аргоно-дуговой сварки.

Расчет сварных соединений зависит от типа стыка и от ориентации шва по отношению к действующим усилиям. Расчет стыковых швов на действие осевой силы выполняется по формуле:

где N – расчетное значение усилия; t – наименьшая толщина свариваемых листов;

lw – расчетная длина шва, Rwy – расчетное сопротивление стыковых сварных соединений и ?c – коэффициент условий работы. Расчетная длина шва равна его физической длине за вычетом начального участка шва – кратера и конечного участка – непровара. В этих зонах процесс сварки нестабилен и качество шва не удовлетворяет требованиям. В данном случае lw = l – 2t. Разрушение лобовых и фланговых швов происходит от усилий среза, см. рис. 5.3. Срез может происходить по двум плоскостям – по металлу шва и по металлу на границе сплавления, сечения 1 и 2 рис. 5.4.

Рис. 5.3. Схема среза сварных швов:

а – разрушение фланговых швов, в – лобовых

Прочность по металлу шва проверяется по формуле:

а по границе сплавления по соотношению:

где lw – расчетная длина шва; kf – катет шва; ?w и ?wz – коэффициенты условий работы шва; ?c – коэффициент условий работы; Rwf – расчетное сопротивление сварного шва сдвигу; Rwz – расчетное сопротивление по границе сплавления; βf и βz – коэффициенты зависящие от вида сварки, диаметра сварочной проволоки, высоты катета шва и предела текучести стали.

Рис. 5.4. К расчету сварного соединения с угловым швом:

1 – сечение по металлу шва; 2 – сечение по границе сплавления

При конструировании сварных швов в стальных конструкциях необходимо соблюдать ряд конструктивных требований. Толщина свариваемых элементов не должна быть менее 4 мм и не превышать 25 мм. Минимальная расчетная длина углового шва не должна быть менее 40 мм, а максимальная не более 85 βf kf . Толщина сварного шва ограничена максимальным значением его катета kf ≤ 1,2 t, где t – наименьшая толщина соединяемых элементов.

Болтовые соединения. Это такие соединения в которых элементы конструкций сопрягаются между собой с помощью болтов. По сравнению со сварными соединениями болтовые соединения выигрывают простотой сопряжения элементов и большой заводской готовностью и проигрывают большим расходом металла и большей деформативностью. Повышенный расход металла обусловлен ослаблением стыкуемых элементов отверстиями под болты и расходом металла на накладки, болты, гайки и шайбы, а повышенная деформативность обусловлена тем, что под воздействием нагрузки происходит выбирание неплотностей примыкания болтов и стенок соединяемых элементов.

Болты бывают обыкновенные и высокопрочные. Обыкновенные болты изготавливают из углеродистой стали холодной или горячей высадкой. Высокопрочные болты изготавливаются из легированной стали. Болты, кроме самонарезающих, изготавливают диаметром от 12 до 48 мм с длиной стержня от 25 до 300 мм. Болты различаются по классам точности. Класс С – грубой точности, нормальной точности – класс В и класс А – высокоточные болты. Разница в классах заключается в отклонениях диаметра болтов и отверстий для них от проектного диаметра. Для болтов классов С и В отклонения по их диаметру могут достигать 1 и 0,52 мм соответственно. Отверстия в стыкуемых элементах для болтов классов С и В делаются на 2 – 3 мм больше диаметра болта, а для класса А диаметр отверстий не должен быть больше 0,3 мм чем диаметр болта.

Плюсовой допуск для диаметра болта и минусовой допуск для отверстия в этом случае не допускается. Разница в диаметрах болта и отверстия облегчает сборку соединений, однако эта разница и обуславливает повышенную деформативность болтовых соединений, так как под воздействием нагрузки происходит выбирание неплотностей примыкания стенок отверстий и болтов. Эта же разница в размерах приводит к неравномерности работы отдельных болтов в соединении. Поэтому болты классов В и С не рекомендуется использовать в ответственных соединениях, работающих на сдвиг. В ответственных сооружениях применяют обыкновенные болты класса А или высокопрочные болты.

Высокопрочные болты являются болтами нормальной точности, их ставят в отверстия большего диаметра. Затягивают эти болты с помощью тарировочного ключа, позволяющего контролировать усилие затяжки и силу натяжения болта. Высокопрочные болты применяют для увеличения несущей способности соединений. Достигается это тем, что при контролируемом натяжении гаек стыкуемые листы стягиваются настолько плотно, что обеспечивают восприятие сдвиговых усилий в стыке за счет трения. При таких стыках необходимо чтобы толщина стыкуемых элементов была строго одинаковой, иначе невозможно достаточно плотно прижать стыковую накладку к обоим элементам.

Кроме этого необходима специальная обработка стыкуемых поверхностей (очистка от масла, грязи, ржавчины и окалины) для увеличения их способности к сцеплению. Помимо фрикционных соединений на высокопрочных болтах существуют соединения воспринимающие усилия совместной работой сил трения, смятия и среза болтов. Еще одним типом болтовых соединений являются клееные соединения. В этом случае элементы металлических конструкций сначала склеиваются, а затем стягиваются с помощью болтов. Наконец для соединения тонких и листовых соединений применяются самонарезающие болты, которые обычно изготавливаются диаметром 6 мм.

Обыкновенные болты при приложении нагрузки на узел работают на изгиб и отрыв головки, срез болта, смятие поверхностей болта и отверстия, на растяжение, рис. 5.5, а стыкуемые листы на вырывание кромки. По мере увеличения нагрузки, работу болтового соединения на сдвиг можно разбить на четыре этапа. На первом этапе, когда силы трения между соединяемыми листами не преодолены, болт испытывает только

Рис. 5.5. Виды напряженного состояния болтового соединения:

а – изгиб стержня болта; б – срез стержня болта; в – смятие стенок отверстий сопрягаемых листов; г – центральное растяжение болта растягивающие напряжения от затяжки гайки, а все соединение работает упруго.

При увеличении нагрузки силы внутреннего трения оказываются преодоленными и наступает сдвиг всего соединения на величину зазора между болтом и отверстием. На следующем третьем этапе стержень болта и края отверстия постепенно обминаются, болт изгибается и растягивается, чему препятствуют головка и гайка болта. При дальнейшем увеличении нагрузки болт переходит в упругопластическую стадию работы и разрушается от среза, смятия, выкола одного из соединяемых элементов или отрыва головки болта.

Расчет болтового соединения производится следующим образом. Определяется несущая способность одного болта, а затем необходимое количество болтов в соединении.

Несущая способность болта из условия работы на срез определяется по соотношению:

где Nb – расчетное усилие воспринимаемое одним болтом на срез; Rbs – расчетное сопротивление материала болта на срез; ?b – коэффициент условий работы соединения; A – площадь сечения стержня болта ( по ненарезанной части ); ns – число расчетных срезов одного болта; ?c – коэффициент условий работы конструкции.

Несущая способность соединения по смятию обычно определяется исходя из смятия стенок стыкуемых элементов (материал болта обычно прочнее)

где Rbp – расчетное сопротивления болтового соединения на смятие; db – диаметр болта;

∑ t – наименьшая суммарная толщина сминаемых в одном направлении элементов.

Расчетное усилие, воспринимаемое болтом на растяжение, определяется по формуле Nb = Rbt Abn ?c , ( 5.6 )

где – Rbt расчетное сопротивление материала болта на растяжение, Abn – площадь сечения болта нетто с учетом нарезки.

Число болтов в соединении n при действии сдвигающей силы N, приложенной в центре тяжести соединения, определяют исходя из условия равнопрочности всех болтов по формуле

Читайте также:  Расслабляться и отдыхать

где Nmin – наименьшее значение из определенных по соотношениям ( 5.5 ) и ( 5.6);

а при работе болтов на растяжение значение из соотношения ( 5.6 ).

При работе стыка на сдвиг кроме проверки прочности болтов в соединении необходимо проверить прочность стыкуемых элементов на растяжение с учетом ослабления их сечений отверстиями и прочность на выкол (на срез) краев стыкуемых элементов. Последняя проверка обычно не производится, так как расстояние первого ряда болтов от края листа выбирается таким образом, чтобы прочность на выкол была гарантирована.

Заклепочные соединения по характеру работы аналогичны болтовым соединениям и расчет заклепочных соединений аналогичен расчету болтовых.

В настоящее время они почти не применяются из-за большой трудоемкости и малой производительности. Интересны тем, что во-первых, обеспечивают плотное соединение, так как при остывании заклепка сокращается и стягивает стыкуемые элементы и, во-вторых, тело заклепки полностью заполняет отверстие в стыкуемых элементах благодаря пластическим деформациям разогретого металла в процессе клепки. В настоящее время заклепочные соединения применяются в стальных конструкциях, подверженных вибрационным и знакопеременным нагрузкам и в алюминиевых конструкциях, так как применение высокопрочных алюминиевых сплавов исключает применение электросварки.

Рис.5.6. Стыки листовых элементов:

а – с двухсторонней накладкой; в – с односторонней накладкой

По конструктивным признакам различают два типа болтовых и заклепочных соединений – стыки и прикрепление элементов друг к другу. Стыки листового металла осуществляются с помощью накладок: односторонних или двухсторонних, рис. 5.6. Предпочтительнее двухсторонние накладки, так как они обеспечивают симметричное напряженное состояние стыка. Стыки с односторонней накладкой дают эксцентричное соединение, в нем возникают изгибающие моменты и поэтому необходимое по расчету число болтов увеличивают на 10%. Стыки профильного металла, рис.5.7 выполняют с помощью накладок – уголковых или листовых. Прикрепление элементов друг к другу

Рис. 5.7. Болтовые и заклепочные стыки прокатных профилей:

а – уголковых профилей; в – швеллеров; 1 – уголковая накладка; 2 – фаска; 3 – прокладка;

4 – листовые накладки также осуществляется с помощью листовых накладок, косынок или уголковых элементов.

Болты или заклепки в соединениях размещают в рядовом или в шахматном порядке на минимальном расстоянии друг от друга, которое обеспечивает прочность на выкол и удобство постанови болтов. Схема стыковых соединений листовых и уголковых элементов работающих на сдвиг приведена на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Схема размещения болтов и заклепок в соединениях, работающих на сдвиг

Сварные, болтовые и заклепочные соединения имеют стандартизированные обозначения на строительных чертежах, рис.5.9.

Рис. 5.9. Условные обозначения сварных швов, болтов и заклепок в соединениях:

а – круглое отверстие; б – овальное отверстие; в – постоянный болт; г – временный болт;

д – высокопрочный болт; е – заклепка

Промежуточное положение между болтовыми и заклепочными соединениями занимают соединения на лок-болтах (болтах с обжимными кольцами). Их применяют в основном для соединений в алюминиевых конструкциях и диаметр этих болтов находится в пределах 6 – 14 мм.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10885 – | 8145 – или читать все.

Болтовое соединение и сварка металлоконструкций: преимущества и особенности

Строительство из металлоконструкций успешно зарекомендовало себя практически во всех сферах бизнеса, позволяя быстро, качественно и сравнительно недорого возводить надежные долговечные площади для организации деятельности. В основе монтажа зданий из таких конструкций лежит метод болтового соединения и сварка металлоконструкций, благодаря которым отдельные элементы приобретают форму полноценного функционального сооружения.

Невзирая на то, что помимо сварки и болтового соединения металлоконструкций также имеет место крепление на основе заклепок и пайки, все же представленные варианты наиболее популярны и чаще всего применяемые в силу их преимуществ и технологии соединения.

Болтовое соединение металлоконструкций

Болтовое соединение – один из самых лучших вариантов крепления, который упрощает сборку и сокращает продолжительность монтажных работ. Не поэтому ли 95 % приходится именно на данный тип соединения?

В зависимости от конструктивных решений и величины нагрузок соединение металлоконструкций болтами может выполняться на основе метизов грубой, нормальной и повышенной точности. Болтовые отверстия проделываются диаметром больше, чем диаметр болта на 2-3 мм. Но при такой технологии монтажа увеличивается риск деформации соединений, именно поэтому так важно обеспечить точность совпадения крепежных отверстий металлоконструкций.

Применение высокопрочных болтов для металлоконструкций с большой эффективностью заменяет заклепки и может применяться вместо болтов повышенной точности. К тому же, такое крепление сочетает в себе легкость установки, низкий процент деформации и высокий уровень несущей способности.

Подготовка к монтажу болтовым методом включает в себя несколько этапов:

  • подготовительный этап стыкуемых поверхностей;
  • состыковка отверстий под болты;
  • стяжка элементов стыка;
  • рассверловка отверстий для установки болтов.

Перед тем, как закрутить болт, осуществляется выверка конструкции. Длина и диаметр болтов рассчитывается с учетом особенностей проекта.

Виды болтовых соединений

Для монтажа металлоконструкций применяют несколько разновидностей болтов, к основным относят:

  • болты высокой точности из высокопрочной оцинкованной стали;
  • грубой точности — выполняемые диаметром до 20 мм из углеродистой стали;
  • повышенной точности – диаметр метизов до 48 мм, длина до 300 мм.

Крепление металлоконструкций болтами можно разделить по изготовлению:

  • внахлест;
  • с применением накладки.

При болтовом соединении важнейшими параметры считаются:

  • класс точности болтов;
  • тип исполнения;
  • параметры болта (шаг резьбы, материал изготовления, толщина и пр.).

Преимущества металлоконструкций на болтах

Поэлементная сборка металлоконструкций на болтах применима в том случае, когда сварка невозможна или конструктивные особенности проекта не предполагают данный метод монтажа.

К основным преимуществам болтового соединения можно отнести возможность многократной сборки и разборки без потери эксплуатационных качеств каркаса здания. Но помимо этого также выделяют:

  • низкую металлоемкость и простоту сборки;
  • упрощенную логистику, так как сборные МК проще транспортировать;
  • возможность быстрой замены отдельных конструкций, вышедших из строя.

Недостаток такого типа соединения заключается в геометрической ограниченности за счет того, что поверхности соединяемых конструкций должны совпадать отверстиями под болты.

Сварное соединение металлоконструкций

Изготовление металлоконструкций методом сварки – экономически выгодный метод, применяемый в работе с металлическими изделиями. Он обеспечивает надежное соединение металлических конструкций с продолжительным сроком эксплуатации.

Технология сварки металлоконструкций во многом влияет на прочность, надежность и цену, а поэтому тот или иной вариант сварки применяют отдельно для конкретного случая.

Виды сварки

Для изготовления сварных металлоконструкций выбирают следующие типы сварки:

  • сварка полуавтоматом;
  • точечная сварка (одна из самых финансово затратных);
  • многоточечная сварка.

Существенная разница между различными видами сварки металлоконструкций заключается в специфике поступления тока на электрод. При точечной – ток поступает на каждый электрод по отдельности, что требует применение дорогостоящего оборудования. При многоточечной – ток при помощи распределителя энергии подается на все электроды и требует высокой квалификации специалиста.

Преимущества сварки металлоконструкций

К основным достоинствам данного метода относят:

  • герметичность шва, исключая возможность проникновения влаги между стыками металлоконструкций;
  • вариативность – возможность соединять элементы любой формы и в разных положениях;
  • низкая цена сварки металлоконструкций – один из самых дешевых способов крепления за счет отсутствия необходимости использовать крепежи.

В качестве недостатков сварки металлоконструкций можно выделить подверженность коррозии из-за локального нагрева. Также сварные конструкции невозможно демонтировать для последующей сборки, а для их соединения необходим специальный инструментарий и опыт специалиста.

Какой из типов соединений лучше?

Какое соединение лучше – сварное или болтовое? Ответить однозначно невозможно, да и выбирать преимущественно одну из предложенных технологий — совершенно неправильное решение. Каждый из данных способов будет уместен при определенных обстоятельствах, конструктивных особенностях проекта, а также условий разворачивания стройки. К примеру, поэлементная болтовая сборка будет уместна, где сварка попросту недопустима или же здание планируется как временная мобильная постройка, которую со временем необходимо разобрать.

Сварка – отличный способ уменьшить расходы на строительство, так как стоимость сварки металлоконструкций ниже по сравнению с болтовым соединением. К тому же, если речь идет о сложнодоступных и неудобных местах, сварка является целесообразным решением.

Если вы находитесь в замешательстве и хотите получить больше информации касаемо данного выбора, обратитесь к нашим специалистам. Мы постараемся ответить на все ваши вопросы абсолютно бесплатно.

Болты и болтовые соединения металлоконструкций

Болтовые соединения как способ сборки крупногабаритных металлоконструкций использовались гораздо раньше изобретения сварки. Простота монтажа и высокая надежность в работе способствовали широкому распространению этого способа соединения в строительстве с использованием крупногабаритных металлоконструкций.

Болтом называют соединительный элемент, имеющий головку, стержень, часть которого гладкая, а другая имеет резьбу для навинчивания гайки. Гладкая часть «правильного» болта должна иметь длину на 2-3 мм короче толщины соединяемых металлоконструкций. Также в соединениях применяются шайбы, обеспечивающие лучшую фиксацию гайки.

Для соединения строительных металлоконструкций применяют болты грубой, нормальной и повышенной точности, а также высокопрочные, самонарезающие и фундаментные или анкерные болты.

Точность болтовых соединений.

Болты грубой (класс C) и нормальной (класс B) точности отличаются допусками на отклонение диаметра от номинала. Для болтов грубой точности это 1 мм, а нормальной – 0,52 мм при диаметре до 30 мм.

Болты грубой и нормальной точности применяются в условиях монтажа. Болты этих классов точности ставят в отверстия, образованные продавливанием или сверлением в отдельных элементах и диаметр этих отверстий должен быть на 2-3 мм больше диаметра болта.

Разница диаметров болта и отверстия облегчает посадку болта и упрощает создание соединения и это большое преимущество использования таких болтов. Однако, неполное совпадение осей отверстий в отдельных элементах металлоконструкций и болтов не позволяет добиться плотной посадки болта в отверстии.

Неплотность посадки болта в отверстии повышает вероятность деформирования такого болтового соединения на сдвиг и увеличивает неравномерность работы отдельных болтов в соединении. Поэтому болты грубой и нормальной точности не могут быть использованы в ответственных соединениях, работающих на сдвиг, а только лишь как крепежные элементы конструкций или в случаях, когда основная нагрузка происходит от растяжения.

Болтами повышенной (класс A) точности соединяют элементы металлоконструкций, отверстия в которых просверлены на проектный диаметр в собранном виде или продавлены по кондукторам в отдельных элементах или деталях, или просверлены на меньший диаметр с последующей рассверловкой до проектного диаметра в собранных элементах.

Диаметры таких отверстий не должны отличаться от диаметра болта более чем на 0,3 мм. Плюсовой допуск для диаметра болта и минусовой для отверстия не разрешается. Гладкая часть болта без резьбы обтачивается до строго цилиндрической формы.

Высокопрочные болты.

Обычные болты изготавливаются из углеродистой стали горячей или холодной высадкой и, при необходимости, подвергаются термообработке. Высокопрочные болты изготавливают из легированной стали и также могут быть термообработаны.

Высокопрочные болты изготавливают нормальной точности, их ставят в отверстия, превышающие диаметр самого болта. При этом гайки таких болтов затягивают тарировочным ключом, позволяющим создавать заданную силу натяжения и контролировать её.

Большая допустимая сила натяжения высокопрочного болта позволяет плотно стягивать соединяемые элементы металлоконструкций, обеспечивая монолитность соединения. При действии на такое соединение сдвигающих сил между соединяемыми элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга.

Таким образом, высокопрочный болт, работая на осевое растяжение, обеспечивает передачу сил сдвига трением между соединяемыми элементами, именно поэтому подобное соединение часто называют фрикционными. Для увеличения сил трения поверхности соединяемых элементов должны быть тщательно очищены от грязи, жировых отложений, ржавчины и окалины. Как минимум это делается металлическими щетками, но в идеале пескоструйными или дробеструйным аппаратом.

Особенность соединений высокопрочными болтами при фрикционном соединении – необходимость одинаковой толщины соединяемых элементов металлоконструкций. Это обусловлено тем, что даже небольшая разница толщины соединяемых элементов не позволит добиться плотного прилегания и равномерности силы трения, и несущая способность болта резко уменьшается.

Компромиссным решением может быть размещение тонких стальных пластинок, покрытых с двух сторон полимерным клеем с корундовым порошком. Это позволяет выровнять перепад плоскостей стыкуемых деталей и обеспечивает высокий коэффициент трения.

Помимо сдвигоустойчивых фрикционных соединений высокопрочные болты позволяют создать соединения с «несущими» болтами. Такие соединения отличаются передачей сдвигающих усилий и совместной работой сил трения, смятия и среза болта.

Другие особенности болтовых соединений.

Самонарезающие болты отличаются от обычных наличием резьбы полного специального профиля на всей длине стержня. Такие болты могут быть завинчены в ранее образованные отверстия соединяемых деталей. Материалом для изготовления самонарезающих болтов служит термоупрочненная сталь. Плюс таких болтов – отсутствие гаек и доступ к конструкции только с одной стороны.

Фундаментные или анкерные болты служат для передачи растягивающих усилий от колонн на их фундаменты.

Принято классифицировать болтовые соединения по числу поставленных болтов – одноболтовые и многоболтовые. По характеру передачи усилия в соединении элементов металлоконструкции различают сдвигоустойчивые и несдвигоустойчивые болтовые соединения.

В несдвигоустойчивых соединениях нет необходимости контролировать силу затяжки гайки, так как в таких конструкциях между элементами не передается усилие через трение их поверхностей. В таких соединениях могут использоваться болты различных классов прочности, в том числе и высокопрочные, а в расчетах учитываются сопротивление растяжению, смятию и срезу, без учета сил трения.

При проектировании сдвигоустойчивых соединений дополнительно обязательно учитывается величина сдвигающей силы, передаваемой трением между соединяемыми элементами металлоконструкций.

Болтовые соединения на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением могут быть как фрикционными, так и фрикционно-срезными, когда часть усилия передается через трение поверхностей соединяемых болтами элементов металлоконструкций, а часть через смятие. Последний вид болтового соединения по результатам исследований наиболее экономичен, но и наиболее трудоемок в расчетах и при монтаже.

У болтовых соединений металлоконструкций есть и недостатки, главный из которых – более высокая общая металлоемкость изделия. Кроме того, необходимость в отверстиях для болтов ослабляет сечение соединяемых элементов. Тем не менее болтовые соединения, впрочем, как и заклепочные, по-прежнему в ходу.

Ссылка на основную публикацию