Приложение Б (рекомендуемое). Силы, действующие в болтовых соединениях

Приложение Б
(рекомендуемое)

Силы, действующие в болтовых соединениях

Б.1 Распределение сил в болтовом соединении балок на накладках

Накладки должны быть размещены так, чтобы передавать нагрузки, действующие во всех элементах соединяемых балок. Для приближенного расчета соединения на накладках принимаются допущения о том, что характер распределения усилий между болтами соответствует распределению напряжений в присоединяемом элементе.

В качестве примера представлена методика расчета болтового соединения коробчатых балок, сечение которых имеет две оси симметрии, загруженных изгибающим моментом , продольной и перерезывающей силами (рисунок Б.1).

Рисунок Б.1 - Схемы к расчету болтового соединения на накладках

Продольная сила загружает сечение равномерно, поэтому нагрузка на болтовые соединения поясов стенок распределяется пропорционально их площадям, то есть

В пределах одного элемента сила равномерно распределяется между всеми болтами, и на один болт приходится усилие

(Б.1)

Здесь , - общее количество болтов с одной стороны стыка, соответственно, на одном поясе и на одной стенке (на рисунке Б.1 = 12, = 18);

А - площади сечения балки;

, - площади сечения одного пояса и одной стенки.

Изгибающий момент создает переменное распределение напряжений по высоте балки. Изгибающий момент делится между поясами и стенками (, ) пропорционально их погонным жесткостям на изгиб

Отсюда получим выражения для изгибающих моментов, передаваемых поясами и стенками,

,

где , - моменты инерции одного пояса и одной стенки относительно оси у (в данном примере, приближенно

Момент загружает пояс равномерно, поэтому и усилия от него между болтами на поясе распределятся

(Б.2)

Усилия между болтами на стенке распределяются подобно эпюре нормальных напряжений, то есть пропорционально расстоянию до нейтральной оси (рисунок Б.1). Если количество болтов во всех рядах одинаково (), то усилие, приходящееся на самый нагруженный болт на стенке (в J-ом ряду), вычисляется как

(Б.3)

где ;

J - количество пар рядов болтов на стенке (на рисунке Б.1 J = 3);

- количество болтов в одном ряду на стенке с одной стороны стыка (на рисунке Б.1 = 3).

Перерезывающую силу в основном воспринимают стенки, поэтому, полагая равномерное распределение усилий между болтами, найдем усилие на один болт в этих элементах

(Б.4)

Делитель "2" обусловлен тем, что данная балка имеет две стенки.

Суммируя все полученные решения, найдем наибольшее усилие, приходящееся на самый нагруженный болт в соединении пояса

.

(Б.5)

и стенки

(Б.6)

Б.2 Загружение болта во фланцевом соединении

При монтаже фланцевого соединения болт затягивается до начального усилия . При этом болт удлиняется на , а фланцы вокруг отверстия сжимаются под действием реактивного усилия на (рисунок Б.2, а). При приложении внешней нагрузки Р усилие растяжения болта S возрастает на (точка 2), а усилие сжатия фланцев F падает на (точка 3) (рисунок Б.2, б). При этом

,

где - коэффициент внешней нагрузки;

- коэффициенты жесткости болта и фланца.

Расчетная сила растяжения болта .

Размах силы в стержне болта при изменении силы Р по от нулевому циклу равен . Сила сжатия фланцев при действии внешней нагрузки .

Рисунок Б.2 - Схемы к расчету болтов во фланцевом соединении