Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. дополнения > Рефераты
Название:
З ЄДНАННЯ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ

Тип: Рефераты
Категория: Тех. дополнения
Подкатегория: Рефераты

Цена:
1 грн



Подробное описание:

ГЛАВА 4.
З'ЄДНАННЯ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ

4.1. Загальні відомості

У будівництві використовують такі основні ви¬ди з'єднань: за допомогою зварювання, болтові, на заклепках.
Найпоширенішими є зварні з'єднання (близько 95 % усіх з'єднань), хоча болтові й за¬клепкові з'єднання відомі раніше. Винахідником зварювання є вітчизняний вчений М. М. Бернардос. У 1882 р. він запатентував "Спосіб з'єднання і роз'єднання металів дією електричного струму", в якому запропоновано розігрівати метал елект¬ричною дугою з використанням неплавких вугіль¬них електродів. Метал, потрібний для заповнення об'єму шва, отримували за рахунок присадкового стержня, що плавився в електричній дузі.
Цей процес був удосконалений російським вче¬ним М.Г.Слав'яновим, який у 1888 р. запропо¬нував спосіб зварювання електродом, що плавить¬ся. У 20-х роках минулого століття ідеї зварювання розробляв Д. А. Дульчевський, а з кінця 30-х ро¬ків — акад. Є. О. Патон, який запровадив біль¬шість із сучасних методів зварювання. Нині спра¬ву акад. Є. О. Патона продовжують вчені Укра¬їнського інституту електрозварювання, який віді¬грає роль провідної науково-дослідної установи світового масштабу.
Широке застосування зварних з'єднань забезпечують такі їхні переваги:
− висока міцність та надійність;
− відсутність проміжних деталей та отворів (що спрощує конструкцію);
− простота виконання;
− економія металу на 10-20% порівняно з бол¬товими та заклепковими з'єднаннями (через відсутність ослаблень та проміжних деталей);
− високий рівень механізації та автоматизації процесів зварю-вання.
Водночас зварні з'єднання мають певні недоліки:
− залишкові деформації та напруження внаслідок нерівномірного нагрівання та вистигання металу;
− значні концентрації напружень поблизу та без¬посередньо у швах, що зумовлює зниження міцності при повторних і вібраційних навантаженнях;
− у навколошовній зоні термічно та механічно зміцнені метали відпускаються;
− для виконання зварного з'єднання потрібне спеціальне обладнання.
У будівництві найбільше використовують електродугове зварювання. За рівнем механізації та автоматизації процесів розрізняють такі його види: ручне, напівавтоматичне (автоматизована подача зварювальних матеріалів і ручне перемі-щення дуги вздовж шва) та автоматизоване зва¬рювання (всі операції автоматизовано).
За способом заповнення шва металом та тех¬нологічними ознаками розрізняють:
− зварювання електродом, що плавиться;
− зварювання неплавким електродом (вугільним чи во-льфрамовим із введенням у дугу присад¬кового стержня для отримання необхідного об'єму рідкого металу і заповнення шва).
Розплавлений метал ізолюється від дії атмо¬сферного повітря шаром шлаку, флюсу чи стру¬менем захисного газу.
З'єднання за допомогою заклепок використовують у металевих конструкціях з 20-х років XIX ст. Болтові з'єднання з'я-вилися практично одночасно з чавунними кон¬струкціями (близько середини XVIII ст.). Бага¬торічна практика використання таких з'єднань свідчить про їхню високу надійність.
Болти широко використовують під час мон¬тажу конструкцій, що зумовлено простотою їх встановлення. Вони не потребують спеціалізова¬ного обладнання. Відсутність термічної дії дає змогу уникнути залишкових напружень та де¬формацій. Отвори під болти чи заклепки є віднос¬но невеликими концентраторами напружень. Цим забезпечується необхідна надійність конструкцій при несприятливому характері навантажень. Тому при інтенсивних динамічних, вібраційних та повторних навантаженнях доцільно використову¬вати заклепкові й болтові з'єднання.

4.2. Зварні з’єднання

4.2.1. Класифікація та характеристика зварних швів

За конструктивними ознаками розрізняють сти¬кові, кутові й прорізні шви.
Стиковими швами з'єднують елементи, розмі¬щені в одній площині (рис. 4.1, а). Ці шви найраціональніші, бо створюють най-менші концент¬рації напружень. Їхнім недоліком є необхідність додаткової обробки граней з'єднуваних елементів значної товщини для забезпечення повного про¬вару (рис. 4.1, в—є). Чим більша товщина еле¬ментів, які підлягають з'єднанню, тим складніший вид обробки використовують і більший кут зрі¬зання граней. Загалом рекомендовані кути най¬частіше перебувають у межах .

Рис. 4.1- Стикові шви і обробка
граней перед зварюванням:
а – стикове з'єднання і характер
силових ліній; б – без обробки;
в, г – односторонні Y- та К-подібні;
б, є – двосторонні V- та X -
подібні; є – криволінійна обробка Кутові шви утворюються при наплавленні шва в куті, складеному гранями з'єднуваних еле¬ментів. За формою вони близькі до трикутника. Залежно від поло-ження відносно напрямку дії зу-силля кутові шви поділяють на флангові й лобові. Шви, парале-льні лінії дії зусилля, називаються фланговими (рис. 4.2, а), а перпендикулярні — ло-бовими (рис. 4.2, б).
Кутові шви створюють значні концентрації на¬пружень, оскільки при передачі зусилля з одного елемента на другий силові лінії дуже викривлю-ються (рис. 4.2, в).
Прорізні шви утворюються при заповненні ме-талом прорізів у з'єднуваних елементах (рис. 4.3). Необхідно зазначити, що виготовлення прорізів дуже трудомістке. Різновидом прорізних швів є електрозаклепки, утворені
наплавленням металу в отвори одного зі з'єднуваних елементів (рис. 4.З.). Для виготовлення електрозаклепок використову¬ють електроди з тугоплавкими обмазками. Під час зварювання електрод поступово заглиблюється у розплавлений метал, поки верхній елемент не буде проплавлено наскрізь. Тугоплавка обмазка електрода плавиться повільніше, ніж сталеве осердя, і захищає дугу від розплавленого металу. Після видалення електроду розплав заповнює отвір і утворює електрозаклепку.
За призначенням шви поділяють на робочі (розрахункові), які служать для передачі зусиль, близьких до їхньої несучої здатності, та конст¬руктивні, що служать лише для фіксації елемен¬тів і не передають значних зусиль.
За протяжністю розрізняють шви суцільні й переривчасті.

Рис. 4.2 - З'єднання на кутових швах:
а – флангових; б – лобових; в – переріз кутового шва і характер силових ліній За поло-женням у просторі під час зварювання шви поділяють на нижні, вертикальні, стельові, горизон-тальні на вертика-льній поверхні та чов¬ником (рис. 4.4). Найзручнішими для виконання є нижні шви. Шви на вертикальній площині складніші й вимагають висококва-ліфікованого підходу. Найскладнішими є стельові шви, що накладаються зни-зу. Якість таких швів нижча, тому

Рис. 4.3 - Прорізні шви
при конструюванні їх необхідно уникати.

Рис. 4.4 - Положення швів у просторі: 1 – стельові;
2 – вертикальні;
3 – горизонтальні на верти-кальній поверхні;
4 – нижні; 5 – човником Загалом у конструкціях зі звар-ними з'єднан¬нями необхідно передбача-ти використання ме¬ханізованих і автоматизованих способів зварювання. При проектуванні конструкцій з нижніми швами значної довжини найпродуктивніше авто¬матичне зварювання. Напівавтоматичне зварюван¬ня менш продуктивне. Але при цьому можливе ви¬конання швів будь-якого просторового положення. Можна рекомендувати автоматичне зварюван¬ня під шаром флюсу для поясних швів ба-лок, колон та інших елементів довжиною понад 3 м, а також стикових швів – понад 500 мм; напівав¬томатичне в середовищі вуглекислого газу – при менших довжинах швів. Якщо ж автоматичне чи напівавтоматичне зварювання виконати неможли¬во, засто-совують ручне.
4.2.2. Види зварних з’єднань

Стандарти на електродугове зварювання перед¬бачають такі види з'єднань: стикове, кутове, тав¬рове, внапуск (рис. 4.5).
Стикові з'єднання виконують за допомогою стикових швів у балках, ригелях, колонах буді¬вель, резервуарах, газгольдерах, бункерах, силосах, трубопроводах тощо. Особливо доцільні вони в листових конструкціях, оскільки забезпечують найменшу концентрацію напружень, економічні, зручні для фізичних методів контролю якості, герметичності швів.
Таврові й кутові з'єднання використовують для скріплення взаємно перпендикулярних еле¬ментів, наприклад, поясних швів балок і колон, приєднання ребер тощо. Такі з'єднання можуть бути з повним і неповним проплавленням товщи¬ни. При статичних навантаженнях проектують неповне проварювання, бо проплавлення всієї товщини ускладнює процес зварювання і зумов-лює його подорожчання. Повне проплавлення передбачають лише у достатньо обгрунтованих випадках, наприклад, у поясних з'єднаннях під¬кранових балок, оскільки непровар у корені шва є концентратором напружень і зумовлює значне зниження втомної міцності металу шва.

Рис. 4.5 - Види зварних з'єднань:
а – стикове; б – кутове; в – таврове; г – внапуск

З'єднання внапуск утворюють з допомогою ку¬тових швів і використовують у більшості монтаж¬них стиків та досить часто у заводських умовах. Для цього виду з'єднання допускаються менші точності виготовлення деталей та спрощується виконання. На відміну від стикових з'єднанням внапуск властиві значні концентрації напружень, що негативно впливають на їхню роботу при ди¬намічних навантаженнях. При статичних наван¬таженнях і використанні пластичних сталей не¬гативний вплив концентрацій напружень у куто¬вих швах незначний.
Застосування у будівельних конструкціях про¬різних швів, електрозаклепок і переривчастих швів обмежене. їх можна використовувати у не¬сучих конструкціях, на які не впливають рухомі чи вібраційні навантаження та розтягувальні зу¬силля, а також у допоміжних елементах. Відстань між переривчастими швами не повинна переви¬щувати 15t у стиснених і 30t у розтягнених не¬робочих елементах (t – найменша товщина з'єд¬нуваних елементів).
Якість зварних швів обов'язково контролюють. Методи контролю регламентовані у частині III „Будівельних норм і правил" на виконання і прий¬мання робіт.

4.2.3. Стискові з’єднання. Основи розрахунку і конструювання

Стикові шви у з'єднанні можуть бути розмі¬щені перпендику-лярно (рис. 4.6, а) або під кутом (рис. 4.7) до лінії дії сили. Такі з'єд-нання найраціональніші, оскільки мають найменші матеріа-ломісткість і концентрації напружень.

Рис. 4.6 - Розрахунок стикових швів на дію осьової сили: а – без вивідних планок; б – фактична епюра
нормальних напружень;
в, д – розрахункові епюри; г – з
вивідними планками;
є – переріз стикового шва; і – вивідні планки Найчастіше стикові шви застосовують при з'єднанні лис-тового металу, хоча допускається їх використання і при з'єднанні профілів. Але при цьому важко забезпечити повне проварювання у місцях перетину окремих частин перерізу (напри¬клад, стінок і поличок у двотаврах чи швеле-рах).
Якісно виконане стикове з'єднання має не¬значні концент-рації напружень через наявність непровару і кратеру на кінцях шва (рис. 4.6, б), а також зміну товщини у місці наплавлення шва. Непровар і кратер ліквіду-ють виведенням кінців шва на тимчасові технологічні планки (рис. 4.6, г), які після закінчення зварювання зрубують. Концент-ратори, зумовлені зміною товщини, зникають, якщо механічно
(струганням, фрезеруванням, шліфуванням) зняти метал шва, який виступає за межі товщини з'єднуваних елементів.
Стикове з'єднання може працювати на дію осьових сил (стиск та розтяг), згин, кручення, зріз та різні поєднання цих зусиль. Завдання розра¬хунку – забезпечити необхідну міцність шва. При цьому використовують основні формули, наведені в главі 3.
При дії осьових зусиль напруження у шві перевіряють за формулою
, (4.1)
де площа перерізу шва; розрахунковий опір металу стикового шва за межею текучості; розрахункова довжина шва (рис. 4.6, в); найменша тов¬щина з'єднуваних елементів (рис. 4.6, є).
Наявність тимчасових вивідних планок дає змогу приймати (рис. 4.6, г, д).
Підставивши
. (4.2)
Розрахунковий опір металу шва приймають згідно з рекомендаціями норм: для стис¬ку, а при наявності фізичних методів контролю якості також і для розтягу чи згину; для розтягу і згину за відсутності фізичних методів контролю якості шва. При цьому обов'язковими є правильний добір мате¬ріалів для зварювання згідно з табл. 4 додатка 6 або вказівками норм та повний провар товщини з'єднуваних елементів.
Якщо конструкцію розраховують з допущен¬ням пластичних деформацій згідно з розрахун¬ковим опором за межею міцності , то і з'єднання проектують з підстановкою у формулу (4.2) за¬мість розрахункового опору металу шва за межею міцності та коефіцієнта надійності :
(4.3)
Коли ж напруження у шві перевищують ха¬рактеристики міц-ності металу шва, стиковий шов виконують навскіс, збільшуючи тим самим його довжину (рис. 4.7). Найчастіше кут закладення шва приймають 1:2. Таке з'єднання при правиль¬ному доборі матеріалів для зварювання і повному проварові товщини є рівноцінним основному ме¬талу і не потребує розрахунку. Не розраховують також з'єднання з нормальними стиковими швами при виведенні швів на тимчасові технологічні планки, фізичних методах контролю якості шва та дотриманні інших конструктивних вимог норм (рис. 4.6, г). У цьому випадку і площа, і розра¬хунковий опір металу шва відповідають основ¬ному металу. Тобто з'єднання є рівноміцним.

Рис. 4.7 - Стикове з'єднання за
допомогою скісного шва При дії на шов згиналь-ного моменту (рис. 4.8) перевірці підлягає рівень найбільших нормальних напружень:
(4.4)
Або, підставляючи момент опо-ру шва ,


Рис. 4.8 - Епюра напружень у
стиковому шві від дії згинального
моменту (4.5)
У випадку роботи шва на зріз (рис. 4.9) роз¬рахунок виконують за середніми значеннями до¬тичних напружень:
,(4.6)

де розрахунковий опір металу шва на зріз.
У з'єднаннях реальних конструкцій зазначені зусилля найчастіше діють у поєднанні. Розгля¬немо випадок одночасної дії нормальної сили і згинального моменту. Від обох зусиль у перерізі шва виникають нормальні напруження однакового чи протилежного напрямку. Вислідне напруження є алгебраїчною сумою напружень та , зумовлених нормальною силою N та згинальним моментом М:
(4.7)
Коли ж у з'єднанні одночасно діють нормальні та дотичні на-пруження, то перевірку виконують за зведеними напруженнями:

Рис. 4.9 - Розрахункова епюра дотич-них напружень у стисковому шві від дії перерізувальної сили де величини , , визначають, як це за¬значено вище; 1,15 – коефіцієнт, що враховує зміну міцності матеріалу при складному на-пру¬женому стані.
Основні конструктивні вимоги при проекту¬ванні стикових з'єднань:
− правильний добір матеріалів для зварювання;
− повний провар товщини з'єднуваних елементів (при цьому доцільним є зварювання з обох боків, що забезпечує симетрію шва).
В умовах монтажу допускається однобічне зварювання з підварюванням кореня шва та зварювання на металевій підкладці, що залишається;
− забезпечення вільного доступу до зварного з'єднання з урахуванням обраного способу та тех¬нології зварювання;
− використання високопродуктивних макси¬мально автоматизо-ваних способів зварювання;
− при динамічних навантаженнях напливи ме¬талу шва, які виступають за межі поверхні з'єд¬нуваних елементів, рекомендується знімати ме¬ханічною обробкою. Це, разом з використанням тимчасових вивідних планок, дає змогу позбутися навіть тих невеликих концентрацій напружень, які властиві стиковим швам.

4.2.4. З’єднання кутовими швами
З'єднання кутовими швами виконуються вна¬пуск, коли один елемент накладається на інший, за допомогою накладок, у тавр і кутом (рис. 4.10).


Рис. 4.10 - З'єднання кутовими швами: а – внапуск; б – за допомогою
накладок; в – у тавр; г – кутове
З'єднання може бути виконане фланговими чи лобовими швами, а також їх поєднанням.

4.2.5. З’єднання фланговими швами

З'єднання на флангових швах (рис. 4.11, а) ха-рактеризуються нерівномірним розподілом на¬пружень як по ширині з'єднання, так і по його довжині. Оскільки шви, через які передаються зусилля, розміщені на краях з'єднуваних еле¬ментів, то в цих місцях спостерігається концент¬рація напружень (рис. 4.11, б). Окрім цього, ос¬новна частина зусилля передається поблизу кінців шва (рис. 4.11, в). При довгих флангових швах їхня середня частина практично не бере участі у передачі зусиль. Тому у розрахунку враховують довжину шва, яка не перевищує де¬якого розрахункового значення . Шви руйну¬ються від кінців, де діють найбільші напруження, до середини. Визначено два види руйну-вання:

Рис. 4.11 - З'єднання на флангових швах: а – план з'єднання; б – епюра нормальних напружень у перерізі 1-1 елемента 1; в – епюра дотичних
напружень у шві, переріз 2-2  за наплавленим металом шва приблизно по бісектрисі кута (переріз 1-1, рис. 4.12);
 за межею сплавлення (пере-різ 2-2, рис. 4.12).
Навантаження будь-якого характеру завжди спричи-нюють зріз металу на одній з цих площин. Площа зрізу становить:
для площини 1
(4.9)
для площини 2
(4.10)

де коефіцієнти переходу від катета шва до ширини відповідної площини руйнування; розрахункова довжина шва.
Значення коефіцієнтів та залежать від глибини проплавлення металу, що, в свою чергу, зумовлено видом зварювання та положенням еле¬ментів при зварюванні. Наприклад, автоматичне і напівавтоматичне зварювання виконують біль¬шою силою струму, ніж ручне, тому глибина плавлення металу більша і значення коефіцієнтів відповідно вищі. Діапазон зміни коефіцієнтів: = 0,7...1,10, = 1,00...1,15. Конкретні числові зна¬чення приймають згідно зі СНиП П-23-81*.

Рис. 4.12 - Розрахункова схема
кутового шва: 1, 2 – розрахункові
перерізи за наплавленим металом та
межею сплавлення Значення розрахункової довжини кутового шва обчислюють аналогічно стиковому з ураху¬ванням непроплавлення і кратеру.
(4.11)
де геометрична довжина шва.
Щоб пом'якшити концентрації напружень на кінцях шва, а та-кож винести зони непроплавлен-ня та кратера за межі довжини
шва, рекомен¬дується заводити кутові шви за торці з'єднуваних елементів на 15...20 мм (рис. 4.10, б).
Флангові шви розраховують за середніми зна¬ченнями дотичних напружень зрізу у зазначених площинах 1 та 2. Таким чином, перевірки міцності з'єднання під дією осьової сили (рис. 4.11) мати¬муть вигляд:
за наплавленим металом:
(4.12)
за межею сплавлення:
(4.13)
де кількість швів;
розрахункові опори металу шва відповідно за наплавленим ме¬талом та межею сплавлення; коефі¬цієнти умов роботи шва.
Згідно З рекомендаціями норм приймають такі розрахункові опори:
; (4.14)
, (4.15)
де нормативний опір наплавленого ме¬талу шва, який зале-жить від типу електродів чи марки зварювального дроту; коефіцієнт надійності за матеріалом для наплавленого ме¬талу шва.
Перевіряючи міцність флангових швів, необ¬хідно пам'ятати, що їх розрахункова довжина не повинна перевищувати значень:
. (4.16)
Матеріали для зварювання вибирають відпо¬відно до марки сталі елементів, які з'єднуються, та наявного технологічного облад-нання з ураху¬ванням групи конструкції й кліматичного району будівництва. При цьому мають виконуватися умови:
для сталі з межею текучості до 285 МПа – ,
при ручному зварюванні – , але водночас ;
для сталі з межею текучості понад 285МПа .

4.2.6. З’єднання лобовими швами

Лобові шви (рис. 4.13, а) передають зусилля по ширині з'єднуваних елементів більш рівномірно, ніж флангові, але надзвичайно концентровано внаслідок малої ширини шва. їх робота пов'язана зі значними концентраціями напружень, зумов¬леними викривленням силових ліній та наявністю щілини між з'єднуваними елементами. Найкрутіше викривлення силових ліній спостерігається у корені шва біля щілини. Саме там концентрації напружень найбільші (рис. 4.13, б).

Рис. 4.13 - З'єднання на лобових швах:
а – конструкція з'єднання; б – епюра дотич-них напружень у перерізі шва; в, г – пологий та увігнутий шви Зі збільшенням глибини проплавлення кон¬центрація напружень поблизу кореня шва може дещо зменшуватися. Але уникнути її повністю не вдається, оскільки основ-ною причиною є на¬явність у з'єднанні щілини між з'єднуваними елементами. Концентрація напружень у
верхній час¬тині валика шва може бути зменшена внаслідок застосу-вання пологих та увігнутих швів (рис. 4.13, в, г) чи механічного оброблення шва з метою за¬безпечення плавного переходу від одного елемен¬та до іншого.
Як і у флангових швах, у даному випадку руй¬нування відбувається за наплавленим металом або межею сплавлення (відповідно перерізи 1-1 або 2-2, рис. 4.12). Внаслідок значних концент¬рацій напружень у шві характер руйнування ло¬бового шва крихкий.
Аналітичний запис умов міцності з'єднання аналогічний фланговим швам (4.12), (4.13). Обме¬ження на граничну розрахункову довжину лобо¬вого шва відсутнє, оскільки зусилля передається рівномірно всією шириною з'єднання.

4.2.7. Таврове з’єднання

Схеми з'єднань та епюри дотичних напружень, які виникають у швах, зображені на рис. 4.14.
Під дією нормальної сили (рис. 4.14, а) робота з'єднання аналогічна роботі з'єднання лобовими швами, а перерізувальної сили (рис. 4.14, б) – роботі з'єднання фланговими швами. Відповідним чином виконують і розрахунок (4.12) та (4.13).
Згинальний момент зумовлює нерівномірний розподіл напружень (рис. 4.14, в). їхні найбільші значення:
, (4.17)
де момент опору перерізу шва шириною чи (залежно за яким з перерізів ведуть розрахунок) і висотою, що дорівнює розрахун¬ковій довжині шва .

Звідси
(4.18)
(4.19)
де кількість швів.
Підставивши (4.18) і (4.19) в (4.17), отримаємо умову перевірки міцності шва за найбільшими на-пруженнями:

(4.20)
(4.21)
При поєднанні нормальної та перерізувальної сил зі згинальним моментом виконують геомет¬ричне додавання дотичних напружень, зумовле¬них цими зусиллями (відповідно ). Необхідно врахувати, що напрямки і пара¬лельні, а перпендикулярний до них. Звідси перевірка міцності має вигляд

(4.22)
(4.23)
Як бачимо, умови міцності кутових і стикових швів при одночасній дії декількох силових чин¬ників різні і їх не слід плутати. Це пояснюється тим, що у стикових швах можуть виникати як нормальні, так і дотичні напруження, а у кутових швах – лише дотичні.

4.2.8. Головні конструктивні вимоги при проектуванні з’єднань на кутових швах

Розміри та форму зварних кутових швів прий¬мають, дотримуючись таких найважливіших вимог:
1) катети кутових швів приймають згідно з розрахунком, але обов'язково більшими чи рівни¬ми найменшим значенням, зазначеним у нормах. Найменші значення визначені з метою забезпе¬чення достатньої глибини проплавлення і належ¬ної якості з'єднання залежно від товщини з'єдну¬ваних елементів і виду зварювання;
2) співвідношення сторін шва найчастіше приймають 1:1 (рис. 4.15, а):
3) при з'єднанні елементів різної товщини, коли шов накладають на грань товстішого еле¬мента, катет кутового шва не повинен пере¬вищувати 1,2 , оскільки при більших значеннях спостерігається наскрізне проплавлення тоншого зі з'єднуваних елементів. У цьому випадку до¬пускаються також шви з неоднаковими катетами, в яких більший катет прилягає до товстішого еле¬мента (рис. 4.15, б);
4) розрахункова довжина шва не повинна бути меншою за 4 чи 40 мм. Коротші шви неякісні, оскільки при зварюванні метал з'єднуваних еле¬ментів не встигає належним чином нагрітись і спостерігається непроплавлення;

Рис. 4.15 - Конструювання з'єднань на кутових швах:
а-г – відповідно рівносторонній та підвищений, пологий та вгнутий шви;
д – схема механічної обробки; е, є – конструкції накладок

5) розрахункова довжина флангових швів не повинна перевищувати 85 за винятком швів, у яких забезпечена передача зусилля по всій дов¬жині шва (наприклад, з'єднання поличок зі стін¬кою у зварних двотаврах тощо);
6) при динамічних навантаженнях з метою зменшення кон-центрацій напружень формують пологі або вгнуті шви зі значною глибиною про¬плавлення (рис. 4.15,в,г) і механічно обробляють поверхні швів та елементів (рис. 4.15, д).
Регламентуються також розміри накладок і напусків:
 сумарна площа перерізу накладок має бути не меншою за пе-реріз основних елементів;
 розмір напусків не повинен бути менший за 5 , де  тов-щина тоншого елемента (рис. 4.15,є);
 форма накладок повинна сприяти плавному переходу зусилля з одного елемента на другий, особливо це стосується конструкцій, на які діють повторні та вібраційні навантаження.
При близькому розміщенні зварних швів від¬стань між ними має бути не меншою за 40...50 мм, щоб уникнути поєднання залишкових напружень від термічної дії кожного зі швів (див., наприклад, рис. 4.15, є).

4.2.9. Комбіновані з’єднання

З'єднання, що мають різні види швів, називають комбінованими. Прикладом можуть бути з'єднан¬ня на лобових і флангових швах (рис. 4.16, а). Хоча деформованість цих швів різна (флангові є від¬носно пластичними, а лобові – крихкими), в гра-ничному стані, безпосередньо перед руйнуван¬ням, напруження у них близькі й шви працюють спільно. Тому розрахунок виконують за сумар¬ною площею швів обох видів, підставляючи в (4.12) і (4.13) загальну довжину швів з одного боку стику.
У практиці трапляються поєднання стикових і кутових швів (рис. 4.16, б), хоча через підвищену трудомісткість таке поєднання невдале. Оброб¬лення граней під стиковий шов, а також зачи¬щення стикового шва до одного рівня з поверхнею з'єднуваних елементів (інакше неможливо щільно вкласти накладки) вимагають значних витрат праці. Окрім цього, накладки збільшують мате¬ріаломісткість стику.
При розрахунку спочатку визначають несучу здатність стикового шва:
. (4.24)
Далі за різницею зусиль обчислюють зусилля у накладці:
, (4.25)
де N – зусилля, що діє.
Визначають її розміри:
(4.26)
та розраховують шви кріплення накладок, як це подано вище.,


4.2.10. Особливості зварних з’єднань у конструкціях з алюмінієвих сплавів

Алюміній є високоактивним металом, тому при нагріванні інтенсивно окислюється, утворюючи тугоплавкий оксид Аl2О3, температура плавлення якого близько 20500С. Частинки плівки оксиду, що залишаються у зварювальній ванні, є дефек¬тами, які протидіють проплавленню і утворенню монолітного шва. Тому перед зварюванням оксиди з поверхні металу зчищають, а розплавлений під час зварювання метал надійно захищають від до-ступу кисню.

Рис. 4.16 - Комбіновані з'єднання:
а – фланговими та лобовими швами;
б – стиковими та кутовими швами; в – схема оброблення стикового шва перед
встановленням накладки Найчастіше зва-рювання виконують у середо¬вищі інертного газу – так зване аргонно- чи, рідше, гелієво-дугове зварювання. Викори-стову¬ють як неплавкі (вольфрамові), так і плавкі елект¬роди. Зварювання можна здійснювати і під шаром флюсу в автоматичному режимі. При ручному зварюванні застосовують також електроди з об¬мазками. Склад флюсів чи обмазок має забезпе-чувати хімічне зв'язуван-ня кисню повітря.
Газове зварювання виконують нейтральним ацетиленово-кисневим полум'ям. Надлишок кисню зумовлює утворення плівок оксидів, а ацитилену – пористості шва за рахунок вільно¬го водню. В обох випадках якість шва знижу¬ється.
Передумовою доброї зварюваності є старанне очищення поверхонь, які з'єднуються, від бруду.
При нагріванні до 500...600 °С різко знижується міцність алюмінію і підвищується його крихкість. Щоб уникнути руйнування елементів у процесі зварювання під дією навантаження від власної маси чи легких ударів і невеликих переміщень, обов'язковим є надійне закріплення зварюваних деталей. Висока плинність алюмінієвих сплавів у розплавленому стані вимагає встановлення підкладки в місцях зварювання.
Необхідно зазначити, що для пластичних алюмінієвих сплавів з успіхом використовують холодне зварювання шляхом деформування.

 


4.3. З’єднання на болтах і заклепках

4.3.1. Загальні відомості

У металевих конструкціях використовують пе¬реважно болти діаметром 10...30 мм. Діаметри ан¬керних болтів досягають 100 мм та більше. Дов¬жина болтів зумовлена конструкцією з'єднання і може змінюватися у широких межах (рис. 4.17, а). Розмір головки болта під ключ найчастіше ста¬новить 1,5d.
Розрізняють болти грубої та нормальної точ¬ності, підвищеної точності і високоміцні.
Болти грубої та нормальної точності здебіль¬шого використовують у монтажних з'єднаннях для фіксації елементів. Переважно використову¬ють болти М20, а для дрібного фасонного про¬кату – М16 та МІ2. Встановлюють болти в от¬вори, діаметр яких більший за діаметр болтів на З мм (для зазначених діаметрів). Отвори форму¬ють в окремих з'єднуваних деталях шляхом про-бивання чи свердлення. Тому при складанні спос¬терігається деяке неспівпадання осей отворів.
При дії сил зсуву використовують болти підви¬щеної точності та високоміцні болти.
Болти підвищеної точності встановлюють у от¬вори, номінальні діаметри яких відповідають діа¬метрам болтів, тобто забезпечуємо щільний кон¬такт між болтом і стінкою отвору. При цьому от¬вори в усіх з'єднуваних деталях повинні накла¬датися, бо інакше не вдасться встановити болти. Тому отвори просвердлюють у зібраному й за¬фіксованому пакеті з'єднуваних елементів або по-передньо просвердлюють чи пробивають отвори меншого діаметра в окремих деталях, а після зби¬рання пакету розсвердлюють їх на проектний діа¬метр. Можливе свердлення отворів в окремих де¬талях відразу на проектний діаметр. Але тоді обо¬в'язковим є використання кондукторів, які забез¬печують точне розміщення отворів.
Виготовляють болти грубої, нормальної, а також підвищеної точності найчастіше з маловуглецевих сталей. При цьому використання болтів з автоматної сталі у будівельних конструкціях не допускається, що необхідно зазначати на крес¬леннях. Доволі широко застосовують також сталі підвищеної міцності.
Залежно від міцності матеріалу болти об'єдну¬ють у класи, які позначають двома числами, роз¬діленими крапкою (наприклад, 4.6, 5.6, 6.6, 8.8). Перше число, помножене на 100, позначає най-менше значення межі міцності (МПа), а добуток першого числа на друге збільшений у 10 разів, - значення межі текучості (МПа). Приймають клас болтів згідно з рекомендаціями норм відповідно до напруженого стану та враховуючи кліматичні особливості району будівництва.
Клас міцності гайок повинен відповідати міц¬ності болтів. Гайки класу міцності 4 використовують для болтів класів 4.6, 4.8, 5.6 та 5.8, класів міцності 5 і 6 — відповідно для болтів класів 6.6 і 8.8, класу 8 — для болтів класу 10.9.

Рис. 4.17 - Болти та заклепки:
а – болт; заклепки з напівкруглою (б),
напівпотаємною (в), потаємною (г) та підвищеною (д) закладними головками;
є – комбінована заклепка Під головки болтів грубої, нормальної та підви-щеної точності та гайки обо-в'язково, повинні вста-новлюватися круглі шайби: не більше двох під гайку і однієї під головку. У місцях прилягання головки болтів до похилих площин ставлять косі шайби, нахили поверхонь яких відповідають ку¬там спряження площин з'єднуваних елементів. Для закріплення гайок на постій-них болтах за¬стосовують контргайки чи пружинні шай-би. Вид закріплення необхідно зазначати у проекті.
Високоміцні болти ви-готовляють лише з високо міцних сталей
40 X Селект,38 ХС Селект, 40 ХФА Селект, 30 ХЗМФ, 30 Х2НМФА та інших і піддають термічній обробці для додаткового зміцнення. Застосовують їх у робочих (розрахун¬кових) з'єднаннях, які працюють на зсув чи роз¬тяг. Найпоширенішими є болти діаметрами 20, 24, 30 мм. Встановлюють такі болти в отвори, діаметр яких пере-вищує діаметр болтів на 1...4 мм.
Утворюють (пробивають чи свердлять) отвори в окремих деталях, тому при збиранні конст¬рукцій має місце певне неспівпадання отворів.
Висока міцність болтів дає змогу інтенсивно обтиснути пакет з'єднуваних деталей. Як наслі¬док, на контактних поверхнях виникають значні зусилля тертя, які забезпечують нерухомість з'єднання при зсувних навантаженнях. Доцільними є такі болти і в з'єднаннях, що передають великі зусилля розтягу. При невеликих зусиллях розтягу більш раціональним є використання де¬шевших болтів грубої чи нормальної точності.
Для кріплення профільованого настилу до про¬гонів та елементів фахверку найчастіше викорис¬товують самонарізальні болти, які мають спе¬ціальний профіль для нарізання різьби в отворах з'єднуваних деталей під час загвинчування. Най-поширенішими є болти діаметром до 8 мм.
Анкерні (фундаментні) болти передають зу¬силля розтягу на фундамент. Сортамент анкерних болтів передбачає діаметри від 12 до 140 мм. Кон¬струкція анкерних болтів повинна забезпечувати їх надійне закріплення в бетоні.
Останнім часом замість заклепкових з'єднань у сталевих конструкціях найчастіше застосову¬ють високоміцні болти та зварювання. Заклепки використовують дуже обмежено, лише при знач¬них динамічних та вібраційних навантаженнях, їх виготовляють з м'яких сталей (наприклад, Ст2закл., СтЗзакл., 09Г2 та інші). Залежно від форми закладної головки розрізняють заклепки з напівкруглими, напівпотаємними, потаємними та підвищеними головками (рис. 4.17, б-д).
Заклепки встановлюють у отвори, діаметр яких на 1,0...1,5 мм більший від діаметра стержня заклепки. Заклепкове з'єднання утворюють у два етапи. Перший – осаджування стержня до пов¬ного заповнення отвору, другий формування замикальної головки. При звичайних заклепках (рис. 4.17, б, в) щільне заповнення отвору забез¬печується для пакетів товщиною до 3,5d. Більші товщини вимагають осаджування з двох сторін, тобто частина металу закладної головки також повинна переходити в отвір. У цьому випадку ви¬користовують заклепки з підвищеною головкою і конічною частиною стержня (рис. 4.17, д).
Клепання виконують за допомогою клепальних молотків чи скоб у гарячому та холодному станах. За гарячим методом заклепки попередньо на¬грівають. При машинному клепанні заклепки з вуглецевої сталі нагрівають до 650...7000С (яск¬раво-червоне свічення), а при клепанні пневма¬тичним молотком – до 1000...11000С. Заклепки з низьколегованих сталей при будь-якому способі клепання нагрівають до 1000...11000С. Далі заклепки встановлюють у отвори, осаджують стер¬жень і формують замикальну головку. Тобто де¬формування заклепок здійснюють при високих температурах, коли матеріал перебуває у плас¬тичному стані. Охолоджуючись, заклепка вкоро¬чується, стискаючи тим самим пакет. Як наслідок, між окремими з'єднуваними елементами виника¬ють суттєві сили тертя, що поліпшують роботу з'єднання на зсув. Для отримання якнайбільших сил тертя дуже важливо витримати заклепку під тиском клепальної скоби чи ударами клепального молотка до температури, нижчої від температури розпаду аустеніту (600...6500С), оскільки при переході аустеніту в ферит об'єм металу збіль¬шується, а це знижує величину обтиску пакету. При дотриманні цієї умови залишкові напружен¬ня натягу заклепки становлять 120...140 МПа.
У холодному стані заклепки ставлять за зви¬чайних темпера-тур, коли матеріал має значну міцність. Тому для осаджування стержня і фор¬мування замикальної головки потрібні потужніші клепальні скоби. Натомість не потрібно нагрівати заклепки і витримувати їх під тиском. Тому хо¬лодне клепання продуктивніше від гарячого. Зу¬силля натягу заклепок у цьому випадку менші (близько 20...60 МПа), оскільки виникають лише внаслідок пружної віддачі з'єднуваних елементів, стиснутих клепальною скобою.
Листи профнастилу з'єднують між собою ком¬бінованими за-клепками діаметром 5 мм, які дають змогу склепати листи, виконуючи роботи з одного боку конструкції, при товщині пакету до 3 мм (див. 4.3.7 та 4.17, є).

4.3.2. Робота та розрахунок болтів і заклепок, що працюють на розтяг

Найчастіше розтяг спостерігається у фланцевих з'єднаннях (рис. 4.18). При цьому використовують болти нормальної точності, а при значних зусил¬лях – високоміцні. Несучу здатність болта, не враховуючи концентрації напружень, можна за¬писати:
, (4.27)
де розрахунковий опір матеріалу болта розтягові; площа перерізу стержня болта нетто, визначена за діаметром (рис. 4.17, а).

Рис. 4.18 - Болтове фланцеве з'єднан-ня Обчислюючи несучу здатність заклепки, у (4.27) підставляють відповідно розрахунковий опір матеріалу заклепки розтягу та площу перерізу стержня, обчислену за діаметром отвору.
Значення залежить від ма-теріалу, з якого виготовлено болт чи заклепку, і визначається згідно з табл. 6 додатка 6. Числове зна-чення роз¬рахункового опору бол-та є меншим, ніж розра¬хунковий опір розтягу аналогічного матері-алу в конструкції, що пояснюється наявністю концент-рацій напружень поблизу головки та різьби.
Руйнуються болти чи заклепки у зонах най¬більших концент-рацій напружень: болти – у міс¬ці різьби, а заклепки – у місці з'єднання стержня з головкою (відривання головки).
Для передачі зусилля розтягу N необхідна така кількість болтів:
. (4.28)
Отримане значення заокруглюють до більшого числа.

4.3.3. Робота і розрахунок болтів підвищеної точності та заклепок на дію зсувних зусиль

Для з'єднань, у яких елементи зсуваються один щодо іншого, спостерігається два види вичерпан¬ня несучої здатності: зріз стержня болта чи за¬клепки (рис. 4.19, а) та зминання металу (рис. 4.19, б). При зминанні металу стержень болта або заклепки згинається, що зумовлює його видов¬ження і виникнення значних зусиль розтягу. Як наслідок, руйнування найчастіше відбувається у результаті обривання головки або розривання стержня болта у місці різьби.
Можливе руйнування і елементів, що з'єдну¬ються. Внаслідок тиску стержня болта чи заклеп¬ки у матеріалі з'єднуваних елементів можуть роз¬виватися значні пластичні деформації. При розмі¬щенні болтів або заклепок поблизу краю з'єдну¬ваних елементів спостерігається сколювання матеріалу (рис. 4.20). Тому відстані від краю еле¬мента до болта заклепки, а також між болтами обмежують.
Відповідно до схем роботи (рис. 4.19) при дії зсувних зусиль несучу здатність болта визнача¬ють:
за зрізом стержня:
; (4.29)
за зминанням:
, (4.30)
де розрахункові опори болта чи за¬клепки відповідно на зріз та зминання; А – роз¬рахункова площа стержня болта, обчислена за його діаметром сі (рис. 4.17, а), або площа заклеп¬ки, обчислена за діаметром отвору; кількість площин зрізу (на рис. 4.19, а, = 2); найменша сумарна товщина елементів, які зми¬наються в одному напрямку; коефіцієнт умов роботи з'єднання.
Розрахункові опори та коефіцієнти умов ро¬боти приймають згідно з рекомендаціями норм.

Рис. 4.19 - Розрахункові схеми болто-вих і заклепкових з'єднань при роботі на зсув: а – зріз стержня; б – зминання матеріалу; в – з'єднання за допомогою
високоміцного болта; 1 – площини зрізу; 2 — поверхні зминання;
3 – площини тертя
Рис. 4.20 - Форми руйнування
з'єднуваних елементів (і – лінії
пластичних деформацій)

Проектуючи з'єднання, обов'язково перевіря¬ють міц-ність з'єднуваних елементів. Пе-ревірку виконують за їхніми геометричними характерис-тиками нетто, враховуючи послаблення перерізу отворами.
Кількість болтів у з'єд-нанні обчислюють за формулою
, (4.31)
де найменше зі значень розрахункових зусиль для одного болта, отримане за (4.29), (4.30).

4.3.4. Високоміцні болти. Робота і розрахунок у з’єднаннях, що працюють на зсув

Сили зсуву у з'єднаннях на високоміцних болтах, як це зазначено вище, передаються за рахунок тертя між поверхнями з'єднуваних елементів, ін¬тенсивно стиснених натягом болтів (рис. 4.19, в). Тобто несуча здатність болта визначається силами тертя.
Для однієї поверхні тертя
, (4.32)
де – зусилля натягу болта; коефіцієнт тертя; коефіцієнт надійності для з'єднання на високоміцних болтах.
Значення приймають, як і в (4.29) та (4.30).
Сила натягу болта обмежується його несучою здатністю на розтяг:
, (4.33)
де – розрахунковий опір матеріалу висо¬коміцного болта розтягу; – площа болта нетто.
Силу натягу болтів і спосіб її контролю обов'язково поз-начають на кресленнях.
Підставивши (4.33) в (4.32), отримаємо:
. (4.34)
Суттєво впливає на несучу здатність болтового з'єднання стан контактних поверхонь, а відтак і коефіцієнт їх тертя між собою. Поверхні, додат¬ково не підготовлені, мають найнижчі значення коефіцієнта тертя ( = 0,25). Відповідно несуча здатність такого з'єднання найменша. При ста¬ранній обробці значення коефіцієнта тертя мо¬жуть досягати = 0,58. Пропорційно зростає і несуча здатність. Конкретні значення залежно від обробки поверхонь подані у нормах.
Треба зазначити, що у всіх випадках поверхні очищають від бруду, мастил, фарб тощо.
Необхідну кількість болтів у з'єднанні, що перебувають під дією сили зсуву, обчислюють за формулою
, (4.35)
де кількість поверхонь тертя.
Таким чином, проектуючи з'єднання з більшою кількістю поверхонь тертя, можна зменшити кіль¬кість болтів і поліпшити техніко-економічні показники (вартість, металомісткість та трудоміст¬кість).
Перевірку міцності з'єднуваних елементів, по¬слаблених отворами під болти, виконують при ди¬намічних навантаженнях – за площею перерізу нетто Ап, а при статичних навантаженнях – за площею брутто А, коли Ап 0,85А, або умовною розрахунковою площею Ас = 1,18 Ап для значень Ап < 0,85А.


4.3.5. Розрахунок з’єднань на болтах і заклепках під дією різних
силових факторів

На з'єднання часто діють такі силові фактори, як згинальні моменти та перерізувальні сили.
Під дією згинального моменту зусилля у бол¬тах розподіля-ються пропорційно відстаням від центра ваги з'єднання до осей болтів (рис. 4.21). Найбільші сили діють у найвіддаленіших болтах.
Кожна пара болтів, розміщених симетрично відносно центра, сприймає частину згинального моменту:
,
а всі болти разом — повний момент:
, (4.36)
де зусилля, які виникають у болтах; відстані між парами болтів, розміщеними симет¬рично відносно центра ваги з'єднання (див. рис. 4.21); кількість пар болтів; т – кіль¬кість рядів болтів (на рис. 4.21 т = 2).
Виходячи з пропорційності сил відстаням , можемо описати будь-яку з сил через най¬більшу :
.
Підставляючи (4.37) у (4.36), отримаємо
. (4.38)

Рис. 4.21 - Розрахункова схема болтового з'єднання, на яке діє
згинальний момент

Звідси, приймаючи та найбільше мож-ливе зусилля у болтах:
. (4.39)
Умову міцності з'єднання на болтах підвище¬ної точності можна записати таким чином:
, (4.40)
де несуча здатність болта, прийнята за меншим зі значень, отриманим згідно з (4.29) і (4.30).
При дії перерізувальної сили спрощено вва¬жають, що зу-силля у болтах розподіляються рівномірно. Таким чином, зусилля, що діє на один болт:
(4.41)
де кількість болтів у з'єднанні.
Несучу здатність з'єднання вважають забез¬печеною, якщо сила , яка діє на болт, не пере¬вищує його несучої здатності:
(4.42)
Розглянемо випадок одночасної дії на з'єднан¬ня осьової N і перерізувальної сил та згиналь¬ного моменту М (рис. 4.22). На болти діятимуть сили відповідно .
Силу обчислюють аналогічно :
(4.43)

Рис. 4.22 - Розрахункова схема
болтового з'єднання при поєднанні
силових факторів Сили і діють в одному напрямку, а пер-пендикулярна їм (рис. 4.22). Звідси най¬більше значення рів-нодійної сили і перевірка міцності:

Аналогічно розраховують з'єднання на заклеп¬ках чи високоміцних болтах, а найбільше значен¬ня чи порівнюють з несучою здатністю заклепки чи високоміцного болта.

4.3.6. Основні конструктивні вимоги

У межах одного конструктивного елемента вико¬ристовують болти чи заклепки однакового діа¬метра. Для легких конструкцій рекомендуються діаметри до 20 мм, для середніх – 20...24 мм, важких – 24...30 мм.
Розкручуванню болтових з'єднань запобігають встановленням додаткових гайок (контргайок) чи пружинних шайб. Заварювати гайки з цією метою не можна. Якість встановлення постійних болтів перевіряють простукуванням. При цьому болти та гайки не повинні зміщуватися чи вібрувати.
Обов'язковою є щонайвища щільність з'єднан¬ня (навіть для конструкцій, до яких не висувають вимог герметичності). Наявність щілин знижує довговічність конструкцій, бо корозія металу в них відбувається надзвичайно інтенсивно. Щільність з'єднання перевіряють щупом товщи¬ною 0,3 мм. Всі уступи та нерівності, які не дають змоги забезпечити щільне з'єднання деталей, ви¬даляють механічною обробкою.
Аналогічними є вимоги до з'єднань на заклеп¬ках. Стержень заклепки після клепання повинен щільно заповнювати отвір, головки заклепок мають бути правильно сформовані, посаджені центрально відносно осі стержня, щільно приля¬гати до поверхні конструкції і відповідати діа¬метру заклепки.
Перед складанням з'єднань на високоміцних болтах перевіряють стан поверхонь деталей і його відповідність проекту. Під головки і гайки висо¬коміцних болтів встановлюють термічно оброблені шайби. Перепад поверхонь з'єднуваних деталей не має перевищувати 0,5 мм. При перепадах 0,5...3,0 мм на деталі, що виступає, механічною обробкою створюють скіс з нахилом 1:10. Ви-користовувати кисневе та дугове різання у цьому випадку заборонено. Перепади, що перевищують З мм, заповнюють прокладками. Заданий проек¬том натяг високоміцних болтів забезпечується за¬тягуванням гайок динамометричними ключами з контролем крутного моменту чи кута повороту ключа. Відхилення зусилля натягу в менший бік не допускається. Проконтролювавши зусилля, го¬ловки болтів фарбують, а з'єднання шпаклюють по контуру.
Відстані між центрами болтів чи заклепок до інших елементів або ребер приймають такими, щоб забезпечити можливість роботи гайковими ключами, механізованими інструментами, кле¬пальними скобами або молотками. Розміщують осі болтів і заклепок на прямих лініях – рисках. Риски орієнтують паралельно та перпендикуляр¬но до осі елемента (рис. 4.23). Відстані між цент¬рами болтів вздовж риски називають кроком. Прив'язки рисок приймають кратними 5 мм. Розміщення рисок для прокатних профілів нор¬моване сортаментом.
У всіх випадках обмежують як найменшу, так і найбільшу відстань між осями болтів чи закле¬пок. Найменші відстані диктуються можливістю влаштування з'єднання (роботи інструментом) та необхідністю уникнути руйнування з'єднуваних елементів (див. рис. 4.20). Найбільші — вимогою забезпечення щільності з'єднання та стійкістю елементів при стискові. Числові значення відста¬ней наведені в нормах (див. також табл. 4.1).

Рис. 4.23 -Розміщення рисок болтів і заклепок (а) та їх умовні позначення (б – є):
б – отвір; в – заклепка; г – болт потай-ний грубої чи підвищеної точності;
д – тимчасовий болт; є – високоміцний болт; 1 – риски

У монтажних з'єднан-нях, коли болти лише фіксу-ють конструкції (конструкти-вні болти), відстані між ними приймають близькими до мак¬симальних. Коли ж болти є розрахунковими і передають значні зусилля, то їх розміщують на мінімальних відстанях. Це дає змогу зменшити розміри накладок і металомісткість конструкції.


Таблиця 4.1 – Конструктивні вимоги до розміщення болтів і заклепок у
сталевих конструкціях

Характеристика відстані Відстань при розміщенні болтів
Відстані між центрами болтів чи заклепок у будь-якому напрямку:
найменші
найбільші у крайніх рядах при відсутності обрамлення з кутників (розтяг і стиск)
найбільші у середніх рядах, а також у крайніх при наявності обрамлення з кутників
при розтягу
при стиску
Відстані від центрів болтів і заклепок до країв елементів:
найменші вздовж зусилля
такі ж поперек зусилля
при обрізних краях
при прокатних краях
найбільші
найменші для високоміцних болтів

2,5d*

8d або 12t


16d або 24t
12d або 18t


2d

1,5d
1,2d
4d або 8t
1,3d

* При межі текучості сталі з'єднуваних елементів понад 380 МПа приймати 36; 6 – діаметр отвору; 1 – товщина найтоншого зовнішнього елемента.
Розміщують болти і у шаховому порядку. Най¬меншу відстань між їхніми центрами приймають а + 1,5d, де відстань між рядами поперек зусилля. При такому розміщенні площу перерізу елемента, необхідну для перевірки міцності, ви¬значають з урахуванням послаблення його отво¬рами лише в одному з перерізів, перпендикуляр¬них до напрямку дії зусилля.
У кріпленнях одного елемента до іншого через проміжні прокладки, а також у кріпленнях з односторонніми накладками через наявність не врахованих розрахунком ексцентриситетів та значною нерівномірністю розподілу сил кількість болтів чи заклепок збільшується порівняно з роз¬рахунком на 10%.
З тих же міркувань при застосуванні у з'єд¬наннях коротких обрізків кутників для кріплення виступаючих поличок кутників чи швелерів не¬обхідно збільшувати розрахункову кількість бол¬тів і заклепок, якими кріпляться ці обрізки, на 50 %.

4.3.7. Особливості болтових та заклепкових з’єднань
у конструкціях з алюмінієвих сплавів

Заклепкові з'єднання в алюмінієвих конструк¬ціях використо-вують значно ширше, ніж у ста¬левих. Вони добре працюють як при статичних, так і динамічних навантаженнях.
Виконують заклепкові з'єднання у холодному стані. При цьому матеріал заклепки повинен бути достатньо пластичним (наприклад, застосовують сплави АД1Н, АМг2Н, АМг5М, АВТ). За формою розрізняють заклепки з потайними закладними головками та з виступними. Обриси виступних го¬ловок найрізноманітніші – від сферичних чи ко¬нічних до фігурних. На головки наносять шифр, який свідчить про марку сталі заклепки.
Найпоширеніші діаметри заклепок 8...20 мм (з кроком 2 мм). Діаметри отворів повинні переви¬щувати діаметри заклепок на 0,2...1 мм (відповідно 8,2; 10,2; 12,35; 14,4; 16,55; 18,6; 21 мм).
Товщина пакету з'єднуваних елементів не має перевищувати чотирьох діаметрів заклепки, а в монтажних з'єднаннях – п'яти.
Для забезпечення корозійної стійкості заклеп¬ки виготовляють зі сплаву, близького до мате¬ріалу конструкції.
При з'єднанні тонких листів, якщо підхід з інструментом можливий лише з одного боку, використовують так звані комбіновані заклепки (див. рис. 4.17, є). Деталі заклепки виконують з таких матеріалів: заклепку 1 діаметром 4,8 мм — з алюмінієвого сплаву марки СвАМЗ; стержень 2 діаметром 2,5 мм – з оцинкованого сталевого дроту марки 45. Товщина з'єднуваного пакету не повинна перевищувати 3 мм. Встановлюють за¬клепку в отвір діаметром 5 мм. її замикальна го¬ловка формується головкою стержня при пере¬міщенні його в напрямку 3. Після цього вільний кінець стержня обламують. Болти найчастіше використовують, коли під час експлуатації необхідно розбирати з'єднання та при утрудненому доступі до місця з'єднання тощо. Болти виготовляють з того ж чи міцнішого сплаву, що й з'єднувані елементи, або зі сталі. Перспективним є використання високоміцних болтів. На сталеві болти обов'язково наносять за¬хисне покриття.
Широко використовують болти з кільцями, що обтискуються на різьбовій частині, так звані болти-заклепки, чи локболти. Болти виконують зі сталі (ЗОХГСА, 16ХСН) або міцних алюмінієвих сплавів (В94, Діб, В95), а кільця – з пластичних сплавів (В65, АВ, Д18).
З успіхом використовують також самонарізані болти.
Розраховують з'єднання, як це викладено ви¬ще для сталевих болтів та заклепок, підставляю¬чи відповідні розрахункові опори. При викорис¬танні сталевих високоміцних болтів необхідно па-м'ятати, що алюмінієві сплави та сталь мають різні коефіцієнти лінійного розширення, тому в умовах великої амплітуди зміни температур ви¬никають додаткові температурні напруження, що збігаються чи не збігаються за знаком з напру¬женими від натягу. Це явище необхідно враху¬вати, призначаючи значення попереднього натягу болта, щоб уникнути залишкових деформацій.
Відстані між центрами болтів і заклепок об¬межують, як і для сталевих конструкцій. Їхні чис¬лові значення наведені у табл. 4.2.

Таблиця 4.2 – Конструктивні вимоги до розміщення болтів і заклепок у
конструкціях з алюмінієвих сплавів
Характеристика відстані Відстань
Між центрами у будь-якому напрямку:
найменші
найбільші
у крайніх рядах при відсутності обрамлення з ку-тників
при наявності такого обрамлення в крайніх рядах у випадку розтягу
при наявності такого обрамлення в крайніх рядах, а також у середніх рядах у випадку стиску
Від центра заклепки чи болта до краю елемента:
найменші вздовж зусилля та по діагоналі
найменші поперек зусилля при обрізних краях
найменші поперек зусилля при прокатних краях
найбільші
Для заклепок 3d
Для болтів 3,5d
5d або 10d

12d або 20t

10d або 14t

2,5d
2,5d
2d
6t

Позначення d і t, як у табл. 4.1.




Комментарий:

З'ЄДНАННЯ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы