Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах

Необходимость монтажного стыка обусловлена большой длиной главной балки (превосходящей допустимую из условия транспортировки).

Стык принят на высокопрочных болтах, что допускает отсутствие на месте монтажа сложного и дорогостоящего сварочного оборудования и оборудования для проверки качества швов, высоко квалифицированного персонала, а также отличается большей скоростью монтажа по сравнению со сварочным стыком.

Стык расположен на расстоянии ⋲1/4 пролета L (см. рис. 4.8), в зоне действия моментов 75% от M_max, что позволяет пренебречь ослаблением неизмененного сечения в зоне болтового поля.

Рис.4.8. Место расположения стыка

x = 3,5 м;

M_x = 0,72 * М_max = 0,72 * 300.231,6 = 216.166,8 кг*м;

Q_x = 0,54 * Q_max = 0,54 * 80.061,8 = 43.233,4 кг.

Конструкция стыка на болтах представлена на рис. 4.9:

Рис.4.9. Конструкция монтажного стыка на болтах

Используются высокопрочные болты марки 40х “Селект”. Болты работают только на растяжение. Принимаем диаметр болтов ∅20 мм (А_нт = 2,45 см²). Диаметр отверстий под болты - ∅23 мм.

Стык рассчитывается в предположении, что полка воспринимает часть изгибающего момента и совсем не воспринимает поперечную силу. Стенка воспринимает оставшуюся часть изгибающего момента и всю поперечную силу:

I_ст = δ_ст * h_ст³ / 12 = 0,012 * 1,4³ / 12 = 274400*10^-8 м⁴;

М_ст = М_х * I_ст / I_х = 216.166,8 * 274400*10^-8 / 1.081.013*10^-8 = 54.870,9 кг*м;

М_п = М_х - М_ст = 216.166,8 - 54.870,9 = 161.295,9 кг*м;

Проектирование стыка по стенке. Определение размеров накладки по стенке:

δ_н.ст = δ_ст – 2 мм = 12 – 2 = 10 мм.

Проверка прочности стыка. Определение внутренних усилий в накладках на стенку главной балки (см. рис. 4.10):

Рис. 4.10. Распределение внутренних усилий в накладках

по стенке под действием внешней нагрузки

где е – расстояние от болтов до центра болтового поля;

N – возникающие усилия.

N_Q = Q_x / n_б = 43.233,4 / 12 = 3.602,8 кг;

N_max = М_ст * e_max / Σ e_i² = 54.870,9 * 0,5758 / 1862,3*10^-3 = 16.965,1 кг.

Рис.4.11. Определение N_Σ

N_Σ = N_max / cos12˚ ≤ n_тр * Q_bh * γ_c;

где n_тр – количество плоскостей трения (n_тр = 2);

Q_bh – несущая способность фрикционного соединения, стянутого одним болтом по одной плоскости трения.

Q_bh = R_bh * γ_b * А_н * μ / γ_h = 7,7*10⁷ * 1 * 2,45*10^-4 * 0,58 / 1,12 = 9.769,4 кг;

где R_bh – расчетное сопротивление болта растяжению (R_bh = 0,7 * R_bun = 0,7 * 11*10⁷ = 7,7*10⁷ кг/м²);

γ_b – коэффициент, зависящий от количества болтов в соединении (n_б > 10; γ_b = 1);

А_н – площадь нетто одного болта;

μ – коэффициент трения поверхности, зависящий от шероховатости (при дробеметной или дробеструйной металлизационной обработке цинком или алюминием μ = 0,58);

γ_h – коэффициент, зависящий от метода контроля затяжки болта (γ_h = 1,12).

N_Σ = 16.965,1 / 0,978 = 17.346,7 кг ≤ 2 * 9.769,4 * 1 = 19.538,8 кг.

Прочность стыка по стенке обеспечена.

Проектирование стыков по полкам. Определение внутренних усилий в накладках на стенку главной балки (см. рис. 4.12):

Рис.4.12. Распределение внутренних усилий в накладках

по полкам под действием внешней нагрузки

N_н = M_п / h_н = 161.295,9 / 1,42 = 113.588,7 кг;

Определение размеров накладки по полке:

А_н = N_н / (R_y * γ_c) = 113.588,7 / (25*10⁶ * 1) = 45,4*10^-4 м²;

δ_н.п = А_н / b_п = 45,4*10^-4 / 0,4 = 113,6*10^-4 м = 11,4 мм.

Принимаем по сортаменту ближайшее большее значение δ_н.п = 12 мм.

Определение требуемого количества болтов:

п_б.п = N_н / (п_тр * Q_bh * γ_c) = 113.588,7 / (1 * 9.769,4 * 1) = 11,6;

Принимаем количество болтов с одной стороны от стыка равным п_б.п = 12.