Файл: Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет.doc

Рис. 3.20. Монтажный стык главной балки на сварке

На монтаже применение физических способов контроля затруднено, поэтому расчет растянутого стыкового соединения производится по его пониженному расчетному сопротивлению. Сжатый верхний пояс и стенка соединяются прямым швом, растянутый пояс – косым швом для увеличения длины шва, так как действительное напряжение в поясе σпревышает R_wy. Для обеспечения равнопрочности сварного стыка и основного сечения нижнего пояса достаточен скос с наклоном реза 2:1.

Монтажный стык выполняется ручной сваркой, материалы для сварки выбираются по табл. 2.5. Для сварки монтажного стыка применяют электроды с индексом А (Э42А), обеспечивающие повышенную пластичность наплавленного металла.

Для обеспечения качественного соединения при ручной сварке элементов толщиной более 8 – 10 мм производится V-образная разделка кромок, начало и конец шва выводятся на специальные технологические планки.

Для уменьшения сварочных напряжений соблюдается определенный порядок сварки (см. рис. 3.20): сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1, поясов 2 и 3, имеющие наибольшую поперечную усадку, последними заваривают угловые швы 4 и 5, имеющие небольшую продольную усадку. Оставленные незаверенными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2. Это также позволяет при монтаже совместить торцы свариваемых элементов отправочных марок, имеющих отклонение в размерах в пределах технологических допусков.

Монтажный стык на высокопрочных болтах. Монтажные стыки на высокопрочных болтах выполняются с накладками (по три на каждом поясе и по две на стенке, рис. 3.21).


Рис. 3.21. Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах

Усилие с одного элемента на другой передается за счет сил трения, возникающих между соприкасающимися плоскостями, стянутыми высокопрочными болтами. Площади сечения накладок должны быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента. Рекомендуемые к применению в конструкциях средней мощности высокопрочные болты и их площади сечения приведены в табл. 3.17.

Таблица 3.17

Площади сечения болтов

Площадь, см2	Диаметр db, мм
	16	20	24	30
Ab	2,01	3,14	4,52	7,06
Abn	1,57	2,45	3,52	5,60

---

Принимаем болты d_b = 24 мм. Диаметр отверстия d под болт делается на 2 – 3 мм больше d_b. Назначаем отверстие d= 26 мм.

Размещение болтов производится согласно требованиям, приведенным в табл. 3.18.

Минимальное расстояние между центрами болтов (шаг болтов) в расчетных соединениях определяется условиями прочности основного металла и принимается в любом направлении равным a_min = 2,5d = 2,5 · 26 = 65 мм. Принимаем а = 70 мм.

Максимальное расстояние между болтами определяется устойчивостью сжатых частей элементов в промежутках между болтами (в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков a_max ≤ 12t_min = 12 · 10 = 120 мм, где t_min– толщина наиболее тонкого наружного элемента) и обеспечением плотности соединения: Минимальное расстояние от центра болта до края элемента для высокопрочных болтов в любом направлении усилия с_min ≥ 1,3d = 1,3 · 26 = 33,8 мм.

Принимаем с = 50 мм. Ширина верхней накладки пояса назначается равной ширине пояса балки b_nf =b_f= 450 мм.

Ширина каждой нижней накладки пояса определяется:

b^′_nf = [b_f – (t_w + 2k_f + 2Δ)] / 2 = [450 – (12 + 2 ∙ 7 + 2 ∙ 10)] / 2 = 202 мм,

где Δ = 10…15 мм – конструктивный зазор.

Толщина каждой накладки пояса

_{tnf= tf/2 + 2 = 25 / 2 + 2 = 14,5 мм.}

Принимаем верхнюю накладку из листа 45014 мм с площадью сечения А_nf = 63 см² и две нижних накладки из листа 20014 мм с площадью сечения А^′_nf = 28 см².

Таблица 3.18

Нормы расстановки болтов в болтовых соединениях

Характеристика расстояния	Расстояние при размещении болтов
1. Расстояния между центрами болтов в любом направлении: а) минимальное б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при наличии окаймляющих уголков: при растяжении при сжатии	2,5d* 8d или 12t 16dили 24t 12d или 18t
2. Расстояния от центра болта до края элемента: а) минимальное вдоль усилия б) то же, поперек усилия: при обрезных кромках при прокатных кромках в) максимальное г) минимальное для высокопрочных болтов при любой кромке и любом направлении усилия	2d 1,5d 1,2d 4d или 8t 1,3d

---

* В соединяемых элементах из стали с пределом текучести свыше 380 МПа минимальное расстояние между болтами следует принимать равным 3d.

Обозначения, принятые в таблице:

d – диаметр отверстия для болта;

t– толщина наиболее тонкого наружного элемента.

Суммарная площадь накладок

А_n = А_nf + 2А^′_nf = 63 + 2 ∙ 28 = 119 см² > А_f = 112,5 см².

Горизонтальные болты располагаем в 4 ряда на одной полунакладке.

Определяем длину двух вертикальных накладок:

l_nw = h_w– 2(t_nf + Δ) = 1500 – 2 (14 + 10) = 1450 мм.

Ширина вертикальных накладок

b_nw = 2а + δ + 4c = 2 · 70 + 10 + 4 · 50 = 350 мм,

где δ = 10 мм – зазор между элементами.

Толщину одной вертикальной накладки t_nw принимаем равной толщине стенки t_w за вычетом 2 мм (t_nw = 10 мм).

Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов (с учетом расстояния до края элемента с = 50 мм)

а₁= 1450 – 2 ∙ 50 = 1350 мм.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d_b = 24 мм из стали 40Х «селект», имеющей наименьшее временное сопротивление

R_bun = 1100 МПа = 110 кН/см² (табл. 3.19).

Таблица 3.19

Механические свойства высокопрочных болтов по ГОСТ 22356-77*

Номинальный диаметр резьбы d, мм	Сталь по ГОСТ 4543-71*	Наименьшее временное сопротивление Rbun, МПа
От 16 до 27	40Х "селект"	1100
	З0Х3МФ 30Х2НМФА	1350
30	40Х "селект"	950
	30Х3МФ, 35Х2АФ	1200
36	40Х "селект"	750
	30Х3МФ	1100

Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов принимаем по M (моменту закручивания). Расчетное усилие Q_bh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

---

где – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

A_bn = 3,52 см² – площадь сечения нетто болта d_b = 24 мм, принимаемая по табл. 3.17;

– коэффициент трения, принимаемый в зависимости от обработки поверхностей по табл. 3.20 (принят газопламенный способ обработки поверхностей);

– коэффициент надежности, принимаемый при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов δ = (d – d_b) = 1 – 4 мм с использованием регулирования натяжения болтов по М при газопламенном способе обработки поверхностей;

_b – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов n, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным:

0,8 при n< 5; 0,9 при 5  n< 10; 1,0 при n  10.

Таблица 3.20

_{Коэффициенты трения  и надежности h}

Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей	Способ регулирования натяжения болтов по:	Коэффициент трения 	Коэффициенты h при нагрузке и при разности номинальных диаметров отверстий и болтов , мм
			динамической и при  = 3 – 6; статической и при  = 5 – 6	динамической и при  = 1; статической и при  = 1 – 4
Дробеметный или дробеструйный двух поверхностей без консервации	М 	0,58 0,58	1,35 1,20	1,12 1,02
То же, с консервацией (металлизацией распылением цинка или алюминия)	М 	0,50 0,50	1,35 1,20	1,12 1,02
Дробью одной поверхности с консервацией полимерным клеем и посыпкой карборундовым порошком, стальными щетками другой поверхности без консервации	М 	0,50 0,50	1,35 1,20	1,12 1,02
Газопламенный двух поверхностей без консервации	М 	0,42 0,42	1,35 1,20	1,12 1,02
Стальными щетками двух поверхностей без консервации	М 	0,35 0,35	1,35 1,25	1,17 1,06
Без обработки	М 	0,25 0,25	1,70 1,50	1,30 1,20

---

П р и м е ч а н и я: 1. Способ регулирования натяжения болтов по М означает регулирование по моменту закручивания, а по  – по углу поворота гайки.

2. Допускаются другие способы обработки соединяемых поверхностей, обеспечивающие значения коэффициентов трения  не ниже указанных в таблице.

Определяем:



Расчет стыков поясов и стенки производим раздельно. Приравнивая кривизну балки в целом (здесь  – радиус кривизны) кривизне ее составляющих – стенки M_w /(EI_w) и поясов M_f/(EI_f), находим изгибающие моменты, приходящиеся на стенку M_w и пояса M_f, которые распределяются пропорционально их жесткостям, соответственно EI_w и ЕI_f.

Момент инерции стенки I_w = 337500 см⁴.

Момент инерции поясов



Изгибающий момент, приходящийся на стенку:

M_w = M_max(I_w/I_x) = 4658,72 (337500 / 1645664) = 955,43 кН/м.

Изгибающий момент, приходящийся на пояса:

M_f = M_max(I_f /I_x) = 4658,72 (1308164 / 1645664) = 3703,29 кН/м.

---