Файл: Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование).pdf

если сжимающим,

Здесь р — коэффициент ассиметрии цикла, а и b — коэффициен­ ты, принимаемые по СНиП ІІ-В.З—72 в зависимости от группы элемента или соединения конструкции; с — коэффициент, завися­ щий от количества циклов нагружений конструкций за вое время ее эксплуатации.

Значения указанных коэффициентов даются только для трех классов сталей: С38/23, С44/29 и С46/33, что и предопределяет применение в элементах, непосредственно воспринимающих мно­ гократно действующие подвижные и вибрационные нагрузки, только сталей указанных трех классов. Поскольку стали более высоких классов прочности обладают пониженной вибрационной прочностью, перед применением их в конструкциях, где могут возникать явления усталости, необходимы более глубокие иссле­ дования. Следует ожидать, что по мере накопления опыта работы конструкций из высокопрочных сталей на цикличные нагрузки значения коэффициентов а, Ь и с будут определены и для дру­ гих более высоких классов сталей, а это позволит осуществлять наиболее правильный их выбор и расширить область применения высокопрочных сталей в конструкциях.

§ 15. Соединения элементов металлоконструкций из высокопрочных сталей

Основным видом соединений элементов металлических кон­ струкций из сталей высокой прочности, осуществляемых в за­ водских условиях, есть сварка. Соединения при помощи заклепок в конструкциях, выполненных из высокопрочного металла, не рациональны и поэтому'не применяются.

Важным является выбор вида монтажных соединений. Реко­ мендуются два способа: монтажная сварка или соединения на высокопрочных болтах.

Соединение нагруженных элементов при помощи монтажной сварки эффективно, однако требует повышенного качества кон­ троля сварных швов, что в условиях монтажа бывает затрудни­ тельным. Поэтому весьма перспективны соединения на высоко­ прочных болтах. Особенность последних состоит в передаче сдви­ гающих усилий не путем работы стержня болта на срез или смятие, а только силами трения, образующимися за счет предва­ рительного стягивания болтами соединяемого пакета на опре­ деленную, заданную проектом величину. Болты от работы на срез и смятие освобождаются за счет свободной постановки в отвер­ стия. Так как в стержне болта для обеспечения необходимых сил трения развиваются значительные растягивающие усилия, то материалом таких болтов в конструкциях из сталей высокой

88

прочности должны служить легированные стали, например 40Х — по ЧМТУ 14—4—87—72, 40ХФА и 38ХС — по ГОСТ 4543—61 *, а болты должны проходить термическую обработку, обеспечива­ ющую предел прочности таких болтов не ниже 11000 кг/см2 при стали 40Х и 13500 кг!см2при сталях 40ХФА и 38ХС.

Взарубежной практике применяются фрикционные соединения

свысокопрочными болтами, работающими одновременно на срез

исмятие. В таких соединениях несущая способность болтов вы­ ше, чем в соединениях, работающих только на трение.

Кчислу возможных и перспективных соединений элементов ме­ таллических конструкций из высокопрочных сталей могут быть отнесены так называемые комбинированные болто-клеевые соединения с использованием высокопрочных болтов. В таких соединениях сдвигающие усилия воспринимаются как силами трения от натяжения болтов, так и силами сцепления от склеи­ вания, и количество болтов в болтоклеевых соединениях по срав­ нению с фрикционными уменьшаются в 2—3 раза. Пока что ука­

занные соединения являются опытными и должны быть более детально исследованы.

Расчет соединений на высокопрочных болтах разделяется на два этапа: определение максимально допустимого усилия натя­ жения высокопрочного болта Р\ из принятой марки стали и

определение количества болтов в соединении в забисимости от действующего усилия N и коэффициента трения / соединяемых поверхностей.

Усилие натяжения высокопрочных болтов определяется из вы­ ражения

Яб = 0,65/г0Опч , (III. 21)

где FQ— площадь сечения болта нетто по резьбе;

0,65 — обобщенный коэффициент однородности и условия ра­ боты;

а®ч— предел прочности болта.

где т — коэффициент условия работы соединения на высоко­ прочных болтах, принимаемый равным 0,9;

/ — коэффициент трения.

Необходимое количество высокопрочных болтов в соединении с расчетным усилием N составит

где. п тр— количество поверхностей трения в соединении. Правильное назначение коэффициента трения является важ­

ным цри расчете соединений на высокопрочных болтах. При этом

89

желательно, чтобы в рассматриваемых соединениях (фрикцион­ ных) коэффициент трения был наибольшим. В таком случае оно будет наиболее эффективным и количество болтов наименьшим.

Проведенные исследования показывают, что величина коэф­ фициента трения зависит от многих причин, главными из кото­ рых являются состояние контактных поверхностей, способы их очистки и марки сталей .сплачиваемых элементов. Для увели­ чения коэффициента трения контактные поверхности должны иметь повышенную шероховатость. Окалина, наличие краски, масла и загрязнения уменьшают коэффициенты трения. Спосо­ бами очистки поверхностей служат пескоструйная обработка, огневая очистка, очистка щетками и химическая обработка. Пе­ скоструйная и химическая обработка полностью снимает окали­ ну. Наиболее шероховатая поверхность получается при песко­ струйной обработке. Химическая обработка более сложна и не всегда может быть применена в условиях строительства. При огневой очистке окалина удаляется частично, а очистка метал­ лическими щетками в основном снимает только грязь. Коррозия повышает шероховатость металла. Разные стали по-разному подвергаются очистке. Так, окалина легче удаляется с углероди­ стых сталей, чем с низколегированных, поэтому коэффициенты трения f для различных сталей при одном и том же методе очи­ стки могут быть неодинаковы. Однако данные различных авторов о влиянии марок сталей на коэффициент трения достаточно раз­ норечивы.

Таблица III. 11

В настоящее время можно рекомендовать значения коэффици­ ента трения f, указанные в табл. III. 11.

Г л а в а VI

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ВЫБОРА И ЭКОНОМИКИ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛЕЙ ПОВЫШЕННОЙ И ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ

ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

§ 16. Экономия металла при замене сталей на более прочные

Эффективность высокопрочных сталей определяется соотноше­ нием между экономией в весе и удорожанием, получаемым в ре­ зультате повышенной стоимости высокопрочной стали. Наиболь­ ший экономический эффект можно получить в случае, если основ­ ные детали конструкции выполнены из высокопрочной, а вспомо­ гательные — из углеродистой стали. Это необходимо учитывать при проектировании.

Экономия в весе в общем случае определяется по формуле

G3

где а= Q- — коэффициент снижения веса, равный отношению

веса конструкции из высокопрочной стали и эта­ лона.

За эталон обычно принимают типовую конструкцию из стали СтЗ или из низколегированной, имеющую такие же геометриче­ ские параметры, нагрузки и условия эксплуатации, как и кон­ струкция из высокопрочной стали.

Вес конструкции может быть представлен как произведение теоретического веса Стна конструктивный коэффициент ij>K

Ок = <ЬК(7Т.

Теоретический вес определяется по расчетному сопротивлению Я без каких-либо запасов

І

1

где Nt —: усилие в і-м стержне; lj — длина стержня;

у — объемный вес стали.

Конструктивный коэффициент имеет достаточно сложную структуру и в общем виде равен'

Фк = ФсФііФііФт , (IV. 2 )

где ?/>с— строительный коэффициент, учитывающий вес вспомога­ тельных (дополнительных) деталей: фасонок, ребер

'91

жесткости, прокладок, соединительных накладок, опор­ ных узлов и т. п.;

фн— коэффициент, учитывающий увеличение веса за счет влияния продольного изгиба;

ф„— то же за счет неточностей при подборе сечения, завися­ щих от градации сортамента;

фт — то же за счет повторяемости одинаковых типоразмеров сечений по условиям трудоемкости изготовления или конструктивным соображениям.

В общем случае любая конструкция рассматривается как кон­ струкция из основных и вспомогательных деталей, т. е. GK= Go+ + Gд. При применении высокопрочных сталей изменяются сече­ ния только основных деталей, а 'вспомогательные детали, разме­ ры которых определяются конструктивными факторами, условно могут быть приняты без изменения. Строительный коэффициент конструкции из высокопрочной стали равен.

Вес вспомогательных деталей конструкции из стали СтЗ, выра­ женный через ее строительный коэффициент, равен

,|,С тЗ Q C T3 _ _ 0 С т З _j_ о СтЗ ^

откуда

0 с т з = С ? с т з (ф С т з _ J )

Принимая G*= G%r3 и подставив полученную выше зависи­

получим выражение для строительного коэффициента конструк­

В указанных выше формулах и далее «в» обозначает конструк­ ции из высокопрочной стали, а «СтЗ» — из углеродистой. Исполь-

92