Файл: Чесноков, А. С. Сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах.pdf

п

Рис. 14. Распределение напряжений в сечениях соединяемых листов (7— IV

варианты)

29

Можно предположить, что чем больше в первом ряду высоко­ прочных болтов, тем равномернее распределяются напряжения в сечении детали у накладки. Значительная разница в распреде­ лении напряжений наблюдается ів сечении нетто деталей ото от­ верстиям первого ряда (сечение 3—3 иа рис. 16). В соединениях,

со слабо затянутыми болтами характер распределения напряже­ ний такой же, какой наблюдается ів соединениях с ослабленными заклепками — резкие пики у кромок отверстий и спады у боко­ вых кромок деталей. Иное распределение напряжений ів сдвиго­ устойчивых соединениях, работающих на трение. Концентрация напряжений происходит у кромок болтовых отверстий и значи­ тельно снижаются величины средних напряжений. Определение средних напряжений в сечении нетто по отверстиям первого ряда иа основании формулы

( 6).

(где N — нагрузка на образец; Рш — площадь нетто поперечно­

го сечения) не отвечает экспериментальным результатам.

По мнению авторов исследований, снижение величины сред­ них напряжений в сечении нетто по первому ряду болтов харак­ терно для сдвигоустойчивых соединений и объясняется специ­ фическими условиями передачи усилий силами трения. Усилия в- этом случае начинают передаваться непосредственно от торцевых кромок накладок, а не в сечении нетто, как это было в заклепоч­ ных соединениях. Авторы работы предлагают считать, что уси­ лия с детали на накладки передаются силами трения пропорци­

Во всех образцах со сдвигоустойчивыми соединениями, неза­ висимо от степени ослабления поперечного сечения соединяемых деталей, средние расчетные напряжения в сечении нетто листов, по первому ряду были примерно одинаковы, а иногда и ниже средних расчетных напряжений в сечении брутто листов вне. со­ единения.

Самыми неблагоприятными, с точки зрения равномерности: распределения напряжений, в сдвигоустойчивых соединениях яв­ ляются сечения брутто листов в промежутке между первым ря­ дом отверстий и торцами накладок на границе шайб (сечение 2—2 на рис. 16), у кромок которых справа и слева от оси отвер­

30

стия возникают пики напряжений, от которых развиваются уста­ лостные трещины.

Во время испытаний образцов статической нагрузкой в НИИмостов было исследовано влияние ослабления поперечного сече­ ния соединяемых листов по отверстиям первого ряда на умень­ шение натяжения 'болтов и на усилия, при 'которых происходит сдвиг.

Из табл. 6, где приведены результаты испытаний, видно, что нагрузки, при которых происходит сдвиг, оказались почти оди­ наковыми для всех серий образцов, независимо от размещения отверстий, т. е. от степени ослабления поперечного сечения дета­ лей по первому ряду болтов.

%

1

14,2 41

На рис. 15 показано уменьшение натяжения болтов, опреде­ ленное НИИімостов, в образцах при их растяжении. До сдвига в соединении натяжение болтов іво всех сериях образцов умень­ шилось практически одинаково ине зависело от степени ослабле­ ния поперечного сечения деталей. Только после сдвига отмечена

31

заметная разница в уменьшении натяжения болтов для различ­ ных конструкций соединений. Натяжение болтов заметно пада­ ет в тех соединениях, где больше степень ослабления поперечно­ го сечения соединяемых деталей.

Натяжение болтов уменьшается в результате действия нор­ мальных напряжений в сечении деталей, которые вызывают со­ кращение поперечных размеров сечений вследствие эффекта Пу­ ассона. Поскольку во всех образцах в сечении деталей нетто по отверстиям первого ряда болтов средние напряжения пример­ но одинаковы и не зависят от степени ослабления поперечного се­ чения деталей, то и поперечные деформации, а следовательно, и величина ослабления натяжения іболтов первого ряда также практически одинаковы.

Рис. '15. Уменьшение натя­ жения болтов при растя­ жении образца

Соединения на высокопрочных болтах начинают работать после сдвига как клепаные и разрушение при растяжении проис­ ходит в сечении нетто деталей по первому ряду болтов.

•В книге Т. М. Богданова «Соединения металлоконструкций на высокопрочных болтах» указано, что уменьшение натяжения болтов при напряжениях в деталях реальных конструкций, рав­ ных примерно 1600 кгс/см2, не превышает 2,5%, что мало влияет

на прочность соединения. Лишь в предельном состоянии, когда напряжения в соединяемых деталях достигают предела текучес­ ти, уменьшение натяжения болтав достигает Г5% и более. Поэто­ му в сдвигоустойчивых соединениях следует избегать мест, в ко­ торых в процессе эксплуатации напряжения могут достигнуть предела текучести.

В НИИмостов достаточно широко исследована выносливость сдвигоустойчивых соединений на высокопрочных болтах на не­ больших образцах с незначительным количеством болтов и на крупных, приближавшихся по своим размерам и по характеру работы к элементам в реальных конструкциях.

32

Характер усталостных разрушений указывает на то, что оцен­ ка вибрационной прочности сдвигоустойчивых соединений на высокопрочных болтах должна производиться по сечению брут­ то соединяемых элементов, а не по сечению нетто, как это пре­ дусмотрено нормами.

В НИИмостов сделан вывод, что сдвигоустойчивые соедине­ ния на «высокопрочных болтах іпо характеру распределения на’ пряжений в поперечных сечениях соединяемых деталей сущест­ венно отличаются от соединений на заклепках. В соединениях на высокопрочных болтах наиболее неблагоприятным (с точки зре­ ния равно мерности распределения напряжений и .величин их кон­ центраций) является сечение брутто деталей перед отверстиями по границам шайб болтов, а не сечение нетто деталей по отверстиям первого ряда болтов, как в клепаных соединениях.

Средние напряжения в сечении нетто по отверстиям первого ряда болтов при статической нагрузке всегда ниже, чем в анало­ гичных сечениях клепаных соединений.

При определении средних напряжений необходимо учиты­ вать, что усилия с деталей на накладки в сдвигоустойчивых со­ единениях передаются силами трения, начиная от торцевой кромки накладки.

Ослабление до 43% поперечного сечения соединяемых эле­ ментов в сечении нетто по отверстиям первого ряда болтов не оказывает влияния ни на. уменьшение натяжения высокопроч­ ных болтов, ни на величину нагрузок, при которых происходит сдвиг, ни на сопротивление соединений усталости.

III. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ БОЛТЫ, ГАЙКИ И ШАЙБЫ

ДЛЯ СДВИГОУСТОЙЧИВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Основными элементами сдвигоуетойчивых соединений строи­ тельных металлических конструкций являются высокопрочные болты, гайки и шайбы, от качества которых зависит надежная работа всего соединения и экономичность конструкции.

Прочность сдвигоустойчивого соединения на высокопрочных болтах создается силами трения, развивающимися между со­ прягаемыми деталями. Чем выше усилие, с которым болты стя­ гивают собранный пакет, тем прочнее и экономичнее будет соеди­ нение. Это ведет к необходимости применять для сдвигоустойчи­ вых соединений болты и гайки высокой прочности, изготовляе­ мые из легированной стали, со специальной термической обра­ боткой.

Высокопрочные болты и гайки изготовляются по технологии, принятой для болтов общего назначения нормальной точности.

Прутки стали, предназначенные для изготовления болтов, сначала отжигают, затем травлением удаляют окалину, нейт­ рализуют, промывают, затачивают конец и калибруют на стан­

ках холодного волочения. Из калиброванных прутков «а прессножницах нарезают заготовки. С одного конца их нагревают, после чего, в зависимости от оборудования, производят высадку головок болтов на высадочных прессах-автоматах, горизонталь­ но-ковочных машинах или фрикционных прессах. Затем удаля­ ют образовавшиеся под головной заусенцы, толщина .которых доходит до 0,5 дои. Полученные таким способом заготовки болтов сначала отжигают, а потом на них нарезают или накатывают резьбу.

Резьбу нарезают на болтонарезных станках-автоматах, при этом диаметр заготовки равняется номинальному диаметру из­ готовляемого болта. Отличительной чертой болтов, резьба кото­ рых нарезана, является то, что диаметр нарезной части болта и наружный диаметр резьбы равен номинальному диаметру болта

(рис. 16, а).

Накатывают резьбу (выдавливание) на резьбонакатных стан­ ках при помощи плашек, снабженных бороздками. Сталь заго­ товки выдавливается в бороздки плашек, в результате чего внеш­ ний диаметр резьбы d получается несколько больше диаметра стержня d\, на который она накатывалась.

Чтобы болт с накатанной резьбой имел внешний диаметр резьбы, равный диаметру стержня заготовки, стержень заготов­ ки на участке длиной, равной нарезке, редуцируют, т. е. доводят

дуцированную заготовку, а на рис. 16, а — на редуцированную. В последнем случае (рис. 16, а) номинальный диаметр d болта

определяется наружным диаметром нарезки, равным диаметру ненарезанной части.

а)

Рис. 16. Общий вид болтов с резьбой

То что диаметр стержня болта с резьбой, накатанной на не­ редуцированный стержень, меньше номинального диаметра бол­ та (для болтов диаметром 18—22 мм .на 1,353 мм меньше), не

сказывается на работе высокопрочных болтов .в сдвигоустойчи­ вом соединении, так как они работают только на осевое усилие,

а не на срез.

Когда болты должны работать на срез, необходимо пользо­ ваться болтами с нарезной резьбой и л и с резьбой,накатанной на

34