Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Болтовые соединения являются основным видом разъемных соединений в металлических конструкциях. Правильный расчет болтовых соединений критически важен для обеспечения безопасности и надежности строительных конструкций. Современные методы расчета основываются на требованиях СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» с изменениями № 1-6 (последнее изменение введено в действие с 10 января 2025 года), который является актуализированной редакцией СНиП II-23-81.
При проектировании болтовых соединений необходимо учитывать три основных типа разрушения: срез болта, смятие материала в зоне контакта и разрушение от момента в случае эксцентричного приложения нагрузки. Каждый из этих видов разрушения требует отдельной проверки с использованием соответствующих расчетных формул и таблиц.
Расчет на срез является основным для большинства болтовых соединений в строительных конструкциях. Болт может разрушиться по сечению среза при превышении допустимых напряжений сдвига.
Nbs = Rbs × Ab × ns × γb × γc
где:
Nbs — несущая способность одного болта на срез, Н;
Rbs — расчетное сопротивление болта на срез, Н/мм²;
Ab — площадь сечения болта брутто, мм²;
ns — число срезов одного болта;
γb — коэффициент условий работы болтового соединения;
γc — коэффициент условий работы.
Коэффициент γb принимается по таблице 41 СП 16.13330.2017 в зависимости от количества болтов в соединении:
При относительно тонких соединяемых элементах возможно разрушение болтового соединения за счет смятия листов или болтов в зоне их контакта. Проверка на смятие особенно важна при использовании высокопрочных болтов с тонкостенными элементами.
Nbp = Rbp × db × Σt × γb × γc
Nbp — несущая способность одного болта на смятие, Н;
Rbp — расчетное сопротивление смятию, Н/мм²;
db — наружный диаметр стержня болта, мм;
Σt — наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении, мм.
Дано: болт М16 класса 5.6, соединяющий две пластины из стали С245 толщиной 8 мм каждая.
Решение:
db = 16 мм (наружный диаметр болта)
Rbp = 410 Н/мм² (для стали С245)
Σt = 8 мм (толщина одной пластины, так как это наименьшая толщина)
γb = 0,9 (для многоболтового соединения)
γc = 1,0
Nbp = 410 × 16 × 8 × 0,9 × 1,0 = 47 232 Н = 47,2 кН
Моментные болтовые соединения используются в фланцевых соединениях балок, колонн и других элементов, передающих изгибающие моменты. Такие соединения работают в условиях сложного напряженного состояния, где болты испытывают одновременно растяжение и срез.
Фланцевые соединения должны выполняться только с предварительно напряженными высокопрочными болтами классов 8.8, 10.9 или 12.9. Расчет таких соединений учитывает неравномерность распределения усилий между болтами наружной и внутренней зон.
Условие прочности при совместном действии среза и растяжения:
(N/Nbt)² + (Q/Nbs)² ≤ 1
N — растягивающее усилие в болте от момента;
Q — поперечное усилие на болт;
Nbt — несущая способность болта на растяжение;
Nbs — несущая способность болта на срез.
Для упрощения проектирования представлены сводные таблицы, содержащие основные расчетные параметры болтовых соединений. Эти таблицы позволяют быстро определить несущую способность болтов различных диаметров и классов прочности.
Рассмотрим типичные примеры расчета болтовых соединений для различных условий эксплуатации.
Дано: стыковое соединение двух полос 200×12 мм из стали С245. Растягивающая сила N = 500 кН.
1. Принимаем болты М20 класса 8.8
2. Из таблиц: Nbs = 64,7 кН (для одного среза)
3. При двух срезах: Nbs = 64,7 × 2 = 129,4 кН
4. Требуемое количество болтов: n = 500 / 129,4 = 3,86 ≈ 4 болта
5. Проверяем на смятие: Nbp = 520 × 20 × 12 × 0,9 = 112,3 кН
6. Принимаем к установке 5 болтов М20 класса 8.8
Дано: фланцевое соединение балки, передающее момент M = 150 кН·м и поперечную силу Q = 80 кН.
1. Принимаем высокопрочные болты М24 класса 10.9
2. Расстояние от центра тяжести до крайних болтов h = 250 мм
3. Усилие в крайних болтах от момента: N = M/h = 150000/250 = 600 Н/мм = 600 кН/м
4. На один болт: N = 600/4 = 150 кН (при 4 болтах в ряду)
5. Поперечная сила на болт: Q = 80/8 = 10 кН (при 8 болтах)
6. Проверка: (150/315)² + (10/117,2)² = 0,228 + 0,007 = 0,235 < 1 ✓
Современные требования к расчету болтовых соединений устанавливаются СП 16.13330.2017, который вступил в силу 28 августа 2017 года. Основные изменения касаются уточнения расчетных формул, обновления таблиц расчетных сопротивлений и введения дополнительных требований к контролю качества.
Новые нормы устанавливают строгие требования к маркировке болтов: использование немаркированных болтов в болтовых соединениях запрещено. Маркировку обычно не наносят на метизы с классом прочности ниже 4.6, что ограничивает их применение в ответственных конструкциях.
Для фрикционных соединений обязательно применение высокопрочных болтов с контролируемым натяжением. Коэффициент трения между поверхностями должен обеспечиваться специальной подготовкой контактных поверхностей.
Современные требования предусматривают обязательный входной контроль болтов на соответствие заявленному классу прочности. Для высокопрочных болтов требуется контроль усилия предварительного натяжения с использованием калиброванного инструмента.
При монтаже фрикционных соединений необходимо обеспечить требуемую чистоту контактных поверхностей и применять рекомендованные способы их подготовки: дробеструйную очистку, обработку металлическими щетками или фрезерование.
Помимо традиционных болтовых соединений в строительстве, в современном машиностроении и автоматизации широко применяются специализированные винтовые передачи и элементы точного позиционирования. Шарико-винтовые передачи (ШВП) обеспечивают высокую точность линейного перемещения в станках с ЧПУ, роботизированных системах и прецизионном оборудовании. Компания «Иннер Инжиниринг» предлагает полный спектр комплектующих: от винтов ШВП SFU-R1605 и SFU-R2005 до гаек ШВП 20 мм и опор ШВП серии BK.
Для менее нагруженных применений востребованы трапецеидальные гайки и винты, которые обеспечивают надежную передачу усилий при меньшей стоимости по сравнению с шарико-винтовыми парами. В каталоге представлены винты трапецеидальные 16 мм, 20 мм, 32 мм и соответствующие гайки трапецеидальные 16 мм, гайки LKM и другие специализированные элементы трансмиссии. Правильный выбор типа винтового соединения зависит от требуемой точности, нагрузок и условий эксплуатации оборудования.
Для монтажных соединений рекомендуется применять болты класса прочности 5.6 или 5.8. Эти классы обеспечивают достаточную прочность для большинства строительных конструкций при экономичной стоимости. Класс 8.8 применяется для ответственных конструкций с повышенными нагрузками.
Количество срезов зависит от конструкции соединения: при соединении двух элементов болт имеет один срез, при соединении трех элементов (средний элемент между двумя накладками) - два среза. В общем случае количество срезов равно количеству плоскостей разреза болта в соединении.
Площадь брутто (Ab) - это площадь сечения стержня болта без учета резьбы. Площадь нетто (Abn) - площадь сечения по внутреннему диаметру резьбы. При расчете на срез используется площадь брутто, при расчете на растяжение - площадь нетто.
В одном соединении рекомендуется использовать болты одного класса прочности. При необходимости применения болтов разных классов расчет ведется по болтам с наименьшей прочностью. Гайки могут иметь класс прочности выше, чем у болтов.
Коэффициент γb учитывает снижение несущей способности соединения при увеличении количества болтов из-за неравномерности включения их в работу. Для соединений до 5 болтов γb = 1,0, для 6-10 болтов γb = 0,9, для 11-16 болтов γb = 0,8, свыше 16 болтов γb = 0,7.
Диаметр отверстий для болтов класса точности В должен превышать диаметр болта на 1-3 мм. Для болтов М16 диаметр отверстия составляет 17-18 мм. Отверстия должны быть перпендикулярны плоскости элемента с отклонением не более 2°.
Высокопрочные болты (классы 8.8, 10.9, 12.9) обязательны для фрикционных соединений, фланцевых соединений, конструкций, работающих при динамических нагрузках, и особо ответственных конструкций. Они требуют контролируемого натяжения и специальной подготовки контактных поверхностей.
При совместном действии среза и растяжения применяется формула эллипса прочности: (N/Nbt)² + (Q/Nbs)² ≤ 1, где N - растягивающее усилие, Q - срезающее усилие, Nbt и Nbs - несущие способности болта на растяжение и срез соответственно.
Минимальное расстояние между центрами болтов должно составлять не менее 2,5d (где d - диаметр болта). Максимальное расстояние ограничивается 8t или 120 мм (где t - толщина наиболее тонкого элемента). Расстояние от края элемента до центра болта должно быть не менее 1,5d.
Рычажный эффект возникает во фланцевых соединениях при деформации фланца под нагрузкой. Он приводит к увеличению усилий в болтах сверх расчетных значений. Для учета рычажного эффекта необходимо обеспечить достаточную жесткость фланца или применять специальные методы расчета.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и не может заменить профессиональное проектирование. Все расчеты должны выполняться квалифицированными инженерами-проектировщиками с соблюдением требований действующих нормативных документов. Авторы не несут ответственности за последствия применения представленной информации без соответствующей экспертизы.
1. СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» с изменениями № 1-6. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* (изменение № 6 введено в действие с 10.01.2025)
2. ГОСТ Р 52644-2006 «Болты высокопрочные с шестигранной головкой с увеличенным размером под ключ для металлических конструкций. Технические условия» (действует)
3. ГОСТ 7798-70 «Болты с шестигранной головкой класса точности В» (действует)
4. ГОСТ Р 52645-2006 «Гайки высокопрочные шестигранные с увеличенным размером под ключ для металлических конструкций» (действует)
5. Методические рекомендации по расчету болтовых соединений стальных конструкций (актуализированы в 2024-2025 гг.)
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.