А). Одноболтовые соединения.

Работу такого соединения (рисунок 6.1) можно разбить на 4 этапа:

1-ый – болты работают на растяжение, соединение – упруго пока силы трения между элементами не преодолены;

2-ой – сдвиг всего соединения на величину зазора между болтом и отверстием, силы трения преодолены;

3-ий – сдвигающее усилие передается давлением поверхности на стержень болта, которые постепенно обминаются, болт изгибается и растягивается;

а – срез болта; б – смятие отверстия; I – однорезные соединения; II – двухрезные соединения; 1 – поверхность смятия; 2 – поверхность среза; t – толщина пластины Рисунок 6.1 – Работа болтов

4-ый – характеризуется упругопластической работой. Разрушение происходит от среза болта, смятия и выкола одного из соединяемых элементов или отрыва головки болта.

б). В многоболтовом соединении, отдельные болты работают неравномерно, что учитывается коэффициентом условий работы соединения γ_b, который принимается по таблице 6.2.

Расчет ведут исходя из возможного вида разрушения соединения по срезу болта при толстых листах или смятию при тонких листах.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, определяют по формулам

на срез (6.2)

на смятие (6.3)

на растяжение 6.4)

где γ_с – коэффициент условия работы конструкции.

Σt – наименьшая сумма толщин листов.

Таблица 6.2 - Коэффициент условий работы соединения g_b

Расчетная формула (6.4) применяется и при расчете фундаментных болтов (анкерные болты).

Число болтов в многоболтовом соединении определяют, предполагая работу всех болтов одинаковой

(6.5)

N_min – наименьшее из значений, вычисленных по (6.2 - 6.4).

Расчет самих соединяемых элементов на прочность ведут с учетом ослабления сечения отверстиями по площади нетто А_n.

При действии на соединение момента М, распределение усилий на болты принимают пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта.

Болты, работающие на срез от одновременного действия Q и М, проверяют на равнодействующее усилие.

Расчет фундаментных болтов выполняется аналогично обычным болтам, но для должного закрепления болта в фундаменте необходимо определить длину заделки в бетон и проверить на вырывание из фундамента.

в). Соединения на высокопрочных болтах (фрикционные) – это соединения с контролируемым натяжением болтов (рисунок 6.2). Силы трения в соприкасающихся поверхностях от натяжения болтов, воспринимающие сдвигающие силы, определяются в зависимости от прочности болта и характера обработки соприкасающихся поверхностей. Сила натяжения болта принимается равной расчетному усилию высокопрочного болта на растяжение

(6.6)

R_bh=0,7×R_bun – расчетное сопротивление растяжению.

Тогда, расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним болтом, определяется по формуле

(6.7)

где μ – коэффициент трения, принимаемый по таблице 36* СНиП;

γ_h – коэффициент надежности (по таблице 36*);

A_bn - площадь сечения болта нетто (таблица 62*);

γ_b - коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов «n» (0,8 при n<5; 0,9 при 5£n<10; 1,0 при n³10);

Рисунок 6.1 – К расчету одноболтового (а) многоболтового (б) соединений (треугольниками обозначают болты фрикционного соединения с контролируемым усилием натяжения болтов

Таким образом, количество болтов в соединении при действии N будет равно

(6.8)

к – количество поверхностей трения.

При этом, проверку ослабленных отверстиями сечений элементов производят при статических нагрузках по площади А в том случае, когда А_n³0,85А – а при А_n<0,85А – по условной площади А_с= 1,18А_n. При динамических нагрузках принимают А_n.

Механические характеристики высокопрочных болтов принимают по таблице 61* СНиП.

Наиболее часто применяемые марки стали - 40Х "селект", 30Х3МФ. Для стали 40Х "селект" R_bun=600¸1100 Н/мм².