Расчет и конструирование монтажного (укрупнительного) стыка

Монтажные стыки выполняются при монтаже, они необходимы тогда, когда масса или размеры балки не позволяют перевезти и смонтировать ее целиком. Стыки выполняются в основном на болтах и сварными.

В сварных стыках сжатый пояс и стенку всегда соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс - косым швом под углом 60° [1].

В монтажных стыках желательно заменять сварку на болты, особенно на высокопрочные болты. Связанно это с тем, что сварка более трудоемкая операция и требует высокой квалификации труда [4]. В болтовом стыке (рис. 20) изгибающий момент передается через поясные накладки и накладки стенки, поперечная сила - через накладки стенки. При расположении стыка в середине разрезной балки (Q=0) усилия V и S не возникают.

В болтовых стыках каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками с двух сторон, а стенку - двумя вертикальными накладками; площадь сечения накладок должна быть не меньше площади сечения перекрываемых ими элементов.

Конструирование стыка заключается в выборе диаметра и марки стали болтов, способа обработки стыкуемых поверхностей, размеров накладок поясов и стенки, размещения болтов.

Расчет каждого элемента балки ведут раздельно, а изгибающий момент распределяют между поясами и стеной пропорционально их жесткости.

Рисунок 20 - К расчету болтового стыка балки

Расчетное усилие N_f в поясе может быть определено по формулам:

и (16)

где M и J - соответственно полный расчетный изгибающий момент и момент инерции всего сечения в месте стыка балки;

J_f - момент инерции поясов балки (см. п. 2.2.3);

h_ef - расстояние между центрами поясов.

Количество болтов для прикрепления стыковых накладок к поясу балки (с каждой стороны стыка) , (17)

где Q_bh - расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом;

k - количество поверхностей (плоскостей) трения в соединяемых элементах

(18)

где R_bh - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, R_bh= 0,7R_bun, R_bun -нормативное сопротивление стали болта разрыву, принимаемое по табл. 8 прил.2;

- коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов, принимаемый равным: 0,8 при n<5; 0,9 при 5 £ n < 10; 1,0 при n ³ 10.

- коэффициенты трения и надежности, принимаемые по табл. 9 прил.2;

A_bn - площадь сечения болта нетто(по резьбе), см. табл. 10 прил.2

Высокопрочные болты (сдвигоустойчивые) изготовляют из легированной стали, затем термически обрабатывают. Их ставят в отверстия большего, чем болт, диаметра, но их гайки затягивают тарировочным ключом, позволяющим создавать и контролировать силу натяжения болтов. Большая сила натяжения болта плотно стягивает соединяемые элементы и обеспечивает монолитность соединения. При действии на такое соединение сдвигающих сил между соединяемыми элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга. Для увеличения сил трения поверхности элементов в месте стыка очищают от грязи, масла, ржавчины и окалины металлическими щётками, пескоструйным или дробеструйным аппаратом, огневой очисткой.

Расчёт стыка стенки состоит в проверке прочности наиболее нагруженных крайних болтов стыка. Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний болт (см.рис.20), определяется по формуле:

, (19)

где - момент, действующий на стенку;

a_max - расстояние между крайними болтами в вертикальном ряду,

m - число вертикальных рядов болтов с одной стороны стыка;

a_i - расстояние по вертикали между парами симметрично расположенных болтов;

k - количество плоскостей трения в соединяемых элементах.

В соответствии с п.14.3.11 [2] при расчёте на прочность соединяемых элементов необходимо также учитывать ослабление сечений отверстиями под высокопрочные болты.

Рассчитаем монтажный стык рассматриваемой балки на высокопрочных болтах. Стык предусматриваем в середине пролёта, где M_max = 4332 кНм, Q=0. Стык осуществляем высокопрочными болтами d=20 мм (диаметр отверстия 22 мм) из стали 20Х2НМТРБ, имеющей R_bun=1274 Н/мм² = 127,4 кН/см². Обработка поверхностей газопламенная. Способ регулирования напряжения болтов - по углу закручивания гайки. Несущая способность болта по формуле (18) равна

.

СТЫК ПОЯСОВ. Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками из стали С 255 сечением 420´12 с наружной и 2´180´12 с внутренней стороны поясов, общей площадью сечения 93,6 см² >A_f=42×2=84 см².

Определяем усилие в поясе по формуле (16):

кНм.

кН.

Требуемое количество болтов в стыке поясов определяем по формуле (17), где k=2 (две плоскости трения):

.

.

Принимаем с запасом 14 болтов и размещаем их в соответствии с требованием табл.40 [2] так, как показано на рис.21.

Рисунок 21- Монтажный стык балки

СТЫК СТЕНКИ. Стенку перекрываем двумя накладками из листа толщиной t=10 мм.

Момент, действующий на стенку:

кНм.

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:

a_max= h_w - 2×100 = 1500 - 200=1300 мм =1,3 м

Болты ставим в двух вертикальных рядах с каждой стороны стыка на расстояниях в ряду а = 100 мм (максимально допускаемое расстояние по табл.40[2] равно 12t=12×10=120 мм).

Число болтов в ряду 14 шт. (см.рис.21).

Sa²_i=0,1²+0,3²+0,5²+0,7²+0,9²+1,1²+1.3² = 4,55 м².

Проверку прочности стыка проводим по формуле (19):

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты (см.п.14.3.11[2]). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка (d₀ = 22 мм). Площадь сечения пояса нетто:

A_fn=2,0(42-2×2,2)=75,2 см² > 0,85A_f = 0,85×2×42=71,4 см².

Ослабление пояса можно не учитывать.

Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями:

A^накл_n = 93,6-(4×1,2×2,2)×2 = 72,48 см² > 0,85A_f = 71,4 см².

Ослабление накладок можно не учитывать.