Центрально- и внецентренно-растянутые элементы, а также зоны растяжения изгибаемых элементов конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2, II3, II4, и II5, следует проверять на прочность с учетом сопротивления хрупкому разрушению по формуле
??max ?? ??Ru????u,(118)
где ??max - наибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении элемента, вычисленное по сечению нетто без учета коэффициентов динамичности и ??b;
?? - коэффициент, принимаемый по табл. 84.
Элементы, проверяемые на прочность с учетом хрупкого разрушения, следует проектировать с применением решений, при которых не требуется увеличивать площадь сечения, установленную расчетом согласно требованиям разд. 5 настоящих норм.
11. Расчет соединений стальных конструкций
Сварные соединения
11.1*. Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие следует производить по формуле
,(119)
где t - наименьшая толщина соединяемых элементов;
lw - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине в случае вывода концов шва за пределы стыка.
При расчете сварных стыковых соединений элементов конструкций, рассчитанных согласно п. 5.2. в формуле (119) вместо Rwy следует принимать Rwu/??u.
Расчет сварных стыковых соединений выполнять не требуется при применении сварочных материалов согласно прил. 2, полном проваре соединяемых элементов и физическом контроле качества растянутых швов.
11.2*. Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям (рис. 20):
Рис. 20. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом
1 - сечение по металлу шва; 2 - сечение по металлу границы сплавления
по металлу шва (сечение 1)
N/????f kf lw?? ?? Rwf ??wf ??c;(120)
по металлу границы сплавления (сечение 2)
N/????z kf lw?? ?? Rwz ??wz ??c,(121)
где lw - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;
??f и ??z - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/см2) - по табл. 34*; с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см2) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки ??f = 0,7 и ??z = 1;
??wf и ??wz - коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3, для которых ??wf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением Rwun = 410 МПа (4200 кгс/см2) и ??wz = 0,85 - для всех сталей.
Для угловых швов, размеры которых установлены в соответствии с расчетом, в элементах из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см2) следует применять электроды или сварную проволоку согласно п. 3.4 настоящих норм, для которых расчетные сопротивления срезу по металлу шва Rwf должны быть более Rwz, а при ручной сварке - не менее чем в 1,1 раза превышать расчетные сопротивления срезу по металлу границы сплавления Rwz, но не превышать значений Rwz??z????f; в элементах из стали с пределом текучести свыше 285 МПа (2900 кгс/см2) допускается применять электроды или сварочную проволоку, для которых выполняется условие
Rwz ?? Rwf ?? Rwz ??z????f.
При выборе электродов или сварочной проволоки следует учитывать группы конструкций и климатические районы, указанные в табл. 55*.
11.3*. Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, следует производить по двум сечениям по формулам:
по металлу шва
;(122)
по металлу границы сплавления
,(123)
где Wf - момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;
Wz - то же, по металлу границы сплавления.
Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов следует производить по двум сечениям по формулам:
по металлу шва
;(124)
по металлу границы сплавления
,(125)
где Jfx и Jfy - моменты инерции расчетного сечения по металлу шва относительно его главных осей;
Jzx и Jzy - то же, по металлу границы сплавления;
х и у - координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.
11.4. Сварные стыковые соединения, выполненные без физического контроля качества, при одновременном действии в одном и том же сечении нормальных и касательных напряжений следует проверять по формуле (33), в которой значения ??x, ??y, ??xy и Ry следует принимать соответственно: ??x = ??wx и ??y = ??wy - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям; ??xy = ??wxy - касательное напряжение в сварном соединении; Ry = Rwy.
11.5. При расчете сварных соединений с угловыми швами на одновременное действие продольной и поперечной сил и момента должны быть выполнены условия
??f ?? Rwf??wf??c и ??z ?? Rwz??wz??c,(126)
где ??f и ??z - напряжения в расчетном сечении соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, равные геометрическим суммам напряжений, вызываемых продольной и поперечной силами и моментом.
Болтовые соединения
11.6. В болтовых соединениях при действии продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным.
11.7*. Расчетное усилие Nb, которое может быть воспринято одним болтом, следует определять по формулам:
на срез
Nb = Rbs??b Ans;(127)
на смятие
Nb = Rbp??bd??t;(128)
на растяжение
Nb = Rbt Abn.(129)
Обозначения, принятые в формулах (127) - (129):
Rbs, Rbp, Rbt - расчетные сопротивления болтовых соединений;
d - наружный диаметр стержня болта;
A = ??d????4 - расчетная площадь сечения стержня болта;
Abn - площадь сечения болта нетто; для болтов с метрической резьбой значение Abn следует принимать по прил. 1 к ГОСТ 22356-77*;
??t - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;
ns - число расчетных срезов одного болта;
??b - коэффициент условий работы соединения, который следует принимать по табл. 35*.
Таблица 35*
|
Характеристика соединений |
Коэффициент условий работы соединения ??b |
|
1. Многоболтовое в расчетах на срез и смятие при болтах: |
|
|
класса точности А |
1,0 |
|
класса точности В и С, высокопрочных с нерегулируемым натяжением |
0,9 |
|
2. Одноболтовое и многоболтовое в расчете на смятие при a = 1,5d и b = 2d в элементах конструкций из стали с пределом текучести, МПа (кгс/см2): |
|
|
до 285 (2900) |
0,8 |
|
св. 285 (2900) до 380 (3900) |
0,75 |
Обозначения, принятые в таблице 35*:
a - расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия;
b - то же, между центрами отверстий;
d - диаметр отверстия для болта.
Примечания: 1. Коэффициенты, установленные в поз. 1 и 2, следует учитывать одновременно.
2. При значениях расстояний a и b, промежуточных между указанными в поз. 2 в табл. 39, коэффициент ??b следует определять линейной интерполяцией.
Для одноболтовых соединений следует учитывать коэффициенты условий работы ??c согласно требованиям п. 11.8.
11.8. Количество n болтов в соединении при действии продольной силы N следует определять по формуле
,(130)
где Nmin - наименьшее из значений расчетного усилия для одного болта, вычисленных согласно требованиям п. 11.7* настоящих норм.
11.9. При действии на соединение момента, вызывающего сдвиг соединяемых элементов, распределение усилий на болты следует принимать пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта.
11.10. Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, следует проверять отдельно на срез и растяжение.
Болты, работающие на срез от одновременного действия продольной силы и момента, следует проверять на равнодействующее усилие.
11.11. В креплениях одного элемента к другому через прокладки или иные промежуточные элементы, а также в креплениях с односторонней накладкой количество болтов должно быть увеличено против расчета на 10 %.
При креплениях выступающих полок уголков или швеллеров с помощью коротышей количество болтов, прикрепляющих одну из полок коротыша, должно быть увеличено против расчета на 50 %.
Соединения на высокопрочных болтах
11.12. Соединения на высокопрочных болтах следует рассчитывать в предположении передачи действующих в стыках и прикреплениях усилий через трение, возникающее по соприкасающимся плоскостям соединяемых элементов от натяжения высокопрочных болтов. При этом распределение продольной силы между болтами следует принимать равномерным.
11.13*. Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле
,(131)
где Rbh - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;
?? - коэффициент трения, принимаемый по табл. 36*;
??h - коэффициент надежности, принимаемый по табл. 36*;
Abn - площадь сечения болта нетто, определяемая по табл. 62*;
??b - коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным:
0,8 при n ?? 5;
0,9 при 5 ?? n ?? 10;
1,0 при n ?? 10.
Количество n высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле
,(132)*
где k - количество поверхностей трения соединяемых элементов.
Натяжение высокопрочного болта следует производить осевым усилием P = Rbh Abn.
Таблица 36
|
Способ обработки (очистки) соединяемых поверхностей |
Способ регулирования натяжения болтов |
Коэффициент трения ?? |
Коэффициенты ??h при нагрузке и при разности номинальных диаметров отверстий и болтов ??, мм |
|
|
|
|
|
динамической и при ?? = 3-6; статической и при ?? = 5-6 |
динамической и при ?? = 1; статической и при ?? = 1-4 |
|
1. Дробеметный или дробеструйный двух поверхностей без консервации |
По M По ?? |
0,58 0,58 |
1,35 1,20 |
1,12 1,02 |
|
2. То же, с консервацией (металлизацией распылением цинка или алюминия) |
По M По ?? |
0,50 0,50 |
1,35 1,20 |
1,12 1,02 |
|
3. Дробью одной поверхности с консервацией полимерным клеем и посыпкой карборундовым порошком, стальными щетками без консервации - другой поверхности |
По M По ?? |
0,50 0,50 |
1,35 1,20 |
1,12 1,02 |
|
4. Газоплазменный двух поверхностей без консервации |
По M По ?? |
0,42 0,42 |
1,35 1,20 |
1,12 1,02 |
|
5. Стальными щетками двух поверхностей без консервации |
По M По ?? |
0,35 0,35 |
1,35 1,25 |
1,17 1,06 |
|
6. Без обработки |
По M По ?? |
0,25 0,25 |
1,70 1,50 |
1,30 1,20 |
Примечания. 1. Способ регулирования натяжения болтов по M означает регулирование по моменту закручивания, а по ?? - по углу поворота гайки.
2. Допускаются другие способы обработки соединяемых поверхностей, обеспечивающие значения коэффициентов трения ?? не ниже указанных в таблице.
11.14. Расчет на прочность соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под высокопрочные болты, следует выполнять с учетом того, что половина усилия, приходящегося на каждый болт, в рассматриваемом сечении уже передана силами трения. При этом проверку ослабленных сечений следует производить: при динамических нагрузках - по площади сечения нетто An, при статических нагрузках - по площади сечения брутто А при Аn ?? 0,85А либо по условной площади Ac = 1,18An при An ?? 0,85А.
Соединения с фрезерованными торцами
11.15. В соединениях элементов с фрезерованными торцами (в стыках и базах колонн и т. п.) сжимающую силу следует считать полностью передающейся через торцы.
Во внецентренно-сжатых и сжато-изгибаемых элементах сварные швы и болты, включая высокопрочные, указанных соединений следует рассчитывать на максимальное растягивающее усилие от действия момента и продольной силы при наиболее неблагоприятном их сочетании, а также на сдвигающее усилие от действия поперечной силы.
Поясные соединения в составных балках.
11.16. Сварные швы и высокопрочные болты, соединяющие стенки и пояса составных двутавровых балок, следует рассчитывать согласно табл. 37*.
Таблица 37*
|
Характер нагрузки |
Вид соединения |
Формулы для расчета поясных соединений в составных балках |
|
Неподвижная |
Угловые швы: |
|
|
|
двусторонние |
T/??2??f kf?? ?? Rwf ??wf ??c; (133) T/??2??z kf?? ?? Rwz ??wz ??c (134) |
|
|
односторонние |
T/????f kf?? ?? Rwf ??wf ??c; (135) T/????z kf?? ?? Rwz ??wz ??c (136) |
|
|
Высокопрочные болты |
aT ?? Qbhk??c (137)* |
|
Подвижная |
Угловые швы двусторонние |
(138) (139) |
|
|
Высокопрочные болты |
(140)* |
Обозначения, принятые в таблице 37*:
- сдвигающее пояс усилие на единицу длины, вызываемое поперечной силой Q, где S - статический момент брутто пояса балки относительно нейтральной оси;
- давление от сосредоточенного груза F (для подкрановых балок от давления колеса крана, принимаемого без коэффициента динамичности), где ??f - коэффициент, принимаемый согласно требованиям СНиП по нагрузкам и воздействиям, lef - условная длина распределения сосредоточенного груза, принимаемая по пп. 5.13 и 13.34* настоящих норм;
