Виды и общая характеристика болтовых соединений.

Для соединения металлических конструкций помимо сварки приме­няют болты и заклепки. Болтовые соединения конструкций появились
раньше сварных. Простота соединения и надежность в работе способствовали их широкому распространению в строительстве при монтаже металлических конструкций.

Однако болтовые соединения более металлоемки, чем сварные, так как имеют стыковые накладки и ослабляют сечения элементов отверстиями для болтов. Последнее обстоятельство частично компенсировано допу­щением упруго-пластической работы элементов и введением коэффици­ента условий работы y > 1, а для элементов стыка на высокопрочных болтах уменьшением фактического ослабления за счет восприятия части действующего усилия трением между соединяемыми элементами за пределами ослабленного сечения.

В строительных конструкциях применяют болты грубой, нормальной и повышенной точности, высокопрочные, самонарезающие и фундамент­ные (анкерные). Болт для соединения конструкций имеет головку, глад­кую часть стержня длиной на 2—3 мм меньше толщины соединяемого пакета и нарезную часть стержня, на которую надевается шайба и на­винчивается гайка (рис. 6.1).

Болты грубой (ГОСТ 15589—70 с изм) и нормальной (ГОСТ 7798— 1 0 с ты.) точности различаются допусками на отклонения диаметра болта от номинала. Для болтов грубой и нормальной точности отклоне­ния диаметра могут достигать соответственно 1 мм и 0, 52 мм (для бол­тов d≤ 30 мм). Изготовляют болты из углеродистой стали горячей или холодной высадкой, иногда с последующей термообработкой. В зависимости от процесса изготовления различают несколько классов прочности болтов от—4, 6 до 8, 8. Класс прочности болтов обозначен числами. Первое число, умноженное на 10, обозначает временное сопро­тивление (σ в, кгс/мм²), а произведение первого числа на второе — пре­дел текучести материала (σ _т, кгс/мм²).

Болты в соединении ставят в отверстия на 2—3 мм больше диаметра болта, образованные продавливанием или сверлением в отдельных эле­ментах. В результате неполного совпадения отверстий в отдельных эле­ментах отверстие под болт имеет негладкую поверхность—«черноту» (тип С), что исключает плотную посадку болта в отверстие. Разница в диаметрах болта и отверстия облегчает посадку болтов и упрощает об­разование соединения; это большое преимущество таких болтов.

Однако неплотная посадка болта в отверстии повышает деформативность соеди­нения при работе на сдвиг и увеличивает неравномерность работы от­
дельных болтов в соединении. Поэтому болты нормальной (и особенно
грубой) точности не рекомендуется применять в конструкциях из стали
с пределом текучести больше 380 МПа и в ответственных соединениях,
работающих на сдвиг. Они находят широкое применение в монтажных
соединениях, где болты работают на растяжение или являются крепеж­ными элементами.

Болты повышенной точности (ГОСТ 7805—70 с изм.) изготовляют также из углеродистой стали, и они имеют те же классы прочности, что и болты нормальной точности.

Поверхность ненарезной части тела болта обтачивается и имеет строго цилиндрическую форму. Диаметр отверстия для таких болтов не должен отличаться более чем на +0, 3 мм от диаметра болта (плюсовый допуск для диаметра болта и минусовый допуск для отверстия не допускаются); поверхность отверстия должна быть гладкой, что может быть достигнуто сверлением отверстий в соединяемых элементах через специальные кондукторы-шаблоны, рассверловкой отверстии до расчет­ного диаметра после сборки элементов с ранее образованными отвер­стиями меньшего диаметра и, наконец, сверлением отверстий на проект­ный диаметр в собранных элементах (тип В).

Болты в таких отверстиях сидят плотно и хорошо воспринимают сдвигающие силы; однако недостаточность сил, стягивающих пакет, ухудшает его работу по сравнению с соединениями на высокопрочных болтах или на заклепках. Сложность изготовления и постановки болтов повышенной точности привела к тому, что соединения на таких болтах применяются редко.

Высокопрочные болты (ГОСТ 22353—77 и ГОСТ 22356—77) (сдвиго-устойчивые) изготовляют из легированной стали, готовые болты терми­чески обрабатывают. Высокопрочные болты являются болта­ми нормальной точности, их ставят в отверстия большего, чем болт, ди­аметра, но их гайки затягивают тарированным 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. Таким образом, высокопрочный болт, работая на осевое растяжение, обеспечи­вает передачу сил сдвига трением между соединяемыми элементами, именно поэтому подобное соединение часто называют фрикционным. Для увеличения сил трения поверхности элементов в месте стыка очи­щают от грязи, масла, ржавчины и окалины металлическими щетками, пескоструйным или дробеструйным аппаратом, огневой очисткой и не окрашивают.

Помимо сдвиго- устойчивых, фрикционных соединений на высокопроч­ных болтах существуют соединения с «несущими» высокопрочными бол­тами, отличающиеся передачей сдвигающих усилий совместной работой сил трения, смятия и среза болта. Эти соединения будут иметь остаточ­ные перемещения, появляющиеся при преодолении начального трения и зависящие от плотности посадки болтов в отверстия, но зато их несущая способность существенно в 1, 5—2 раза увеличивается и упрощается подготовка контактных поверхностей. Однако такие соединения не мо­гут быть рекомендованы в конструкциях, где остаточные перемещения нежелательны, и при вибрационных нагрузках.

Соединения на высокопрочных болтах обладают преиму­ществами обычных болтовых соединений по простоте устройства соеди­нения; по качеству работы они не уступают сварным соединениям, но уступают им по расходу металла. Применяются они в монтажных сое­динениях, имеющих большие сдвигающие силы, и при действии дина­мических и вибрационных нагрузок.

Самонаризающие болты (ТУ 34-5815-70) отличаются от обычных наличием резьбы полного специального профиля на всей длине стержня для нарезания резьбы и завинчивания в ранее образованные отверстия соединяемых деталей (рис. 6.1, 6). Материалом для них служит сталь Ст10кп термоупрочненная. Применяются они в основном d=6 мм для прикрепления профилированного настила к прогонам и элементам фах­верка, их большим преимуществом является необходимость доступа к конструкции только с одной стороны.

Фундаментные болты (ГОСТ 24379.1—80) служат для передачи растягивающих усилий с колонн на фундамент, материалом служат стали марок ВСтЗкп2, 09Г2С и 10Г2С1