Каркасы зданий
Как показывают экспериментальные исследования, распределение нагрузок на болты изгибаемых фланцевых соединений весьма неравномерно. Наиболее нагруженными являются болты 1-го и 2-го рядов, расположенные снизу и сверху растянутой полки (рис. 1 а). Применение традиционной методики, когда нагрузка на болты определяется пропорционально их расстоянию от нейтральной оси здесь пригодно только для очень толстых фланцев, когда можно пренебречь их деформативностью, т. е. при отношении толщины фланца к толщине растянутой полки двутавра tfl/tf > 2-2,5 и соблюдении правил расстановки болтов.
Для соединений с относительно тонкими фланцами (tfl/tf < 2) основная нагрузка воспринимается болтами, расположенными возле растянутой полки (рис. 2 б, в). Доля внешней нагрузки, воспринимаемой болтами, расположенными вдоль стенки невелика, что позволяет существенно сократить количество высокопрочных болтов в соединении. Для фланцевого соединения при равномерной расстановке болтов вдоль полки, наиболее нагруженными оказываются болты, расположенные в углу между растянутой полкой и стенкой (рис. 1 б). Нагрузки на эти болты определяются пропорционально площадям примыкающих к ним участков полки и стенки
Напряжения σf и σw, вычисляются либо как для сплошного сечения нагруженного изгибающим моментом и продольной силой, либо с учетом смещения нейтральной оси соединения согласно методике, предлагаемой в настоящей работе. В ряде случаев, для увеличения несущей способности соединения и уменьшения его деформативности, за растянутой полкой устанавливают подкрепляющее ребро (рис. 2 в). Для полного включения ребра в работу околофланцевого сечения необходимо, чтобы его длина была не менее 3—5 высот ребра.
В этом случае наиболее нагруженным является болт, установленный в углу между растянутой полкой и ребром. Подкрепляющее ребро значительно снижает деформативность фланца и поэтому нагрузку на болты расположенные в углах, между стенкой и ребром, следует определять с учетом их расстояния от нейтральной оси (рис. 2 в). Формула (1) для этого случая принимает вид:
Для остальных болтов, расположенных вдоль растянутой полки, независимо от наличия подкрепляющего ребра, нагрузки определяются по формуле:
При неравномерной расстановке болтов вдоль полки или стенки возможны ситуации, когда более нагруженными окажутся болты, расположенные с краю или посередине растянутой полки. В этом случае необходимо выявлять наиболее нагруженные болты, находя максимальные нагрузки по формулам (1)-(4). Особо следует остановиться на болтах третьего ряда (рис. 1 а). Как показывают эксперименты, усилия в этих болтах намного ниже, чем в болтах второго ряда. Однако, в соединениях, не имеющих болтов третьего ряда, наблюдается значительная неравномерность распределения нагрузок между болтами первого ряда, установленных за растянутой полкой и болтами второго ряда, установленными изнутри растянутой полки. Это объясняется передачей дополнительных усилий на болты второго ряда с растянутой зоны стенки и повышенной жесткостью фланца в этой зоне. Таким образом, независимо от того, как будут устанавливаться болты вдоль стенки двутавра — по всей высоте или ее части, установка болтов третьего ряда крайне желательна, причем расстояние от этих болтов до болтов второго ряда должно быть минимальным из условий их установки. В этом случае несущая способность фланцевых соединений с установкой болтов только в зоне растянутой стенки, практически не отличается от несущей способности соединений с установкой болтов по всей высоте стенки. Экспериментальное изучение работы болтов, расположенных в сжатой зоне, показывает, что при нагружении соединения в них происходит потеря предварительного натяжения, причем величина этих потерь больше в 3—4 раза для фланцев, имеющих остаточные сварочные деформации. В среднем, для таких фланцев потери колеблются от 2 до 8 % и обратно пропорциональны толщине фланцев. Для гладких фланцев, независимо от их толщины, потери предварительного натяжения не превышают 1—2 %. В тех случаях, когда во фланцевых соединениях помимо наружных ребер, устанавливаются внутренние ребра (рис. 3 а), нагрузки на болты растянутой зоны определяются по аналогии с соединениями, рассмотренными выше. То же относится и к элементам, имеющим дополнительные вуты (рис. 3 б). Для предотвращения перегрузки отдельных болтов в этих случаях рекомендуется установка не менее двух рядов болтов между внутренними ребрами (вутом) и полкой двутавра, как это показано на рис. 3.
 При определении усилий, возникающих в болтах нагруженных фланцевых соединений, следует учитывать некоторые особенности их работы. Как известно, при деформировании гибких фланцев, между ними возникают рычажные силы, препятствующие повороту сечений фланца в зоне болтов. Фланец, поворачиваясь, действует на болт как рычаг, увеличивая действующую на него нагрузку. Таким образом, при определении усилий в болтах следует учитывать не только внешние силы Nb, действующие на фланец со стороны растянутой полки или стенки и определяемые по формулам (1), (2) или (4), но и внутренние рычажные силы. При этом суммарная нагрузка, действующая на болт, определится как
Для наиболее распространенных высокопрочных болтов M 24 из стали 40 X «Селект» усилия NbV могут определяться по формуле, полученной в результате расчетов Т-образных фланцев:
Анализ работы болтов, расположенных в различных зонах фланцевого соединения и экспериментальные исследования показывают, что рычажные силы для различных болтов различны. Так, в зоне болтов, расположенных во внутренних углах, образуемых полкой и стенкой (или подкрепляющим ребром) рычажные силы гораздо меньше, чем для болтов, расположенных рядом, вдоль полки или стенки. Это объясняется, в основном, повышенной изгибной жесткостью фланца, работающего в этой зоне по пространственной схеме, а также взаимным влиянием нагрузок, передающихся с примыкающих участков полки и стенки (ребра). В то же время, на болты внутренней зоны действуют усилия, передающиеся с примыкающих участков и стенки и полки. Сумма этих усилий может превышать по величине усилия в болтах, расположенных на открытых участках и определяемые с учетом рычажных сил.
Таким образом, для фланцевых соединений двутавровых сечений и других открытых сечений, имеющих входящие углы, следует различать 2 группы болтов, а именно: Группа 1: болты, расположенные во входящих углах, образуемых полкой элемента, его стенкой или подкрепляющим ребром. Внешние нагрузки для этих болтов определяются по формулам (1) и (2). Рычажные силы, ввиду их малости, здесь могут не учитываться. Группа 2: болты, расположенные на открытых участках сечения вдоль его полки или стенки. Внешние нагрузки на эти болты определяются с учетом внешних нагрузок, передающихся с примыкающего участка полки (стенки или ребра) и рычажных сил.
|