Расчет соединений на «черных» болтах. Конструктивные требования

Болтовые соединения (рис. 31) являются самыми распространенными в монтажных сопряжениях и узлах. Сборка конструкций на болтах является наиболее простой и удобной, значительно ускоряет возведение сооружения, ибо постановка болтов - простейшая операция, :не требующая ни квалифицированной рабочей силы, ни сложного оборудования.

Рис. 31. Болтовое соединение

В клепаных конструкциях болты применяют вместо заклепок при большой толщине пакетов (более 7 и заклепки), а также в недоступных и стесненных местах, где при клепке невозможно разместиться с клепальным молотком.
Помимо постоянных болтов, в монтажных соединениях широкое применение находят временные сборочные болты, например при заводской сборке конструкций, сборке под клепку, сварку и в других видах соединений. При отправке с завода готовых конструкций к ним прикрепляют временными болтами мелкие стыковые детали и накладки, чтобы они не потерялись в пути.
Болт состоит из стержня с метрической или дюймовой нарезкой на одном конце и головкой на другом. Головка болта делается шестигранной или квадратной формы. На резьбу навертывается гайка. Для распределения усилия от затяжки болта на большую площадь скрепляемой детали под гайку подкладывают одну шайбу. При постановке болтов на полках швеллеров и двутавров применяют специальные косые шайбы, которые изготовляют из отходов соответствующих профилей (вырезают из их полок). Гайки бывают шестигранной или квадратной формы. При монтаже применяют в основном болты с шестигранными головками.
Материалом для изготовления болтов служат калиброванные стальные прутья из стали Ст.2 и Ст.З.
В стальных конструкциях применяют три вида болтовых соединений:
1) соединения  на  чистых   (точеных)   болтах;
2) соединения  на  черных  болтах;
3) соединения  на  высокопрочных  болтах.
Надежность работы болтовых соединений зависит от хорошего начального натяжения в болтах, которое достигается применением специальных гаечных ключей и обычных ключей с удлиненными рукоятками.
В конструкциях промышленных зданий и сооружений под действием эксплуатационных нагрузок, ударов и сотрясений болтовое соединение с течением времени расстраивается вследствие ослабления гаек.
Чтобы уменьшить возможность ослабления болтов, принимают специальные меры для укрепления гаек. Например, ставят вторые гайки (контргайки), прихватывают гайку к стержню болта электросваркой, делают засечку резьбы и т. д. Укрепление гаек выполняется после окончательной выверки конструкций и после того, как болты получат полную эксплуатационную нагрузку, а ослабевшие гайки будут подтянуты вторично.

Диаметр черных болтов принимается на 2 мм меньше диаметра отверстия, что значительно упрощает их постановку.
В монтажных соединениях черные болты применяют главным образом при работе на растяжение или в неответственных узлах.
Для восприятия сдвигающих усилий в сопряжениях на черных болтах применяют специальные опорные столики. Нагрузка на эти столики, а следовательно и на несущие элементы, передается через строганый торец опорной планки (рис. 32).
В неответственных конструкциях (крепление прогонов, эле-ментов фахверка, связей, лестниц, площадок и др.) допускается применение черных болтов, работающих на срез, при этом зазор между стержнем болта и отверстием не должен превышать 2 мм.
Необходимая длина болтов определяется условиями их работы.
Для болтов, работающих на смятие, нарезная часть болта должна быть вне тела соединяемых элементов, а минимальная длина болта равна толщине пакета плюс длина нарезки.
Минимальная длина болтов, работающих на растяжение, равна толщине пакета плюс высота шайбы и гайки, плюс 5 мм.
Размещение болтов производится аналогично размещению заклепок, при этом минимальное расстояние между болтами должно быть не менее 3,5 d болта для удобства работы ключом при завертывании гайки.

Соединения на высокопрочных болтах. В последнее время в строительстве внедряется новый вид монтажного соединения стальных конструкций-соединение на высокопрочных болтах. В соединениях на высокопрочных болтах усилия передаются не за счет сопротивления болта срезу или смятию, как в соединениях на обычных болтах или на заклепках, а за счет сил трения, возникающих между соприкасающимися (контактными) поверхностями соединяемых элементов. Сила трения создается в результате натяжения болтов в стыке на усилие примерно 20 т (от 18 до 24 г, в зависимости от диаметра болта). Болты изготовляются получистыми, с шестигранной головкой, резьба болтов и гаек метрическая. Высокопрочные болты пригодны как для односрезных, так и для многосрезных соединений в элементах, работающих на сжатие, растяжение или изгиб.
Материалом для изготовления болтов является высокопрочная легированная сталь, обеспечивающая средний предел прочности более 14000 кг/см2. Для распределения давления от начального натяжения болта на большую площадь под гайку и головку болта подкладывают по одной шайбе. Шайбы наружным диаметром 55 мм и толщиной не менее 6 мм изготовляют из обычной стали, но с обязательной термообработкой, обеспечивающей цементирование на глубину не менее 0,4 мм. Диаметр отверстий для высокопрочных болтов может превышать диаметр болта на 1-3 мм, так как болты на срез или на смятие не работают ни в начальной стадии, ни в период эксплуатации сооружения. Это обстоятельство существенно облегчает образование отверстий при изготовлении конструкций и постановку болтов в процессе сборки.
Постановка высокопрочных болтов - операция очень простая и, по существу, ничем не отличается от постановки обычных болтов.
Порядок постановки болтов регламентирован, т. е. болты ставятся не подряд, а равномерно по всему стыку; после постановки очередного болта смежные с ним нужно подтянуть, ибо поставленный болт в какой-то мере ослабляет соседние, поставленные ранее. Контроль натяжения болтов осуществляется специальными тарированными ключами. Вначале гайку завинчивают до отказа простым гаечным ключом, а затем создают необходимое натяжение в болтах, для чего пользуются специальными пневматическими или ручными ключами. Окончательное натяжение болтов после их постановки проверяется контрольным ключом. Саморазвинчивания гаек не происходит, поэтому никаких мер предохранения гаек от произвольного саморазвинчивания принимать не требуется как при действии статических, так и динамических нагрузок.
Применение высокопрочных болтов вместо заклепок в монтажных соединениях конструкций мостов, промышленных и гражданских зданий имеет следующие преимущества:
1) изготовление конструкций упрощается, так как не требуется той высокой точности совпадения отверстий, которая необходима   при  применении  заклепок;
2) монтаж конструкций упрощается и ускоряется, потому что
полностью исключается рассверловка отверстий и процесс горячей клепки. Отпадает надобность в устройстве сложных подмостей,   необходимых  для   клепки;
3) сохраняется  разъемность  соединений.
Стоимость высокопрочных болтов пока еще больше, чем стоимость заклепок. Однако, учитывая перечисленные обстоятельства, а также то, что один высокопрочный болт по несущей способности заменяет полторы-две заклепки, применение этих болтов в общем экономичнее заклепок.