Заклепочные соединения. Достоинства и недостатки заклепочных соединений

Заклепочные и болтовые соединения осуществляют путем постановки металлических стержней в совмещенные отверстия соединяемых элементов.

Заклепочные соединения в настоящее время не применяют при изготовлении строительных стальных конструкций вследствие своей нетехнологичности. Однако инженеру приходится сталкиваться с этими соединениями при анализе работы эксплуатируемых конструкций. Имеются примеры высокой долговечности заклепочных соединений как при работе на статические нагрузки (более 100 лет), так и при динамических нагрузках (мосты, подкрановые балки - 50...75 лет). Эти факты являются предметом исследований механизмов износа заклепочных соединений и причин их высокой надежности.

В заклепочном соединении заклепки ставят в горячем состоянии (800...850°С) и выполняют вторую замыкающую головку, при этом в результате осадки стержня происходит заполнение отверстия. Клепку ведут специальной клепальной скобой (на заводах металлических конструкций) или клепальным молотком (на монтажных площадках). Заканчивают клепку при температуре заклепки ниже распада аустенита, что обеспечивает качественное соединение. При остывании заклепка стягивает пакет соединяемых элементов, обеспечивая передачу внешних усилий через силы трения. Материал заклепок должен обладать высокими пластическими свойствами, так как их изготовление и работа связаны с большими пластическими деформациями, а форма - с концентрацией напряжений в точках перехода от стержня к головке. Поэтому для заклепок применялись специальные стали: заклепочная Ст2 и Ст3 или низколегированная 09Г2С. Эти стали подвергаются специальным испытаниям (проба на осаживание), гарантирующим требуемую пластичность.

Подбор и проверка несущей способности сечений прокатных балок и их жесткости. Учет упругопластической стадии работы

1. Необходимо перейти от «квадратной» нагрузки к погонной:

Σgн=(p+q)∙a (где a – шаг балок)

2. Необходимо перейти к расчетной нагрузке:

Σgр=(p∙γp+q∙γq)∙a (где γ – коэффициент надежности по нагрузке)

3.  По табл. 50 СНиП и в зависимости от температуры эксплуатации выбираем сталь, табл. 51 СНиП смотрим расчетное сопротивление стали.

4. Подбор сечения балки:

σ=M/W≤Ry→Wтреб≥Mр/Ry →двутавр из сортамента, который с буквой «Б» (значит «балочный»), смотрим в таблице Wфакт;A;I;S;t;b.

Проверка:

Проверки на прочность (СНиП Стальные конструкции п.5.12)

Проверки выполняют в точках, где развиваются наибольшие в пределах балки нормальные или касательные напряжения, а также в точках, где одновременно присутствуют и те и другие напряжения и способны при совместном действии обеспечить переход стали в пластическую стадию. (т.е. проверяем сечения, где максимальный момент, максимальная силы, где одновременно действую значительный момент и поперечная сила и (или) приложены сосредоточенные внешние силы, в том числе опорные реакции)

• В сечениях с максимальным моментом:

σ=Mр/Wфакт≤Ry

Mp/(Wфакт ∙Ry) ≤1∙γc (например, получилось 0,35≤1, тогда 0,35 – это коэффициент использования металла в сечении, СНиП допускает недогрузку 5%; γc – коэффициент условия работы)

• В сечениях с максимальной поперечной силой:

τ=(Qp∙Sx)/(Ix∙tст)≤Rs∙γc→( Qp∙Sx)/(Ix∙tст ∙Rs∙γc) ≤1

При наличии ослабления стенки отверстиями для болтов значения τ следует умножать на коэффициент α, определяемый по формуле:

α = a / (a - d),

где а - шаг отверстий;

d - диаметр отверстия.

Если проверки на прочность не выполняются, то необходимо выбрать следующий профиль по сортаменту и повторить проверки.

• В местах приложения локальной нагрузки:

Для расчета на прочность стенки балки в местах приложения нагрузки к верхнему поясу, а также в опорных сечениях балки, не укрепленных ребрами жесткости, следует определять местное напряжение σloc по формуле:

- σloc=F/(t∙lef)≤Ry∙γc

где F - расчетное значение нагрузки (силы);

lef - условная длина распределения нагрузки, определяемая в зависимости от

условий опирания (см. рисунок)

lef = b + 2tf

где tf - толщина верхнего пояса балки, если нижняя балка сварная (рис. а), или

расстояние от наружной грани полки до начала внутреннего закругления

стенки, если нижняя балка прокатная (рис. б).

• Для стенок балок приведенные напряжения в стенке в уровне сопряжения с поясом должны удовлетворять условию:-

где

-- нормальные напряжения в срединной плоскости

стенки, параллельные оси балки (т.е. y=h/2, где h – высота балки);

σу - то же, перпендикулярные оси балки, в том числе σloc,

τху - касательное напряжение

Напряжения σх и σу, принимаемые в формуле со своими знаками, а также

τxy следует определять в одной и той же точке балки.

Проверка на жесткость (СНиП Нагрузки и воздействия п.10)

Прогибы не должны превышать предельных значений, установленных нормами проектирования:

Для расчетной схемы, приведенной выше:

Предельные прогибы – табл.19 СНиП Нагрузки и воздействия.

При невыполнении проверки на жесткость необходимо увеличить сечение балки и снова определить fmax.

Ограничение прогиба обусловлено необходимостью создания условий нормальной работы технологического оборудования (мостовых и подвесных кранов, контрольно-измерительных приборов); обеспечения целостности примыкающих ограждающих конструкций; предотвращения неприятных физиологических воздействий на человека.