(1)
Где N – внешняя нагрузка на соединение; n – количество болтов в соединении; k – коэффициент, значение которого следует принимать по таблице 5 [1]; Вр - расчетное усилие растяжения болтов, определяемое по формуле:
(2)
где Rbh – расчетное сопротивление растяжению высокопрочных болтов; Abn – площадь сечения болта нетто.
В качестве примера рассмотрим фланцевое соединение нижнего пояса стропильной фермы типа «Рыбка» (рис.1). В рамках исследования предполагаем, что поперечная сила и изгибающий момент в узле (рис.2) отсутствуют.
Рисунок 1 – Геометрическая схема стропильной фермы типа «Рыбка»
Рисунок 2 – Конструкция фланцевого соединения
Профиль присоединяемых элементов – гнутый замкнутый сварной квадратный профиль 300х12 по ГОСТ 30245-2003 из стали марки С245 с расчетным сопротивлением стали растяжению Ry = 240МПа и временным сопротивлением стали разрыву Run = 363МПа, площадь сечения трубы A= 108,1 см2;
Усилие растяжения, действующее на соединение, N = 1756,9 кН;
Материал фланца – сталь марки С345 по ГОСТ 19903-74 с расчетным сопротивлением растяжению Ry = 280МПа и нормативным сопротивлением Ryn = 285МПа. Толщина фланца t = 40мм;
Болты высокопрочные М27 по ГОСТ Р 52643 из стали 40X «Селект». Площадь сечения болта нетто Abn = 459 мм2, расчетное сопротивление растяжению Rbh = 755 МПа.
Исходя из формулы (1), определим необходимое количество болтов n в соединении:
(3)
Для симметричного расположения болтов в узле, их количество в соединении принимаем n = 8шт. Выбранная конструкция узла показана на рис. 2.
В соответствии с п.5.10 [1] расчет прочности сварных швов соединения фланца с элементом конструкции следует выполнять с учетом глубины проплавления корня шва на 2 мм по трем сечениям:
- по металлу шва
; (4)
Где βf – коэффициент, определяемый по таблице 39 «СП 16.13330.2011» [2], принимаем βf = 0.7; kf – катет шва, равный 12 мм; Lw – расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм, принимаем равным 1190 мм; Rwf – расчетное сопротивление металла шва, определяемое по таблице Г.2 [2], принимаем равным 215 МПа; γwf - коэффициент условий работы шва, принимаем равным 1,
(условие выполнено)
- по металлу границы сплавления с профилем
(5)
(условие выполнено)
- по металлу границы сплавления с фланцем в направлении толщины проката
(6)
(условие выполнено)
βz– коэффициент, определяемый по табл. 39 [2], принимаем равным единице;
γwf, γwz – коэффициенты условий работы шва, также принимаем равными 1;
γс – коэффициент условий работы сварного соединения, γс = 1;
Rwz – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления с профилем, определяется по формуле:
(7)
Rth– расчетное сопротивление растяжению стали в направлении толщины фланца, определяется по формуле:
, (8)
где Ru – расчетное сопротивление стали фланца по временному сопротивлению, для стали С345 Ru = 450МПа.
В соответствии с п.5.8 [1] прочность фланцевых соединений элементов замкнутых профилей на действие местной поперечной силы Qм следует проверять по формуле:
(9)
где Rj – контактные усилия, принимаемые равными ;
µ - коэффициент трения соединяемых поверхностей фланцев, определяемый по табл. 42 [2], принимаем µ = 0.58;
B0 – расчетное усилие предварительного натяжения болта, определяемое по формуле:
(10)
При отсутствии местной поперечной силы в расчет вводится условное значение:
(11)
Согласно формуле (9) получаем:
(условие выполнено)
Выбранная конструкция узла отвечает всем требованиям действующих рекомендаций по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций [1].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций/ ЦНИИПроектстальконструкция им. Мельникова, Москва, 1989г.
2. СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*».
3. Волошин А.А., Григорьев Г.Т. Расчет и конструирование фланцевых соединений: Справочник. – 2 – е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. – 125 с.