8. Фланцевые соединения

8.1 Рекомендации настоящего раздела следует соблюдать при проектировании, изготовлении и монтажной сборке фланцевых соединений элементов открытого профиля (двутавров, тавров, швеллеров и т.п.) стальных конструкций производственных зданий, подверженных растяжению, растяжению с изгибом при однозначной эпюре растягивающих напряжений σ_min/σ_шах ≥ 0,5), а также действию местных поперечных усилий.

Рекомендации не распространяются на фланцевые соединения: воспринимающие знакопеременные нагрузки, а также многократно действующие подвижные, вибрационные или другого вида нагрузки с числом циклов свыше 10⁵ при коэффициенте асимметрии напряжений в соединяемых элементах р = σ_min/σ_шах ≤ 0,8;

эксплуатируемые в сильноагрессивной среде.

8.2 Фланцевые соединения следует выполнять только с предварительно напряженными высокопрочными болтами. Величину предварительного натяжения болтов В₀ для расчетов следует принимать равной

В₀=0,9B_p=0,9R_bh·A_bn, (11)

где В_р - расчетное усилие растяжения болта;

R_bh = 0.7 R_bun - расчетное сопротивление растяжения болтов;

R_bun - нормативное сопротивление стали болтов;

А_bn - площадь сечения болта нетто.

8.3 Для фланцевых соединений следует применять высокопрочные болты М20, М24 и М27 из стали 40Х «селект» исполнения ХЛ с нормативным временным сопротивлением R_bun не более 1080 МПа (110 кгс/мм²), а также гайки высокопрочные и шайбы к ним по ГОСТ 22353-77- ГОСТ 22356-77.

8.4 Для фланцев следует применять листовую сталь по ГОСТ 19903-74* марки 09Г2С-15 по ГОСТ 19281-89 и 14Г2АФ-15 по ТУ 14-105-465-82 с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины проката.

8.5 Фланцы могут быть выполнены из других марок низколегированных сталей по ГОСТ 19281-89, предназначенных для строительных стальных конструкций, при этом:

сталь должна быть не ниже 12-й категории;

временное сопротивление и относительное сужение стали в направлении толщины проката должны быть σ_bz ≥ 0,8σ_b, ψ_z≥ 20% (где σ_b - нормативное значение временного сопротивления для основного металла, принимаемое по стандартам или техническим условиям).

8.6 При конструировании фланцевых соединений болты следует располагать безмоментно относительно центра тяжести соединяемого элемента с учетом неравномерности распределения внешних усилий между болтами наружной и внутренней зон (рис. 1) в соответствии с табл. 7. Предельное усилие на один болт внутренней зоны следует принимать N_i = 0,9 В_р.

Таблица 7

Болты следует располагать как можно ближе к элементам присоединяемого профиля, при этом (см. (рис. 1):

k_f +d_s/2+2≤b₁≤3,5d, мм; 12)

a≥0,8d_s

w≤5d,

где d_s - наружный диаметр шайбы, мм;

d - наружный диаметр стержня болта, мм.

8.7 Число болтов внутренней зоны определяет конструктивная форма соединения, а наружной зоны - предварительно назначается из условия

(13)

где n_е, n_i - число болтов соответственно наружной и внутренней зон;

N - внешнее усилие на фланцевое соединение.

8.8 Фланцевые соединения растянутых элементов конструкций проверяют расчетом на прочность:

• болтов;
• фланцев на изгиб;
• соединения при воздействии поперечных усилий;
• сварного соединения фланца с профилем.

8.9 Прочность фланца и болтов, относящихся к внутренней зоне, следует считать обеспеченной, если толщина фланца находится в пределах от 20 до 40 мм, болты расположены в соответствии с п. 8.6, а нагрузка на болт от действия внешних усилий не превышает величины, равной 0,9 В_р.

Рис. 1. Схема фланцевых соединений стропильных ферм с поясами

а - из широкополочных тавров; б - из парных равнополочных уголков

8.10 При расчете на прочность болтов и фланца, относящихся к наружной зоне, выделяют участки фланца, которые рассматривают как Т-образные фланцевые соединения шириной w (см. рис. 1).

Прочность соединения следует считать обеспеченной, если

, (14)

где N_j - расчетное усилие j-й болт наружной зоны, равное

N_j = min (N_bj, N_fj) ; (15)

здесь N_bj - расчетное усилие на j-й болт, определяемое из условия прочности соединения по болтам

N_bj = (α - βlgx_j)B_p , (16)

α, β - коэффициенты, принимаемые по табл. 8;

x_j - параметр жесткости болта, определяемый по формуле

; (17)

b_j - расстояние от оси j-го болта до края сварного шва;

Таблица 8

w_j - ширина j-го участка фланца (см. рис. 1);

t - толщина фланца;

N_fj - расчетное усилие на j-й болт, определяемое из условия прочности фланца на изгиб

, (18)

µ_j - параметр, определяемый по формуле

,

γ_j - параметр, определяемый по табл. 9 или из уравнения

(19)

R_y - расчетное сопротивление стали фланца.

8.11 Прочность фланцевого соединения на действие местной поперечной силы следует проверять по формуле

(20)

где n - число болтов наружной зоны для фланцевых соединений элементов открытого профиля или общее число болтов для соединений элементов замкнутого профиля;

Rj - контактные усилия, принимаемые равными 0,1 В_о для фланцевых соединений элементов замкнутого профиля, а для элементов открытого профиля, определяемые по формуле

R_j = B_p - 1,2N_hj ; (21)

µ - коэффициент трения соединяемых поверхностей фланцев, принимаемый по табл. 6.

При отсутствии местной поперечной силы в расчет вводится условное значение Q_loc = 0,1μN. Расчет сварного соединения фланца с профилем следует производить в соответствии с требованиями СНиП II-23-81*.

Таблица 9

><<< Фрикционно-срезные соединения | оглавление СТО 0041-2004