[eilukha]

Для восприятия базой колонны сдвигающих сил через трение между плитой и бетоном, хочу максимально сильно затянуть анкерные болты. Как мне определить максимальное усилие предварительной затяжки анкерных болтов и само максимально допустимое сдвигающее усилие.
В Пособии по проектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкций и оборудования (к СНиП 2.09.03) имеем:

3.8. Все болты должны быть затянуты на величину предварительной затяжки F, которая для статических нагрузок должна приниматься равной: F= 0,75 Р, (а) для динамических нагрузок F = 1,1р, (б) где Р - расчетная нагрузка, действующая на болт. Для строительных конструкций (стальных колонн зданий и т.п.) затяжку болтов допускается осуществлять стандартными ручными инструментами с предельным усилием (до упора) на болт. 3.9. Площадь поперечного сечения болтов (по резьбе) должна определяться из условия прочности по формуле Asa = ко Р/Rва, (1) где ко = 1,35 - для динамических нагрузок; ко = 1,05 - для статических нагрузок. 3.15. Величину усилия предварительной затяжки болтов - для восприятия горизонтальных (сдвигающих) усилий в плоскости сопряжения оборудования с фундаментом для сдвигоустойчивых соединений (не допускающих смещения опорной конструкции на величину зазора между стержнем болта и стенками отверстия в стакане) следует определять по формуле F1 = к (Q - Nf)/nf, (9) где Q - расчетная сдвигающая сила, действующая в опорной плоскости; N - нормальная сила; f - коэффициент трения, принимаемый равным 0,25; n - количество болтов; к - коэффициент стабильности затяжки, принимаемый по табл. 4.

Правильно ли будет: найти несущую способность болта по (1), принять ее за усилие в болте и найти Q по (9)? Сомнение в (а), почему только 75% от усилия в болте, почему не 100%?

[eilukha]

Сообщение от Ильнур болт редко когда натягивается на это усилие

- а также редко когда натяжение передаётся на бетон, а не на выверочную гайку.
Четвёрка в формуле выглядит очень канонично (не умножить на 0,25, что удобнее, а именно поделить на 4) и внушает её (четвёрки) великий смысл .

[eilukha]

Сопоставив ф. (9), (10) и (11) Пособия (или «Пособия»), можно видеть, что коэффициент стабильности затяжки не влияет ни на величину затяжки по ф. (10), ни на требуемую площадь сечения болта. Очевидно - это ошибка. Можно было сослаться на опечатку, но в примерах расчёта там же те же формулы с числами.

----- добавлено через ~12 мин. -----
Тут формулы в рукописном варианте, но тоже самое.

[МЕТОД]

Всем здравия!

И все-таки, сколько получится если монтажник затянет гайки?)

Ильнур отмечал, что это порядка 0,75Р.
Проверим на примере фундаментного болта М42 Ст3пс (опора ЛЭП).

1. СП 43.13330.2012 (СНИП 2.09.03) (Сооруж пром предпр) [1]. п. Г.8. Для строительных конструкций затяжку болтов допускается осуществлять стандартными ручными инструментами с предельным усилием (до упора).

2. [1] формула (Г.1). P = Asa * Rba / k0 = 11.2 см2 * 18 кН/см2 / 1,05 = 192 кН.
По гипотезе F = 0.75*P = 0.75*192 = 144кН.

3. Пособие к СНиП 2.09.03 по проект анкерных болтов [2]. По формуле (18) определяем Мкр = F*ksi = 144 кН * 0.011 м = 1584 Н. Заодно по таблице 14 смотрим максимальный крутящий момент для конструктивных болтов. Мmax = 1500 Нм – порядок тот же.

4. [2] П. 7.2. Ручной инструмент в приложении 8. По приложению 8 по таблице 1 принимаем ключ по ГОСТ 2841. по ГОСТ 2841 принимаем длину ключа 0.53м.

5. В книге Крюков «Конструкции и мех расчет ЛЭП» 1979г на стр. 188 автор пишет, что один рабочий может давить на рукоятку не более чем 50 кг = 500 Н. Получаем Мкр=500 Н * 0.53 м = 265 Нм. И совсем не 1584 Нм! И далее F = Мкр / ksi = 265 Нм / 0.011 м = 24 кН. И совсем не 144 кН!

Что скажете? Это похоже на правду?

[Komplanar]

Offtop: 42-ые болты затягивают отнюдь не ключом с 53см плечом, а с двух-трёхметровыми отрезками трубы... Полуметровым ключом максимум 20-ые болты...
P.S. Я отлично понимаю, что упор в данном предположении нужно делать на слове "стандартный ручной инструмент", а не нарощенный чем-то там, поэтому и поставил оффтоп

[МЕТОД]

Komplanar, это отлично! 500Н*3м = 1500 Нм. Вот бы где-то в нормах это увидеть...

[eilukha]

Сообщение от МЕТОД (до упора)

- это «допускается».

Сообщение от МЕТОД F = 0.75*P

- это «следует».

[Ильнур]

Сообщение от МЕТОД ... М42...ключа 0.53м....

Да, смешной для М42 ключ. Без удлинителя. Удлинитель должен быть. Ключ специально с такой рукоятью.
К слову, ключ S65 (для М42) испытывается на М=1435 Нм. Для развития такого момента обычному хиляку нужен удлинитель ~3 м.
Динамометрический ключ на такие моменты имеет длину 1,5 м.
С 1,5 м в мягком рывке может еще затянешь...Но не ключом же 0,5 м... Это же не М20, М24 и т.д.
Момент возрастает в супергеометрической прогрессии.

[МЕТОД]

Komplanar, eilukha, Ильнур - благодарю за ответы!
Значит длинная рукоятка у ключа. Или ключ с удлинителем. И получаем возможность 0,75*Р. Или сколько нужно столько монтажник и сделает.
Нашел про это в книгах - см. фото.

[Ильнур]

Сообщение от МЕТОД [b].. это в книгах...

То же графически, чтобы прогрессию ощутить:

[eilukha]

Парабола (площадь [а соответственно усилие] от диаметра).

[Ильнур]

Соответственно в проектах при >М30-36 нелишне наменуть на момент затяжки. Но только в кгс*м. Понятных прорабу.
А не в Нм. Вас ист дас Нм?

[МЕТОД]

Благодарю за дополнения!

Позвольте далее обсудить формулы по данной теме на конкретном примере.
Проверяем принятые анкерные болты под опору ЛЭП. Фундаменты сборные ЖБ грибовидные по серии. Один гриб под одну ногу опоры. Анкерные болты 4 М42 Ст3пс. База опоры – опорная плита 40 мм и траверсы 16 мм (крестом на опорной пластине). Опорная плита просто ставится на бетон фундамента. Выверка (редко бывает) стальными подкладками.

Схема нагрузок на фото.
N=280 кН, M=12840 кНм, Q=730 кН.

1. СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции» [1]. П. 14.2.15. Анкерные болты проверяем по СНИП 2.09.03.

2. СП 43.13330.2012 (СНИП 2.09.03) [2]. Принимаем нашу опору как сквозную стальную колонну. Растягивающую нагрузку на 1 болт считаем по формуле (Г.4).
P = ( M – N * b ) / (n*h) = (12840 кНм – 280 кН * 3.9 м) / (8 шт *7.8 м) = 188 кН.

3. Несущую способность болта определяем по формуле (Г.1) [2].
Pu = Asa * Rba / k0 = 11.2 см2 * 18 кН/см2 / 1.05 = 192 кН.
Asa – по табл. Г.9 [1], Rba - по табл. Г.7 [1]
192 > 188. Жить будет!

4. Усилие затяжки болтов принимаем по п. Г.8 [2]. F = 0.75*P=0.75*192 кН=144 кН. Итого получаем, что при расчетной нагрузке на болт 188 кН у нас будет отрыв базы. Доли миллиметра, но контакта база – фундамент уже не будет, а значит Q трением уже не возьмешь (это касается ног опоры работающих на отрыв).

5. [2] п.Г.17 Сдвигающую силу Q допускается воспринимать силой трения под сжатой ветвью по формуле (Г.8)
Qu = f * ( M + N * (h-b) ) / h = 0.25 * ( 12840 кНм + 280 кН * ( 7.8 м – 3.9 м ) ) / 7.8 м = 447 кН.
447 кН > 730 кН – равенство не получилось…

6. Этого не написано, но я думаю так. После восприятия трением 447 кН произойдет сдвиг и опора четырьмя ногами упрется в 16 болтов. При этом нагрузка на болты составит разницу: Q1 = 730-447=283 кН. На каждый болт получаем 283 кН / 16 = 18 кН.

7. В Пособии к СНиПУ [3] в п. 3.17 сказано, что при совместном действии P и Q действуют формулы: P < 0.6*Asa*Rba*n (13); Q < 0.4*Asa*Rba*n (14). Можно было бы с этого и начать, но у болта забирается 40% у растяжения и передается срезу. А 40% это очень много для моей опоры.

8. Прибавим формулы (13) и (14). Получим P + Q = Asa*Rba*n, что для 1 болта составит: P+Q = 11.2 см2 * 18 кН/см2 = 202 кН. Сравним с нашим нагрузками. P+Q = 188+18=206 кН.
206 кН ~ 202 кН. Перенапряжение составляет 2%. Нормально.
Также помним, что Rba = 0.8 * Ryn. Т.е. запас имеется.

Как вам господа такое применение формул? Тут какая штука – я нигде не смог найти нормы и даже хоть какие примеры расчета анкерных болтов конкретно для опор ЛЭП. Значит для проектировщиков опор этот вопрос слишком прост и не требует вообще даже примеров? Единственно что имеется это серия 1972 г, где на прочность болтов горизонтальная нагрузка не влияет.

[Ильнур]

Сообщение от МЕТОД ...8. Прибавим формулы (13) и (14)....

А как же теория прочности? Представьте, что болт - это просто стальной стержень. Есть P (N) и есть Q. Чему равен эквивалент?
Ну и насчет шпор - если опору толкают боковые 70 тонн (!!!) при вертикальном 28 тонн, может шпоры имеет смысл делать? Это так несложно...

[МЕТОД]

Сообщение от Ильнур А как же теория прочности?

Согласен. И эта теория бывает разной.
1. "Руководство по проектированию опор и фундаментов ЛЭП. Раздел 3. Стальные конструкции. 3534тм-т2" Москва 1976г. п. 3.73. Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, проверяются отдельно на срез и растяжение.
2. В Пособии все же проверяются P и Q по формулам (13) и (14) на совместную работу по отдельности, без эквивалентных взаимосвязей.
3. Конечно, в СП 16.13330.2011 "Стальные констр" мы имеем формулу (190): ( ( Ns/Nbs)^2 + (Nt/Nbt)^2 ) ^0.5 < 1. Если следовать мое логике в посте выше, то можем записать:
( ( 18/202)^2 + (188/202)^2 ) ^0.5 = 0.93 < 1.0.
Или даже если мы не будем выбрасывать к0=1,05 из формул (13) и (14):
( ( 18/192)^2 + (188/192)^2 ) ^0.5 = 0.98 < 1.0.
Возможно это имеет смысл, т.к. Q составляет от Р: 18/188=10%, т.е. не много и им как бы можно пренебречь).

Сообщение от Ильнур может шпоры имеет смысл делать? Это так несложно

Оно то да, но это линии электропередач. Весьма серийное проектирование и производство. Они стоят везде и нигде нету шпор. Это наблюдается для обычных опор.
Но вот для переходных опор высотой > 100 м через реки шириной до1500 м - там уже можно встретить и мощные базы с 8 М64, и шпоры с монолитными фундаментами. См. фото.

[Бахил]

Судя по усилиям, это анкерная опора. Или рядовая в процессе обрыва. Выясняй нагрузки.
Offtop: Правда сетевики иногда такие нагрузки дают...

[МЕТОД]

Я уточню один момент.
Можно воспринимать часть Q трением и часть болтами? (в нормах что-то есть про это?)
Вот стоит шкаф 100 кг на бетоне. Я его сдвину если толкну с силой 100*0.25=25 кгс. На пути шкафа возникнут болты. Я поднажму еще на 15 кгс - больше не смогу). И болты получат 15 кгс на срез. Не 40 кгс. Это верно?

[Axe-d]

Сообщение от МЕТОД Я уточню один момент. Можно воспринимать часть Q трением и часть болтами? (в нормах что-то есть про это?) Вот стоит шкаф 100 кг на бетоне. Я его сдвину если толкну с силой 100*0.25=25 кгс. На пути шкафа возникнут болты. Я поднажму еще на 15 кгс - больше не смогу). И болты получат 15 кгс на срез. Не 40 кгс. Это верно?

Вопрос тут смогут ли одновременно включиться и болты и трение.

Сообщение от МЕТОД И болты получат 15 кгс на срез.

Еще и изгиб, если шкаф не вплотную притянут.

[Ильнур]

Сообщение от МЕТОД Согласен. И эта теория бывает разной.

Для стали хорошо подходит теория Губера-Мизеса-Хенки, и она взята в СП за основу.

.. Болты...проверяются отдельно .. .

Это не теория, а нормативная методика. Это не повод отвергать теорию.

Весьма серийное проектирование

Или по серии 1:1 делаем, или все заново.
Скрестить ежа с ужом не получится. Хотя в век геномодификаций наверно можно...
Вы делайте как разум подсказывает. Попытка найти полную логику в СП и сериях плюс свести их с теорией - занятие тщетное.

[МЕТОД]

Заокеанские новости.
В нормах США ASCE/SEI 10-15 «Design of Latticed Steel Transmission Structures» анкерные болты считают по формуле (7.4-2)
As = T / Fr + V / ( mu * 0.85 * Fy).

Если в моем примере таки распределить Q на все болты (т.е. не учитывать, что часть Q воспринимается сжатыми базами), то получим на 1 болт T=188 кН, V=46 кН, и далее:
As = 188 кН / 22.5 кН/см2 + 46 кН / ( 0.7 * 0.85 * 22.5 кН/см2) = 8.36 см2 + 3.44 см2 = 11.8 см2.
11.8 см2 < 11.2 см2 – условие не выполняется. Болт перенапряжен на 5%.

Для справки.
У них считается, что сдвигающая нагрузка давит на болт – болт давит на бетон фундамента – бетон не может двигаться в бок поэтому выпячивается вверх и давит на плиту базы – плита базы тянет болт вверх. Данный эффект называется сдвиговым трением «shear friction». Численно это выражается как V/mu. Mu = 0.7 если база установлена на бетон. 1/0.7=1.43. Получается, что горизонтальную нагрузку V трансформируют в эквивалентную вертикальную 1.43*V.
+ Интересно, что текучесть стали при работе на растяжение от реальной растягивающей нагрузки не трогают, а от эквивалентой – уменьшают путем умножения на 0,85.
Ниже оригинальный текст.

7.2.4.1 The shear load is assumed to be transferred to the concrete by shear friction based upon the clamping force on the base assembly.
1.3 Definitions
Shear friction: For anchor bolts with the base assembly resting on concrete, shear is usually transferred from the base assembly to the concrete through bearing of the bolt at the surface forming a concrete wedge (клин); translation of the wedge under the shear force cannot occur (происходить) without an upward thrust (осевая нагрузка) of the wedge on the base assembly; this thrust induces a clamping force (зажимную силу), and this mechanism is called shear friction.

[qwer18]

Сообщение от МЕТОД Они стоят везде и нигде нету шпор. Это наблюдается для обычных опор.

Всё верно, в обычных опорах 2 ноги отрывает, 2 прижимает. Между ними распорка. Сила Q воспринимается трением сжатых ног. Если опора не обычная, то и шпоры есть, вы сами пример привели