Расчет анкерных болтов

Расчет анкерных болтов производят на нагрузки статические и динамические. Величина, направление и характер действующих нагрузок от оборудования на болты должны быть указаны в задании на проектирование фундаментов под оборудование.

Мака сталей расчетных болтов, эксплуатируемых при расчетной зимней температуре наружного воздуха до минус 65°С включительно, должна назначаться в соответствии с указаниями табл. 1.

Примечание. Болты допускается изготовлять из других марок сталей, механические свойства которых не ниже свойств сталей марок, указанных в табл. 1.

Конструктивные болты во всех случаях допускается изготовлять из стали марки ВСт3кп2 по ГОСТ 380.

Расчетные сопротивления металла болтов растяжению R_ва следует принимать по табл. 2

Все болты должны быть затянуты на величину предварительной затяжки F, которая для статических нагрузок должна приниматься равной: f = 0,75 Р, для динамических нагрузок F = 1,1р, 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.

Площадь поперечного сечения болтов (по резьбе) должна определяться из условия прочности по формуле:

где к_о = 1,35 — для динамических нагрузок; к_о = 1,05 — для статических нагрузок.

Для съемных болтов с анкерными плитами, устанавливаемых свободно в трубе, коэффициент к_о для динамических нагрузок принимается равным 1,15.

При действии динамических нагрузок сечение болтов, вычисленное по формуле (1), следует проверить на выносливость по формуле:

где х — коэффициент нагрузки, принимаемый по табл. 3, зависящий от конструкции болта; m — коэффициент, учитывающий масштабный фактор, принимаемый по табл. 4, в зависимости от диаметра болта; a — коэффициент, учитывающий число циклов нагружения, принимаемый по табл. 5.

Таблица 3 (* В скобках дана глубина заделки для болтов диаметром менее 16 мм. * В скобках даны значения коэффициента к статических нагрузок.)

Таблица 4

Таблица 5

При расчете креплений строительных конструкций усилие предварительной затяжки и площадь сечения болтов следует определять как для статических нагрузок, если в проекте нет специальных указаний.

Расчет анкерных болтов при групповой установке

При групповой установке болтов для крепления оборудования (рис.1) величина расчетной нагрузки Р, приходящаяся на один болт, должна определяться для наиболее нагруженного болта по формуле:

где N — расчетная нормальная сила; М — расчетный изгибающий момент; n — общее количество болтов; y₁ — расстояние от оси поворота до наиболее удаленного болта в растянутой зоне стыка; y_i — расстояние от оси поворота до i-го болта, при этом учитываются как растянутые, так и сжатые болты.

Рис. 1. Расчетная схема определения усилий при групповой установке болтов для крепления технологического оборудования

Ось поворота, допускается принимать проходящей через центр тяжести опорной поверхности оборудования.

Для сквозных стальных колонн, имеющих раздельные базы, величину расчетной растягивающей нагрузки, приходящейся на один болт, следует определять по формуле:

где М и N — изгибающий момент и продольная сила в сквозной колонне на уровне верха фундамента; h — расстояние между осями ветвей колонны; n — количество болтов крепления ветви колонны; в — расстояние от центра тяжести сечения колонны до оси сжатой ветви.

Для баз стальных колонн сплошного типа (рис. 2) величину расчетной нагрузки, приходящейся на один растянутый болт, следует определять по формуле:

где N — продольная сила в колонне; R_в — расчетное сопротивление бетона фундамента осевому сжатию, принимается в зависимости от класса бетона по табл. 6; n — количество растянутых болтов, расположенных с одной стороны базы колонны; в_s — ширина опорной плиты базы колонны; x — высота сжатой зоны бетона под опорной плитой базы колонны, определяется по формуле:

где l_a — расстояние от равнодействующей усилий в растянутых болтах до противоположной грани плиты; С — расстояние от оси колонны до оси болта; е₀ — эксцентриситет приложения нагрузки.

Рис. 2. Расчетная схема усилий в опорном сечении для стальных колонн сплошного типа

Таблица 6

Высота сжатой зоны х ограничивается условием:

В формулах R_в и R_ва в МПа.

В тех случаях когда х > x_R l_a, следует повысить класс бетона фундамента либо увеличить опорную плиту, либо предусмотреть косвенное армирование.

Определение величины предварительной затяжки анкерных болтов

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:

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. 3.

При совместном действии вертикальных и горизонтальных (сдвигающих) сил величину усилия затяжки F₀ следует определять по формуле:

Площадь поперечного сечения болта по резьбе в этом случае определяется по формуле:

где к — коэффициент стабильности затяжки, принимаемый по табл. 3

В сдвигодопускающих соединениях сдвигающая сила Q воспринимается за счет сопротивления стержня болта срезу и определяется по формуле:

При совместном действии осевых Р и сдвигающих Q усилий их допустимые величины могут быть определены по формулам:

где n — количество болтов.

Величина усилия предварительной затяжки болтов F₂ в этом случае должна назначаться по формуле

Сдвигающую силу Q, действующую в плоскости изгибающего момента, для сквозных стальных колонн, имеющих раздельные базы под ветви колонны, допускается воспринимать силой трения под сжатой ветвью колонны и определять из условия:

Сдвигающую силу стальных колонн сплошного типа, а также для сквозных колонн при действии сдвигающей силы перпендикулярно плоскости изгибающего момента (связевые колонны) допускается воспринимать силой трения от действия продольной силы и силы затяжки болтов и определять по формуле:

где N — минимальная продольная сила, соответствующая нагрузкам, от которых определяется сдвигающая сила; п — количество болтов для крепления сжатой ветви колонны или количество сжатых болтов, расположенных с одной стороны базы колонн (для колонн сплошного типа); f — коэффициент трения, принимаемый равным 0,25; А_sa — площадь сечения одного болта.

Болты необходимо затягивать, как правило, с контролем величины крутящего момента М_кр, Н×м, значение которого следует определять по формуле:

где F — усилие предварительной затяжки болтов; x — коэффициент, учитывающий геометрические размеры резьбы, трение на торце гайки и в резьбе, принимаемый по табл. 7

Наименьшие допустимые расстояния между осями болтов и от оси крайних болтов до граней фундамента приведены в табл. 4.

Рекомендации по расчету анкерных болтов

Расстояния между болтами, а также от оси болтов до грани фундамента допускается уменьшать на 2 d при соответствующем увеличении глубины заделки на 5 d.

Расстояния от оси болта до грани фундамента допускается уменьшить еще на один диаметр при наличии специального армирования вертикальной грани фундамента в месте установки болта.

Во всех случаях расстояние от оси болта до грани фундамента не должно быть меньше 100 мм для болтов диаметром до 30 мм включительно, 150 мм для болтов диаметром до 48 мм и 200 мм для болтов диаметром более 48 мм.

При установке спаренных болтов, например для закрепления несущих стальных колонн зданий и сооружений, должна предусматриваться общая анкерная плита с расстоянием между отверстиями, равным проектному размеру между осями болтов, или следует устанавливать одиночные болты с «разбежкой» по глубине. Глубину заделки спаренных болтов при расстоянии между их осями 8 d и более следует назначать 15 d, при расстоянии менее 8 d — равной 20 d.

Расстояние от края плиты до оси болта следует назначать не менее 2 d, при этом площадь анкерной плиты должна быть не менее 32 d².

Расчетные площади поперечных сечений болтов (по резьбе) в зависимости от их диаметра приведены в табл. 8.

Таблица 8. Расчетные площади поперечных сечений болтов (по резьбе)

 Анкерные болты. Классификация. Назначение