Расчёт соединения на срез и смятие для заклёпок по СП 16.13330
Расчёт соединения на срез и смятие для заклёпок по СП 16.13330: методика, формулы и примеры
Как правильно рассчитать заклёпочное соединение на срез и смятие по российским нормам?
Расчёт заклёпочных соединений в стальных конструкциях выполняется в соответствии с разделом 14 СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции». Методика предусматривает проверку заклёпок на срез, соединяемых элементов на смятие, а при наличии растягивающих нагрузок — проверку на отрыв головки. Для вытяжных заклёпок дополнительно учитывается специфика формирования замыкающей головки и пониженная по сравнению с традиционными заклёпками несущая способность.
Нормативная база и расчётные сопротивления
Расчётные сопротивления по СП 16.13330.2017
| Напряжённое состояние | Условное обозначение | Формула |
|---|---|---|
| Срез заклёпки | Rbs | 0,40 · Run |
| Растяжение заклёпки | Rbt | 0,42 · Run |
| Смятие соединяемых элементов | Rbp | 1,35 · Run (при Run ≤ 440 МПа) |
| Смятие при Run > 440 МПа | Rbp | (0,50 + 0,085 · Run/Ryn) · Run |
где Run — нормативное временное сопротивление стали; Ryn — нормативное сопротивление по пределу текучести.
Коэффициенты условий работы
Согласно таблице 1 СП 16.13330.2017, коэффициент условий работы заклёпочного соединения γb = 0,9 (для заклёпок с потайными головками γb = 0,8). Коэффициент условий работы соединяемых элементов γc принимается по таблице 1 в зависимости от типа конструкции.
Расчёт на срез
Основная формула
Расчётное усилие, воспринимаемое одной заклёпкой при срезе:
Nbs = Rbs · γb · Ab · ns
где Rbs — расчётное сопротивление срезу; γb — коэффициент условий работы заклёпки; Ab — площадь сечения стержня заклёпки (для вытяжных заклёпок — площадь сечения корпуса); ns — число расчётных срезов (для односрезного соединения ns = 1).
Площадь сечения корпуса вытяжной заклёпки
Для вытяжной заклёпки площадь сечения, работающая на срез, определяется по наружному диаметру корпуса:
Ab = π · d² / 4
где d — номинальный диаметр заклёпки.
| d, мм | 3,0 | 3,2 | 4,0 | 4,8 | 5,0 | 6,0 | 6,4 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ab, мм² | 7,07 | 8,04 | 12,57 | 18,10 | 19,63 | 28,27 | 32,17 |
Пример расчёта на срез
Заклёпка УС/УС d=4,8 мм, сталь корпуса с Run = 400 МПа, односрезное соединение.
Rbs = 0,40 · 400 = 160 МПа.
Ab = 18,10 мм².
Nbs = 160 · 0,9 · 18,10 · 1 = 2 606 Н ≈ 2,6 кН.
Сравнение с данными ISO 15979 (min 3,2 кН): нормативное значение по ISO выше, так как основано на испытаниях, а не на расчётных сопротивлениях с коэффициентами запаса.
Расчёт на смятие
Основная формула
Расчётное усилие, воспринимаемое одной заклёпкой при смятии соединяемых элементов:
Nbp = Rbp · γb · d · Σt
где Rbp — расчётное сопротивление смятию; d — диаметр заклёпки; Σt — наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.
Особенности расчёта для тонколистовых элементов
Для тонколистовых элементов (t < 4 мм) критическим может быть не классическое смятие, а вырыв кромки листа. В этом случае дополнительно проверяется условие:
N ≤ 2 · t · (e − d/2) · Run · γc
где e — расстояние от центра отверстия до края элемента в направлении усилия.
Пример расчёта на смятие
Заклёпка d=4,8 мм, соединяемые элементы: сталь С255 (Run=380 МПа), t1=2 мм, t2=3 мм.
Rbp = 1,35 · 380 = 513 МПа.
Σt = min(t1, t2) = 2 мм (сминается более тонкий элемент).
Nbp = 513 · 0,9 · 4,8 · 2 = 4 432 Н ≈ 4,4 кН.
Сравнение с несущей способностью на срез (2,6 кН): лимитирует срез заклёпки.
Расчёт на растяжение (отрыв головки)
Формула
При действии осевых растягивающих нагрузок:
Nbt = Rbt · Abn · γb
где Rbt = 0,42 · Run; Abn — площадь сечения заклёпки нетто (с учётом остаточного отверстия от стержня).
Для вытяжных заклёпок несущая способность на растяжение дополнительно ограничивается прочностью замыкающей головки и сопротивлением вырыву из тонколистового материала.
Конструирование заклёпочных соединений
Минимальные расстояния
| Параметр | Минимальное значение |
|---|---|
| Расстояние между центрами заклёпок | 3d |
| Расстояние от центра до края элемента (вдоль усилия) | 2d |
| Расстояние от центра до края элемента (поперёк усилия) | 1,5d |
| Максимальное расстояние между заклёпками в ряду | 8d или 12t |
Заключение
Расчёт заклёпочных соединений по СП 16.13330.2017 включает три обязательные проверки: на срез заклёпки, на смятие соединяемых элементов и на растяжение (при наличии осевых нагрузок). Для вытяжных заклёпок лимитирующим фактором обычно является срез, так как площадь сечения корпуса меньше площади сечения традиционной заклёпки того же диаметра. При проектировании необходимо соблюдать минимальные расстояния между заклёпками и до краёв элементов, а для тонколистовых материалов дополнительно проверять вырыв кромки.
Нормативные документы
- СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*»
- СП 260.1325800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей»
- СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»
- ГОСТ 27751-2014 «Надёжность строительных конструкций и оснований. Основные положения»
- ISO 14589:2000 «Blind rivets. Mechanical testing»
- EN 1993-1-3:2006 «Eurocode 3: Design of steel structures — Cold-formed members and sheeting»
