Детальний опис болтових з'єднань сталевих конструкцій

Болти сталевої конструкції суттєво відрізняються від звичайних механічних болтів формами з’єднання, силовими механізмами та конструктивними процесами. Відповідно до ступенів напруги, умов експлуатації та вимог до конструкції з’єднання в металоконструкціях в основному поділяються на дві категорії: звичайні болтові з’єднання та високоміцні болтові з’єднання. Кожен тип з’єднання значно відрізняється за вимогами до точності, стандартами діаметра отвору, принципами опорної сили та застосовними сценаріями.

1. Звичайні болтові з'єднання

Звичайні болти поділяються на три класи точності A, B і C залежно від точності виготовлення. Класи A і B — це очищені болти, тоді як Grade C — це грубі болти. Якщо не зазначено інше, грубі болти класу С застосовуються за замовчуванням для звичайних з’єднань у будівельних сталевих конструкціях. За формою та структурою звичайні болти включають болти з шестигранною головкою, болти з подвійним торцем, болти з потайною головкою та інші типи.

Шорсткі болти класу C відрізняються низькою точністю обробки та великим зазором від стіни. Вони в основному використовуються для попереднього складання сталевих конструкцій в цехах, попереднього затягування клепаних компонентів, тимчасового позиціонування та фіксації перед формальним встановленням високоміцних болтів і тимчасової фіксації перед зварюванням вузлів. У разі використання як фіксованих болтів вони повинні бути повністю затягнуті після вирівнювання компонентів із надійними запобіжними заходами, щоб запобігти ослабленню та зсуву під час будівництва.

1.1 Покращені болти (клас A/B)

Доопрацьовані болтиволодіють високою точністю обробки, малим допуском на гвинт і мінімальним монтажним зазором, що забезпечує щільне прилягання між гвинтом і отвором для болта. Вони пред’являють суворі вимоги до точності виконання отворів і точності обробки гвинтового стрижня, і під час монтажу вони повинні встановлюватися обережним постукуванням замість сильного стуку. Удосконалені болти підходять для точних структурних з’єднань, які вимагають частого розбирання та складання або не піддаються заклепці. Вони в основному застосовуються в складанні механічного обладнання і рідко використовуються в будівництві сталевих конструкцій.

2. Високоміцні болтові з'єднання

За конструктивними особливостями високоміцні болти сталевих конструкцій поділяються на фрикційні та опорні. Ці два типи ідентичні за матеріалом, специфікаціями та механічними властивостями, відрізняючись лише критеріями контролю ковзання конструкції та механізмами оцінки несправностей. З точки зору конструктивних форм, вони класифікуються на великі шестигранні високоміцні болти та високоміцні болти типу Torshear.

2.1 Високоміцне болтове з’єднання фрикційного типу

Високоміцні болти фрикційного типу ущільнюють сполучні пластини за допомогою сили попереднього натягу болтів і передають зовнішні навантаження за рахунок статичного тертя, що виникає на контактній поверхні сталевих пластин. У з’єднувальному з’єднанні не допускається ковзання, а болти не сприймають зусилля зсуву. Будь-яке ковзання по поверхні пластини оцінюється як порушення з'єднання. Щоб покращити коефіцієнт тертя, контактну поверхню сталевих компонентів можна обробити піскоструминною та дробеструйною обробкою для формування однорідної іржавої поверхні, що підвищує опір ковзанню та оптимізує розташування болтів. Діаметр монтажного отвору високоміцних болтів фрикційного типу на 1,5–2,0 мм більший за номінальний діаметр болта.

2.2 Підшипникове високоміцне болтове з’єднання

Підшипникові високоміцні болти передають навантаження, що залежать від тертя поверхні пластини за нормальних робочих умов. Коли навантаження перевищує несучу здатність тертя, допускається незначне ковзання з’єднання, і напруга спільно сприймається та передається опором зсуву стрижнів болтів і опорним тиском стінок отвору пластини. Його режими руйнування збігаються з режимами руйнування звичайних болтів, а саме руйнування болта при зсуві або руйнування підшипника сталевої пластини. Діаметр монтажного отвору підшипникових високоміцних болтів на 1,0–1,5 мм більший за номінальний діаметр болта. Свердлильні верстати з ЧПУ та свердлильні пристосування мають пріоритет для точного свердління отворів, щоб забезпечити точність розташування отворів.

Основні відмінності між двома типами високоміцних болтів: болти фрикційного типу відповідають критерію конструкції без ковзання з вищим запасом міцності та стабільністю, придатні для конструкцій, які піддаються вібраційним навантаженням, динамічним навантаженням і великим несучим навантаженням; болти підшипникового типу забезпечують обмежене ковзання та мають вищу несучу здатність, застосовні для конструкцій зі статичним навантаженням.

2.3 Великий шестигранний високоміцний болт у зборі

Повний великий шестигранний високоміцний болт складається з одного високоміцного болта, однієї гайки та двох шайб.

Перед формальним будівництвом для тимчасової фіксації та точного вирівнювання компонентів використовуються грубі болти. Після калібрування грубі болти в групі болтів замінюються на високоміцні болти послідовно від центру до обох боків з подальшим початковим затягуванням, повторним затягуванням і остаточним затягуванням. Під час складання з кожного боку стрижня затвора встановлюється одна шайба.

Стандарти конструктивного моменту затягування: Початковий момент затягування становить 50% кінцевого моменту затягування; повторний момент затягування дорівнює кінцевому моменту затягування, що усуває монтажні зазори та рівномірно натягує болт. Формула розрахунку для кінцевого моменту затягування: Tc=K×Pc×d. Де: Tc=кінцевий момент затягування (Н·м); K=коефіцієнт крутного моменту; Pc=зусилля попереднього натягу конструкції (кН); d=номінальний діаметр болта (мм). Динамометричні ключі необхідно калібрувати перед кожним використанням, щоб гарантувати точність конструкції.

2.4 Високоміцний болт типу Torshear

Повний тип стрижкивисокоміцний болт збірка складається з одного зрізного болта, однієї гайки та однієї шайби, причому лише одна шайба встановлена ​​з боку гайки замість двосторонніх шайб.

Формула розрахунку початкового моменту затягування: Tc=0.065×Pc×d. Де: Tc=початковий момент затягування (Н·м); Pc=зусилля попереднього натягу конструкції (кН); d=номінальний діаметр болта (мм). Для остаточного затягування використовується спеціальний торцевий гайковий ключ, який завершується після того, як сливовий хвостик на кінці болта буде відкручений. Болти Torshear мають високу контрольованість якості конструкції, з наглядом за якістю, зосередженим на перевірці всього процесу та контролі процесу.