Подробное описание болтовых соединений стальной конструкции

Болты стальной конструкции существенно отличаются от обычных механических болтов формой соединения, механизмом несущей способности и процессом изготовления. В зависимости от степени напряжения, условий эксплуатации и требований к проектированию соединения в металлоконструкциях в основном делятся на две категории: обычные болтовые соединения и высокопрочные болтовые соединения. Каждый тип соединения сильно различается в зависимости от требований к точности, стандартов диаметра отверстий, принципов восприятия сил и применимых сценариев.

1. Обычные болтовые соединения

Обычные болты подразделяются на три класса точности A, B и C в зависимости от точности изготовления. Классы A и B относятся к очищенным болтам, а класс C — к черновым болтам. Если не указано иное, для обычных соединений в стальных конструкциях зданий по умолчанию используются болты класса C. По форме и конструкции обычные болты включают болты с шестигранной головкой, двусторонние болты, болты с потайной головкой и другие типы.

Болты класса C для черновой обработки характеризуются низкой точностью обработки и большим зазором между стенками. В основном они используются для предварительной сборки металлоконструкций в цехах, предварительного затягивания заклёпанных компонентов, временного позиционирования и фиксации перед официальной установкой высокопрочных болтов, а также временной фиксации перед узловой сваркой. При использовании в качестве фиксированных болтов они должны быть полностью затянуты после выравнивания компонентов, при этом предусмотрены надежные меры против ослабления, предотвращающие ослабление и смещение во время строительства.

1.1 Рафинированные болты (класс A/B)

Усовершенствованные болтыобладают высокой точностью обработки, малым допуском винта и минимальным монтажным зазором, обеспечивая плотную посадку между стержнем винта и отверстием для болта. К ним предъявляются строгие требования к точности выполнения отверстий и точности обработки винтовых стержней, и их посадку следует устанавливать легким постукиванием, а не сильными ударами во время установки. Рафинированные болты подходят для прецизионных соединений конструкций, требующих частой разборки и сборки или неспособных клепать. Они в основном применяются при сборке механического оборудования и редко используются в строительных стальных конструкциях.

2. Высокопрочные болтовые соединения.

По режимам механического расчета высокопрочные болты для стальных конструкций делятся на фрикционные и подшипниковые. Оба типа идентичны по материалу, техническим характеристикам и механическим свойствам, различаясь только конструкционными критериями контроля проскальзывания и механизмами определения неисправностей. По конструктивной форме они подразделяются на высокопрочные болты с шестигранной головкой и высокопрочные болты срывного типа.

2.1 Высокопрочное болтовое соединение фрикционного типа

Высокопрочные болты фрикционного типа уплотняют соединительные пластины за счет силы предварительного натяжения болтов и передают внешние нагрузки за счет статического трения, возникающего на контактной поверхности стальных пластин. В месте соединения не допускается проскальзывание, а болты не подвергаются срезывающей нагрузке. Любое скольжение по поверхности пластины расценивается как нарушение соединения. Чтобы улучшить коэффициент трения, контактную поверхность стальных компонентов можно обработать пескоструйной или дробеструйной обработкой для образования однородной ржавой поверхности, что повышает сопротивление скольжению и оптимизирует расположение болтов. Диаметр монтажного отверстия высокопрочных болтов фрикционного типа на 1,5–2,0 мм больше номинального диаметра болта.

2.2 Высокопрочное болтовое соединение подшипникового типа

Высокопрочные болты подшипникового типа передают нагрузки за счет трения поверхности пластины при нормальных рабочих условиях. Когда нагрузка превышает несущую способность трения, допускается незначительное проскальзывание соединения, а напряжение совместно воспринимается и передается за счет сопротивления сдвигу стержней болтов и несущего давления стенок отверстий пластины. Виды его разрушения аналогичны режимам разрушения обычных болтов, а именно разрушению болта при сдвиге или разрушению подшипника стальной пластины. Диаметр монтажного отверстия высокопрочных болтов подшипникового типа на 1,0–1,5 мм больше номинального диаметра болта. Сверлильные станки с ЧПУ и сверлильные станки предназначены для точного сверления отверстий и обеспечения точности их положения.

Основные различия между двумя типами высокопрочных болтов: болты фрикционного типа имеют критерий конструкции, препятствующий скольжению, с более высоким запасом прочности и стабильностью, подходят для конструкций, подвергающихся вибрационной нагрузке, динамической нагрузке и условиям большой нагрузки; Болты подшипникового типа обеспечивают ограниченное проскальзывание и обладают более высокой несущей способностью, что применимо для конструкций со статической нагрузкой.

2.3 Большой шестигранный высокопрочный болт в сборе

Полный комплект высокопрочных болтов с шестигранной головкой состоит из одного высокопрочного болта, одной гайки и двух шайб.

Перед формальным строительством для временной фиксации и точного выравнивания компонентов используются грубые болты. После калибровки черновые болты в группе болтов заменяются на высокопрочные последовательно от центра к обеим сторонам с последующей первичной затяжкой, повторной затяжкой и окончательной затяжкой. Во время сборки на каждой стороне стержня болта должна быть установлена ​​одна шайба.

Строительные стандарты крутящего момента: начальный момент затяжки составляет 50% от окончательного момента затяжки; момент повторной затяжки равен окончательному моменту затяжки, что устраняет монтажные зазоры и выравнивает усилие предварительного натяжения болта. Формула расчета окончательного момента затяжки: Tc=K×Pc×d. Где: Tc=окончательный момент затяжки (Н·м); K=коэффициент крутящего момента; Pc=усилие предварительного натяжения конструкции (кН); d=номинальный диаметр болта (мм). Динамометрические ключи необходимо калибровать перед каждым использованием, чтобы гарантировать точность конструкции.

2.4 Высокопрочный болт срезного типа в сборе

Полный тип торшеравысокопрочный болт Сборка состоит из одного срезного болта, одной гайки и одной шайбы, причем со стороны гайки установлена ​​только одна шайба вместо двусторонних шайб.

Формула расчета начального момента затяжки: Tc=0.065×Pc×d. Где: Tc=начальный момент затяжки (Н·м); Pc=усилие предварительного натяжения конструкции (кН); d=номинальный диаметр болта (мм). Для окончательной затяжки используется специальный торцевой ключ, который завершается после откручивания хвостика сливового цветка на конце болта. Срезные болты отличаются высокой контролируемостью качества конструкции, при этом контроль качества сосредоточен на проверке всего процесса и контроле процесса.