болтовые соединения металлических конструкций | Новости в строительстве

Болтовые соединения металлических конструкций

Болтовые соединения осуществляют болтами обыч­ной прочности и высокопрочными.

Болты обычной проч­ности бывают грубой, нормальной и повышенной точно­сти. Болты нормальной и повышенной точности отлича­ются от болтов грубой точности несколько более высоким качеством обработки поверхности, не влияющим, однако, на расчетные характеристики прочности соединения, что обеспечивает им полную взаимозаменяемость.

В соединениях на болтах обычной прочности усилия от одного элемента к другому передаются за счет рабо­ты кромок отверстий на смятие истержня болта на срез.

Соединения на высокопрочных болтах осуществляют двух видов: сдвигоустойчивые и с несущими болтами. При подготовке стыкуемых поверхностей их очища­ют от грязи, ржавчины, снега, льда, масла и пыли. Кро­ме того, необходимо спилить напильником или срубить зубилом заусенцы на кромках деталей и отверстий, а также тщательно выправить неровности, вмятины, по­гнутости деталей соединения, которые могли возникнуть во время транспортировки конструкций, а также при их погрузке и разгрузке.

Без выполнения этих работ невоз­можно обеспечить плотное взаимное соприкосновение всех деталей стыка — элементов конструкций, прокла­док, накладок.

Рисунок-1. Схема рассверливания отверстий:

 Схема рассверливания отверстий

а)Проходная оправка; б)пробка; Схема сверления отверстий:в)отверстия до рассверливания;г)отверстия после рассверливания;Δ-чернота;d-проектный диаметр; д)-ключ коликовый монтажный;

Проектное взаимное расположение соединяемых эле­ментов достигают совмещением в монтажном соедине­нии всех отверстий с помощью проходных оправок, диа­метр цилиндрической части которых должен быть на 0,2 мм меньше диаметра отверстий (рис. 1, а).

Вруч­ную с помощью кувалды оправку забивают в отверстия; при этом коническая часть упирается в кромки отвер­стий, которые по мере перемещения оправки в глубь па­кета совмещаются. Часть отверстий (не менее 10 %) должна быть заполнена пробками (рис. 1, б), кото­рые служат для фиксации взаимного расположения со­единяемых элементов и предупреждения их сдвига. По­этому, в отличие от оправки, длина цилиндрической час­ти пробки должна быть больше суммарной толщины всех деталей собираемого элемента (толщины пакета), а дли­на конической части обеспечивать только удобство уста­новки пробки в отверстия. После установки пробок оправ­ки выбивают.

Стяжку пакета (соединяемых деталей стыка) произ­водят сборочными болтами, которые устанавливают в каждое третье отверстие, но не реже, чем через 500 мм. Болты затягивают до отказа и дополнительно подтяги­вают после установки смежного болта.

Необходимой плотности собираемого пакета можно достигнуть только в том случае, если при установке каж­дого болта будет обеспечена возможность последова­тельного устранения неплотности в стыке. Во многих слу­чаях это может быть достигнуто установкой болтов от середины (центра) стыка к краям, но иногда при опре­деленных конструктивных решениях стыков требуется иной порядок установки болтов (от края к середине узла).

При неправильной очередности затяжки болтов не­плотности устранить невозможно, так как свободному го­ризонтальному перемещению стыковых элементов будут препятствовать силы трения от натяжения ранее постав­ленных болтов.

При сборке соединения (стыка или узла) неизбежна различная степень взаимного смещения отверстий (из-за неточности их расположения), называемая чернотой (рис. 2). Отверстия, выполненные на заводе-изгото­вителе на меньший диаметр, доводят после сборки на монтажной площадке до проектных размеров рассверли­ванием, которым одновременно ликвидируют и черноту.

После рассверливания и прочистки всех отверстий, свободных от сборочных болтов, последние развинчива­ют, последовательно переставляют в подготовленные от­верстия проектного диаметра и рассверливают освобо­дившиеся отверстия. Затем приступают к постановке всех постоянных болтов.

Гайки всех болтов (постоянных и временных) завер­тывают ручными коликовыми ключами, обычными (рис. 2) или трещоточными. Ключи с трещотками, имею­щие рабочий ход только в одном направлении, удобнее в работе, так как их не нужно снимать и переставлять после каждого этапа поворота гайки.

Монтажные ключи имеют с одной стороны зев для гайки определенного размера, а с другой коническую часть — колик, который служит оправкой при совмеще­нии отверстий собираемых деталей или конструкций.

В сдвигоустойчивых соединениях не происходит вза­имного смещения соединяемых элементов, действующие усилия воспринимают только силы трения, а сами болты непосредственного участия в передаче усилий не прини­мают. В этом состоит их принципиальное отличие от со­единений с болтами нормальной и повышенной точности.

Рисунок-2. Многопламенная горелка:

Многопламенная горелка

В соединениях на несущих высокопрочных болтах на­ряду с силами трения в передаче усилий участвуют и са­ми болты, которые вступают в работу аналогично другим болтовым соединениям после того, как действующее усилие преодолеет силы трения, произойдет сдвижка соеди­няемых деталей и гладкая часть стержня болта начнет контактировать с кромками отверстий соединенных де­талей.

Ввиду большой механической прочности болта не­сущую способность таких соединений лимитирует не срез его стержня, а смятие отверстия. Поэтому, чем больше толщина элементов пакета, тем большая нагрузка может быть воспринята болтом. Наличие двух факторов — тре­ния и смятия кромки отверстия — повышает несущую способность одного болта в 1,5…2 раза по сравнению с болтом в сдвигоустойчивых соединениях, снижает со­ответственно число необходимых болтов, а следователь­но, и стоимость выполнения всего соединения.

Читай также сварные соединения

На болтах грубой и нормальной точности собирают малоответственные конструкции (фахверки, фонари, площадки, лестницы, неответственные связи), на болтах повышенной точности — все остальные конструкции, а на высокопрочных — конструкции с тяжелым режимом ра­боты (например, монтажные соединения подкрановых балок больших пролетов для мостовых кранов).

Сборка монтажных соединений на болтах обычной прочности состоит из следующих операций: подготовка стыкуемых поверхностей; совмещение отверстий под бол­ты; стягивание пакета (соединяемых деталей стыка); рассверливание отверстий до проектного диаметра (толь­ко в соединениях на болтах повышенной прочности), ес­ли на заводе они были выполнены на меньший диаметр.

Болтовое монтажное соединение должно иметь не ме­нее двух отверстий. В одно из них сначала вставляют ко­лик ключа для совмещения другого отверстия, в которое устанавливают болт, затягивая его. После этого ключ извлекают и в освободившееся отверстие вставляют вто­рой болт. Для надежной работы болтового соединения гайки закручивают, создавая в болтах натяжение 1,7 МПа.

Рисунок-3. Динамометрический ключ индикаторного типа:

Динамометрический ключ индикаторного типа

а-конструкция ключа;б-схема тарирования ключа; в-тарировочный график;г1-планка; 2-неподвижный язык; 3-кронштейн;4-индикатор; 5-жесткая опора; 6-шестигранник или затянутый высокопрочный болт;7-тарируемый ключ;8-тарировочный груз;

Под головки и гайки постоянных болтов обязательно ставят шайбы (не более двух под одну гайку и одной под головку). В местах примыкания головки или гайки к на­клонным поверхностям ставят косые шайбы. Резьба бол­та должна находиться вне отверстия соединяемых эле­ментов, а гладкая часть стержня не должна выступать из шайбы.

Головки и гайки болтов должны плотно соприкасать­ся с плоскостями элементов конструкций и шайб. На каждом установленном болте со стороны гайки должно оставаться не менее трех ниток с полным профилем резьбы.
Качество затяжки болтов проверяют, остукивая их молотком массой 0,3…0,4 кг: если при этом болт дрожит или смещается, значит он затянут плохо. Плотность за­тяжки деталей проверяют щупом толщиной 0,3 мм: он не должен входить вглубь между собранными деталями более, чем на 20 мм.

Выполнение монтажных соединений на высокопроч­ных болтах имеет некоторые особенности, связанные с подготовкой соединяемых поверхностей под стыковку и способом натяжения болтов.

В монтажных условиях соединяемые поверхности подготовляют газопламенной очисткой или обработкой стальными щетками.

Огневую очистку производят специальными много­пламенными горелками (рис. 2), в которых горючий газ — ацетилен — сгорает в среде кислорода. Благодаря высокой температуре пламени (1600… 1800 °С) происхо­дит быстрое нагревание и температурная деформация поверхностного слоя обрабатываемой детали, результа­том чего является отслаивание окалины и ржавчины, а также сгорание грязи и жира, веществ, снижающих ко­эффициент трения между поверхностями стыкуемых де­талей.

Обработанные огневым способом поверхности очища­ют от продуктов сгорания и отслоившейся окалины сталь­ными щетками и чистой ветошью, после чего приступают к сборке соединения. Разрывы во времени между окон­чанием подготовки и установкой болтов не должны пре­вышать 4…6 ч, так как с увеличением времени снижает­ся надежность контакта обработанных поверхностей.

Перед постановкой болты и гайки помещают в решет­чатую тару и сначала опускают в кипящую воду для лик­видации заводской консервирующей смазки, а затем в ванну со смесью 15 % минерального масла и 85 % бен­зина.

Болты должны быть натянуты на расчетное усилие Р, Н, предельное значение которого составляет

P = 0,65σвFнт,

где σв — временное сопротивление разрыву стали высокопрочного болта, Па; Fнт — площадь сечения болта нетто, м².

Надежная работа соединений на высокопрочных бол­тах может быть обеспечена только при стабильном на­тяжении всех болтов. Непосредственное определение уси­лия натяжения в условиях монтажной площадки прак­тически невозможно, вследствие этого принята методика косвенной его оценки через величину крутящего момен­та Мkр, который необходимо приложить к гайке для по­лучения заданного натяжения болта.

Зависимость между крутящим моментом Мkp и натя­жением болта Р определяется эмпирической зависимо­стью

Mkp = ℜPd,

где ℜ — коэффициент закручивания болта; d — номинальный диа­метр болта, м.

Коэффициент закручивания учитывает часть крутя­щего момента, которая затрачена на преодоление сил трения между гайкой и болтом (в резьбе), между гайкой и шайбой, а также на упругое закручивание стержня бол­та. Значение коэффициента закручивания зависит от ка­чества болтов, гаек и шайб и в среднем составляет 0,14…0,22.

Натяжение по крутящему моменту выполняют сна­чала гайковертом на 70..80 % проектного усилия с после­дующей дотяжкой динамометрическими ключами.

Известны различные конструкции ключей, однако все они могут быть разделены на два типа: индикаторные и предельного момента. Ключи первого типа показыва­ют с помощью индикатора величину прикладываемого момента, а второго — срабатывают при достижении кру­тящим моментом заданной величины.

Широко распространен ключ первого типа (рис. 3, а). На конце рукоятки ключа закреплена головка с закрытым зевом. К головке приварена планка с непо­движным языком прямоугольного сечения. Между руко­яткой ключа и языком имеется зазор 2…3 мм, благодаря чему при изгибе рукоятки язык остается неподвижным.

К рукоятке ключа при помощи кронштейна жестко укреплен индикатор часового типа, измерительный стер­жень которого касается языка. При завертывании гайки рукоятка ключа под действием усилия, приложенного к ее концу, деформируется (изгибается), в результате чего уменьшается расстояние между верхней кромкой рукоятки и языком.

Незначителъное изменение этого расстояния (порядка 1 мм) фиксирует индикатор с це­ной деления 0,01 мм. Зависимость между крутящим мо­ментом и показаниями индикатора определяют по тарировочному устройству, а при его отсутствии — по тарировочному графику.

Для построения такого графика ключ надевают на горизонтально расположенный шестигранник, имеющий размер гайки и приваренный к вертикальной металличе­ской стойке (рис. 3, б). На постоянном расстоянии а от центра зева к концу горизонтально расположенной рукоятки ключа подвешивают груз Р возрастающей ве­личины. Зная плечо и меняя груз Р, записывают пока­зания индикатора, соответствующие замеренным значе­ниям Р·а=Мkр, и строят по ним график в координатах: Мkр, Н· м— показания индикатора (рис. 3, в).

Удобно иметь длину ключа (плечо), равную 1,66 м, и грузы массой до 6 кг каждый, тогда интервал тариро­вания составит 100 Н·м. Ключ обеспечивает контроль натяжения болтов с крутящим моментом до 950 Н·м. Масса ключа 12 кг.

Специфика работы соединений на высокопрочных болтах требует тщательного контроля усилия натяжения болтов. Выборочной проверке подлежат 25 % болтов в соеди­нении, а при их количестве 5 шт. и менее контролируют все болты. Отклонение фактического крутящего момен­та от расчетного не должно превышать 0+20 %.

Если при контроле обнаружат хотя бы один болт, на­тяжение которого не отвечает указанному требованию, то контролю подлежат 100 % болтов в соединении, и на­тяжение каждого должно быть доведено до требуемой величины. Результаты проверки регистрируют в журна­ле по постановке высокопрочных болтов.

Кроме проверки фактического натяжения болтов та­рированными ручными ключами или по углу поворота, контроль осуществляют проверкой плотности пакета щупом толщиной 0,05 мм, который не должен проникать в глубь пакета против установленных высокопрочных болтов. После контроля головки болтов следует окра­сить, а все соединения — зашпатлевать по контуру.

РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Optimized with PageSpeed Ninja