Крепление металлических конструкций болтами

Обновлено: 04.10.2024

4.5.1 При сборке как расчетных, так и нерасчетных срезных соединений, а также соединений, в которых болты установлены конструктивно, отверстия в деталях конструкций должны быть совмещены, а детали зафиксированы от смещения сборочными пробками (оправками) и плотно стянуты болтами. В соединениях с двумя отверстиями сборочную пробку устанавливают в одно из них. В расчетных соединениях разность номинальных диаметров отверстий и болтов не должна превышать 3 мм.

4.5.2 В расчетных соединениях с работой болтов на срез и соединяемых элементов на смятие допускается "чернота" (несовпадение отверстий в смежных деталях собранного пакета) до 1 мм - в 50% отверстий, до 1,5 мм - 10% отверстий. В случае несоблюдения этого требования, с разрешения разработчика чертежей марок КМ или КМД, отверстия следует рассверлить на ближайший больший диаметр с установкой болта соответствующего диаметра.

В собранном пакете болты заданного в чертежах марок КМ или КМД диаметра должны пройти в 100% отверстий. Допускается прочистка 20% отверстий сверлом, диаметр которого равен диаметру отверстия, указанного в чертежах КМД.

В соединениях с работой болтов на растяжение, а также в нерасчетных соединениях, чернота не должна превышать разности номинальных диаметров отверстия и болта.

4.5.3 Запрещается применение болтов и гаек, не имеющих клейма предприятия-изготовителя и маркировки, обозначающей класс прочности.

Каждая партия болтов, гаек и шайб должна быть снабжена сертификатом качества с указанием результатов механических приемо-сдаточных испытаний.

При выполнении соединений на болтах без контролируемого натяжения болты, гайки и шайбы устанавливают в соединения без удаления заводской консервирующей смазки, а при ее отсутствии резьбу болтов и гаек смазывают минеральным маслом по ГОСТ 20799.

4.5.4 Под гайки следует устанавливать не более двух круглых шайб (ГОСТ 11371).

Допускается установка одной такой же шайбы под головки болтов. В необходимых случаях следует устанавливать косые шайбы (ГОСТ 10906).

Резьба болтов, в том числе сбег резьбы, не должны входить вглубь отверстия более чем наполовину толщины крайнего элемента пакета со стороны гайки.

4.5.5 Решения по предупреждению самоотвинчивания гаек - постановка пружинных шайб (ГОСТ 6402), контргаек или других способов закрепления гаек от самоотвинчивания - должны быть указаны в рабочих чертежах марки КМ.

Применение пружинных шайб не допускается при овальных отверстиях, при разности номинальных диаметров отверстия и болта более 3 мм, при совместной установке с круглой шайбой (ГОСТ 11371), а также в соединениях на болтах, работающих на растяжение. Запрещается стопорение гаек путем забивки резьбы болта или приварки гаек к стержню болта.

В конструкциях, воспринимающих статические нагрузки, гайки болтов, затянутых на усилие свыше 50% расчетного предела прочности стали болта, допускается дополнительно не закреплять. Фундаментные болты должны комплектоваться в соответствии с ГОСТ 24379.0.

4.5.6 Гайки и контргайки болтов диаметром 12-27 мм следует затягивать до отказа, от середины соединения к краям, с усилием 294-343 Н (30-35 кгс) монтажными ключами. Длина ключа должна составлять для болтов М12 - 150-200 мм; М16 - 250-300 мм; М20 - 350-400 мм; М22 - 400-450 мм; М24 - 500-550 мм; М27 - 550-600 мм или динамометрическими ключами по ГОСТ 33530.

4.5.7 Гайки и головки болтов, в том числе фундаментных, после затяжки должны плотно (без зазоров) соприкасаться с плоскостями шайб или элементов конструкций, а резьба болтов выступать из гаек не менее чем на один виток с полным профилем.

4.5.8 Контактные поверхности соединяемых элементов должны быть очищены от загрязнения, заусенцев, льда и других неровностей, препятствующих плотному их прилеганию. Плотность стяжки собранного пакета надлежит контролировать щупом толщиной 0,3 мм, который не должен проникать между собранными деталями в зону, ограниченную шайбой.

4.5.9 Качество затяжки постоянных болтов в расчетных соединениях следует проверять монтажными ключами длиной и с усилием, указанными в 4.5.6.

Качество затяжки болтов в нерасчетных соединениях, а также сборочных болтов сварных соединений следует проверять остукиванием молотком массой 0,4 кг, при этом болты не должны смещаться.

Болтовые соединения стальных конструкций без натяжения по СП

Требования к монтажным болтовым соединениям стальных конструкций без контролируемого натяжения приведено в следующих нормативных документах:

СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*» (действующий и обязательный к применению).
СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87 (действующий и обязательный к применению).

Проектирование соединений стальных конструкций на болтах необходимо выполнять в строгом соответствии с разделом 14.2 СП 16.13330.2017. В данной статье будут выделены основные конструктивные требования к данным соединениям и требования к их сборке и монтажу.

Конструктивные требования к болтовым соединениям

Основные требования к болтам и их расстановке в болтовом соединении приведены в разделе 14.2 СП 16.13330.2017. Приведем данные пункты.

14.2.1 Для болтовых соединений элементов стальных конструкций следует применять болты согласно таблицам Г.3-Г.7, Г.9 (приложение Г).

Таблица Г.3 приложения Г СП 16.13330.2017

Требования к болтам при различных условиях их применения

Расчетная температура t, °С

Класс прочности болтов и требования к ним (по НД) в конструкциях,

не рассчитываемых на усталость

рассчитываемых на усталость

при работе болтов на

1) С требованием испытания на разрыв на косой шайбе.

Таблица Г.4 приложения Г СП 16.13330.2017

Марки стали фундаментных болтов и условия их применения

Марки стали при расчетной температуре, t°С

Конструкции, кроме опор воздушных линий электропередачи, распределительных устройств и контактной сети

Для U-образных болтов, а также фундаментных болтов опор воздушных линий электропередачи, распределительных устройств и контактной сети

Таблица Г.5 приложения Г СП 16.13330.2017

Нормативные сопротивления стали болтов и расчетные сопротивления одноболтовых соединений срезу и растяжению, Н/мм 2

Класс прочности болтов

R_bun — нормативное сопротивление стали болтов, принимаемое равным временному сопротивлению σ_Bпо национальным стандартам и техническим условиям на болты;
R_byn — нормативное сопротивление стали болтов, принимаемое равным пределу текучести σ_T по национальным стандартам и техническим условиям на болты;
R_bs — расчетное сопротивление срезу одноболтового соединения;
R_bt — расчетное сопротивление растяжению одноболтового соединения;

14.2.2 Болты следует размещать согласно требованиям таблицы 40, при этом в стыках и в узлах — на минимальных расстояниях, а соединительные конструктивные болты — на максимальных расстояниях.

При прикреплении уголка одной полкой болтами, размещаемыми в шахматном порядке, отверстие, наиболее удаленное от его конца, следует размещать на риске, ближайшей к обушку.

14.2.3 Болты класса точности А следует применять для соединений, в которых отверстия просверлены на проектный диаметр в собранных элементах, или по кондукторам в отдельных элементах и деталях, или просверлены или продавлены на меньший диаметр в отдельных деталях с последующей рассверловкой до проектного диаметра в собранных элементах.

Болты класса точности В в многоболтовых соединениях следует применять для конструкций из стали с пределом текучести до 375 Н/мм 2 .

В соединениях, где болты работают преимущественно на растяжение, следует применять болты класса точности В или высокопрочные.

14.2.4 Болты, имеющие по длине ненарезанной части участки с различными диаметрами, не следует применять в соединениях, в которых эти болты работают на срез.

14.2.5 Резьба болта, воспринимающего сдвигающее усилие, в элементах структурных конструкций, опор линий электропередачи и открытых распределительных устройств, а также в соединениях при толщине наружного элемента до 8 мм, должна находиться вне пакета соединяемых элементов; в остальных случаях резьба болта не должна входить вглубь отверстия более чем на половину толщины крайнего элемента со стороны гайки или свыше 5 мм.

14.2.6 Установливать шайбы на болты следует по СП 70.13330.

В расчетных соединениях с болтами классов точности А и В (за исключением крепления вспомогательных конструкций) следует предусматривать меры против самоотвинчивания гаек. Решения по постановке пружинных шайб, вторых гаек или других способов закрепления гаек от самоотвинчивания должны быть указаны в рабочих чертежах стадии КМ.

14.2.7 На скошенных поверхностях соединяемых деталей и элементов (внутренние грани полок двутавров и швеллеров) под головки болтов или гайки следует устанавливать косые шайбы.

14.2.8 Диаметр отверстия для болтов в элементах из проката должен соответствовать примечанию 1 таблицы 40.

Таблица 40 СП 16.13330.2017

Характеристика расстояния и предела текучести соединяемых элементов

Расстояние при размещении болтов

1 Расстояние между центрами отверстий для болтов в любом направлении:

б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии

8d или 12t

в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при наличии окаймляющих уголков:

16d или 24t

12d или 18t

2 Расстояние от центра отверстия для болта до края элемента

а) минимальное вдоль усилия:

б) то же, поперек усилия:

при обрезных кромках

при прокатных кромках

4d или 8t

г) минимальное во фрикционном соединении при любой кромке и любом направлении усилия

3 Расстояние минимальное между центрами отверстий вдоль усилия для болтов, размещаемых в шахматном порядке

Обозначения, принятые в таблице 40:

d — диаметр отверстия для болта;
t — толщина наиболее тонкого наружного элемента;
u — расстояние поперек усилия между рядами отверстий.

1. Диаметр отверстий следует принимать:

для болтов класса точности А — d=d_b;
для болтов класса точности В в конструкциях опор ВЛ, ОРУ и КС — d=d_b+1 мм,
в остальных случаях — d=d_b+ (1; 2 или 3 мм),

2. В одноболтовых соединениях элементов решетки (раскосов и распорок), кроме постоянно работающих на растяжение, при толщине элементов до 6 мм из стали с пределом текучести до 375 H/мм 2 расстояние от края элемента до центра отверстия вдоль усилия принимают 1,35d (без допуска при изготовлении элементов в сторону уменьшения, о чем должно быть указано в проекте).

3. При размещении болтов в шахматном порядке на расстоянии, не менее указанного в позиции 3, сечение элемента А_n следует определять с учетом ослабления его отверстиями, расположенными в одном сечении поперек усилия (не по зигзагу).

Требования к правильному устройству монтажные соединения на болтах без контролируемого натяжения

Основные требования к сборке болтовых соединений приведены в разделе 4 СП 70.13330.2012. Приведем данные пункты.

4.5.2 В расчетных соединениях с работой болтов на срез и соединяемых элементов на смятие допускается «чернота» (несовпадение отверстий в смежных деталях собранного пакета) до 1 мм — в 50% отверстий, до 1,5 мм — 10% отверстий. В случае несоблюдения этого требования, с разрешения разработчика чертежей марок КМ или КМД, отверстия следует рассверлить на ближайший больший диаметр с установкой болта соответствующего диаметра.

4.5.5 Решения по предупреждению самоотвинчивания гаек — постановка пружинных шайб (ГОСТ 6402), контргаек или других способов закрепления гаек от самоотвинчивания — должны быть указаны в рабочих чертежах марки КМ.

4.5.6 Гайки и контргайки болтов диаметром 12-27 мм следует затягивать до отказа, от середины соединения к краям, с усилием 294-343 Н (30-35 кгс) монтажными ключами. Длина ключа должна составлять для болтов М12 — 150-200 мм; М16 — 250-300 мм; М20 — 350-400 мм; М22 — 400-450 мм; М24 — 500-550 мм; М27 — 550-600 мм или динамометрическими ключами по ГОСТ Р 51254.

4.5 Монтажные соединения на болтах без контролируемого натяжения

В соединениях с работой болтов на растяжение, а также в нерасчётных соединениях чернота не должна превышать разности номинальных диаметров отверстия и болта.

Применение пружинных шайб не допускается при овальных отверстиях, при разности номинальных диаметров отверстия и болта более 3 мм, при совместной установке с круглой шайбой (ГОСТ 11371), а также в соединениях на болтах, работающих на растяжение. Запрещается стопорение гаек путём забивки резьбы болта или приварки гаек к стержню болта.

4.5.8 Контактные поверхности соединяемых элементов должны быть очищены от загрязнения, заусенец, льда и других неровностей, препятствующих плотному их прилеганию. Плотность стяжки собранного пакета надлежит контролировать щупом толщиной 0,3 мм, который не должен проникать между собранными деталями в зону, ограниченную шайбой.

4.6 Монтажные соединения на болтах, в том числе высокопрочных, с контролируемым натяжением

4.6.1 Выполнение соединений на болтах с контролируемым натяжением должно проводиться рабочими, прошедшими специальное обучение, подтвержденное соответствующим удостоверением.

4.6.2 Соприкасающиеся поверхности деталей фрикционных (сдвигоустойчивых), фрикционно-срезных и фланцевых соединений должны быть обработаны способом, предусмотренным в чертежах марок КМ, КМД.

Сборку соединений следует производить не позже трех суток после обработки соприкасающихся поверхностей. На соприкасающихся поверхностях не допускается наличие грязи, масла, образование льда и других загрязнений, препятствующих плотному прилеганию деталей или способствующих снижению указанной в чертежах марок КМ, КМД расчетной величины коэффициента трения. При превышении срока между обработкой соприкасающихся поверхностей и сборкой соединений более трех суток проводится повторная обработка.

Требование повторной обработки не распространяется на налет ржавчины, образующийся на соприкасающихся поверхностях после их очистки, а также на случай попадания на них атмосферных осадков в виде влаги или конденсации водяных паров.

Состояние поверхностей после обработки и перед сборкой следует контролировать и фиксировать в журнале (см. приложение Е).

4.6.3 Перепад поверхностей (депланация) стыкуемых деталей свыше 0,5 и до 3 мм должен быть ликвидирован механической обработкой путем образования плавного скоса с уклоном не круче 1:10.

При перепаде свыше 3 мм необходимо устанавливать стальные прокладки требуемой толщины, обработанные тем же способом, что и детали соединения. Применение прокладок подлежит согласованию с организацией-разработчиком чертежей марок КМ, КМД.

4.6.4 Отверстия в деталях при сборке должны быть совмещены и зафиксированы от смещения пробками. Число пробок определяют расчетом на действие монтажных нагрузок, но их должно быть не менее 10% при числе отверстий более 20 и не менее двух - при меньшем числе отверстий.

В собранном пакете, зафиксированном пробками, допускается чернота (несовпадение отверстий), не препятствующая свободной, без перекоса, постановке болтов. Калибр диаметром на 0,5 мм больше номинального диаметра болта должен пройти в 100% отверстий каждого соединения.

Допускается прочистка отверстий плотно стянутых пакетов сверлом, диаметр которого на 0,5 мм больше номинального диаметра болта, при условии, что чернота не превышает разности номинальных диаметров отверстия и болта. Применение воды, эмульсий или масла при прочистке отверстий не допускается.

4.6.5 Запрещается применение болтов, не имеющих на головке заводской маркировки временного сопротивления, клейма предприятия-изготовителя, условного обозначения номера плавки, а на болтах климатического исполнения ХЛ (согласно ГОСТ 15150) - также и букв "ХЛ".

4.6.6 Перед установкой болты, гайки и шайбы должны быть расконсервированы, а резьба болтов и гаек, в том числе опорные поверхности гаек, смазаны. В качестве смазки допускается применение минеральных масел по ГОСТ Р 51634 или ГОСТ 10541. Нанесение смазки следует производить при комнатной температуре не позже чем за 8 ч до сборки соединений. Расконсервацию болтов, гаек и шайб и нанесение смазки на болты и гайки следует производить кипячением в воде (10-15 мин) с последующей промывкой в горячем состоянии в смеси, состоящей из 70%-75% неэтилированного бензина и 30%-25% минерального масла по ГОСТ 20799. Применяемое соотношение бензина и масла должно обеспечивать на поверхности болтов и гаек тонкий слой смазки. Срок хранения смазанных болтов и гаек не должен превышать более 10 сут. При большем сроке хранения производится повторная смазка болтов и гаек. В качестве смазки резьбы и опорных поверхностей гаек допускается применение твердых сортов парафина по ГОСТ 23683 или других эффективных видов смазки, с последующим установлением фактической величины коэффициента закручивания , средняя величина которого должна составлять не более 0,2.

Установка в соединениях болтов и гаек, в том числе с металлическими покрытиями, без применения смазки не допускается, а также болтов с нарушенным покрытием, со следами ржавчины или при более 0,2 не допускается.

4.6.7 Заданное проектом натяжение болтов следует обеспечивать затяжкой гаек или вращением головок болтов до расчетного момента закручивания, либо поворотом гаек на определенный угол, либо другим способом, гарантирующим получение заданного усилия натяжения болтов.

Порядок натяжения должен исключать образование неплотностей в стягиваемых пакетах, контролируемых щупом толщиной 0,3 мм в соответствии с 4.6.14.

4.6.8 Динамометрические ключи, предназначенные для натяжения и контроля натяжения высокопрочных болтов, в том числе работающие в комплекте с ключами-мультипликаторами (редукторами крутящего момента), должны иметь паспорт с отметкой метрологической лаборатории о проведении поверки.

Тарировку динамометрических ключей следует производить на специальном стенде или с помощью контрольных грузов не реже одного раза в смену, а также после каждой замены контрольного прибора или ремонта ключа. Результаты тарировки должны быть занесены в "Журнал тарировки ключей", приложение Ж. Редукция крутящего момента ключей-мультипликаторов проверяется после каждого ремонта, но не реже одного раза в год.

4.6.9 Расчетный момент закручивания М, необходимый для натяжения болтов, следует определять по формуле

где - среднее значение коэффициента закручивания для каждой партии болтов, принимаемое по результатам испытаний с помощью контрольных приборов, позволяющих одновременно фиксировать величину осевого усилия в стержне болта и приложенного к гайке крутящего момента М;

- наименьшее временное сопротивление болта разрыву, принимаемое по стандартам на применяемые болты, ( );

Механический крепеж в строительных конструкциях

Соединения в конструкциях служат для передачи усилий от одного элемента к другому. Например, в несущих стальных конструкциях применяются сварные, болтовые и заклепочные соединения. В ранние периоды применения стальных конструкций в строительстве основными крепежными изделиями были заклепки. Давно было известно, что заклепки, которые устанавливали горячими, обычно создавали на соединение сжимающие осевые усилия. Однако, это осевое усилие нельзя было контролировать и его величина могла значительно меняться от заклепки к заклепке. Поэтому это осевое усилие нельзя было оценивать и регламентировать при проектировании.

В 1930-е годы впервые было предложено применять в несущих стальных конструкциях вместо заклепок высокопрочные стальные болты. Было установлено, что такие болты можно затягивать достаточно сильно, чтобы предотвратить проскальзывание в конструкционных соединениях — то, что обеспечивали «горячие» стальные заклепки. В 1970-е годы применение предварительно нагруженных высокопрочных болтов в стальных соединениях без проскальзывания вместо заклепок стало широко применяться во всем мире [1].

В алюминиевых конструкциях при проектировании соединений приходится принимать во внимание ограниченную прочность и пластичность конструкционных алюминиевых сплавов. Для болтовых соединений с участием сил трения на передачу усилий через соединение могут негативно влиять релаксационные процессы, которые происходят в алюминии. К тому же, в алюминиевых конструкциях обычно применяются болты из нержавеющих сталей, а не высокопрочные болты из углеродистых и легированных сталей, чтобы избежать риска коррозии [2].

Соединения тонкостенных конструкций — стальных и алюминиевых — имеют свои особенности по сравнению с толстостенными [3].

2. Болтовые соединения в стальных несущих конструкциях

Соединения в конструкциях служат для передачи усилий от одного элемента к другому. Например, в стальных конструкциях в соединениях могут применяться сварные, болтовые и заклепочные соединения, однако чаще всего применяются именно болтовые соединения. Главными преимуществами болтовых соединений являются:

простота и легкости выполнения соединения;

удобство применения в условиях строительства;

возможность производить подгонку и выравнивание элементов конструкции.

Оценить эффективность болтового соединения довольно сложно. Распределение напряжений в соединении и усилия в болте зависят как от жесткости самого болта, так и жесткости смежных стальных элементов. Поэтому считается, что для болтового соединения точного теоретического анализа выполнить невозможно. Проектирование болтовых соединений является полуэмпирическим, а именно, основано на положительном практическом опыте, но всегда с подтвержденой статистической оценкой результатов испытаний [2].

2.1. Основные характеристики болтов

Классы прочности болтов, которые применяются в стальных соединениях строительных конструкций, показаны в таблице 1. Все эти болты обычно применяются в соединениях, которые подвержены статическим усилиям и моментам. В соединениях, которые подвержены усталостным нагружениям, для обеспечения необходимого фрикционного сцепления, применяются высокопрочные болты классов прочности 8.8 и 10.9.

Таблица 1 — Прочностные свойства строительных болтов

Самым слабым сечением любого болта является его резьбовая часть. Прочность болта обычно вычисляется с применением понятия так называемой «площади растягивающих напряжений» (tensile stress area), которую также называют «площадь сопротивления» (resistant area). Эта площадь определяется по диаметру d_res, который является средним от минимального диаметра резьбы по ее дну d_n и максимального диаметра по гребню d_m, как показано на рисунке 1.

Размеры любого болта задаются его номинальным диаметром, длиной под головкой и длиной резьбы.

Рисунок 1 — Поперечное сечение болта и площадь растягивающих напряжений

2.2. Три основных типа болтовых соединений

Предельная прочность болтовых соединений оценивается на основании принятия определенных упрощений по перераспределению в них внутренних усилий. Поэтому считается, что при передаче нагрузки через соединение болт может вести себя как:

1) Болт воспринимает всю нагрузку на себя. Это означает, что движение соединяемых пластин ограничено главным образом стержнем болта;

2) Соединение с фрикционным сцеплением, которое обеспечивается силой трения, которая создалась осевым натяжением высокопрочных болтов. Это натяжение возникает при затяжке болтов и составляет не менее 70% от предела текучести материала болта.

3) Болты под растягивающей нагрузкой.

Рисунок 2 — Компоненты усилий в различных типах соединений:

1) соединение, в котором болт воспринимает всю нагрузку,

2) соединение с заданной затяжкой высокопрочных болтов,

3) осевое растягивающее нагружение.

2.3. Соединение с нагрузкой на болт

Болт, который нагружается в основном статическими нагрузками, должен просто затягиваться гаечным ключом (spanner-tight). Затяжка такого болта достигается обычным человеком с применением обычного гаечного ключа. Такая затяжка является достаточной для получения небольшого усилия трения между соединенными частями и достаточной для передачи малой нагрузки без проскальзывания в соединении. При увеличении нагрузки на соединение, это трение преодолевается и происходит необратимое проскальзывание, которое происходит из-за наличия зазора между болтом и пластиной. Если нагрузку и далее увеличивать, то сначала будет упругое смещение, пока не начнется пластическое деформирование или по стержню болта, или по пластине. Кроме того, пластическая деформация может начаться одновременно и в болте, и в пластине.

2.4. Соединения с сопротивлением проскальзыванию

В случае повторяющихся нагрузок высокопрочные болты в соединении должны затягиваться не менее чем на 70 % своей прочности при растяжении. Когда применяют этот метод соединения, нагрузка передается через соединение в основном за счет трения между скрепленными частями, а не за счет сдвига болтов. Прочность таких соединений зависит от коэффициента трения между смежными поверхностями и усилием прижатия, которое обеспечивают высокопрочные болты. Если при затяжке высокопрочного болта класса прочности 8.8 происходит проскальзывание головки болта или шайбы, то под проскальзывающий элемент (болт или гайку) подкладывают одну высокопрочную шайбу. В аналогичном случае для болта класса прочности 10.9 высокопрочные шайбы подкладывают и под головку болта, и под шайбу.

Растягивающее усилие натяжения в высокопрочном болте при его установке контролируют одним из следующих методов:

1) Метод контроля крутящего момента. Применяется специальный прибор.
2) Метод «поворота гайки». Поворот гайки на некоторый угол после достижения обычной затяжки вручную. Зависит от толщины пакета соединения и шайб.
3) Метод индикации натяжения, например, специальной шайбой.
4) Комбинация методов 1) и 2).

3. Крепеж в несущих алюминиевых конструкциях

3.1. Типы соединений в алюминиевых конструкциях

В несущих алюминиевых конструкциях наиболее часто применяются такие механические крепежные изделия как болты, алюминиевые или стальные. В некоторых случаях могут применяться сплошные заклепки, однако в настоящее время они считаются устаревшими и неэкономичными. Вместе с тем, в тонкостенных конструкциях, стальных и алюминиевых, широко применяют специальные заклепки различных конструкций, например, так называемые вытяжные заклепки (см. раздел 4).

По сравнению со сварными соединениями механический крепеж имеет то преимущество, что при его применении для алюминиевых конструкций не происходит никакой потери прочности из-за нагрева. Более того, механический крепеж легко применятся непосредственно на строительной площадке, а сварка — это заводская операция. Поэтому для несущих алюминиевых конструкций болтовые соединения являются основными.

Европейские правила выполнения соединений в несущих алюминиевых конструкциях изложены в Еврокоде 9 (Eurocode 9: Design of aluminium structures — Part 1-1: General structural rules).

3.2. Алюминиевые болты

Алюминиевые болты имеют одно преимущество по сравнению со стальными болтами. Они не меняют степень затяжки болтового соединения при изменениях температуры из-за температурного расширения, как это может быть со стальными болтами. Материал алюминиевых болтов должен соответствовать материалу соединяемых компонентов.

Следующие важные моменты надо иметь в виду при работе с алюминиевыми болтами на алюминиевых конструкциях:

Чрезмерно высокое давление на поверхность алюминия при затяжке болтового соединения можно избежать путем установки под головку и гайку шайб из алюминиевого сплава повышенной прочности.

Когда болты ослабевают и снова затягиваются, то резьба в алюминиевом компоненте или самом алюминиевом болте быстро изнашивается. В таких случаях рекомендуется применять вставки, как это показано на рисунке 3.

В соединениях, которые подвергаются воздействию влаги, болты должны быть загерметизированы.

Рисунок 3 — Резьбовые вставки для тонкостенных соединений

3.3. Стальные болты в алюминиевых конструкциях

Стальные болты в алюминиевых конструкциях, которые подвержены воздействию наружных климатических условий и других коррозионных сред должны быть защищены от коррозии. Например, стальные болты могут иметь цинковое покрытие, электролитическое или горячего окунания. Однако, любое цинковое покрытие имеет весьма короткий срок службы. Поэтому становится все более обычным применять в алюминиевых конструкциях болты из нержавеющих сталей. Чтобы избежать чрезмерного поверхностного давления стальные болты обычно устанавливают со стальными же шайбами, как под головкой болта, так и под шайбой.

3.4. Алюминиевые сплошные заклепки

Когда в несущих алюминиевых конструкциях применяют сплошные алюминиевые заклепки (рисунок 4), то их устанавливают в холодном состоянии. В отличие от сплошных заклепок горячей установки, сплошные заклепки холодной установки не сокращаются в размерах и поэтому не прижимают соединяемые листы или профили друг к другу. Это означает, что заклепки холодной установки нагружаются в соединении точно также как и болты без контролируемого натяжения (см. раздел 2).

Рисунок 4 — Формы головок сплошных заклепок:

а — стандартная, б — потайная, в — круглая, г — плоская

4. Механический крепеж для тонкостенных конструкций

4.1. Особенности тонкостенных соединений

Для тонкостенных конструкций разработаны специальные виды механического крепежа. По сравнению с толстостенными соединениями (для стали — толщиной более 3 мм) поведение соединений в тонкостенных элементах характеризуется низкой плоскостной жесткостью.

Для тонкостенных конструкций применяют специальные механические крепежные изделия, такие как винты, самонарезающие и самосверлящие и «слепые» (вытяжные) заклепки. Самонарезающие винты применяют в основном для креплений типа «тонкое к тонкому» и «тонкое к толстому».

4.2. Самонарезающие и самосверлящие винты

Резьбонакатывающие или резьбонарезающие винты устанавливают в заранее просверленное или пробитое отверстие, а также в специальные пазы алюминиевых прессованных профилей. Эти винты бывают также вдобавок еще и самосверлящими, когда имеют на своем конце сверло или специальное острие (рисунок 5).

Рисунок 5 — Самонарезающие и самосверлящие винты

4.3. Слепые (вытяжные) заклепки

Когда компоненты нужно соединить друг с другом, а доступ к задней стороне соединения отсутствует, то часто выходом из положения является применение так называемых «слепых» заклепок. В отечественной технической практике чаще всего применяют один из видов «слепых» заклепок, который назвали вытяжными заклепками. Для установки этих заклепок применяют соответствующий инструмент — «заклепочник», который вытягивает на себя сердечник заклепки, который своей утолщенной головкой формирует заднюю часть заклепки.

В процессе установки заклепки заклепочник сначала с усилием прижимают соединяемые части друг к другу, а потом формирует заднюю головку заклепки. При дальнейшем увеличении нагрузки хвост сердечника отрывается по заданной специальным надрезом точке. Обычно головка сердечника остается внутри тела заклепки и обеспечивает ему определенную герметизацию (рисунок 6).

Рисунок 6 — Процесс установки вытяжной заклепки

Слепые заклепки, которые подходят для алюминиевых конструкций изготавливают из аустенитной нержавеющей стали или алюминиево-магниевых сплавов. Обычно тело заклепки и сердечник изготавливают из различных алюминиевых сплавов, так как они должны выполнять различные функции. Тело заклепки должно быть достаточно мягким, чтобы сформировать головку, тогда как сердечник должен быть достаточно прочным, чтобы иметь возможность пластически деформировать тело заклепки.

Сдвиговое напряжение слепой заклепки зависит от свойств материала в плоскости сдвига. Рассчитать это напряжение не представляется возможным. Дело в том, что прочностные свойства материала тела заклепки и сердечника, а также их размеры после пластического деформирования при установке отличаются от свойств материала в состоянии поставки. Поэтому, чаще всего прочность заклепок определяют экспериментально для каждого отдельного проектного решения.

4.4. Обжимные болты

Примером обжимного болта может служить крепежное изделие под маркой Hackbolt (рисунок 7). Этот болт похож на слепую заклепку, однако он заводится с задней стороны соединения, а сама операция установки происходит с рабочей стороны.

Особое преимущество этого метода заключается в том, что в отличие от тела «слепой» заклепки тело самого болта не деформируется. Эти болты изготавливают из стали или из алюминия (AlMg5, 5056A). Это соединение может выдерживать высокие сдвиговые и растягивающие напряжения. Болт имеет гладкий цилиндрический стержень, чтобы лучше сопротивляться сдвиговым напряжениям.

Рисунок 7 — Обжимной болт марки Hackbolt

5. Материалы крепежных изделий

Для изготовления крепежных изделий применяют материалы, которые обладают достаточными упругими свойствами, чтобы иметь способность удлиняться (растягиваться) под нагрузкой и затем возвращаться к своей первоначальной форме после снятия нагрузки.

Основными материалами для изготовления крепежных изделий являются различные виды сталей:

низкоуглеродистые стали («мягкие» стали);

нержавеющие (коррозионностойкие) стали.

5.1. Болты и винты с низкой и средней прочностью

Изготавливаются из низкоуглеродистых сталей.

Повышение прочности за счет:

— наклепа при холодной штамповке.

5.2. Высокопрочные болты

Изготавливаются из среднеуглеродистых сталей. Конечная прочность достигается за счет:

наклепа при холодной штамповке;

5.3. Крепежные изделия из нержавеющих сталей

Аустенитные нержавеющие стали получают различные уровни прочности за счет:

холодной пластической обработки.

Мартенситные нержавеющие стали получают различные уровни прочности за счет:

холодной пластической обработки и

5.4. Самонарезающие/самосверлящие винты

Изготавливаются из среднеуглеродистых сталей. Получают прочностные свойства за счет:

холодной пластической обработки;

6. Классы прочности крепежных изделий

6.1. Классы прочности болтов из углеродистых и легированных сталей:

4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9, 12.9

Класс прочности зависит от марки стали и способа изготовления болтов и обозначен двумя числами. Первое число, умноженное на 100, означает величину минимального временного сопротивления в МПа, второе — умноженное на 10, — отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах.

Рисунок 8 — Маркировка класса прочности болтов

6.2. Классы прочности гаек из углеродистых и легированных сталей:

4, 5, 6, 8, 10, 12

Здесь число, умноженное на 100, указывает на минимальное временное сопротивление разрыву в МПа.

Рисунок 9 — Маркировка класса прочности гаек

6.3. Болты и гайки из аустенитных нержавеющих сталей:

Болты и гайки из аустенитных нержавеющих сталей имеют одинаковые классы прочности:

50, 70, 80

Число, умноженное на 10, указывает на минимальное временное сопротивление разрыву в МПа.

Рисунок 10 — Маркировка болтов из аустенитных нержавеющих сталей

6.4. Классы твердости шайб:

100 HV, 140 HV, 200 HV, 300 HV

6.5. Сравнение классов прочности болтов из углеродистых и нержавеющих сталей

Рисунок 11 — Место классов прочности нержавеющих сталей среди классов прочности углеродистых сталей [3]

6.6. Сочетание классов прочности болтов и гаек

7. Заключение

Выше представлен краткий обзор по применению крепежных изделий в современных строительных конструкциях. Многие важные аспекты и нюансы опущены для достижения краткости изложения. Они требуют отдельного рассмотрения.

Источники:

2. Geoffrey L. Kulak, John W. Fisher, John H. A. Struik — Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints, Second Edition, 2001.

4. Shigley’s Mechanical Engineering Design, Eighth Edition, 2006

5. ALUMINUM STRUCTURES — A Guide to Their Speciﬁcations and Design, Second Edition / J. Randolph Kissell, Robert L. Ferry, 2002

ООО «Алюком»
г. Москва, ул. Нагатинская, д. 16, стр. 9, офис 2-5

Москва, Рязанский проспект, д.8А, стр.17 (цех 17, территория завода ВНИИ МетМаш).
Заезд грузового через КПП ул.Стахановская д.20.

Крепление металлических конструкций болтами

Конструкции стальные строительные

Изготовление и монтаж

Дата введения 2006-03-01

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ:

Приказом ЗАО "ЦНИИПСК им. Мельникова" от 26 января 2006 г. N 20

Приказом ОАО НИПИ "Промстальконструкция" от 26 января 2006 г. N 5

1 РАЗРАБОТАН ЗАО Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н.П.Мельникова (ЗАО "ЦНИИПСК им. Мельникова") ОАО Научно-исследовательский и проектный институт "Промстальконструкция"

2 ВНЕСЕН организациями - разработчиками стандарта

3 ПРИНЯТ на Научно-техническом Совете ЦНИИПСК им. Мельникова от 26 января 2006 г. с участием представителей организации - разработчика стандарта

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 Разработка, согласование, утверждение, издание (тиражирование), обновление (изменение или пересмотр) и отмена настоящего стандарта производятся организациями-разработчиками

Настоящий стандарт разработан в соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании" N 184-ФЗ и предназначен для применения всеми подразделениями ЗАО "ЦНИИПСК им. Мельникова" и ОАО НИПИ "Промстальконструкция", специализирующимися на разработке проектов КМ и КМД, диагностике, ремонте и реконструкции промышленных зданий и сооружений различного назначения.

Стандарт может применяться другими организациями, если эти организации имеют сертификаты соответствия, выданные Органами по сертификации в системе добровольной сертификации, созданными организациями - разработчиками стандарта.

Организации-разработчики не несут никакой ответственности за использование данного стандарта организациями, не имеющими сертификатов соответствия.

Необходимость разработки стандарта продиктована тем, что опыт, накопленный организациями - разработчиками стандарта, а также отечественными предприятиями и организациями в области проектирования, изготовления и выполнения стальных конструкций с монтажными соединениями на болтах, содержится в различных нормативных документах, рекомендациях, ведомственных правилах и других, частично устаревших и не охватывающих в целом проблему безопасной эксплуатации промышленных зданий и сооружений различного назначения.

Основной целью разработки стандарта является создание современной нормативной базы по вопросам изготовления и монтажа стальных конструкций с соединениями на болтах.

Замечания и предложения по дополнению и изменению настоящего стандарта просим направлять по адресам:

127473 Москва, ул.Садовая Самотечная, 13, ОАО НИПИ "Промстальконструкция", телефоны (факс) для справок 200-17-02, 684-32-65.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на изготовление и монтаж несущих и ограждающих стальных строительных конструкций с монтажными соединениями на болтах, в том числе высокопрочных, предназначенных для стационарных, сборно-разборных и передвижных зданий и сооружений различного назначения, воспринимающих постоянные, временные и особые нагрузки типа подвижных, вибрационных, взрывных, сейсмических в климатических районах с расчетной температурой до -65 °С и сейсмичностью до 9 баллов, эксплуатируемых как в слабоагрессивных, так и в среднеагрессивных и агрессивных средах с применением защитных металлических и лакокрасочных покрытий.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СТО 0031-2004 Стандарт организации. Конструкции стальные строительные. Болтовые соединения. Сортамент и области применения

СТО 0041-2004 Стандарт организации. Конструкции стальные строительные. Болтовые соединения. Проектирование и расчет

СП 53-101-98 Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций

СНиП 2.09.03-85 Сооружения промышленных предприятий

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования

ГОСТ 8.541-86 ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений крутящего момента силы

ГОСТ 1759.4-87* Болты, винты и шпильки. Механические свойства и методы испытаний

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 52627-2006, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 18107-72 Калибры для метрической резьбы. Допуски

ГОСТ 20799-88 Масла индустриальные. Технические условия

ГОСТ 22353-77* Болты высокопрочные класса точности В. Конструкция и размеры

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 52644-2006, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 23118 Конструкции стальные строительные. Общие технические условия

ГОСТ 23683-89 Парафины нефтяные твердые. Технические условия

ГОСТ 24379.0-80 Болты фундаментные. Общие технические условия

ГОСТ 24379.1-80 Болты фундаментные. Конструкция и размеры

ГОСТ 25726-83 Клейма ручные буквенные и цифровые. Типы и основные размеры

ГОСТ Р 51254-99 Ключи моментные. Общие технические условия

Рекомендации по применению высокопрочных болтов, покрытых составом на основе парафина, в монтажных соединениях стальных конструкций, Москва, 1989 г.

3 Общие положения

3.1 Изготовление и монтаж стальных строительных конструкций с соединениями на болтах осуществляют предприятия и организации, имеющие государственные лицензии РФ, дающие право на изготовление и монтаж конструкций соответствующих групп согласно классификации, принятой в СТО 0031-2004.

3.2 Стандарт распространяется на изготовление и монтаж конструкций с соединениями на болтах следующих видов:

- фрикционных, в которых сдвигающие усилия воспринимаются силами трения, действующими на контактных поверхностях соединяемых элементов в результате натяжения болтов на расчетное усилие;

- срезных, в которых сдвигающие усилия воспринимаются сопротивлением болтов срезу, а соединяемых элементов - смятию;

- фрикционно-срезных, в которых учитывается вся совокупность сопротивлений - болтов срезу, соединяемых элементов смятию и трению;

- фланцевых, в которых предварительно затянутые болты работают на растяжение при жестких фланцах или на растяжение с изгибом при гибких фланцах;

- болтозаклепочных, применяемых при ремонте клепаных конструкций, в которых снижение несущей способности компенсируется силами трения после замены дефектных заклепок болтами, затянутыми на расчетное усилие.

3.3 Стальные конструкции должны изготавливаться и монтироваться в соответствии с рабочей документацией КМ (конструкции металлические) и КМД (конструкции металлические деталировочные). Проектирование и расчет соединений на болтах должны производиться в соответствии с требованиями СТО 0041-2004.

3.4 На чертежах КМ должны быть указаны:

- номинальные диаметры отверстий и болтов;

- стандарты на болты, гайки и шайбы;

- классы прочности болтов и гаек;

- осевые усилия натяжения болтов;

- способ натяжения болтов - по моменту закручивания;

- способ подготовки контактных поверхностей с указанием расчетной величины коэффициента трения;

- детали и зоны, не подлежащие огрунтовке или окраске на заводе - изготовителе металлоконструкций;

- дополнительные требования к изготовлению и монтажу металлоконструкций;

- нормативные документы по изготовлению конструкций и технологии выполнения соединений на болтах.

3.5 При разработке чертежей КМД следует учитывать технологические возможности предприятия-изготовителя и особенности выполнения монтажных работ.

3.6 Организация, разработавшая чертежи КМД, несет ответственность за их соответствие проектным решениям, принятым в чертежах КМ, за надежность не расчетных соединений и узлов. Отступления от чертежей КМ должны быть согласованы с разработчиком проекта.

3.7 Изготовление конструкций должно производиться в соответствии с требованиями рабочих чертежей КМ и КМД, ГОСТ 23118, СП 53-101-98, технологических карт предприятия-изготовителя; монтаж в соответствии с проектом производства работ, СНиП 3.03.01 и настоящим стандартом.

3.8 В процессе изготовления и монтажа конструкций должен быть обеспечен контроль за выполнением требований настоящего стандарта с занесением результатов контроля в заводскую приемо-сдаточную документацию, а также в исполнительную документацию на монтажные работы.

3.9 Контроль качества изготовления конструкций осуществляет ОТК предприятия-изготовителя, монтажа - линейный инженерно-технический персонал.

4 Изготовление

4.1 Материалы

4.1.1 В зависимости от степени ответственности отдельных групп конструкций зданий и сооружений, а также от условий их эксплуатации и климатического района строительства, для элементов конструкций с соединениями на болтах следует применять листовой и фасонный стальной прокат по табл.50 и 51 СНиП II-23-81* (издание 2000 года).

4.1.2 Для фланцев, подверженных растяжению, изгибу или их совместному действию, следует применять листовую сталь с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины проката (см. пп.8.4-8.6 СТО 0041-2004).

4.1.3 Применяемая технология сварки и сварочные материалы должны обеспечивать значения временного сопротивления металла сварных швов не ниже нормативных значений временного сопротивления основного металла.

4.1.4 Предприятие - изготовитель стальных конструкций осуществляет комплектацию крепежными изделиями в соответствии с требованиями СТО 0031-2004. Фундаментальные* болты должны соответствовать ГОСТ 24379.0-80 и ГОСТ 24379.1-80.

* Текст соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

4.2 Требования к изготовлению

4.2.1 Прокат перед запуском в производство должен быть проверен на соответствие сопроводительной документации, отсутствие недопустимых прогибов, местных вмятин, трещин, расслоений, отклонений от геометрических размеров.

4.2.2 Резка заготовок фасонного и листового проката допускается как механическим, так и термическим способом. При этом кромки элементов конструкций, работающих на растяжение, а также выполненных из стали с нормативным пределом текучести свыше 350 МПа, должны быть подвергнуты механической обработке на глубину не менее 20% от толщины элемента.

4.2.3 Все отверстия для болтовых монтажных соединений должны быть образованы на проектный диаметр на предприятии - изготовителе стальных конструкций за исключением оговоренных в проектной документации.

Читайте также: