При монтаже конструкций на болтовых соединениях , применяются болты обычной прочности и высокопрочные.
Болты обычной прочности изготавливают трех видов - грубой, нормальной и повышенной точности. Отличия характеризуются лишь качеством изготовления, прочность материала остается неизменной. Это позволяет использовать все подвиды болтов обычной прочности взаимозаменяемо.
Высокопрочные болты используются в соединениях характеризующихся сдвигоустойчивостью, а так же в соединениях с несущими болтами.
Рассчет болтового соединения
Рассчет болтового соединения заключается в подборе оптимального количества болтов заданного диаметра, или в определении диаметра болта а также толщины стягиваемых болтом элементов. В сдвигоустойчивых соединениях болты рассчитываются на растягивающее усилие, необходимое для стягивания пакета и обеспечения достаточной величины силы трения между пластинами пакета. Эта сила трения препятствует смещению пластин, и болт работает только на растяжение.
Рассчет болтового соединения с несущими болтами предполагает работу тела болта на срез при смещении пластин, а так же работу кромок пластин на смятие. Исходя из расчета болтов на срез определя количество и диаметр болтов. Рассчитывая пластины пакета на смятие, определяется толщина пластин пакета.
Подготовка и затяжка болтовых соединений
Перед устройством болтовых соединений, скрепляемые детали подготавливают. Очищают от пыли, грязи, ржавчины, льда. Шлифуют кромки отверстий и пластин от заусенцев, чтобы пластины примыкали плотно по всей площади.
После контроля и зачистки деталей болтового соединения, производят совмещение отверстий под болты и их фиксацию. Для более точного совмещения отверстий используется проходная оправка. Это специальный стержень диаметром на 0,2 мм меньше диаметра болтового отверстия, выполненный с одной стороны в виде конуса. Проходную оправку вставляют в отверстие и забивают кувалдой. После этого совмещенное отверстие фиксируют пробкой - гладким стальным стержнем.
Затяжка болтовых соединений должна обеспечить плотность пакета. Это достигается соблюдением последовательности затяжки болтов по проекту. В большинстве случаев, болты в соединении затягивают от центра к краям. В этом случае, пластины в поцессе затяжки могут перемещаться к краям относительно друг друга. Этим достигается плотность пакета пластин.
При , неизбежна разбежка между отверстиями в смежных пластинах. Поэтому, в таких конструкциях отверстия выполняются меньшего диаметра. После совмещения отверстий, они рассверливаются по месту под необходимый диаметр болтов.
Затяжку болтов выполняют специальными торировочными ключами. Они позволяют контролировать момент затяжки болтовых соединений . Ключи с трещотками устроены таким образом, что при достижении усилия момента затяжки определенного значения, срабатывает трещотка и перетяжка невозможна. В то же время, монтажник знает о том что болт затянут как нужно.
Другой тип - ключи с индикаторами. Они имеют прибор со шкалой, показывающий величину момента затяжки болта или позволяющий рассчитать эту величину на основе его показаний.
Контроль болтовых соединений
Надежность сдвигоустойчивых соединений зависит от качества затяжки болтов. Поэтому перед приемкой конструкций производится контроль болтовых соединений. Проверяется момент затяжки у 1/4 части всех болтов в узле. Если количество болтов в соединении менее 6 штук, проверяются все болты.
Если при проверке обнаружен хотя бы один болт недотянутый на 1/5 требуемого усилия - контролю подлежат все болты соединения. Недотянутые болты затягивают. После затяжки и контроля, головки болтов окрашивают.
- при монтаже.
На монтаже болтовые соединения производят болтами обычной прочности и высокопрочными. Болты обычной прочности бывают грубой, нормальной и повышенной точности. Болты нормальной и повышенной точности отличаются от болтов грубой точности более высоким качеством обработки поверхности, не влияющим на расчетные характеристики прочности соединения. Это обстоятельство необходимо учитывать, так как взаимозаменяемость болтов возможна.
В соединениях на болтах обычной прочности усилия от одного элемента к другому передаются за счет работы кромок отверстий на смятие и стержня болта на срез. Различают соединения на высокопрочных болтах двух видов: сдвигоустойчивые и с несущими болтами.
В подготовку стыкуемых поверхностей входит, как всегда, их очистка 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, при их погрузке или разгрузке. Без выполнения этих работ обеспечить плотное взаимное соприкосновение всех деталей стыка невозможно.
На объекте проектное расположение монтируемых элементов достигают совмещением всех отверстий с помощью проходных оправок, диаметр цилиндрической части которых должен быть на 0,2 мм меньше диаметра отверстий. 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, которые служат для фиксации взаимного расположения соединяемых элементов и предупреждения их сдвига. Поэтому 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. Когда пробки установлены, оправки можно извлечь.
Стяжка пакета соединяемых деталей производится сборочными болтами, которые устанавливают в каждое третье отверстие, но не дальше, чем через 500 мм. Болты затягивают до отказа и после установки смежного болта дополнительно подтягивают.
Требуемая плотность собираемого пакета достигается только в том случае, если при установке каждого болта будет обеспечена возможность последовательного устранения неплотности в стыке. Часто это может быть достигнуто установкой болтов от центра стыка к краям. В определенных конструктивных решениях стыков такой порядок невозможен, тогда применяют иную систему установки болтов - от края к середине узла.
Если очередность затяжки болтов неправильная, устранить неплотности невозможно, так как свободному горизонтальному перемещению стыковых элементов будут препятствовать силы трения от натяжения ранее поставленных болтов.
Обычно при сборке соединения неизбежна различная степень взаимного смещения отверстий, происходит это из-за неточности расположения отверстий. Такое смещение отверстий называется чернотой. Отверстия, выполненные на заводе-изготовителе на меньший диаметр, на монтажной площадке доводят до проектных размеров рассверливанием, одновременно ликвидируя тем самым черноту.
После рассверливания и прочистки отверстий, свободных от сборочных болтов, последние развинчивают, последовательно переставляют в подготовленные отверстия проектного диаметра и рассверливают освободившиеся отверстия. Тогда только приступают к постановке постоянных болтов.
Гайки постоянных и временных болтов завертывают ручными коликовыми ключами, обычными или трещоточными. Ключи с трещотками, имеющие рабочий ход только в одном направлении, удобнее, так как их не нужно снимать и переставлять после каждого поворота.
Отличительная особенность монтажных ключей в том, что они 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.
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 стержня, а смятие отверстия. Из этого очевидна зависимость: чем больше толщина элементов пакета, тем большая нагрузка может быть воспринята болтом. Наличие двух факторов - трения и смятия кромки отверстия - повышает несущую способность болта в 1,5-2 раза по сравнению с болтом в сдвигоустойчивых соединениях и снижает соответственно число необходимых болтов и стоимость самого соединения.
Как правило, на болтах грубой и нормальной точности собирают малоответственные конструкции - фонари, площадки, лестницы, неответственные связи; на болтах повышенной точности - все остальные конструкции, а на высокопрочных болтах - конструкции с тяжелым режимом работы. Примером использования высокопрочных болтов могут служить монтажные соединения подкрановых балок больших пролетов для мостовых кранов.
Монтаж соединений на болтах обычной прочности состоит из следующих операций: подготовки стыкуемых поверхностей; совмещения отверстий под болты; стягивания пакета (соединяемых деталей стыка); рассверливания отверстия до проектного диаметра, 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, и затягивают 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.
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.
Обязательное требование: головки и гайки болтов должны плотно соприкасаться с плоскостями элементов конструкций. На каждом болте со стороны гайки должно оставаться не менее трех ниток с полным профилем резьбы.
Проверка качества затяжки болтов проводится простукиванием их молотком массой 0,3-0,4 кг. Если болт дрожит или смещается, значит, он затянут плохо. Плотность затяжки деталей проверяют щупом толщиной 0,3 мм, который не должен входить между собранными деталями более чем на 20 мм.
Монтажное соединение на высокопрочных болтах имеет некоторые особенности, связанные с подготовкой соединяемых поверхностей под стыковку и способом натяжения болтов.
В условиях стройплощадки соединяемые поверхности подготовляют газопламенной очисткой или обработкой стальными щетками.
Огневую очистку производят специальными многопламенными горелками. Благодаря высокой температуре пламени (до 1800°С) происходят быстрое нагревание и температурная деформация поверхностного слоя обрабатываемой детали, в результате чего окалина и ржавчина отслаиваются, грязь и жир сгорают.
Поверхности, обработанные огневым способом, 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 опускают в кипящую воду для очистки от заводской консервирующей смазки, затем - в ванну со смесью 15% минерального масла и 85% бензина.
Надежная работа соединений на высокопрочных болтах может быть обеспечена только при стабильном натяжении всех болтов. В условиях монтажной площадки определение усилия натяжения практически невозможно, поэтому принята методика косвенной оценки усилия натяжения через величину крутящего момента М кр, который необходимо приложить к гайке для получения заданного натяжения болта.
Зависимость между крутящим моментом и натяжением болта Р определяется зависимостью
где k - коэффициент закручивания болта; d - номинальный диаметр болта, м.
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 затяжкой динамометрическим ключом.
Конструкции ключей можно разделить на два типа: индикаторные и предельного момента. Индикаторные ключи показывают величину прикладываемого момента, а ключи предельного момента срабатывают при достижении крутящим моментом заданной величины.
На конце рукоятки индикаторного ключа закреплена головка с закрытым зевом. К головке приварена планка с неподвижным язычком прямоугольного сечения. Между рукояткой ключа и язычком есть зазор 2-3 мм, благодаря которому при изгибе рукоятки язычок остается неподвижным. К рукоятке ключа жестко прикреплен индикатор часового типа, измерительный стержень которого касается язычка. При завертывании гайки рукоятка ключа под действием усилия, приложенного к ее концу, изгибается, в результате чего уменьшается расстояние между верхней кромкой рукоятки и язычком. Изменение этого расстояния на 1 мм фиксирует индикатор с ценой деления 0,01 мм. Зависимость между крутящим моментом и показаниями индикатора определяют по тарировочному устройству или тарировочному графику.
Требования к качеству затяжки болтов. Специфика 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%.
При обнаружении хотя бы одного болта, натяжение которого не отвечает указанному требованию, контролю подлежат все болты в соединении, и натяжение каждого должно быть доведено до требуемой величины. Результаты проверки регистрируют в журнале установки высокопрочных болтов.
Помимо 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 вглубь пакета против установленных высокопрочных болтов. После контроля головки болтов окрашивают.
РЕКОМЕНДАЦИИ
по надзору и технической
эксплуатации монтажных
соединений на высокопрочных болтах стальных
строительных конструкций зданий и сооружений
Министерства металлургии СССР
Главный инженер института С.К. Каневский
Начальник отдела ОАЭС В.Н. Лазутин
Зам. начальника тех. отдела В.П. Велихов
Ст. научн. сотр. ОАЭС, к.т.н. А.Н. Бенгерт
Москва, 1989 г.
В последние годы в проектировании и монтаже металлоконструкций произошли значительные изменения. Помимо применения новых профилей проката, сталей повышенной прочности и совершенствования расчёта наметилась тенденция на увеличение объёма металлоконструкций с монтажными соединениями на болтах различных классов прочности, в том числе и высокопрочных.
Большое количество сварных швов малой длины стало серьёзным препятствием на пути механизации и автоматизации сварочных процессов на монтаже. Монтажные соединения на болтах позволяют, в условиях монтажной площадки, применять в конструкциях трудносвариваемые стали высокой прочности. Соединения на болтах позволяют вести работы одновременно на большом количестве узлов силами рабочих невысокой квалификации. Эффективность применения болтовых соединений формируется на стадии проектирования и изготовления монтажных узлов. По оценке Госстроя СССР ориентировочный объём возможного применения металлоконструкций на болтах составляет 60 - 65 % от общего объема выпускаемых промышленностью стальных строительных конструкций. Однако из-за низкой технической оснащенности ряда заводов металлоконструкций, низкого качества проектирования и ряда других причин в Советском Союзе лишь 15 - 20 % конструкций выпускается с болтовыми монтажными соединениями.
Конструкции объектов черной металлургии последних лет (кроме листовых), в основном запроектированы с соединениями на высокопрочных болтах).
При надзоре за монтажными соединениями на высокопрочных болтах следует особое внимание обратить на сверхвысокопрочные болты, поставленные промышленностью в 1970 - 80 гг. с временным сопротивлением 120, 135 и 155 кг/мм 2 . Такие болты установлены в ряде конструкций Череповецкого, Липецкого металлургических комбинатов, Магнитки и других. Эти болты из-за отсутствия ограничений по верхнему пределу твердости имеют повышенную способность к ЗХР (замедленному хрупкому разрушению).
Наиболее опасный период - первые 1 - 3 года после начала эксплуатации. Болты «стреляют» без видимого приложения внешней нагрузки. Во всех конструкциях последних лет обращено внимание на ЗХР.
Исследования, проведенные на ряде объектов после многолетней их эксплуатации, показали, что падение натяжения болтов незначительно. Но так как в процессе выполнения монтажных работ возможна недотя жка болтов, то в процессе эксплуатации конструкций требуется выборочная проверка натяжения установленных болтов. Контроль монтажных соединений на болтах значительно проще, чем сварных соединений, так как в сварных соединениях большая вероятность скрытых дефектов шва, чем в болтовых соединениях. Основным способом контроля соединений на болтах принимается визуальный.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Перечень возможных дефектов соединений на высокопрочных болтах
|
Наименование дефекта |
Способ устранения |
||
|
неаварийного |
аварийного * |
||
|
Отсутствуют болты менее 10 % в соединении |
Отсутствуют более 10 % болтов в соединении |
Установить новые болты, провести затяжку на проектное усилие контрольным ключом |
|
|
Менее 10 % болтов не затянуто на проектное усилие |
Более 10 % болтов не затянуто на проектное усилие |
Произвести дозатяжку болтов контрольным ключом |
|
|
При контроле натяжения болты с гайками проворачиваются |
Установить новые болты. Провести затяжку болтов на проектное усилие контрольным ключом |
||
|
Щуп 0,3 мм проходит в зазор между соединяемыми элементами |
Проверить натяжение болтов в узле. Произвести натяжение болтов до проектного усилия. Стыки окрасить по контуру |
||
|
Обнаружены трещины в теле менее 10 % болтов, гаек или шайб в соединении |
Обнаружены трещины в теле более 10 % болтов, гаек или шайб в соединении |
Заменить поврежденные болты, гайки или шайбы. Произвести натяжение болтов на проектное усилие контрольным ключом |
|
|
Обнаружена трещина в соединяемых конструкциях |
Выполнить усиление либо замену элемента в соответствии с решением авторов проекта |
||
* - Аварийный характер дефекта определен условно, окончательное решение по характеру влияния дефекта на несущую способность и целостность конструкций определяется автором проекта.
Узлы балочных клеток (наличие болтов и выборочный контроль их натяжения), рис. ;
Стык колонн (наличие болтов и выборочный контроль их натяжения), рис. .
ЗАТЯНУТЬ БОЛТ ДО УПОРА КЛЮЧОМ С РУКОЯТКОЙ ДЛИНОЙ 0,3 м. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ МОМЕНТ ~ 20 кг · м.
НАНЕСТИ РИСКИ НА ВЫСТУПАЮЩУЮ ЧАСТЬ БОЛТА И ГАЙКУ. УСТАНОВИТЬ КЛЮЧ С РУКОЯТКОЙ ДЛИНОЙ 1,8 м В ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.
ПЛАВНО ПОВЕРНУТЬ ГАЙКУ КЛЮЧОМ НА 180º, КОНТРОЛИРУЯ УГОЛ ПОВОРОТА ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ РИСКИ НА ГАЙКЕ.
Рис. 4 Натяжение болтов по углу поворота гайки
. ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МОНТАЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ НА ЗАКЛЕПКАХ, ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ БОЛТОЗАКЛЁПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Дата
Схема узла с расположением высокопрочных болтов (номер чертежа КМД и наименование (марка) узла)
Кол-во проверенных болтов, шт.
Показание крутящего момента, кг · м
Дефекты высокопрочных болтов
Метод устранения дефектов
Примечание, Ф. И. О., подпись проверяющего
Отметка об устранении дефекта
Приложение 2
Длины болтов в зависимости от толщины стягиваемого пакета
|
Динамометрический ключ КТР-3 (контрольный) Примечание Рычаг поз. № 1 допускается изготавливать из стали марок: 09Г2С; 10Г2С1Д; 13хСНД; 14Г2. Все позиции приведены в таблице . Сварочно-сборочный чертеж Сертификация
|
