Болты и болтовые соединения металлоконструкций

Болтом называют соединительный элемент, имеющий головку, стержень, часть которого гладкая, а другая имеет резьбу для навинчивания гайки. Гладкая часть «правильного» болта должна иметь длину на 2-3 мм короче толщины соединяемых металлоконструкций. Также в соединениях применяются шайбы, обеспечивающие лучшую фиксацию гайки.

Для соединения строительных металлоконструкций применяют болты грубой, нормальной и повышенной точности, а также высокопрочные, самонарезающие и фундаментные или анкерные болты.

Точность болтовых соединений.

Болты грубой (класс C) и нормальной (класс B) точности отличаются допусками на отклонение диаметра от номинала. Для болтов грубой точности это 1 мм, а нормальной – 0,52 мм при диаметре до 30 мм.

Болты грубой и нормальной точности применяются в условиях монтажа. Болты этих классов точности ставят в отверстия, образованные продавливанием или сверлением в отдельных элементах и диаметр этих отверстий должен быть на 2-3 мм больше диаметра болта.

Разница диаметров болта и отверстия облегчает посадку болта и упрощает создание соединения и это большое преимущество использования таких болтов. Однако, неполное совпадение осей отверстий в отдельных элементах металлоконструкций и болтов не позволяет добиться плотной посадки болта в отверстии.

Неплотность посадки болта в отверстии повышает вероятность деформирования такого болтового соединения на сдвиг и увеличивает неравномерность работы отдельных болтов в соединении. Поэтому болты грубой и нормальной точности не могут быть использованы в ответственных соединениях, работающих на сдвиг, а только лишь как крепежные элементы конструкций или в случаях, когда основная нагрузка происходит от растяжения.

Болтами повышенной (класс A) точности соединяют элементы металлоконструкций, отверстия в которых просверлены на проектный диаметр в собранном виде или продавлены по кондукторам в отдельных элементах или деталях, или просверлены на меньший диаметр с последующей рассверловкой до проектного диаметра в собранных элементах.

Диаметры таких отверстий не должны отличаться от диаметра болта более чем на 0,3 мм. Плюсовой допуск для диаметра болта и минусовой для отверстия не разрешается. Гладкая часть болта без резьбы обтачивается до строго цилиндрической формы.

Высокопрочные болты.

Обычные болты изготавливаются из углеродистой стали горячей или холодной высадкой и, при необходимости, подвергаются термообработке. Высокопрочные болты изготавливают из легированной стали и также могут быть термообработаны.

Высокопрочные болты изготавливают нормальной точности, их ставят в отверстия, превышающие диаметр самого болта. При этом гайки таких болтов затягивают тарировочным ключом, позволяющим создавать заданную силу натяжения и контролировать её.

Большая допустимая сила натяжения высокопрочного болта позволяет плотно стягивать соединяемые элементы металлоконструкций, обеспечивая монолитность соединения. При действии на такое соединение сдвигающих сил между соединяемыми элементами возникают силы трения, препятствующие сдвигу этих элементов относительно друг друга.

Таким образом, высокопрочный болт, работая на осевое растяжение, обеспечивает передачу сил сдвига трением между соединяемыми элементами, именно поэтому подобное соединение часто называют фрикционными. Для увеличения сил трения поверхности соединяемых элементов должны быть тщательно очищены от грязи, жировых отложений, ржавчины и окалины. Как минимум это делается металлическими щетками, но в идеале пескоструйными или дробеструйным аппаратом.

Особенность соединений высокопрочными болтами при фрикционном соединении – необходимость одинаковой толщины соединяемых элементов металлоконструкций. Это обусловлено тем, что даже небольшая разница толщины соединяемых элементов не позволит добиться плотного прилегания и равномерности силы трения, и несущая способность болта резко уменьшается.

Компромиссным решением может быть размещение тонких стальных пластинок, покрытых с двух сторон полимерным клеем с корундовым порошком. Это позволяет выровнять перепад плоскостей стыкуемых деталей и обеспечивает высокий коэффициент трения.

Помимо сдвигоустойчивых фрикционных соединений высокопрочные болты позволяют создать соединения с «несущими» болтами. Такие соединения отличаются передачей сдвигающих усилий и совместной работой сил трения, смятия и среза болта.

Другие особенности болтовых соединений.

Самонарезающие болты отличаются от обычных наличием резьбы полного специального профиля на всей длине стержня. Такие болты могут быть завинчены в ранее образованные отверстия соединяемых деталей. Материалом для изготовления самонарезающих болтов служит термоупрочненная сталь. Плюс таких болтов – отсутствие гаек и доступ к конструкции только с одной стороны.

Фундаментные или анкерные болты служат для передачи растягивающих усилий от колонн на их фундаменты.

Принято классифицировать болтовые соединения по числу поставленных болтов – одноболтовые и многоболтовые. По характеру передачи усилия в соединении элементов металлоконструкции различают сдвигоустойчивые и несдвигоустойчивые болтовые соединения.

В несдвигоустойчивых соединениях нет необходимости контролировать силу затяжки гайки, так как в таких конструкциях между элементами не передается усилие через трение их поверхностей. В таких соединениях могут использоваться болты различных классов прочности, в том числе и высокопрочные, а в расчетах учитываются сопротивление растяжению, смятию и срезу, без учета сил трения.

При проектировании сдвигоустойчивых соединений дополнительно обязательно учитывается величина сдвигающей силы, передаваемой трением между соединяемыми элементами металлоконструкций.

Болтовые соединения на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением могут быть как фрикционными, так и фрикционно-срезными, когда часть усилия передается через трение поверхностей соединяемых болтами элементов металлоконструкций, а часть через смятие. Последний вид болтового соединения по результатам исследований наиболее экономичен, но и наиболее трудоемок в расчетах и при монтаже.

У болтовых соединений металлоконструкций есть и недостатки, главный из которых – более высокая общая металлоемкость изделия. Кроме того, необходимость в отверстиях для болтов ослабляет сечение соединяемых элементов. Тем не менее болтовые соединения, впрочем, как и заклепочные, по-прежнему в ходу.