Болтовые соединения на высокопрочных болтах — основа современного монтажа металлоконструкций. Они позволяют собрать каркас здания быстро, без сварки на высоте, в любую погоду и с предсказуемым качеством. Именно на высокопрочных болтах выполняются монтажные стыки балок и колонн, узлы ферм, крепления ригелей и связей, фланцевые соединения.
Однако надёжность такого узла определяется не только самим болтом. Важны класс прочности, правильная подготовка контактных поверхностей, соблюдение технологии затяжки и грамотный контроль. Нарушение любого из этих условий превращает расчётный фрикционный узел в обычный срезной с непредусмотренными сдвигами и перегрузкой болтов.
В статье разберём, какие бывают высокопрочные болты, как работают разные типы соединений и как на практике обеспечивается контролируемое натяжение.
Что считается высокопрочным болтом
К высокопрочным относят болты классов прочности 8.8, 10.9 и выше, изготовленные из легированных или углеродистых сталей с закалкой и отпуском. Для строительных металлоконструкций основной нормативный документ на высокопрочный крепёж — ГОСТ 32484 (болтокомплекты для предварительного натяжения), а также ГОСТ Р 52643 и сопутствующие стандарты на гайки и шайбы. Проектирование соединений выполняется по СП 16.13330, монтаж и контроль — по СП 70.13330.
Как читать класс прочности
Класс прочности записывается двумя числами через точку. Первое, умноженное на сто, даёт номинальный временный предел прочности в мегапаскалях. Произведение первого и второго чисел, умноженное на десять, — номинальный предел текучести. Так, болт класса 10.9 имеет временное сопротивление около 1 000 МПа и предел текучести около 900 МПа.
Болтокомплект
Высокопрочный болт никогда не применяется сам по себе. В соединение устанавливают болтокомплект: болт, гайку соответствующего класса и две закалённые шайбы. Все элементы комплекта поставляются одной партией с сертификатом, в котором указаны механические свойства и коэффициент закручивания. Смешивать элементы разных партий и производителей нельзя.
Типы соединений на высокопрочных болтах
Срезные и смятия
В таких соединениях усилие передаётся через стержень болта, который работает на срез, а стенки отверстий — на смятие. Болты затягивают до плотного прилегания пакета, но без нормируемого натяжения. Это простой и дешёвый вариант для узлов со статической нагрузкой, где допускаются небольшие сдвиги.
Фрикционные соединения
Здесь болт натягивается до высокого расчётного усилия, стягивая пакет. Усилие передаётся за счёт сил трения между контактными поверхностями, а стержень болта не касается стенок отверстия. Фрикционные соединения не допускают сдвигов, отлично работают при динамических и знакопеременных нагрузках, поэтому применяются в подкрановых балках, мостах, узлах с вибрацией.
Фрикционно-срезные соединения
Комбинированный тип: сначала работает трение, а после исчерпания сил трения включаются срез и смятие. Позволяет уменьшить количество болтов по сравнению с чисто фрикционным узлом.
Фланцевые соединения
Болты работают на растяжение, стягивая торцевые фланцы. Натяжение обязательно — оно обеспечивает плотность стыка и снижает переменную составляющую усилия в болте. Фланцевые узлы широко применяются в монтажных стыках ригелей рам и поясов ферм.
Классы прочности и область применения
| Класс прочности | Временное сопротивление, МПа | Предел текучести, МПа | Типовое применение |
|---|---|---|---|
| 5.6 | 500 | 300 | Нормальной прочности; вспомогательные конструкции, срезные узлы связей |
| 8.8 | 800 | 640 | Срезные и фланцевые узлы каркасов, узлы с умеренными нагрузками |
| 10.9 | 1 000 | 900 | Фрикционные соединения, монтажные стыки балок и колонн, фланцы |
| 12.9 | 1 200 | 1 080 | Специальные узлы; в строительных конструкциях применяется ограниченно из-за риска хрупкого разрушения |
В строительной практике основным классом для фрикционных и фланцевых узлов является 10.9. Класс 8.8 используют в срезных соединениях и менее ответственных фланцах. Класс 12.9 требует особой осторожности из-за чувствительности к водородному охрупчиванию, особенно после цинкования.
Подготовка контактных поверхностей
Для фрикционных соединений несущая способность прямо зависит от коэффициента трения между деталями пакета. Именно поэтому обработке поверхностей уделяется особое внимание уже на заводе.
Способы обработки
- Дробеструйная или дробемётная очистка. Даёт высокий и стабильный коэффициент трения, является основным заводским способом.
- Газопламенная обработка. Удаляет окалину и загрязнения; применяется реже, коэффициент трения ниже.
- Обработка стальными щётками. Самый простой способ с наименьшим коэффициентом трения, допускается для малонагруженных узлов.
- Фрикционные грунтовки. Специальные составы, наносимые на очищенную поверхность и сохраняющие коэффициент трения до монтажа.
Защита до монтажа
Контактные поверхности не окрашивают обычной эмалью: краска служит смазкой и резко снижает трение. На заводе мы закрываем эти зоны при окраске, а при длительном хранении применяем фрикционный грунт или временную защиту, удаляемую перед сборкой. На монтаже поверхности очищают от грязи, масла, наледи и рыхлой ржавчины.
Методы контролируемой натяжки
Метод крутящего момента
Самый распространённый способ. Болт затягивают динамометрическим ключом до момента, рассчитанного по формуле, связывающей требуемое натяжение, номинальный диаметр и коэффициент закручивания из сертификата партии. Ключи тарируют в начале смены и периодически в её течение. Точность метода зависит от состояния резьбы и смазки, поэтому важно работать с комплектами одной партии и не допускать загрязнения.
Метод угла поворота гайки
Сначала все болты затягивают до плотного прилегания пакета монтажным ключом, затем гайку доворачивают на заданный угол. Метод менее чувствителен к трению в резьбе, но требует точной разметки и хорошо подготовленного персонала.
Болты с индикаторами натяжения
Применяются болты со срезаемым хвостовиком, который отламывается при достижении нужного момента, а также шайбы-индикаторы с выступами, сминающимися при заданном усилии. Такие решения упрощают визуальный контроль, но стоят дороже.
Порядок затяжки
- Собрать пакет, совместить отверстия пробками, установить болты во все свободные отверстия.
- Выполнить предварительную затяжку от центра узла к краям, чтобы пакет плотно сомкнулся.
- Заменить пробки болтами и довести их до плотного прилегания.
- Выполнить окончательную затяжку до проектного натяжения в том же порядке — от середины к краям.
- Пометить затянутые болты краской и занести результаты в журнал.
Контроль и приёмка
По правилам СП 70.13330 натяжение болтов проверяют выборочно, контрольным ключом. Количество проверяемых болтов зависит от их числа в узле. Если хотя бы у одного обнаружено отклонение сверх допуска, проверку расширяют, а при повторных нарушениях — контролируют все болты узла. Плотность пакета проверяют щупом: он не должен проходить между деталями на глубину более установленной.
Что фиксируется в документации
- Сертификаты на болтокомплекты и коэффициент закручивания партии.
- Способ обработки контактных поверхностей и дата обработки.
- Протоколы тарировки ключей.
- Журнал контролируемой натяжки с указанием узлов, моментов и исполнителей.
Типичные ошибки на объектах
- Повторное использование высокопрочных болтов, уже затянутых до расчётного натяжения.
- Окрашенные или замасленные контактные поверхности фрикционных узлов.
- Рассверливание отверстий газовой резкой вместо сверления.
- Затяжка с краю к центру, из-за которой пакет «горбится» и часть болтов недотянута.
- Использование гаек и шайб нормальной прочности с высокопрочным болтом.
- Отсутствие тарировки ключей и журнала натяжки.
Хранение и защита крепежа
Коэффициент закручивания, указанный в сертификате, действителен только для чистого крепежа с заводской смазкой. Если болтокомплекты хранятся под открытым небом, резьба ржавеет, смазка смывается, и тот же крутящий момент даёт заметно меньшее натяжение. Поэтому крепёж хранят в заводской таре в сухом помещении, выдают на смену в необходимом количестве и не оставляют на конструкциях на ночь. Горячеоцинкованные болтокомплекты требуют отдельного определения коэффициента закручивания и применения гаек, прошедших обработку резьбы после цинкования. При сомнениях в состоянии партии коэффициент закручивания перепроверяют на тарировочном стенде.
Итоги
Высокопрочное болтовое соединение — это система: болтокомплект нужного класса, правильно подготовленные контактные поверхности, выверенная технология натяжения и документированный контроль. Завод изготавливает конструкции с заводской обработкой фрикционных поверхностей, точной сверловкой отверстий на станках с ЧПУ и контрольной сборкой ответственных узлов. Монтажные бригады выполняют натяжку по регламенту с оформлением исполнительной документации. Подробнее о монтаже — в разделе услуги.
Нужны металлоконструкции?
Изготовим и смонтируем по вашим чертежам или разработаем проект с нуля.
Оставить заявку
