Библиотека.

Сравнительная характеристика заклепочных и болтовых соединений

Заклепочные соединения получили широкое распространение при изготовлении стальных конструкций со второй половины XIX в., когда был освоен процесс продавливания отверстий. К настоящему времени в строительных стальных конструкциях клепка вследствие повышенного расхода металла и большей трудоемкости почти полностью вытеснена сваркой. Однако высокая степень механизации и автоматизации изготовления клепаных конструкций, надежная работа в самых разнообразных условиях и пластический характер разрушения позволяют использовать заклепочные соединения в тяжелых большепролетных конструкциях с мощными сечениями при действии динамических и вибрационных нагрузок, когда применение сварных соединений нежелательно из-за возникновения больших усадочных напряжений (например, в балках под мостовые краны грузоподъемностью более 1500 кН с тяжелым режимом работы).

Применяют заклепочные соединения и в конструкциях из разупрочняющихся при сварке сталей и алюминиевых сплавов. Клепка представляет собой разновидность механического соединения металлических элементов и поэтому принципиально отличается от молекулярного соединения посредством сварки.

Заклепочные соединения осуществляют постановкой стержневых заготовок с закладной головкой в совмещенные отверстия соединяемых элементов и 'последующей расклепкой свободного 'конца до образования второй, замыкающей головки.

Заготовки, используемые в стальных конструкциях, штампуют из круглой калиброванной стали марок Ст2 и 09Г2 (в зависимости от материала соединяемых элементов), имеющей повышенные пластические свойства. Для алюминиевых заготовок применяют сплавы, имеющие большую пластичность по сравнению с остальными сплавами данной группы.

В строительных конструкциях применяют заготовки диаметром d=12—30 мм, изготовляемые по ГОСТ 10299—68, ГОСТ 10300—68 и заводским нормалям. Их ставят в отверстия диаметром d0=d+1 мм. При образовании замыкающей головки стержень заготовки осаживается, утолщается и плотно заполняет отверстие. Поэтому за расчетный диаметр принимают диаметр отверстия, а не стержня заготовки.

В зависимости от ориентации заклепочного соединения по отношению к действующим усилиям заклепки могут работать или на срез и смятие, или на растяжение (отрыв головок). В первом, наиболее характерном случае качество и работа соединения в значительной степени зависит от способа образования отверстий.

В элементах более ответственных конструкций отверстая продавливают на меньший диаметр, с тем, чтобы после сборки рассверлить их до проектного размера в собранном пакете, или сразу сверлят на полный диаметр по кондукторам. В обоих случаях обеспечивается полное совпадение отверстий соединяемых элементов и отсутствие на стенках отверстий хрупкого, наклепанного металла, поэтому такие отверстия относят к группе В (высокого качества). В менее ответственных конструкциях отверстия могут быть продавлены или просверлены в отдельных элементах без кондукторов на полный диаметр. Тогда в собранном пакете они совпадут не полностью (появится «чернота»), и их края, получив наклеп, будут более хрупкими, чем сами соединяемые элементы. Такие отверстия относят к группе С (среднего качества). В зависимости от группы отверстий устанавливают .расчетные сопротивления заклепочных соединений срезу и смятию.

Болтовые соединения отдельных частей конструкций получили распространение с момента появления в строительстве металлических конструкций (XVIII в.), т. е. раньше заклепочных. В настоящее время болтовые соединения широко используют в качестве монтажных. Подобно заклепкам, болты могут работать на срез, смятие и растяжение.

В строительных конструкциях встречаются три разновидности болтов: обычные, высокопрочные и анкерные.

Обычный болт представляет собой цилиндрический стержень с винтовой нарезкой на одном конце и головкой на другом. На нарезную часть надевают шайбу и навинчивают гайку.

В стальных конструкциях применяют обычные болты грубой, нормальной и повышенной точности. Болты грубой (ГОСТ 15589—70* или ГОСТ 15591—70*) и нормальной (ГОСТ 7796— 70* или ГОСТ 7798—70*) точности штампуют из круглой некалиброванной прокатной углеродистой стали и ставят в отверстия группы С диаметром на 3 мм больше диаметра d ненарезной части болта. Неплотное заполнение отверстий упрощает осуществление соединения, но значительно ухудшает его работу на срез, так как вследствие больших зазоров болты способны воспринимать сдвигающие силы только в пределах силы трения, возникающей при их затяжке. Поэтому болты грубой и нормальной точности рекомендуется применять в фиксирующих монтажных соединениях и при работе на растяжение.

Болты повышенной точности (ГОСТ 7805—70* или ГОСТ 7808—70*) штампуют из круглой калиброванной прокатной углеродистой и низколегированной стали с последующей обточкой опорной поверхности головки и ненарезной части стержня. Их ставят в отверстия группы В диаметром, равным диаметру болтов. Благодаря плотному заполнению отверстий соединения на точеных болтах хорошо работают на срез. Однако высокая точность изготовления значительно увеличивает стоимость таких соединений и усложняет монтаж. Это ограничивает применение болтов повышенной точности главным образом разборными конструкциями и монтажными соединениями, передающими большие сдвигающие усилия.

Обычные болты в алюминиевых конструкциях могут быть только нормальной и повышенной точности (болты грубой точности -не применяют). Их изготовляют, как правило, из того же сплава, что и соединяемые элементы, или из более прочного сплава.

Особенностью работы высокопрочных болтов является то, что действующая в соединении сдвигающая сила передается не за счет среза и смятия, как при обычных болтах и заклепках, а за счет трения, возникающего между плоскостями соединяемых элементов в результате натяжения болтов, поэтому такие соединения иногда называют фрикционными. Сами болты при этом работают на растяжение.

Высокопрочные болты (ГОСТ 7798—70*) для стальных и алюминиевых конструкций изготовляют из углеродистой конструкционной стали марки 35* или из легированной хромистой стали марок 40Х, 40ХФА, 38ХС и подвергают термической обработке в уже готовом виде. Подобно обычным болтам нормальной точности высокопрочные болты ставят в отверстия большего диаметра, но их гайки затягивают специальным тарировочным ключом, позволяющим контролировать натяжение болтов.

Соединения на высокопрочных болтах, как и прочие болтовые соединения, ускоряют процесс монтажа металлических конструкций. Они исключают необходимость использования сложного оборудования и позволяют в 1,7—1,9 раза уменьшить затраты ручного труда по сравнению с заклепочными соединениями, не уступая последним по качеству. У этого вида соединений имеются и другие Преимущества, в частности более высокая усталостная прочность. Все это позволяет применять высокопрочные болты в монтажных соединениях ответственных конструкций, особенно при динамических и вибрационных воздействиях.

Анкерные болты предназначены для крепления металлических: конструкций к фундаментам, бетонным и железобетонным конструкциям.

Вернуться к списку статей