Перейти к содержимому 
В нашей стране металлические конструкции преимущественно используются в качестве несущих для общественных и промышленных зданий, складов и ангаров, но не применяются в жилом строительстве, которое сейчас находится в стадии активного развития. Жилые площади строятся с использованием железобетона вместо металла, и на это есть несколько объяснений. Во-первых, металл имеет значительно ниже огнестойкость по сравнению с железобетоном, поэтому требуется дополнительная огнезащита, что приводит к увеличению затрат. Во-вторых, стоимость металла изначально выше, чем стоимость железобетона, и только сейчас, при снижении экспорта и образовании профицита металла, эта ситуация начинает меняться. В-третьих, металл отлично проводит звуковые волны от одной конструкции к другой, что становится одной из главных проблем в жилых зданиях, где звукоизоляция имеет важное значение. Однако сегодня возможности и области применения металла пересматриваются и расширяются, и поэтому особое внимание уделяется способам соединения деталей, в том числе болтовым соединениям. Болты, в отличие от других вариантов, обеспечивают разъемное соединение. Однако болтовые соединения являются наиболее металлоемкими из-за использования стыковых накладок.
Классификация болтов
Болты классифицируются следующим образом: обычные или срезные, которые могут иметь грубую, нормальную или повышенную точности и работают на срез с не очень высокой прочностью; высокопрочные болты, которые работают на растяжение и передают силы сдвига трением между соединенными элементами при высоких нагрузках, вибрации и динамическом воздействии благодаря термической обработке поверхности; самонарезающие болты, имеющие профиль по всей длине и изготовленные из термоупрочненной стали, которые легко устанавливаются, так как требуется доступ только с одной стороны; анкерные болты, применяемые в фундаментах, которые имеют низкую прочность и изготовлены из инструментальной стали, их назначение — передача растягивающих усилий с колонн на фундамент. Болты делятся на три группы в зависимости от класса. Болты класса А относятся к категории, где разница между диаметром болта и отверстием составляет от 0,25 до 0,3 мм, в таком соединении практически нет деформаций. Болты класса Б имеют разницу в диаметрах 0,52 мм, а болты класса С — менее 1 мм. Расчеты болтовых соединений выполняются по срезу, смятию и растяжению.
Область применения болтовых соединений
Болтовые соединения довольно давно используются в различных областях благодаря своей простоте. Они нашли широкое применение в сборно-разборных конструкциях, мобильном домостроении, а также в комплексных конструкциях, которые двигаются в процессе эксплуатации. Кроме того, они используются в высокоустойчивых металлических каркасах с высокопрочными соединениями. Также болтовые соединения нашли свое применение в строительстве и в машиностроении. Мосты, подъемные краны, колеса и полуоси собираются с помощью резьбовых соединений. Они также используются для крепления узлов и деталей.
Заклепочные соединения применяются для деталей, которые подвергаются ударным и вибрационным нагрузкам, а также для соединения деталей из различных материалов и в особо ответственных местах. Заклепочные соединения, как и болтовые, имеют свои недостатки, такие как ослабление деталей и металлоемок, однако они обладают высокой работоспособностью.
С момента применения сварки область применения болтовых соединений немного уменьшилась. Тем не менее, этот вид соединения является более технологичным, они отличаются взаимозаменяемостью, универсальностью и надежностью. Одними из недостатков болтовых соединений являются раскручивание гаек при переменных нагрузках, необходимость выполнения отверстий под крепежные детали и концентрация напряжений вокруг отверстий. Кроме того, необходимо учесть вопросы герметизации и уплотнения соединений для обеспечения их долгосрочной работы.
Расчет болтового соединения
Использование болтового способа соединения деталей обладает несколькими преимуществами. Во-первых, это позволяет разбирать конструкцию или механизм и упрощает проведение ремонтных или восстановительных работ. Во-вторых, при эксплуатации конструкции детали подвергаются различным видам нагрузок, которые необходимо учитывать в процессе проектирования. Болтовые соединения могут испытывать нагрузки, направленные вдоль осей болтов (растяжение-сжатие), радиальные (кручение) или нагрузки, направленные в перпендикулярной оси болта плоскости. Последние, перенося силу трения, обусловлена затяжкой болта и гайки, могут вызвать деформацию крепежных деталей связи. Болтовое соединение также позволяет крепить несколько деталей в одной плоскости, увеличивая количество возможных плоскостей среза, что важно при проектировании конструкции. При расчете болтовых соединений учитываются различные факторы, такие как шероховатость деталей, пределы текучести материалов, разность диаметров отверстия и стержня болта, сила затяжки соединения, толщина деталей, расположение отверстий относительно друг друга и кромок, а также диаметр стержня болта. В зависимости от условий соединений используются различные расчетные формулы на срез.
Главным показателем работоспособности крепежных резьбовых соединений является их прочность. Конструкция стандартных крепежных деталей разрабатывается таким образом, чтобы они имели одинаковую прочность по следующим параметрам: силе разрыва и сжатия в резьбе, силе растяжения в нарезанной части шпильки и в месте перехода шпильки в головку. Таким образом, для стандартных крепежных деталей главным критерием работоспособности является прочность шпильки на растяжение, и именно по ней производится расчет болтов, винтов и шпилек. Расчет прочности резьбы выполняется только в качестве проверки для нестандартных деталей.
При расчете прочности резьбы наблюдается неравномерное распределение сил взаимодействия между витками винта и гайки, это доказали научные исследования. Однако фактическое распределение нагрузки по виткам зависит от множества факторов, которые трудно учесть (неточности в изготовлении, износ резьбы, материал и конструкция гайки и болта и т. д.). В связи с этим, при расчете прочности резьбы условно принимается, что все витки одинаково нагружены, а возможные погрешности учета компенсируются установленным предельным напряжением.
Болтовое соединение Чертеж
При выполнении чертежей резьбовых соединений, включая болтовые соединения, используется условное изображение винтовой резьбы. Это позволяет упростить и ускорить процесс создания чертежей. Условные обозначения соответствуют ГОСТ 2.315-68.
Наружная резьба болта изображается сплошной основной линией по внешнему диаметру, а по внутреннему диаметру – сплошной тонкой линией. На проекциях болта, полученных путем рассечения его плоскостью, перпендикулярной его оси, внутренний диаметр обозначается тонкой линией, проведенной на три четверти от окружности. Фаска не изображается, кроме продольного сечения болта. Расстояние между тонкой и основной линиями не должно превышать шага резьбы, однако не должно быть менее 0,8 миллиметра.
Внутренняя резьба на гайке изображается основной линией по внутреннему диаметру.
Штриховка в сечениях и разрезах производится до сплошной основной линии. При отображении на чертеже болтового соединения, размеры болта, гайки и шайбы соответствуют их стандартным значениям. То есть размеры крепежных деталей устанавливаются в соответствии с ГОСТом для них.
Болтовое соединение ГОСТ
ГОСТ Р 70132-2022 — национальный стандарт Российской Федерации, который определяет требования к сборке и контролю качества болтовых соединений металлических строительных конструкций.
Данный стандарт применяется к процессам сборки болтовых соединений строительных металлических конструкций, предназначенных для различных типов зданий и сооружений — стационарных, сборно-разборных, передвижных. Он также охватывает конструкции, которые подвергаются различным нагрузкам, как постоянным, так и временным, а также особым нагрузкам, таким как вибрация, взрывы, сейсмические воздействия и другие. Этот стандарт применяется при проектировании и сборке конструкций в климатических районах, где расчетная температура может достигать минус 60 ° C, а также в районах с сейсмичностью до 9 баллов. Он также предусматривает использование защитных металлических и лакокрасочных покрытий при эксплуатации конструкций в слабоагрессивных, среднеагрессивных и агрессивных средах.
Однако следует отметить, что данный стандарт не распространяется на процессы сборки болтовых соединений металлических конструкций мостовых сооружений.