Объяснение стальных болтов: преимущества, срок службы и практическое руководство по проектированию

Сталь с болтовым соединением: прямой ответ

Сталь на болтах — это метод структурного каркаса, при котором сборные стальные элементы соединяются высокопрочными болтами, гайками, шайбами и соединительными пластинами вместо сварки на месте. Это стандартный формат соединения для модульных стальных мостов, передвижных конструкций, резервуаров для хранения, временных опор мостов и тяжелых опалубочных конструкций, поскольку он переносит контроль качества с рабочей площадки на завод и превращает сложные сварочные работы в простые задачи сборки.

В большинстве случаев мостов и зданий правильно спроектированное болтовое соединение обеспечивает полную прочность элементов, которые оно соединяет. В местах, чувствительных к усталости, предварительно нагруженные болты, критически важные для скольжения, передают нагрузку за счет трения, обеспечивая поведение, которое полностью рассчитывается и контролируется. Таким образом, реальное решение для инженеров и подрядчиков заключается не в силе; речь идет об условиях площадки, графике работ, защите покрытия и о том, потребуется ли когда-либо перемещать конструкцию.

Масштаб болтовой стали не ограничивается легкими рамами. По данным Sprinkler Age, отраслевого издания по противопожарной защите, стальные резервуары с болтовым соединением обычно поставляются емкостью от От 5000 до 3500000 галлонов , что подтверждает, что болтовой формат подходит как для небольших, так и для очень больших конструкций.

Стальные болтовые соединения являются лучшим выбором, когда проект предполагает любое из следующих условий:

• Возведение объекта должно завершиться за несколько дней, а не недель.
• Ограничения на использование открытого огня, например, работа вблизи транспортных средств, топлива или защищенных покрытий.
• Структура, которую позже можно разобрать, переместить или расширить.
• Оцинкованные элементы или элементы с предварительно нанесенным покрытием, которые теряют защиту в местах сварки.
• Простая полевая проверка, при которой проверяется крутящий момент и оборудование, а не качество сварки.

Как работают болтовые стальные соединения

Болтовое соединение передает нагрузку посредством трех механизмов: сдвига в стержне болта, опоры между стержнем и отверстием пластины и трения между зажатыми пластинами. Тип соединения определяет, какой механизм несет основную нагрузку.

Подшипниковые соединения и соединения, требующие скольжения

В соединении подшипникового типа хвостовик болта упирается в стенку отверстия, а конструкция соединения рассчитана либо на противодействие скольжению, либо на проскальзывание в подшипник под нагрузкой. В соединениях, требующих скольжения, болты натягиваются с заданным предварительным натягом, поэтому поверхности пластин прижимаются друг к другу достаточно сильно, чтобы передавать нагрузку за счет трения. Соединения, критические к скольжению, предпочтительны для стыков мостов, ферм настила и любых конструкций, подвергающихся повторяющимся нагрузкам, поскольку они предотвращают движение соединения.

Стандартные компоненты стального болтового соединения

• Высокопрочные болты и гайки, обычно с метрическими классами прочности 8,8 или 10,9, выбранные по диаметру и способности к сдвигу или растяжению.
• Закаленные шайбы под головкой болта и гайкой для распределения усилия зажима и предотвращения истирания.
• Соединительные пластины и косынки, которые передают усилия между полками балки, стенками или диагональными элементами.
• Опорные плиты и анкерные болты, которые соединяют колонны или пояса ферм с бетонным фундаментом.

Геометрия отверстий, затяжка и проверка

Стандартные отверстия для болтов обычно имеют размер примерно 1,6 мм (1/16 дюйма) больше диаметра болта, что позволяет выравнивать поле, сохраняя при этом предсказуемое сопротивление скольжению. В соединениях, требующих скольжения, подрядчик достигает заданного предварительного натяга с помощью калиброванного динамометрического ключа, болтов контроля натяжения или методом поворота гайки. Затягивание начинается в самой жесткой точке соединения и направлено наружу, чтобы пластины закрывались равномерно.

Проверка болтового соединения в полевых условиях проста: проверьте наличие всех болтов, проверьте маркировку класса болта и проверьте крутящий момент или индикатор прямого натяжения. Отсутствующее оборудование видно, чрезмерная затяжка при контроле крутящего момента встречается редко, а поврежденные болты можно заменить по отдельности. Эта простота является одной из основных причин, по которой стальные болтовые соединения предпочитаются на удаленных объектах и ​​в аварийных работах.

Преимущества стальных болтовых соединений в реальных проектах

Сталь с болтовым соединением меняет рабочий процесс строительства, выходя за рамки самого соединения. Приведенные ниже преимущества последовательно проявляются в реальных мостовых и промышленных проектах.

Монтаж на месте происходит быстро

Болтовые соединения исключают настройку сварки, межпроходное охлаждение и контроль сварных швов из критического пути. Бригады выравнивают, вставляют и затягивают болты; Модульные панели моста можно собрать на земле и запустить на место в течение нескольких дней. Перекрытие дороги, которое заняло бы три-четыре недели со сварной конструкцией, часто можно открыть за несколько дней с помощью модульного моста на болтах.

Никакой зависимости от квалифицированных сварщиков

Для сварных соединений необходимы квалифицированные сварщики, допуск к огневым работам, пожарное дежурство и защита от атмосферных воздействий. Болтовые соединения требуют только базового обучения работе с динамометрическими инструментами. Проекты могут продолжаться при небольшом дожде и при низкой температуре, условиях, которые могут остановить сварную конструкцию.

Структуру можно использовать повторно

Каждый болт съемный. Таким образом, временные конструкции, аварийные склады и арендованные мостовые системы имеют второй срок службы: те же панели возвращаются на площадку, проходят осмотр и перемещаются на следующую площадку. При наличии надлежащей документации болты и соединительные пластины используются повторно в течение многих циклов.

Заводские условия, контроль качества

Элементы, отверстия и покрытия производятся на заводе, где буровые станки и процессы нанесения покрытий одинаковы. Работа на сайте ограничена присоединением. Вот почему модульные системы могут производиться большими партиями, при этом стыкуясь друг с другом в полевых условиях.

Проверка проста, а обслуживание проще

Инспектор может за считанные секунды подтвердить наличие болтов, их маркировку и момент затяжки. Поврежденные элементы отвинчиваются и заменяются, а не вырезаются. Для постоянных конструкций повторная затяжка ключевых соединений является частью планового технического обслуживания, чего нельзя сделать в случае треснувшего сварного шва.

Защитные покрытия остаются неповрежденными

Горячеоцинкованная сталь поставляется с полным цинковым покрытием. Поскольку соединения выполнены болтами, покрытие не выгорает и не стачивается, как по линиям сварки. Подкраска ограничивается кончиками болтов и мелкими царапинами, что напрямую продлевает срок службы конструкции.

Сталь с болтовым соединением и сварная сталь: сравнение

В таблице ниже сравниваются болтовые и сварные соединения по критериям, которые обычно определяют выбор на реальных проектах.

Сварка побеждает там, где наибольшее значение имеют жесткие моментные соединения, минимальный вес материала или ровные поверхности. Сталь с болтовым соединением выигрывает там, где проект требует скорости, повторного использования, надежной защиты покрытия и простоты проверки. Поэтому модульные мосты, временные опоры и резервуары для воды почти всегда скрепляются болтами, а постоянные высотные рамы и некоторые пролеты мостов свариваются.

Как долго служит сталь с болтовым соединением?

Стальная конструкция на болтах с соответствующим покрытием и техническим обслуживанием обычно обеспечивает от 30 до 50 лет обслуживания, а тяжелое промышленное оборудование, такое как опалубочные работы, может прослужить многие десятилетия при многократном использовании. Ограничивающим фактором почти никогда не является сам болт; это контроль коррозии и дисциплина технического обслуживания.

В отраслевом техническом примечании компании High Performance Coatings отмечается, что срок службы стального резервуара с болтовым креплением может быть меньше. от 20 до 30 лет в зависимости от конструкции и технического обслуживания. Тот же источник подчеркивает, что характеристика покрытия, а не метод соединения, является фактором, определяющим, соответствует ли резервуар с болтовым соединением ожидаемому сроку службы.

Слабые места, сокращающие срок службы стальных болтов, одинаковы для всех применений:

• Нахлесточные соединения и соединительные пластины, где капиллярная влага может проникнуть на прилегающие поверхности.
• Головки болтов, гайки и края шайб создают небольшие карманы, которые трудно покрыть.
• Горизонтальные поверхности, которые задерживают воду и теряют покрытие в первую очередь.
• Повреждение цинка вокруг отверстий для болтов, вызванное небрежной полевой работой.
• Щелевая коррозия, при которой разнородные металлы находятся в прямом контакте.

У каждой из этих слабостей есть проверенные меры противодействия. Горячее цинкование с типичной толщиной покрытия 85 микрометров или более защищает компоненты моста в большинстве атмосфер на протяжении десятилетий. Герметик, нанесенный на прилегающие поверхности, блокирует проникновение капилляров. Детали дренажа быстро отводят воду, а ежегодный визуальный осмотр с подкраской покрытия сохраняет соединение неповрежденным. Болты, критические к скольжению, после затягивания сохраняют предварительную нагрузку на протяжении всего срока службы конструкции, а периодические проверки крутящего момента ограничиваются выборкой критических соединений.

Стальные болтовые соединения в модульных мостах и тяжелых опорных конструкциях

Наиболее наглядной демонстрацией стальных болтовых соединений в действии является модульный стальной мост. Панельные системы, известные как мосты Бейли или модульные стальные мосты, состоят из высокопрочных стальных панелей, соединенных штифтами и болтами. Они поставляются в виде плоских комплектов, собираются без сварки и перемещаются при смене работы.

Типичные области применения модульных стальных конструкций на болтах включают:

• Восстановление аварийных маршрутов после наводнений, оползней или землетрясений.
• Временные объезды при проведении автомобильных, железнодорожных и пересадочных работ.
• Коммуникационные переходы для водопроводных, газопроводных или кабельных трубопроводов.
• Пешеходный и велосипедный доступ через дороги и реки.
• Строительные площадки для работ по настилу мостов.
• Тяжелые опалубочные работы для строительства железных дорог и высокоскоростных железных дорог.

Для стандартной подъездной дороги или сельского переезда СВ-100 мост Бейли двухрядный однослойный армированный оцинкованный это работоспособная конфигурация. Его быстро возводят, он выдерживает регулярные строительные перевозки, а оцинкованное покрытие сокращает необходимость обслуживания в течение первых двух десятилетий эксплуатации.

Оптовая продажа CB 100 Bailey Bridge Двухрядный однослойный усиленный оцинкованный байк Компания Jiangsu Zhonghai Bridge Equipment Co., Ltd. представляет собой двухрядный однорядный однорядный армированный оцинкованный мост Бейли в Китае CB 100 ... Посмотреть продукт →

При увеличении пролета или нагрузки конструкция фермы заменяется более тяжелой панельной системой с болтовым соединением, такой как СВ-450 четырехрядный однослойный усиленный оцинкованный мост Бейли . Принцип соединения остается прежним, но количество линий болтов и поясов панелей увеличивается в соответствии с расчетным моментом и сдвигом.

Оптовая продажа CB 450 Bailey Bridge Четырехрядная однослойная усиленная оцинкованная скоба Компания Jiangsu Zhonghai Bridge Equipment Co., Ltd. представляет собой четырехрядный однослойный армированный оцинкованный мост Бейли в Китае CB 450... Посмотреть продукт →

В строительстве мостов и виадуков также используются стальные опоры на болтовых соединениях. А Система поддержки строительства Super Bailey грузоподъемностью 900 тонн действует как передвижная опорная башня многократного использования, которая выдерживает тяжелые бетонные или стальные монтажные нагрузки, сохраняя при этом площадку свободной от сварочных работ.

Оптовая торговля по индивидуальному заказу большой пролет 900 тонн нагрузки Super Bailey Construction Support M Компания Jiangsu Zhonghai Bridge Equipment Co., Ltd. является производителем строительных опор Super Bailey с большой пролетной нагрузкой 900 тонн по индивидуальному заказу... Посмотреть продукт →

Команды, переходящие от концепции к спецификации, могут работать, используя соответствующие технические ресурсы. Руководство по строительству модульного стального моста объясняет причины выбора членов, в то время как Таблица грузоподъемности моста Бейли сравнивает распространенные комбинации пролетов и нагрузок.

Для специалистов по планированию действий в чрезвычайных ситуациях Панельные решения Bailey для аварийной техники В статье показано, как быстро развертываются панели с болтовым креплением в сценариях реагирования на стихийные бедствия.

Рекомендации по проектированию и закупкам стальных болтовых соединений

Характеристики болтовой конструкции определяются до того, как будет установлен первый болт. Следующие этапы проектирования и закупок оказывают наибольшее влияние на стоимость и надежность.

Основы проектирования соединений

1. Определите путь нагрузки для каждого соединения и определите, какие силы преобладают: сдвиг, растяжение или объединенные силы.
2. Выберите марку и диаметр болта, соблюдая баланс между количеством крепежа и риском истирания во время установки.
3. Выбирайте между подшипниковым типом и критическим к скольжению; резерв критического скольжения для стыков мостов и мест усталостной нагрузки.
4. Проверьте геометрию отверстия, включая допуск на выравнивание поля и влияние отверстий слишком большого размера на сопротивление скольжению.
5. Укажите метод и схему затяжки в спецификации, используя контроль крутящего момента, болты контроля натяжения или индикаторы прямого натяжения.

Драйверы затрат на месте

• Количество болтов на тонну стали; Стоимость оборудования быстро растет с увеличением плотности подключения.
• Вес панели, определяющий размер крана и время монтажа.
• Опыт работы бригады на объекте с динамометрическими инструментами и процедурами центровки.
• Качество сборки; панели, которые не являются взаимозаменяемыми, вызывают регулировку и задержки.
• Толщина цинкования и объем подкраски, необходимый после монтажа.

Контрольный список закупок стальных болтовых систем

• Перед отправкой проверьте маркировку болтов и соответствующие гайки.
• Проверьте толщину цинкования на образцах из каждой производственной партии.
• Убедитесь, что соединительные пластины и косынки просверлены с помощью того же приспособления, что и панели.
• Запросите количество болтов и характеристики крутящего момента, соответствующие собранной конструкции.
• Купите запасное оборудование на сумму от 2 до 3 процентов от общего набора болтов.
• Запланируйте защиту при хранении, чтобы резьба и поверхности с покрытием не были повреждены во время транспортировки.

Поскольку болтовые системы зависят от предсказуемой геометрии, способность производителя соблюдать допуски является основным риском при закупках. Надежный поставщик производит элементы, которые собираются без шлифовки на месте, поставляет полный комплект оборудования и документирует марку и покрытие каждого компонента.

Часто задаваемые вопросы о болтовых стальных соединениях

Сталь на болтах такая же прочная, как сварная сталь?

Да, если соединение правильно спроектировано. Высокопрочные болты в несущих или критических по скольжению конфигурациях рассчитаны на максимальную пропускную способность соединяемых элементов, а болтовые моментные соединения являются стандартными в мостостроении.

Как долго служат болтовые соединения из стали?

При соответствующей системе покрытия стальные мосты на болтах обычно служат от 30 до 50 лет. Отраслевые рекомендации компании High Performance Coatings предусматривают срок службы стальных резервуаров с болтовым соединением от 20 до 30 лет, при этом решающими факторами являются детали конструкции и техническое обслуживание.

Болтовые соединения со временем ослабляются?

Высокопрочные болты с предварительным натягом не ослабляются при нормальной статической нагрузке. Вибрация и повторяющиеся циклические нагрузки могут вызвать небольшое снижение предварительной нагрузки, поэтому периодические проверки крутящего момента и повторная затяжка после первых циклов нагрузки являются стандартной практикой.

Чем отличаются обычные болты от высокопрочных болтов?

Обычные болты, как правило, более низких классов прочности, используются для легкого каркаса и нескользящих соединений. Высокопрочные болты классов 8.8 или 10.9 затягиваются с контролируемым предварительным натягом и необходимы для соединений конструкций, мостовых соединений и тяжелых опорных систем.

Можно ли разобрать стальные болты и использовать их повторно?

Да. Это основная причина, по которой болтовые системы используются для временных мостов и опор. После каждого периода обслуживания болты проверяются на наличие повреждений резьбы, пластины проверяются на предмет деформации, а вся система возвращается на склад для следующего проекта.

Подходят ли болтовые стальные конструкции для сейсмических зон?

Да. Болтовые моментные рамы и рамы с болтовыми связями широко используются в сейсмических регионах. Соединения, критические к скольжению, обеспечивают предсказуемую жесткость и пластичность, а возможность заменить поврежденное соединение после сейсмического события является преимуществом перед сварными рамами.

Требует ли болтовая сталь специального обслуживания?

Никаких специальных навыков, кроме проверки болтов, не требуется. Программа технического обслуживания включает в себя ежегодный визуальный осмотр, отбор проб крутящего момента критически важных соединений, гальваническую подкраску и очистку дренажных зон на соединениях.

Можно ли использовать стальные болты для постоянных конструкций?

Да. Многие постоянные автодорожные мосты, промышленные здания и хозяйственные сооружения используют исключительно болтовые соединения. Наличие болтов не снижает срок службы конструкции; защита покрытия и обслуживание.

Когда сталь с болтовым соединением является неправильным выбором?

Когда проект требует идеально гладких поверхностей заподлицо по архитектурным соображениям, когда доступ к соединениям в будущем невозможен или когда подрядчик не имеет опыта работы с оборудованием с регулируемым крутящим моментом. В таких случаях сварные соединения проще обрабатывать.

Стальные болтовые соединения по-прежнему остаются предпочтительной системой для модульных мостов, временных сооружений, резервуаров и тяжелых строительных опор, поскольку они превращают непредсказуемые работы на площадке в повторяемые сборочные работы. От подъездного моста CB-100 до тяжеловесного переезда CB-450 и 900-тонной системы поддержки конструкции — болтовой формат обеспечивает сочетание скорости, многократного использования и возможности проверки, с которым сварка в полевых условиях не может сравниться.