Главная » Полезные статьи » Значение поля рассеивания коэффициента закручивания высокопрочных болтокомплектов

Значение поля рассеивания коэффициента закручивания высокопрочных болтокомплектов

Харламов Дмитрий Николаевич, к.т.н., Генеральный директор

ООО «ПСК ТРАНССТРОЙПРОЕКТ»

Звирь Вячеслав Иванович, Инженер-технолог

ООО «ПСК ТРАНССТРОЙПРОЕКТ»

Сергеев Алексей Анатольевич, Генеральный директор
ООО «НИЦ Мосты»

Коэффициент закручивания К - определяющая характеристика высокопрочных болтокомплектов, зависящая от геометрических параметров болта и гайки, а также от коэффициентов трения по резьбе и опорной поверхности гайки ( или головки ) по шайбе.

Коэффициент закручивания определяется опытным путем исходя из известного крутящего момента М, приложенного к гайке и полученного в процессе испытание усилия в болте Р.

K=M/P*d- безразмерная величина.

Величину крутящего момента М определяют предварительно по этой же формуле, но применяют Кр - расчетный коэффициент закручивания, принятый из ранее испытанных болтокомплекатов по их среднему значению. Таким образом коэффициент закручивания Фигурирует во всех формулах при расчете усилия натяжения болта.

Значения коэффициента закручивания регламентируют только в технических условиях ГОСТ Р 53664 при производстве болтокомплектов и он может составлять от 0,13 до 0,20 в зависимости от состояния поверхности болтокомплектов

В нормативных документах 90-х годов был установлен средний показатель К3 = 0,175 обоснованный тем, что производители высокопрочных болтокомплектов поставляли изделия без защитного покрытия и при их смазке. Разброс значений не превышал

К =0.15 - 0.19

В нормах проектирования стальных мостовых конструкций регламентировано усилие натяжение, которое должно соответствовать

P = Rbh * Abh * m

где Rbh - расчетное сопротивление высокопрочного болта и должно быть на уровне 0,7Rbun - (70%) от наименьшего сопротивления разрыву болта, Rbh = 0,7Rbun.

Abh - чистое сечение болта, m =0,95 коэффициент. учитывающий работу болта исходя из условия его натяжения по крутящему моменту, т.е. учитывает коэффициент закручивания, ослабляющий усилие натяжения, т.е.

P = 0.7Rbun * Abh * 0.95 (8.2, 8.106СП35.13330.2011)

Исходя из расчетного усилия Р=22,5 тс для болта диаметром d=22(мм) рассмотрим реальную картину работы высокопрочных болтов в зависимости от значений коэффициента закручивания, изготовленных с полем рассеивания K = 0,15-0,18. В данном примере применим расчетный К3=0,17. Крутящий момент М=22,5*0,022*0.17=85 кгс*м. При натяжении по крутящему моменту Мкр=85 кгс*м допускаем перенатяжение болтов на 10% и 20%.

По значениям коэффициента закручивания от 0.15 до 0,18 рассчитаем фактическое усилие натяжение болтов при расчетном крутящем моменте Мкр= 85 кгс*м

P=85/0.022*(0.15/0/18) (Кгс);

P0.15=25.7 тс

P0.16=24.1 тс

P0.17=22,7 тс

P0.18=21.5 тс

На рисунке 1 графически показаны зоны работы болтов диаметром 22 мм в зависимости от величины коэффициента закручивания.

Линия А-Б указывает на крайние минимальные значения усилия натяжения высокопрочных болтов в зависимости от разброса показателей коэффициента закручивания в пределах от К=0,15 до К=0,18 с крутящим моментов М=85 кгс*м.

Верхняя точка А указывает на то, что во фрикционном соединении возможна постановка болтов с усилием натяжения P=21,4 тс с учетом коэффициента запаса 5% (m=0.95) при расчетном Р=22,5 тс.

Верхняя точка Д показывает, что усилие натяжения P=21,4 тс возможно в болтах с фактическим коэффициентом закручивания К=0,197 , но при перенатяжении по крутящему моменту на 10%. Линия С-Д соответствует крутящему моменту М=93,5 кгс*м.

Нижняя точка С показывает, что в случае перенатяжения болтов по крутящему моменту на 10% , фактическое усилие в болтах может составить Р=27,7 тс при коэффициенте закручивания К=0,15. Однако , если будет установлен в этом соединение болтокомплект с К=0,13 , то болт может разрушиться.

Болт также может разрушиться , если крутящий момент будет превышен на 20% т.е. Мкр=85 кгс*м+20%=102 кгс*м (см. Точку Е)

На практике имели место случай, когда завод-поставщик определял коэффициент закручивания болтокомплектов без смазки, а на строительной площадке эти болтокомплекты готовили по инструкции СТП 006-91 смазывая их в растворе бензина. В результате коэффициент закручивания снижался с К=0,16 до К=0,12 и как правило, болты разрушались.Фактическое усилие натяжения при коэффициенте закручивания К=0,12 составило от Р=31,7 тс до Р=38 тс при разрушительном усилии Р=30 тс

Данный случай был выявлен при строительстве в 2014г. путепровода на 34 км автомобильной дороги А-103 Щелковского моссе (с подъездами к г. Щелково и Звездному городку) Московской области

Из приведенного на графике расчета усиления натяжения болтов в зависимости от значений коэффициента закручивания видно, что обеспечивается запас прочности болта в 12% при перенатяжении его на 10%. Этот запас действителен во фрикционных соединениях с контактными поверхностями, очищенными пескоструйным или дробеструйным способами без защитного покрытия. Если контактные поверхности покрыты защитными фрикционными грунтовками типа ЦВЭС или ЦВЭС +ЦВЭС-А ,то в расчет усилия натяжения болтов вводят коэффициент перенатяжения соответственно 1,1 или 1,15 учитывающий дальнейшую релаксацию усилия натяжения , т.е.

Мкр = 1,1(1,15) p* d * К3 (кгс*м)

Таким образом, болты, затянутые по завышенному крутящему моменту в процессе монтажа металлоконструкций до момента релаксации могут не выдержать такой нагрузки и разрушиться.

Выводы:

Для обеспечения надежности работы фрикционного соединения на высокопрочных болтах предусмотрено ограничение поля разброса значений коэффициента закручивания болтокомплектов в проекте нового ГОСТ“Болты,гайки,шайбы высокопрочные и болтокомплекты из них для контролируемого натяжения конструкционные”
Ограничить крутящий момент перенатяжения болтов Мкр не более 10%. При этом в процессе контроля усилия натяжения болтов возможно увеличение крутящего момента в начале сдвига гайки до 20%. Эта норма не является браковочным признаком.
Во фрикционных соединениях с защитными контактными поверхностями ЦВЭС +ЦВЭС-А , а также другими видами защитных покрытий , влекущими релаксацию усилий натяжения ограничить толщину покрытия , для того чтобы снизить величину этой релаксации.
Во фрикционных соединениях с защитным покрытием контактных поверхностей установить мониторинг релаксации усилия натяжения на период их сборки.
При расчете крутящего момента Мкр принимать за расчетный коэффициент закручивания предпоследний показатель наибольших значений. Например, по данным сертификата завода поставщика коэффициент закручивания составляет от 0.15 до 0,18 , в этом случае принимать расчетный К3 = 0,17.

Также вас могут заинтересовать следующие статьи: