Высокопрочный болт на срез

Когда говорят ?высокопрочный болт на срез?, многие сразу думают про класс прочности 8.8 или 10.9 и про таблицы из СП. Но на практике, особенно на монтаже, вся теория из книжек часто спотыкается о простые вещи. Я много раз видел, как отличные по расчетам узлы начинали ?петь? именно из-за мелочей вокруг этих самых болтов. Не из-за того, что болт слабый, а из-за того, как его поставили, чем затянули и что вокруг него происходит. Вот об этих нюансах, которые в спецификациях мелким шрифтом, а на стройке решают всё, и хочется порассуждать.

Класс прочности — это не только цифра

Берем, к примеру, болты класса 10.9. Все знают, что это высокопрочные. Но вот вопрос: а откуда они приехали? Сертификат — это хорошо, но мы как-то на одном объекте столкнулись с партией, где в сертификате всё идеально, а при контрольной затяжке динамометрическим ключом момент пошел ?вразброс?. Оказалось, проблема в неоднородности термообработки у конкретного производителя. Болты внешне — один в один, а поведение под нагрузкой разное. Поэтому теперь мы, особенно для ответственных узлов на срез, стараемся работать с проверенными поставщиками, которые дают не просто бумажку, а обеспечивают стабильность партии. Кстати, у ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ Строительные Стальные Конструкции? в своем производстве металлоконструкций этот момент, судя по их оснащению, хорошо проработан — наличие сертификата ISO 9001 и автоматизированных линий, включая тяжелые совмещенные линии для сборки и сварки под флюсом, косвенно говорит о системном подходе к контролю входящих материалов, включая крепеж. На их сайте https://www.xjxyhd.ru видно, что компания позиционируется как национальное высокотехнологичное предприятие, и для таких производств стабильность характеристик каждого компонента — вопрос репутации.

Еще один момент — маркировка. Казалось бы, чего проще? Но на монтаже в сумерках или в грязи не всегда разглядишь. Бывало, в одной коробке оказывались болты 8.8 и 10.9, маркировка на головках стерлась или была нечеткой. Последствия, думаю, объяснять не нужно. Теперь инженер ОТК у нас первым делом выборочно проверяет не только сертификаты, но и четкость клеймения прямо на привезенных пачках.

И про срез. Часто расчетчики закладывают болт именно на срез, считая его работу в чистом виде. Но в реальном узле почти всегда есть дополнительный отпор, трение, подпор от других элементов. Иногда это позволяет сэкономить, а иногда, наоборот, маскирует проблему. Например, если отверстие под болт просверлено с небольшим перекосом, болт уже работает не на чистый срез, а с изгибом. И его высокая прочность может нивелироваться этим самым непредусмотренным изгибающим моментом. Мы однажды разбирали узел после испытаний — болт 10.9 срезался не по телу, а по резьбе у гайки, как раз из-за такого перекоса.

Монтаж: где теория встречается с ржавым ключом

Самое интересное начинается на площадке. По проекту — болт М24 класса 10.9, момент затяжки 950 Н·м. А чем крутить? Гидравлическим гайковертом? Отлично, если он есть, исправен и к нему есть доступ. А если нет? Начинают ?дотягивать? обычными ключами с удлинителем, а то и биением кувалды. Про момент затяжки забывают, главное — чтобы ?не болталось?. В таких условиях даже самый высокопрочный болт на срез не отработает как надо. Контроль затяжки — это отдельная головная боль. Мы пришли к необходимости обязательного инструментального контроля выборочно, но на самых ответственных соединениях — каждого болта. Да, долго. Да, дорого. Но дешевле, чем переделывать.

Еще про гайки и шайбы. Их часто рассматривают как расходник. А зря. Для высокопрочных болтов нужны соответствующие гайки (класс 10 или 12) и обязательно hardened washers (усиленные шайбы). Иначе при затяжке пластичная шайба или слабая гайка ?съедят? часть момента, и предварительное натяжение в стержне болта будет недостаточным. Это критично для фрикционных соединений, но и в чистых срезных соединениях влияет на работу узла. Помню случай на строительстве ангара: использовали стандартные шайбы из ближайшего магазина вместо каленых. При монтаже ничего, а при эксплуатации под динамической нагрузкой соединения дали небольшую, но неприятную ?игру?.

Поверхность контакта. По нормам, поверхности в пакете должны быть обработаны определенным образом, особенно для фрикционных соединений. Но на практике часто сталкиваешься с окалиной, ржавчиной, краской. Краска — отдельная тема. Толстый слой краски под шайбой — это, по сути, компрессионная прокладка. Он под нагрузкой обожмется, и натяжение болта упадет. Теперь у нас в техтребованиях к монтажу четко прописано: зачистка контактных поверхностей щеткой до чистого металла в зоне под шайбой и гайкой. Никаких ?и так сойдет?.

Особенности в мостовых и крановых конструкциях

Здесь требования к высокопрочным болтам на срез самые жесткие. Динамические, знакопеременные нагрузки. Мы участвовали в поставке и монтаже конструкций для одного логистического комплекса, где были крановые эстакады. Там болты работали не просто на срез, а на многократно повторяющийся срез с ударной составляющей. Помимо стандартных испытаний на растяжение и срез, поставщик крепежа (не мы, а специализированный завод) проводил дополнительные испытания на усталостную прочность. Это тот уровень, где экономия на мелочах смертельна.

Интересный момент с защитой от самоотвинчивания. В таких конструкциях часто используют стопорные гайки или шплинты. Но если болт работает на срез в многослойном пакете, то шплинт, проходящий через отверстие в хвостовике, может стать концентратором напряжения. Это не всегда критично, но нужно смотреть по расчету. Иногда надежнее оказывается контргайка с фиксатором резьбы. Опять же, решение не по шаблону, а под конкретную нагрузку и конструкцию узла.

Контроль состояния. В мостовых конструкциях болтовые соединения периодически инспектируют. И здесь важно, чтобы был доступ для осмотра и подтяжки (если она предусмотрена). Бывало, что красивые и компактные узлы на чертеже превращались в головоломку для монтажников, а потом и для службы эксплуатации. Теперь при разработке КМД стараемся закладывать хотя бы минимальный технологический зазор для ключа.

Взаимодействие со сваркой в комбинированных узлах

Частая ситуация в каркасном строительстве — часть соединений на сварке, часть на болтах. И тут есть тонкость: последовательность операций. Если сначала приварить элементы, а потом сверлить отверстия под болты, могут возникнуть остаточные напряжения от сварки, которые исказят геометрию отверстий. Если сверлить, а потом варить — высокая температура от сварки может повлиять на микроструктуру металла вокруг отверстия, особенно если он уже рассверлен под высокопрочный болт. Наше правило, выработанное на практике: сначала собираем узел на монтажных болтах (черновых), затем прихватываем сваркой, затем окончательно затягиваем высокопрочные болты, и только потом выполняем окончательную сварку швов, расположенных на достаточном удалении от болтовых соединений. Это требует четкого ППР, но избавляет от многих проблем. Опыт компаний, которые занимаются полным циклом, от обработки до монтажа, как раз ценен в таких вопросах. Например, ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ Строительные Стальные Конструкции?, судя по описанию их мощностей (лазерные резки, ЧПУ, линии сборки-сварки), как раз имеет возможность отрабатывать такие технологические цепочки внутри одного производства, что минимизирует риски.

Еще про коробление. Тонкостенные элементы при сварке ?ведет?. И если в них уже есть отверстия под болты, эти отверстия могут перестать совпадать. Приходится или рассверливать в больший диаметр (что не всегда допустимо), или применять специальные последовательности сварки, или использовать овальные отверстия в одном из элементов. Это не про болты, это про подготовку.

Защитные покрытия. Если узел комбинированный — болт+сварка, то после сварки нужно зачистить брызги металла и заново нанести защитное покрытие (цинкование, окраска) в зоне термического влияния. Иначе болт, сидящий рядом со сварочным швом, начнет ржаветь в первую очередь. Казалось бы, очевидно, но на потоке про это иногда забывают.

Ошибки, которые лучше не повторять

Расскажу про один неудачный опыт, который многому научил. Делали мы фермы для навеса. Расчетные нагрузки небольшие, узлы на болтах М20 класса 8.8. В цеху всё собрали идеально, на контрольной сборке — зазоров нет. Привезли на объект, начали монтировать. А там — небольшой уклон площадки, плюс монтажники для удобства решили сначала собрать всю ферму ?в лежачем положении? на земле, а потом поднимать краном. При подъеме ферма, как любая нежесткая до закрепления связей конструкция, немного ?играла?. И в нескольких узлах отверстия в стыкуемых планках перестали идеально совпадать. Вместо того чтобы разобрать и рассверлить, решили ?подправить? монтажным ломиком и забить болты кувалдой. Забили. Со стороны — стоит, красиво. Но через полгода в этих узлах появилась рыжая ?паутинка? — первые признаки усталостного разрушения из-за начальных повреждений резьбы и микротрещин от ударной установки. Пришлось усиливать. Вывод: высокопрочный болт — это не штырь, его нельзя забивать. Если отверстия не совпали — это сигнал искать причину, а не применять грубую силу.

Другая частая ошибка — повторное использование болтов. Особенно после контрольной затяжки динамометрическим ключом. Некоторые считают: ?Он же не деформировался, почему бы не поставить снова?? Дело в том, что при затяжке до проектного момента в болте уже возникают пластические деформации (особенно в резьбовой части под гайкой). Его прочностные характеристики после снятия нагрузки уже не те. Это как пружина, которую растянули за предел упругости. Для ответственных соединений — только однократное использование. Это правило теперь у нас железное.

И наконец, хранение. Привезли болты на объект, бросили под открытым небом. Через месяц даже оцинкованные покрылись белым налетом (продукты коррозии цинка). Резьба забилась грязью. Пытаться накрутить гайку на такую резьбу — значит срывать часть покрытия и создавать дополнительные напряжения. Теперь крепеж храним в сухом месте, в оригинальной упаковке, выдаем по мере необходимости. Мелочь? Да. Но именно из таких мелочей складывается надежность всей конструкции. В этом, пожалуй, и заключается главный смысл работы с высокопрочным болтом на срез: это не просто железка из таблицы сортамента, а точный инженерный элемент, требующий уважения на всех этапах — от выбора поставщика до последнего оборота гайки на монтаже.