Mô tả chi tiết về kết nối bu lông kết cấu thép

Bu lông kết cấu thép khác biệt đáng kể so với bu lông cơ khí thông thường ở dạng liên kết, cơ cấu chịu lực và quy trình thi công. Theo cấp độ ứng suất, điều kiện sử dụng và yêu cầu thiết kế, các kết nối trong kỹ thuật kết cấu thép chủ yếu được chia thành hai loại: kết nối bu lông thông thường và kết nối bu lông cường độ cao. Mỗi loại kết nối khác nhau rất nhiều về yêu cầu độ chính xác, tiêu chuẩn đường kính lỗ, nguyên lý chịu lực và các tình huống áp dụng.

1. Kết nối bu lông thông thường

Bu lông thông thường được phân thành ba loại chính xác A, B và C dựa trên độ chính xác trong sản xuất. Loại A và B là bu lông tinh chế, còn loại C là bu lông thô. Trừ khi có quy định khác, bu lông thô cấp C được sử dụng theo mặc định cho các kết nối thông thường trong kết cấu thép xây dựng. Về hình dáng và kết cấu, bu lông thông thường bao gồm bu lông đầu lục giác, bu lông hai đầu, bu lông đầu chìm và các loại khác.

Bu lông thô loại C có độ chính xác gia công thấp và độ hở thành lớn. Chúng chủ yếu được sử dụng để lắp ráp trước các xưởng kết cấu thép, siết chặt trước các bộ phận bằng đinh tán, định vị và cố định tạm thời trước khi lắp đặt chính thức các bu lông cường độ cao và cố định tạm thời trước khi hàn nút. Khi được sử dụng làm bu lông cố định, chúng phải được siết chặt hoàn toàn sau khi căn chỉnh các bộ phận, với các biện pháp chống nới lỏng đáng tin cậy được trang bị để ngăn chặn sự lỏng lẻo và bù đắp trong quá trình thi công.

1.1 Bu lông tinh chỉnh (Cấp A/B)

Bu lông tinh chếcó độ chính xác gia công cao, dung sai vít nhỏ và độ hở lắp ráp tối thiểu, đạt được độ khít chặt giữa thanh vít và lỗ bu lông. Chúng có những yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác khi tạo lỗ và độ chính xác gia công thanh trục vít và phải được cố định bằng cách gõ nhẹ thay vì gõ mạnh trong quá trình lắp đặt. Bu lông tinh chế thích hợp cho các kết nối kết cấu chính xác đòi hỏi phải tháo rời và lắp ráp thường xuyên hoặc không có khả năng tán đinh. Chúng chủ yếu được ứng dụng trong lắp ráp thiết bị cơ khí và ít được sử dụng trong xây dựng kết cấu thép.

2. Kết nối bu lông cường độ cao

Theo phương thức thiết kế cơ khí, bu lông cường độ cao dùng cho kết cấu thép được chia thành loại ma sát và loại chịu lực. Hai loại này giống hệt nhau về vật liệu, thông số kỹ thuật và tính chất cơ học, chỉ khác nhau về tiêu chí kiểm soát trượt thiết kế và cơ chế phán đoán hư hỏng. Về hình thức kết cấu, chúng được phân loại thành bu lông cường độ cao hình lục giác lớn và bu lông cường độ cao loại xoắn.

2.1 Kết nối bu lông cường độ cao loại ma sát

Bu lông cường độ cao loại ma sát nén chặt các tấm kết nối thông qua lực căng trước bu lông và truyền tải trọng bên ngoài bằng lực ma sát tĩnh sinh ra trên bề mặt tiếp xúc của tấm thép. Không được phép trượt ở mối nối và bu lông không chịu lực cắt. Bất kỳ sự trượt nào trên bề mặt tấm đều được coi là lỗi kết nối. Để cải thiện hệ số ma sát, bề mặt tiếp xúc của các cấu kiện thép có thể được xử lý bằng cách phun cát và phun bi để tạo thành bề mặt rỉ sét đồng nhất, giúp tăng cường khả năng chống trơn trượt và tối ưu hóa việc bố trí bu lông. Đường kính lỗ lắp ráp của bu lông cường độ cao loại ma sát lớn hơn đường kính bu lông danh nghĩa từ 1,5mm đến 2,0mm.

2.2 Kết nối bu lông cường độ cao loại ổ trục

Bu lông cường độ cao loại ổ trục truyền tải trọng dựa vào ma sát bề mặt tấm trong điều kiện làm việc bình thường. Khi tải trọng vượt quá khả năng chịu lực ma sát, cho phép trượt mối nối nhỏ và ứng suất được sinh ra và truyền tải chung bởi khả năng chống cắt của thanh bu lông và áp lực chịu lực của tường lỗ tấm. Các chế độ hỏng hóc của nó phù hợp với các chế độ hỏng hóc của bu lông thông thường, cụ thể là hỏng hóc do cắt bu lông hoặc hỏng hóc do ổ trục tấm thép. Đường kính lỗ lắp ráp của bu lông cường độ cao loại ổ trục lớn hơn 1,0mm đến 1,5mm so với đường kính bu lông danh nghĩa. Máy khoan CNC và đồ gá khoan được ưu tiên khoan lỗ chính xác nhằm đảm bảo độ chính xác về vị trí lỗ.

Điểm khác biệt cốt lõi giữa hai loại bu lông cường độ cao: Bu lông loại ma sát áp dụng tiêu chí thiết kế chống trượt với độ an toàn và độ ổn định cao hơn, phù hợp với các kết cấu chịu tải trọng rung, tải trọng động và các điều kiện chịu tải chính; bu lông loại ổ trục cho phép hạn chế trượt và có khả năng chịu lực cao hơn, áp dụng cho các kết cấu chịu tải tĩnh.

2.3 Cụm bu lông cường độ cao hình lục giác lớn

Một cụm bu lông cường độ cao hình lục giác lớn hoàn chỉnh bao gồm một bu lông cường độ cao, một đai ốc và hai vòng đệm.

Trước khi thi công chính thức, bu lông thô được sử dụng để cố định tạm thời và căn chỉnh chính xác các bộ phận. Sau khi hiệu chỉnh, các bu lông thô trong nhóm bu lông được thay thế bằng các bu lông cường độ cao lần lượt từ tâm ra hai bên, tiếp theo là siết ban đầu, siết chặt lặp lại và siết chặt lần cuối. Một vòng đệm phải được lắp vào mỗi bên của thanh bu lông trong quá trình lắp ráp.

Tiêu chuẩn mô-men xoắn thi công: Mô-men xoắn siết ban đầu bằng 50% mô-men xoắn siết cuối cùng; mô-men xoắn siết chặt lặp lại bằng với mô-men xoắn siết chặt cuối cùng, giúp loại bỏ các khoảng trống lắp ráp và đồng nhất lực căng trước của bu lông. Công thức tính mô men xoắn siết chặt cuối cùng: Tc=K×Pc×d. Trong đó: Tc=mô men xoắn siết chặt cuối cùng (N·m); hệ số mô men xoắn K =; Pc=lực dự ứng lực thi công (kN); d=đường kính danh nghĩa của bu lông (mm). Cờ lê lực phải được hiệu chuẩn trước mỗi lần sử dụng để đảm bảo độ chính xác khi thi công.

2.4 Lắp ráp bu lông cường độ cao loại Torshear

Một loại Torshear hoàn chỉnhbu lông cường độ cao cụm lắp ráp bao gồm một bu lông xoắn, một đai ốc và một vòng đệm, chỉ có một vòng đệm được lắp ở phía đai ốc thay vì vòng đệm hai mặt.

Công thức tính mô men xoắn ban đầu: Tc=0.065×Pc×d. Trong đó: Tc=mô-men xoắn siết chặt ban đầu (N·m); Lực căng trước công trình Pc=(kN); d=đường kính bu lông danh nghĩa (mm). Cờ lê xoắn đặc biệt được sử dụng để siết chặt lần cuối, quá trình này được hoàn thành sau khi đuôi hoa mận ở đầu bu lông được vặn ra. Bu lông Torshear có khả năng kiểm soát chất lượng kết cấu cao, với sự giám sát chất lượng tập trung vào kiểm tra toàn bộ quy trình và kiểm soát quy trình.