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Specifiche per l'installazione dei bulloni nelle strutture in acciaio
Nell'ingegneria delle strutture in acciaio, bullone collegamento, in quanto metodo di assemblaggio del nucleo, la qualità della sua installazione è direttamente correlata alla sicurezza e alla durata dell'edificio. Le specifiche di installazione per bulloni per strutture in acciaio non sono solo un insieme di standard tecnici, ma anche la pietra angolare per garantire la qualità del progetto. Secondo i requisiti normativi vigenti, i collegamenti bullonati devono soddisfare i tre principali indicatori di resistenza, rigidezza e stabilità. Qualsiasi trascuratezza in un collegamento può comportare il rischio di cedimento strutturale. Ad esempio, quando la deviazione del precarico dei bulloni ad alta resistenza supera il 10%, la capacità portante del nodo può diminuire di oltre il 15%. Il sistema standard prevede un controllo a circuito chiuso dalla selezione dei materiali alle tecniche di costruzione: bulloni, dadi e rondelle devono formare coppie di collegamento corrispondenti, il trattamento superficiale di attrito deve raggiungere lo standard di rimozione della ruggine di grado Sa2.5 e la sequenza di installazione segue il principio di diffusione dal centro alla periferia. Questo requisito raffinato deriva dalle caratteristiche uniche di capacità portante delle strutture in acciaio: quando un gruppo di bulloni sostiene congiuntamente il carico, l'errore di installazione di un singolo bullone amplifica l'impatto complessivo attraverso la ridistribuzione delle sollecitazioni. Pertanto, le restrizioni apparentemente rigide nelle specifiche, come la tolleranza del diametro del foro ±0,5 mm e la coppia di serraggio finale ±10%, sono in realtà soglie di sicurezza verificate attraverso un gran numero di progetti di ingegneria. In termini di scelta del materiale, la proprietà di abbinamento delle coppie di bulloni di collegamento della struttura in acciaio influisce direttamente sulle prestazioni dei nodi. Le specifiche stabiliscono chiaramente che bulloni, dadi e rondelle ad alta resistenza devono provenire dallo stesso lotto di prodotti e che i loro materiali devono essere conformi agli standard degli acciai legati, come 20MnTiB o 40Cr, con un grado di resistenza non inferiore a 10,9. Questa stretta corrispondenza può impedire l'attenuazione della forza di precarico causata da differenze nei processi di trattamento termico. Ad esempio, quando si mescolano bulloni provenienti da lotti diversi, la fluttuazione del coefficiente di coppia può superare il limite massimo di progetto di 0,15. Per i collegamenti ad attrito, la superficie smussata della rondella deve essere installata rivolta verso la superficie conica del dado. Aumentando l'area di contatto, è possibile distribuire meglio le sollecitazioni. Gli esperimenti dimostrano che questa misura può aumentare il coefficiente di scivolamento del giunto dall'8% al 12%. Per i collegamenti a bullone ordinari, si dovrebbe seguire il principio delle doppie rondelle: una rondella piana dovrebbe essere posizionata su ciascuna testa del bullone e sul lato del dado. Se è richiesta una funzione antiallentamento, è possibile aggiungere rondelle elastiche sul lato del dado, ma il numero totale non dovrebbe superare tre per evitare la concentrazione di sollecitazioni locali causata dall'impilamento delle rondelle.Vale la pena notare che la specifica proibisce in particolare l'uso misto di bulloni a testa esagonale larga e bulloni a coppia-taglio sullo stesso nodo, poiché i meccanismi di controllo del precarico dei due tipi di bulloni sono diversi. La combinazione di questi ultimi porterà a una distribuzione non uniforme della forza assiale. I dati misurati mostrano che la deviazione può raggiungere oltre il 20% del valore standard. Il trattamento della posizione dei fori prima dell'installazione dei bulloni è un processo preparatorio fondamentale per garantire la qualità della connessione. Le specifiche stabiliscono che tutti i fori per i bulloni devono essere prefabbricati in fabbrica utilizzando macchinari CNC. In loco, per la rifinitura sono ammessi solo alesatori o lime e il diametro dei fori alesati non deve superare 1,2 volte il diametro nominale dei bulloni. Ad esempio, il diametro massimo del foro dei bulloni M20 può essere aumentato solo fino a 24 mm. Il superamento di questo limite può comportare una riduzione dello spessore della piastra di collegamento, con conseguente diminuzione di circa il 18% della capacità portante al taglio. In caso di disallineamenti nella posizione dei fori causati da errori di fabbricazione, il taglio a gas per l'alesatura è severamente vietato. È necessario utilizzare un alesatore per rifinire e rimuovere le bave. I residui di limatura di ferro aumenteranno significativamente il rischio di contaminazione sulla superficie di attrito. I collegamenti di fissaggio temporanei sono altrettanto rigorosi: il numero di bulloni di installazione non deve essere inferiore a un terzo del numero totale di bulloni di nodo e non inferiore a 2, e l'uso di chiodi punzonati deve essere controllato entro il 30% dei bulloni temporanei. Questo controllo proporzionale non solo garantisce la stabilità del posizionamento dei componenti, ma evita anche l'eccessiva occupazione delle posizioni dei fori da parte dei chiodi, che potrebbero influire sulla penetrazione dei bulloni ad alta resistenza. Nella costruzione effettiva, viene spesso adottato il metodo di filettatura progressiva, che prevede prima la filettatura dei bulloni a entrambe le estremità e poi l'aggiunta del bullone centrale. Questo può ridurre il battito forzato causato dalla deviazione della posizione del foro e aumentare il tasso di qualificazione della filettatura dei bulloni a oltre il 98%. Per i componenti inclinati, è necessario prevedere uno spazio operativo compreso tra 5° e 10°. È consigliabile utilizzare manicotti estesi per facilitare la filettatura, evitando così di danneggiare le filettature dei bulloni a causa di limitazioni angolari. Il processo di serraggio dei bulloni è un elemento tecnico fondamentale nell'installazione di strutture in acciaio. Le specifiche richiedono chiaramente l'adozione di un metodo di serraggio graduale per garantire la distribuzione uniforme del precarico. Per i collegamenti a bullone ordinari, questi devono essere serrati simmetricamente dal centro verso entrambe le estremità. La coppia di serraggio deve essere controllata con una chiave dinamometrica e la filettatura esposta deve essere mantenuta entro un intervallo di 2-3 giri. I collegamenti a bullone ad alta resistenza sono ancora più rigorosi e devono seguire un processo in due fasi: serraggio iniziale e serraggio finale: la coppia di serraggio iniziale deve raggiungere il 60-80% della forza assiale standard e il serraggio finale deve essere completato lo stesso giorno. Per nodi di grandi dimensioni, è richiesto anche un nuovo serraggio. Prendiamo come esempio il bullone M20 ad alta resistenza. La sua coppia di serraggio iniziale è di circa 176,5 Nm, mentre la coppia di serraggio finale deve raggiungere i 294,2 Nm, con una deviazione non superiore a ±10%. La sequenza di serraggio segue il principio della priorità di rigidezza, ovvero si estende dalla parte più vincolata della struttura all'estremità libera e, nello stesso nodo, viene serrata in modo da estendersi dal centro alla periferia. Questa sequenza può prevenire efficacemente la perdita di forza assiale causata dalla deformazione della piastra in acciaio. I dati misurati mostrano che l'uniformità della forza assiale della sequenza standard è superiore del 35% rispetto a quella del serraggio casuale. Per i bulloni di tipo coppia-taglio, il serraggio finale è contrassegnato come qualificato quando la testa a stella viene rimossa. Il numero di bulloni che rimangono svitati non deve superare il 5% del totale. In edilizia, il metodo di marcatura a colori viene spesso utilizzato per distinguere i bulloni da serrare inizialmente da quelli da serrare definitivamente. Ad esempio, il bianco viene utilizzato per contrassegnare il serraggio iniziale e il rosso per contrassegnare il serraggio definitivo, per evitare di sbagliare il serraggio. In aree con spazio limitato, è consigliabile utilizzare una chiave a bussola allungata per garantire una trasmissione precisa della coppia. La lunghezza della bussola non deve generalmente superare 1,5 volte il diametro del bullone. Nel collegamento tramite bulloni di strutture in acciaio, il trattamento delle superfici di attrito è un elemento fondamentale per garantire le prestazioni antiscivolo dei nodi. Le norme richiedono che le superfici di contatto siano mantenute asciutte e pulite. Macchie d'olio, ruggine o residui di vernice sono severamente vietate. Durante i lavori di costruzione, nei giorni di pioggia, è obbligatorio adottare misure di protezione dall'umidità. I metodi di trattamento della superficie di attrito includono la sabbiatura (pallinatura), la pulizia con spazzola metallica, ecc. La sua rugosità deve raggiungere Ra=25-75μm e il valore di prova del coefficiente antiscivolo non deve essere inferiore a 1,13 volte il valore di progetto.Ad esempio, dopo un trattamento di sabbiatura di grado Sa2.5, il coefficiente antiscivolo della superficie di attrito può raggiungere stabilmente un valore superiore a 0,45, mentre se pulito solo con una spazzola metallica, questo valore può essere inferiore a 0,35. Durante la costruzione, è necessario prestare particolare attenzione alla protezione della superficie di attrito per evitare inquinamento o danni secondari. Eventuali graffi o schizzi di scorie di saldatura possono comportare una riduzione del 15-20% della capacità portante del nodo. Per i nodi saldati in loco, la specifica stabilisce che la distanza tra l'area di saldatura e la superficie di collegamento dei bulloni deve essere maggiore di 100 mm per evitare che la zona interessata dal calore alteri le prestazioni della superficie di attrito. La fase di accettazione è l'ultima linea di difesa per il controllo di qualità dell'installazione dei bulloni nelle strutture in acciaio. Gli standard richiedono l'esecuzione di più ispezioni su ogni nodo chiave. Per bullone ad alta resistenza Per le connessioni, i controlli di coppia a campione devono essere effettuati sul 10% del numero di nodi. Quando si utilizza il metodo di rilevamento della coppia, la deviazione della coppia di serraggio finale non deve superare ±10%. L'accettazione dei bulloni a coppia di taglio è direttamente indicata dalla rottura della testa a fiore di prugna. La percentuale di bulloni integri deve essere controllata entro il 5% e la lunghezza della filettatura esposta deve essere mantenuta tra 2 e 3 giri. La prova del coefficiente di scivolamento è un elemento di ispezione obbligatorio. Per le prove di carico vengono utilizzate provette a doppio attrito, il cui valore medio non deve essere inferiore a 1,13 volte il valore di progetto. Anche il valore minimo di una singola provetta non deve essere inferiore al valore di progetto. Per i collegamenti a bullone ordinari, i punti chiave da verificare sono se le impostazioni della guarnizione rispettano il principio della doppia guarnizione, se le direzioni di inserimento dei bulloni sono uniformi e utilizzare uno spessimetro per rilevare la distanza della piastra di collegamento. Se la distanza supera 1 mm, è necessario installare una guarnizione di regolazione. Tutti i dati di accettazione devono essere registrati per iscritto, comprese le informazioni chiave quali i valori di rilevamento della coppia, le condizioni del trattamento superficiale di attrito e la sequenza di serraggio dei bulloni, che fungeranno da base giuridica per l'accettazione del progetto.