Типы монтажных соединений

Монтажными соединениями называют места примыкания отправных элементов металлоконструкций. Выполнение этих соединений производится на монтажной площадке на земле (при укрупнительной сборке) или в проектном положении (при монтаже).
Монтажные соединения можно разделить на две группы: монтажные стыки — соединения частей конструктивных элементов, размеры которых превышают предельные габариты отправочных марок (стыки колонн, ферм, подкрановых балок, отдельных элементов листовых конструкций) и монтажные узлы — соединения различных конструктивных элементов между собой (колонны с фундаментом, фермы с колонной, подкрановой балки с колонной и т.д.).
Конструктивные решения монтажных соединений должны обеспечивать надежную и долговременную работу конструкций по принятой в расчетах схеме и отвечать требованиям технологичности изготовления и монтажа конструкций.
Монтажные соединения делятся на несколько типов: сварные, болтовые, заклепочные и специальные (на дюбелях, самонарезающих винтах, специальных заклепках с закаткой тонколистовых элементов). Иногда применяются также шаровые, скользящие или катучие опорные соединения. В дальнейшем возможно развитие и других типов соединений, например, на осях большого диаметра или с другими решениями, предусматривающими механическую обработку деталей соединений на заводах-изготовителях.
Типы монтажных соединений назначаются в зависимости от параметров сооружения и его конструктивных элементов, характера нагрузок и усилий, возникающих в соединениях при эксплуатации, а также с учетом трудоемкости выполнения соединений при изготовлении и монтаже,
В некоторых случаях на выбор типа монтажных стыков и узлов могут влиять объем монтажных работ на данной монтажной площадке, а также традиции и возможности монтажных организаций, выполняющих монтаж сооружения.
Каждый тип монтажных соединений имеет свою вполне определенную область рационального применения. С течением времени совершенствуются и развиваются одни типы соединений и утрачивают свою популярность другие. Например, до недавнего времени клепка была наиболее распространенным типом монтажных соединений. Клепка широко использовалась также при изготовлении конструкций. Однако в результате успешного развития и широкого внедрения сварки и появления высокопрочных болтов клепка применялась все реже, так как технологический процесс ее выполнения достаточно сложен и трудоемок, а качество выполнения работ и производительность в большой мере зависят от квалификации и умения взаимодействовать между собой клепальщика, его помощника и нагревальщика. В 1960-е годы в Москве были смонтированы клепаные несущие балки перекрытия пролетом 56 м над зрительным залом здания Дворца Съездов в Кремле, большепролетного павильона на ВВЦ; заклепки использовались в стыках листов мембранного покрытия над большим спортивным сооружением в С.-Петербурге. Применение заклепок в этих ответственных сооружениях объясняется проверенной временем высокой надежностью заклепочных соединений. В настоящее время заклепочные соединения в нашей стране практически не применяются.
Различные виды болтовых соединений широко распространены в конструкциях одноэтажных производственных зданий.
Высокопрочные болты применяются в стыках подкрановых балок больших пролетов и большой высоты, в стыках сильно нагруженных балок, а также во фланцевых стыках ферм, колонн, рамных узлов примыкания балок к колоннам и в других узлах одно- и многоэтажных зданий.

Сварка применяется для соединения листовых конструкций (кожухи доменных печей, кожухи воздухонагревателей, мембранные покрытия и т.п.), в которых помимо прочности требуется обеспечение плотности. Кроме того, сварка часто используется в стыках и монтажных узлах, где требуется повышенная жесткость — в рамных узлах и в узлах примыкания элементов связей.
Специальные типы соединений (на дюбелях, самонарезающих болтах, комбинированных заклепках, на контактной точечной сварке) применяются для крепления листов стального оцинкованного профилированного настила.
В болтовых соединениях используются болты и гайки нескольких классов точности в зависимости от чистоты обработки поверхности и классов прочности в соответствии с прочностными характеристиками материалов и термообработки (рис. 7.1; табл. 7.1).
Болты класса точности С (грубой точности) по ГОСТ 15 589—70, гайки по ГОСТ 15 526—70* и шайбы по ГОСТ 11 371—78 наиболее распространены на монтаже металлоконструкций. СНИП 3.03.01—87 «Несущие и ограждающие конструкции» определено применение болтов диаметром 12, 16, 20, 24, 30 и 36 мм, а для конструкций опор электропередач применяются также болты диаметром 14 и 27 мм. Болты класса точности С и В (грубой и нормальной точности) используют в узлах с непосредственным опиранием одного элемента на другой, в узлах с передачей вертикального усилия через опорный столик (нож), во фланцевых соединениях, т.е. там, где болты работают на растяжение, а не на срез и смятие. Шайбы должны обязательно устанавливаться под головки болтов и гайки постоянных болтов — не более двух под гайку и не более одной под головку болта. В местах примыкания головки и гайки к наклонным поверхностям устанавливают выравнивающие косые шайбы (по ГОСТ 10 906—78). Для исключения самопроизвольного раскручивания и ослабления гаек при постановке постоянных болтов применяются контргайки (вторые гайки) или пружинные шайбы (по ГОСТ 6402—70). He допускается применение болтов класса точности С и В в соединениях со знакопеременными усилиями из-за повышенной деформативности соединений с такими болтами при изменениях направления усилий.

Болты класса точности А (повышенной точности) по ГОСТ 7805—70 с гайками по ГОСТ 5927—70 и шайбами по ГОСТ 113171—78 применяются в узлах и стыках, где болты работают на срез (смятие). Болты класса точности А (повышенной точности) отличаются от болтов класса точности В и С (нормальной и грубой точности) более высокой чистотой обработки гладкой части стержня, непосредственно воспринимающей усилия, действующие на болт. Диаметры отверстий для этих болтов назначаются равными номинальному диаметру болтов. Перед установкой болтов повышенной точности требуется рассверловка (или прочистка) отверстий нa номинальный диаметр. После этого стержни (при изготовлении которых допускаются только минусовые отклонения) достаточно плотно заполняют отверстия и все болты в узле включаются в работу практически одновременно.
В металлоконструкциях башенных и козловых строительных кранов, где производится многократная сборка и разборка монтажных стыков и в других аналогичных конструкциях используются болты с шестигранной уменьшенной головкой класса точности А для отверстий из-под развертки по ГОСТ 7838—80. Диаметр гладкого стержня этих болтов на 1—2 мм больше номинального диаметра резьбы. Это позволяет многократно использовать болт (и даже забивать и выбивать его) не повреждая резьбу. Длина гладкой части стержня таких болтов должна строго соответствовать толщине пакета в узлах, где эти болты применяются. Соединения на высокопрочных болтах сочетают в себе положительные качества заклепочных соединений — большую несущую способность с простотой установки. Эти болты практически во всех случаях могут заменить болты повышенной точности и заклепки. Диаметр отверстий под высокопрочные болты на 3—9 мм превышает их номинальный диаметр, так как эти болты сами работают только на растяжение, а не на срез. При установке высокопрочных болтов производится их обязательное натяжение на вполне определенное усилие, которое обжимает поверхности элементов пакета, и силы трения препятствуют взаимному смещению элементов в монтажных стыках и узлах. Такие соединения называют фрикционными или сдвигоустойчивыми.
Высокопрочные болты эффективно применяются и во фланцевых соединениях, где работают, как обычные растянутые болты с большой несущей способностью.
Наиболее часто употребляются высокопрочные болты диаметром 24 мм с усилием предварительного натяжения 250 кН.
Болты, гайки и шайбы изготовляют из различных марок стали. По прочностным свойствам болты подразделяются на несколько классов прочности, которые обозначают двумя цифрами или числами (например 3.6; 4.6; 6.8; 8.8; 12.9). Первое число, умноженное на 100, обозначает минимальное временное сопротивление в МПа; второе число, умноженное на 10, определяет отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Например, болты класса прочности 4.6 должны иметь временное сопротивление не менее σв = 400 МПа, предел текучести не менее σт = 240 МПа (60% от σв).
Допускается заменять болты более низких классов прочности болтами более высоких классов прочности.
В настоящее время в соединениях с болтами без контролируемого напряжения наиболее распространены болты класса прочности 4.6; 5.8.
Марки сталей, из которых изготовляют болты различных классов прочности, и механические свойства сталей указаны в ГОСТ 1759.4—87.
Класс прочности гаек обозначается одной цифрой или числом, которое при умножении на 100 показывает напряжение от испытательной нагрузки в МПа. Марки сталей для гаек указаны в ГОСТ 1759.5—87.