Общие сведения о заклепочных и болтовых соединениях

Заклепочные соединения начали применять в 30-е годы 20-ого века. Особенно широкое распространение они получили при появлении сортамента. Были созданы совершенны конструкции, которые эксплуатируются и до нашего времени.

В строительстве наиболее ходовые заклепки диаметром 16, 18, 20, 22, 24, 27 и 30 мм. Диаметр отверстия под заклепку на 1...1,5 мм больше диаметра заклепки. Отверстия под заклепку выполняют продавливанием или просверливанием. Продавливание осуществляется пуансоном на дыропробивных станках. При этом способе точность изготовления отверстий невелика (появляется "чернота", т.е. несовпадение отверстий). Кроме перечисленных способов существует смешанный способ: сначала отверстие продавливают, а затем просверливают по кондуктору.

Заклепки ставят двумя способами: горячим и холодным. При горячем способе заклепку, нагретую до температуры 800... 1000⁰ С (до светло-красного цвета), вставляют в отверстие и сжимают, при этом заполняется зазор между заклепкой н листами, образуется оловка и металл нагревается. Клепку заканчивают при температуре заклепки 700⁰С. Медленное остывание и проковка благоприятно сказываются на повышении механических характеристик металла заклепки. После клепки металл остывает и стягивает детали. Напряжение в заклепках может достигать 140... 160 МПа. Клепку выполняют пневмомолотками или скобой с гидравлическим приводом. При холодной клепке заклепка устанавливается в холодном состоянии. Напряжение в заклепке составляет 30...50 МПа.

Заклепка в соединении работает на срез, если сила трения по контактной поверхности меньше нагрузки, то соединение работет упруго. При повышении внешней нагрузки происходит сдвиг, в результате которого заклепка срезается либо происходит отрыв головки. Кроме этого, заклепочное соединение работает на смятие. Несущая способность зависит от числа срезов и толщины сминаемого металла. Чем больше срезов, тем прочнее соединении. В заклепочном соединении заклепки отдают неравномерно, а в экстремальных условиях работают крайние заклепки.

Болтовые соединения стали применять раньше заклепочных (в чугунных конструкциях), однако, заклепочные соединения вытеснили болтовые. Начиная с 20х годов прошлого столетия, заклепочные соединения были вытеснены сваркой. В последние годы получили распространение "Фрикционные соединения" - соединения, работающие за счет прения, это соединения на высокопрочных болтах. Впервые высокопрочные болты стали применяться для ремонта мостов при замене неисправных заклепок.

В строительстве применяются болты грубой, нормальной и повышенной точности, высокопрочные болты диаметром 10...30 мм и анкерные болты диаметром до 90 мм.

Болты грубой и нормальной точности изготавливаются из малоуглеродистой стали =380 МПа, =230...240 МПа), отверстия под них на 1,5...3 мм больше диаметра болта.

В большинстве случаев болты работают аналогично заклепкам и рассчитывают их как и заклепочные соединения (расчет на срез, смятие, отрыв головки). При больших нагрузках, когда применять сварку нецелесообразно (из-за больших остаточных деформаций) и особенно при вибрационных нагрузках переходят к соединениям на высокопрочных болтах.

Соединения на высокопрочных болтах отличаются от соединений на обычных болтах тем, что высокопрочные болты работают только на растяжение. Наиболее ходовые диаметры болтов 18, 20, 22, 24 мм, но применяются также и болты диаметром 27 и 30 мм. Отверстия под болты на 2...3 мм больше диаметра болта. Болты изготавливают из Ст.5, Ст.40, Ст.40Х (сталь легированная и подвергнутая термической обработке). Предел временного сопротивления =1200...1600 МПа.

Несущая способность соединения на высокопрочных болтах обеспечивается за счет сил трения, нормы расчета не допускают сдвига. Болты изготовляют из круглой стали с нарезкой резьбы или штампуют и закаливают. Чем выше предел сопротивления стали болта, тем меньше пластичность, т.е. возможно хрупкое разрушении. Необходимо стремиться к высокой прочности и достаточной прочности стали болтов.

В настоящее время высокопрочные болты применяют для монтажных соединений при строительстве ответственных и тяжелонагруженных конструкций и сооружений (мосты, каркасы сталеплавильных цехов, каркасы высотных зданий, спецсооружения и др.)