RU2413098C1 - Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength - Google Patents
Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413098C1 RU2413098C1 RU2009142477/11A RU2009142477A RU2413098C1 RU 2413098 C1 RU2413098 C1 RU 2413098C1 RU 2009142477/11 A RU2009142477/11 A RU 2009142477/11A RU 2009142477 A RU2009142477 A RU 2009142477A RU 2413098 C1 RU2413098 C1 RU 2413098C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bolt
- shear
- force
- bolts
- metal structure
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 18
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 claims 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005270 abrasive blasting Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000009418 renovation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к методам диагностики фрикционных соединений металлоконструкций с высокопрочными болтами, но может быть использовано для определения фактического напряженно-деформированного состояния болтовых соединений в различных конструкциях, в частности стальных мостовых конструкциях, как находящихся в эксплуатации, так и при подготовке отдельных узлов к монтажу.The invention relates to methods for diagnosing frictional joints of metal structures with high-strength bolts, but can be used to determine the actual stress-strain state of bolted joints in various structures, in particular steel bridge structures, both in operation and in the preparation of individual units for installation.
Мостовые пролетные металлоконструкции соединяются с помощью сварки (неразъемные), а также с помощью болтовых фрикционных соединений, в которых передача усилия обжатия соединяемых элементов высокопрочными метизами осуществляется только силами трения по контактным плоскостям усилием обжатия болтов до 22 т и выше.Bridge span metal structures are connected by welding (one-piece), as well as by means of friction bolted joints, in which the compression force of the connected elements is transmitted by high-strength hardware only by friction forces along the contact planes with the compression force of bolts up to 22 t and above.
Расчетное предельное состояние фрикционного соединения характеризуется наступлением общего сдвига по среднему ряду болтов. Сдвигающее усилие, отнесенное к одному высокопрочному болту и одной плоскости трения, определяют по формуле:The estimated limiting state of the friction joint is characterized by the onset of a general shift along the middle row of bolts. The shear force assigned to one high-strength bolt and one plane of friction is determined by the formula:
В настоящее время основным нормативными показателями несущей способности фрикционных соединений с высокопрочными болтами, которые отражаются в проектной документации, являются усилие натяжения болта и нормативный коэффициент трения, с учетом условий работы фрикционного соединения. Нормативное усилие натяжения болтов назначается с учетом механических характеристик материала и его определяют по формуле:
Как на стадии сборки соединений, так и в случае проведения ремонтных работ с разборкой ранее выполненных соединений важными являются вопросы оценки коэффициентов трения по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов. Этот вопрос приобретает особую актуальность в случае сочетания металлических поверхностей, находящихся в эксплуатации с новыми элементами, а также для оценки возможности повторного использования высокопрочных болтов. В качестве нормативного коэффициента трения принимается среднестатистическое значение, определенное по возможно большему объему экспериментального материала раздельно для различных методов подготовки контактных поверхностей.Both at the stage of assembling the joints, and in the case of carrying out repair work with the dismantling of previously made joints, the issues of evaluating the friction coefficients on the contacting surfaces of the connected elements are important. This issue is particularly relevant in the case of a combination of metal surfaces in operation with new elements, as well as to assess the possibility of reuse of high-strength bolts. As the standard coefficient of friction, the average statistical value is determined, determined by the largest possible amount of experimental material separately for various methods of preparing contact surfaces.
Практикой выполнения монтажных работ установлено, что наиболее эффективно сдвигоустойчивость контактных соединений выполняется при коэффициенте трения поверхностей f≥0,55. Это значение можно принять в качестве основного критерия сдвигоустойчивости, и оно соответствует исходному значению Ктр. для монтируемых стальных контактных поверхностей, обработанных непосредственно перед сборкой абразивно-струйным методом с чистотой очистки до степени Sa 2,5 и шероховатостью Rz≥40 мкм. Сдвигающие усилия определяют обычно по показаниям испытательного пресса, а обжимающие - по суммарному усилию натяжения болтов. Отклонение усилия натяжения и возможные их изменения при эксплуатации могут приводить к тем или иным неточностям в определении коэффициентов трения.The practice of installation work has established that the most effective shear resistance of contact joints is performed at a friction coefficient of surfaces f≥0.55. This value can be taken as the main criterion of shear stability, and it corresponds to the initial value of Ktr. for mounted steel contact surfaces treated immediately before assembly by the abrasive-jet method with a purity of up to Sa 2.5 and a roughness of Rz≥40 μm. Shear forces are usually determined by the test press, and compressive forces are determined by the total tension of the bolts. The deviation of the tension force and their possible changes during operation can lead to certain inaccuracies in the determination of the friction coefficients.
Частично, указанная проблема сохранения требуемой шероховатости контактных поверхностей и обеспечения требуемой величины f≥0,55 решена применением разработанного НПЦ Мостов съемного покрытия «Контакт» (патент РФ №2344149 на изобретение «Антикоррозионное покрытие и способ его нанесения», которое обеспечивает временную защиту от коррозии отдробеструенных в условиях завода колотой стальной дробью контактных поверхностей мостовых пролетных конструкций на период их транспортировки и хранения в течение 1-1,5 лет (до начала монтажных работ на строительном объекте). Непосредственно перед монтажом покрытие «Контакт» подрезается ножом и ручным способом легко снимается «чулком» с контактных поверхностей, после чего сборка конструкций может производиться без проведения дополнительной абразивно-струйной очистки.In part, the indicated problem of maintaining the required roughness of the contact surfaces and providing the required value f≥0.55 was solved by the use of the Contact developed by the NPC Bridges of the removable coating (RF patent No. 2344149 for the invention “Anticorrosion coating and method of its application”, which provides temporary protection against corrosion the contact surfaces of bridge spans, which have been cracked at the plant with steel shot, for the period of their transportation and storage for 1-1.5 years (before installation works on immediately before installation, the “Contact” coating is cut with a knife and manually removed easily from the contact surfaces by “stocking”, after which the structures can be assembled without additional abrasive blasting.
Однако в связи с тем, что в обычной практике проведение монтажно-транспортных операций с пролетными строениями осуществляется с помощью захватов, фиксируемых в отверстиях контактных поверхностей, временное защитное покрытие «Контакт» в районе установки захватов повреждается. На строительном объекте приходится производить повторную абразивно-струйную обработку присоединительных поверхностей, т.к. они после длительной эксплуатации на открытом воздухе обильно покрыты продуктами ржавления. Выполнение дополнительной очистки значительно увеличивает трудоемкость монтажных работ. Кроме того, в условиях открытой атмосферы и удаленности строительных площадок мостов от промышленных центров требуемые показатели очистки металла труднодостижимы, что, в конечном счете, вызывает снижение фрикционных показателей, соответственно снижение усилий обжатия высокопрочных метизов, а следовательно, приводят к снижению качества монтажных работ.However, due to the fact that in normal practice, mounting and transport operations with spans are carried out using grippers fixed in the holes of the contact surfaces, the temporary “Contact” protective coating in the area of the gripper installation is damaged. At the construction site, it is necessary to perform repeated abrasive blasting of the connecting surfaces, as after prolonged use in the open air they are richly coated with rust products. Performing additional cleaning significantly increases the complexity of installation work. In addition, in conditions of an open atmosphere and the remoteness of bridge construction sites from industrial centers, the required metal cleaning indicators are difficult to achieve, which ultimately causes a decrease in frictional indicators, respectively, a reduction in the compression efforts of high-strength hardware, and therefore lead to a decrease in the quality of installation work.
Эксплуатация мостовых конструкций, срок службы которых составляет 80-100 лет, подразумевает постоянное воздействие на контактные соединения климатических факторов, соответствующих в пределах Российской Федерации умеренно-холодному климату (У1), а также циклических сдвиговых нагрузок от транспорта, движущегося по мостам, поэтому со временем требуется замена узлов металлоконструкции. Более того, в настоящее время обработка металлических поверхностей металлоконструкций осуществляется в заводских условиях, и при поставке их указываются сведения об условиях обработки поверхности, усилие натяжения высокопрочных болтов и т.п.The operation of bridge structures, the service life of which is 80-100 years, implies a constant impact on the contact joints of climatic factors corresponding to the moderate cold climate (U1) within the Russian Federation, as well as cyclic shear loads from vehicles moving along bridges, therefore over time Replacement of metal structure nodes is required. Moreover, at present, the processing of metal surfaces of metal structures is carried out in the factory, and upon delivery they indicate information about the conditions of surface treatment, the tension force of high-strength bolts, etc.
Однако момент поставки и монтаж металлоконструкции может разделять большой временной период, поэтому возникает необходимость проверки фактической надежности работы фрикционного соединения с высокопрочными болтами перед монтажом, для обеспечения надежности при их эксплуатации, причем возможность проверки предусмотрена условиями поставки посредством приложения тестовых пластинHowever, the time of delivery and installation of metal structures can be separated by a large time period, so there is a need to verify the actual reliability of the friction joint with high-strength bolts before installation, to ensure reliability during their operation, and the possibility of verification is provided for by the delivery conditions by application of test plates
Анализ тенденций развития и современного состояния проблемы в целом свидетельствует о необходимости совершенствования диагностической и инструментальной базы, способствующей повышению эффективности реновационных и ремонтных работ конструкций различного назначения.An analysis of development trends and the current state of the problem as a whole indicates the need to improve the diagnostic and instrumental base, which will increase the efficiency of renovation and repair work on structures for various purposes.
Качество фрикционных соединений на высокопрочных болтах, в конечном итоге, характеризуется отсутствием сдвигов соединяемых элементов при восприятии внешней нагрузки как на срез, так и растяжение. Сопротивление сдвигу во фрикционных соединениях можно определять по формуле:The quality of friction joints on high-strength bolts, in the end, is characterized by the absence of shear of the connected elements during the perception of the external load both in shear and in tension. Shear resistance in frictional joints can be determined by the formula:
Rbh - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта; Yb - коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества (n) болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия; Abn - площадь поперечного сечения болта; f - коэффициент трения по соприкасающимся поверхностям соединенных элементов; Yh - коэффициент надежности, зависящий от способа натяжения болтов, коэффициента трения f, разницы между диаметрами отверстий и болтов, характера действующей нагрузки (Рабер Л.М. Соединения на высокопрочных болтах, Днепропетровск: Системные технологии, 2008 г., с.8-10).R bh is the calculated tensile strength of the high strength bolt; Y b is the coefficient of the operating conditions of the connection, depending on the number (n) of bolts required to absorb the design effort; A bn is the cross-sectional area of the bolt; f is the coefficient of friction on the contacting surfaces of the connected elements; Y h is the reliability coefficient, depending on the method of tensioning the bolts, the friction coefficient f, the difference between the diameters of the holes and the bolts, the nature of the current load (Raber L.M. Connections on high-strength bolts, Dnepropetrovsk: System Technologies, 2008, p.8- 10).
Известен способ определения коэффициента закручивания резьбового соединения (патент РФ №2148805, G01L 5/24, опубл. 10.05.2000 г.), заключающийся в отношении измеряемого момента закручивания гайки к произведению определяемого усилия натяжения болта на его диаметр. Измерения проводят без извлечения болта из конструкций, путем затягивания гайки на контролируемую величину угла ее поворота от исходного положения с замером значения момента закручивания в области упругих деформаций и определения приращения момента затяжки. Приращение усилия натяжения болта определяют по формуле (4):A known method for determining the coefficient of twisting of a threaded connection (RF patent No. 2148805, G01L 5/24, publ. 05/10/2000), which consists in respect to the measured moment of twisting of the nut to the product of the determined force of tension of the bolt on its diameter. The measurements are carried out without removing the bolt from the structures, by tightening the nut by a controlled value of its rotation angle from the initial position with measuring the value of the twisting moment in the region of elastic deformations and determining the increment of the tightening torque. The increment of the tension of the bolt is determined by the formula (4):
А, А22 - площади поперечного сечения, мм2; a, a22 - шаг резьбы испытываемого болта и болта диаметром 22 мм2; αi - угол поворота гайки от исходного положения; σ - толщина пакета деталей, соединенных испытываемым болтом, мм.A, A 22 - cross-sectional area, mm 2 ; a, a 22 - thread pitch of the tested bolt and bolt with a diameter of 22 mm 2 ; α i is the angle of rotation of the nut from its original position; σ is the thickness of the package of parts connected by the test bolt, mm.
Следует отметить, что измерение значения момента закручивания гайки производятся с неизвестными коэффициентами трения контактных поверхностей и коэффициентом закручивания, т.к. затягивание гайки на заданную величину поворота (α=60°) от исходного положения производят после предварительного ее ослабления, поэтому он может отличаться от расчетного (нормативного), что не позволяет определить фактические значения усилий в болтах как при затяжке, так и при эксплуатационных нагрузках. Невозможность точной оценки усилий приводит к необходимости выбора болтов и их количества на основании так называемого расчета в запас.It should be noted that the measurement of the value of the torque of the nut is made with unknown friction coefficients of the contact surfaces and the coefficient of twisting, because tightening the nut by a predetermined amount of rotation (α = 60 °) from the initial position is carried out after its preliminary loosening, therefore, it may differ from the calculated (normative) one, which does not allow determining the actual values of the efforts in the bolts both during tightening and under operational loads. The impossibility of an accurate assessment of efforts leads to the need to select bolts and their number on the basis of the so-called calculation in stock.
В процессе патентного поиска выявлено много устройств, реализующих измерение усилия сдвига (силы трения покоя), например (патенты РФ №2116614, 2155942 и др.). В них усилие в момент сдвига фиксируется с помощью электрического сигнала или заранее оттарированной шкалы динамометрического ключа, но точность измерения и область возможного применения их ограничена, т.к. не позволяет реализовать как при сборочном монтаже металлоконструкций, так и в процессе их эксплуатации с целью проведения восстановительного ремонта.In the process of patent search, many devices have been identified that implement the measurement of shear forces (rest friction forces), for example (RF patents No. 21116614, 2155942, etc.). In them, the force at the moment of shear is fixed using an electric signal or a pre-calibrated scale of the torque wrench, but the measurement accuracy and the scope of their possible application is limited, because it does not allow to realize both during the assembly installation of metal structures, and during their operation in order to carry out restoration repair.
Известен способ определения деформации болтового соединения, который заключается в том, что две пластины 1 и 2 устанавливают на накладке 3, скрепляют пластины 1 и 2 с накладкой 3 болтами 4 и 5, расположенными на одной оси, к пластинам 1 и 2 прикладывают усилие нагружения и определяют величину смещения между ними. О деформации судят по отношению между величиной смещения между пластинами 1 и 2 и приращением усилия нагружения, при этом величину смещения определяют между пластинами 1 и 2 вдоль оси, на которой расположены болты 4 и 5 (Патент №1753341, опубл. 07.08. 1992 г.). На практике этого может и не быть, если болты, например, расположены несимметрично по отношению к направлению действия продольной силы N, в силу чего часть контактных площадей будет напряжена интенсивнее других. Поэтому сдвиг в них может произойти раньше, чем в менее напряженных. В итоге, это может привести к более раннему разрушению всего соединения.A known method for determining the deformation of a bolted connection, which consists in the fact that two plates 1 and 2 are mounted on the plate 3, fasten the plate 1 and 2 with the plate 3 with bolts 4 and 5 located on the same axis, a loading force is applied to the plates 1 and 2 and determine the amount of displacement between them. The deformation is judged by the ratio between the displacement between the plates 1 and 2 and the increment of the loading force, while the displacement is determined between the plates 1 and 2 along the axis on which the bolts 4 and 5 are located (Patent No. 1753341, publ. 07.08. 1992. ) In practice, this may not happen if the bolts, for example, are located asymmetrically with respect to the direction of action of the longitudinal force N, due to which some of the contact areas will be more intense than others. Therefore, a shift in them can occur earlier than in less stressed ones. In the end, this can lead to earlier destruction of the entire compound.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ определения несущей способности фрикционного соединения с высокопрочными болтами (Рабер Л.М. Соединения на высокопрочных болтах, Днепропетровск: Системные технологии, 2008 г., с.35-36). Сущность способа заключается в определении усилия сдвига посредством образцов-свидетелей, который заключается в том, что образцы изготавливают из стали, применяемых и собираемых конструкциях. Контактные поверхности обрабатывают по технологии, принятой в проекте конструкций. Образец состоит из основного элемента и двух накладок, скрепленных высокопрочным болтом с шайбами и гайкой. Сдвигающие или растягивающие усилия испытательной машины определяют по показаниям прибора. Затем определяют коэффициент трения, который сравнивают с нормативным значением и в зависимости от величины отклонения осуществляют меры по повышению надежности работы металлоконструкции, в основном, путем повышения коэффициента трения.The closest technical solution to the claimed invention is a method for determining the bearing capacity of a friction joint with high-strength bolts (Raber L.M. Joints on high-strength bolts, Dnepropetrovsk: System Technologies, 2008, p. 35-36). The essence of the method is to determine the shear force by means of witness samples, which consists in the fact that the samples are made of steel, used and assembled structures. Contact surfaces are treated according to the technology adopted in the design of structures. The sample consists of a main element and two pads fastened with a high-strength bolt with washers and a nut. The shear or tensile forces of the testing machine are determined by the readings of the device. Then, the coefficient of friction is determined, which is compared with the standard value and, depending on the magnitude of the deviation, measures are taken to increase the reliability of the metal structure, mainly by increasing the coefficient of friction.
К недостаткам способа относится то, что отклонение усилий натяжения и возможные их изменения в процессе нагружения образцов могут приводить к тем или иным неточностям в определении коэффициента трения, т.к. коэффициент трения может меняться и по другим причинам как климатического, так и эксплуатационного характера. Кроме того, неизвестно при каком коэффициенте «k» определялось расчетное усилие натяжения болтов, поэтому фактическое усилие сдвига нельзя с достаточной точностью коррелировать с усилием натяжения. Следует отметить, что в качестве сдвигающего устройства применяются специальные средства (пресса, испытательные машины), которых на объекте монтажа или сборки металлоконструкции может не быть, поэтому желательно применить более точное и надежное устройство для определения усилия сдвига.The disadvantages of the method include the fact that the deviation of the tensile forces and their possible changes during loading of the samples can lead to certain inaccuracies in the determination of the friction coefficient, because the friction coefficient can change for other reasons, both climatic and operational. In addition, it is not known at what coefficient “k” the estimated bolt tension was determined, so the actual shear stress cannot be accurately correlated with the tension force. It should be noted that special tools (presses, testing machines) are used as the shifting device, which may not be at the installation or assembly of the metal structure, therefore it is desirable to use a more accurate and reliable device for determining the shear force.
Технической задачей предполагаемого изобретения является разработка способа обеспечения несущей способности фрикционного соединения с высокопрочными болтами, устраняющего недостатки, присущие прототипу и позволяющие повысить надежность монтажа и эксплуатации металлоконструкций с высокопрочными болтами.The technical task of the proposed invention is the development of a method of providing the bearing capacity of the friction joint with high-strength bolts, eliminating the disadvantages inherent in the prototype and to improve the reliability of installation and operation of metal structures with high-strength bolts.
Технический результат достигается за счет того, что в известный способ обеспечения несущей способности фрикционного соединения с высокопрочными болтами, включающий приготовление образца-свидетеля, содержащего основной элемент металлоконструкции и накладку, контактирующие поверхности которых предварительно обработаны по проектной технологии, соединяют их высокопрочным болтом и гайкой при проектном значении усилия натяжения болта, устанавливают устройство для определения усилия сдвига и постепенно увеличивают нагрузку на накладку до момента ее сдвига, фиксируют усилие сдвига и затем сравнивают его с нормативной величиной показателя сравнения, в зависимости от величины отклонения осуществляют необходимые действия, внесены изменения, а именно:The technical result is achieved due to the fact that in the known method of ensuring the bearing capacity of the friction joint with high-strength bolts, including the preparation of a witness specimen containing the main metal structure and the overlay, the contact surfaces of which are pre-treated according to the design technology, connect them with a high-strength bolt and nut during value of the tension force of the bolt, install a device for determining the shear force and gradually increase the load on the pad until it shear fixed shear and then compare it with the standard value of the comparison index, depending on the magnitude of deviation is carried out the necessary actions, changes, namely:
- в качестве показателя сравнения используют расчетное усилие натяжения, высокопрочного болта, полученное при заданном (проектном) значении величины k;- as an indicator of comparison, the calculated tension force of a high-strength bolt obtained at a given (design) value of k is used;
- в качестве устройства для определения усилия сдвига на образце-свидетеле используют устройство, защищенное патентом РФ №88082 на полезную модель, обладающее рядом преимуществ и обеспечивающее достоверность и точность измерения усилия сдвига.- as a device for determining the shear stress on a witness specimen, a device is used that is protected by RF patent No. 88082 for a utility model, which has a number of advantages and ensures the reliability and accuracy of measuring shear forces.
В зависимости от отклонения отношения между усилием сдвига и усилием натяжения высокопрочного болта от оптимального значения, для обеспечения надежности работы фрикционного соединения металлоконструкции при монтаже ее изменяют натяжение болта и/или проводят дополнительную обработку контактирующих поверхностей.Depending on the deviation of the relationship between the shear force and the tension force of the high-strength bolt from the optimal value, to ensure the reliability of the friction joint of the metal structure during installation, the tension of the bolt is changed and / or additional processing of the contacting surfaces is carried out.
В качестве показателя сравнения выбрано усилие натяжения болта, т.к. в процессе проведенных исследований установлено, что оптимальным отношением усилия сдвига к усилию натяжения болта равно 0,56-0,60.As an indicator of comparison, the tension of the bolt was chosen, because in the course of the research it was found that the optimal ratio of shear to bolt tension is 0.56-0.60.
Учитывая то, что при проектировании предусмотрена возможность увеличения усилия закручивания высокопрочных болтов на 10-20%, то это действие позволяет увеличить сопротивление сдвигу, если отношение усилия сдвига к усилию натяжения болта отличается от оптимального в пределах 0,50-0,54. Если же это отношение меньше 0,5, то кроме увеличения усилия натяжения высокопрочного болта необходимо проведение дополнительной обработки контактирующих поверхностей, т.к. при значительном увеличении момента закручивания можно сорвать резьбу, поэтому увеличивают коэффициент трения. Если же величина отношения усилия сдвига к усилию натяжения более 0,60, это означает, что усилие натяжения превышает нормативную величину, и для надежности металлоконструкции натяжение можно ослабить, чтобы не сорвать резьбу.Taking into account the fact that during designing it is possible to increase the twisting force of high-strength bolts by 10-20%, this action allows to increase shear resistance if the ratio of shear force to bolt tension force differs from the optimal one in the range 0.50-0.54. If this ratio is less than 0.5, then in addition to increasing the tension force of the high-strength bolt, it is necessary to carry out additional processing of the contacting surfaces, since with a significant increase in the torque, it is possible to break the thread, therefore, the friction coefficient is increased. If the ratio of the shear force to the tension force is more than 0.60, this means that the tension force exceeds the standard value, and for the reliability of the metal structure, the tension can be weakened so as not to break the thread.
Использование вышеуказанного устройства для определения усилия сдвига обусловлено тем, что оно является переносным и обладает рядом преимуществ перед известными устройствами. Оно содержит неподвижную и сдвигаемую детали, узел сжатия и узел сдвига, выполненный в виде рычага, имеющего отверстие под нагрузочный болт, оснащенный силоизмерительным устройством, причем неподвижная деталь выполнена из двух стоек, торцевые поверхности которых скреплены фигурной планкой, каждая из стоек снабжена отверстиями под болтовое соединение для крепления к металлоконструкции, а также отверстием для вала, на котором закреплен рычаг, с возможностью соединения его с фигурной планкой, а между выступом рычага и сдвигаемой деталью металлоконструкции установлен самоустанавливающийся сухарик, выполненный из закаленного материала. В качестве силоизмерительного устройства используется динамометрический ключ с предварительно оттарированной шкалой для фиксации момента затяжки.The use of the above device for determining shear forces is due to the fact that it is portable and has several advantages over known devices. It contains a fixed and movable part, a compression unit and a shear unit, made in the form of a lever having an opening for a load bolt, equipped with a force measuring device, the stationary part being made of two posts, the end surfaces of which are fastened with a curved strip, each of the posts is provided with bolt holes connection for fastening to a metal structure, as well as a hole for the shaft on which the lever is fixed, with the possibility of connecting it with a curved strip, and between the lever protrusion and the movable part m The metalwork is equipped with a self-aligning cracker made of hardened material. As a force measuring device, a torque wrench with a pre-calibrated scale is used to fix the tightening torque.
Ниже приводится реализация предлагаемого способа обеспечения несущей способности металлоконструкции на примере мостового пролета.The following is the implementation of the proposed method for providing the load-bearing capacity of a metal structure using the example of a bridge span.
На чертеже приведена основная часть устройства и образец-свидетель.The drawing shows the main part of the device and the sample witness.
Устройство состоит: из корпуса 1, рычага 2, насаженного на вал 3, динамометричесого ключа 4, снабженного шкалой 5 и накидной головкой 6, болтовое соединение, состоящее из болта 7 и гайки 8, плавающий сухарик 9, выполненный из закаленной стали, образец-свидетель состоит из металлической накладки 10, пластины 11 обследуемой металлоконструкции, соединенные между собой высокопрочным болтовым соединением 12, а также болтовое соединение 13, предназначенное для крепление корпуса измерительного устройства к неподвижной металлической пластине 11.The device consists of: a housing 1, a lever 2, mounted on a shaft 3, a torque wrench 4, equipped with a scale 5 and a cap head 6, a bolt connection consisting of a bolt 7 and a nut 8, a floating cracker 9 made of hardened steel, a test specimen consists of a metal plate 10, a plate 11 of the examined metal structure, interconnected by a high-strength bolt connection 12, as well as a bolt connection 13, designed to mount the body of the measuring device to a fixed metal plate 11.
Способ реализуется в следующей последовательности. Собирается образец-свидетель путем соединения тестовой накладки 10 с пластиной металлоконструкции 11, если производится ремонт на обследуемом объекте, причем контактирующая поверхность пластины обрабатывается дробепескоструйным способом, чтобы обеспечить нормативный коэффициент трения f>0,55 или, если же осуществляется заводская поставка перед монтажом, то берут две тестовых накладки, контактирующие поверхности которых уже обработаны в заводских условиях. Соединение пластин 10, 11 осуществляют высокопрочным болтом и гайкой с применением шайб. Усилие натяжения высокопрочного болта должна соответствовать проектной величине. Расчетный момент закручивания определяют по формуле 2. Затем на неподвижную пластину 11 устанавливают устройство для определения усилия сдвига путем закрепления корпуса 1, болтовым соединением 12 (болт, гайка, шайбы) таким образом, чтобы сухарик 9 соприкасался с накладкой 10 и рычагом 2, размещенным на валу 3. Далее, динамометрический ключ 4, снабженный оттарированной шкалой 5, посредством сменной головки 6 надевается на болт 7. Устройство готово к работе.The method is implemented in the following sequence. A test specimen is assembled by connecting the test pad 10 to the metal plate 11, if repairs are being made on the test object, and the contacting surface of the plate is blast-blasted to ensure a standard coefficient of friction f> 0.55, or if factory delivery is carried out before installation, then take two test pads, the contact surfaces of which are already processed in the factory. The connection of the plates 10, 11 is carried out with a high-strength bolt and nut using washers. The tensile force of the high-strength bolt must correspond to the design value. The estimated torque of twisting is determined by the formula 2. Then, a device for determining the shear force is mounted on the fixed plate 11 by fixing the housing 1 with a bolt connection 12 (bolt, nut, washers) so that the cracker 9 is in contact with the cover 10 and the lever 2 placed on the shaft 3. Next, the torque wrench 4, equipped with a calibrated scale 5, is put on the bolt 7 by means of the interchangeable head 6. The device is ready for operation.
Вращением динамометрического ключа 4 осуществляют нагрузку на болт 7. Усилие натяжения болта через рычаг 5 передается на сухарик 9, который воздействует на сдвигаемую деталь 10 (тестовая пластина). Момент закручивания болта 7 фиксируется на шкале 5 динамометрического ключа 4. В момент сдвига детали 10 фиксируют полученную величину. Это усилие и является усилием сдвига (силой трения покоя). Сравнивают полученную величину момента сдвига (Мсд) с расчетной величиной - моментом закручивания болта (Мр). В зависимости от величины Мсд/Мз производят действия по обеспечению надежности монтажа конкретной металлоконструкции, а именно:By rotating the torque wrench 4, a load is applied to the bolt 7. The tension of the bolt through the lever 5 is transmitted to the cracker 9, which acts on the movable part 10 (test plate). The tightening torque of the bolt 7 is fixed on the scale 5 of the torque wrench 4. At the moment of shearing of the part 10, the obtained value is fixed. This force is the shear force (rest friction force). The obtained value of the shear moment (M sd ) is compared with the calculated value - the moment of twisting of the bolt (M p ). Depending on the value sd M / M of producing actions to ensure the reliability of mounting a specific metal, namely:
- при отношении Мсд/Мз=0,54-0,60, т.е. соответствует или близко к оптимальному значению, корректировку в технологию монтажа не вносят;- with a ratio sd M / M s = 0,54-0,60, i.e. Corresponds to or close to the optimal value, no adjustment is made to the installation technology;
- при отношении Мсд/Мз=0,50-0,53, то при монтаже металлоконструкции увеличивают усилие натяжения высокопрочного болтов примерно на 10-15%;- with the ratio M sd / M s = 0.50-0.53, then when installing metal structures, the tension force of high-strength bolts is increased by about 10-15%;
- при отношении Мсд/Мз<0,50 необходимо кроме увеличения усилия натяжения высокопрочных болтов при монтаже металлоконструкции дополнительно обработать контактирующие поверхности поставленных заводом деталей металлоконструкции дробепескоструйным методом.- with a ratio sd M / M of <0.50 is necessary besides increasing tensile force high-strength bolts for mounting additional processing metal contacting surfaces of parts supplied by the metal drobepeskostruynym method.
При отношении Мсд/Мз>0,60, целесообразно уменьшить усилие натяжения болта, т.к. возможно преждевременная порча резьбы из-за перегрузки.With respect sd M / M s> 0.60, it is advisable to reduce the tensile force of the bolt, as premature thread damage due to overload.
Все эти действия позволят повысить надежность эксплуатации смонтированной металлоконструкции.All these actions will improve the reliability of operation of the mounted metal structure.
Преимуществом предложенного способа обеспечения несущей способности металлоконструкций заключается в его универсальности, т.к. его можно использовать для любых болтовых соединений на высокопрочных болтах независимо от сложности конструкции, диаметров крепежных болтов и методов обработки соприкасающихся поверхностей, причем т.к. измерение усилия сдвига на обследуемой конструкции и образце производятся устройством при сопоставимых условиях, оценка несущей способности является наиболее достоверной.The advantage of the proposed method for ensuring the bearing capacity of metal structures is its versatility, because it can be used for any bolted connections on high-strength bolts, regardless of the complexity of the design, the diameters of the fixing bolts and the processing methods of the contacting surfaces, and since shear forces on the test structure and sample are measured by the device under comparable conditions; the bearing capacity assessment is the most reliable.
В настоящее время предлагаемый способ прошел испытания на нескольких строительных площадках и выданы рекомендации к его применению в отрасли.Currently, the proposed method has been tested at several construction sites and recommendations are made for its use in the industry.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142477/11A RU2413098C1 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009142477/11A RU2413098C1 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2413098C1 true RU2413098C1 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=46310644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009142477/11A RU2413098C1 (en) | 2009-11-19 | 2009-11-19 | Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2413098C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106323767A (en) * | 2016-09-29 | 2017-01-11 | 国网河南省电力公司电力科学研究院 | Testing device for shearing resistance of bolt |
| RU2755103C1 (en) * | 2020-11-10 | 2021-09-13 | Евгений Алексеевич Скляренко | Method for processing contact surfaces of friction joints on bolts in steel structures (options) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1735631A1 (en) * | 1985-03-11 | 1992-05-23 | Предприятие П/Я В-2289 | Method for assembling group threaded joint |
| SU1753341A1 (en) * | 1989-11-21 | 1992-08-07 | Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского | Method for determining deformation of bolt joints |
| WO2006028177A1 (en) * | 2004-09-09 | 2006-03-16 | Jtekt Corporation | Universal joint |
| JP2008151330A (en) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Isamu Yamazaki | Bolt fastening force detecting seat |
-
2009
- 2009-11-19 RU RU2009142477/11A patent/RU2413098C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1735631A1 (en) * | 1985-03-11 | 1992-05-23 | Предприятие П/Я В-2289 | Method for assembling group threaded joint |
| SU1753341A1 (en) * | 1989-11-21 | 1992-08-07 | Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского | Method for determining deformation of bolt joints |
| WO2006028177A1 (en) * | 2004-09-09 | 2006-03-16 | Jtekt Corporation | Universal joint |
| JP2008151330A (en) * | 2006-12-14 | 2008-07-03 | Isamu Yamazaki | Bolt fastening force detecting seat |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106323767A (en) * | 2016-09-29 | 2017-01-11 | 国网河南省电力公司电力科学研究院 | Testing device for shearing resistance of bolt |
| CN106323767B (en) * | 2016-09-29 | 2023-03-07 | 国网河南省电力公司电力科学研究院 | Bolt shearing resistance testing device |
| RU2755103C1 (en) * | 2020-11-10 | 2021-09-13 | Евгений Алексеевич Скляренко | Method for processing contact surfaces of friction joints on bolts in steel structures (options) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hosseini et al. | Mode I fatigue crack arrest in tensile steel members using prestressed CFRP plates | |
| Lochan et al. | A review of fatigue performance of bolted connections in offshore wind turbines | |
| US6532825B1 (en) | Fatigue damage detection sensor for structural materials and mounting method thereof | |
| US5598738A (en) | Load apparatus and method for bolt-loaded compact tension test specimen | |
| JP2013250120A (en) | Damage detection method for structure | |
| CN113790957A (en) | Mechanical property test method under long-term coupling of corrosion and tensile stress | |
| Melis et al. | Out-of-plane bending testing of chain links | |
| KR101132003B1 (en) | A testing jig | |
| Ramhormozian et al. | An experimental study on the asymmetric friction connection (AFC) optimum installed bolt tension | |
| RU2413098C1 (en) | Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength | |
| CN106404534A (en) | Existing structure concrete fatigue residual strain testing method based on deformation modulus | |
| Ouaki et al. | Fretting fatigue analysis of aluminium conductor wires near the suspension clamp: Metallurgical and fracture mechanics analysis | |
| US5325722A (en) | Split pipe testing device for the measurement of bond of reinforcement under controlled confinement | |
| JP5093871B2 (en) | Measurement method of tension load by magnetostriction method | |
| Vasilkin et al. | Experimental determination of the tightening coefficient of bolts according to the din standard | |
| de Vries et al. | Determining the preload in preloaded bolt assemblies in existing steel structures | |
| KR20130000076A (en) | Manual testing apparatus for testing strength of concrete | |
| RU2148805C1 (en) | Process determining coefficient of twist of threaded connection | |
| D'Antimo et al. | 03.11: Experimental investigation of the creep effect on prestressed bolts used in innovative friction connections | |
| Ahmat et al. | Experimental Study on the Effect of Gusset Plates’ Geometry on the Behavior of Steel Lattice Transmission Line Tower Connections | |
| JP2002082030A (en) | Method and apparatus for testing and measuring shearing strength | |
| Iida et al. | Residual strength of high strength bolted friction joints in steel bridges after 34 years | |
| KR20020035527A (en) | The Method and Device of the Reliability Test and Decision | |
| Ramhormozian et al. | A rotation-based method for bolt and Belleville Spring preloading for seismic friction sliding structural connections | |
| Van Wittenberghe et al. | On the Feasibility of Large-Scale Resonant Fatigue Testing to Study Bolt Force Relaxation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161120 |