Tutto quello che c'è da sapere sui dispositivi di fissaggio

Gli elementi di fissaggio sono un componente comune che tutti dovrebbero conoscere.

In questo articolo presenteremo i dispositivi di fissaggio da quattro punti di vista: la classificazione dei dispositivi di fissaggio, l'identificazione e l'ispezione delle filettature, i requisiti dei materiali, i requisiti del trattamento termico e i requisiti delle prestazioni meccaniche di bulloni, viti e prigionieri, nonché i tipi e la struttura dei bulloni per strutture in acciaio.

I. Classificazione dei dispositivi di fissaggio

Cosa sono gli elementi di fissaggio?

Gli elementi di fissaggio sono componenti meccanici critici progettati per unire saldamente due o più parti o gruppi in un'unità coesa. Questi elementi essenziali svolgono un ruolo fondamentale in diversi settori, tra cui quello aerospaziale, automobilistico, edile e manifatturiero in generale. I dispositivi di fissaggio comprendono un'ampia gamma di componenti standardizzati, tra cui bulloni, viti, dadi, rondelle, rivetti e perni, ognuno dei quali è progettato per soddisfare specifici requisiti di resistenza al carico e condizioni ambientali.

Nei settori della fabbricazione e della produzione dei metalli, gli elementi di fissaggio sono spesso definiti parti standard per via del loro uso diffuso e dell'adesione a standard internazionali come ISO, ANSI e DIN. Questa standardizzazione garantisce intercambiabilità, affidabilità e prestazioni costanti in diverse applicazioni. I moderni elementi di fissaggio sono prodotti con materiali e processi avanzati per migliorarne la forza, la resistenza alla corrosione e la longevità, con opzioni che vanno dalle comuni varianti di acciaio alle leghe specializzate per ambienti estremi.

La scelta dei dispositivi di fissaggio appropriati è fondamentale nella progettazione e nell'ingegnerizzazione, in quanto influisce direttamente sull'integrità strutturale, sulla sicurezza e sulla longevità del prodotto finito. Fattori come la distribuzione del carico, la resistenza alle vibrazioni, l'espansione termica e la facilità di montaggio o smontaggio devono essere attentamente considerati quando si scelgono i dispositivi di fissaggio per una particolare applicazione.

Tipi di fissaggio:

I dispositivi di fissaggio comprendono solitamente i seguenti dodici tipi di componenti: Bulloni, prigionieri, viti, dadi, viti autofilettanti, viti per legno, rondelle, anelli di fissaggio, perni, rivetti, gruppi completi e coppie di collegamento, nonché chiodi per saldatura.

(1) Bulloni:

I bulloni sono un tipo di fissaggio costituito da una testa e da una vite (cilindro con filettatura esterna) che richiede un dado per fissare due parti con fori passanti. Questo tipo di collegamento è noto come connessione a bullone e si tratta di un collegamento rimovibile, in quanto le due parti possono essere separate se il dado viene svitato dal bullone.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-1-1 filettatura completa del bullone a testa esagonale esterno

Fig. 2-1-2 mezzo dente di bullone ad esagono cavo con testa cilindrica

(2) Stud:

Un prigioniero è un elemento di fissaggio che presenta filettature esterne su entrambe le estremità e non ha una testa. Quando si collega, un'estremità viene avvitata in una parte con un foro filettato interno, mentre l'altra estremità passa attraverso una parte con un foro passante ed è quindi fissata da un dado. In questo modo si ottiene un insieme saldamente collegato.

Questo tipo di connessione viene definito connessione a perno e, come la connessione a bullone, è una connessione rimovibile. Le viti prigioniere sono utilizzate principalmente quando una delle parti collegate è spessa, richiede una struttura compatta o lo smontaggio frequente rende inadeguata una connessione a bullone.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-2-3 perno a doppia testa

Fig. 2-2-4 perno a filettatura completa

(3) Vite:

La vite è un elemento di fissaggio composto da una testa e da una vite. Può essere suddivisa in tre categorie in base alla sua funzione: vite per strutture in acciaio, vite di fissaggio e vite per usi speciali.

Le viti per macchine sono utilizzate principalmente per fissare un pezzo con un foro filettato fisso a un pezzo con un foro passante senza la necessità di un dado (questo tipo di connessione è nota come connessione a vite ed è anche una connessione rimovibile). Le viti per macchine possono anche essere utilizzate con i dadi per fissare due parti con fori passanti.

Le viti di fermo sono utilizzate principalmente per fissare la posizione relativa tra due parti.

Le viti speciali, come i golfari, sono utilizzate per il sollevamento dei componenti.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-3-5 Vite a testa cilindrica

Fig. 2-3-6 vite di fermo con esagono incassato

Fig. 2-3-7 bullone a occhiello

(4) Dado:

Un dado è un componente dotato di un foro filettato interno e ha tipicamente la forma di una colonna esagonale piatta, una colonna quadrata piatta o una forma cilindrica piatta.

I dadi vengono utilizzati per fissare e collegare due parti in un'unica unità con bulloni, prigionieri o viti per strutture in acciaio.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-4-8 Dado esagonale

(5) Vite autofilettante:

Una vite autofilettante è simile a una vite, ma ha una filettatura speciale progettata appositamente per le viti autofilettanti.

Viene utilizzato per fissare e collegare due componenti metallici sottili in un'unica unità. È necessario praticare piccoli fori nei componenti. Poiché la vite ha un elevato livello di durezza, può essere avvitata direttamente nel foro del componente per formare la filettatura interna corrispondente nel componente.

Questo tipo di connessione è anche una connessione rimovibile.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-5-9 Vite autofilettante

(6) Viti per legno:

La vite per legno è simile a una vite, ma ha una filettatura speciale specificamente progettata per l'uso nel legno. Può essere avvitata direttamente in un componente o in una parte in legno per collegare saldamente un componente metallico (o non metallico) con un foro passante al componente in legno.

Questo tipo di connessione è anche una connessione rimovibile.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-7-10 Vite per legno a testa esagonale

(7) Rondella:

La rondella è un tipo di elemento di fissaggio di forma circolare piatta.

Viene posizionata tra la superficie di appoggio di bulloni, viti o dadi e la superficie delle parti collegate per aumentare la superficie di contatto, ridurre la pressione per unità di superficie e proteggere la superficie delle parti collegate da eventuali danni. Un altro tipo di rondella elastica può anche impedire l'allentamento del dado.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-7-11 rondella piatta

2-7-12 rondella elastica

(8) Anello di ritenzione:

Un anello di ritegno viene installato nella scanalatura dell'albero o nella scanalatura del foro di strutture e apparecchiature in acciaio per impedire il movimento delle parti sull'albero o sul foro da sinistra a destra.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-8-13 Anello di ritegno

(9) Pin:

I perni sono utilizzati principalmente per il posizionamento di parti e alcuni possono essere utilizzati anche per collegare, fissare, trasmettere energia o bloccare altri elementi di fissaggio.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-9-14 pin

(10) Rivetti:

I rivetti sono elementi di fissaggio costituiti da una testa e da un chiodo e vengono utilizzati per collegare in modo sicuro due parti o componenti con fori passanti in un'unica unità. Questo tipo di collegamento viene definito connessione a rivetto ed è noto anche come rivettatura.

I rivetti formano una connessione non rimovibile, poiché i rivetti devono essere distrutti per separare le due parti collegate.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-10-15 rivetto a testa semitonda

(11) Montaggio e coppia di collegamento:

Un assemblaggio si riferisce a un elemento di fissaggio fornito come combinazione, ad esempio una vite da macchina (o bullone, vite autofilettante) e una rondella piana (o rondella elastica, rondella di sicurezza).

Una coppia di collegamento si riferisce a un elemento di fissaggio costituito da un bullone speciale, un dado e una rondella, come una coppia di collegamento di bulloni esagonali grandi ad alta resistenza per strutture in acciaio.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-11-16 Montaggio delle viti della macchina

Fig. 2-11-17 collegamento a bulloni di torsione a taglio di una struttura in acciaio

(12) Tack:

Una puntina è un elemento di fissaggio unico costituito da un'asta lucida e da una testa di chiodo (o senza testa di chiodo) che viene collegato in modo fisso a una parte o a un componente mediante saldatura, al fine di collegarlo ad altre parti.

Come mostrato di seguito:

Fig. 2-12-18 chiodo di saldatura

II. Identificazione e ispezione delle filettature

1. Scopo e caratteristiche del filo

Le filettature si trovano comunemente in una varietà di applicazioni, tra cui aerei, automobili, tubature dell'acqua e uso quotidiano del gas.

Nella maggior parte dei casi, le filettature servono come connessioni di fissaggio e facilitano il trasferimento di forza e movimento.

Esistono diversi tipi di fili per scopi speciali, ma il loro numero è limitato.

La durata e la semplicità delle filettature, unite all'affidabilità delle prestazioni, alla facilità di smontaggio e alla convenienza della produzione, ne fanno un componente fondamentale in tutti i tipi di prodotti elettromeccanici.

Per funzionare efficacemente, un filo deve possedere due qualità essenziali:

• La capacità di essere filato facilmente;
• Resistenza adeguata.

2. Classificazione dei fili

a. I fili possono essere classificati in quattro tipi in base alle loro caratteristiche strutturali e ai loro usi:

• Filetto ordinario (filetto di fissaggio): Ha una forma a dente triangolare e viene utilizzata per collegare o fissare le parti. Le filettature ordinarie possono essere ulteriormente suddivise in filettature grosse e sottili in base al loro passo. Le filettature fini hanno una maggiore forza di connessione.
• Filo di trasmissione: La forma del dente comprende forme trapezoidali, rettangolari, a forma di sega e triangolari.
• Filettatura di tenuta: Utilizzata per sigillare le connessioni, principalmente filettature per tubi, filettature coniche e filettature per tubi conici.
• Filetto per usi speciali: Utilizzato per scopi specifici.

b. Le discussioni possono anche essere suddivise in base alla regione (paese) in filettature metriche, fili inglesi e fili americani.

Le filettature britanniche e americane sono indicate collettivamente come filettature britanniche e hanno un angolo di profilo del dente di 60° e 55°. Utilizzano misure in pollici per il diametro, il passo e altri parametri rilevanti.

Nel nostro Paese, l'angolo del profilo del dente è standardizzato a 60° e le serie di diametro e passo sono misurate in millimetri. Questo tipo di filettatura viene definito filettatura ordinaria.

3. Profilo del filo conduttore

4. Termini di base del filo

Un filo è una formazione continua lungo una determinata superficie cilindrica o conica.

• Filettatura esterna: Filetto formato sulla superficie esterna di un cilindro o di un cono.
• Filettatura interna: Filetto formato sulla superficie interna di un cilindro o di un cono.
• Diametro maggiore: Diametro di un cilindro o di un cono immaginario tangente alla parte superiore di una filettatura esterna o alla parte inferiore di una filettatura interna.
• Piccolo diametro: Il diametro di un cilindro o di un cono immaginario tangente alla parte inferiore di una filettatura esterna o alla parte superiore di una filettatura interna.
• Diametro medio: Il diametro di un cilindro o cono immaginario che passa attraverso la scanalatura della forma del dente dove la larghezza del rigonfiamento è uguale. Questo cilindro o cono immaginario viene chiamato cilindro del diametro del passo o cono del diametro del passo.

• Filettatura destrorsa: Filettatura che si avvita ruotando in senso orario.
• Filettatura sinistrorsa: Filettatura che si avvita ruotando in senso antiorario.
• Angolo del profilo: L'angolo tra due lati adiacenti del dente sul profilo della filettatura.
• Passo: La distanza lungo l'asse tra due punti corrispondenti sulla linea del passo di due denti adiacenti.

5. Marcatura dei filetti

Marcatura della filettatura metrica:

In generale, una designazione metrica completa della filettatura dovrebbe comprendere i seguenti tre aspetti:

A rappresenta il codice del tipo di thread, che indica le caratteristiche del thread;

B si riferisce alla dimensione della filettatura, che generalmente comprende il diametro e il passo. Per le filettature a più filetti, deve includere anche il passo e il numero di filetti;

C si riferisce alla precisione della filettatura, determinata dalla zona di tolleranza di ciascun diametro (comprese la posizione e le dimensioni della zona di tolleranza) e dalla lunghezza di avvitamento.

Marcatura della filettatura in pollici:

6. Misura della filettatura

Per le filettature standard generali, si utilizzano calibri ad anello per filettature o calibri a tampone per la misurazione.

Poiché i parametri della filettatura sono numerosi, non è pratico misurarli singolarmente. In genere, per effettuare una valutazione completa della filettatura si utilizzano dei misuratori di filettatura (misuratori ad anello e misuratori a tappo).

Questo metodo di ispezione, noto come accettazione simulata dell'assemblaggio, non solo è conveniente e affidabile, ma soddisfa anche i requisiti di precisione per le filettature tipiche.

Di conseguenza, è diventato il metodo di accettazione più utilizzato nella produzione reale.

7. Misura della filettatura (diametro del passo)

Nelle connessioni filettate, il diametro del passo è l'unico fattore che determina l'accoppiamento della filettatura, per cui è fondamentale valutare correttamente le qualifiche del diametro del passo.

Per garantire le prestazioni di servizio di base della filettatura, la norma deve specificare il principio del giudizio di qualificazione del diametro del passo: "Il diametro del passo effettivo della filettatura non può superare il diametro del passo del profilo solido massimo del dente. Il diametro del passo singolo di qualsiasi parte della filettatura effettiva non deve superare il diametro del passo del profilo solido minimo".

Attualmente esistono due metodi convenienti per misurare il diametro del passo singolo: l'utilizzo di un micrometro per il diametro del passo del filetto o il metodo a tre aghi (adottato dalla nostra azienda).

8. Grado di filettatura

Per filettatura si intende il grado di tenuta o di allentamento tra le filettature delle viti.

La classe di accoppiamento, invece, si riferisce alla combinazione specificata di tolleranza e deviazione per le filettature interne ed esterne.

(1) Per filettature in pollici unificate:

Le filettature esterne hanno tre classi: Classe 1A, Classe 2A e Classe 3A.

Anche le filettature interne hanno tre classi: Classe 1B, Classe 2B e Classe 3B, che sono tutte filettature con gioco.

Più alto è il numero della classe, più stretto è l'adattamento.

Nelle filettature inglesi, solo le classi 1A e 2A hanno deviazioni specifiche. La Classe 3A ha una deviazione pari a zero, mentre le Classi 1A e 2A hanno una deviazione uguale.

Più alto è il numero della classe, minore è la tolleranza, come mostrato nella figura.

• La Classe 1A e la Classe 1B hanno una tolleranza molto ridotta e sono adatte a filettature interne ed esterne.
• La Classe 2A e la Classe 2B sono i gradi di tolleranza della filettatura più utilizzati per le serie britanniche. dispositivi di fissaggio meccanici.
• La Classe 3A e la Classe 3B hanno l'accoppiamento più stretto e sono adatte a dispositivi di fissaggio con tolleranze ristrette, in particolare per progetti critici per la sicurezza.
• Le filettature esterne hanno deviazioni di accoppiamento specificate per la Classe 1A e la Classe 2A, ma non per la Classe 3A.

La tolleranza per la Classe 1A è 50% superiore a quella della Classe 2A e 75% superiore a quella della Classe 3A. Per le filettature interne, la tolleranza per la Classe 2B è di 30% superiore a quella della Classe 2A.

La tolleranza per la Classe 1B è 50% superiore a quella della Classe 2B e 75% superiore a quella della Classe 3B.

(2) I gradi di filettatura comuni per le filettature metriche esterne sono 4H, 6E, 6G e 6H, mentre i gradi di filettatura comuni per le filettature interne sono 6G, 6H e 7H.

Il grado di precisione delle filettature standard giapponesi è suddiviso in tre gradi: I, II e III, di cui il grado II è quello più comunemente utilizzato.

Nei fili metrici, la deviazione di base di H e h è pari a zero, mentre la deviazione di base di G è positiva e la deviazione di base di e, f e g è negativa, come mostrato nella figura.

• H è la posizione della zona di tolleranza più comunemente utilizzata per le filettature interne, e in genere non viene impiegata per i rivestimenti superficiali o per gli strati di fosfatazione molto sottili. L'uso della deviazione di base della posizione G è raro e viene utilizzato principalmente per i rivestimenti più spessi.
• La zona di tolleranza G viene spesso utilizzata per la placcatura con un rivestimento sottile di 6-9um. Ad esempio, quando i disegni dei prodotti richiedono bulloni 6H, i filetti devono essere placcati con una zona di tolleranza 6G.
• Le migliori combinazioni di filettatura sono H/G, H/H, o G/H. Per elementi di fissaggio raffinati come bulloni e dadi, si consiglia di utilizzare 6H/6G.

Grado di precisione medio della filettatura ordinaria

Dado: 6H

Bullone: 6 g

Filettatura di media precisione con rivestimento spesso

Dado: 6G

Bullone: 6e

Grado di precisione elevato

Dado: 4H

Bullone: 4h, 6h

9. Filo conduttore speciale comune

1). Filettatura autofilettante: si tratta di un tipo di filettatura larga con un grande piombo.

GB/T5280 JIS B1007

2) Filettatura di bloccaggio autofilettante (filettatura triangolare)

GB6559

3.) Filetto per chiodi del pannello a parete (filetto rapido)

GB/T14210

4) Filo di legno:

Vedere la Fig. 1-1-32 per il profilo della filettatura e le dimensioni della vite per legno (CB / T922-1986).

Fig. 1-1-32 Profilo della filettatura per vite da legno

III. Requisiti dei materiali, requisiti del trattamento termico e requisiti delle prestazioni meccaniche di bulloni, viti e prigionieri

Requisiti del materiale per bulloni, viti e prigionieri

Proprietà meccaniche e fisiche di bulloni, viti e borchie

IV. Tipi e struttura dei bulloni per strutture in acciaio

1. Panoramica delle connessioni bullonate di strutture in acciaio

La connessione a bulloni per le strutture in acciaio è un metodo per collegare due o più parti o componenti della struttura in acciaio in un'unica unità utilizzando i bulloni. Questo tipo di connessione è il metodo più semplice per preassemblare i componenti e installare le strutture.

Connessione a bullone pieno dei giunti trave-colonna

La connessione a bulloni è stata utilizzata per la prima volta nell'installazione di strutture metalliche. Tuttavia, alla fine degli anni '30, è stata gradualmente sostituita dalle connessioni a rivetto ed è stata utilizzata solo come metodo di fissaggio temporaneo durante l'assemblaggio dei componenti.

Il metodo di connessione con bulloni ad alta resistenza è emerso negli anni Cinquanta. Questi bulloni sono realizzati in acciaio a medio tenore di carbonio o in acciaio legato a medio tenore di carbonio e hanno una resistenza da 2 a 3 volte superiore a quella dei bulloni ordinari.

La connessione a bulloni ad alta resistenza ha i vantaggi di essere comoda da costruire, sicura e affidabile. È stata utilizzata per la produzione e l'installazione di strutture in acciaio nelle fabbriche metallurgiche fin dagli anni Sessanta.

Connessione a bullone completo di giunzione della trave

2. Specifiche del bullone

Le specifiche dei bulloni più comuni utilizzati nelle strutture in acciaio sono M12, M16, M20, M24 e M30. La lettera "M" rappresenta il simbolo del bullone e il numero il diametro nominale.

I bulloni sono suddivisi in 10 gradi in base alle loro prestazioni: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, e 12.9. I bulloni di grado superiore a 8,8 sono realizzati in acciaio legato a basso tenore di carbonio o in acciaio a medio tenore di carbonio e sono sottoposti a trattamento termico (tempra e rinvenimento). Si tratta di bulloni ad alta resistenza. I bulloni di grado inferiore a 8,8 (escluso 8,8) sono definiti bulloni ordinari.

La tabella seguente mostra il grado di prestazione e le proprietà meccaniche dei bulloni.

Il grado di prestazione del bullone è composto da due parti di numeri, che rappresentano rispettivamente la resistenza nominale alla trazione del bullone e il rapporto di snervamento del materiale.

Ad esempio, il significato dei bulloni con grado di prestazione 4.6 è: il numero nella prima parte (4 in 4.6) è 1 / 100 della resistenza nominale alla trazione (n / mm²) di materiale del bullonecioè fu ≥ 400N / mm²;

Il numero nella seconda parte (6 in 4.6) è pari a 10 volte il rapporto di rendimento di materiale del bullonecioè fy / fu = 0,6;

Il prodotto di due numeri (4) × 6 = "24") è 1 / 10 del punto di snervamento nominale (o resistenza allo snervamento) (n / mm²) del materiale del bullone, che significa fy ≥ 240n / mm².

In base al livello di precisione di produzione, i bulloni ordinari utilizzati nelle strutture in acciaio possono essere classificati in tre gradi: A, B e C.

I bulloni di grado B sono considerati raffinati e sono tipicamente utilizzati nei prodotti meccanici, mentre i bulloni di grado C sono considerati grezzi.

A meno che non sia specificato diversamente, i bulloni ordinari utilizzati nelle strutture in acciaio sono in genere bulloni di grado C grossolano con un grado di prestazione di 4,6 o 4,8.

Il valore di resistenza di progetto per le connessioni bullonate deve essere ricavato dalla tabella 3.4.1-4 del codice GB50017-2003 per la progettazione di strutture in acciaio.

Tabella 3.4.1-4 valore di progetto della forza di connessione bullonata (n / mm²)

Tabella 3.4.1-5 valore di resistenza di progetto di connessione a rivetto (n / mm²)

3. Classificazione dei bulloni

I bulloni sono conosciuti con vari nomi, come viti, chiodi, parti standard, elementi di fissaggio, ecc.

In senso generale, i bulloni possono comprendere una serie di elementi di fissaggio, tra cui bulloni ordinari, bulloni ad alta resistenza, bulloni di ancoraggio, bulloni a espansione, ancoraggi chimici, viti, prigionieri e altro ancora.

Se si considerano i bulloni in modo più specifico, si possono dividere in due categorie: bulloni ordinari e bulloni ad alta resistenza.

(1) Collegamento a bullone comune

I bulloni ordinari possono essere ulteriormente suddivisi in bulloni grezzi e raffinati in base alla loro precisione di produzione.

Inoltre, i bulloni ordinari possono essere classificati in vari tipi, come i bulloni a testa esagonale, i prigionieri, i bulloni a testa svasata e altri.

L'immagine sopra mostra i bulloni a testa svasata

Bullone grezzo

I bulloni di classe C sono tipicamente bulloni grezzi in acciaio strutturale al carbonio.

Per garantire una penetrazione agevole dei bulloni nei fori delle viti, il diametro del foro deve essere da 1,0 a 2,0 mm più grande del diametro nominale (d) dei bulloni, ottenendo un foro di Classe II.

La distanza tra i fori dei bulloni deve essere disposta in modo da facilitare il serraggio con una chiave.

Quando si utilizzano bulloni grezzi per collegare i componenti di colonne, travi e capriate del tetto, è necessario adottare una struttura di collegamento con piastre di supporto.

In questo scenario, il bullone è in tensione e la sua forza di taglio è sostenuta dalla piastra di supporto (come illustrato nella figura seguente).

Il basso grado di resistenza dei materiali utilizzati per i bulloni grezzi ne limita l'uso nelle connessioni strutturali. Tuttavia, i bulloni grezzi sono ancora comunemente utilizzati per il collegamento di travi secondarie per piattaforme di lavoro, travi per pareti, travi per tetti, supporti e supporti a cerniera con bassa forza di taglio.

La figura precedente raffigura i bulloni ordinari.

I bulloni grezzi sono utilizzati frequentemente anche nel preassemblaggio di strutture in acciaio in officina, nel pre-fissaggio di componenti rivettati prima della rivettatura, nell'assemblaggio prima della connessione con bulloni ad alta resistenza e nel fissaggio temporaneo prima della saldatura dei nodi.

Quando si utilizzano bulloni grezzi come bulloni di fissaggio permanenti, essi devono essere serrati dopo un corretto allineamento e devono essere adottate misure per evitare l'allentamento.

La figura precedente illustra il metodo di bloccaggio a doppio dado per il bullone di base della colonna.

Bullone raffinato

I bulloni di grado A e B sono considerati bulloni raffinati e in genere richiedono fori di Classe I. Il diametro del foro deve essere da 0,3 a 0,5 mm più grande del diametro nominale (d) del bullone.

I collegamenti a bulloni raffinati sono utilizzati in alcuni collegamenti strutturali che vengono spesso smontati e riassemblati.

I bulloni raffinati sono utilizzati principalmente nei prodotti meccanici e non sono comunemente impiegati nella costruzione di strutture in acciaio.

(2) Collegamento con bulloni ad alta resistenza

I bulloni in acciaio ad alta resistenza o che richiedono un elevato precarico sono definiti bulloni ad alta resistenza.

Questi bulloni generano tensione e trasmettono le forze esterne attraverso l'attrito.

Al contrario, una connessione tradizionale con bulloni trasmette la forza di taglio attraverso la resistenza al taglio del bullone e la pressione di appoggio della parete del foro.

Quando si stringe il dado, la tensione è minima e può essere trascurata.

Oltre all'elevata resistenza del materiale, un bullone ad alta resistenza applica anche una tensione significativa, che si traduce in una pressione di estrusione tra i componenti di collegamento, fornendo un forte attrito perpendicolare alla direzione della vite.

Inoltre, fattori come la tensione, il coefficiente di antislittamento e il tipo di acciaio influiscono direttamente sulla capacità di carico di un bullone ad alta resistenza.

Principio di funzionamento del bullone ad alta resistenza

I bulloni ad alta resistenza sono classificati principalmente in due categorie in base alle condizioni di sollecitazione: tipo ad attrito e tipo a pressione.

In termini di processo costruttivo, i bulloni ad alta resistenza si dividono in due tipi: bulloni ad alta resistenza a taglio torsionale e bulloni ad alta resistenza esagonali di grandi dimensioni.

Bullone a taglio torsionale ad alta resistenza e bullone ad alta resistenza ad esagono grande

Il collegamento a bullone ad alta resistenza di tipo a frizione trasferisce la forza esterna attraverso l'attrito generato sulla superficie di contatto del bullone. lamiera d'acciaio dopo che lo strato di lamiera di collegamento è stato fatto aderire saldamente dalla pressione di serraggio del bullone. La superficie del componente viene sabbiata per creare un colore rosso. superficie arrugginitache garantisce un elevato coefficiente di attrito e riduce il numero di bulloni di collegamento necessari. Il diametro del foro per un bullone ad alta resistenza a frizione deve essere da 1,5 a 2,0 mm più grande del diametro nominale (d) del bullone.

Al contrario, il collegamento con bullone ad alta resistenza con cuscinetto a pressione trasferisce le sollecitazioni attraverso la combinazione di attrito tra i componenti, forza di taglio dell'asse centrale del bullone e pressione del cuscinetto del componente. Il diametro del foro per questo tipo di bullone deve essere da 1,0 a 1,5 mm più grande del diametro nominale (d) del bullone. I fori vengono eseguiti con un CNC perforazione macchina e diga di perforazione.

In sostanza, i bulloni ad alta resistenza a frizione e a pressione sono gli stessi bulloni, con la differenza che nella progettazione si tiene conto dello scorrimento. La superficie di attrito del bullone ad alta resistenza non può scorrere e la vite non sopporta il taglio. Se la superficie di attrito scivola, si ritiene che abbia raggiunto lo stato di guasto di progetto, che è una tecnologia relativamente consolidata e affidabile. D'altro canto, la superficie di attrito del bullone ad alta resistenza con cuscinetto a pressione può scorrere e la vite sopporta anche il taglio, con un cedimento finale simile a quello di un bullone ordinario (cedimento a taglio del bullone o a compressione della piastra d'acciaio).

Il bullone esagonale grande ad alta resistenza è composto da un bullone ad alta resistenza, un dado e due rondelle, che formano una coppia di bulloni ad alta resistenza. Durante la costruzione, la struttura viene temporaneamente fissata con bulloni grezzi, quindi i bulloni ad alta resistenza vengono installati uno per uno dal centro del gruppo di bulloni, iniziando con il serraggio iniziale, seguito da un nuovo serraggio e infine dal serraggio finale.

La figura sopra raffigura coppie di bulloni ad alta resistenza a testa esagonale di grandi dimensioni e di lunghezza variabile.

Quando si installa la coppia di bulloni di collegamento a testa esagonale grande ad alta resistenza, è necessario posizionare una rondella su entrambi i lati del bullone. Il valore della coppia di serraggio iniziale deve essere pari a 50% del valore della coppia di serraggio finale, mentre il valore della coppia di riserraggio deve essere uguale al valore della coppia di serraggio finale.

La formula per calcolare il valore della coppia di serraggio finale è:

TC = k * Pc * d

Dove

• Tc è il valore della coppia di serraggio finale, in n - m;
• k è il coefficiente di coppia;
• Pc è la tensione di costruzione, in kN;
• d è il diametro della filettatura del bullone ad alta resistenza, in mm.

Per il serraggio è necessario utilizzare una chiave dinamometrica, che deve essere calibrata prima di ogni utilizzo.

La coppia di collegamenti a taglio torsionale ad alta resistenza è composta da un bullone ad alta resistenza, un dado e una rondella.

Tipo di taglio torsionale bullone ad alta resistenza

Chiave elettrica a cesoia a torsione

Principio di installazione del bullone a taglio torsionale ad alta resistenza

Quando si installa la coppia di bulloni a taglio torsionale ad alta resistenza, è necessario posizionare una sola rondella su un lato del dado.

La formula per calcolare il valore della coppia di serraggio iniziale è:

Tc = 0,065 * Pc * d

Dove

• Tc è il valore della coppia di serraggio iniziale, in n - m;
• Pc è la pretesa di costruzione, in kn;
• d è il diametro della filettatura del bullone ad alta resistenza, in mm.

Infine, con una chiave speciale si deve svitare la testa del fiore di prugna fino a romperla.

L'ispezione della qualità deve concentrarsi sulla supervisione e sull'ispezione del processo di costruzione.

(3) Bullone di ancoraggio

Un bullone di ancoraggio, noto anche come vite di ancoraggio o filo di ancoraggio, viene utilizzato per collegare la base di una colonna di una struttura in acciaio a una fondazione in calcestruzzo. A questo scopo si utilizzano comunemente gli acciai tondi Q235 e Q345.

Esistono diversi tipi di bulloni di ancoraggio e, se il diametro è superiore a 24 mm, è necessario utilizzare una piastra di ancoraggio.

Durante l'installazione, il gruppo di bulloni di ancoraggio deve essere fissato dalla struttura in acciaio e installato insieme alla gabbia di armatura vincolante prima del getto del calcestruzzo. La testa del bullone deve essere esposta alla superficie del calcestruzzo per una lunghezza specifica.

Una volta che il calcestruzzo ha raggiunto un certo livello di resistenza, è necessario installare la base della colonna in acciaio ed eseguire la stuccatura secondaria alla base della colonna.

Gruppo di bulloni di ancoraggio fissi con struttura in acciaio

Schema del bullone di ancoraggio

L'immagine raffigura la base di una colonna di una struttura in acciaio prima della stuccatura secondaria, con un manicotto di gomma utilizzato per proteggere la parte superiore del bullone di ancoraggio dalla filettatura.

(4) Bullone di ancoraggio chimico

Il bullone di ancoraggio chimico è un nuovo tipo di materiale di fissaggio costituito da un agente chimico e da una barra metallica. Viene utilizzato per installare connettori di altre strutture su strutture in calcestruzzo esistenti.

Può essere utilizzato per l'installazione di parti post-incorporate in varie costruzioni di strutture in acciaio, come facciate continue e marmi appesi a secco. Inoltre, può essere utilizzato per l'installazione di attrezzature, l'installazione di guardrail per autostrade e ponti, il rinforzo e la trasformazione di edifici e altre applicazioni.

Vite e agente di ancoraggio chimico

Il bullone di ancoraggio chimico è un nuovo tipo di bullone di ancoraggio che segue il bullone di ancoraggio a espansione. Si tratta di un componente composito che viene fissato nel substrato di calcestruzzo perforato attraverso uno speciale adesivo chimico e una vite, realizzando così l'ancoraggio delle parti fisse.

Il bullone di ancoraggio chimico vanta una grande capacità portante di estrazione e può sostituire la barra di ancoraggio incorporata. Viene spesso utilizzato per risolvere il problema della dimenticanza dell'installazione delle parti incassate di una struttura in acciaio in cantiere dopo il getto del calcestruzzo. Il bullone di ancoraggio chimico può essere utilizzato per ovviare a questa situazione.

Le fasi di costruzione del bullone di ancoraggio chimico sono le seguenti:

• In conformità con i requisiti di progettazione ingegneristica, praticare i fori nelle posizioni designate nel materiale di base (come il calcestruzzo). Il diametro del foro, la profondità e il diametro del bullone devono essere determinati da tecnici professionisti o da prove sul campo.
• Praticare i fori utilizzando un trapano a percussione o un trapano ad acqua.
• Pulire la polvere dai fori di perforazione utilizzando una bombola d'aria speciale, una spazzola o una macchina ad aria compressa. Questa operazione deve essere ripetuta almeno tre volte per garantire che non rimangano polvere o acqua nel foro.
• Assicurarsi che la superficie del bullone sia pulita, asciutta e priva di olio o muratura.
• Controllare che la confezione di ancoraggio del tubo di vetro non presenti anomalie, come danni o solidificazione dell'agente. Inserire la testa rotonda della confezione nel foro di ancoraggio con la testa rivolta verso l'esterno e spingerla fino al fondo del foro.
• Utilizzando un trapano elettrico e uno speciale dispositivo di installazione, inserire la vite nella parte inferiore del foro ruotandola con forza. Non utilizzare metodi a percussione.
• Quando la vite raggiunge il fondo del foro o la posizione segnata sul bullone, interrompere immediatamente la rotazione, rimuovere il dispositivo di installazione ed evitare di disturbare il gel fino alla completa polimerizzazione. Una rotazione eccessiva può causare una perdita di colla e compromettere la forza di ancoraggio.

(Il tempo di rotazione non deve superare i 30 secondi, la velocità di rotazione deve essere compresa tra 300 e 750 giri/min, la velocità di propulsione del bullone deve essere di circa 2 cm/s e non sono ammessi metodi di impatto).

(5) Bullone di espansione

La funzione di un bullone a espansione è simile a quella di un bullone di ancoraggio chimico e viene utilizzato per applicazioni di ancoraggio con sollecitazioni minori.

Bulloni a espansione di diverse specifiche

I bulloni a espansione non devono essere utilizzati su parti con fessure o su parti soggette a fessure nelle strutture in calcestruzzo.

Quando si progettano strutture portanti principali, condotte importanti, operazioni ad alta velocità, carichi d'urto e grandi vibrazioni, i bulloni a espansione devono essere selezionati in base alla forza di trazione e alla forza di taglio di progetto.

4. Disposizione e requisiti costruttivi dei bulloni

La disposizione dei bulloni può essere suddivisa in due categorie: parallela e sfalsata.

Disposizione parallela - questa disposizione è semplice, ordinata e compatta. Le dimensioni della piastra di collegamento utilizzata sono ridotte, ma comportano un significativo indebolimento della sezione del componente.

Disposizione sfalsata - questa disposizione non è altrettanto compatta, ma le dimensioni della piastra di collegamento utilizzata sono maggiori, con conseguente minore indebolimento della sezione dell'elemento.

Requisiti di stress

Direzione delle sollecitazioni verticali: Per evitare la concentrazione delle sollecitazioni nei bulloni e l'eccessivo indebolimento della sezione, nonché la riduzione della capacità portante, la distanza tra i bordi e le estremità dei bulloni non deve essere troppo piccola.

Direzione dell'azione della forza: Per evitare che la piastra si rompa o si tranci, la distanza finale non deve essere troppo piccola.

Per gli elementi di compressione: Per evitare la deformazione delle piastre di collegamento, la distanza intermedia non deve essere troppo grande.

Requisiti di costruzione:

• La distanza tra i bordi e la distanza intermedia dei bulloni non deve essere troppo grande per evitare l'allentamento tra le piastre, l'intrusione di umidità e la corrosione dell'acciaio.
• Per facilitare il serraggio del dado con una chiave, il passo del bullone non deve essere inferiore a 3 volte il diametro del bullone.

In base a questi requisiti, la distanza ammissibile dei bulloni e i relativi valori di progettazione sono specificati nel codice GB50017-2017 per la progettazione di strutture in acciaio.

Tabella 8.3.4 distanze massime e minime ammissibili di bulloni o rivetti

Nota:

1. d₀ è il diametro del foro del bullone o del chiodo e t è lo spessore della lamiera esterna.

2. La distanza massima tra il bordo della piastra d'acciaio e il bullone o il rivetto collegato all'elemento rigido (come l'acciaio angolare, l'acciaio per canali, ecc.) può essere adottata in base al valore della riga centrale.