Заклепочные и болтовые соединения алюминиевых конструкций
|
Соединения на болтах или заклепках, хотя и связаны с некоторым ослаблением сечения элементов конструкций, все же имеют некоторые преимущества перед сварными соединениями, так как не вызывают структурных изменений материала. Заклепочные соединения Чтобы исключить вредное влияние местного нагрева в процессе клепки, заклепки из алюминиевых сплавов ставят в холодном состоянии. Материалом для заклепок служат сплавы повышенной пластичности. Перед постановкой в конструкцию заклепки из термоупрочняемых сплавов подвергают закаливанию при температуре около 500° С. Наибольшее время с момента термической обработки заклепки до процесса клепки определяется скоростью процесса старения материала. Для дуралюмина это время невелико. Например, для сплава Д16п оно составляет всего 20 мин. Срок между термообработкой и постановкой заклепок может быть увеличен хранением заклепок в холодильнике. Так, тот же сплав Д16п, находящийся при t=0°C, сохраняет свежезакаленное состояние 20 ч. Поскольку упрочнение материала протекает в заклепках, поставленных в конструкцию, возможность загружения конструкции определяется временем, необходимым для достижения материалом заклепок требуемой прочности (обычно 5—10 дней). При применении заклепок из алюминия типа магналии, не подвергающихся упрочнению термообработкой, эти трудности отпадают. Работа заклепки, поставленной в холодном состоянии, отличается от работы заклепки, поставленной после нагрева до соответствующей температуры. Как известно, стержень заклепки, поставленной в горячем состоянии, при остывании, сокращаясь в длине, стягивает соединяемые элементы, что и определяет работу заклепочного соединения в первой стадии в результате сил трения. При холодной клепке такого стягивания листов не происходит и соединение сразу работает в результате упругих деформаций: смятия и среза. Такая работа заклепок, установленных в холодном состоянии, аналогична второй стадии работы соединения на заклепках, поставленных в горячем состоянии. Чтобы заклепка, поставленная в холодном состоянии, хорошо работала, необходимо полное заполнение отверстия ее стержнем. Заклепки ставят в отверстия, рассверленные в пакете.  В процессе клепки соединяемые элементы должны быть хорошо прижаты друг к другу, что обеспечивается более частой постановкой сборочных болтов. После снятия этих болтов в заклепочных стержнях возникают растягивающие напряжения; они, однако, значительно меньше растягивающих напряжений, возникающих при остывании заклепки, поставленной в горячем состоянии. Вследствие этого усилие, передаваемое на заклепочную головку, оказывается сравнительно небольшим и, следовательно, размеры головки могут быть приняты меньшими по сравнению с применяемыми в стальных заклепках. С другой стороны, образование замыкающей головки заклепок больших диам (16—20 мм) при холодном способе клепки даже из мягкого (неупрочненного) алюминия требует больших усилий. Стремление уменьшить это усилие привело к изысканию новых форм замыкающих головок (рис. 11.3). Сжимающее усилие, необходимое для образования замыкающей головки заклепки диаметром 20 мм из дуралюмина Д18, при обычной полукруглой форме — 690, при плоскоконической — 430, и при конусообразной — 350 кН. При постановке заклепок того же диаметра из сплава Д1 усилия, необходимые для формирования головок, по сравнению с приведенными, возрастают в 1,3—1,4 раза. Клепка конструкций в заводских условиях осуществляется на скобах большой мощности. В монтажных условиях, когда клепка ведется с помощью пневматических молотков, форма замыкающей головки имеет особое значение. Так, при клепке конструкций моста через р. Сегени (см. рис. 8.1) были использованы заклепки диаметром 20,6 мм с замыкающей головкой венечной формы (рис. 11.3,г). Чтобы облегчить процесс клепки в холодном состоянии, предлагались и другие формы замыкающих головок, а также составные заклепки. Так, заклепки, разработанные в НИИ мостов (Ленинград), состоят из двух частей: полого цилиндрического стержня с головкой и конического стержня с головкой (рис. 11.3,д). Последний в процессе клепки запрессовывается в полость цилиндрического стержня. Испытания показали, что такие заклепки хорошо заполняют отверстия и надежно работают при статической и динамической нагрузке. Болтовые соединения В конструкциях из алюминия используют алюминиевые болты, стальные из стали обычной и высокой прочности (высокопрочные болты), алюминиевые болты с обжимными кольцами. Алюминиевые болты, так же как и стальные, изготовляют нормальной и повышенной точности. Во избежание электрохимической коррозии стальные болты и шайбы оцинковывают или кадмируют. Болты с обжимными кольцами, так называемые лок-болты, установка которых в соединениях производится с помощью специального пневматического инструмента, повышают производительность труда на монтаже в 1,5—2 раза. Такие болты из дуралюмина диаметром 9,5 мм были применены при строительстве купола выставочного павильона в Сокольниках. Расчет заклепочных и болтовых соединений Заклепки и болты в конструкциях из алюминиевых сплавов рассчитывают по тем же формулам, что и в стальных конструкциях. Расчетное сопротивление срезу в заклепочных соединениях из алюминия марок АД1Н, АМг2Н соответственно равны 35 и 70 МПа, а из алюминия марок АМг5пМ и ABT — 100 МПа. Для заклепок с потайными или полупотайными головками расчетные сопротивления снижаются на 20%. Значения расчетных сопротивлений приведены в табл. 11.3 и 11.4.   Диаметр (мм) односрезных заклепок обычно назначается несколько большим удвоенной толщины склепываемого пакета: d=2Σδ+(1...3), а при двухсрезных d=Σδ+(1..,3). Диаметр отверстий под заклепки должен быть несколько больше заклепок. Так, при стандартном диаметре заклепок 3—8, 10, 12, 14, 16, 18 мм диаметры отверстий должны соответственно составлять 3,1; 4,1; 5,1; 6,2; 7,2; 8,2; 10,2; 12,35; 14,4; 16,55 и 18,6 мм. В алюминиевых конструкциях максимальные расстояния между центрами заклепок (болтов) несколько уменьшены по сравнению с расстояниями в стальных конструкциях, а минимальные расстояния от центра заклепки (болта) до края элемента увеличены. Коэффициенты трения f при расчете соединений на высокопрочных болтах, вне зависимости от марки алюминия, принимаются: при пескоструйной очистке — 0,45; при химической обработке (травление) — 0,4. При отсутствии обработки соединяемых поверхностей коэффициент трения столь незначителен (f=0,15), что использование высокопрочных болтов оказывается нецелесообразным. Чтобы увеличить прочность заклепочных и болтовых соединений, соединяемые поверхности целесообразно намазывать клеем. В соединениях на высокопрочных болтах, вследствие того что материал конструкции (алюминий) и болтов (сталь) имеет разные коэффициенты линейного расширения, при изменении температуры в стержне болта могут возникать дополнительные температурные напряжения. Их необходимо учитывать при назначении предварительного натяжения болта. |
