Definizione, materiali e gradi di prestazione dei bulloni ad alta resistenza

Bulloni ad alta resistenzasono realizzati in acciaio legato ad alta resistenza e in grado di sopportare grandi tensioni di pre-serraggio. Sono ampiamente utilizzati per collegamenti critici in binari ferroviari, ponti, strutture in acciaio, apparecchiature ad alta e altissima pressione. La modalità di frattura dei bulloni ad alta resistenza è per lo più la frattura fragile. Nei recipienti a pressione e nelle apparecchiature ad alta pressione, viene generalmente applicato un ampio precarico specificato dallo standard per garantire prestazioni di tenuta complessive.

Il collegamento di bulloni ad alta resistenza si basa sull'attrito tra le superfici di contatto dei componenti collegati per impedire lo scorrimento relativo. Per fornire una forza di attrito anti-scorrevole sufficiente, è necessario aumentare la pretensione del bullone, migliorare la forza di bloccaggio del componente e aumentare adeguatamente il coefficiente di attrito delle superfici di contatto. La forza di serraggio tra i componenti è completamente fornita dal pretensionamento dei bulloni. Pertanto, per la produzione dei bulloni è necessario adottare acciaio ad alta resistenza, che definisce le caratteristiche essenziali delle connessioni bullonate ad alta resistenza.

Il coefficiente di attrito influisce notevolmente sulla capacità portante delle connessioni bullonate ad alta resistenza. È determinato principalmente dalle condizioni della superficie di contatto e dal materiale del substrato delle parti collegate. In edilizia, le superfici di contatto vengono solitamente trattate mediante sabbiatura e spazzolatura con filo di acciaio per rimuovere scaglie di ossido, macchie d'olio e impurità, in modo da aumentare il coefficiente di attrito e garantire la stabilità della connessione.

1. Materiali comuni e caratteristiche prestazionali dei bulloni ad alta resistenza

La resistenza alla trazione, la durezza e le proprietà meccaniche complete dei bulloni ad alta resistenza dipendono dai materiali del substrato e dai processi di trattamento termico di tempra e rinvenimento. L'acciaio 40Cr bonificato convenzionale difficilmente soddisfa i requisiti di prestazione del materialeBulloni ad alta resistenza di grado 10.9in condizioni stabili. Nelle ispezioni di routine, la resistenza alla trazione può essere valutata preliminarmente in base alla durezza superficiale dopo il trattamento termico. I bulloni realizzati con materiali diversi differiscono ovviamente nelle prestazioni a frattura ritardata e nelle prestazioni a fatica in condizioni di stress elevato.

I bulloni ad alta resistenza 40Cr vengono applicati principalmente nelle strutture a griglia con giunto sferico con capacità portante di progettazione relativamente controllabile. La resistenza di progetto è di circa 390 MPa per bulloni con diametro maggiore o uguale a 30 mm e 430 MPa per bulloni con diametro < 30 mm, con bassa sollecitazione di pretensione in normali condizioni di lavoro. Se utilizzato in condizioni di lavoro gravose con elevato precarico e sollecitazioni elevate è necessaria una rigorosa verifica della resistenza alla frattura ritardata. Nel complesso, il materiale 20MnTiB presenta una migliore resistenza alla frattura ritardata rispetto a 40Cr e 40B.

In conformità con GB/T 1231, i materiali consigliati per i bulloni esagonali grandi ad alta resistenza di grado 10.9S sono 20MnTiB per le specifiche inferiori o uguali a M24 e 35VB per le specifiche inferiori o uguali a M30. È difficile ottenere la piena penetrazione di tempra dei bulloni ad alta resistenza di grande diametro, con conseguente resistenza del nucleo non qualificata. Pertanto, nelle applicazioni ingegneristiche, i bulloni ad alta resistenza sovradimensionati dovrebbero essere evitati. Se necessario, la sollecitazione operativa di progetto dovrà essere ridotta per garantire il margine di sicurezza.

I bulloni di ancoraggio e i bulloni a forma speciale (inclusi i bulloni di ancoraggio standard GB799 e i bulloni di tipo L) coprono una gamma di specifiche da M6 a M120 con lunghezza illimitata. I materiali comuni includono Q235, acciaio 45#, Q345B, 40Cr e 35CrMoA. I tipi strutturali sono costituiti da ganci diritti, ganci ad arco, artigli di ancoraggio e piastre di ancoraggio irrigidite. Tra questi, 40Cr e 35CrMoA sono materiali ad alta resistenza dedicati per l'ancoraggio per carichi pesanti di fondazioni di apparecchiature e strutture in acciaio.

2. Materiali corrispondenti e standard di implementazione per bulloni ad alta resistenza del tipo a taglio torsionale

Per i bulloni ad alta resistenza di tipo torshear di grado 10.9 per strutture in acciaio (connessione di tipo ad attrito con coefficiente di attrito standard di 0,45), i materiali corrispondenti sono specificati come segue: materiale del bullone: ​​20MnTiB; materiale dado: 15MnVB. Questo gruppo di fissaggio è conforme allo standard nazionaleGB/T 3632-2008 Assiemi di bulloni, dadi e rondelle ad alta resistenza tipo Torshear per strutture in acciaio, che sarà seguito nell'approvvigionamento, nell'ispezione e nella costruzione.

3. Classificazione e criteri dei gradi di prestazione dei bulloni

Le proprietà meccaniche dell'acciaio al carbonio ebulloni, viti e prigionieri in acciaio legatosono classificati in dieci gradi standard: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9 e 12.9. Il diametro della filettatura applicabile varia da 1,6 mm a 39 mm con una temperatura operativa normale compresa tra -50 gradi e 300 gradi. La temperatura di esercizio degli elementi di fissaggio in acciaio a taglio libero non deve superare i 250 gradi.

Classificazione unificata del settore:I bulloni di grado 8.8 e superiore sono realizzati in acciaio al carbonio medio o basso legato mediante trattamento termico di tempra e rinvenimento, definiti come bulloni ad alta resistenza; i bulloni di grado inferiore a 8.8 sono definiti bulloni ordinari.

Ciascun grado di prestazione del bullone è composto da due cifre, che rappresentano rispettivamente il grado di resistenza alla trazione nominale e il rapporto di snervamento. Si tratta di uno standard universale a livello internazionale. I bulloni dello stesso grado offrono proprietà meccaniche equivalenti indipendentemente dal materiale e dall'origine, quindi per la selezione del progetto viene adottato solo il grado di prestazione.

Esempio 1: bullone ordinario di grado 4.6

1. Resistenza alla trazione nominale: 400 MPa;

2. Rapporto di rendimento: 0,6;

3. Carico di snervamento nominale: 400 MPa × 0.6=240 MPa.

Esempio 2: bullone ad alta resistenza di grado 10.9 (dopo il trattamento termico)

1. Resistenza alla trazione nominale: 1000 MPa;

2. Rapporto di rendimento: 0,9;

3. Carico di snervamento nominale: 1000 MPa × 0.9=900 MPa.