Bulloni a torsione-ad alta-resistenza al taglio

Tipo di taglio-a torsionebulloni-ad alta resistenza sono elementi di fissaggio chiave comunemente utilizzati nelle connessioni strutturali. Questo documento fornisce un'introduzione dettagliata e un'analisi sistematica della loro struttura, delle prestazioni principali e delle applicazioni ingegneristiche: prima elaborando la struttura di base e il principio di funzionamento, quindi approfondendo le loro caratteristiche di elevata-resistenza, le prestazioni sismiche e le applicazioni tipiche nel campo dell'ingegneria e infine proponendo direzioni di sviluppo futuro di tali bulloni per fornire riferimento per la ricerca e la pratica pertinenti.

Parole chiave: Bulloni ad alta resistenza-a taglio-a torsione; collegamenti strutturali; proprietà meccaniche; applicazioni ingegneristiche; direzioni di sviluppo

1. Introduzione

Essendo gli elementi di fissaggio più basilari nel campo della meccanica e dell'edilizia, i bulloni sono ampiamente utilizzati nei nodi di connessione di varie strutture. I bulloni ad alta resistenza-a taglio-a torsione sono componenti di collegamento efficienti sviluppati sulla base dei bulloni tradizionali. Con i principali vantaggi di "coppia di installazione controllabile, elevata affidabilità della connessione, elevata resistenza ed eccellenti prestazioni sismiche", sono diventati il ​​metodo di connessione tradizionale in campi come strutture in acciaio e macchinari pesanti e negli ultimi anni hanno ricevuto un'attenzione significativa nella pratica ingegneristica e nella ricerca accademica. Questo documento seleziona sistematicamente le caratteristiche strutturali, le prestazioni principali e gli scenari applicativi dei bulloni ad alta resistenza-di tipo torsione-a taglio, ne chiarisce i vantaggi tecnici e analizza le direzioni di ricerca future in combinazione con le esigenze di sviluppo del settore, fornendo supporto teorico per le loro applicazioni ingegneristiche più ampie.

2. Struttura e principio di funzionamento dei bulloni ad alta resistenza-a taglio e torsione

I componenti principali dei bulloni ad alta resistenza-a taglio e torsione includono il corpo del bullone, il dado e la rondella. La differenza essenziale tra la loro struttura e i tradizionali bulloni ad alta-resistenza risiede nellaspeciale torsione-tacca di taglio all'estremità del corpo del bullone-piuttosto che "parti di taglio-a torsione multipla". Questa tacca è un anello debole che collega la testa del bullone e il gambo e la sua resistenza nella sezione trasversale- è progettata esattamente per corrispondere alla coppia di pre-serraggio del bullone.

Il suo principio di funzionamento è diviso in due fasi: "installazione e serraggio" e "carico-portante". Durante l'installazione, viene utilizzata una chiave dinamometrica speciale per bloccare la testa del bullone e la testa a esagono incassato all'estremità e la forza di pre-serraggio viene generata applicando la coppia al bullone. Quando la coppia raggiunge la soglia di progetto, l'intaglio di taglio della torsione finale-verrà tagliato lungo la sezione trasversale-predeterminata. In questo momento, la forza di pre-serraggio del bullone-soddisfa appena i requisiti delle specifiche, realizzando un serraggio preciso di "controllo della coppia attraverso il taglio" ed evitando i problemi di una forza di pre-serraggio insufficiente-o di sovraccarico causato da un controllo impreciso della coppia dei bulloni tradizionali. Nella fase di carico-portante, il bullone fa aderire perfettamente le parti collegate attraverso la forza di pre{11}}serraggio di trazione del gambo, trasmette la forza di taglio mediante attrito tra le parti collegate e il gambo stesso può aiutare a sopportare parte del carico di taglio, formando un meccanismo di cuscinetto collaborativo di "attrito-taglio", che migliora notevolmente l'affidabilità della connessione.

3. Prestazioni dei bulloni ad alta resistenza-a taglio-a taglio

3.1 Prestazioni-elevate

I bulloni ad alta resistenza-a taglio-a torsione sono generalmente realizzati in acciaio strutturale legato di alta-qualità come 42CrMoA. Dopo il trattamento termico di tempra e rinvenimento (tempra + rinvenimento ad alta-temperatura), il loro grado di resistenza generalmente raggiunge il grado 10.9 o superiore e i prodotti utilizzati in alcuni scenari speciali possono raggiungere il grado 12.9. La loro resistenza alla trazione non è inferiore a 1000 MPa e la resistenza al taglio è 1,5-2 volte quella dei normali bulloni di grado 8.8, che possono soddisfare efficacemente le esigenze di scenari di connessione a carico elevato-come giunti di travi di strutture in acciaio-di colonne e travi scatolari in acciaio di ponti. Rispetto ai tradizionali bulloni ad alta resistenza, il loro vantaggio non risiede solo nella robustezza del materiale ma anche nella stabilità del cuscinetto garantita dal "controllo preciso della forza di pre-serraggio"-evitando il problema del sovraccarico parziale del bullone e del cedimento parziale del bullone causato dalla forza di pre-serraggio discreta.

3.2 Prestazione sismica

Il vantaggio sismico dei bulloni ad alta resistenza-di tipo torsione-a taglio deriva dalle caratteristiche del "pre-serraggio preciso + cuscinetto flessibile": da un lato, la precisa forza di pre-serraggio mantiene le parti collegate strettamente aderenti. Anche sotto l'azione dei carichi ciclici sismici, la forza di taglio può essere trasmessa efficacemente attraverso l'attrito della superficie di contatto, riducendo la deformazione di taglio del bullone stesso; d'altro canto, il trattamento di bonifica del corpo dell'otturatore gli conferisce elevata resistenza e buona tenacità. Sotto il carico d'impatto generato dai terremoti, può assorbire energia attraverso una leggera deformazione elastica per evitare fratture fragili. I dati dei test rilevanti mostrano che i giunti delle strutture in acciaio che utilizzano bulloni ad alta resistenza-al taglio e torsione non presentano danni evidenti in caso di terremoti frequenti e solo una leggera deformazione plastica dei bulloni si verifica in caso di terremoti rari. La prestazione sismica complessiva dei giunti è migliorata di oltre il 30% rispetto alle tradizionali connessioni bullonate, che possono ridurre efficacemente la concentrazione delle sollecitazioni strutturali e garantire la sicurezza sismica complessiva della struttura.

4. Applicazioni di bulloni ad alta resistenza-a taglio-a taglio

Grazie ai vantaggi di serraggio preciso, elevata resistenza e resistenza sismica, i bulloni ad alta resistenza-al taglio-a torsione sono diventati gli elementi di fissaggio preferiti nei campi che richiedono un'elevata affidabilità della connessione. Gli scenari applicativi tipici includono:

Costruzioni di strutture in acciaio: come giunti di travi-colonne di telai in acciaio di edifici a molti piani-, collegamenti di travi di gru di officine di strutture in acciaio e collegamenti nodali di strutture spaziali di ampia-campata, garantendo la stabilità della struttura sotto carichi di vento e carichi sismici;

Ingegneria dei ponti: utilizzata per giunzioni di travi scatolari in acciaio, connessioni tra pilastri di ponti e travi di copertura e nodi di strutture in acciaio di torri di ponti strallati-cavi, adattandosi alle forze complesse dei ponti soggetti ai carichi dinamici dei veicoli e ai cambiamenti di temperatura;

Macchinari pesanti: come collegamenti al telaio di macchinari minerari, collegamenti a flangia di torri di apparecchiature per l'energia eolica e collegamenti a strutture portanti-di apparecchiature metallurgiche, che sopportano carichi elevati e carichi di vibrazioni;

Transito ferroviario: compresi ponti ferroviari in acciaio e strutture in acciaio che supportano i collegamenti del transito ferroviario urbano, soddisfacendo i severi requisiti del sistema ferroviario in termini di precisione e durata dei collegamenti.

È opportuno notare che tali bulloni non sono adatti per ambienti con-temperature elevate-a lungo termine (superiori a 300 gradi) o con forte corrosione. Se è necessario utilizzarli in tali scenari, è necessario adottare trattamenti anticorrosivi superficiali aggiuntivi-(come Dacromet, infiltrazione di zinco, ecc.) e materiali in lega resistenti alla temperatura-.

5. Direzioni di sviluppo dei bulloni ad alta resistenza-a torsione-a taglio

5.1 Ricerca sull'aggiornamento dei materiali

In futuro, l'attenzione dovrebbe essere concentrata sullo sviluppo di due tipi di materiali: uno è costituito da "leghe ultra-resistenza e resistenza alla corrosione-resistenti". Combinando la tecnologia di microlega e i processi di trattamento superficiale, la resistenza viene aumentata al grado 14.9 sulla base del grado 12.9 esistente. Allo stesso tempo, la resistenza alla corrosione nell'atmosfera marina e negli ambienti con corrosione industriale viene migliorata aggiungendo cromo, elementi di nichel o adottando una tecnologia di rivestimento priva di cromo-; il secondo riguarda i "materiali leggeri", che esplorano l'applicazione di leghe di titanio e acciaio inossidabile ad alta resistenza-in bulloni a taglio elicoidale-per soddisfare le esigenze di scenari leggeri e ad alta-pulizia come le apparecchiature aerospaziali e mediche.

5.2 Ottimizzazione strutturale e di processo

Le indicazioni di ottimizzazione strutturale includono: la progettazione di intagli di taglio-a sezione trasversale-variabile per rendere il consumo energetico dei bulloni più uniforme durante l'installazione e il taglio, migliorando ulteriormente la precisione del controllo della forza di pre-serraggio; sviluppando un design integrato con "struttura anti-allentamento", integrando rondelle anti-allentamento all'estremitàbulloniper adattarsi a scenari meccanici con frequenti vibrazioni. L'ottimizzazione del processo si concentra sulla combinazione della tecnologia di formatura a freddo e del processo di trattamento termico. Controllando con precisione la deformazione della deformazione a freddo per ridurre lo stress del materiale interno, combinato con il trattamento di tempra e rinvenimento segmentato, l'uniformità delle prestazioni dei bulloni viene migliorata e il tasso di scarto nel processo di produzione viene ridotto.

5.3 Miglioramento del sistema di simulazione e test numerico

Con l'aiuto della tecnologia di analisi degli elementi finiti (FEA), stabilire un modello numerico dell'intero-ciclo di vita dei bulloni da "installazione e taglio" a "carico-portante", simulare la legge di degrado delle prestazioni dei bulloni in diverse temperature e ambienti di corrosione e fornire basi teoriche per la selezione in scenari speciali; allo stesso tempo, migliorare il sistema di ricerca sui test. Oltre ai convenzionali test di trazione e taglio, aggiungere "test di durata a fatica" e "test di accoppiamento a fatica di corrosione-" e stabilire un metodo di valutazione della durata dei bulloni basato sulla teoria dell'affidabilità, rompendo l'attuale limitazione di fare affidamento su dati empirici e fornendo un supporto tecnico più scientifico per le applicazioni di ingegneria.

6. Conclusione

I bulloni ad alta resistenza-del tipo a taglio-a torsione sono elementi di fissaggio strutturali efficienti che integrano "serraggio preciso, elevata resistenza ed elevata resistenza sismica". Il loro vantaggio principale è quello di ottenere un controllo preciso della forza di pre-serraggio-attraverso una speciale struttura a torsione-di taglio, risolvendo i principali punti critici delle tradizionali connessioni bullonate. Al momento, sono stati ampiamente utilizzati in settori quali l'edilizia, i ponti e i macchinari pesanti, diventando componenti fondamentali per garantire connessioni ad alto-carico e ad alta-affidabilità.

In futuro, le principali direzioni di sviluppo dei bulloni ad alta resistenza-di tipo torsione-a taglio saranno quelle di ottenere "maggiore resistenza + migliore resistenza alla corrosione" attraverso il miglioramento dei materiali, migliorare l'efficienza dell'installazione e la stabilità dei cuscinetti attraverso l'ottimizzazione strutturale e del processo e migliorare il sistema di valutazione delle prestazioni attraverso la simulazione numerica e la ricerca sui test. Con la svolta di queste tecnologie, i loro scenari applicativi verranno ulteriormente estesi a campi più difficili come l'ingegneria navale e l'aerospaziale, fornendo garanzie di connessione più affidabili per la produzione di apparecchiature di fascia alta-e le principali costruzioni ingegneristiche.