Blog

ASTM F3125: Jednotná norma pro vysokopevnostní šrouby ve stavebních konstrukcích

Proč byly A325 a A490 nahrazeny normou F3125 — konsolidace, jasnost a logika dělení na třídy

Norma ASTM F3125 nahradila starší specifikace, jako jsou A325 a A490, protože ty způsobovaly problémy již léta, pokud jde o specifikace, zkušební metody a praktické použití. Nyní pod F3125 jsou dříve samostatné normy kategorizovány jako různé třídy, což usnadňuje nákup materiálů, kontrolu stavenišť a zajištění souladu návrhů se všemi požadovanými předpisy. Tím, že přivede americké normy šroubů do souladu s mezinárodními normami, jako je ISO 898-1, tato změna pomáhá výrobcům lépe spolupracovat napříč hranicemi. Co je však nejdůležitější, je, že F3125 vytváří jasné podkategorie, jako je F3125/A325 Typ 1 nebo Typ 3. Tyto rozdíly přesně určují, jaké materiály byly použity, jak byly během výroby upraveny a kam mají být umístěny ve skutečných stavebních projektech. To snižuje chyby při instalaci šroubů ve významných konstrukcích, od kancelářských budov až po sportovní arény a velké mosty.

Pevnostní limity v tahu a mezi kluzu: 120/105 ksi (Třída A325) vs. 150/130 ksi (Třída A490)

Při výběru šroubů pro konstrukce jsou pevnost v tahu a mezní kluzná pevnost stále hlavními parametry, na které inženýři hledí. Šrouby třídy A325 mají minimální pevnost v tahu kolem 120 ksi a mezní kluznou pevnost přibližně 105 ksi. Tyto specifikace jsou dostatečné pro běžné stavební rámy a střešní vazníky, zejména když návrh vyžaduje dobrou tažnost a schopnost odolávat opakovanému namáhání v průběhu času. Použití šroubů třídy A490 znamená výrazně lepší výkon. Dosahují pevnost 150 ksi v tahu a 130 ksi v mezní kluzné pevnosti. Vzhledem k tomuto zvýšenému výkonu jsou tyto šrouby nezbytné v situacích s extrémními zatíženími, jako jsou dnes běžné dlouhé rozpětí mostů, seizmické ztužení, které musí pohltit ráz, a různé těžké průmyslové konstrukce, kde selhání není možné.

Požadavky na mechanické vlastnosti definující vysokopevnostní šrouby

Jak tažná pevnost, poměr meze kluzu, tvrdost a prodloužení v hrdle zajišťují konstrukční spolehlivost

Aby vysokopevnostní šrouby spolehlivě fungovaly za všech druhů zatížení, musí splňovat čtyři klíčová mechanická kritéria. První věc, na kterou se je třeba podívat, je mez pevnosti v tahu, která by měla být mezi 120 a 150 ksi, aby se předešlo ty tak nenáviděným křehkým lomům. Dále následuje něco, čemu se říká poměr meze kluzu, což je vlastně míra toho, jak moc se šroub může prohnout, než praskne. Podle norem ASTM F3125 by tento poměr neměl překročit 0,92. Proč je to důležité? Protože to šroubu poskytuje dostatečnou pružnost před selháním, což je velmi důležité, když se budovy pohybují při zemětřeseních. Pak jsou tu hodnoty tvrdosti okolo 32 až 39 HRC u většiny tříd. Správné nastavení znamená, že šroub zůstane tvrdý na povrchu, ale stále pružný uvnitř. Pokud bude příliš tvrdý, hrozí problémy s vodíkovou křehkostí. Bude-li však příliš měkký, budou se závity opotřebovávat rychleji, než by měly. Nakonec kontrolujeme procenta protažení krku. U šroubů A325 požadujeme alespoň 14 % a u A490 minimálně 10 %. Tyto hodnoty nám říkají, zda šroub dokáže rovnoměrně protáhnout podél své délky a odolat krouticím silám, aniž by praskl, když se spoje otáčejí nebo přerozdělují zatížení.

Kdy použít ASTM A449 místo F3125 — výjimky týkající se průměru, délky závitu a použití

ASTM A449 stále dobře funguje pro nekonstrukční práce nebo zvláštní případy, které nespadají do F3125. Patří sem větší šrouby s průměrem přes 1,5 palce nebo ty, které vyžadují delší závit, než jaký uvádí F3125 pro šrouby o délce šesti palců a menší (kde platí vzorec 2D plus čtvrt palce). Norma také zahrnuje i některé netypické tvary, které se ve skutečných pracovních situacích objevují. Myslete na plně závitované tyče, ohnuté šrouby nebo kotvové šrouby s kovanou hlavou na jednom konci. Takové šrouby se běžně vyskytují u základů a při montáži těžkých strojů. A449 umožňuje tvrdost až do 35 HRC bez nutnosti nárazových zkoušek, ale v několika důležitých ohledech zaostává za F3125. Chybí přísné sledování šarží, nejsou vyžadovány dodatečné tahové zkoušky ani povinné certifikáty z válcovny pro konstrukční aplikace. Z těchto důvodů inženýři nikdy nezadají A449 pro žádná konstrukční ocelová spojení pokrytá normami AISC 360 nebo specifikacemi RCSC. Tyto projekty vyžadují plnou shodu s F3125.

Doplňkové komponenty: Matice, podložky a kotvicí systémy pro šroubové spoje vysoké pevnosti

Matice ASTM A563 a A194: Přizpůsobení pevnosti, zkouška zatížení a předcházení poruše matic

Výběr správných ořechů není jen něco extra - je to vlastně zásadní pro udržení pevných a bezpečných kloubů. Zde jsou v úvahu dva hlavní standardy. ASTM A563 se zabývá běžnými maticemi z uhlíkové a legované oceli, které pracují se strukturálními šrouby. Pak je tu ASTM A194, který zvládá ty tvrdý vysokou pevnost matice určený pro horké prostředí, jako třídy 2H, 4 a 7, které se párovat s A490 šrouby v opravdu náročných podmínkách. Všechny tyto normy se shrnují do jedné základní myšlenky: matice musí být alespoň stejně silné jako jejich odpovídající šrouby. Vezměme si například ořechy třídy DH ze normy A563. Jsou speciálně navrženy tak, aby se nevytrhly, když je zatáhneš na ty těžký A490 šrouby. Každá šarže musí projít testy odolnosti, kde použijeme 120% toho, co by měl ořech zvládnout, než ukáže známky ústupku. Tím se zkontroluje, zda všechno zůstává pod tlakem stabilní a zda se vlákna správně drží pohromadě. Použití nesouhlasných matic nebo těch, které nesplňují specifikace, otevírá dveře problémům jako vznik trhlin, vypouštění šroubů z vibrací a ztráta napětí kloubů v průběhu času. Přidání tvrzených plochých pruhů podle ASTM F436 pomáhá lépe rozptýlit pevnou sílu na povrchu. Sférické nebo šikmé škrobky také dokážou skvěle kompenzovat, když povrch není na základních deskách nebo nosnicích plátů úplně rovný. Když už mluvíme o spojování, válcované nitě se staly standardní praxí pro šrouby F3125, protože vydrží déle pod opakovaným namáhením a udržují konzistentní tvar po celou dobu životnosti ve srovnání se řezanými nitěmi.

Specifická shoda podle použití: Mosty, ocelové konstrukce a korozivzdorné vysokopevnostní šrouby

Nerezová ocel třídy 3 vs. žárově zinkovaná: Výběr korozivzdorných vysokopevnostních šroubů podle prostředí

Inženýři musí plánovat odolnost proti korozi, nikoli doufat, že nastane náhodou. Šrouby z nerezové oceli typu 3 (ASTM A320 Grade L7), původně navržené pro použití za nízkých teplot, se staly populárními díky své odolnosti vůči bodové a štěrbinové korozi v extrémních podmínkách, jako je expozice mořské vodě, chemické procesy nebo místa ošetřovaná protipomrazovou solí. Tyto šrouby přirozeně vytvářejí ochrannou vrstvu oxidu, takže nevyžadují pravidelnou údržbu a mohou vydržet mnoho let i v náročných prostředích. To je činí hodnotnými za dodatečné peníze při stavbě věcí jako jsou offshore ropné plošiny, pobřežní mosty nebo čistírny odpadních vod. Na druhou stranu mají žárově zinkované šrouby (ASTM F2329) ochranu díky zinek povlaku nanášenému po výrobě. Fungují dobře ve městech, továrnách nebo venkovských oblastech, kde není ve vzduchu příliš mnoho soli. Dávejte ale pozor na problémy, když tyto šrouby leží v trvalé mořské vodě nebo v kyselé půdě. Povlak může rychle opotřebovat a někdy se odloupne během instalace, pokud je povlak podle specifikací příliš silný. U ocelových konstrukcí uvnitř pevniny, kde probíhají pravidelné kontroly a šrouby lze znovu dotáhnout, nabízejí zinkované šrouby dobrý poměr cena-výkon. Když se jedná o vážná rizika koroze nebo situace, kdy si nejsme jisti, co se stane, mnozí odborníci nyní volí duplexní nerezové oceli jako ASTM A193 Grade B8M Class 2 nebo speciální povlaky splňující normu ASTM F1160 pro důležité spoje v konstrukcích.