Блог

ASTM F3125: Единый стандарт для высокопрочных болтов в строительных конструкциях

Почему F3125 заменил A325 и A490 — консолидация, ясность и логика подклассификации по классам

Стандарт ASTM F3125 заменил собой более старые спецификации, такие как A325 и A490, поскольку те на протяжении многих лет вызывали проблемы в плане технических требований, методов испытаний и практического применения. Теперь под стандартом F3125 то, что ранее было отдельными стандартами, классифицируется как различные марки, что упрощает закупку материалов, проверку объектов и обеспечение соответствия проектов всем необходимым требованиям. Благодаря приведению американских стандартов на болты в соответствие с международными нормами, такими как ISO 898-1, это изменение также способствует более эффективной работе производителей на международном уровне. Что особенно важно, так это то, что F3125 устанавливает чёткие подкатегории, например F3125/A325 Type 1 или Type 3. Эти различия точно определяют, какие материалы использовались, как они обрабатывались в процессе производства и где должны применяться в реальных строительных проектах. Это снижает вероятность ошибок при монтаже болтов в ответственных конструкциях — от офисных зданий до спортивных арен и крупных мостов.

Ориентиры прочности на растяжение и предела текучести: 120/105 тыс. фунтов на кв. дюйм (класс A325) против 150/130 тыс. фунтов на кв. дюйм (класс A490)

При выборе строительных болтов прочность на растяжение и предел текучести по-прежнему являются основными параметрами, на которые смотрят инженеры. Болты класса A325 имеют минимальную прочность на растяжение около 120 тыс. фунтов на кв. дюйм и предел текучести около 105 тыс. фунтов на кв. дюйм. Эти характеристики достаточно хорошо подходят для стандартных строительных каркасов и стропильных ферм, особенно когда в проекте требуется хорошая пластичность и способность выдерживать многократные циклы нагрузки со временем. Переход к болтам класса A490 означает значительно более высокие эксплуатационные показатели. Они достигают 150 тыс. фунтов на кв. дюйм по прочности на растяжение и 130 тыс. фунтов на кв. дюйм по пределу текучести. Благодаря этой повышенной несущей способности такие болты становятся необходимыми в условиях экстремальных нагрузок, например, в современных мостах с большими пролётами, системах сейсмического усиления, предназначенных для поглощения ударов, а также в различных тяжёлых промышленных конструкциях, где отказ недопустим.

Требования к механическим свойствам, определяющие высокопрочные болты

Как прочность на растяжение, отношение предела текучести, твердость и удлинение шейки обеспечивают надежность конструкции

Для надежной работы высокопрочных болтов в различных условиях напряжения они должны соответствовать четырем основным механическим критериям. Прежде всего, следует обратить внимание на предел прочности при растяжении, который должен находиться в диапазоне от 120 до 150 тыс. фунтов на кв. дюйм (ksi), чтобы предотвратить нежелательные хрупкие разрушения. Следующий параметр — коэффициент текучести, по сути, показатель того, насколько болт может деформироваться перед разрушением. Согласно стандарту ASTM F3125, этот коэффициент не должен превышать 0,92. Почему это важно? Потому что он обеспечивает достаточную пластичность болта перед разрушением, что крайне важно, когда здания испытывают сейсмические нагрузки во время землетрясений. Далее идут показатели твердости — для большинства марок она составляет от 32 до 39 единиц по шкале HRC. Правильный подбор твердости гарантирует, что болт будет прочным снаружи, но при этом останется достаточно гибким внутри. Если болт станет слишком твердым, возрастает риск водородного охрупчивания; если же слишком мягким — резьба будет изнашиваться быстрее положенного. Наконец, проверяют процент удлинения в шейке болта: для болтов A325 требуется минимум 14%, а для A490 — не менее 10%. Эти значения показывают, способен ли болт равномерно растягиваться по всей длине и выдерживать крутящие нагрузки, не ломаясь внезапно при поворотах соединений или перераспределении усилий.

Когда использовать ASTM A449 вместо F3125 — исключения для диаметра, длины резьбы и применения

ASTM A449 по-прежнему хорошо подходит для немонтажных работ или особых случаев, не охватываемых стандартом F3125. К ним относятся болты крупнее 1,5 дюйма в диаметре или изделия с более длинной резьбой, чем предусмотрено в F3125 для болтов длиной шесть дюймов и меньше (что рассчитывается по формуле 2D плюс четверть дюйма). Стандарт также охватывает некоторые нестандартные формы, которые встречаются в реальных условиях эксплуатации. Речь идет о полностью нарезанных шпильках, изогнутых болтах или анкерных болтах с коваными головками на одном конце. Такие болты часто используются при возведении фундаментов и монтаже тяжелого оборудования. Стандарт A449 допускает твердость до 35 HRC без необходимости проведения ударных испытаний, однако уступает F3125 по нескольким важным параметрам. В нем отсутствует строгий контроль партий, не требуются дополнительные испытания на растяжение и обязательные сертификаты производителя для конструкций из стали. Из-за этих различий инженеры не указывают A449 для любых стальных конструкционных соединений, регламентируемых стандартами AISC 360 или RCSC. Для таких проектов требуется полное соответствие стандарту F3125.

Комплектующие элементы: гайки, шайбы и системы крепления для высокопрочных болтовых соединений

Гайки по ASTM A563 и A194: соответствие прочности, испытания на пробную нагрузку и предотвращение разрушения гаек

Выбор правильных гаек — это не просто дополнительная мера, а критически важный фактор для обеспечения прочности и надежности соединений. Здесь применяются два основных стандарта. ASTM A563 охватывает обычные гайки из углеродистой и легированной стали, которые используются вместе со строительными болтами. Затем идет ASTM A194, который регулирует производство высокопрочных гаек, предназначенных для работы в условиях высоких температур, таких как марки 2H, 4 и 7, применяемые вместе с болтами A490 в особенно сложных условиях. Все эти стандарты основаны на одном основном принципе: гайки должны быть как минимум такими же прочными, как соответствующие им болты. Возьмем, к примеру, гайки класса DH по стандарту A563. Они специально разработаны таким образом, чтобы не срывались при затяжке на тяжелых болтах A490. Каждая партия должна проходить испытания на пробное нагрузочное усилие, при котором прикладывается нагрузка, составляющая 120 % от допустимой для гайки, без каких-либо признаков деформации. Это позволяет проверить стабильность соединения под давлением и убедиться, что резьба надежно удерживается. Использование несоответствующих гаек или изделий, не отвечающих техническим требованиям, создает предпосылки для возникновения проблем, таких как появление трещин от напряжений, ослабление болтов из-за вибраций и потеря натяжения в соединениях со временем. Применение закаленных плоских шайб в соответствии с ASTM F436 помогает лучше распределить силу зажима по поверхности. Конические или сферические шайбы также эффективно компенсируют неровности, когда поверхности плит основания или полок балок не являются идеально плоскими. Что касается соединений, нарезка резьбы методом накатки стала стандартной практикой для болтов F3125, поскольку они более долговечны при многократных циклах нагрузки и сохраняют стабильную форму на протяжении всего срока службы по сравнению с нарезкой резьбы резанием.

Соответствие конкретным областям применения: мосты, стальные каркасы и высокопрочные болты с коррозионной стойкостью

Нержавеющая сталь типа 3 против оцинкованной методом горячего погружения: выбор высокопрочных болтов с коррозионной стойкостью в зависимости от условий окружающей среды

Инженерам необходимо планировать коррозионную стойкость, а не надеяться, что она возникнет случайно. Болты из нержавеющей стали марки 3 (ASTM A320 Grade L7), первоначально разработанные для применения в холодных климатических условиях, стали популярными благодаря своей устойчивости к питтинговой и щелевой коррозии в агрессивных средах, таких как воздействие морской воды, химическая промышленность или места, обработанные дорожной солью. Эти болты естественным образом образуют защитный оксидный слой, поэтому им не требуется регулярное обслуживание, и они могут служить много лет даже в тяжелых условиях. Это делает их достойными дополнительных затрат при строительстве таких объектов, как морские нефтяные платформы, прибрежные мосты или очистные сооружения. С другой стороны, болты с горячим цинкованием (ASTM F2329) получают защиту от коррозии за счет цинкового покрытия, наносимого после изготовления. Они хорошо работают в городах, на заводах или в сельской местности, где в воздухе не слишком много соли. Однако будьте осторожны с применением этих болтов в условиях постоянного контакта с морской водой или кислой почвой. Покрытие может быстро изнашиваться, а иногда отслаиваться во время монтажа, если его толщина превышает установленные спецификации. Для стальных конструкций на суше, где проводятся регулярные осмотры и возможна повторная затяжка болтов, оцинкованные болты обеспечивают хорошее соотношение цены и качества. При серьезных рисках коррозии или в ситуациях, когда условия эксплуатации заранее неизвестны, многие специалисты сегодня выбирают дуплексные нержавеющие стали, такие как ASTM A193 Grade B8M Class 2, или специальные покрытия, соответствующие стандарту ASTM F1160, для важных соединений в конструкциях.