Методы стыковки листового проката «внахлест»: сравнительный анализ прочности

16.11.2025

При сборке металлоконструкций из листового проката нахлесточные соединения остаются востребованным решением. Их надежность напрямую зависит от типа применяемого крепежа.

Заклепочные и высокопрочные болтовые сборки принципиально различаются по своему поведению под нагрузкой. Понимание этой механики позволяет грамотно выбирать технологию для конкретной задачи.

Заклепка работает преимущественно на срез. Передача усилия между листами происходит через поперечное сечение ее тела.

Напряжения концентрируются в зоне контакта стержня со стенками отверстия. Классическая расчетная формула выглядит как F = τ * (π * d² / 4) * n, где τ – сопротивление срезу материала крепежа, d – его диаметр, а n – число срезов. Для стандартной заклепки из стали Ст3 предел прочности на срез составляет порядка 280-320 МПа.

Высокопрочный болт создает соединение иного рода. Монтажное усилие затяжки вызывает сильное сжатие пакета соединяемых листов.

Возникающая между ними сила трения полностью препятствует взаимному сдвигу. Несущая способность определяется по формуле F = k * m * n * P, где k – коэффициент трения поверхностей, m – число плоскостей трения, n – количество болтов, а P – расчетное усилие натяжения. Болты класса прочности 8.8 и выше обеспечивают натяжение до 70% от своего предела текучести.

Распределение нагрузки в многорядном соединении также различно. Крайние заклепки воспринимают значительно большее усилие, чем расположенные в центре.

Это требует тщательного расчета количества рядов и их шага. В пакете, собранном на высокопрочных болтах, нагрузка между элементами распределяется более равномерно. Основное усилие передается трением по всей контактной зоне листов, а не через срез тела крепежа.

Циклические нагрузки по-разному воздействуют на эти сборки. Заклепочное соединение обладает некоторой пластичностью, что позволяет ему поглощать вибрацию.

Однако со временем в зоне контакта может развиваться усталостная трещина. Болтовой узел, будучи жестким, при ослаблении затяжки теряет свое основное свойство – трение. Он может перейти в работу на срез и смятие, что резко снижает его выносливость.

Область целесообразного применения этих технологий четко разграничена. Заклепки незаменимы для тонколистовых конструкций, работающих на вибрацию, а также в случаях, когда сварка нежелательна из-за коробления или специфики материала.

Современные самозаклепывающие элементы широко используют в вагоностроении и авиационной промышленности. Их монтаж не требует сверления сквозных отверстий.

Высокопрочные болты доминируют в ответственном строительстве: каркасы зданий, мостовые фермы, башни связи. Они позволяют собирать массивные конструкции с толщиной пакета до 200 мм.

Монтаж таких элементов требует строгого контроля момента затяжки. Применяют динамометрические клющи с гидравлическим приводом, обеспечивающие усилие от 300 до 5000 Н·м в зависимости от диаметра.

Подготовка контактных поверхностей под болтовые сборки регламентирована строгими нормативами. Для обеспечения стабильного коэффициента трения поверхности очищают от окалины, ржавчины и грязи металлической щеткой.

В ряде случаев наносят специальные антифрикционные покрытия на основе цинка. Черные поверхности, обработанные дробеструйным аппаратом, имеют коэффициент трения около 0.5.

Монтаж заклепок также имеет свои тонкости. Диаметр отверстия под крепеж должен превышать номинальный размер стержня на 0.1-0.3 мм.

Зазор обеспечивает свободную установку и полное заполнение полости деформируемым металлом. Холодная клепка применяется для диаметров до 10 мм, горячая – для более массивных соединений. Процесс требует доступа с двух сторон конструкции, что не всегда выполнимо.

С точки зрения трудоемкости болтовые соединения часто выигрывают. Их установка производится быстрее и не требует высокой квалификации исполнителя.

Контроль качества сводится к проверке момента затяжки. Визуальный осмотр заклепочного шва нуждается в опытном глазе. Качественно поставленная головка имеет правильную форму без перекосов и трещин.

Экономический фактор играет не последнюю роль. Высокопрочный болт и гайка имеют высокую стоимость.

Однако общие расходы могут быть ниже из-за скорости монтажа. Заклепка как изделие дешевле, но процесс ее установки более длительный и энергоемкий. Выбор часто определяется объемом работ и доступным оборудованием.

На практике встречаются и комбинированные решения. В одном узле могут соседствовать оба типа крепежа.

Такой подход требует сложных инженерных расчетов. Необходимо учитывать разную податливость элементов, чтобы верно определить долю нагрузки, приходящуюся на каждый из них. Подобные задачи решаются при модернизации существующих конструкций.

Современные нормативные документы, как СП 16.13330.2017, детально описывают расчет и проектирование обоих типов соединений. Они устанавливают коэффициенты условий работы, надежности по материалу и ответственности сооружения.

Гамма-метод расчета для болтовых соединений с контролируемым натяжением является основным в отечественной практике. Следование этим стандартам гарантирует прочность и долговечность металлоконструкции.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев