Bố Trí Bu Lông Trong Kết Cấu Thép

Cấu tạo bu lông trong kết cấu thép

Bu lông trong kết cấu thép có bốn thành phần chính, bao gồm thân bu lông, mũ bu lông, đai ốc và vòng đệm. Mỗi thành phần đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự kết nối chắc chắn giữa các chi tiết thép, và các thành phần này có thể được sản xuất với nhiều kích thước khác nhau để phù hợp với các yêu cầu đặc thù của công trình.

1.1. Thân bu lông

Thân bu lông là phần quan trọng nhất của bu lông, thường có tiết diện tròn và được chế tạo từ thép. Đường kính của thân bu lông (ký hiệu: d) có phạm vi từ 12 đến 48 mm, trong đó loại bu lông có đường kính phổ biến nhất là từ 20 đến 30 mm.

• Đường kính ren trong (ký hiệu: do) là đường kính của phần ren ở trong thân bu lông, và theo công thức thì do = 0,85d. Điều này có nghĩa là đường kính phần ren sẽ nhỏ hơn một chút so với đường kính tổng thể của thân bu lông.
• Đối với bu lông ren lửng (theo tiêu chuẩn DIN 931), chiều dài phần ren thường được ký hiệu là lo, với công thức chiều dài phần ren là lo ≈ 2,5d. Đối với loại bu lông này, chiều dài của phần không tiện ren phải nhỏ hơn 2-3 mm so với độ dày của tấm bản thép khi thực hiện liên kết bu lông xuyên qua.
• Đối với bu lông ren suốt (theo tiêu chuẩn DIN 933), chiều dài ren chính là chiều dài của bu lông, ký hiệu là l. Loại bu lông này có chiều dài phổ biến từ 35 đến 300 mm.

Cấu tạo và kích thước chính xác của thân bu lông rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả năng chịu tải và độ bền của kết cấu thép khi lắp ráp.

1.2. Mũ Bu Lông

Mũ bu lông thường được chế tạo dưới dạng hình lục giác với các góc được mài vát để dễ dàng thao tác khi lắp ráp. Các thông số chính của mũ bu lông bao gồm:

• Đường kính hình tròn ngoại tiếp của mũ bu lông, ký hiệu là D, có công thức tính là D = 1,7d. Điều này có nghĩa là đường kính của mũ bu lông lớn hơn 1,7 lần đường kính thân bu lông (d).
• Độ dày mũ bu lông ký hiệu là h, được tính theo công thức h = 0,6d. Điều này có nghĩa là độ dày của mũ bu lông bằng 60% đường kính của thân bu lông.
• Đường kính đường tròn nội tiếp của mũ bu lông, ký hiệu là S, là kích thước thường gặp trong các mũ bu lông có các số chẵn, ví dụ S = 12, 14, 16, 18,….

1.3. Đai Ốc (Ê Cu)

Đai ốc, giống như mũ bu lông, thường có hình dạng lục giác và được khoan lỗ, tiện ren sao cho bước ren của đai ốc và thân bu lông là giống nhau. Thông số quan trọng của đai ốc bao gồm:

• Độ dày đai ốc, ký hiệu là h, có điều kiện h ≥ 0,6d, tức là độ dày của đai ốc phải lớn hơn hoặc bằng 60% đường kính của thân bu lông.

1.4. Vòng Đệm (Long Đen)

Vòng đệm được chế tạo dưới dạng hình tròn và có chức năng phân phối áp lực của đai ốc đều lên mặt kết cấu thép cơ bản. Kích thước của vòng đệm, bao gồm các thông số D, do, lo, và h, được quy định dựa trên đường kính của thân bu lông (d). Khi đường kính d càng lớn, các kích thước trên của vòng đệm cũng cần phải lớn hơn.

Các thành phần của bu lông kết cấu thép gồm thân bu lông, mũ bu lông, đai ốc và vòng đệm đều có những kích thước và tỷ lệ nhất định, giúp chúng hoạt động hiệu quả trong việc tạo ra liên kết chắc chắn giữa các phần của kết cấu thép. Việc lựa chọn và bố trí các thành phần này phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo sự an toàn và ổn định của công trình.

2. Các Loại Bu Lông Trong Kết Cấu Thép

2.1. Bu Lông Thô, Bu Lông Thường

Bu lông thô và bu lông thường được làm từ thép cacbon qua phương pháp rèn, dập. Đặc điểm chính của loại bu lông này là có đường kính thân bu lông nhỏ hơn lỗ của tập bản thép từ 2÷3mm, do đó có độ chính xác thấp. Quá trình sản xuất nhanh và chi phí thấp nhưng chất lượng không cao. Vì vậy, khi sử dụng bu lông này, sự tiếp xúc giữa bu lông và lỗ không được chặt chẽ, dẫn đến khả năng biến dạng cao trong quá trình làm việc, đặc biệt khi chịu lực trượt.

Ứng dụng: Bu lông thô và bu lông thường thích hợp cho việc định vị các cấu kiện khi lắp ghép hoặc trong những trường hợp mà chúng chủ yếu chịu kéo, không phải chịu tải trọng quá lớn.

2.2. Bu Lông Tinh

Bu lông tinh được chế tạo từ thép carbon hoặc thép hợp kim thấp bằng phương pháp tiện, đảm bảo độ chính xác cao. Đường kính của bu lông này không chênh lệch quá 0,3mm so với lỗ. Bu lông tinh có hai loại: một loại lắp vào lỗ không có khe hở và một loại lắp vào lỗ có khe hở. Loại bu lông tinh không có khe hở giúp tạo ra sự liên kết chắc chắn, có khả năng chịu lực cao và ít biến dạng ban đầu.

Ứng dụng: Bu lông tinh được sử dụng trong các công trình yêu cầu độ chính xác cao và khả năng chịu lực tốt.

2.3. Bu Lông Cường Độ Cao

Bu lông cường độ cao được chế tạo từ thép hợp kim và trải qua quá trình gia nhiệt để tăng cường lực kéo và khả năng siết. Các bu lông này có thể tạo ra lực ma sát lớn giữa các bản thép, giúp chuyển tải lực từ cấu kiện này sang cấu kiện khác chủ yếu qua lực ma sát. Bu lông cường độ cao chịu lực rất tốt, có độ bền cao và ít bị biến dạng.

Ứng dụng: Loại bu lông này rất phổ biến trong các kết cấu chịu tải trọng nặng, đặc biệt là trong các công trình yêu cầu độ bền cơ học cao như kết cấu thép chịu tải trọng động hoặc tĩnh.

Các loại bu lông này đều có những đặc điểm và ứng dụng riêng biệt, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và tải trọng của công trình. Bu lông thô thích hợp cho công việc lắp ghép đơn giản, trong khi bu lông tinh và bu lông cường độ cao phù hợp với các công trình yêu cầu độ chính xác cao và khả năng chịu lực mạnh mẽ.

3. Các Cách Bố Trí Bu Lông Trong Kết Cấu Thép

Việc bố trí các bu lông trong kết cấu thép phải đảm bảo khoảng cách hợp lý để vừa tiết kiệm vật liệu, vừa đảm bảo độ bền của liên kết. Bố trí bu lông quá gần nhau có thể làm cho bản thép dễ bị xé đứt, trong khi đó nếu quá xa sẽ khiến liên kết không chặt chẽ và tăng chi phí. Vì vậy, cần có sự tính toán hợp lý về khoảng cách giữa các bu lông để đảm bảo khả năng chịu lực và độ ổn định của kết cấu.

Có ba cách bố trí bu lông chính trong kết cấu thép:

1. Bố trí song song
   Các bu lông được bố trí song song với nhau theo các hàng thẳng. Cách này thường được sử dụng trong các kết cấu có yêu cầu khả năng chịu lực đồng đều trên một diện tích rộng.
2. Bố trí so le
   Bu lông được bố trí theo kiểu xếp chéo hoặc so le giữa các hàng, giúp tăng cường sự phân phối lực đồng đều hơn và giảm nguy cơ phá vỡ liên kết khi chịu tải trọng.
3. Bố trí bu lông đối với thép hình
   Việc bố trí bu lông trong thép hình sẽ phụ thuộc vào kích thước của mỗi loại thép hình. Cụ thể, đối với thép góc:
   • Nếu bề rộng (ký hiệu là b) của thép góc nhỏ hơn 100 mm, chỉ cần bố trí 1 hàng bu lông.
   • Nếu bề rộng của thép góc lớn hơn 100 mm, sẽ cần bố trí 2 hàng bu lông để đảm bảo tính ổn định của liên kết.