Các phương pháp xiết bu lông

Thường trong bản vẽ thiết kế, hoặc trong các chỉ dẫn kỹ thuật đều đã quy định lực căng trước trong bu lông. Lấy bằng lực chịu kéo tối đa mà bu lông chịu được khi bị vặn xoắn, tức là ứng với ứng suất khoảng 70% cường độ kéo đứt. Giá trị lực căng trước khác nhau tùy tiêu chuẩn thiết kế và loại bu lông.

Để đạt được lực căng trước tối thiểu theo tiêu chuẩn Mỹ AISC và tiêu chuẩn Đức DIN 18800 – 7: 2001-12 ở Việt Nam hay dùng các phương pháp xiết bu lông sau:

  1. Phương pháp clê lực:

Nguyên lý của phương pháp này là ứng với một lực căng nhất định trong một loạt bu lông cụ thể (có cùng tính chất cơ học và làm bởi một nhà sản xuất) thì sẽ có một mômen xoắn để xiết êcu (gọi tắt là mô men xiết) có giá trị xác định, không đổi.

Giá trị của các mô men xiết có thể được tra bảng hoặc dùng các công thức để tính toán. Dưới đây là một công thức thường được sử dụng trên các công trường ở nước ta hiện nay:

M = k x P x D

Trong đó:

M là mômen xiết (Nm);

P là lực căng trong bulông (kN);

D là đường kính bulông (mm);

k là một hệ số xác định bằng thực nghiệm, tuỳ thuộc loại bulông, thông thường có giá trị từ 0,12 đến 0,20. Vấn đề hệ số “k” khá phức tạp sẽ được bàn trong một bài báo sau.

Để xác định mômen xiết khi dựng lắp tại công trường, người ta dùng dụng cụ là clê lực (Torque Wrench).

Phương pháp xiết bằng clê lực thường là không chính xác bởi trên thực tế quan hệ giữa mômen xiết và lực căng trước trong bu lông là phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thông số về kích thước (bước ren…), sự bôi trơn, tính chất bề mặt,  nhiệt độ tại thời điểm thi công. Do đó, sẽ không có một mômen xiết có giá trị không đổi cho một loại bu lông nào đó.

Tiêu chuẩn Mỹ AISC, Anh BS chỉ cho phép sử dụng phương pháp này nếu quan hệ của mômen xiết tạo bởi clê lực và lực căng bu lông được xác định ngay tại công trường chứ không dùng bảng hoặc công thức tính. Mômen xiết được đo bằng clê lực như đã được đề cập đến ở trên. Để đo lực căng trong bu lông thì dùng các thiết bị đo lực thích hợp.

  1. Phương pháp quay thêm êcu:

Một phương pháp đơn giản được phép dùng theo các tiêu chuẩn Châu Âu.

Bulông, vòng đệm, êcu được lắp vào mối nối và được xiết chặt bằng dụng cụ thông thường sao cho không còn khe hở giữa các bản thép của mối nối. Sau đó, êcu được xiết chặt thêm bằng cách quay êcu thêm một góc nữa khoảng 1/3 vòng, 2/3 vòng…

Bản chất của phương pháp quay thêm êcu này là tạo độ giãn dài của bu lông. Một góc quay thêm của êcu thì bu lông sẽ được kéo giãn ra một lượng. Ứng với lượng giãn dài này sẽ là một lực căng tương ứng trong bu lông. Nếu việc xiết trước bu lông lúc đầu không được làm cẩn thận, vẫn để khe hở giữa các bản thép nối thì việc xiết thêm êcu sẽ làm giảm khe hở kể trên và bu lông được giãn dài không như mong muốn, dẫn đến lực căng trước trong bu lông sẽ không đạt như yêu cầu đề ra.

Góc quay thêm của bu lông phụ thuộc vào bước ren của bu lông và tổng chiều dài các bản nối. Dưới đây là đề nghị góc quay thêm của AISC.

Khi quay thêm êcu, cần lưu ý là phải đánh dấu trên êcu và đầu có ren của bu lông. Không được đánh dấu giữa êcu và bản nối, vì trong quá trình quay thêm, không chỉ êcu quay mà bu lông có thể cũng quay. Chúng ta cần ở đây là sự quay tương đối giữa êcu và bu lông để đảm bảo sự giãn dài và lực căng yêu cầu.

Phương pháp quay thêm êcu này được dùng tại các kết cấu thép làm theo Tiêu chuẩn Châu Âu. Nó rẻ tiền, đơn giản và đảm bảo được lực căng trước trong bu lông, tuy nhiên hầu như chưa được dùng tại các công trình thiết kế hay thi công theo Tiêu chuẩn Việt Nam.

  1. Phương pháp đo lực trực tiếp

Sử dụng các thiết bị đo trực tiếp lực căng của êcu sau khi xiết, ví dụ các cách sau:

a) Dùng bu lông hai đầu còn gọi là bu lông lực kéo khống chế.

Bu lông có cấu tạo đặc biệt như: Đầu ren của bu lông có một chốt nhỏ ở đầu có các rãnh dọc. Giữa phần đầu này và phần thân có ren của bu lông có một rãnh ngang quanh chu vi của thân bu lông .

Một clê đặc biệt được dùng để xiết bu lông này. Clê đặc biệt này có hai chụp cặp đồng trục. Chụp cặp phía trong giữ phần chốt và chụp cặp phía ngoài bao quanh êcu. Để xiết bu lông hai chụp cặp này quay ngược chiều nhau. Tại một thời điểm nào đó, mômen xoắn gây ra bởi ma sát giữa êcu và ren của bu lông, giữa êcu và vòng đệm sẽ thắng được khả năng chống xoắn cắt của bu lông tại rãnh ngang. Chốt sẽ bị cắt rời khỏi bu lông tại rãnh ngang. Nếu bu lông được sản xuất và đo đạc chính xác, lực căng thiết kế sẽ đạt được tại thời điểm này.

b) Dùng vòng đệm có nhíp

Trên vòng đệm có các vấu nhỏ hình cung tròn. Khi xiết bu lông, lực căng trong bu lông sẽ gây ra lực ép giữa êcu và các vấu nhỏ này. Lực ép này sẽ làm bẹp các vấu nhỏ. Đo khoảng hở còn lại giữa vòng đệm và êcu. Như luồn vào khe hở những que thăm chiều dày biết trước, người ta sẽ biết được lực căng trong bu lông.

Ưu điểm của các phương pháp đo lực trực tiếp là thi công nhanh. Tuy nhiên, chúng có nhược điểm là giá của bu lông lực kéo khống chế và vòng đệm có nhíp đắt hơn nhiều so với bu lông thường. Cách bảo quản, lắp đặt bu lông lực kéo khống chế và vòng đệm có nhíp phải nghiêm ngặt tuân theo tiêu chuẩn. Ví dụ nếu bu lông lực kéo khống chế bị gỉ làm cho ma sát giữa êcu và ren của bu lông lớn hơn so với tiêu chuẩn dẫn đến chốt sẽ bị cắt rời khỏi bu lông trước khi bu lông đạt đến lực căng cần thiết.

Sản phẩm mua nhiều