Bulong Lục giác thép đen 10.9 M16x100 DIN 931 – Ren lửng

Bu lông lục giác thép đen 10.9 M16x100 DIN 931 ren lửng thường được đặt mua theo số lượng lớn cho một cụm liên kết. Câu hỏi đi trước đơn hàng là cần bao nhiêu con. Bài này đi qua một ví dụ tính bằng số, để thấy các đại lượng liên hệ với nhau thế nào.

Trước hết: mối ghép của anh thuộc loại nào

Cách tính khác hẳn nhau giữa hai loại. Mối ghép ma sát dựa vào lực kẹp ép hai tấm, không cho phép trượt, dùng cho kết cấu cần độ cứng và chịu tải lặp. Mối ghép tựa ép cho phép trượt hết khe hở rồi bu lông chịu cắt trực tiếp, đơn giản hơn và kinh tế hơn nhưng có dịch chuyển ban đầu.

Với DIN 931 ren lửng, cả hai loại đều dùng được, nhưng ưu thế thân trơn chỉ phát huy ở loại tựa ép. Ví dụ dưới đây tính theo loại ma sát vì đây là trường hợp phổ biến với bu lông cấp 10.9.

Ví dụ: mối nối chịu lực ngang 300 kN

Giả thiết: hai tấm thép ghép chồng, một mặt ma sát, bề mặt được phun bi làm sạch, lực ngang thiết kế 300 kN. Dùng M16 cấp 10.9 với lực kẹp 110 kN mỗi con.

Đây là phép tính minh hoạ để thấy quan hệ giữa các đại lượng, không phải tính toán thiết kế. Hệ số ma sát, hệ số an toàn và cách xét lực kẹp phải lấy theo tiêu chuẩn được duyệt cho công trình, và người có chuyên môn kết cấu phải là người ký.

Ba đại lượng ảnh hưởng mạnh nhất

Hệ số ma sát là biến nhạy nhất. Bề mặt phun bi cho khoảng 0,35 đến 0,5; bề mặt cán nguyên có gỉ nhẹ chỉ khoảng 0,2; bề mặt sơn thông thường có thể xuống dưới 0,1. Chênh lệch giữa 0,35 và 0,15 làm số bu lông cần dùng tăng hơn gấp đôi. Đây là lý do bản vẽ luôn ghi rõ yêu cầu xử lý bề mặt vùng liên kết, và là lý do không được sơn vùng này trước khi lắp.

Số mặt ma sát nhân trực tiếp vào kết quả. Nối bằng hai bản mã kẹp hai bên cho hai mặt ma sát, tức chỉ cần một nửa số bu lông so với ghép chồng.

Lực kẹp thực tế phụ thuộc chất lượng siết. Nếu siết bằng cảm tính thay vì cờ lực, con số 110 kN chỉ là giả định trên giấy.

Vì sao nên tính dư một chút

Trong thi công luôn có vài con không đạt lực kẹp thiết kế vì ren bẩn, mặt tỳ không phẳng hoặc thợ siết vội. Nhóm bu lông có tính dự phòng: một con yếu sẽ được các con khác gánh bớt, miễn là số lượng đủ. Tính sát quá thì mất biên dự phòng ấy.

Ngoài ra nên đặt dư khoảng 5 phần trăm số lượng cho hao hụt: rơi mất, ren hỏng khi lắp, và nhu cầu thay thế về sau. Bu lông cấp 10.9 đã siết tới giới hạn thì không nên dùng lại.

Thông số cỡ 100 mm

Câu hỏi thường gặp

Vì sao không được sơn vùng liên kết trước khi lắp? Vì sơn làm hệ số ma sát tụt mạnh, có thể xuống dưới một phần ba giá trị của bề mặt sạch, khiến mối ghép ma sát mất phần lớn khả năng chịu tải.

Ghép hai mặt ma sát có lợi gì? Cùng số bu lông cho khả năng chống trượt gấp đôi, hoặc cùng tải thì chỉ cần một nửa số bu lông.

Đặt hàng nên dư bao nhiêu? Khoảng 5 phần trăm cho hao hụt thi công và dự phòng thay thế.

Nếu là mối ghép tựa ép thì tính khác

Ví dụ ở trên tính theo cơ chế ma sát. Với mối ghép tựa ép, hai tấm được phép trượt hết khe hở rồi thành lỗ tì vào thân bu lông, và khả năng chịu tải quyết định bởi hai thứ: sức chịu cắt của bu lông và sức chịu ép mặt của thành lỗ.

Với ren lửng, nếu mặt trượt nằm trong đoạn thân trơn thì tiết diện chịu cắt là 201 mm2 thay vì 157 mm2 của phần ren. Đây chính là chỗ ren lửng trả lại giá trị của nó, và cũng là lý do phải kiểm tra vị trí mặt phân cách.

Sức chịu ép mặt phụ thuộc bề dày tấm và cường độ thép tấm, không phụ thuộc cấp bền bu lông. Với tấm mỏng, thường chính ép mặt là yếu tố khống chế chứ không phải sức cắt của bu lông. Tăng cấp bền bu lông trong trường hợp này không giúp gì.

Khi mối ghép chịu đồng thời kéo và cắt

Trường hợp này rất phổ biến: liên kết console vừa chịu lực đứng vừa chịu mô-men gây kéo ở hàng bu lông trên cùng. Không thể tính riêng từng thành phần rồi so sánh độc lập.

Nguyên tắc chung là dùng công thức tương tác, trong đó tỉ số tải kéo trên khả năng chịu kéo và tỉ số tải cắt trên khả năng chịu cắt phải thoả một điều kiện kết hợp. Ý nghĩa vật lý đơn giản: bu lông đang chịu kéo gần hết khả năng thì còn rất ít dự trữ cho cắt.

Với mối ghép ma sát còn một hệ quả nữa: tải kéo làm giảm lực ép giữa hai tấm, kéo theo giảm khả năng chống trượt. Nghĩa là tải kéo ăn vào khả năng chịu cắt theo hai đường cùng lúc.

Bốn giả thiết dễ sai trong tính toán

Giả thiết mọi bu lông nhận tải bằng nhau. Chỉ đúng gần đúng với nhóm ngắn; hàng dài thì các con ở đầu gánh nhiều hơn.

Giả thiết đạt đủ lực kẹp thiết kế. Trên hiện trường, tỉ lệ đạt phụ thuộc hoàn toàn vào việc có dùng cờ lực hay không và bề mặt có sạch không.

Giả thiết hệ số ma sát theo bảng. Bảng cho bề mặt đúng chuẩn xử lý; bề mặt thực tế có sơn, dầu hoặc gỉ sẽ khác xa.

Giả thiết tải chỉ theo phương đã tính. Nhiều mối ghép trong thực tế chịu thêm mô-men phụ do lệch tâm, và mô-men phụ này không có trong sơ đồ tính ban đầu.

Cả bốn điểm đều dẫn tới cùng một kết luận thực dụng: nên có biên dự phòng, và biên đó rẻ hơn nhiều so với chi phí xử lý khi mối ghép không đạt.

Sản phẩm liên quan

• Bu lông M16x110 DIN 931 thép đen – cỡ dài hơn kế tiếp
• Bu lông M16x60 DIN 931 thép đen – mô-men siết và lực kẹp
• Toàn bộ dòng bu lông lục giác thép đen 10.9