Bulong liên kết là gì, bulong kết cấu là gì, đối với các kỹ sư kết cấu việc tính toán cấp bền đã là quen thuộc. Nhưng với từ ngữ chuyên ngành như bulông cường độ cao, khái niệm giữa bulong thường cấp bền 8.8; 10.9 và bulong kết cấu cũng có cơ tính 8.8, 10.9 nhưng hai khái niệm này có sự khác nhau. Việc sử dụng bulong thường hay bulong kết cấu cần hiểu rõ bản chất và sử dụng đúng mục đích mới đạt được hiệu quả cao nhất. Bài viết này sẽ giúp chúng ta phân biệt khác nhau giữa bulong liên kết và bulong kết cấu để khách hàng hiểu hơn và chọn đúng loại sử dụng cho công trình của mình.

Bu lông liên kết là gì?

Bu lông liên kết (connection bolt) đúng như tên gọi là liên kết các chi tiết, các bộ phận kết cấu tĩnh, cơ cấu liên kết tạo thành tổng thể chịu ít tải trọng động.

Đối với bulong liên kết các tiêu chuẩn chế tạo phổ biến như DIN 931/933; ISO 4014/4017, cơ tính được chế tạo theo tiêu chuẩn ISO 898-1, cấp bền phổ biến 5.6, 8.8, 10.9.

Bulong chịu tải trọng kéo (tensile strength) là chủ yếu, ứng suất đặt lên bulong dọc theo trục (axis). Vì vậy để mối liên kết an toàn, bulong được kiểm tra tính toán các thông số tensile strength (giới hạn bền), yield strength (giới hạn chảy), proof load (tải trọng đối chứng) hay độ giãn dài…

>>> Xem thêm: Phân biệt đai ốc tiêu chuẩn Din 934 và Đai ốc GB 6170

Hãy xem biểu đồ tải ở hình 2, ta thấy ít phức tạp hơn so với bulong chịu lực cắt. Đường cong được chia thành 2 giai đoạn, ít hơn 1 giai đoạn so với bulong chịu lực cắt.

Giai đoạn 1: Đó là giai đoạn đàn hồi, tải trọng kéo < tải trọng đối chứng (proof load). Ở giai đoạn này, bulong sẽ bị biến dạng phục hồi, có nghĩa khi mất đi tải trọng. Bulong sẽ phục hồi về hình dạng ban đầu, vùng này được nhà thiết kế tính toán để chọn bulong.

Giai đoạn 2: Đó là giai đoạn biến dạng vĩnh viễn, tải trọng kéo > proof load. Ở giai đoạn này bulong sẽ bi biến dạng giãn dài và không thể phục hồi về hình dạng ban đầu. Vì lý do nào đó lực siết chặt vượt quá làm cho bulong bi biến dạng ở vùng này, mối nối sẽ không còn an toàn. Nếu ta vẫn gia tăng lực thì điểm cao nhất của đồ thị là độ bền kéo tối đa bulong chịu được và đứt, phá hủy hoàn toàn.

Ở biểu đồ trên ta cũng thấy, lực kẹp hay ứng suất tải trước cho bulong = 75% proof load. Điều này là quan trọng cho việc chọn cấp bền bulong cho phù hợp.

Như vậy ở biểu đồ trên, bulong được thiết kế cho khả năng chịu tải trọng kéo, khả năng chống biến dạng. Và quan trọng là khả năng làm việc của bulong không phụ thuộc bao nhiêu tấm kết nối với nhau, điều này ở khác ở bulong kết cấu chịu lực cắt.

Ngoài ra nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng và phù hợp với từng mục đích, thì bu lông liên kết được thiết kế với nhiều hình dạng khác nhau.

Bu lông liên kết chịu tải trọng chính không phải là lực cắt mà mà lực kéo và nén dọc trục nên nó được áp dụng nhiều ở kết cấu tĩnh như khung giàn…. nơi ít chịu các tải trọng động. Khi được bảo trì, sửa chữa có thể dễ dàng tháo lắp.

>>> Xem thêm: Lực Xiết Bu Lông Là Gì? Tầm Quan Trọng Của Lực Xiết Bu Lông

Bulong kết cấu là gì?

Bulong cường độ cao trong tiếng Anh được viết là high strength friction grip bolt được viết tắt là HSFG bolt. Đây là bulong sử dụng phương pháp siết chặt tạo lực kẹp trước, tạo ma sát lớn tại mối ghép để cố định.

Khác biệt giữa bulong kết cấu cường độ cao so với bulong thông thường khác ở cách ứng suất tạo ra khi đặt tải trước tạo ra ma sát tĩnh để chống tải cắt.

Đối với bulong kết cấu được sản xuất theo tiêu chuẩn ASTM F3125 Grade A325M, EN 14399-10, hay JIS B1186, ISO 7412… Lực siết tạo ra có thể lên tới 70% lực kéo của bulong, và cho phép bulong bị biến dạng dẽo giãn dài để tạo được tải trước theo thiết kế. 

Với bulong thông thường cùng cấp bền 8.8, 10.9, 12.9, lực siết chặt tạo tải trước cho phép lên tới 60-65 ứng suất tối đa của bulong (tensile strength). Nếu lực siết vượt quá giới hạn này, bulong sẽ bị biến dạng và mất an toàn cho mối ghép. 

Điểm khác biệt là chổ đó. Bu long kết cấu cường độ cao, sau khi sử dụng sẽ không thể tháo ra rồi tái sử dụng nữa. Tuy nhiên bulong thông thường cùng cấp bền, sau khi siết chặt mối ghép, có thể tháo ra bảo trì và tái sử dụng trở lại.

>>> Xem thên: Mức Báo Giá Bu Lông Mạ Kẽm Nhúng Nóng Dao Động Thế Nào?

Hãy xem biểu đồ trên, ta thấy có 3 giai đoạn biến đổi trong mối ghép kết cấu khi gia tăng tải trọng: 

Giai đoạn 1: Lực tác động < lực ma sát (ma sát tạo ra do tải trước). Mối ghép kết cấu thường được tính toán để tải trọng cho phép nằm trong vùng này. Lúc này về cơ bản tải trọng nhỏ hơn lực ma sát, vì vậy mối nối sẽ không xảy ra hư hại.

Giai đoạn 2: Lực tác động > lực ma sát. Ở giai đoạn này mối nối sẽ bị trượt tương đối giữa bề mặt tiếp xúc với nhau. Lưu ý rằng đường kính bulong luôn nhỏ hơn đường kính lổ, vì vậy khoảng trượt này là được phép trong tiêu chuẩn. Ở giai đoạn này, mối nối vẫn an toàn, không xảy ra hư hại, và nằm trong tính toán của nhà thiết kế.

Giai đoạn 3: Lực tác động vẫn gia tăng, lúc này bề mặt mối ghép sẽ chạm vào thân bulong, tạo ra lực cắt trên thân bulong, xem hình 5a/5b.

Hãy xem biểu đồ tải hình 4, lúc này tải đặt lên bulong là lực cắt (shear strength) và khả năng chịu lực của bulong là độ bền cắt. Khi đạt tới hạn về lực cắt, thân bulong sẽ bị cắt thành 2 hoặc 3 ứng với mối ghép có bao nhiêu tấm.

Lưu ý khả năng chịu cắt của bulong tỉ lệ nghịch với tiết diện cắt, vì vậy mối nối càng nhiều điểm tiếp xúc cắt (hình 5b có 2 bề mặt cắt) thì bulong càng ổn định và chịu cắt lớn hơn. Do đó nhà thiết kế luôn tăng bề mặt cắt lên tối đa có thể.

>>> Xem thêm: Bulong Mạ Dacromet Là Gì? Vì Sao Bulong Mạ Dacromet Lại Cho Hiệu Quả Sử Dụng Tốt ?

Phân biệt bulong liên kết và bulong kết cấu

Để giúp bạn phân biệt bu lông liên kết và bu lông kết cấu thì bạn cần lưu ý một số điểm sau.

Bulong thường có cấp bền đa dạng từ 4.6 ~ 12.9, và có thể tái sử dụng lại sau khi tháo lắp, còn bulong kết cấu có cấp bền 8.8, 10.9 và khổng thể tái sử dụng sau khi lắp đặt.

Bulong kết cấu cường độ cao sử dụng nguyên liệu thép cường độ cao như 51B20, C45 cho bulong 8.8s hay 10B33Ti, 20mtib cho bulong 10.9s, nó còn được gọi là bulong ứng suất tải trước, tạo lực ma sát giữa bề mặt mối ghép để ổn định kết nối, thường sử dụng cơ lê momen xoắn để siết chặt. Còn đối với bulong thường được làm bằng thép thông thường như Q235, và mối nối chỉ cần siết chặt.

Đường kính lỗ bulong thường nhỏ hơn so với đường kính cho lỗ bulong kết cấu.

Đường kính lỗ bulong thường cấp A & B lớn hơn từ 0.3~0.5mm so với đường kính bulong, còn bulong thường cấp C có đường kính lỗ từ 1.0~1.5mm so với đường kính bulong.

Bulong kết cấu truyền tải bằng lực ma sát, cho nên đường kính lỗ có lớn hơn đường kính thân bulông từ 1.5~2mm.

Đặc tính truyền lực của bulong kết cấu cường độ cao là đảm bảo lực cắt không vượt quá lực ma sát trong sử dụng bình thường, khi lực tăng lên vượt quá lực ma sát sẽ xảy ra trượt tương đối giữa bề mặt chịu lực, vì vậy đường kính lỗ bulong thường lớn hơn bulong thông thường 1~1.5mm là để tận dụng lực ma sát. Khi lực tăng lên tới giới hạn thì lúc đó khả năng chịu cắt của bulong là độ bền cắt, và nó cũng tương đương với bulong liên kết cùng cường độ.

Phương pháp siết bulong liên kết và bulong kết cấu có sự khác nhau:

– Mức độ siết chặt của bulong thông thường sẽ được tính toán dựa vào thông số proof load, thông thường lực siết lấy bằng 75% của proof load hay bằng 0.65% tải trọng bền của bulong.

– Đối với bulong cường độ cao lực siết lớn lơn hơn và đạt tối thiểu 70% tải trọng bền tối thiểu của bulong.

Hy vọng những thông tin mà CTEG cung cấp trên đây sẽ giúp cho bạn có thêm hiểu biết thêm về bulong liên kết và bulong kết cấu và có những sự lựa chọn hợp lý đối với nhu cầu sử dụng.

Nguồn: CTEG