Trong ngành xây dựng công nghiệp, liên kết bu lông trong kết cấu thép đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đảm bảo độ ổn định và an toàn cho toàn bộ công trình. Đây là phương pháp kết nối phổ biến giữa các cấu kiện thép, từ khung chính đến các chi tiết phụ trợ, giúp công trình đạt được tính linh hoạt, dễ tháo lắp và bảo trì trong suốt vòng đời sử dụng.
Liên kết bu lông trong kết cấu thép là gì?
Liên kết bu lông trong kết cấu thép là phương pháp dùng bu lông (ốc vít) để nối các bộ phận thép lại với nhau nhằm tạo thành một hệ kết cấu hoàn chỉnh, vững chắc. Đây là một trong những phương pháp liên kết cơ bản và phổ biến nhất, bên cạnh liên kết hàn và liên kết bằng đinh tán.
Bu lông trong kết cấu thép thường được sử dụng để lắp ghép dầm, cột, bản mã, giằng… đặc biệt hiệu quả trong các công trình nhà xưởng, nhà thép tiền chế, cầu đường và kết cấu lắp dựng nhanh. Tùy vào yêu cầu kỹ thuật và tính chất công trình, bu lông sẽ được lựa chọn theo cấp bền, kích thước và loại phù hợp để đảm bảo khả năng chịu lực, độ bền và an toàn lâu dài.
So với liên kết hàn, liên kết bu lông có ưu điểm dễ tháo lắp, sửa chữa, kiểm tra và thay thế; đồng thời cho phép thi công nhanh, phù hợp với các cấu kiện sản xuất sẵn tại nhà máy rồi vận chuyển đến công trường để lắp dựng.
Cấu tạo của bu lông (bulong)
Thân bu lông
- Là đoạn thép có tiết diện hình tròn có đường kính được kí kiệu là d và có kích thước từ 12÷48 mm. Thường sử dụng nhất là trong khoảng d = 20÷30 mm. Trường hợp đặc biệt với bu lông neo đường kính thân bu lông có thể lên tới 100mm.
- Đường kính trong phần bị ren được kí hiệu là do (do = 0,85d).
- Đối với bulong tiện ren lửng (DIN 931): Chiều dài của phần ren kí hiệu là lo (lo ≈ 2,5d). Chiều dài của phần không tiện ren phải nhỏ hơn bề dày của tập bản thép khi lắp liên kết bu lông xuyên qua từ 2÷3mm.
- Đối với bulong tiện ren suốt (DIN 933): Chiều dài của phần ren chính là chiều dài bu lông, được kí hiệu là l, có kích thước từ 35 ÷ 300 mm.
Mũ bu lông:
- Mũ bu lông thường sử dụng hình lục giác có các góc được mài vát.
- Đường kính hình tròn ngoại tiếp của mũ bu lông được kí hiệu là D (D = 1,7d)
- Bề dày của mũ bulong được kí hiệu là h (h = 0,6d)
- Đường kính hình tròn nội tiếp của mũ bu lông kí hiệu là S, thường là số chẵn: S = 12, 14, 16, 18,…..
Đai ốc (Ê cu):
- Ê cu cũng thường có hình dạng lục giác được khoan lỗ và tiện ren giống như ren của phần thân (bước ren giống nhau).
- Bề dày của đai ốc: h ≥ 0,6d
Vòng đệm (long đen):
- Có hình tròn để phân phối áp lực của êcu lên mặt kết cấu thép cơ bản.
- Các bạn có thể thấy rằng: Các kích thước lo, do, D và h đều quy định theo đường kính thân bu lông d; nếu d càng lớn thì yêu cầu các kích thước đó cũng càng lớn.
ứng dụng của liên kết bu lông trong kết cấu thép
Liên kết bu lông là một trong những phương pháp liên kết phổ biến và quan trọng nhất trong ngành kết cấu thép hiện đại. Nhờ tính linh hoạt, dễ thi công và khả năng tháo lắp cao, bu lông được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các công trình xây dựng sử dụng thép làm vật liệu chính.
Trong các hệ kết cấu như nhà xưởng công nghiệp, nhà thép tiền chế, cầu thép, kết cấu tầng mái, giàn không gian, hay kết cấu nhà cao tầng, liên kết bu lông đóng vai trò nối các cấu kiện thép lại với nhau như dầm – cột, cột – móng, hay liên kết các bản mã và chi tiết phụ trợ. Bên cạnh đó, bu lông còn được sử dụng trong các kết cấu tạm thời hoặc có yêu cầu tháo lắp, di dời như nhà khung lắp ghép, nhà kho di động.
Đặc biệt, với sự phát triển của các tiêu chuẩn kỹ thuật và công nghệ sản xuất bu lông cường độ cao, liên kết bu lông ma sát hiện nay có khả năng chịu tải trọng rất lớn, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt của các công trình trọng điểm và công nghiệp nặng.
Ngoài ra, việc sử dụng liên kết bu lông giúp rút ngắn thời gian thi công, giảm thiểu công đoạn hàn tại hiện trường, đồng thời tăng độ chính xác và an toàn cho công trình.
Các loại bulong liên kết trong kết cấu thép.
Bu lông thô, bu lông thường
- Loại này được sản xuất từ thép Cacbon bằng cách rèn, dập. Độ chính xác thấp nên đường kính thân bu lông phải làm nhỏ hơn đường kính gỗ 2÷3mm. Lỗ của loại bu lông này được làm bằng cách đột hoặc khoan từng bản riêng rẽ. Đột thì mặt lỗ không phẳng, phần thép xung quanh lỗ 2÷3 mm bị giòn vì biến cứng nguội. Do độ chính xác không cao nên khi ghép tập bản thép các lỗ không hoàn toàn trùng khít nhau, bu lông không thể tiếp xúc chặt với thành lỗ.
Ưu nhược điểm
- Loại bulông thô (thường) có giá rẻ, sản xuất nhanh và dễ đặt vào lỗ nhưng chất lượng không cao. Khi làm việc (chịu trượt) sẽ biến dạng nhiều. Vì vậy, không nên dùng chúng trong các công trình quan trọng. Chỉ nên dùng bulông thông và bulông thường khi chúng làm việc chịu kéo hoặc để định vị các cấu kiện khi lắp ghép.
2. Bu lông tinh
- Bu lông tinh được chế tạo từ thép carbon, thép hợp kim thấp bằng cách tiện, độ chính xác cao. Đường kính lỗ không lớn hơn đường kính bulông quá 0,3mm. Tất cả các phần đều phải được gia công cơ khí. Có hai loại bulông tinh: loại thường lắp vào lỗ có khe hở và loại lắp vào lỗ không có khe hở, loại thứ hai có đường kính phần ren nhỏ hơn đường kính phần không ren.
- Khe hở giữa thân và lỗ bulông nhỏ => Liên kết chặt, biến dạng ban đầu của liên kết nhỏ, khả năng chịu lực cao.
3. Bu lông cường độ cao
- Khi chịu lực, giữa mặt tiếp xúc của các bản thép có lực ma sát lớn chống lại sự trượt tương đối giữa chúng. Như vậy lực truyền từ cấu kiện này sang cấu kiện khác chủ yếu do lực ma sát.
- Bu lông cường độ cao có khả năng chịu lực lớn, liên kết ít biến dạng nên được dùng rộng rãi và thay thế cho liên kết đinh tán trong kết cấu chịu tải trọng nặng và tải trọng động.
- Sau khi chế tạo chúng được gia công nhiệt nên có cường độ rất cao. Có thể tạo lực kéo rất lớn trong thân bu lông để ép các bản thép lại, tạo lực ma sát => Khả năng chịu lực rất cao.
Các loại liên kết bu lông cường độ cao
Liên kết chịu cắt
- Khả năng chịu cắt (truyền lực cắt) của liên kết bu lông được hình thành thông qua ma sát giữa các bản thép liên kết do lực ép của bu lông. Trong liên kết chịu cắt, lực vuông góc với thân bu lông, thân bu lông bị cắt và bản thép thành lỗ bị ép.
Ưu điểm của liên kết chịu cắt:
- Liên kết chịu cắt đơn giản
- Dễ thi công
- Chịu lực khỏe
- Nhược điểm: dễ bị trượt do lỗ to hơn thân bu lông.
Liên kết không trượt
- Chịu lực vuông góc với bu lông, song bu lông được xiết hết sức chặt để gây ma sát giữa các bản thép, không cho trượt.Liên kết này dùng cho những kết cấu không cho phép trượt như: cầu, dầm cầu trục, kết cấu chịu lực động… Bu lông cường độ cao trong liên kết này phải được xiết đến độ lực căng theo quy định thiết kế.
Liên kết bu lông chịu kéo
- Trong liên kết mà lực dọc theo chiều bu lông, bu lông chịu kéo (ví dụ: liên kết mặt bích, liên kết nối dầm của khung nhà). Tiêu chuẩn TCVN không yêu cầu xiết bu lông chịu kéo như thế nào, nhưng tiêu chuẩn các nước (Mỹ, châu Âu, Úc…) đều yêu cầu bu lông phải được xiết đến lực lớn hơn lực nó sẽ chịu khi làm việc dưới tải, để cho các mặt bích không bị tách ra.
Cách bố trí bu lông trong kết cấu thép
- Nếu bố trí các bulong có khoảng cách gần quá, bản thép liên kết dễ bị xé đứt (phá hoại do ép mặt).
- Nếu bố trí các bulong có khoảng cách xa quá, tốn vật liệu, liên kết không chặt chẽ, dễ bị gỉ, phần bản thép giữa 2 bulong không đảm bảo ổn định khi chịu nén.
- Nên bố trí bulong có khoảng cách nhỏ nhất để tiết kiệm vật liệu, liên kết gọn nhẹ, nhưng vẫn đảm bảo đủ chịu lực
Bố trí bu lông song song
Bố trí bu lông so le
Bố trí bu lông đối với thép hình
Một số lưu ý quan trọng khi sử dụng liên kết bu lông trong kết cấu thép
Để đảm bảo an toàn, độ bền và chất lượng của hệ kết cấu thép, việc sử dụng bu lông cần tuân thủ đúng kỹ thuật và các yêu cầu cụ thể như sau:
1. Lựa chọn đúng loại bu lông theo thiết kế kết cấu
Mỗi loại kết cấu sẽ yêu cầu loại bu lông phù hợp về cấp bền, kích thước và loại đầu (lục giác, ren suốt, ren côn…). Việc lựa chọn sai loại bu lông có thể dẫn đến mất ổn định liên kết, thậm chí gây sự cố nghiêm trọng trong quá trình sử dụng. Đặc biệt, các kết cấu chịu lực chính thường yêu cầu bu lông cường độ cao (ví dụ: bu lông cấp bền 8.8 hoặc 10.9) để đảm bảo khả năng chịu lực kéo và lực cắt.
2. Đảm bảo lực siết bu lông đạt tiêu chuẩn (với bu lông ma sát)
Đối với các liên kết bu lông ma sát (high-strength friction grip bolts), lực siết bu lông đóng vai trò quyết định đến khả năng truyền lực giữa các bản thép. Nếu lực siết không đạt, liên kết có thể bị trượt hoặc lỏng lẻo khi chịu tải trọng. Do đó, cần sử dụng dụng cụ siết lực (torque wrench) chuyên dụng để kiểm soát và đảm bảo lực siết theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật của bản vẽ thiết kế.
3. Bảo quản bu lông trong điều kiện khô ráo để tránh rỉ sét
Bu lông, đặc biệt là các loại chưa mạ kẽm hoặc chưa xử lý chống gỉ, rất dễ bị oxy hóa trong điều kiện môi trường ẩm ướt. Điều này làm giảm khả năng chịu lực và gây mất an toàn cho công trình. Do đó, cần bảo quản bu lông trong kho khô ráo, có mái che và nếu cần thiết, nên sử dụng bao bì hút ẩm hoặc mỡ chống gỉ trong quá trình lưu trữ và vận chuyển.
4. Không tái sử dụng bu lông cường độ cao trong các kết cấu chịu lực chính
Bu lông cường độ cao sau khi đã được siết chặt và sử dụng thường sẽ bị giảm chất lượng cơ học, không còn đảm bảo được khả năng chịu tải như ban đầu. Vì vậy, trong các kết cấu chính như dầm, cột, giằng chịu lực lớn – tuyệt đối không tái sử dụng bu lông cũ hoặc đã qua sử dụng. Thay vào đó, cần dùng bu lông mới, đúng chủng loại, và đảm bảo có chứng chỉ xuất xưởng đầy đủ từ nhà sản xuất.
Liên kết bu lông là một phần không thể thiếu trong mọi công trình kết cấu thép hiện đại. Việc lựa chọn đúng loại bu lông, đúng tiêu chuẩn và thi công đúng quy trình sẽ quyết định đến độ bền, an toàn và hiệu quả lâu dài của công trình.
Tham khảo thêm nếu bạn đang cần tìm một đơn vị gia công kết cấu thép chất lượng, VMSTEEL với nhiều năm kinh nghiệm sẽ là lựa chọn đáng tin cậy.
