Dlaczego konstrukcja gwintu stali węglowej jest tak ważna dla efektu mocowania?

W nowoczesnej konstrukcji i inżynierii mechanicznej niezawodność i trwałość systemu zakotwiczenia są bezpośrednio związane z bezpieczeństwem i żywotnością struktury. Jako kluczowy produkt w dziedzinie zakotwiczenia, Kotwica uderzenia stali węglowej jest preferowany ze względu na swoją wysoką siłę i szeroką możliwość zastosowania. Jednak rdzeń jego wydajności zależy nie tylko od charakterystyk materiałów ze stali węglowej, ale także od pozornie podstawowej, ale kluczowej struktury konstrukcyjnej.
1. Mechaniczne zasady projektowania gwintów: od mikroprzedlania po makroficja
Wątek kotwicy nie jest prostym „wzorem przeciwpoślizgowym”, ale precyzyjnie obliczonej struktury mechanicznej. Jego podstawową funkcję można rozłożyć na następujące trzy punkty:
Optymalizacja rozkładu naprężeń
Gdy kotwica jest napędzana do podłoża (takiego jak beton), spiralny rowek nici rozszerza obszar kontaktu poprzez „efekt klina”. Dane eksperymentalne pokazują, że konstrukcja gwintu standardowego kotwicy stali węglowej może zmniejszyć siłę na powierzchnię jednostki o 30–50%, unikając w ten sposób zerwania podłoża z powodu lokalnego stężenia naprężenia.
Dynamiczna kontrola tarcia
Kąt helisy (zwykle 55 ° -65 °) i skok (6-10 nici na cal) nici bezpośrednio wpływają na wytrzymałość ugryzienia między śrubą kotwiczącą a materiałem podstawowym. Głębsze gwinty (głębokość około 0,5-1,2 mm) mogą tworzyć mechaniczną blokadę w materiale podstawowym, a jego odporność wyciągnięta może być ponad 3 razy większa niż w przypadku gładkich śrub kotwicznych.
Stabilność w środowisku wibrującym
Pod obciążeniami dynamicznymi (takimi jak trzęsienia ziemi i wibracje sprzętu) „efekt blokowania” nici może pochłaniać energię poprzez deformację. Przykładając test standardowy ASTM E488, przemieszczenie śruby kotwiczej ze stali węglowej ze zoptymalizowanymi gwintami w cyklicznym teście drgań wynosi tylko 1/5 z gładkiej śruby kotwicy.
2. Synergistyczny wpływ materiałów i struktur: Dlaczego stal węglowa wymaga określonych parametrów nici?
Wysoka wytrzymałość stali węglowej (wytrzymałość na rozciąganie ≥ 700MPA) zapewnia podstawową zdolność łożyska dla śrub kotwicznych, ale jeśli konstrukcja nici jest niewłaściwa, doprowadzi do dwóch ryzyka:
Ryzyko kruchego złamania: zbyt głębokie nici osłabią przekrój pręta kotwicznego i może pękać podczas instalacji uderzenia.
Rozszerzenie obszaru wrażliwego na korozję: Nieuzasadniony kształt nici jest łatwy do wytworzenia obszaru zatrzymania cieczy, przyspieszając proces rdzy.
Dlatego wątek kotwicy stali węglowej musi spełniać następujące specjalne wymagania:
Postępowa głębokość nici: głębszy korzeń (około 1 mm) i płytszy blat (około 0,6 mm), zmniejszając stężenie naprężeń przy jednoczesnym utrzymaniu siły ugryzienia.
Zaokrąglona krawędź gwintu: filet o promieniu ≥ 0,1 mm może zmniejszyć prawdopodobieństwo inicjacji pęknięcia i wydłużyć żywotność zmęczenia.
Proces galwanizacji powierzchni: Grubość powłoki (zwykle 5-8 μm) pasująca do rowka nici zapewnia, że ​​wydajność antykorozyjna nie jest uszkodzona przez strukturę nici.
Iii. Kluczowa weryfikacja w praktycznym zastosowaniu: od laboratorium do placu budowy
Przypadek 1: Analiza awarii zakotwiczenia ściany kurtynowej w wysokim budynku
W projekcie zastosowano śruby kotwiczące ze stali węglowej z nieoptymalizowanymi niciami, które poluzowały się wspólnie pod obciążeniem wiatrem. Po przetestowaniu stwierdzono, że 80% nieudanych śrub kotwicznych miało akumulację betonu w proszku na dole nici, co dowodzi, że powierzchnia ugryzienia nie była w pełni kontaktowa. Po przejściu na konstrukcję z gęstszym skokiem (8 gwintów na cal) i kątem gwintu 60 °, system zakotwiczenia przeszedł test tunelu aerodynamicznego 150 km/h.
Przypadek 2: Test wibracji bazowej sprzętu przemysłowego
W ustalaniu podstawy sprężarki w zakładzie petrochemicznej porównano dwa projekty nici:
Typ A (tradycyjny trójkątny wątek): 23% śrub kotwicznych poluzowało się po 6 miesiącach użytkowania.
Typ B (gwint trapezoidalny w korzeniu łuku): zero awarii w tym samym cyklu, a szybkość transmisji wibracyjnej została zmniejszona o 42%.
Iv. Standardy branżowe i przyszłe trendy
Zgodnie ze standardami ISO 898-1 i ACI 355.2 nici wysokiej jakości śrub kotwicznych ze stali węglowej muszą przekazać następujące ścisłe testy:
Test momentu obrotowego: moment instalacyjny musi osiągnąć 50-80N · m (specyfikacja M12), a gwint nie ma poślizgu.
Test życia zmęczenia: 5000 cykli obciążenia przy ± 15% obciążenia granicznym, przemieszczenie ≤0,1 mm.
W przyszłości, wraz z rozwojem inteligentnej technologii budowlanej, projektowanie wątków będzie dalej połączyć symulację cyfrową (taką jak analiza elementów skończonych) i technologię drukowania 3D w celu osiągnięcia „dostosowanych wątków” o silniejszej zdolności adaptacyjnej do substratów, takich jak:
„Dual Lead Nić” dla porowatego betonu
„Optymalizacja kątów kątów helisy” dla środowisk o niskiej temperaturze
Subtelność konstrukcji nici polega na przekształcaniu potencjału materiałowego stali węglowej w niezawodną siłę kotwiczącej w rzeczywistej inżynierii. Od zasad mechanicznych po szczegóły przetwarzania, każdy wątek jest cichym zaangażowaniem w słowo „bezpieczeństwo”. Wybór naukowo zweryfikowanej struktury nici jest nie tylko optymalizacją techniczną, ale także odpowiedzialnością za jakość inżynierii. W dziedzinie zakotwiczenia zwycięstwo szczegółów często określa ostateczny sukces lub porażkę.