Tudo o que precisa de saber sobre fixadores

Os fixadores são um componente comum com o qual todos devem estar familiarizados.

Neste artigo, apresentaremos os parafusos a partir de quatro perspectivas: classificação dos parafusos, identificação e inspeção de roscas, requisitos de materiais, requisitos de tratamento térmico e requisitos de desempenho mecânico para cavilhas, parafusos e pernos, bem como os tipos e a estrutura dos parafusos da estrutura de aço.

I. Classificação dos elementos de fixação

O que são fixadores?

Os fixadores são componentes mecânicos essenciais concebidos para unir de forma segura duas ou mais peças ou conjuntos numa unidade coesa. Estes elementos essenciais desempenham um papel vital em várias indústrias, incluindo a aeroespacial, automóvel, construção e fabrico geral. Os fixadores englobam uma vasta gama de peças normalizadas, incluindo cavilhas, parafusos, porcas, anilhas, rebites e pinos, cada um concebido para cumprir requisitos específicos de suporte de carga e condições ambientais.

Nos sectores do fabrico e produção de metal, os fixadores são frequentemente referidos como peças normalizadas devido à sua utilização generalizada e à adesão a normas internacionais como ISO, ANSI e DIN. Esta normalização assegura a permutabilidade, fiabilidade e desempenho consistente em diferentes aplicações. Os fixadores modernos são fabricados utilizando materiais e processos avançados para aumentar a sua força, resistência à corrosão e longevidade, com opções que vão desde variantes comuns de aço a ligas especializadas para ambientes extremos.

A seleção dos elementos de fixação adequados é crucial na conceção e na engenharia, uma vez que tem um impacto direto na integridade estrutural, na segurança e na longevidade do produto acabado. Factores como a distribuição da carga, a resistência à vibração, a expansão térmica e a facilidade de montagem ou desmontagem devem ser cuidadosamente considerados ao escolher os elementos de fixação para uma determinada aplicação.

Tipos de fixadores:

Os elementos de fixação incluem normalmente os seguintes doze tipos de peças: Parafusos, cavilhas, parafusos, porcas, parafusos auto-roscantes, parafusos para madeira, anilhas, anéis de retenção, pinos, rebites, conjuntos completos e pares de ligação, bem como pregos de soldadura.

(1) Parafusos:

Os parafusos são um tipo de fixador constituído por uma cabeça e um parafuso (cilindro com uma rosca externa) que necessita de uma porca para fixar duas peças com orifícios passantes. Este tipo de ligação é conhecido como ligação por parafusos e é uma ligação amovível, uma vez que as duas partes podem ser separadas se a porca for desaparafusada do parafuso.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-1-1 Rosca completa do parafuso sextavado exterior

Fig. 2-1-2 Meio dente de parafuso sextavado interior com cabeça cilíndrica

(2) Coudelaria:

Um perno é um elemento de fixação que tem roscas externas em ambas as extremidades e não tem cabeça. Ao ligar, uma extremidade é aparafusada numa peça com um orifício roscado interno, enquanto a outra extremidade passa através de uma peça com um orifício de passagem, sendo depois fixada por uma porca. O resultado é um conjunto firmemente ligado.

Este tipo de ligação é designado por ligação por pernos e, tal como a ligação por parafusos, é uma ligação amovível. Os pernos são utilizados principalmente quando uma das partes ligadas é espessa, requer uma estrutura compacta ou a desmontagem frequente torna a ligação por pernos inadequada.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-2-3 Perno de cabeça dupla

Fig. 2-2-4 Pino de rosca completa

(3) Parafuso:

Um parafuso é um elemento de fixação constituído por uma cabeça e um parafuso. Pode ser dividido em três categorias com base na sua finalidade: parafuso de estrutura de aço, parafuso de ajuste e parafuso para fins especiais.

Os parafusos de máquina são utilizados principalmente para fixar uma peça com um furo roscado fixo a uma peça com um furo passante sem necessidade de uma porca (este tipo de ligação é conhecido como ligação roscada e é também uma ligação amovível). Os parafusos de máquina também podem ser utilizados com porcas para fixar duas peças com furos passantes.

Os parafusos de ajuste são utilizados principalmente para fixar a posição relativa entre duas peças.

Os parafusos para fins especiais, como os parafusos de olhal, são utilizados para içar componentes.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-3-5 Parafuso de cabeça cilíndrica

Fig. 2-3-6 Parafuso de sextavado interior

Fig. 2-3-7 Parafuso com olhal

(4) Porca:

Uma porca é um componente que tem um orifício roscado interno e tem normalmente a forma de uma coluna hexagonal plana, de uma coluna quadrada plana ou de uma forma cilíndrica plana.

As porcas são utilizadas para fixar e ligar duas partes numa única unidade com parafusos, pernos ou parafusos de estrutura de aço.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-4-8 Porca sextavada

(5) Parafuso auto-roscante:

Um parafuso auto-roscante é semelhante a um parafuso, mas tem uma rosca especial concebida especificamente para parafusos auto-roscantes.

É utilizado para fixar e ligar dois componentes metálicos finos numa única unidade. É necessário perfurar previamente pequenos orifícios nos componentes. Como o parafuso tem um elevado nível de dureza, pode ser aparafusado diretamente no orifício do componente para formar as roscas internas correspondentes no componente.

Este tipo de ligação é também uma ligação amovível.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-5-9 Parafuso auto-roscante

(6) Parafusos para madeira:

Um parafuso para madeira é semelhante a um parafuso, mas tem uma rosca especial concebida especificamente para ser utilizada na madeira. Pode ser aparafusado diretamente num componente ou peça de madeira para ligar firmemente uma peça metálica (ou não metálica) com um orifício de passagem ao componente de madeira.

Este tipo de ligação é também uma ligação amovível.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-7-10 Parafuso hexagonal para madeira

(7) Arruela:

Uma anilha é um tipo de elemento de fixação com uma forma circular plana.

É colocada entre a superfície de apoio dos parafusos ou porcas e a superfície das peças ligadas para aumentar a área da superfície de contacto, reduzir a pressão por unidade de área e proteger a superfície das peças ligadas contra danos. Outro tipo de anilha elástica também pode evitar que a porca se solte.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-7-11 anilha plana

2-7-12 anilha elástica

(8) Anel de retenção:

Um anel de retenção é instalado na ranhura do eixo ou na ranhura do furo de estruturas e equipamentos de aço para impedir o movimento de peças no eixo ou no furo da esquerda para a direita.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-8-13 anel de retenção

(9) Pino:

Os pinos são utilizados principalmente para posicionar peças e alguns podem também ser utilizados para ligar, fixar, transmitir energia ou bloquear outros elementos de fixação.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-9-14 pino

(10) Rebites:

Os rebites são elementos de fixação constituídos por uma cabeça e uma haste de pregos e são utilizados para ligar de forma segura duas peças ou componentes com orifícios passantes numa única unidade. Este tipo de ligação é designado por ligação por rebites e é também conhecida como rebitagem.

Os rebites formam uma ligação não amovível, uma vez que os rebites têm de ser destruídos para separar as duas partes ligadas.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-10-15 Rebite de meia cabeça redonda

(11) Montagem e par de ligação:

Um conjunto refere-se a um fixador que é fornecido como uma combinação, tal como um parafuso de máquina (ou cavilha, parafuso auto-roscante) e uma anilha plana (ou arruela de pressão, anilha de bloqueio).

Um par de ligação refere-se a um fixador que consiste num parafuso, porca e anilha especiais, como um par de ligação de parafusos hexagonais grandes de alta resistência para estruturas de aço.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-11-16 Montagem do parafuso de máquina

Fig. 2-11-17 Ligação de parafusos de cisalhamento de torção de uma estrutura de aço

(12) Tack:

Um tachão é um elemento de fixação único constituído por uma haste polida e uma cabeça de prego (ou sem cabeça de prego) que é ligado de forma fixa a uma peça ou componente por soldadura, a fim de o ligar a outras peças.

Como mostrado abaixo:

Fig. 2-12-18 prego de soldadura

II. Identificação e inspeção dos fios de rosca

1. Objetivo e caraterísticas do fio

As roscas são normalmente encontradas numa variedade de aplicações, incluindo aviões, automóveis, condutas de água e utilização diária de gás.

Na maioria dos casos, as roscas servem como ligações de fixação e facilitam a transferência de força e movimento.

Embora existam vários tipos de roscas para fins especiais, o seu número é limitado.

A durabilidade e a simplicidade das roscas, combinadas com o seu desempenho fiável, fácil desmontagem e fabrico conveniente, fazem delas um componente crucial em todos os tipos de produtos electromecânicos.

Para que uma linha funcione eficazmente, deve possuir duas qualidades essenciais:

• A capacidade de ser fiado facilmente;
• Resistência adequada.

2. Classificação das roscas

a. Os fios podem ser classificados em quatro tipos com base nas suas características estruturais e utilizações:

• Rosca normal (rosca de fixação): Tem uma forma de dente triangular e é utilizada para ligar ou fixar peças. As roscas comuns podem ainda ser divididas em roscas grossas e finas com base no seu passo. As roscas finas têm uma força de ligação mais elevada.
• Rosca de transmissão: A sua forma de dente inclui formas trapezoidais, rectangulares, em forma de serra e triangulares.
• Rosca de vedação: Utilizada para vedar ligações, principalmente roscas de tubos, roscas cónicas e roscas cónicas de tubos.
• Rosca para fins especiais: Utilizada para fins específicos.

b. Os fios também podem ser divididos, com base na região (país), em roscas métricas, fios britânicos e fios americanos.

As roscas britânicas e americanas são coletivamente designadas por roscas britânicas e têm um ângulo de perfil do dente de 60° e 55°. Utilizam tamanhos em polegadas para o seu diâmetro, passo e outros parâmetros relevantes.

No nosso país, o ângulo do perfil do dente é normalizado em 60° e as séries de diâmetro e passo são medidas em milímetros. Este tipo de rosca é designado por rosca normal.

3. Perfil da linha comum

4. Termos básicos do fio

Uma rosca é uma formação contínua ao longo de uma determinada superfície cilíndrica ou cónica.

• Rosca externa: Uma rosca formada na superfície exterior de um cilindro ou cone.
• Rosca interna: Uma rosca formada na superfície interna de um cilindro ou cone.
• Diâmetro maior: O diâmetro de um cilindro ou cone imaginário que é tangente à parte superior de uma rosca externa ou à parte inferior de uma rosca interna.
• Diâmetro pequeno: O diâmetro de um cilindro ou cone imaginário que é tangente à base de uma rosca externa ou ao topo de uma rosca interna.
• Diâmetro médio: O diâmetro de um cilindro ou cone imaginário que passa através da ranhura da forma do dente onde a largura do bojo é igual. Este cilindro ou cone imaginário é designado por cilindro de diâmetro de passo ou cone de diâmetro de passo.

• Rosca direita: Uma rosca que é enroscada ao rodar no sentido dos ponteiros do relógio.
• Rosca à esquerda: Uma rosca que é enroscada ao rodar no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio.
• Ângulo do perfil: O ângulo entre dois lados adjacentes do dente no perfil da rosca.
• Passo: A distância ao longo do eixo entre dois pontos correspondentes na linha de passo de dois dentes adjacentes.

5. Marcação dos fios

Marcação de rosca métrica:

Em geral, uma designação completa de uma rosca métrica deve incluir os três aspectos seguintes:

A representa o código do tipo de linha, indicando as características da linha;

B refere-se ao tamanho da rosca, que geralmente inclui o diâmetro e o passo. No caso de roscas múltiplas, deve também incluir o avanço e o número de roscas;

C refere-se à precisão da rosca, que é determinada pela zona de tolerância de cada diâmetro (incluindo a posição e o tamanho da zona de tolerância) e o comprimento de aparafusamento.

Marcação de rosca em polegadas:

6. Medição da rosca

Para as roscas padrão gerais, são utilizados calibres de anel de rosca ou calibres de bujão para medição.

Uma vez que existem inúmeros parâmetros de rosca, é impraticável medir cada um deles individualmente. Normalmente, são utilizados calibradores de roscas (calibradores de anéis de rosca e calibradores de tampões de rosca) para efetuar uma avaliação abrangente da rosca.

Este método de inspeção, conhecido como aceitação de montagem simulada, não só é conveniente e fiável, como também cumpre os requisitos de precisão para roscas típicas.

Consequentemente, tornou-se o método de aceitação mais utilizado na produção efectiva.

7. Medição da rosca (diâmetro do passo)

Nas ligações roscadas, o diâmetro do passo é o único fator que determina o ajuste da rosca, o que torna crucial avaliar corretamente as qualificações do diâmetro do passo.

Para garantir o desempenho básico de serviço da rosca, a norma deve especificar o princípio de julgamento de qualificação do diâmetro do passo: "O diâmetro real do passo da rosca não pode exceder o diâmetro do passo do perfil máximo do dente sólido. O diâmetro do passo único de qualquer parte da rosca real não deve exceder o diâmetro do passo do perfil sólido mínimo."

Atualmente, existem dois métodos convenientes para medir o diâmetro de passo simples: utilizando um micrómetro de diâmetro de passo de rosca, ou utilizando o método de três agulhas (que é adotado pela nossa empresa).

8. Grau de ajuste da rosca

O ajuste da rosca refere-se ao grau de aperto ou desaperto entre as roscas dos parafusos.

A classe de ajuste, por outro lado, refere-se à combinação especificada de tolerância e desvio para roscas internas e externas.

(1) Para roscas de polegada unificada:

As roscas externas têm três classes: Classe 1A, Classe 2A e Classe 3A.

As roscas internas também têm três classes: Classe 1B, Classe 2B e Classe 3B, todas elas de ajuste livre.

Quanto mais elevado for o número de classe, mais apertado será o ajuste.

Nas roscas inglesas, apenas a Classe 1A e a Classe 2A têm desvios especificados. A classe 3A tem um desvio zero, e as classes 1A e 2A têm desvios iguais.

Quanto maior o número de classe, menor a tolerância, como mostra a figura.

• A Classe 1A e a Classe 1B têm uma tolerância muito reduzida e são adequadas para ajustes de tolerância de rosca interna e externa.
• A Classe 2A e a Classe 2B são os graus de tolerância de rosca mais amplamente utilizados especificados para as séries britânicas fixadores mecânicos.
• A Classe 3A e a Classe 3B têm o ajuste mais apertado e são adequadas para fixadores com tolerâncias apertadas, particularmente para projectos críticos em termos de segurança.
• As roscas externas têm desvios de ajuste especificados para a Classe 1A e a Classe 2A, mas não para a Classe 3A.

A tolerância para a Classe 1A é 50% superior à da Classe 2A e 75% superior à da Classe 3A. Para as roscas internas, a tolerância para a Classe 2B é 30% superior à da Classe 2A.

A tolerância para a classe 1B é 50% superior à da classe 2B e 75% superior à da classe 3B.

(2) As classes de rosca comuns para roscas métricas externas são 4H, 6E, 6G e 6H, enquanto as classes de rosca comuns para roscas internas são 6G, 6H e 7H.

O grau de precisão das roscas padrão japonesas divide-se em três graus: I, II e III, sendo o grau II o mais utilizado.

Nas roscas métricas, o desvio básico de H e h é zero, enquanto o desvio básico de G é positivo e o desvio básico de e, f e g é negativo, como mostra a figura.

• H é a posição da zona de tolerância mais comummente usada para roscas internas, e geralmente não é usada para revestimento de superfície ou camadas de fosfatização muito finas. A utilização do desvio básico da posição G é rara, e é principalmente utilizada para revestimentos mais espessos.
• A zona de tolerância G é frequentemente utilizada para o revestimento com uma camada fina de 6-9um. Por exemplo, quando os desenhos do produto exigem parafusos 6H, as roscas devem ser revestidas com uma zona de tolerância 6G.
• As melhores combinações de ajuste de rosca são H/G, H/H ou G/H. Para fixadores refinados, como parafusos e porcas, recomenda-se a utilização de 6H/6G.

Grau de precisão médio da rosca normal

Porca: 6H

Parafuso: 6g

Grau de precisão médio das roscas com cobertura espessa

Porca: 6G

Parafuso: 6e

Grau de precisão elevado

Porca: 4H

Parafuso: 4h, 6h

9. Fio especial comum

1). Rosca auto-roscante: é um tipo de rosca larga com grande avanço.

GB/T5280 JIS B1007

2) Rosca de bloqueio auto-roscante (rosca triangular)

GB6559

3.) Rosca de pregos para painéis de parede (rosca rápida)

GB/T14210

4) Rosca de madeira:

Ver Fig. 1-1-32 para o perfil da rosca e o tamanho do parafuso para madeira (CB / T922-1986)

Fig. 1-1-32 perfil de rosca para parafuso de madeira

III. Requisitos dos materiais, requisitos de tratamento térmico e requisitos de desempenho mecânico dos parafusos, pernos e pernos roscados

Requisitos de material para cavilhas, parafusos e pernos

Propriedades mecânicas e físicas das cavilhas, parafusos e pernos

IV. Tipos e estrutura dos parafusos para estruturas de aço

1. Visão geral da ligação aparafusada da estrutura de aço

A ligação por parafusos para estruturas de aço é um método de ligação de duas ou mais peças ou componentes de estruturas de aço numa única unidade, utilizando parafusos. Este tipo de ligação é o método mais simples de pré-montagem de componentes e de instalação de estruturas.

Ligação por parafusos completos de ligações viga-pilar

A ligação por parafusos foi utilizada pela primeira vez na instalação de estruturas metálicas. No entanto, no final da década de 1930, foi gradualmente substituída por ligações de rebites e foi utilizada apenas como um método de fixação temporário durante a montagem de componentes.

O método de ligação por parafusos de alta resistência surgiu na década de 1950. Estes parafusos são feitos de aço de médio carbono ou de aço de liga de médio carbono e têm uma resistência que é 2 a 3 vezes superior à dos parafusos normais.

A ligação por parafusos de alta resistência tem as vantagens de ser fácil de construir, segura e fiável. Tem sido utilizada no fabrico e instalação de estruturas de aço em fábricas metalúrgicas desde a década de 1960.

Ligação por parafusos completos da união de vigas

2. Especificação do parafuso

As especificações comuns dos parafusos utilizados em estruturas de aço incluem M12, M16, M20, M24 e M30. A letra "M" representa o símbolo do parafuso e o número é o diâmetro nominal.

Os parafusos estão divididos em 10 classes com base no seu desempenho: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9 e 12.9. Os parafusos com graus superiores a 8,8 são feitos de aço de liga de baixo carbono ou aço de médio carbono e são submetidos a tratamento térmico (têmpera e revenido). São chamados de parafusos de alta resistência. Os parafusos com classes inferiores a 8.8 (exceto 8.8) são designados por parafusos normais.

O quadro seguinte apresenta o grau de desempenho e as propriedades mecânicas dos parafusos.

O grau de desempenho do parafuso é composto por duas partes de números, que representam, respetivamente, a resistência nominal à tração do parafuso e a taxa de cedência do material.

Por exemplo, o significado de parafusos com grau de desempenho de 4.6 é: o número na primeira parte (4 em 4.6) é 1 / 100 da resistência à tração nominal (n / mm²) de material dos parafusos, ou seja, fu ≥ 400N / mm²;

O número na segunda parte (6 em 4.6) é 10 vezes o rácio de rendimento de material dos parafusosou seja, fy / fu = 0,6;

Produto de dois números (4) × 6 = "24") é 1 / 10 do ponto de escoamento nominal (ou limite de elasticidade) (n / mm²) do material do parafuso, o que significa fy ≥ 240n / mm².

De acordo com o seu nível de precisão de fabrico, os parafusos comuns utilizados em estruturas de aço podem ser classificados em três classes: A, B e C.

Os parafusos de grau B são considerados refinados e são normalmente utilizados em produtos mecânicos, enquanto os parafusos de grau C são considerados grosseiros.

Salvo especificação em contrário, os parafusos comuns utilizados em estruturas de aço são normalmente parafusos grosseiros de grau C com um grau de desempenho de 4.6 ou 4.8.

O valor de projeto da resistência para ligações aparafusadas deve ser retirado do quadro 3.4.1-4 do código GB50017-2003 para o projeto de estruturas de aço.

Quadro 3.4.1-4 valor de projeto da resistência de ligação aparafusada (n / mm²)

Quadro 3.4.1-5 valor de projeto da resistência de ligação por rebites (n / mm²)

3. Classificação dos parafusos

Os parafusos são conhecidos por vários nomes, tais como parafusos, pregos de parafuso, peças normalizadas, fixadores, etc.

Num sentido geral, os parafusos podem englobar uma gama de elementos de fixação, incluindo parafusos normais, parafusos de alta resistência, parafusos de ancoragem, parafusos de expansão, ancoragens químicas, parafusos, pernos e muito mais.

Se considerarmos os parafusos de uma forma mais específica, eles podem ser divididos em duas categorias: parafusos comuns e parafusos de alta resistência.

(1) Ligação por parafusos comuns

Os parafusos comuns podem ainda ser divididos em parafusos brutos e refinados com base na sua precisão de fabrico.

Além disso, os parafusos comuns também podem ser classificados em vários tipos, tais como parafusos de cabeça sextavada, parafusos de cavilha, parafusos de cabeça escareada e outros.

A imagem acima mostra parafusos de cabeça escareada

Parafuso rugoso

Os parafusos da classe C são tipicamente parafusos ásperos feitos de aço estrutural de carbono.

Para garantir uma penetração suave dos parafusos nos orifícios dos parafusos, o diâmetro do orifício deve ser 1,0 a 2,0 mm superior ao diâmetro nominal (d) dos parafusos, resultando num orifício de Classe II.

O espaçamento entre os furos dos parafusos deve ser organizado de modo a facilitar o aperto com uma chave inglesa.

Quando são utilizados parafusos grosseiros para ligar os componentes de pilares, vigas e asnas de telhado, deve ser adoptada uma estrutura de ligação com placas de suporte.

Neste cenário, o parafuso está sob tensão e a sua força de corte é suportada pela placa de suporte (como ilustrado no diagrama seguinte).

O baixo grau de resistência dos materiais utilizados nos parafusos de desbaste restringe a sua utilização em ligações estruturais. No entanto, os parafusos de desbaste continuam a ser utilizados na ligação de vigas secundárias para plataformas de trabalho, vigas de revestimento de paredes, vigas de cobertura, apoios e apoios articulados com baixa força de corte.

A figura acima representa parafusos comuns.

Os parafusos de desbaste são também frequentemente utilizados na pré-montagem de estruturas de aço em oficinas, na pré-fixação de componentes rebitados antes da rebitagem, na montagem antes da ligação por parafusos de alta resistência e na fixação temporária antes da soldadura de nós.

Quando se utilizam parafusos rugosos como parafusos de fixação permanente, estes devem ser apertados após um alinhamento correto e devem ser tomadas medidas para evitar que se soltem.

A figura acima ilustra o método de bloqueio de porca dupla para o parafuso da base da coluna.

Parafuso refinado

Os parafusos das classes A e B são considerados parafusos refinados e normalmente requerem furos de classe I. O diâmetro do furo deve ser 0,3 a 0,5 mm maior do que o diâmetro nominal (d) do parafuso.

As ligações de parafusos refinados são utilizadas em algumas ligações estruturais que são frequentemente desmontadas e montadas de novo.

Os parafusos refinados são utilizados principalmente em produtos mecânicos e não são vulgarmente utilizados na construção de estruturas de aço.

(2) Ligação por parafusos de alta resistência

Os parafusos fabricados em aço de alta resistência ou que requerem uma pré-carga elevada são designados por parafusos de alta resistência.

Estes parafusos geram tensão e transmitem forças externas através de fricção.

Em contraste, uma ligação de parafuso tradicional transmite a força de corte através da resistência ao corte do parafuso e da pressão de suporte da parede do furo.

Ao apertar a porca, a tensão é mínima e pode ser ignorada.

Para além da elevada resistência do material, um parafuso de alta resistência também aplica uma tensão significativa, resultando numa pressão de extrusão entre os componentes de ligação, proporcionando uma forte fricção perpendicular à direção do parafuso.

Além disso, factores como a tensão, o coeficiente antiderrapante e o tipo de aço têm um impacto direto na capacidade de suporte de um parafuso de alta resistência.

Princípio de funcionamento do parafuso de alta resistência

Os parafusos de alta resistência são classificados principalmente em duas categorias com base nas suas condições de tensão: tipo de fricção e tipo de pressão.

Em termos de processo de construção, os parafusos de alta resistência dividem-se em dois tipos: parafusos de alta resistência ao corte por torção e parafusos hexagonais de alta resistência de grandes dimensões.

Parafuso de alta resistência de tipo de cisalhamento torcional e parafuso de alta resistência de hexágono grande

A ligação por parafusos de alta resistência do tipo fricção transfere a força externa através da fricção gerada na superfície de contacto do chapa de aço depois de a camada da placa de ligação estar firmemente aderida pela pressão de aperto dos parafusos. A superfície do componente é jacteada com areia para criar uma cor vermelha superfície de ferrugemque proporciona um elevado coeficiente de atrito e reduz o número de parafusos de ligação necessários. O diâmetro do furo para um parafuso de alta resistência do tipo de fricção deve ser 1,5 a 2,0 mm maior do que o diâmetro nominal (d) do parafuso.

Em contraste, a conexão de parafuso de alta resistência com suporte de pressão transfere a tensão através da combinação de fricção entre os componentes, força de cisalhamento do eixo central do parafuso e a pressão de suporte do componente. O diâmetro do furo para este tipo de parafuso deve ser 1,0 a 1,5 mm maior do que o diâmetro nominal (d) do parafuso. Os furos são efectuados com uma máquina CNC perfuração máquina e gabarito de perfuração.

Essencialmente, os parafusos de alta resistência do tipo de fricção e do tipo de pressão são o mesmo parafuso, sendo a diferença a consideração do deslizamento no projeto. A superfície de fricção do parafuso de alta resistência do tipo de fricção não pode deslizar e o parafuso não suporta o cisalhamento. Se a superfície de fricção deslizar, considera-se que atingiu o estado de falha do projeto, que é uma tecnologia relativamente estabelecida e fiável. Por outro lado, a superfície de fricção do parafuso de alta resistência com suporte de pressão pode deslizar e o parafuso também suporta o cisalhamento, sendo a falha final semelhante a um parafuso normal (falha de cisalhamento do parafuso ou falha de compressão da placa de aço).

O parafuso hexagonal grande de alta resistência é composto por um parafuso de alta resistência, uma porca e duas anilhas, formando um par de ligação de parafusos de alta resistência. Durante a construção, a estrutura é temporariamente fixada com parafusos grosseiros e, em seguida, os parafusos de alta resistência são instalados um a um a partir do meio do grupo de parafusos, começando com o aperto inicial, seguido de um novo aperto e, finalmente, o aperto final.

A figura acima mostra grandes pares de parafusos de cabeça hexagonal de alta resistência de vários comprimentos.

Ao instalar o par de ligações de parafusos de alta resistência com cabeça hexagonal grande, deve ser colocada uma anilha em ambos os lados do parafuso. O valor do binário de aperto inicial deve ser 50% do valor do binário de aperto final, enquanto o valor do binário de reaperto deve ser igual ao valor do binário de aperto final.

A fórmula para calcular o valor final do binário de aperto é a seguinte

TC = k * Pc * d

Onde

• Tc é o valor final do binário de aperto, em n - m;
• k é o coeficiente de binário;
• Pc é a pretensão de construção, em kN;
• d é o diâmetro da rosca do parafuso de alta resistência, em mm.

Para o aperto, deve ser utilizada uma chave dinamométrica, que deve ser calibrada antes de cada utilização.

O par de ligações de parafusos de alta resistência do tipo cisalhamento por torção é composto por um parafuso de alta resistência, uma porca e uma anilha.

Tipo de cisalhamento por torção parafuso de alta resistência

Chave eléctrica de torção

Princípio de instalação do parafuso de alta resistência ao cisalhamento por torção

Ao instalar o par de ligações de parafusos de alta resistência do tipo de corte por torção, só deve ser colocada uma anilha num dos lados da porca.

A fórmula para calcular o valor do binário de aperto inicial é a seguinte

Tc = 0,065 * Pc * d

Onde

• Tc é o valor do binário de aperto inicial, em n - m;
• Pc é a pretensão de construção, em kn;
• d é o diâmetro da rosca do parafuso de alta resistência, em mm.

Por fim, deve utilizar-se uma chave inglesa especializada para desapertar a cabeça da flor de ameixa da cauda até esta se partir.

A inspeção da qualidade deve centrar-se na supervisão e inspeção do processo de construção.

(3) Parafuso de ancoragem

Um parafuso de ancoragem, também conhecido como parafuso de ancoragem ou fio de ancoragem, é utilizado para ligar uma base de coluna de estrutura de aço a uma fundação de betão. Os aços redondos Q235 e Q345 são normalmente utilizados para este fim.

Existem diferentes tipos de parafusos de ancoragem e, se o diâmetro for superior a 24 mm, deve ser utilizada uma placa de ancoragem.

Durante a instalação, o grupo de parafusos de ancoragem deve ser fixado pela estrutura de aço e instalado juntamente com a gaiola de reforço de ligação antes de deitar o betão. A cabeça do parafuso deve ser exposta à superfície do betão durante um determinado comprimento.

Quando o betão tiver atingido um certo nível de resistência, a base do pilar metálico deve ser instalada e deve ser efectuada uma betumação secundária na parte inferior do pilar.

Grupo de parafusos de ancoragem fixos com estrutura de aço

Diagrama esquemático do parafuso de ancoragem

A imagem mostra uma base de pilar de estrutura metálica antes da betumação secundária, com uma manga de borracha a ser utilizada para proteger o topo do parafuso de ancoragem da rosca.

(4) Parafuso de ancoragem química

O parafuso de ancoragem químico é um novo tipo de material de fixação que consiste num agente químico e numa haste metálica. É utilizado para instalar conectores de outras estruturas em estruturas de betão existentes.

Pode ser utilizado para a instalação de peças pós-embutidas em várias construções de estruturas de aço, tais como paredes de cortina e suspensão a seco de mármore. Além disso, pode ser utilizado para a instalação de equipamento, instalação de guardas de estradas e pontes, reforço e transformação de edifícios, e outras aplicações.

Parafuso e agente de fixação química

O parafuso de ancoragem química é um novo tipo de parafuso de ancoragem que segue o parafuso de ancoragem de expansão. É um componente composto que é seguro e fixado no substrato de betão perfurado através de um adesivo químico especial e de um parafuso, conseguindo assim a ancoragem de peças fixas.

O parafuso de ancoragem química possui uma grande capacidade de suporte de tração e pode substituir a barra de ancoragem embutida. É frequentemente utilizado para resolver o problema de se esquecer de instalar as partes embutidas de uma estrutura de aço no local de construção depois de o betão ter sido derramado. O parafuso de ancoragem químico pode ser utilizado para corrigir esta situação.

As etapas de construção do parafuso de ancoragem química são as seguintes:

• De acordo com os requisitos do projeto de engenharia, faça furos nas posições designadas no material de base (como o betão). O diâmetro dos furos, a profundidade e o diâmetro dos parafusos devem ser determinados por técnicos profissionais ou por testes no terreno.
• Faça os furos com um berbequim de percussão ou com um berbequim de água.
• Limpar o pó dos orifícios de perfuração com um cilindro de ar especial, uma escova ou uma máquina de ar comprimido. Este procedimento deve ser repetido pelo menos três vezes, para garantir que não fica pó ou água no furo.
• Certifique-se de que a superfície do parafuso está limpa, seca e isenta de óleo ou alvenaria.
• Verificar a embalagem de ancoragem do tubo de vidro quanto a quaisquer anomalias, tais como danos ou solidificação do agente. Introduzir a cabeça redonda da embalagem no orifício de ancoragem, com a cabeça virada para fora, e empurrá-la até ao fundo do orifício.
• Utilizando um berbequim elétrico e um dispositivo de instalação especial, insira o parafuso no fundo do orifício, rodando-o fortemente. Não devem ser utilizados métodos de impacto.
• Quando o parafuso atingir o fundo do orifício ou a posição marcada no parafuso, pare imediatamente de rodar, retire o dispositivo de instalação e evite perturbar o gel até este estar completamente curado. Uma rotação excessiva pode levar a uma perda de cola e afetar a força de ancoragem.

(O tempo de rotação não deve exceder 30 segundos, a velocidade de rotação deve situar-se entre 300 e 750 rpm, a velocidade de propulsão do parafuso deve ser de cerca de 2 cm/s e não são permitidos métodos de impacto).

(5) Parafuso de expansão

A função de um parafuso de expansão é semelhante à de um parafuso de ancoragem química e é utilizado para aplicações de ancoragem com menos tensão.

Parafusos de expansão de diferentes especificações

Os parafusos de expansão não devem ser utilizados em peças com fissuras ou em peças propensas a fissuras em estruturas de betão.

Ao projetar estruturas principais de suporte de carga, condutas importantes, operações a alta velocidade, cargas de impacto de suporte e grandes vibrações, os parafusos de expansão devem ser seleccionados com base na força de tração e na força de corte calculadas.

4. Disposição e requisitos de construção dos parafusos

A disposição dos parafusos pode ser dividida em duas categorias: paralela e escalonada.

Disposição paralela - esta disposição é simples, limpa e compacta. O tamanho da placa de ligação utilizada é pequeno, mas resulta num enfraquecimento significativo da secção do componente.

Disposição escalonada - esta disposição não é tão compacta, mas o tamanho da placa de ligação utilizada é maior, resultando num enfraquecimento menor da secção da barra.

Requisitos de tensão

Direção vertical da tensão: Para evitar a concentração de tensões nos parafusos e o enfraquecimento excessivo da secção, bem como para reduzir a capacidade de suporte, a distância da extremidade e a distância final dos parafusos não devem ser demasiado pequenas.

Direção da ação da força: Para evitar que a placa se parta ou corte, a distância final não deve ser demasiado pequena.

Para elementos de compressão: Para evitar a encurvadura das placas de ligação, a distância média não deve ser demasiado grande.

Requisitos de construção:

• A distância entre os bordos e a distância entre os parafusos não deve ser demasiado grande, para evitar que se soltem entre as placas, a entrada de humidade e a corrosão do aço.
• Para facilitar o aperto da porca com uma chave, o passo do parafuso não deve ser inferior a 3 vezes o diâmetro do parafuso.

De acordo com estes requisitos, o espaçamento admissível dos parafusos e os valores de projeto relevantes são especificados no código GB50017-2017 para o projeto de estruturas de aço.

Quadro 8.3.4 Distâncias máximas e mínimas admissíveis dos parafusos ou rebites

Nota:

1. d₀ É o diâmetro do orifício do parafuso ou prego, e t é a espessura da chapa exterior.

2. A distância máxima entre a borda da chapa de aço e o parafuso ou rebite ligado ao membro rígido (como ângulo de aço, canal de aço, etc.) pode ser adoptada de acordo com o valor da linha do meio.