Заклёпки со стандартным бортиком: когда достаточно
Заклёпки со стандартным бортиком: когда достаточно и как рассчитать площадь опирания
Что такое стандартный бортик заклёпки и в каких случаях его достаточно?
Стандартный бортик (protruding head) — это заводская закладная головка вытяжной заклёпки, формируемая при изготовлении корпуса. Её диаметр составляет примерно 1,6–1,8 диаметра тела заклёпки. Стандартный бортик достаточен в большинстве общестроительных применений, где соединяемые материалы имеют достаточную прочность на смятие, а нагрузки на соединение не превышают расчётных значений. Для тонколистовых и мягких материалов, где требуется увеличенная площадь опирания, применяются заклёпки с увеличенным бортиком.
Геометрические параметры стандартного бортика
Размеры по ISO 15977–15984
| Диаметр заклёпки d, мм | Диаметр бортика dk, мм | Высота бортика k, мм | dk/d |
|---|---|---|---|
| 2,4 | 4,3–4,7 | 0,8–1,2 | 1,79–1,96 |
| 3,0 | 5,2–5,6 | 1,0–1,4 | 1,73–1,87 |
| 3,2 | 5,6–6,0 | 1,0–1,4 | 1,75–1,88 |
| 4,0 | 6,8–7,2 | 1,2–1,6 | 1,70–1,80 |
| 4,8 | 8,0–8,4 | 1,4–1,8 | 1,67–1,75 |
| 5,0 | 8,5–9,0 | 1,5–2,0 | 1,70–1,80 |
| 6,0 | 10,0–10,5 | 1,8–2,4 | 1,67–1,75 |
| 6,4 | 10,5–11,0 | 2,0–2,6 | 1,64–1,72 |
Площадь опирания бортика
Площадь опирания стандартного бортика на поверхность соединяемого материала определяется как разность площадей круга бортика и отверстия:
Abear = π/4 · (dk² − dh²)
где dk — диаметр бортика, мм; dh — диаметр отверстия, мм.
Для заклёпки диаметром 4,8 мм с dk = 8,2 мм и dh = 5,0 мм:
Abear = 3,1416/4 · (8,2² − 5,0²) = 0,7854 · (67,24 − 25,0) = 33,2 мм²
Расчёт на смятие материала под бортиком
Условие прочности на смятие
При действии растягивающей нагрузки на заклёпку происходит смятие материала под бортиком. Условие прочности:
σbear = Nt / Abear ≤ Rp · γc
где Nt — растягивающее усилие на заклёпку, Н; Abear — площадь опирания бортика, мм²; Rp — расчётное сопротивление материала смятию, МПа; γc — коэффициент условий работы.
Пример расчёта для алюминиевого листа
Исходные данные: заклёпка А/УС d=4,8 мм, алюминиевый лист АМг2Н толщиной 1,5 мм, растягивающая нагрузка Nt = 1,5 кН.
Расчётное сопротивление смятию алюминиевого сплава АМг2Н: Rp = 0,5 · Run = 0,5 · 185 = 92,5 МПа (согласно СП 128.13330.2016).
Площадь опирания: Abear = 33,2 мм².
Напряжение смятия: σbear = 1500 / 33,2 = 45,2 МПа.
Проверка: 45,2 МПа ≤ 92,5 МПа — условие выполняется, стандартный бортик достаточен.
Пример расчёта для тонкого стального листа
Исходные данные: заклёпка УС/УС d=4,8 мм, стальной лист толщиной 0,55 мм (профнастил), растягивающая нагрузка Nt = 2,0 кН.
Расчётное сопротивление смятию стали С255: Rp = 1,35 · Run = 1,35 · 380 = 513 МПа (согласно СП 16.13330.2017).
Напряжение смятия: σbear = 2000 / 33,2 = 60,2 МПа.
Проверка: 60,2 МПа ≤ 513 МПа — условие выполняется с большим запасом.
Однако для листа толщиной 0,55 мм критическим может быть не смятие, а вырыв (продавливание) бортика сквозь тонкий лист. В этом случае рекомендуется переход на заклёпки с увеличенным бортиком.
Ограничения по применению стандартного бортика
Тонколистовые материалы (t < 0,7 мм)
Для стальных листов толщиной менее 0,7 мм и алюминиевых листов толщиной менее 1,0 мм стандартный бортик может не обеспечить достаточной площади опирания. При растягивающих нагрузках возможен вырыв бортика сквозь лист (эффект «пробойника»). Критерий перехода на увеличенный бортик:
t < 0,15 · d
где t — толщина листа, d — диаметр заклёпки. Для d=4,8 мм критическая толщина tкр = 0,72 мм.
Мягкие материалы (пластики, дерево)
При соединении материалов с низким модулем упругости и пределом прочности (ПВХ, поликарбонат, древесина) стандартный бортик может вдавливаться в материал, что приводит к ослаблению соединения. Для таких материалов рекомендуется применение заклёпок с увеличенным бортиком или использование шайб-подкладок.
Вибрационные нагрузки
При знакопеременных и вибрационных нагрузках малая площадь опирания стандартного бортика может способствовать фреттинг-коррозии и разбалтыванию соединения. В таких случаях рекомендуется увеличение площади опирания или применение заклёпок с насечкой на бортике для предотвращения проворота.
Сравнение: стандартный vs увеличенный бортик
| Параметр | Стандартный бортик | Увеличенный бортик |
|---|---|---|
| dk/d | 1,6–1,8 | 2,5–3,0 |
| Площадь опирания (d=4,8 мм) | ~33 мм² | ~110 мм² |
| Давление на материал (N=1,5 кН) | 45 МПа | 14 МПа |
| Мин. толщина листа (сталь) | 0,7 мм | 0,4 мм |
| Применение в пластиках | Не рекомендуется | Рекомендуется |
| Видимость на фасаде | Менее заметен | Более заметен |
| Стоимость | Базовая | +15–25% |
Заключение
Стандартный бортик заклёпки является оптимальным решением для большинства соединений в металлоконструкциях, где толщина соединяемых элементов превышает 0,7 мм для стали и 1,0 мм для алюминия. Расчёт площади опирания и проверка на смятие позволяют обоснованно выбрать тип бортика. При работе с тонколистовыми и мягкими материалами, а также при высоких растягивающих нагрузках следует рассмотреть переход на заклёпки с увеличенным бортиком или применение дополнительных шайб.
Нормативные документы
- СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*»
- СП 128.13330.2016 «Алюминиевые конструкции. Актуализированная редакция СНиП 2.03.06-85»
- СП 260.1325800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей»
- ISO 15977:2002 «Open end blind rivets with break pull mandrel and protruding head — A/St»
- ISO 15979:2002 «Open end blind rivets with break pull mandrel and protruding head — St/St»
- ISO 14589:2000 «Blind rivets. Mechanical testing»
