Поверхность трения в соединении на высокопрочных болтах — это контактные плоскости двух сжатых стальных листов, через которые поперечная сила передаётся силами трения. Окрашенной называется такая поверхность, которая после дробеструйной обработки по проектным данным покрыта антикоррозионным слоем (как правило, неорганическим цинкосиликатным или противосдвиговым цинкосиликатным составом). Расчётным параметром служит коэффициент сопротивления сдвигу μ — отношение силы, вызывающей сдвиг поверхности трения, к суммарному натяжению болтов, прижимающих эту поверхность.
Коротко: три вывода
- По умолчанию окрашивать нельзя. Пункт 6.3.7 GB 50205-2020 запрещает покраску поверхностей трения, если это не предусмотрено проектом, а также наличие масла, рыхлой ржавчины, заусенцев и брызг сварки.
- Окраска допустима, только если это записано в проекте, а значение μ взято из таблицы норматива или получено испытанием. Напрямую в таблице нормирован лишь неорганический цинкосиликат (JGJ 82-2011: после дробеструйной обработки и покрытия μ = 0,35 для стали Q235 и 0,40 для Q355 и выше). Для полиуретановой цинконаполненной и алкидной суриковой грунтовок комментарий к GB 50205-2020 даёт средние значения около 0,2 и расчётное 0,15.
- Если покрытие нанесено, испытание выполняют заново. Образцы должны совпадать с представляемыми деталями по марке стали, партии, способу обработки, состоянию поверхности, партии болтов и условиям хранения; их сначала окрашивают, потом испытывают, три комплекта на каждый способ обработки в партии объёмом 50 000 соединений, а измеренное значение не может быть ниже проектного.
1. Ключевые величины
- Коэффициенты μ (таблица 3.2.4 JGJ 82-2011): дробеструйная обработка — 0,45 (Q235) и 0,50 (Q345, Q390, Q420); после обработки с равномерной коркой ржавчины — 0,45/0,50; обработка плюс неорганический цинкосиликат — 0,35/0,40; очистка стальной щёткой от рыхлой ржавчины или чистая прокатная поверхность без обработки — 0,30/0,35.
- Изменения на окрашенных поверхностях (комментарий к п. 6.3.2 GB 50205-2020): полиуретановая цинконаполненная и алкидная суриковая грунтовки дают в среднем около 0,2, надёжное расчётное значение — 0,15; цинкосиликатные составы типа ZINGA по результатам испытаний можно принимать за 0,45; противосдвиговые цинкосиликатные составы давно применяются на железнодорожных мостах.
- Сопротивление одного болта срезу во фрикционном соединении: Nvb = 0,9 · nf · μ · P, где nf — число плоскостей трения (1 при одинарном, 2 при двойном срезе), P — расчётное натяжение болта.
- Натяжение P, класс прочности 10.9S: M16 = 100 кН, M20 = 155 кН, M22 = 190 кН, M24 = 225 кН.
- Подготовка поверхности: степень очистки назначается проектом, практически требуют Sa 2½ по ISO 8501-1 при глубине профиля Rz обычно 40–75 мкм.
- Толщина покрытия: минимальная толщина покрытия на поверхности трения задаётся проектом. Для основного металлоконструкция при отсутствии указаний пункт 7.3.1 GB 55006-2021 требует общей сухой толщины 150 мкм на улице и 125 мкм в помещении, допускаемое отклонение −25 мкм.
- Партии контроля: партия — 50 000 болтовых соединений (меньшее количество тоже образует партию); при двух и более способах обработки, включая окрашенные поверхности, каждый способ испытывают отдельно, три комплекта образцов на партию (приложение B.0.7 GB 50205-2020).
- Нагружение и точность приборов: сначала приложить 10 % расчётной силы сдвига и выдержать 1 мин, затем нагружать со скоростью 3–5 кН/с до сдвига; погрешность машины не более 1 %, тензометрических болтов, датчиков и измерительных установок — не более 2 %.
- Условия нанесения: относительная влажность при очистке и окраске не выше 85 %, температура стали не менее чем на 3 °C выше точки росы.
- Снижение при нагреве: при температуре соединения 100–150 °C его несущая способность снижается на 10 % (п. 3.1.4 JGJ 82-2011).
2. Почему плёнка краски мешает трению
2.1 Фрикционные и шарнирно-податливые соединения
Фрикционное соединение передаёт силу за счёт прижатия пакетов листов и считает предельным состоянием начало относительного сдвига. Соединение типа «на сжатие в стенках отверстий» допускает сдвиг и работает срезом стержня и смятием кромки отверстия; оно неприменимо там, где правит усталость при повторяющихся нагрузках. Пункт 4.2.1 JGJ 82-2011 для таких соединений требует лишь чистоты контактных поверхностей или покрытия по проекту, вовсе не выдвигая требования к μ; во фрикционном же соединении μ решает, выдержит ли узел расчётную силу. Поэтому у двух узлов одной рамы требования к поверхности трения могут различаться.
2.2 Три механизма влияния покрытия
- Замена контакта: вместо шероховатого контакта «сталь по стали» возникает граница «покрытие по покрытию», и сдвиг происходит в более податливом слое смолы.
- Заполнение профиля: рельеф Rz 40–75 мкм, залитый самовыравнивающейся краской, теряет механическое зацепление; скользит теперь поверхность, повторяющая форму покрытия.
- Сминание и полирование: натяжение (155 кН для M20 класса 10.9S) вдавливает плёнку в впадины, повторные нагружения полируют и разрушают её у отверстий и кромок — сила сдвига падает.
Следовательно, покрытие поверхности трения — не «довесок» антикоррозионной системы, а осознанный обмен трения на долговечность, который надо подтвердить нормативным значением или испытанием на объекте.
3. Нормативная граница: не красить, если проектом не предусмотрено
3.1 Правило по умолчанию
Пункт 6.3.7 GB 50205-2020 требует сухих и чистых поверхностей трения без заусенцев, острых кромок, брызг и наплывов сварки, окалины и загрязнений, а покраску допускает только по проектному указанию. Под запрет попадает любой слой системы: цеховой грунт, грунтовка, промежуточный и финишный слои.
3.2 Где сейчас обязательное требование
Пункт 6.3.1 GB 50205-2020 обязывал изготовителя и монтажную организацию испытывать поверхности трения, включая окрашенные, и выполнять повторные испытания раздельно, а обработанные на площадке поверхности — отдельными образцами; это был императивный пункт. С 1 января 2022 года полностью обязательный свод GB 55006-2021заменил перечень императивных пунктов: требование перенесено в п. 7.1.3, который требует соответствия способа обработки и степени очистки проектным документам и раздельного проведения испытания и повторного испытания после обработки поверхности трения фрикционного соединения с достижением проектного μ. Так же заменены пункты 3.1.7, 4.3.1, 6.1.2, 6.2.6, 6.4.5 и 6.4.8 JGJ 82-2011. Практическое правило: обязательный свод задаёт нижнюю границу, чертёж — цель.
3.3 Образцы с покрытием сначала окрашивают
Пункт 6.3.2 GB 50205-2020 требует, чтобы очистка и минимальная толщина покрытия на окрашенной поверхности трения соответствовали проекту. Комментарий дополняет: металлизационное алюминирование, горячее цинкование, напыление цинка, органические цинконаполненные грунтовки и иные покрытия должны иметь надёжное обоснование μ; напрямую по GB 50017 можно принимать только неорганический цинкосиликат. В организации работ это означает: обрабатывать, окрашивать, выдерживать и хранить образцы вместе с представляемыми деталями; образец обязан воспроизводить реальное состояние; неокрашенный образец или пробный лист из другой партии не заменяют испытание.
4. Значения μ для окрашенной поверхности трения
| Состояние поверхности трения | μ, Q235 | μ, Q355 и выше | Источник значения | Защита и контроль на площадке |
|---|---|---|---|---|
| Дробеструйная обработка без покрытия | 0,45 | 0,50 | JGJ 82-2011, табл. 3.2.4 | Максимальное трение при нулевой защите: следующая операция в течение 4 ч, герметизация кромок после монтажа |
| Обработка с равномерной коркой ржавчины | 0,45 | 0,50 | JGJ 82-2011, табл. 3.2.4 | Допустимо только при равномерном слое; пятнистая или отслаивающаяся ржавчина значение обнуляет |
| Обработка плюс неорганический цинкосиликат | 0,35 | 0,40 | JGJ 82-2011, табл. 3.2.4 | Добавляется катодная защита; контролировать толщину и полную выдержку; нанесение кистью запрещено |
| Противосдвиговый цинкосиликатный состав | По надёжным данным или испытанием; длительная практика на железнодорожных мостах | Комментарий к 6.3.2, GB 50205-2020 | Специальный продукт, согласуется с ленточным предварительным окрашиванием и герметизацией | |
| Цинкосиликатный состав типа ZINGA | 0,45 по результатам отечественных и зарубежных испытаний | Комментарий к 6.3.2, GB 50205-2020 | Мелкие частицы цинка; ручное кистевое нанесение неприменимо | |
| Полиуретановая цинконаполненная / алкидный сурик | В среднем около 0,2; расчётное 0,15 | Комментарий к 6.3.2, GB 50205-2020 | Сильная потеря трения; для фрикционных соединений как правило неприменима | |
| Алюминирование напылением, горячее цинкование | Способ обработки и μ устанавливаются испытанием | GB 50017; примечание к табл. 3.2.4 JGJ 82-2011 | Типичное слабое место дуплексных систем; значения цинконаполненной грунтовки переносить нельзя | |
Уточнение: приведены нормативные значения, используемые при расчёте и приёмке партии. При соединении листов разных марок принимают меньшее значение; при очистке стальной щёткой направление движения щётки должно быть перпендикулярно направлению передачи усилия. Любой способ, отсутствующий в таблице, требует испытания на объекте.
5. Сколько болтов стоит потеря 0,10 по μ
Пример: M20, класс 10.9S (P = 155 кН), две плоскости трения (nf = 2), сталь Q355.
- без покрытия, μ = 0,50: Nvb = 0,9 × 2 × 0,50 × 155 = 139,5 кН на болт;
- неорганический цинкосиликат, μ = 0,40: Nvb = 0,9 × 2 × 0,40 × 155 = 111,6 кН на болт;
- ошибочно покрыто обычной органической грунтовкой, μ = 0,15: Nvb = 0,9 × 2 × 0,15 × 155 = 41,9 кН на болт.
Арифметика проста: переход от μ = 0,50 к μ = 0,40 снимает около 20 % сопротивления одного болта, и для той же расчётной силы узлу нужно примерно на 25 % больше болтов (1 / 0,8 − 1), что меняет шаг, расстояния до кромок, габарит накладок и рабочее пространство для ключа. При μ = 0,15 болтов потребуется примерно в 3,3 раза больше, чем в неокрашенном варианте (0,50 / 0,15), что нередко конструктивно невозможно. Один лишний распыл по поверхности трения оплачивается из несущей способности узла.
6. Какие составы допустимы на поверхности трения
6.1 Неорганический цинкосиликат и противосдвиговые грунтовки
Составы на жидком стекле или этилсиликате содержат цинк в неорганическом связующем: слой твёрдый, пористый и электропроводный за счёт контактов «цинк по цинку» и «цинк по стали». Он заметно меньше заполняет профиль, чем обычное органическое покрытие, поэтому нормативы содержат для него прямые значения μ. Правила применения: сухую толщину держать по проекту (минимальная толщина — проектный параметр), до сборки и испытания обеспечить полную выдержку; примечание к табл. 3.2.4 JGJ 82-2011 запрещает ручное кистевое нанесение противосдвиговых цинкосиликатных и подобных ZINGA продуктов. Проверяют совместимость с промежуточным и финишным слоями и защищают поверхность от белой ржавчины при хранении.
6.2 Эпоксидная цинконаполненная, алкидный сурик, полиуретановая цинконаполненная
Это штатные грунтовки тяжёлой антикоррозионной защиты, но на поверхности трения они съедают трение: комментарий к GB 50205-2020 даёт для полиуретановой цинконаполненной и алкидного сурика среднее около 0,2. Пока расчёт не пересмотрен по измеренному значению, ни один из этих составов не должен попадать в зону трения. Типичная ошибка на площадке — как раз маршрут «обработать струей всю деталь, окрасить всю деталь», при котором зона резервирования никогда не размечалась.
6.3 Промежуточные, финишные слои и цеховой грунт
Эпоксидные слои со слюдяным железом и полиуретановые или полисилоксановые финиши — толстые, хорошо выравнивающиеся барьеры, им не место в поверхности трения. Судьба неповреждённого цехового грунта в узле определяется проектом: его сохранение обычно снижает μ, поэтому применяют локальную защиту при пескоструйной обработке или удаляют при повторной подготовке.
6.4 Если узел ещё и огнезащитный
Пункт 3.1.4 JGJ 82-2011 требует: если деталь защищена огнезащитным покрытием, толщина покрытия в зоне соединения высокопрочными болтами должна быть не меньше, чем на смежной детали. Противоречия нет: огнезащита закрывает видимую геометрию узла и поверхность детали, а передающая усилие граница внутри пакета листов остаётся по чертежу. Обе зоны должны быть разведены цветом на рабочих чертежах.
7. Окно обработки и защиты
| Этап | Что контролировать | Практика и типовые дефекты |
|---|---|---|
| Дробеструйная обработка | Степень очистки по проекту, практически Sa 2½; профиль Rz 40–75 мкм | Влажный или выработанный абразив не даёт рельефа; морской песок запрещён; растворимые соли по ISO 8502-9 не более 50 мг/м² в пересчёте на NaCl |
| Нанесение | Влажность не выше 85 %; сталь выше точки росы минимум на 3 °C | Цинкосиликат плохо отверждается на холоде и при влажности, что одновременно бьёт по адгезии и по μ |
| Выдержка и хранение | Собирать и испытывать только после полной сушки при проектной толщине | Цинкосиликату нужно время набора прочности; раннее испытание даёт недостоверные числа |
| Подготовка кромок | Радиус не менее 2 мм, три прохода шлифования или равноценная обработка | Острая кромка стягивает покрытие и одновременно является концентратором и первой точкой коррозии |
| Защита на площадке | Держать сухо и чисто; исключить масло, грязь, дождь, удары | Маскировка зарезервированных зон, раздельное складирование; подоржавевшую поверхность обрабатывают заново и испытывают отдельно |
| Повторное испытание до монтажа | Монтажная организация испытывает самостоятельно; обработанные на площадке поверхности отбирают отдельно | Заводской протокол в счёт не идёт: транспортирование и хранение уже изменили состояние поверхности |
8. Испытание и приёмка
Приложение B.0.7 GB 50205-2020 задаёт порядок — «пять совпадений», три комплекта на партию, одна кривая «сила — смещение»:
- Пять совпадений: образец повторяет представляемую деталь по марке стали, партии изготовления, способу обработки поверхности трения, состоянию поверхности (включая покрытие), используется та же партия и класс болтов, хранение — в тех же условиях.
- Форма образца: растягиваемое соединение с двумя плоскостями трения и двумя болтами; накладки не тоньше половины толщины среднего листа; нетто-сечение до сдвига остаётся упругим, каждый образец испытывают один раз.
- Затяжка: предварительная затяжка до примерно 50 % стандартного натяжения, окончательная — с контролем каждого болта в пределах 0,95P–1,05P.
- Нагружение: приложить 10 % расчётной силы сдвига, выдержать 1 мин, далее нагружать 3–5 кН/с до срыва и зафиксировать Nv.
- Расчёт: μ = Nv / (nf × ΣPi), где nf = 2, ΣPi — измеренные натяжения болтов срывающейся стороны; округление до двух знаков, приёмка — только если измеренное значение не ниже проектного.
- При отрицательном результате: проверить совпадение образцов с деталями, натяжение и чистоту, заново обработать поверхность и повторить испытание; при повторном отказе менять технологию или согласовывать изменение расчёта. Фрикционный узел не принимают «почти годится».
В договор на испытания полезно включить два ограничения: температура 10–35 °C и влажность ниже 80 %; и учесть вывод независимых лабораторий: завышенная или недоотверждённая плёнка — самая частая причина низких результатов, поскольку сдвиг происходит внутри покрытия, а не на границе сталь-сталь.
9. Состыковка с основной антикоррозионной системой
- Зонирование на монтажных чертежах: для каждой поверхности трения указывать «без покрытия» или «окрашенная поверхность трения», проектное μ, марку состава, толщину и границу зоны (обычно от оси отверстия), чтобы цех не окрашивал деталь целиком по привычке.
- Резервирование и герметизация после окончательной затяжки: после проверки затяжки закрыть головки, шайбы, кромки пакетов и зазоры профильным уплотняющим покрытием или герметизирующим слоем — точки входа воды и хлоридов исчезают, а натяжение и путь трения не затрагиваются.
- Обработанные на площадке поверхности — отдельная партия: зачистка на высоте или местная пескоструйная обработка требуют собственных образцов и собственной приёмки, без смешивания с заводской обработкой.
- Два протокола толщины: один по покрытию поверхности трения против проектного минимума, второй по основной системе против п. 7.3.1 GB 55006-2021.
Частые вопросы
В1. Цех красит детали целиком — можно заодно и поверхность трения?
Нельзя. П. 6.3.7 GB 50205-2020 это запрещает без проектного указания. После окраски μ надо принимать как для окрашенной поверхности — для большинства органических систем обосновать можно лишь 0,15–0,2, узел подлежит перерасчёту, а соответствующий протокол испытаний на практике отсутствует.
В2. Поверхность уже окрашена по ошибке. Что делать?
Свериться с проектом и выбрать один из путей: удалить покрытие до предписанной степени подготовки (обычно Sa 2½ по ISO 8501-1), обработать поверхность заново и испытать; либо вести зону как окрашенную поверхность трения, провести испытание на окрашенных образцах и подтвердить несущую способность расчётом. Оба пути заканчиваются протоколом, а не визуальной оценкой.
В3. Почему неорганическому цинкосиликату дают 0,35/0,40, а эпоксидной цинконаполненной грунтовке нет?
Из-за механизма разрушения слоя и объёма данных в нормативе. Неорганический силикат цинка твёрдый, пористый, сохраняет контакт цинка со сталью и опирается на большой корпус испытаний, вошедший в таблицы. Эпоксидная цинконаполненная образует сплошную вязкую органическую плёнку, сдвиг идёт по ней, и норматив значения не даёт — только испытание на объекте.
В4. Образцы окрашивают до испытания или после?
До. Их обрабатывают, окрашивают, выдерживают и хранят вместе с деталями, доводят до проектной толщины и полной сушки, затем собирают, затягивают и нагружают. Замена неокрашенными образцами или листом из другой партии обесценивает результат.
В5. Можно ли оцинкованным или алюминированным поверхностям брать значения цинкосиликата?
Нельзя. GB 50017 и примечание к табл. 3.2.4 JGJ 82-2011 требуют для любого иного способа устанавливать обработку и μ испытанием. Для оцинкованных деталей в дуплексной системе дополнительно учитывают состояние цинка (белая ржавчина, соли цинка) и изменённый профиль поверхности.
В6. Как защищать узел после монтажа?
После приёмки окончательной затяжки герметизируют головки, шайбы, кромки и зазоры: сначала совместимым уплотняющим слоем закрывают открытую сталь и капиллярные щели, затем восстанавливают основную систему до проектной толщины. На мостах и прибрежных цехах эта доводка и есть слабое место долговечности узла — плата за то, что поверхность трения осталась без покрытия.
В7. Коэффициент сдвига и коэффициент затяжки — одно и то же?
Нет. Моментный коэффициент K набора с шестигранной головкой или натяжение болта с отрывной головкой характеризуют крепёж; коэффициент сдвига характеризует границу листов. Оба условия обязательны, и как правило сначала подтверждают протокол по крепежу, а затем оценивают испытание на сдвиг.
Нормативные источники
- GB 55006-2021 «Общий свод правил для стальных конструкций», утверждён 9 апреля 2021 г., введён 1 января 2022 г. (п. 4.4.3, 7.1.2, 7.1.3, 7.3.1).
- GB 50205-2020 «Правила приёмки в строительстве стальных конструкций», п. 6.3.1, 6.3.2, 6.3.7 и приложения B.0.4, B.0.7.
- JGJ 82-2011 «Технические правила соединения на высокопрочных болтах», п. 3.1.3, 3.1.4, 3.2.4, 4.1.1, 4.2.1.
- GB 50017-2017 «Стандарт проектирования стальных конструкций» — значения μ и расчёт соединений.
- ISO 8501-1 (степени очистки), ISO 8502-9 (растворимые соли), ISO 8503 (профиль поверхности).
- GB/T 1228, 1229, 1230, 1231 (наборы с шестигранной головкой) и GB/T 3632 (наборы с отрывной головкой).
Дата обновления: 2026-10-21 | Техническая команда Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. Значения приведены по действующим редакциям цитируемых норм, проектной документации и протоколам испытаний объекта. Для подбора системы по поверхности трения пришлите марку стали, категорию коррозионной активности и проектное μ.