螺栓连接设计

螺栓连接设计

螺栓连接设计

一、普通螺栓连接

在一些受静力载荷或间接动力截荷不大的构件上，可以使用普通螺栓连接。这种螺栓用普通低碳钢制作，如Q235和Q345钢螺栓。而与之相配的螺孔比螺栓直径大1～2mm，一般是大2mm。由于强度低，施加拧紧力矩小，接触面压力和连接面磨擦力小，在垂直于螺栓方向力作用下，连接面易产生滑动，这时应考虑使用铰制孔螺栓，通过孔与螺栓的配合，螺栓受剪力传递作用力，但这种连接造价高，安装不容易，只在不得以时使用。

普通螺栓连接只在不重要的构件中使用，螺栓的许用承载能力抗拉许用承载能力 F ＝

拉

4

拉]

抗剪许用承载能力 F＝

剪

4

抗压许用承载能力 F压＝压] d――螺栓有效直径d0――孔径

拉]――螺栓材料许用拉伸应力拉]＝压]――板材的许用承压应力压]＝～

――只要板材孔壁不挤坏，螺栓就不会因承压而破坏。用于铰制孔时。

螺栓的许用剪切应力，一般取式中的—为该材料的基本许用应力

基本许用应力等于材料的屈服应力除以安全系数n而得即：

各国安全系数n如表

安全系数n

是包含了无法预计到的超载，计算方法不精确，材料的不可估缺陷，载荷计算的误差

等原因。

以上为材料，因屈服限接近破断限，强度储备较少，规范规定其材料的强

度极限应力不能取，而应为

极＝

2

，这时＝极/n

在受剪力时，为防止板边端被螺栓剪出，因此，应有足够的边距a――见图

a≥(1.2～1.6)d0

剪力为主时，应取大值，当使用标准孔径时，可以参照下表选用孔径d0(mm) 12 14 16

a(mm) 18 22 25

18 20 22 24 26 28 30

也可按下式计算

28 31 35 38 42 45 48

压]，各符号以上已有说明。二、高强度螺栓连接

我公司最常用有二种型式：磨擦型高强度螺栓连接和法兰式高强度螺栓连接。

1. 磨擦型高强度螺栓连接设计

这种连接是借助螺栓的张力使连接件之间产生巨大的压紧力，依靠彼此间的磨擦力传

递载荷。

为了获得巨大的压紧力，所以高强度螺栓材料必须选用优质碳素钢，常用有45号钢、40B、20MntiB。经热处理，其抗拉强度前者超过800N/mm2，屈强比＝0.8(称之为8.8级)。后者超过1000N/mm2屈强比＝0.9(称之为10.9级)。与之相配的螺母、

垫圈均采用45号钢热处理。螺栓孔必须为钻孔，孔径可按比螺栓公称直径大10%，对剪压型孔径应小些，比螺栓直径大7%左右，以免使连接滑动过大。

孔边距a可以参照上表。

孔中心距b建议不小于2d，最好是3d，也不得小于还要注意不能小于高强度螺栓拔

手的空间。

N――由一个紧固件传递到关键连接零件的力关键连接件的最小抗拉强度关键连接件的厚度d――螺栓直径

磨擦型构件连接计算和设计：已知构件的截面。即：翼板宽B，腹板高H，腹板厚度腹，翼板厚翼以及材料。

2

3

2Nd

，

设计该构件的高强度连接接头。

(1) 接头的间隙C值，一般为3～4mm，以二断面不相对碰撞为宜。 (2) 翼板连接板

的宽度B1和厚度的设计。B1小于箱型断面二腹板的角焊缝边缘的距离，设角焊缝为

C1，建议B1=B’-2C1-10(mm)，必须大于翼，可以从下面关系式求出：

(1.05～翼＝二块连接板时～翼/2B1

(3) 腹板连接板B2和厚度的设定

B2=H-2C1-10 (mm)

必须大于腹，可以从下面的关系式求出 (1.05～腹二

块连接板时)

腹

2B2

(4) 根据翼和腹初步确定高强度螺栓直径d

公司有规定，受力螺栓不得使用小于M16，若母材是Q235钢，建议用8.8级高强度螺栓；若母材是Q345钢，建议用10.9级高强度螺栓。

(5) 高强度螺栓数量n的决定，(连接板半边的高强度螺栓数量n)

设一个高强度螺栓连接(二块连接板时)所能传递的摩擦力为Fi，按照连接接头与母材，等强度可得：

翼或腹翼或腹

最后完整n(可以布置)应放大10～20%，设计时根据构件重要

程度，将其数量放大。

Fi的求解：

设高强度螺栓预紧力为FN，连接板与母材之间的摩控系数为f，摩擦面(如图，二块连接板)为2，则

FN的确定――根据高强度螺栓的级别和直径d定，一般预紧力控制在材料屈服限的0.6～0.7倍

FN=(0.6～螺栓有效面积螺栓材料的屈服限

8.8级，＝640～660Mpa 10.9级＝900～940MPa 各直径螺栓的有效截面AS

M16 M18 M20 M22 M24 M27 M30 M36

AS=157mm2 AS=192mm2 AS=245mm2 AS=303mm2 AS=353mm2 AS=459mm2 AS=561mm2

AS=817mm2

8.8级和10.9级各螺栓预紧力FN和预紧力矩MK值如下表

K――拧紧力矩系数

K系数是与螺母接触面表面状况以及螺栓本身有关的系数，在使用高强度螺栓(用拧紧力矩法时，应了解该螺栓的K值，若无，应对同批螺栓抽样试验获取)，一般K值取

0.12～0.17之间，若螺母端面与垫圈间有润滑时可取小值。

连接板与母材之间的摩擦系数f，与连接面的处理状况有关，可以按下表选用

摩擦系数f值

一边螺栓的排除2～3，若布置后，总nFi不与结构连接板等强度时，可以考虑加大螺栓直径，重新调整。 (6) 关于重复使用

10.9级和镀锌的8.8级高强度螺栓不得重复使用，而其他8.8级螺栓经负责工程师批准后可以重复使用。