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 ][4

d 2

拉拉

＝

σπF

抗剪许用承载能力 ][4

d 2

τπ＝

剪

F

抗压许用承载能力 ][01压压＝σδd F d ――螺栓有效直径 d 0――孔径

[σ拉]――螺栓材料许用拉伸应力 [σ拉]＝0.8[σ] [σ压]――板材的许用承压应力 [σ压]＝1.4[σ]～1.8[σ]

――只要板材孔壁不挤坏，螺栓就不会因承压而破坏。1.8[σ]用于铰制孔时。

[τ]――螺栓的许用剪切应力，一般取0.6[σ] 式中的[σ]—为该材料的基本许用应力

基本许用应力[σ]――等于材料的屈服应力σs 除以安全系数n 而得 即：[σ]=σs /n

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σs /σb <0.7时，若σs /σb >0.7，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σs ，而应为

2

7.0b

s σσσ+＝

极，这时[σ]＝σ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)d 0

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d 0(mm) a(mm) 12 18 14 22 16

25

18 28

20 31

22 35

24 38

26 42

28 45

30 48

也可按下式计算

2aδ[τ]≥d0δ[σ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σs/σb＝0.8(称之为8.8级)。后者超过1000N/mm2屈强比σs/σb＝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d 3

2

2，最好是3d ，也不得小于2

2d

N b +⋅δσ，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 σb ――关键连接件的最小抗拉强度 δ――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δ腹，翼板厚δ翼以及材料。

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B 1和厚度δ1的设计。B 1小于箱型断面二腹板的角焊缝边缘的距离，设角焊缝为C 1，建议B 1=B ’-2C 1-10(mm)，δ1必须大于1/2δ翼，可以从下面关系式求出：

(1.05～1.1)B ⋅δ翼＝2B 1⋅δ1 (二块连接板时) δ1=(1.05～1.1)B δ翼/2B 1

(3) 腹板连接板B 2和厚度δ2的设定

B 2=H-2

C 1-10 (mm)

δ2必须大于1/2δ腹，可以从下面的关系式求出 (1.05～1.1)H δ腹=2B 2⋅δ2 (二块连接板时)

2

2B )1.1~05.1(2腹

δδ⋅=

H

(4) 根据δ翼和δ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：

n ⋅Fi=B ⋅δ翼⋅σs (或H ⋅δ腹⋅σs ) ∴n ≥B ⋅δ翼⋅σs /Fi (或H ⋅δ腹⋅σs /Fi)

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F N，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

Fi=2Fn⋅f

F N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

F N=(0.6～0.7)A S⋅σs

A S――螺栓有效面积

σS――螺栓材料的屈服限

8.8级，σS＝640～660Mpa 10.9级σS＝900～940MPa

各直径螺栓的有效截面A S

M16 A S=157mm2

M18 A S=192mm2

M20 A S=245mm2

M22 A S=303mm2

M24 A S=353mm2

M27 A S=459mm2

M30 A S=561mm2

M36 A S=817mm2

8.8级和10.9级各螺栓预紧力F N和预紧力矩M K值如下表