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扭剪型高强度螺栓联接的设计

发布时间:2021-08-28人气:1616

(1)扭剪型高强度螺栓联接结构形式及应用
扭剪型高强度螺栓联接由一个螺栓、一个螺母和一个垫圈构成,如图2.1-3所示。它具有强度高、安装简便、质量容易保证、可以单面拧紧等优点。主要用于铁路、公路、建筑、化工、冶金等钢结构的联接。

图2.1-3扭剪型髙强度螺栓联接
1一螺栓 2—垫圈 3—螺母

扭剪型高强度螺栓
(2)紧固件品种与规格
目前,我国扭剪型髙强度螺栓国家标准只有一个品种(GB/T 3632—1995),规格为M16、M20、M22和M24的粗牙螺纹。
(3)常用材料及机械性能
推荐使用的材料及性能见表2.1-19。

表2.1-19 扭剪型高强度螺栓、螺母推荐
使用的材料及机械性能(摘自GB/T 3632—1995)

联接件 性能等级 推荐材料 力学性能 硬度HRC
螺栓 10.9S 20MnTiB 抗拉强度:1040- 1240 Mpa 33 〜39
螺母 10H 35, 45, 15MnVB 保证应力:≥ 1040 MPa ≤28
垫圈 35、45 35 〜45

(4)预紧力及其控制
高强度螺栓联接通常用来承受较大的外载荷,为充分发挥螺栓的能力,应将高强度螺栓拧紧到塑性变形,即让预紧力达到或超过螺栓的屈服点。
我国标准规定的预紧应力ð′的平均值为:ð′=0.75ðs
预紧力的控制建议采用转角法或力矩-转角法。力矩-转角法控制预紧力的拧紧操作程序如下:先用力矩扳手按规定的拧紧力矩拧紧螺栓,规定的拧紧力矩一般按预紧应力为0.3ðs〜0.8ðs计算得到,然后用螺母转角法控制最后的预紧力,使其达到或超过屈服点。该方法控制预紧力的误差约为±5%,单用螺母转角法控制预紧力,误差约为±25%〜±30%。
此外,还可采用扭断法来控制扭剪型高强度螺栓结构的预紧力。装配时用特制的电动扳手,其上有两个套筒,一个套在螺母的六角上,一个套在螺栓的十二角体上,如图2.1-4所示。拧紧时对螺母施加顺时针力矩,对螺栓施加等量的逆时针力矩,使螺栓断颈部分承受扭剪,至断颈扭断为止,即安装完毕。螺栓的安装力矩即为拧紧力矩,亦即扭断力矩。因此,预紧力与螺栓断颈处直径、材料和拧紧力矩因数Kt有关,其关系式为:
F′=doðb/6.6Ktd
式中do—螺栓断颈处直径(mm); ‘
ðb—螺栓材料的抗拉强度(MPa);
d—螺栓公称直径(mm);
Kt—拧紧力矩因数,见表2.1-20。

图2.1-4 扭剪型髙强度螺栓联接装配示意图

扭剪型髙强度螺栓联接装配示意图

表2.1-20 髙强度螺栓联接的拧紧力矩因数Kt

表面状态 未处理表面 磷化
一批螺栓的平均值 0.11 〜0.15 0.15 ~ 0.19
一批螺栓的标准偏差 <0.010 <0.013

5)设计与计算
扭剪型高强度螺栓主要应用在钢结构上,承受横向载荷,和普通螺栓联接类似,其承载能力计算公式为:Fw=µmðAs∑/Kf
式中:Kf—可靠性因子,一般取Kf=1.5-1.6;
µ—结合面间摩擦因数,见表2.1-4;
m—结合面数;
ð—计算拉应力;
As∑—螺栓联接的总应力面积。
考虑到拧紧时预紧力的控制精度为±5%〜±10%,为确保螺栓的承载能力,取计算拉应力为预紧应力的90%,即
ð=0.9F′/As
由ð′= 0.75ðs可得螺栓的总应力面积为:As∑=KfFw/0.675mµðs
于是,所需螺栓直径为e14
式中z—螺栓个数;
P—螺距(mm)。
螺栓的间距和边距可按表2.1-21推荐值选用,螺栓孔直径Do=d+3 mm。

表2.1-21 高强度螺栓联接的间距和边距(mm)

螺栓直径 钢结构 公路桥
间距 边距 间距 边距
最小 标准 手工焰切边 剪切边 轧制边 最小 标准 手工焰切边 剪切边 轧制边
16 40 60 28 22
20 50 70 34 26 65 32 28
22 50 80 38 28 75 37 32
24 60 90 44 30 85 42 37

注:此处边距指垂直于载荷方向的边距,顺载荷方向的边距可取为螺栓直径的2.5倍。

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