高強螺栓的布置

唐亮++宋光

[摘 要]高強度螺栓在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛 ，針對高強螺栓在堆取料機設(shè)計中螺栓的排數(shù)和列數(shù)的選擇、螺栓的直徑與母材厚度的關(guān)系、母材厚度與接頭板材厚度的關(guān)系、螺栓有效長度的確定的辦法做了簡要分析

[關(guān)鍵詞]屈服限σs 容許剪力 構(gòu)件所承受軸向力 螺栓排數(shù) 列數(shù) 長度

中圖分類號：P345 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）29-0158-01

高強螺栓連接是堆取料機設(shè)計中廣泛使用的一種連接形式，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，由于結(jié)構(gòu)的需要或運輸及加工設(shè)備的限制，鋼結(jié)構(gòu)需進行解體，解體處采用高強螺栓連接或現(xiàn)場焊接。高強螺栓連接方式比現(xiàn)場焊接具有更好的綜合經(jīng)濟性和合理性，其質(zhì)量控制也比現(xiàn)場焊接更為方便。正確地使用好高強螺栓的預拉力是鋼結(jié)構(gòu)工程中的一個重要問題。

一、高強螺栓的設(shè)計形式

我國的設(shè)計規(guī)范（1）將高強螺栓連接按受力特性分為摩擦型連接 （極限狀態(tài)下抗滑移設(shè)計）和承壓型連接（允許實用階段滑移設(shè)計）兩種。目前在國內(nèi)的設(shè)計圖紙大都采用摩擦型連接設(shè)計，而采用承壓型連接設(shè)計相對較少。

二、高強螺栓的兩種計算方法

1.以結(jié)構(gòu)件材料的屈服限σs作為高強螺栓組設(shè)計和計算的依據(jù)

高強螺栓組的布置設(shè)計（數(shù)量及直徑）所能產(chǎn)生的強度只要與鋼板母材的屈服極限σs相當就可以了。

這句話本身就是一個設(shè)計高強螺栓組的計算方程，以上圖為例，設(shè)鋼板的材料是Q235-B，（σs=235MPa）則鋼板達到屈服極限時所能承受的力P屈=σs A=235δB。得出高強螺栓組的計算方程

x·Ta=P屈=σs A =235δB ①

一個高強度螺栓傳遞的容許剪力Ta等于

Ta=

式中 F——高強度螺栓預拉力

μ——平面間的摩擦系數(shù)

n——摩擦表面的數(shù)量

VT——滑移安全系數(shù)

x——螺栓的數(shù)量

這個Ta值是設(shè)計者用來計算高強螺栓（組）和確定高強螺栓的數(shù)量（排數(shù)和列數(shù)）的基礎(chǔ)數(shù)值。

將式 Ta= 代入①式得：x=

2.以結(jié)構(gòu)件所受軸向力P作為高強度螺栓組設(shè)計的依據(jù)

如果構(gòu)件所承受軸向力P（軸向力P通過螺栓群中心使螺栓受剪）很準確，我們可以以力P為參考來設(shè)計高強螺栓組，此時螺栓的數(shù)量x≥

根據(jù)構(gòu)件的重要性，螺栓應(yīng)增加10～20%的數(shù)量。（起重機設(shè)計手冊）

三、高強螺栓的布置

1.排數(shù)和列數(shù)的布置

短接頭：當連接長度l≤15d0（d0為螺栓孔直徑），稱之為短接頭，根據(jù)實驗，短接頭可以認為軸力（剪力）P由每個螺栓平均承受。

長接頭：當連續(xù)長度l>15d0，稱之為長接頭，螺栓受力不均，將有折減系數(shù)。

舉例說明，M24螺栓，d0=26。，則l=15d0=15×26=390mm。每兩只螺栓的最小間距為3d0=3×26=78，取80，當選取螺栓為5排時：

l5=（5-1）×80=320<390mm，可以認為螺栓受力是均勻的。若螺栓組選用6排，則（6-1）×80=400>390mm。則靠近中心處的螺栓的受力將會打折扣，即小于每只螺栓的受力平均值，若計算時非用6排不可，則證明螺栓直徑選小了或布置有問題。螺栓的受力則呈下圖。

高強螺栓經(jīng)常應(yīng)用在截面呈工字型和箱型的構(gòu)件上，一般情況下，構(gòu)件上下翼緣板（或上下蓋板）都比腹板厚一些，這是為了增大截面的慣性矩的原因。腹板與翼緣板的比值一般在～之間，且以為居多，對于這樣的構(gòu)件當用做梁的時候彎矩產(chǎn)生的最大應(yīng)力值都出現(xiàn)在翼緣板上，如下圖：

所以，一般情況下，上下翼緣板（或上下蓋板）螺栓的排數(shù)都大于腹板螺栓的排數(shù)，比如說，二者的比值為4：3、5：3、4：2、3：2，尤以4：3最為常用。

2.母材厚度與高強螺栓聯(lián)接板厚度的關(guān)系

設(shè)母材厚度為δ，聯(lián)接板厚度為δ1 ，推薦選擇如下

3.高強螺栓的計算長度

高強螺栓的計算長度不包括螺栓頭的長度。而指的是兩個墊圈的厚度加上螺母的厚度再加上最小外露長度。

螺栓的螺紋在螺母的外端的外露長度至少（已經(jīng)包括倒角）為3倍的螺距（P），據(jù)此長度再選擇標準公稱長度的螺栓，（外露長度一般最小也可以取料螺紋直徑d的0.3倍）見下圖。

還要注意的是，螺栓的選擇還要計算螺栓在螺母內(nèi)螺紋的余留長度（即在孔d0里面）約為螺栓規(guī)格d的（0.3～0.5）倍。這與螺栓外露的長度差不多且稍長。設(shè)計者應(yīng)按比例作圖，以免出現(xiàn)錯誤，造成批量損失。

參考文獻

[1] GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.

[2] GB3811-83，起重機設(shè)計規(guī)范.

[3] GB50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范.