[發明專利]一種高強螺栓摩擦型連接設計方法

在審

• 申請號: 202110260071.5
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113127985A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 鄭皓洋;吳逸
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京先科專利代理事務所(普通合伙) 32285
• 代理人: 繆友菊

本發明提供一種高強螺栓摩擦型連接設計方法，所述設計方法中，總抗剪承載力為每個螺栓抗剪承載力之和，有下式成立：進一步有下式成立：進一步展開可得：本發明對于高強度摩擦型螺栓連接方法提出全新的更經濟的設計計算方法與標準，對于高強度摩擦型螺栓連接方法的新規范的制定和設計研究具有一定的借鑒意義。

技術領域

本發明涉及高強螺栓摩擦型連接技術領域，具體涉及一種高強螺栓摩擦型連接設計方法。

背景技術

對于普通的螺栓連接而言，其抗剪切抗扭矩的能力主要取決于螺桿以及孔壁的承壓能力，高強度摩擦型螺栓與普通螺栓的不同之處在于高強度螺栓主要是通過對螺栓施加一定的扭矩而產生一定的預緊力，主要依靠接觸面之間由于預緊力擠壓產生的摩擦力來阻止外力產生的接觸面之間的相對滑移，這就是高強度摩擦型螺栓和普通螺栓的主要不同。通過以上簡短的分析，可以知道高強度摩擦型螺栓的抗扭矩抗剪切的能力主要與摩擦面的抗滑移系數和預緊力有關。

根據受力特征的不同，高強螺栓連接可分為摩擦型連接和承壓型連接。摩擦型連接主要是依靠接觸面之間的摩擦力傳遞剪力，以剪力小于摩擦力作為設計準則，板件不會發生相對滑移；而承壓型連接是允許借助面滑移，既考慮板接觸面的摩擦力又考慮螺栓的抗剪和承壓，并且以連接達到破壞的極限承載力作為設計準則；實際上，兩者為同一種螺栓，本質區別主要就是：極限狀態不同，設計時是否考慮滑移，前者一旦滑移，就認為達到破壞，技術上比較成熟，后者可以滑動，最終破壞相當于普通螺栓破壞。

由于高強度摩擦型螺栓具有連接剛度強，整體效果好，抗疲勞性能佳、受力可靠的特點，所以能夠保證板件接觸面間的摩擦力始終不會被試用期間的外剪力所超過，避免板件之間相對滑移變形現象的發生，因而在實際的鋼結構等工程領域有著非常普遍的應用。

從高強度摩擦型螺栓的傳力機理可知，高強度摩擦型螺栓是通過給螺栓一個預拉力來壓緊摩擦面的，很明顯，螺栓直徑越大，則螺栓的有效截面積越大，可以實現的預拉力的裕量也就越大。

因為螺栓的小徑處有圓弧R，所以螺栓的有效直徑比小徑略大，其有效直徑：

d_e＝d-0.938s (1)

在本公式中d_e代表高強度摩擦型螺栓的有效直徑，d代表高強度摩擦型螺栓公稱直徑，s則代表螺栓的螺距，由此就可以計算出常用螺栓的有效截面積A_s。

常規設計規范中標準的高強度摩擦型螺栓的σ_s的值為900Mpa,高強度摩擦型螺栓所在的摩擦面傳遞剪力靠的是螺栓的預拉力，螺栓的預拉力F₀的取值為屈服強度σ_s的0.7倍，對螺栓預拉力的計算公式為：

F_o＝0.7×A_s×σ_s (2)

實際上抗滑移系數就是螺栓與被連接件之間的摩擦系數，例如在牛腿結構中，其系數為螺栓與墊板鋼板的摩擦系數，摩擦面間所能傳遞的作用力是靠螺栓擰緊后粗糙的表面產生的摩擦力傳遞的，表面越光滑則摩擦力越小，如果表面有不光滑或有不規則的凹凸不平的尖點時，則平面間也很難壓緊，連接效果較差。綜上所述，摩擦力在很大的程度上由材料的摩擦系數決定，摩擦系數與材料表面處理的方法和材料的表面粗糙度有關。

螺栓和接觸面之間的摩擦系數受材料和處理方式共同影響，不同的材料使用同樣的表面處理方式獲得摩擦系數也一般不同。我國目前的設計規范一般假設螺栓和其接觸面在受外力發生轉動時，假定螺栓群的形心處為轉動中心，因而最外排的螺栓承受最大的拉力，其余的螺栓拉力按照線性分布對于高強度摩擦型螺栓，按照接觸面不被拉開計算，認為中性軸在螺栓群中心，最上端螺栓承受最大的拉力，此時最上端螺栓收到拉力的計算公式如下：