[发明专利]一种高强螺栓摩擦型连接设计方法

说明书

本发明提供一种高强螺栓摩擦型连接设计方法，所述设计方法中，总抗剪承载力为每个螺栓抗剪承载力之和，有下式成立：进一步有下式成立：进一步展开可得：本发明对于高强度摩擦型螺栓连接方法提出全新的更经济的设计计算方法与标准，对于高强度摩擦型螺栓连接方法的新规范的制定和设计研究具有一定的借鉴意义。

技术领域

本发明涉及高强螺栓摩擦型连接技术领域，具体涉及一种高强螺栓摩擦型连接设计方法。

背景技术

对于普通的螺栓连接而言，其抗剪切抗扭矩的能力主要取决于螺杆以及孔壁的承压能力，高强度摩擦型螺栓与普通螺栓的不同之处在于高强度螺栓主要是通过对螺栓施加一定的扭矩而产生一定的预紧力，主要依靠接触面之间由于预紧力挤压产生的摩擦力来阻止外力产生的接触面之间的相对滑移，这就是高强度摩擦型螺栓和普通螺栓的主要不同。通过以上简短的分析，可以知道高强度摩擦型螺栓的抗扭矩抗剪切的能力主要与摩擦面的抗滑移系数和预紧力有关。

根据受力特征的不同，高强螺栓连接可分为摩擦型连接和承压型连接。摩擦型连接主要是依靠接触面之间的摩擦力传递剪力，以剪力小于摩擦力作为设计准则，板件不会发生相对滑移；而承压型连接是允许借助面滑移，既考虑板接触面的摩擦力又考虑螺栓的抗剪和承压，并且以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则；实际上，两者为同一种螺栓，本质区别主要就是：极限状态不同，设计时是否考虑滑移，前者一旦滑移，就认为达到破坏，技术上比较成熟，后者可以滑动，最终破坏相当于普通螺栓破坏。

由于高强度摩擦型螺栓具有连接刚度强，整体效果好，抗疲劳性能佳、受力可靠的特点，所以能够保证板件接触面间的摩擦力始终不会被试用期间的外剪力所超过，避免板件之间相对滑移变形现象的发生，因而在实际的钢结构等工程领域有着非常普遍的应用。

从高强度摩擦型螺栓的传力机理可知，高强度摩擦型螺栓是通过给螺栓一个预拉力来压紧摩擦面的，很明显，螺栓直径越大，则螺栓的有效截面积越大，可以实现的预拉力的裕量也就越大。

因为螺栓的小径处有圆弧R，所以螺栓的有效直径比小径略大，其有效直径：

d_e＝d-0.938s (1)

在本公式中d_e代表高强度摩擦型螺栓的有效直径，d代表高强度摩擦型螺栓公称直径，s则代表螺栓的螺距，由此就可以计算出常用螺栓的有效截面积A_s。

常规设计规范中标准的高强度摩擦型螺栓的σ_s的值为900Mpa,高强度摩擦型螺栓所在的摩擦面传递剪力靠的是螺栓的预拉力，螺栓的预拉力F₀的取值为屈服强度σ_s的0.7倍，对螺栓预拉力的计算公式为：

F_o＝0.7×A_s×σ_s (2)

实际上抗滑移系数就是螺栓与被连接件之间的摩擦系数，例如在牛腿结构中，其系数为螺栓与垫板钢板的摩擦系数，摩擦面间所能传递的作用力是靠螺栓拧紧后粗糙的表面产生的摩擦力传递的，表面越光滑则摩擦力越小，如果表面有不光滑或有不规则的凹凸不平的尖点时，则平面间也很难压紧，连接效果较差。综上所述，摩擦力在很大的程度上由材料的摩擦系数决定，摩擦系数与材料表面处理的方法和材料的表面粗糙度有关。

螺栓和接触面之间的摩擦系数受材料和处理方式共同影响，不同的材料使用同样的表面处理方式获得摩擦系数也一般不同。我国目前的设计规范一般假设螺栓和其接触面在受外力发生转动时，假定螺栓群的形心处为转动中心，因而最外排的螺栓承受最大的拉力，其余的螺栓拉力按照线性分布对于高强度摩擦型螺栓，按照接触面不被拉开计算，认为中性轴在螺栓群中心，最上端螺栓承受最大的拉力，此时最上端螺栓收到拉力的计算公式如下：