常見螺栓組連接設計

高雅巍

（河北農業大學城鄉建設學院，河北 石家莊 071000）

為了便于工程機械的制造、安裝以及保證鋼結構的連接的安全性，連接對于生產生活都尤為重要。在房屋橋梁結構中，螺栓連接屬于機械靜連接，即被連接的部件之間不產生相對運動的連接，鋼結構的基本構件由鋼板、型鋼等連接而成，而且，合理的連接方案是便于鋼結構設計和施工的重要環節。大多數鋼結構的螺紋連接件都是成組使用的，其中螺栓組連接最具有典型性，因此我們以螺栓組連接為例，對其結構設計進行分析。

1 螺栓組連接的結構設計

結構設計影響了螺栓組的布置形式，而螺栓的布置形式直接決定了螺栓組連接的受力形式，為了使連接更為合理需要注意以下幾點問題：

1.1 連接結合面的幾何形狀應設計成為軸對稱的幾何形狀，矩形、等腰三角形是常見的連接用幾何對稱形狀，這樣的結構設計一方面有利于機械的加工制造，還有利于受力的均勻，這對連接的可靠性及壽命計算有利，不會因為個別螺栓的連接失效而影響整個螺栓組的連接計算。基于以上優點，在平面允許的情況下，結構應設計成為軸對稱形狀。

1.2 螺栓的布置應是各個螺栓受力合理，這里以鉸制孔用螺栓為例，在布置之前，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置8 個以上的螺栓，這樣的布置可以使載荷分布均勻；當螺栓收到彎矩或者轉矩時，此時應該使螺栓靠近連接的外側，這樣力臂變長，可以減少螺栓的受力，螺栓可以使用較小的型號，節省材料和成本。當同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，應采用銷或者套筒來承受橫向載荷。

1.3 螺栓的排列應該有合理的間距。布置螺栓及加工螺栓孔時，需要每個螺栓與周邊螺栓都有一定間距，這個間距是扳手擰緊的活動空間，因此需要根據扳手是實際大小來確定具體數值，行業也有一些相關的標注可供查詢。

1.4 避免螺栓承受彎曲載荷，在連接總體布置保證所受載荷不偏心外，還應在工藝上進行設計，使螺栓支撐面平整，并與其軸線相垂直。常見的工藝一般為加工一個凸臺或者沉頭座，斜面上可以采用斜面墊圈，這些措施可以避免承受彎曲載荷，還能最大限度減少工作量。

2 螺栓組連接的受力分析

2.1 受橫向載荷的螺栓組連接

為了定量地對螺栓連接的強度進行計算，需要根據螺栓組連接的結構或者受載荷情況來進行分析，以便求出最大受力，這里我們為了簡化分析，假設螺栓材料，大小、預緊力等均相同，受力方式為理想方式，當采用普通螺栓連接時，由于該類螺栓的螺栓桿與孔壁之間有一定的間隙，因此連接后通過產生的摩擦力來抵抗橫向載荷；而當采用鉸制孔用螺栓連接時，因為，這類螺栓的螺栓桿與孔壁無間隙，因此通過剪切和擠壓作用來抵抗橫向載荷。對于普通螺栓連接，應保證連接預緊后，結合面之間的摩擦力必須大于或等于所受的橫向載荷，這樣才能使被連接件連接在一起，不會被分開。保證連接的可靠性。

2.2 受轉矩的螺栓組連接

當采用受轉矩的螺栓組連接時，靠連接后與結合面之間產生的摩擦力來抵抗轉矩，這時在保證預緊力的情況下，遠離回轉中心螺栓力臂最長，因此受力最大，在受力分析計算時需要計算受力最大的螺栓的可靠程度。

2.3 受傾覆力矩的螺栓組連接

在電線基建的地上部分一般為受傾覆力矩的螺栓組連接，這是需要滿足兩個條件，一方面保證壓強大的一側不會被壓潰，不會陷到地基之下，另一方面保證壓強小的一側與地基之間沒有縫隙，這樣才能保證連接的可靠性。

此外， 在給螺栓施加預緊力時，并不是越大越好。施加預緊力時，隨著施加的力逐漸增大，鋼板會首先被壓縮，之后如果承受工作載荷，那么螺桿會被拉長，相應也會變得細長，那么強度就會降低。

3 提高連接強度的措施

3.1 可以適當降低螺栓疲勞強度的應力值，在橋梁、鋼架承受載荷時，這時在最小應力不變的情況下，可以減小應力值，成活中可以控制橋梁的人流量和車流量等，來減小應力值。此外可以增大被連接件的剛度，即使用更強的剛度的鋼架。這樣也可以降低影響螺栓疲勞強度的應力值。

3.2 減小應力集中的影響

在螺栓的結構上存在很多應力集中的地方，為了減小這一影響，可以采用較大的圓角和卸載結構，但是這一改動會增加鋼架結構連接的成本。此外，在設計、制造和裝配上應力求避免螺栓連接產生附加彎力，以免降低螺栓的強度。

3.3 采用合理的加工制造工藝方法

在加工螺栓時，可以采用特殊的加工方法，來增加螺栓的疲勞強度，例如滾壓螺紋的工藝方法，因為滾壓工藝不切斷材料的纖維，金屬流線的走向更加合理，而且有冷作硬化的效果，并使表層冷作硬化效果，這種方法材料利用率高，生產效率高，制造成本低。

做好螺栓連接，鋼架之間才會有更加可靠的連接，結構會更加結實，長時間的服務人們。