组合载荷作用下高强度螺栓强度设计

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2013年第 1期总第 37期重工与起重技术HEAVY INDUsTRIAL& H0ISTING MACHINERYN0.1 2013SeriaI No.37组合载荷作用下高强度螺栓强度设计大连华锐重工集团股份有限公司设计研究院 张 龙 赵慧杰摘 要：从高强度螺栓的安装预紧力、残余预紧力及强度计算方面加以阐述，为工程设计提供参考。

关键词：高强壁 曙 ；安装预紧力，残余预紧力t静强度；疲劳强度1 前言高强度螺栓联接是工程上应用非常广泛的-种可拆卸连接，为保证被联接件间的紧密性以及可靠传递平行于被连接板面的载荷，需对高强度螺栓施加-定的预紧力。高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力，普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，鹏螺帽时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计，而高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加很大预拉力，使连接构件间产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力，而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。文章以桥梁铰座高强度螺栓为例，对其进行受力分析，并进行校核验证，为相关工程设计提供参考。

2 螺栓受力分析桥梁铰座结构与受力如图 1所示，其中最右端螺栓受力最大，属于承受安装预紧力和工作拉力的紧螺栓连接型式珈。

图 1 铰座结构与受力示意图单个螺栓所受的总拉力 计算公式如下：Fo彘 F ( )或 十F (2)≤0.7 A 1Ⅲ (3)≥等≥(0.6～1.0)F(4)(5)式中：- 螺栓的相对刚度，取值0.3；乙 m十 h- 安装预紧力；- 残余预紧力(用以保证接合面间产生的摩擦力足以抵抗横向载荷)；- 工作拉力，铰座轴向载荷 分配给每个螺栓的工作拉力；/.接合面的摩擦系数，fo.16；- 接合面数， 1；z-螺栓数目，z14；R-横向总载荷；K -防滑系数，Ks1.2。

3 应用实例计算3.1 最右端螺栓的工作拉力正常行车条件下的桥梁结构为悬臂状态，即桥面平放与水平夹角为0。时，图 1中由前期计算得-个铰座螺栓组受载情况：轴向力 R1256kN，横向力Fx905kN，以及横向力引起的附加弯矩MFxx1045945725kN·mm。

在轴向力作用下，各螺栓所受的工作拉力为：争等 90kN在附加弯矩作用下，最右端受力最大的螺栓所受载荷为：： - ：362kN∑-1受力最大的螺栓的最大工作载荷为： 452kN3.2 预紧力的选取在横向力 氏的作用下，底板联接接合面可能产生滑移，根据式(4)底板接合面不滑移条件可得残余预紧力 为：- 3 - 重工与起重技术HEAVY INDUSTRIAL& H0ISTING MACHINERY≥ ：485kNjzt由于桥面的开启，故螺栓处于工作载荷不稳定情况下，由式(5)得：l≥(0.6-1.0)Fl(272-452)kN由抗滑移条件得 值大于此范围，故取 F1500kN满足要求。

由式(2)得受力最大的螺栓所受的总拉力 为： FlF952kN由式(1)得受力最大的螺栓安装预紧力 为：FoF- 8 7kN3.3 确定螺栓直径选择材料为40B钢，性能等级为8.8S的螺栓，故螺栓的许用应力为： 423.3MPa式中：or -材料的屈服极限， 635MPa昀；S -安全系数，Sf14.5。

螺栓的危险截面直径(螺纹卸d )为：dl≥v/4x1Tl .3F2- 6l-2mm按普通螺纹标准 GB/T-196-2003选用螺纹公称直径d80mm(螺纹卸d 73.505，螺距p6mm)的特制高强度螺栓嗍。

3.4 螺纹牙的强度螺纹牙的剪应力和最大拉应力分别为[21：； 1 "2 177MPa<635×0·6MPa381MPa. 3F2h 952000u - E丌d1b2z0-0.563.141x73.5055.22 x8335MPa[o-1423.3MPa式中：6-螺纹牙根的宽度，bxP0.87x65.22ram；- 螺纹牙根的工作高度， ； 3.3mm；矿-旋合圈数；K -螺纹载荷的不均系数， 0.56故螺纹牙强度满足要求。

3.5 螺栓的疲劳强度(1)受力最大螺栓的最大应力当桥面平放与水平夹角为0。时，受力最大螺栓所受的总拉力为：F2952kN。

- d -- 旦 ： ：225MPnlax- a A - 仃×73.505 -- - - - (2)受力最大螺栓的最小应力当桥面平放与水平夹角为 30o时，轴向力 l 1 10kN，横向力 603kN，以及横向力引起的附加弯矩M'Fx1045603x1045630135kN·mm。

(3)受力最大螺栓的最小工作载荷为：：譬 k：32kN∑il(4)受力最大螺栓所受的总拉力为：F；Fo 9l4kN914000-A - 7r×73.50542l5MPa应力 幅为 ：： ： 5MP由VDI[3]可知许用应力幅为：o.85×( 45)40MPaor

4 结论实践证明，承受横向、轴向、倾覆力矩组合载荷的桥梁铰座用高强度螺栓必须具有足够的残余预紧力，以保证联接的紧密性，从而可以确定最大工作拉力和安装预紧力，并以此为依据选认适的高强度螺栓，同时应对所采用的高强度螺栓的螺纹牙强度、螺栓静强度及螺栓疲劳强度等方面进行校核验证。