常见螺栓组连接设计

高雅巍

（河北农业大学城乡建设学院，河北 石家庄 071000）

为了便于工程机械的制造、安装以及保证钢结构的连接的安全性，连接对于生产生活都尤为重要。在房屋桥梁结构中，螺栓连接属于机械静连接，即被连接的部件之间不产生相对运动的连接，钢结构的基本构件由钢板、型钢等连接而成，而且，合理的连接方案是便于钢结构设计和施工的重要环节。大多数钢结构的螺纹连接件都是成组使用的，其中螺栓组连接最具有典型性，因此我们以螺栓组连接为例，对其结构设计进行分析。

1 螺栓组连接的结构设计

结构设计影响了螺栓组的布置形式，而螺栓的布置形式直接决定了螺栓组连接的受力形式，为了使连接更为合理需要注意以下几点问题：

1.1 连接结合面的几何形状应设计成为轴对称的几何形状，矩形、等腰三角形是常见的连接用几何对称形状，这样的结构设计一方面有利于机械的加工制造，还有利于受力的均匀，这对连接的可靠性及寿命计算有利，不会因为个别螺栓的连接失效而影响整个螺栓组的连接计算。基于以上优点，在平面允许的情况下，结构应设计成为轴对称形状。

1.2 螺栓的布置应是各个螺栓受力合理，这里以铰制孔用螺栓为例，在布置之前，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置8 个以上的螺栓，这样的布置可以使载荷分布均匀；当螺栓收到弯矩或者转矩时，此时应该使螺栓靠近连接的外侧，这样力臂变长，可以减少螺栓的受力，螺栓可以使用较小的型号，节省材料和成本。当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销或者套筒来承受横向载荷。

1.3 螺栓的排列应该有合理的间距。布置螺栓及加工螺栓孔时，需要每个螺栓与周边螺栓都有一定间距，这个间距是扳手拧紧的活动空间，因此需要根据扳手是实际大小来确定具体数值，行业也有一些相关的标注可供查询。

1.4 避免螺栓承受弯曲载荷，在连接总体布置保证所受载荷不偏心外，还应在工艺上进行设计，使螺栓支撑面平整，并与其轴线相垂直。常见的工艺一般为加工一个凸台或者沉头座，斜面上可以采用斜面垫圈，这些措施可以避免承受弯曲载荷，还能最大限度减少工作量。

2 螺栓组连接的受力分析

2.1 受横向载荷的螺栓组连接

为了定量地对螺栓连接的强度进行计算，需要根据螺栓组连接的结构或者受载荷情况来进行分析，以便求出最大受力，这里我们为了简化分析，假设螺栓材料，大小、预紧力等均相同，受力方式为理想方式，当采用普通螺栓连接时，由于该类螺栓的螺栓杆与孔壁之间有一定的间隙，因此连接后通过产生的摩擦力来抵抗横向载荷；而当采用铰制孔用螺栓连接时，因为，这类螺栓的螺栓杆与孔壁无间隙，因此通过剪切和挤压作用来抵抗横向载荷。对于普通螺栓连接，应保证连接预紧后，结合面之间的摩擦力必须大于或等于所受的横向载荷，这样才能使被连接件连接在一起，不会被分开。保证连接的可靠性。

2.2 受转矩的螺栓组连接

当采用受转矩的螺栓组连接时，靠连接后与结合面之间产生的摩擦力来抵抗转矩，这时在保证预紧力的情况下，远离回转中心螺栓力臂最长，因此受力最大，在受力分析计算时需要计算受力最大的螺栓的可靠程度。

2.3 受倾覆力矩的螺栓组连接

在电线基建的地上部分一般为受倾覆力矩的螺栓组连接，这是需要满足两个条件，一方面保证压强大的一侧不会被压溃，不会陷到地基之下，另一方面保证压强小的一侧与地基之间没有缝隙，这样才能保证连接的可靠性。

此外， 在给螺栓施加预紧力时，并不是越大越好。施加预紧力时，随着施加的力逐渐增大，钢板会首先被压缩，之后如果承受工作载荷，那么螺杆会被拉长，相应也会变得细长，那么强度就会降低。

3 提高连接强度的措施

3.1 可以适当降低螺栓疲劳强度的应力值，在桥梁、钢架承受载荷时，这时在最小应力不变的情况下，可以减小应力值，成活中可以控制桥梁的人流量和车流量等，来减小应力值。此外可以增大被连接件的刚度，即使用更强的刚度的钢架。这样也可以降低影响螺栓疲劳强度的应力值。

3.2 减小应力集中的影响

在螺栓的结构上存在很多应力集中的地方，为了减小这一影响，可以采用较大的圆角和卸载结构，但是这一改动会增加钢架结构连接的成本。此外，在设计、制造和装配上应力求避免螺栓连接产生附加弯力，以免降低螺栓的强度。

3.3 采用合理的加工制造工艺方法

在加工螺栓时，可以采用特殊的加工方法，来增加螺栓的疲劳强度，例如滚压螺纹的工艺方法，因为滚压工艺不切断材料的纤维，金属流线的走向更加合理，而且有冷作硬化的效果，并使表层冷作硬化效果，这种方法材料利用率高，生产效率高，制造成本低。

做好螺栓连接，钢架之间才会有更加可靠的连接，结构会更加结实，长时间的服务人们。