螺栓紧固轴力与扭矩
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了扭矩系数的重要性(教材)一般来说,生产厂对高强度螺栓的生产环节比较重视,但很少有企业关注售后情况,这是阻碍中国紧固件企业向高端发展、走向世界的瓶颈。
高强度紧固件的安装使用,直接关系到紧固件的质量与使用寿命的重要环节。
而扭矩系数就是钢结构螺栓连接副的重技术参数。
一、扭矩系数及影响因数1.扭矩、预紧力及扭矩系数三者之间的关系:M=K·P·dM-扭矩 N·mK-扭矩系数(也称摩擦系数)P-预紧力(也称轴力 KN)d-螺纹的公称直径mm安装时,使用单位对扭矩值很重视,这直接影响安装时施工扭矩值。
为什么同样的扭矩值,一批产品能达到预期锁紧的效果,而另一批产生锁紧效果不理想?首先我们要了解扭矩、预紧力、扭矩系数三者存在的关系。
图一·安装时的扭矩、预紧力与扭矩系数的关系从图一中可以看出,如果螺栓极限强度一定,扭矩一定,扭矩系数越小,则产生的紧固力越大;但是如果扭矩系数越大,则产生的紧固力越小。
当扭矩系数小到一定的程度,在一定的扭矩的作用下紧固力超过了螺栓的强度极限,高强度螺栓就会产生断头的现象;反之,扭矩系数过大,则产生的紧固力就会过小,螺栓连接副就达不到锁紧的功能,连接副就会产生松动。
因此,要使紧固力在一个标准的范围内,则产品的扭矩系数就要限定在一个规定的范围内,目前国家紧固件标准GB/T 1231-2000对钢结构用高强度螺栓连接副作了标准规定,扭矩系数K=0.11~0.15,标准偏差小于等于0.010。
钢结构工程施工规范也作了同样的规定。
但是,在安装的过程中,有许多人认为扭矩值越大,安装越可靠,包括相当数量的工程技术人员也有类似的认同,实质上他们对扭矩系数的机理还不十分理解。
2.标准偏差的函数公式:标准偏差的计算公式如下:其中 x 为样本值,n 为样本数。
因此,要求在同一批的高强度紧固件中标准偏差≤0.010,而且偏离度越小,对螺栓连接副安装的安全性越高。
有些螺栓连接副,标准偏差>0.010,形成离散度增加,会产生个别连接副的受到预紧力达不到标准,或出超的现象,同样会产生个别螺栓松动或螺栓断头的情况,也必须引起重视,因此标准偏差与扭矩系数是安装扭矩确定的二个不可分割的参数。
高强度螺栓预拉力、扭矩系数第一篇:高强度螺栓预拉力、扭矩系数验收批、取样方法和数量(一)钢材及焊接材料复验 1.抽检数量及检验方法(1)对属下列情况之一的钢材,应进行抽样复验,其复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求:国外进口钢材;钢材混批;板厚等于或大于40mm,且设计有Z向性能要求的厚板;建筑结构安全等级为一级,大跨度钢结构中主要受力构件所采用的钢材;对质量有疑义的钢材。
检查数量:全数检查。
检验方法:检查复验报告。
(2)重要结构采用的焊接材料应进行抽样复验,复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。
检查数量:全数检查。
检验方法:检查复验报告。
2.合格质量标准符合设计要求和国家现行有关产品标准的规定(二)高强度螺栓预拉力、扭矩系数复验(三)1.高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数复验(1)抽检数量及检验方法复验用螺栓应在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取,每批应抽取8套连接副进行复验。
每套连接副只应做一次试验,不得重复使用。
在紧固中垫圈发生转动时,应更换连接副,重新试验。
(2)合格质量标准[螺栓预拉力值范围(KN)] 螺栓规格(mm)M16 M20 M22 M24 M27 M30 预拉力值P 10.9s 93~113 142~177 175~215 206~250 265~324 325~390 8.8s 62~78 100~120 125~150 140~170 185~225 230~275 2.扭剪型高强度螺栓连接副预拉力复验(1)抽检数量及检验方法复验用螺栓应在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取,每批应抽取8套连接副进行复验。
每套连接副只应做一次试验,不得重复使用。
在紧固中垫圈发生转动时,应更换连接副,重新试验。
(2)合格质量标准[紧固预拉力和标准偏差(KN)] 螺栓规格(mm)16 20(22)24 紧固预拉力的平均值99~120 154~186191~231 222~270 标准偏差 10.1 15.7 19.5 22.7(四)高强度螺栓连接摩擦面抗滑移系数复验;1.制造厂和安装单位应分别以钢结构制造批为单位进行抗滑移系数试验。
■用螺栓连接时的紧固轴力和疲劳极限1 用扭矩法计算紧固螺栓时的紧固轴力时,其弹性范围计算在扭矩法中以规定耐力的70%为上限2 重复载荷引起的螺栓疲劳强度不能超过容许值3 螺栓及螺母的座面不能陷入被紧固物面4 紧固时不能损坏被紧固物体■紧固轴力和紧固扭矩的计算紧固轴力F f 的关系如(1)式所示:k :扭矩系数F f =0.7X σy XA s (1)d :螺栓的公称直径[cm] 紧固扭矩T fA 可由(2)式中求出:Q :紧固系数T fA =0.35k(1+1/Q)7X σy XA s Xd (2)σy :耐力(强度分类为12.9时112kgf/mm 2)A s :螺栓的有效截面积[mm 2]■计算例求将软钢和软钢用内六角螺栓M6(强度分类12.9)在有润滑油的状态下紧固时的紧固扭矩和轴力。
紧固扭矩根据(2)式轴力F f 根据(1)式 T fA =0.35k(1+1/Q)7X σy XA s Xd F f =0.7X σy XA s =0.35X0.17X(1+1/1.4)X112X20.1X0.6 =0.7X112X20.1 =138[kgf·cm] =1576[kgf]■螺栓的表面处理和被紧固件物体以及内螺纹材质的组合中得出的扭矩系数(a)(b)0.145SCM-FC FC-FC SUS-FC0.155S10C-FC SCM-S10C SCM-SCM FC-S10C FC-SCM钢螺栓0.165SCM-SUS FC-SUS AL-FC SUS-S10C SUS-SCM SUS-SUS 黑色氧化膜0.175S10C-S10C S10C-SCM S10C-SUS AL-S10C AL-SCM 油润滑0.185SCM-AL FC-AL AL-SUS0.195S10C-AL SUS-AL 0.215AL-AL0.25S10C-FC SCM-FC FC-FC0.35S10C-SCM SCM-SCM FC-S10C FC-SCM AL-FC0.45S10C-S10C SCM-S10C AL-S10C AL-SCM0.55SCM-AL FC-AL AL-ALSCM:调质钢(35HRC)FC:铸铁(FC200)AL:铝合金SUS:不锈钢(SUS304)■紧固系数Q的标准值1.251.6钢螺栓黑色氧化膜无润滑螺栓的紧固方法有扭矩法,扭配法,旋转角法,拉伸测试法等。