塔吊高强度螺栓的预紧力及重复使用分析
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高强螺栓重复使用的标准高强螺栓是一种常用于连接结构构件的紧固元件,其重复使用的可行性受到一些标准和建议的影响。
以下是一般情况下对高强螺栓重复使用的一些标准和指南:
1. 制造标准:高强度螺栓通常根据特定的制造标准生产,例如ASTM标准(美国材料与试验协会)或ISO标准(国际标准化组织)。
这些标准通常包含有关螺栓的性能、机械性能和材料要求的详细信息。
2. 材料:螺栓的材料对其重复使用的能力至关重要。
通常,高强度螺栓采用合金钢等高强度材料制成。
这些材料在多次加载和卸载的情况下能够维持其机械性能。
3. 装配规程:安装和拆卸高强度螺栓时,应按照制造商的建议和相关标准的规程进行操作。
使用正确的扭矩值和紧固步骤,以确保在多次使用后仍能满足性能要求。
4. 表面处理:一些高强度螺栓经过特殊表面处理,例如镀层或热处理,以提高其抗腐蚀性和耐磨性。
这对于重复使用的螺栓来说是重要的。
5. 检测和评估:在重复使用高强度螺栓之前,应进行必要的检测和评估,以确保其机械性能未受损。
这可能包括检查表面状况、测量尺寸、进行磁粉检测等。
6. 制造商建议:制造商通常提供关于其产品重复使用的建议。
这些建议可能包括关于最大可重复使用次数、检测方法和操作规程的信息。
请注意,不同类型和规格的高强度螺栓可能具有不同的重复使用规定,因此最好在具体应用中遵循相关的标准和制造商的建议。
高强度螺栓预紧力和拧紧力矩比较分析在钢结构连接中经常使用高强度螺栓。
高强度螺栓连接对于防止松动有良好的可靠性,尤其用于连接动载荷的构件。
在高强度螺栓连接中,预紧力和拧紧力矩是一个很重要的参数。
下面就高强度螺栓的预紧力及拧紧力矩进行探讨,以期得到合理的结果,在今后的设计中应用。
1 预紧力大小的确定高强度螺栓预紧力的大小跟螺栓的材料及其横截面面积有关。
所用材料需要经过调质处理以提高其机械性能,满足使用要求。
国内高强度螺栓的材料一般为45钢、40B钢及40Cr钢。
45钢用作8.8级的螺栓,40B钢及40Cr钢用作10.9级的螺栓。
预紧力大小由下式计算:P=0.6σb Fi(1-1)式中σb—高强度螺栓材料经热处理后的抗拉强度限,Fi—螺栓的计算面积(按内螺纹直径计算),按下表取。
高强度螺栓的螺纹内径d1和计算面积Fi螺栓公称直径M16 M18 M20 M22 M24螺纹的内径(mm) 13.835 15.294 17.294 19.294 20.732计算面积(mm2)149 182 235 292 337.52 拧紧力矩的计算拧紧力矩是为了使螺栓产生预紧力,其大小由预紧力确定。
拧紧力矩由下式计算:M=0.19Pd(kg·m)(2-1)式中 P—高强度螺栓需要的预紧力(t);d—高强度螺栓的公称直径(mm)。
3 下面就国内外高强度螺栓,根据它们的材料的机械性能计算其预紧力和拧紧力矩,并进行比较和分析,从中找到适合我们应用的预紧力和拧紧力矩。
(1)根据《机械设计手册》(机械工业出版社)材料:45钢,8.8级;40B钢,10.9级抗拉强度限:45钢,850kN/mm2;40B钢,1550kN/mm2。
计算结果如下表所示。
预紧力Fv (kN)及扭紧力矩MA(N·m)(2)根据《起重机设计手册》(辽宁人民出版社)材料:45钢,8.8级;40B钢,10.9级抗拉强度限:45钢,850kN/mm2;40B钢,1550kN/mm2。
632020.增刊建设机械技术与管理目前塔式起重机行业大量使用螺栓标准节,节与节之间都是使用10.9级高强度螺栓。
工程上因螺栓松动或断裂导致发生事故的情况时有发生。
本文以100t.m 机型为例,对其标准节的M36-10.9高强螺栓寿命进行相关探讨。
从理论分析和试验结果对标准节高强螺栓使用进行相关探讨,根据大量试验结果介绍目前预紧工具的情况,为行业塔式起重机标准节高强度螺栓的实际使用提供更具体的资料,希望能推动行业向更规范的方向发展。
1 理论分析对于M36-10.9级发黑处理的高强螺栓,按标准施加2400N.m 预紧力时,连接处载荷分析见下图:8 3.8210L EAC L≈=×E :弹性模量;A :螺杆面积,因是半螺纹,直接取外径估算刚度;L :螺栓长度;C F :被连接件刚度;被连接件刚度估算:9 2.2810F EAC L≈=×0.143LL FC C C ≈+即螺栓受力增加仅为外力的14.3%。
按比例画出受力变形图,如图2。
摘 要:本文分析了塔式起重机标准节高强螺栓在按理论预紧力矩和实际预计力矩预紧时螺栓的受力情况,结合试验室数据,讨论了预紧力矩对标准节高强螺栓疲劳寿命的影响以及在行业推广预紧工具的必要性。
关键词:塔式起重机;标准节高强螺栓;疲劳寿命;预紧工具中图分类号:TH213.3 文献标识码:B塔式起重机标准节高强螺栓使用探讨Discussion of High Strength Bolts Use In Tower Crane Standard Section俞立虎/YU Lihu 谢江平/XIE Jiangping 刘毅/LIU Yi 孙旭国/SUN Xuguo(中联重科股份有限公司,湖南 长沙 410013)图1 螺栓受力原理图其中; F ':预紧力;F :螺栓连接所受外力;F 0:受外加载荷F 时,螺栓实际受力;C L :螺栓刚度。
标准节螺栓刚度估算:图2 标准节M36螺栓受力图由上图看出,在按标准预紧力预紧时,当塔式起重机正常工作时,高强螺栓承受拉压力,假设都是35t ,则螺栓受力在460kN ~560kN 之间变化,螺栓受642020.增刊CMTM力变化幅度100kN ,应力幅122MPa 。
塔式起重机高强螺栓预紧施工工法塔式起重机高强螺栓预紧施工工法一、前言塔式起重机是用于重型物体起吊和搬运的重要设备,其安全和稳定性对于工程的顺利进行至关重要。
而高强螺栓作为连接起重机各部件的关键部件,其紧固效果直接影响到整个起重机的稳定性和安全性。
本文将介绍一种塔式起重机高强螺栓预紧施工工法,通过对施工过程的详细描述和分析,让读者了解该工法的理论依据和实际应用。
二、工法特点塔式起重机高强螺栓预紧施工工法具有以下几个特点:1. 采用高强度螺栓,提高了连接的紧固性和稳定性;2. 通过预紧施工工法,确保螺栓的紧固力符合设计要求;3. 施工过程中能够充分考虑塔式起重机的特殊性和复杂性。
三、适应范围该工法适用于各类塔式起重机的高强螺栓预紧施工,无论是新建还是维修工程都可以采用该工法。
四、工艺原理该工法的工艺原理是通过预紧施工工法,使螺栓的紧固力达到设计要求。
首先,根据起重机的结构和负荷特点,确定需要预紧的螺栓数量和位置。
然后,使用专业设备进行螺栓的预紧,确保其达到设计要求的紧固力。
最后,对预紧后的螺栓进行检查,确保其紧固力的稳定性和可靠性。
五、施工工艺1. 准备工作:安全检查、材料准备、设备检查等。
2. 螺栓定位:根据图纸和设计要求确定需要预紧的螺栓位置。
3. 预紧施工:使用专业设备对螺栓进行预紧,根据设计要求设置预紧力和预紧顺序。
4. 检查和验证:对预紧后的螺栓进行检查和验证,确保其紧固力符合设计要求。
5.记录和整理:对施工过程进行记录和整理,包括螺栓位置、预紧力和检查结果。
六、劳动组织根据具体工程的规模和进度,合理安排人力资源和时间计划,确保施工进度和质量。
七、机具设备1. 高强度螺栓和螺母:采用高强度螺栓和螺母,确保其承载力和紧固性;2. 预紧设备:包括扳手、扭矩扳手、液压扳手等,用于对螺栓进行预紧。
八、质量控制 1. 施工过程中严格按照设计要求进行施工,确保螺栓预紧力的准确性和稳定性;2. 对螺栓进行检查和验证,确保其紧固力符合设计要求。
塔式起重机高强度螺栓的预紧力与重复使用王保卫谢智全贺习福深圳市特种设备安全检验研究院深圳518029摘要:通过对塔式起重机(以下简称塔吊)塔身连接的高强度螺栓连接副的受力分析,得出预紧力的重要性,然后又介绍两种控制高强度螺栓预紧力的方法,得出高强度螺栓重复使用次数不得超过2次的原由。
关键词:高强度螺栓;预紧力;扭矩法;转角法Abstract: Through the stress analysis of the tower crane high strength bolt connection, obtained that the importance of preload, and then describes two control methods of high strength bolt preload, obtained the reason of re-use high strength bolts no more than 2 times.Keywords:high strength bolt; preload; torque method; corner method高强度螺栓连接方式由于其对于被连接件制作精度要求低,连接方便、成本低廉而广泛应用于中小型塔式起重机的塔身连接上。
但由于施工安装人员缺乏对该种连接方式的认识,往往不按规定控制预紧力,而只将高强度螺栓如普通螺栓一般多次重复使用,高强度螺栓并未起高强度螺栓的真正作用。
本文从分析预紧力对高强度螺栓连接的重要性入手,结合工程实际,得出预紧力的重要性,然后又介绍两种控制高强度螺栓预紧力的方法,得出高强度螺栓重复使用次数不得超过2次的原因。
高强度螺栓的连接方式及受力分析高强度螺栓连接按其受力状况,可分为两种类型,一种是只受预紧力作用的螺栓连接,这种螺栓连接靠螺栓预紧力在被连接件结合面产生的磨擦力传递工作载荷;另一种是承受预紧力和工作载荷的紧螺栓连接,工作时受力情况比较复杂,应从分析螺栓连接的受力和变形关系入手,求出螺栓总拉力的大小。
关于高强度螺栓在塔机及施工升降机上的使用随着城市的发展,高层建筑俱增,塔式起重机的应用越来越广泛。
然而,由于对高强度螺栓的不正确使用,使高强度螺栓疲劳断裂和连接失效成为起重机械较为隐蔽的事故形式,甚至在正常操作情况下发生倾覆事件,造成群死群伤的突发性事故。
我们有必要对高强度螺栓进行深入的了解。
1、高强螺栓的基本知识1.1塔机上有大量的高强螺栓, 它们是用来连接结构件并传递载荷的。
1.2所有用于连接塔机各部件的高强螺栓对于塔机都是至关重要的,全部螺栓连接都应认真地安装、维护和检查。
1.3每隔固定一段时间检查高强螺栓以保证连接的牢固可靠。
螺栓的松动可能导致损坏,甚至单个部件的连接失效。
1.4如果用户自己选择螺母,请确保螺母的强度级别与螺栓配套。
例如: 8.8 级螺栓 -> 8级螺母 10.9 级螺栓 -> 10级螺母 12.9 级螺栓-> 12 级螺母2、安装前螺栓及螺栓连接副的检查2.1安装前所有螺栓连接组件都必须清洁干净和仔细检查。
检查内容包含螺栓和螺母的螺纹、螺栓头至螺杆的过渡部分等。
2.2严禁使用损坏的螺栓和螺母!不要使用螺杆锈蚀的螺栓和螺纹锈蚀的螺栓和螺母!3、高强螺栓组件的润滑3.1每次安装前,所有螺栓组件必须使用二硫化钼进行润滑。
螺栓预紧时良好的润滑能提供均匀的摩擦力以及达到规定的预紧力。
3.2润滑螺栓和螺母的螺纹以及螺母的接触表面。
如果预紧力矩施加在螺栓头上,那么螺栓头的接触表面也需润滑。
4、高强度螺栓使用中的一些误区4.1、高强度螺栓的防松采用弹簧垫圈。
《建设机械与设备高强度紧固件技术条件》JG/T5057.40-1995的规定,“当使用8.8级或9.8级螺栓时,一般不允许采用弹簧垫圈防松。
使用其他性能等级的螺栓,绝不允许采用弹簧垫圈防松。
建议采取下述防松方法:采用双螺母防松,二个螺母应相同”。
大六角高强度螺栓的连接副是由一个螺栓、一个螺母、二个垫圈组成,安装时,安装方向由下到上,螺栓头和螺母每侧配备一个垫圈,垫圈有倒角一侧必须朝向螺栓头或螺母。
高强度螺栓施工质量控制分析高强度螺栓在各个机构中起着连接、紧固、定位、密封等作用。
螺栓的安装时需要预先拧紧,因此都需要承受静拉伸载荷。
预紧力越大,连接强度和紧固、密封性就越大。
除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外,通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸(交变)载荷、横向剪切(交变)载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用,有时还会受到冲击载荷的作用。
通常情况下,附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动,轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂,而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷则会引起螺栓的延迟断裂。
因此在使用高强度螺栓时,对材料、螺栓结构、制造工艺、安装及使用提出了更高的要求。
标签:高强度螺栓;扭矩系数;紧固;连接高强度螺栓连接因具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳、以及在动力荷载作用下不致松动等优点。
被广泛应用于公路、铁路的大跨度桥梁、机电装备、港口机械、高层建筑、大型建筑、风力发电等工程项目和领域中。
用高强度钢制造的,或者需要施以较大预紧力的螺栓,按规定螺栓的性能等级在8.8级以上者,皆可称为高强度螺栓。
高强度螺栓有如下几个特点:(1)高强度螺栓采用高强度材料制造。
高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作,常用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA等。
(2)高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。
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。
(3)建筑结构的主构件的螺栓连接,一般均采用高强螺栓连接。
高强螺栓不可重复使用,一般用于永久连接。
(4)高强度螺栓连接中,摩擦系数的大小对承载力的影响很大。
试验表明,摩擦系数主要受接触面的形式和构件的材质影响。
1 高强度螺栓的使用高强度螺栓的紧固常用扭矩法,利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法。
该方法在拧紧时,只对一个确定的紧固扭矩进行控制,因此,该方法操作简便,是一种常规的拧紧方法。
1、受拉螺栓的预紧⼒与外⼒间的关系 若将螺母充分拧紧,则螺母在螺栓的轴线⽅向前进了h,必然会使螺栓受到预紧⼒⽽使板受到压⼒,假定沿板间将螺栓切断,⽤P代表预紧⼒,T代表板间的挤压⼒,由平衡条件得到P=T,即预紧⼒与挤压⼒相等,此时螺栓杆的伸长Δl1,板的挤压变形量为,若以E1和A1代表螺栓杆的弹性模量和截⾯积,E2和A2代表板的弹性模量和截⾯积。
(1)当外⼒N作⽤时,由于此⼒并不直接加在螺栓上,⽽是加在被连板上,因⽽将被连件趋于分开,压缩变形减⼩,减少了板间的挤压⼒,使挤压⼒由减⼩为,此时由平衡条件有:外⼒N继续增加,当加⼤到板间原来的压缩变形完全消失=0,板间的挤压⼒也随之消失,与之平衡的预紧⼒也随之消失。
但并不意味着螺栓不承受拉⼒,反之,当板间的压缩变形完全消失后,螺栓相应被拉长了,使螺栓拉长的⼒的增量。
(2)⼀般情况下,E1和E2近似相等,但连接件的⾯积⽐螺杆的截⾯积A1⼤得多,假设E1=E2,A2=10A1,代⼊(2)式ΔP=0.1P. 由以上分析可知,拉⼒螺栓连接必须施加预紧⼒,被连接件受到挤压,当承受外⼒时,连接件间的挤压⼒随外⼒增⼤⽽减⼩,预紧⼒也减⼩。
当外⼒加⼤到使两连接件刚好分开时预紧⼒减⼩为零,螺栓所受的拉⼒将⼤于原来静连接时施加的预紧⼒。
2、⾼强度螺栓连接的特点 ⾼强度螺栓的杆⾝采⽤经过热处理的45号钢或合结钢,其性能等级为8.8级、10.9级或更⾼。
螺母和垫圈为相应性能等级的钢材制成,安装时要求将螺栓拧得很紧,取得很⼤的预紧⼒,将构件接触⾯压紧。
摩擦型的⾼强度螺栓完全依靠接触⾯间的摩擦⼒来传递剪⼒,并以出现滑移为承载能⼒的极限状态。
承压型的⾼强度螺栓以连接失效为承载能⼒的极限状态,并以出现滑移为正常⼯作的极限状态。
所施加的预紧⼒⼀般为螺栓材料净截⾯积与屈服极限乘积的0.7倍,所选⽤的⼯作拉⼒应⼩于预紧⼒,以使构件接触⾯间仍有残余预紧⼒,保证正常⼯作的可靠性。
3、塔机塔⾝标准节套管连接螺栓 塔⾝标准节为主要受⼒构件,⼯作时承受轴⼒、弯矩及扭矩。
塔吊高强度螺栓的预紧力及重复使用分析【摘要】钢结构工程的重要性已越来越被业内人士所认同,它关系到钢结构的使用寿命。
本文就钢结构高强度螺栓的施工质量与扭矩系数、摩擦系数、长度的关系进行了说明。
高强度螺栓在安装前需复检,以及安装工艺流程和储运、保管等三个方面作了阐述通过对塔式起重机(以下简称塔吊)塔身连接的高强度螺栓连接副的受力分析,得出预紧力的重要性,然后又介绍两种控制高强度螺栓预紧力的方法,得出高强度螺栓重复使用次数不得超过2次的原由。
关键词:高强度螺栓;预紧力;扭矩法;转角法一、引言目前,无论是大容量发电机组的炉架和主厂房,还是大型的塔吊、门吊等起重设备,或者是越来越多的大型厂房、桥梁等均采用钢结构,因钢结构以其施工周期短、使用寿命长、收益快等特点,在现代工业中占有较大一席之地,前景可观。
钢结构要形成一个稳固的框架整体,用高强度螺栓进行连接是现在目前采用较多的连接形式。
特别是现在大型燃煤电站锅炉,无论是200 MW 机组,还是1 000 MW 机组,都采用全钢架结构,来承载受热面。
钢结构主要用高强度螺栓副进行连接,故高强度螺栓的施工质量就对钢结构受力、钢结构的设计寿命而言,就显得非常重要。
下面主要就高强度螺栓在电站锅炉钢结构中的施工质量与各位同仁进行探讨。
高强度螺栓连接方式由于其对于被连接件制作精度要求低,连接方便、成本低廉而广泛应用于中小型塔式起重机的塔身连接上。
但由于施工安装人员缺乏对该种连接方式的认识,往往不按规定控制预紧力,而只将高强度螺栓如普通螺栓一般多次重复使用,高强度螺栓并未起高强度螺栓的真正作用。
二、高强度螺栓的发展、特点和分类高强度螺栓连接是继铆接、焊接之后发展起来的一种新型钢结构连接形式。
其特点是施工方便,可拆可换、传力均匀、接头刚性好,承载能力大,疲劳强度高,螺母不易松动,结构安全可靠。
按连接形式可分为摩擦连接和承压连接;按种类可分为大六角头高强度螺栓和扭剪型高强度螺栓。
大六角头高强度螺栓也可叫扭矩型高强度螺栓,特点是依靠施工扳手来控制螺栓、螺母的紧固扭矩;扭剪型高强度螺栓是在普通大六角头高强度螺栓的基础上发展起来的,螺头和铆钉相仿,特点是在丝扣端头设置了控制紧固扭矩的梅花卡头和环形切口。
国电九江三期发电厂2×350 MW 机组就是用的是大六角头高强度螺栓,是承压连接;丰城发电厂4×300 MW 机组、华能井冈山发电厂2×300 MW 机组、华能山西榆社发电厂2×300 MW 机组,以及目前江西省内在建的中电投江西新昌2×660 MW 超超临界机组,华能井冈山发电厂2×660 MW 超超临界机组用的都是剪型高强度螺栓,是摩擦连接。
三、高强度螺栓的扭矩系数、长度、摩擦系数与施工质量的关系本文从分析预紧力对高强度螺栓连接的重要性入手,结合工程实际,得出预紧力的重要性,然后又介绍两种控制高强度螺栓预紧力的方法,得出高强度螺栓重复使用次数不得超过2次的原因。
在施工现场使用中,经常会出现如下现象:①使用生锈的螺栓、螺母与垫圈;②丝扣损坏后用锉刀修复一下继续使用;③在螺杆上涂黄油使用;④螺栓粘有脏物的没有清理干净也照常使用; ⑤以长代短;⑥连接板上浮锈、油污、油漆不进行清理干净进行连接。
如果认为这些现象对施工质量没有关系,那是错误的,是没有任何科学依据。
下面就从摩擦系数、扭矩系数、长度三个方面与施工质量的关系进行分析。
高强度螺栓连接按其受力状况,可分为两种类型,一种是只受预紧力作用的螺栓连接,这种螺栓连接靠螺栓预紧力在被连接件结合面产生的磨擦力传递工作载荷;另一种是承受预紧力和工作载荷的紧螺栓连接,工作时受力情况比较复杂,应从分析螺栓连接的受力和变形关系入手,求出螺栓总拉力的大小。
塔吊标准节之间的连接属于承受预紧力和工作载荷的紧螺栓连接,是利用紧固螺栓时产生在构件间的压力进行应力传递的。
图1为高强度螺栓副拧紧之前、施加预紧力后和在工作载荷作用下的变形和结合面受力简图。
图1a 表示螺母刚好拧到与被连接件相接处,但尚未拧紧。
此时螺栓与被连接件都不受力,因此也不发生变形。
图1b 是螺母已拧紧,但尚未承受工作载荷。
此时螺栓承受预紧力P F 的拉伸作用,其伸长量为1λ。
相反被连接件在预紧力P F 的作用下,其压缩量为2λ。
图1c 是承受工作载荷时的情况。
此时螺栓承受的工作载荷为F 。
若螺栓和被连接件是在弹性变形范围内,则两者的受力及变形关系符合胡克定律。
当螺栓承受拉力F 后,其伸长量增加λ∆,总伸长量为λλ∆+1。
根据连接件的变形协调条件,则被连接件将会放松,其压缩变形的减小量应等于螺栓拉伸变形的增加量λ∆。
因此总压缩量为λλ∆-2。
被连接件的压缩力由P F 减至'P F ,'P F 即为螺栓上的残余预紧力。
图1d 是螺栓所受工作载荷过大或者预紧力过小的情况,被连接件的结合面相互分离。
在实际应用中,此种情况是不允许出现的。
a)开始拧紧 b)拧紧后 c)受工作载荷时 d)工作载荷过大时图1、承受预紧力和工作载荷的高强度螺栓连接图2是螺栓和被连接件的受力和变形关系图,前提条件是工作载荷要小于预紧力,被连接件的结合面不允许分离,而且各个材料都在强度允许的范围内没有产生塑性变形。
由图可得: 螺栓的刚度:111tan λθpF c == 被连接件的刚度:222tan λθPF c ==在连接尚未承受工作载荷F 时,螺栓和被连接件的受力均等于预紧力P F ;当连接件承受工作拉力F 时,螺栓的总拉力为0F ,相应的总伸长量为λλ∆+1,被连接件的压缩力等于残余预紧力'P F ,相应的总压缩量为λλ∆-2,由图2可以得出: F F F P +='0 (1)螺栓的总拉力0F 、预紧力P F 及残余预紧力'P F 之间的关系可由图2中的几何关系推出: )('F F F F P P ∆-+= (2)2121tan tan c c F F F =∆∆=∆-∆θλθλ 或 F c c c F 211+=∆ (3) 将式(3)代入式(2)得螺栓预紧力为:F c c c F F c c c F F c P c P P 22'21')1(++=+-+= (4) 螺栓的总拉力为: F c c c F F F F P P 2110++=∆+= (5) 式(1)和(5)是螺栓总拉力的两种表达形式。
用式(1)计算螺栓总拉力时,为保证连接的紧密性,以防止受载后结合面产生缝隙,应使0'≥P F 。
连接有紧密性要求的残余预紧力推荐值为(1.5~1.8)F 。
a) 拧紧后 b) a 中两图合并 c) 受工作载荷时图2、螺栓和被连接件的力与变形关系在式(5)中211c c c +为螺栓的相对刚度,其大小与螺栓和被连接件的结构尺寸、材料及垫片、工作载荷的位置等因素有关,其值在0~1之间变化。
为了降低螺栓的受力,提高螺栓连接的承载能力,应使211c c c +值尽量小些。
一般被连接钢板之间所用垫片为金属垫片或无垫片时,211c c c +的取值为0.2~0.3。
若承受变载荷,工作载荷在1F 和2F 之间变化,则螺栓的总拉力在01F 和02F 之间变化,如图3所示。
在危险界面上,螺栓受的最大拉应力为42102max d F πσ=,最小拉应力为42101min d F πσ=。
受变载荷的螺栓大多为疲劳破坏,而应力幅是影响疲劳强度的主要因素。
应力幅为:42)(2210102minmax d F F a πσσσ-=-= (6) 将式(5)代入式(6)得:a a d F F c c c ][42)(2112211σπσ≤-∙+= (7) 式中a ][σ为螺栓的许用应力幅,MPa ,见表1。
由表1可见,螺栓受轴向载荷控制预紧力设计时的安全系数比不控制预紧力设计时的安全系数小的多。
也就是说如果设计时按照精确控制预紧力来设计螺栓连接,螺栓的许用应力都要比按不控制预紧力设计的螺栓连接的许用应力小的多。
如果设计时按照精确控制螺栓连接的预紧力来设计,而装配时又没有精确控制预紧力的大小,此时螺栓连接就不仅没有达到设计的要求,螺栓的连接强度也不能满足使用要求,这也就是现在装配塔吊标准节连接的高强度螺栓时普遍存在的问题。
图3、工作载荷变化时螺栓拉力的变化表1:受轴向载荷的紧螺栓连接的许用应力 螺栓的受载荷情况 许用应力不控制预紧力时的安全系数S 控制预紧力时的安全系数S 变载材料 M6~M16 M16~M30 M30~M60 不分直径 按最大应力S Sσσ=][ 碳钢 12.5~8.5 8.5 8.5~12.51.2~1.5 合金钢 10~6.8 6.8 6.8~10三、如何精确控制高强度螺栓连接预紧力的方法1、扭矩法扭矩控制法和螺母转角法是高强度螺栓常用的紧固方法。
扭矩法是以拧紧扭矩与预紧力的关系为依据的。
P F d k M ∙∙=1式中: d 1为螺纹公称直径k 为扭矩系数扭矩法就是将连接副的扭矩系数当做定值,通过控制拧紧扭矩从而控制预紧力的一种紧固方法。
这种方法必须以扭矩系数保持定值为前提,否则即便拧紧扭矩施加得很精确也无法得到精确的预紧力,但重复使用后螺栓的扭矩系数必然发生变化。
紧固件的锈蚀、温度、湿度和润滑等情况都将影响扭矩系数,重复拧紧时螺栓副的摩擦表面被磨光会导致摩擦系数下降,有关资料表明,扭矩系数随重复拧紧次数的增加而降低。
正是由于扭矩系数的这种不稳定性,多次重复使用高强度螺栓容易造成要么预紧力不足,要么预紧力过大甚至将螺栓拧断。
除非能确切地掌握扭矩系数的变化值,从而相应地调整拧紧扭矩的大小,才能精确地控制预紧力,只有在这种情况下,多次重复使用才是可行的。
显然,在绝大多数塔吊使用和安装单位中是不会也不能确切地掌握每套高强度螺栓副的扭矩系数的。
2、转角法拧紧螺母时,螺母转过的角度和螺栓的预紧力有一定的关系,所以,可以用螺母转角的大小来控制预紧力。
采用转角法紧固时,先转动螺母到螺栓的预紧力超过A 点,称为初拧,初拧一般采用扭矩法,扭矩一般为额定扭矩的50%,初拧后可以消除板缝影响,使板层达到密贴程度。
而后进行终拧,终拧是以A 点作为起始位置,再将螺母拧转一定角度,此时螺栓的轴力超过点V 到达塑性区域。
如图4所示,由于在yM 之间的塑性区域,螺母转角存在误差时所产生的螺栓力变化很小,如图4中1区域,这就为获得预定的预紧力提供了保障,也就是说施工时螺母的拧紧程度误差几乎不引起预紧力的误差。
而在V 点之前,同样大小的螺母转角误差所产生的螺栓力变化很大,如图4中2区域,所以,拧紧在这个区域是不合适的,因为施工的拧紧程度误差会引起较大的预紧力误差。
以转角法精确控制螺栓预紧力是以引起超过弹性极限的螺栓轴力为前提的,这种情况下,重复使用高强度螺栓是不适当的,因为重复拧紧积累的塑性变形已使其不再有足够的变形能力可以来承受在初拆后额外施加的拧紧力,即其拧紧能力急剧下降了。