高强度螺栓连接的计算

10.9高强度螺栓扭矩系数一、概述10.9高强度螺栓是一种常用于重载结构中的螺栓，其性能指标以及扭矩系数对于工程设计和施工非常重要。

本文将介绍10.9高强度螺栓的扭矩系数计算方法以及相关注意事项。

二、10.9高强度螺栓的定义10.9高强度螺栓是指符合ISO898-1标准的高强度螺栓，通常由碳素钢或合金钢制成。

其特点是具有较高的拉伸强度和抗剪强度，适用于需要承受较大载荷的结构连接。

三、扭矩系数的计算方法10.9高强度螺栓的扭矩系数是指在拧紧过程中施加在螺栓上的扭矩与其预紧力之比。

计算扭矩系数的公式如下：$$ K_t = \\frac{T}{F_p} $$其中，K t为扭矩系数，T为扭矩值，F p为预紧力。

四、扭矩系数的意义扭矩系数反映了螺栓在拧紧过程中所受到的力学应力状态，是评价螺栓连接可靠性的重要指标之一。

合理选择和控制扭矩系数可以确保螺栓连接的安全可靠性，减少螺栓断裂的风险。

五、扭矩系数的影响因素影响10.9高强度螺栓扭矩系数的因素包括螺纹摩擦系数、螺栓几何形状、螺纹填料等。

在实际工程中，需要根据具体情况考虑这些因素的影响，并进行相应的调整。

六、注意事项1.在计算扭矩系数时，应准确测量扭矩值和预紧力，确保计算结果准确可靠。

2.拧紧螺栓时，必须使用专用扭矩扳手，避免超出设计要求的扭矩数值。

3.定期检测螺栓的扭矩系数，及时调整并更换老化或损坏的螺栓，确保结构的安全性。

七、结论10.9高强度螺栓的扭矩系数对于结构连接的安全性至关重要，合理计算和控制扭矩系数是工程设计和施工中不可或缺的环节。

通过本文的介绍，希望能够帮助读者更好地理解和应用10.9高强度螺栓的扭矩系数。

高强度螺栓初拧和终拧的计算方法
初拧，T0=0.065*pc*d,
终拧Tc=k*pc*d
K---高强螺栓连接副的扭矩系数平均值（大六角高强螺栓施工前，应该出厂批复验高强螺栓连接副的扭矩系数，每批复验5套。

5套扭矩系数的平均值应在0.110~0.150范围之内，其标准偏差应小于或等于0.010）
Pc—高强螺栓施工预应力（kn）见附表，
d--高强螺栓螺栓杆直径（mm）
大六角强螺栓施工预应力（kn）
螺栓性能螺栓公称直径（mm）
等级M16 M20 M24 M30
8.5s 75 120 170 275
10.9s 110 170 250 390
初拧值为终拧值的一半左右
对于扭剪型高强螺栓的拧紧分为初拧、终拧（大型节点应分为初拧、复拧、终拧三次完成）初拧。

复拧扭矩参考下表，终拧时以目测拧掉螺栓尾部梅花头为合格。

扭剪型高强螺栓初拧扭矩值（N*m）
螺栓直径d（mm）M16 M20 M24 M24
初拧扭矩115 220 300 390
高强螺栓的初拧、复拧、终拧三应在同一天完成，连接处的螺栓应按一定的顺序施拧，一般由螺栓群中央顺序向外拧紧。

高强度螺栓连接的构造和计算一、高强度螺栓连接的工作性能1、高强度螺栓的抗剪性能由图3.5.2中可以看出，由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。

通过1点后，连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。

如果连接的承载力只用到1点，即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用到4点，即为高强度螺栓承压型连接。

2、高强度螺栓的抗拉性能高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P，板层之间则有压力C，而P与C维持平衡（图3.6.1a）。

当对螺栓施加外拉力Nt，则栓杆在板层之间的压力未完全消失前被拉长，此时螺杆中拉力增量为ÄP，同时把压紧的板件拉松，使压力C减少ÄC（图3.6.1b）。

计算表明，当加于螺杆上的外拉力Nt为预拉力P的80%时，螺杆内的拉力增加很少，因此可认为此时螺杆的预拉力基本不变。

同时由实验得知，当外加拉力大于螺杆的预拉力时，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，即发生松弛现象。

但当外加拉力小于螺杆预拉力的80%时，即无松弛现象发生。

也就是说，被连接板件接触面间仍能保持一定的压紧力，可以假定整个板面始终处于紧密接触状态。

但上述取值没有考虑杠杆作用而引起的撬力影响。

实际上这种杠杆作用存在于所有螺栓的抗拉连接中。

研究表明，当外拉力Nt≤0.5P时，不出现撬力，如图3.6.2所示，撬力Q大约在Nt达到0.5P 时开始出现，起初增加缓慢，以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而又有所下降。

由于撬力Q的存在，外拉力的极限值由Nu下降到N'u。

因此，如果在设计中不计算撬力Q，应使N≤0.5P；或者增大T 形连接件翼缘板的刚度。

分析表明，当翼缘板的厚度t1不小于2倍螺栓直径时，螺栓中可完全不产生撬力。

实际上很难满足这一条件，可采用图3.5.7所示的加劲肋代替。

在直接承受动力荷载的结构中，由于高强度螺栓连接受拉时的疲劳强度较低，每个高强度螺栓的外拉力不宜超过0.5P。

给你一个大六角高强螺栓的长度计算办法：
高强度螺栓的长度L应符合设计要求或按下式计算确定：
L=L′+△L (1)
式中L′───连接板层总厚度（mm）；
△L ───附加长度（mm），
△L=m+2s+ip (2)
其中m───高强度螺母公称厚度（mm）；
s───高强度垫圈公称厚度（mm）；
i───当L≤100mm时，i=2；当L＞100mm时，i=3；
p───螺纹的螺距（mm）。

表4.2.12 高强度螺栓附加长度△L（mm）
螺栓公称直径M12 M16 M20 M22 M24 M27
M30
高强度螺母公称厚度12.0 16.0 20.0 22.0 24.0 27.0 30.0
高强度垫圈公称厚度 3.0 4.0 4.0 5.0 5.0 5.0 5.0
螺纹的螺距 1.75 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 3.5
大六角头高强度螺栓附加长度23.0 30.0 35.5 39.5 43.0 46.0 50.5
根据公式（1）计算所得值，当L≤100mm时，可按螺栓长度以5mm为一个规格的规定，将其个位数按2舍3入、7舍8入的原则，计算出使用长度；当L＞100mm时，可按螺栓长度以10mm为一个规格的规定，将其个位数按4舍5入的原则，计算出使用长度。

高强度螺栓级别分类长度=连接板层总厚+紧固长度加长值+螺母公称厚度+垫圈个数*垫圈厚度+3*螺纹螺距高强螺栓就是高强度的螺栓,属于一种标准件.高强螺栓主要应用在钢结构工程上,用来连接钢结构钢板的连接点.高强螺栓分为扭剪型高强螺栓和大六角高强螺栓,大六角高强螺栓属于普通螺丝的高强度级,而扭剪型高强螺栓则是大六角高强螺栓的改进型,为了更好施工.高强螺栓的施工必须先初紧后终紧,初紧高强螺栓需用冲击型电动扳手或扭矩可调电动扳手;而终紧高强螺栓有严格的要求,终紧扭剪型高强螺栓必须用扭剪型电动扳手,终紧扭矩型高强螺栓必须用扭矩型电动扳手.大六角强螺栓由一个螺栓，一个螺母，两个垫圈组成。

扭剪型高强螺栓由一个螺栓，一个螺母，一个垫圈组成等级。

碳钢：公制螺栓机械性能等级可分为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9共10个性能等级。

不锈钢分为60,70,80( 奥氏体)；50,70,80,110(马氏体)；45,60（铁氏体）三类。

高强度螺栓连接具有安装简便、迅速、能装能拆和承压高、受力性能好、安全可靠等优点。

它的特点是：（1）改善结构受力情况。

采用摩擦型高强度螺栓连接所受的力靠钢板表面的磨擦力传递，传递力的面积大、应力集中现象得到改善，提高了构件的疲劳强度。

（2）螺栓用量少。

高强度螺栓承载能力大、一个直径d＝22 mm的40硼钢高强度螺栓的承载能力为：而一个23 mm直径的普通铆钉的抗剪强度为：可见高强度螺栓的承载能力比铆钉高约18％、在受力相同的情况下，高强度螺栓的数量相对比铆钉数量少。

因此节点拼接板的几何尺寸就小，可以节省钢材。

（3）加快施工进度。

高强度螺栓施工简便，对于一个不熟悉高强度螺栓施工的工人，只要经过简单的培训，就可以上岗操作。

（4）在钢结构运输过程中不易松动，且在使用中减少维护工作量。

如果发生松动即可个别更换，不影响其周围螺栓的连接。

（5）施工劳动条件好，而且栓孔可在工厂一次成型，省去二次扩孔的工序。

VDI_2230高强度螺栓连接的系统计算-中文完整版ICS21.060.10 2003年2月VDI 2230 第一部分高强度螺栓连接的系统计算单个圆柱螺栓连接内容页指南的基本注解VDI 2230第1部分新版本2003年. . . . . . .………………………………….………… . . . . . . . 31 有效范围. . . . . . . . . . …………………………………………………………………………….………. . . . . . 32 技术准则 VDI 2230第1部分，1986年7月版与2001年10月修订版的差异.... . (3)3 载荷和变形条件 (4)3.1 可用的计算方法概述 (4)3.2 单个螺栓连接计算，力和变形分析................... . (5)3.2.1 同轴紧固单螺栓连接 (8)3.2.2 偏心紧固单螺栓连接 (8)3.2.3 单边开放的连接 (10)3.2.4 横向力的影响. . . . . …………………………….…….…….……………………………...……………… . 104 计算步骤 (10)4.1 概述. . . . . . . . . ………………………………….………….…………………………………………. . . . . . . 104.2 说明. . . . . ………………………………….…………………. ………………………………. .. . . . . . . . . . . 115 数值计算……………………………… . . . . . . …….…….……. ………………………….………………. . . . . 195.1 连接的回弹. . . . ……………………………………….……. ……………………………………………... . 195.1.1 螺栓的回弹. . . . . . . . . (19)5.1.1.1 轴向回弹. . . ………………………………………….………………………….…………………. . . . . 205.1.1.2 弯曲回弹. . . . . (21)5.1.2 重叠被连接件的回弹 (21)5.1.2.1 同轴紧固单螺栓连接的回弹 (23)5.1.2.2 偏心紧固单螺栓连接的回弹............................................ .. (26)5.1.2.3 偏心作用的轴向工作载荷的回弹 (31)5.2 载荷系数. . . . . . . . . . . . . ……………………………………………………………………………………. . 325.2.1 轴向作用的工作载荷的作用线-距离a…………………...…………………………………………. . . . .325.2.2 载荷系数. . . . ……………………………………………..……………………………………………… . . 325.2.2.1 基本原理. . . . . . . (33)5.2.2.2 确定载荷系数n的步骤.................................................... . (34)5.3 载荷系数和附加螺栓载荷 (38)5.3.1 载荷系数和附加螺栓载荷的上限.......... . (38)5.3.1.1同轴负载. . . . ………………………...…………………………………………………………………. . 405.3.1.2偏心负载. . . . . . (40)5.3.1.3 特殊情况下的外部弯曲力矩 (41)5.3.2 偏心载荷情况下上限的关系式 (41)5.3.3 开式连接的关系式 (44)5.4 预加载荷. . . . . . . . . ………………… ……. . . …………………………………………………………… . 475.4.1 最小夹紧力 (47)5.4.2 预紧力的变化. . .... . . . . . . . . (47)5.4.2.1 由于压陷和松弛产生的预紧力变化 (47)5.4.2.2 温度对预紧力的影响 (49)5.4.3 装配预紧力和拧紧力矩 (50)5.4.3.1 力矩控制拧紧 (52)5.4.3.2 转角控制拧紧 (53)5.4.3.3 屈服控制拧紧 (54)5.4.3.4 拧紧方法的比较 (54)5.4.3.5 最小装配预紧力 (54)5.5 应力和应变的计算 (55)5.5.1 装配应力. . . . . .................................................................................................. . . . . . .55 5.5.2 工作应力. . . . . . . . ................................................................................................ . . . .58 5.5.3 交变应力.................................................................................................. . . . . . . . . . .59 5.5.4 螺栓头和螺母支承面的表面压力 (63)5.5.5 啮合长度. . . . . . . (64)5.5.6 剪切应力. . . . . . ……………………….………………………………………………………… . . . . . . 67 5.5.6.1 概述. . . . . . . . . . ……………………….………………………………………………………………. . 67 5.5.6.2 载荷分布. . . . ………………………….……………………………………………………………. . . 67 5.5.6.3 静载荷. . . . . ………………………………….……………………………………………………. . . . 685.5.6.4 动载荷………………………………………….……………………………………………... . . . . . . . 696 提高螺栓连接工作可靠性的设计. . . . . …………...….……………………………………………………. . 70 6.1 螺栓连接耐久性. . . . . . ………………………………………………………………………………….. . .706.2 螺栓连接的松脱. . ………………………………………………………………………………….. . . . . .717 标记符号及其内容………………………………….……………………………………………... . . . . . . . . . .71 参考文献. . . . …………………………………….………………………………………... . . . . . . . . . . . . . . . 81 附件 A 计算用表. . . . ……………………………...………………………………………………….... . . . . . . 84 附件 B 计算例题. . …………………………………………………………………………………... . . . . … . . 98 附件 C 载荷系数计算. . ………………………..……..……………………………………………….. . . . . . . . 138指南的基本注解2003年新版本，VDI 2230第一部分本指南已经用于实践超过25年，被广泛承认和经常参考，现在德国及其它地方被当作是标准工作用于计算螺栓连接。

1 高强螺栓选定：长度=连接板层总厚+紧固长度加长值+螺母公称厚度+垫圈个数*垫圈厚度+3*螺纹螺距高强度螺栓就是可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大．普通螺栓的材料是Ｑ２３５（即Ａ３）制造的．高强度螺栓的材料３５＃钢或其它优质材料，制成后进行热处理，提高了强度．两者的区别是材料强度的不同．从原材料看：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。

普通螺栓常用Q235钢制造。

从强度等级上看：高强螺栓，使用日益广泛。

常用和两个强度等级，其中级居多。

普通螺栓强度等级要低，一般为级、级、级和级。

从受力特点来看：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，拧紧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。

根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同。

高强螺栓最小规格M12，常用M16~M30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。

高强度螺栓摩擦型和承压型连接的区别：高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。

在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。

板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件按弹性整体受力。

在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。

长度=连接板层总厚+紧固长度加长值+螺母公称厚度+垫圈个数*垫圈厚度+3*螺纹螺距高强度螺栓就是可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大．普通螺栓的材料是Ｑ２３５（即Ａ３）制造的．高强度螺栓的材料３５＃钢或其它优质材料，制成后进行热处理，提高了强度．两者的区别是材料强度的不同．从原材料看：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。

普通螺栓常用Q235钢制造。

从强度等级上看：高强螺栓，使用日益广泛。

常用和两个强度等级，其中级居多。

普通螺栓强度等级要低，一般为级、级、级和级。

从受力特点来看：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，拧紧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。

根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同。

高强螺栓最小规格M12，常用M16~M30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。

高强度螺栓摩擦型和承压型连接的区别：高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。

在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。

板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件按弹性整体受力。

在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。

例1：图示一围焊缝连接，已知
，，，
，
，，，,
，试验算该连接是否安全。

解：将F移向焊缝形心O，三面围焊缝受力：
在计算焊缝的面积和其极惯性矩时，近似取l
1和l
2
为其计算长度，即既不
考虑焊缝的实际长度稍大于l
1和l
2
，也不扣除水平焊缝的两端缺陷10mm。

焊缝截面面积：
在N力作用下，焊缝各点受力均匀；在T作用下，水平焊缝右边两个端点产生的应力最大，但在右上端点其应力的水平分量与N力产生的同方向，因而该焊缝在外力F作用下，该点最危险。

由N在水平焊缝右上端点产生的应力为：
由扭矩T在该点产生的应力的水平分量为：
由T在该点产生的应力的垂直分量为：
代入强度条件：
该连接安全。

例2：计算图示角焊缝连接中的h。

已知连接承受动荷载，钢材为Q235BF，
f
焊条为E43型，
，，图中尺寸单位为：
mm。

解：将外力F
1，F
2
移向焊缝形心O，得
N在焊缝中产生均匀分布的
：
V在焊缝中产生均匀分布的
：
连接承受动力荷载，
，则
解得h
5.82mm
f≥
取h
f = 6mm
构造要求：
，满足要求。