螺栓强度计算

螺栓联接件强度计算
1.螺栓受力情况
螺栓受力情况见图1所示。

图1 螺栓受力图
1）横截面 11、 22上有作用力，象剪刀一样，试图把螺栓从该截面处剪开, 称F S为剪力（Shear force），引起切应力（ Shear stress）。

2）杆段①、②、③受到被联接构件的挤压（Bearing)，引起挤压应力（Bearing stress)。

2.失效形式
基于螺栓的受力，预测出螺栓可能的失效形式：
1）在截面 11，22处被剪断；
2）受挤压部分的半圆被“挤扁”（近似半椭圆）。

下图2中的螺栓产生了塑性变形，验证了此种情况。

图2 螺栓受挤压塑性变形
3.其他可能受力情况
1）没有受剪力作用；
2）同螺栓杆段①、②、③对应半圆孔受到螺栓挤压，有可能导致变形过大而失效（变成近似椭圆孔）；
3）螺栓挤压，有可能把被联接构件端部豁开（一般将端部设计得充分长，抵御豁开力，因而对此不计算）。

4.强度计算
4.1剪切强度计算
1）剪力 F s = F/2
2）名义切应力
3）强度校核，否则需重新设计。

4.2挤压强度计算
挤压应力计算面积，实际挤压面在垂直挤压力方向上的投影。

剪切强度τ=
F
md12
4
F：所受横向载荷(N)；m：受剪面个数；d1：螺纹小径(mm）
注：τ≤[τ]
装配情况 紧连接
二：受轴向载荷松螺栓强度（间隙配合）
二类计算方法：主要受力为拉伸力，螺栓主要体现拉伸强度
安全系数Ss
螺栓材料
载荷性质
静载荷
变载荷
碳素钢 合金钢
1.2-1.5
1.2-1.5
碳素钢
松连接
[σ]
d12 Cb Cm
2
应力幅
σa=
2F d12
Cb Cb
C
m
≤[σa]
[σa]=
K t K u 1t
K Sa
注：ε尺寸系数，Ku受力不均匀系数，Kt螺纹制造工艺系数，Kσ缺口应力集中系数，Sa安全系数，σ-1t材料抗压疲劳 极限
尺寸系数ε Kt Ku Kσ
Sa
螺栓直径d/mm ε
螺栓材料σb/MPa Kσ
注：σ≤[σ]
不控制预紧力时安全系数如下表所示：
材料类别
碳钢 合金钢
M6～M16 4～3 5～4
静载荷 M16～M30
3～2 4～2.5
碳素钢螺栓 合金钢螺栓
QP≤（0.6-0.7）σsA σs：材料的屈服极限
A≈ d12
QP≤（0.5-0.6）σsA
4
M30～M60 2～1.3 2.5
M6～M16 10～6.5 7.5～5
变载荷 M16～M30
6.5 5
四：受轴向载荷的紧螺栓连接
螺栓最大拉应 力：
F2=QP+F
Cb Cb Cm
四类计算方法：计算预紧力和工作载荷
注：QP为预紧力，F为受轴向载荷，Cb螺栓的刚度，Cm 被连接件的刚度

建筑常识钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。

螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。

例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是：1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.6；3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.9；3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。

强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa8.8 公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的，X*100=此螺栓的抗拉强度，X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度（因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10）===============如4.8级则此螺栓的抗拉强度为：400MPa屈服强度为：400*8/10=320MPa=================另：不锈钢螺栓通常标为A4-70，A2-70的样子，意义另有解释度量当今世界上长度计量单位主要有两种，一种为公制，计量单位为米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等，在欧州、我国及日本等东南亚地区使用较多，另一种为英制，计量单位主要为英寸（inch），相当于我国旧制的市寸，在美国、英国等欧美国家使用较多。

1、公制计量：（10进制）1m =100 cm=1000 mm2、英制计量：（8进制）1英寸=8英分1英寸=25.4 mm 3/8￠￠×25.4 =9.523、1/4￠￠以下的产品用番号来表示其称呼径，如：4#，5#，6#，7#，8#，10#，12#螺纹一、螺纹是一种在固体外表面或内表面的截面上，有均匀螺旋线凸起的形状。

联接螺栓的强度计算方法一．连接螺栓的选用及预紧力：1、已知条件：螺栓的s＝730MPa 螺栓的拧紧力矩T=49N.m2、拧紧力矩：为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。

其拧紧扳手力矩T用于克服螺纹副的阻力矩T1及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩T2。

装配时可用力矩扳手法控制力矩。

公式：T=T1+T2=K*F* d拧紧扳手力矩T=49N.m其中K为拧紧力矩系数，F为预紧力N d为螺纹公称直径mm其中K为拧紧力矩系数，F为预紧力N d为螺纹公称直径mm摩擦表面状态K值有润滑无润滑精加工表面0.10.12一般工表面0.13-0.150.18-0.21表面氧化0.20.24镀锌0.180.22粗加工表面-0.26-0.3取K＝0.28，则预紧力F＝T/0.28*10*10-3＝17500N3、承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积As（mm）=58mm2外螺纹小径d1=8.38mm外螺纹中径d2=9.03mm计算直径d3＝8.16mm 螺纹原始三角形高度h=1.29mm 螺纹原始三角形根部厚度b=1.12mm紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。

螺栓的最大拉伸应力σ1(MPa)。

1sF A σ==17500N/58*10-6m 2=302MPa 剪切应力：=0.51σ=151 MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: =1.3*302=392.6 MPa强度条件：=392.6≤730*0.8=584预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s σ的80%。

4、 倾覆力矩倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓()2031tan 216v Td F T W dϕρτπ+== 1.31ca σσ≈[]0211.34F ca d σσπ=≤已拧紧并承受预紧力F 0。