高雅巍

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 石家莊 071000）

為了便于工程機(jī)械的制造、安裝以及保證鋼結(jié)構(gòu)的連接的安全性，連接對于生產(chǎn)生活都尤為重要。在房屋橋梁結(jié)構(gòu)中，螺栓連接屬于機(jī)械靜連接，即被連接的部件之間不產(chǎn)生相對運動的連接，鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件由鋼板、型鋼等連接而成，而且，合理的連接方案是便于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的重要環(huán)節(jié)。大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)的螺紋連接件都是成組使用的，其中螺栓組連接最具有典型性，因此我們以螺栓組連接為例，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行分析。

1 螺栓組連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計影響了螺栓組的布置形式，而螺栓的布置形式直接決定了螺栓組連接的受力形式，為了使連接更為合理需要注意以下幾點問題：

1.1 連接結(jié)合面的幾何形狀應(yīng)設(shè)計成為軸對稱的幾何形狀，矩形、等腰三角形是常見的連接用幾何對稱形狀，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計一方面有利于機(jī)械的加工制造，還有利于受力的均勻，這對連接的可靠性及壽命計算有利，不會因為個別螺栓的連接失效而影響整個螺栓組的連接計算?；谝陨蟽?yōu)點，在平面允許的情況下，結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成為軸對稱形狀。

1.2 螺栓的布置應(yīng)是各個螺栓受力合理，這里以鉸制孔用螺栓為例，在布置之前，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置8 個以上的螺栓，這樣的布置可以使載荷分布均勻；當(dāng)螺栓收到彎矩或者轉(zhuǎn)矩時，此時應(yīng)該使螺栓靠近連接的外側(cè)，這樣力臂變長，可以減少螺栓的受力，螺栓可以使用較小的型號，節(jié)省材料和成本。當(dāng)同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，應(yīng)采用銷或者套筒來承受橫向載荷。

1.3 螺栓的排列應(yīng)該有合理的間距。布置螺栓及加工螺栓孔時，需要每個螺栓與周邊螺栓都有一定間距，這個間距是扳手?jǐn)Q緊的活動空間，因此需要根據(jù)扳手是實際大小來確定具體數(shù)值，行業(yè)也有一些相關(guān)的標(biāo)注可供查詢。

1.4 避免螺栓承受彎曲載荷，在連接總體布置保證所受載荷不偏心外，還應(yīng)在工藝上進(jìn)行設(shè)計，使螺栓支撐面平整，并與其軸線相垂直。常見的工藝一般為加工一個凸臺或者沉頭座，斜面上可以采用斜面墊圈，這些措施可以避免承受彎曲載荷，還能最大限度減少工作量。

2 螺栓組連接的受力分析

2.1 受橫向載荷的螺栓組連接

為了定量地對螺栓連接的強(qiáng)度進(jìn)行計算，需要根據(jù)螺栓組連接的結(jié)構(gòu)或者受載荷情況來進(jìn)行分析，以便求出最大受力，這里我們?yōu)榱撕喕治?，假設(shè)螺栓材料，大小、預(yù)緊力等均相同，受力方式為理想方式，當(dāng)采用普通螺栓連接時，由于該類螺栓的螺栓桿與孔壁之間有一定的間隙，因此連接后通過產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷；而當(dāng)采用鉸制孔用螺栓連接時，因為，這類螺栓的螺栓桿與孔壁無間隙，因此通過剪切和擠壓作用來抵抗橫向載荷。對于普通螺栓連接，應(yīng)保證連接預(yù)緊后，結(jié)合面之間的摩擦力必須大于或等于所受的橫向載荷，這樣才能使被連接件連接在一起，不會被分開。保證連接的可靠性。

2.2 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接

當(dāng)采用受轉(zhuǎn)矩的螺栓組連接時，靠連接后與結(jié)合面之間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗轉(zhuǎn)矩，這時在保證預(yù)緊力的情況下，遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)中心螺栓力臂最長，因此受力最大，在受力分析計算時需要計算受力最大的螺栓的可靠程度。

2.3 受傾覆力矩的螺栓組連接

在電線基建的地上部分一般為受傾覆力矩的螺栓組連接，這是需要滿足兩個條件，一方面保證壓強(qiáng)大的一側(cè)不會被壓潰，不會陷到地基之下，另一方面保證壓強(qiáng)小的一側(cè)與地基之間沒有縫隙，這樣才能保證連接的可靠性。

此外， 在給螺栓施加預(yù)緊力時，并不是越大越好。施加預(yù)緊力時，隨著施加的力逐漸增大，鋼板會首先被壓縮，之后如果承受工作載荷，那么螺桿會被拉長，相應(yīng)也會變得細(xì)長，那么強(qiáng)度就會降低。

3 提高連接強(qiáng)度的措施

3.1 可以適當(dāng)降低螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力值，在橋梁、鋼架承受載荷時，這時在最小應(yīng)力不變的情況下，可以減小應(yīng)力值，成活中可以控制橋梁的人流量和車流量等，來減小應(yīng)力值。此外可以增大被連接件的剛度，即使用更強(qiáng)的剛度的鋼架。這樣也可以降低影響螺栓疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力值。

3.2 減小應(yīng)力集中的影響

在螺栓的結(jié)構(gòu)上存在很多應(yīng)力集中的地方，為了減小這一影響，可以采用較大的圓角和卸載結(jié)構(gòu)，但是這一改動會增加鋼架結(jié)構(gòu)連接的成本。此外，在設(shè)計、制造和裝配上應(yīng)力求避免螺栓連接產(chǎn)生附加彎力，以免降低螺栓的強(qiáng)度。

3.3 采用合理的加工制造工藝方法

在加工螺栓時，可以采用特殊的加工方法，來增加螺栓的疲勞強(qiáng)度，例如滾壓螺紋的工藝方法，因為滾壓工藝不切斷材料的纖維，金屬流線的走向更加合理，而且有冷作硬化的效果，并使表層冷作硬化效果，這種方法材料利用率高，生產(chǎn)效率高，制造成本低。

做好螺栓連接，鋼架之間才會有更加可靠的連接，結(jié)構(gòu)會更加結(jié)實，長時間的服務(wù)人們。