高强度螺栓的预紧力与重复使用性能.doc

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使用，高强度螺栓并未起高强度螺栓的真正作用高强度螺栓重复使用次数不得超过2次的原高强度螺栓连接按其受力状况，可分为种类型，标准节之间的连接属于，是利用紧固螺栓时产生在构件间的压力进行应力传递的的拉伸作用，其伸长量为。相反被连接件在预紧力的作用下，其压缩量为。 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，总伸长量为。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。因此总压缩量为。被连接件的压缩力由减至，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： 被连接件的刚度： 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；当连接件承受工作拉力F时，螺栓的总拉力为，相应的总伸长量为，被连接件的压缩力等于残余预紧力，相应的总压缩量为，由图2可以得出： （1） 螺栓的总拉力、预紧力及残余预紧力之间的关系可由图2中的几何关系推出： （2） 或 （3） 将式（3）代入式（2）得螺栓预紧力为： （4） 螺栓的总拉力为： （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。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，的取值为0.2~0.3。 若承受变载荷，工作载荷在和之间变化，则螺栓的总拉力在和之间变化，如图3所示。 在危险界面上，螺栓受的最大拉应力为，最小拉应力为。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： （6） 将式（5）代入式（6）得： （7） 式中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