高强度螺栓预紧力和拧紧力矩比较分析.doc

高强度螺栓预紧力和拧紧力矩比较分析 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=0.6σF （1-1） 式中 σ—高强度螺栓材料经热处理后的抗拉强度限， F—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d和计算面积F 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 (mm) 149 182 235 292 337.5 2 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）； 根据ISO5049-1：1994 材料：40B钢,40Cr 螺栓金属材料的屈服极限R=900N/mm（10.9级） 预紧应力按下式计算： =0.7 R （3-1） 预紧力按下式计算： F=A 式中 A—螺栓的计算面积（按螺栓内径计算） 正常情况下螺栓以F=A进行预紧。 允许附加力N按下式计算： N= （3-2） 式中 R—螺栓金属材料的屈服极限 v—为不同载荷情况时的安全系数（v1=1.5, v2=1.33, v2=1.2） φ—依据比值l/d基础上的延伸系数（l—螺栓的紧固长度，d—螺栓的直径） 延伸系数φ l紧固长度 l/d 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 φ 0.43 0.42 0.40 0.38 0.36 0.33 0.32 0.30 l/d 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 φ 0.29 0.27 0.26 0.25 0.24 0.22 0.21 A—螺栓的计算面积（按螺栓内径计算） 计算结果如下： 预紧力F(kN)及扭紧力矩M(N·m) 螺 纹 直 径 螺 栓 的 性 能 等 级 直 径 d mm 螺 距 p mm 8.8 10.9 F(kN) M(N·m) F(kN) M(N·m) M12 1.75 45 103 53.3 126 M16 2 70 213 99 310 M20 2.5 110 418 155 610 M24 3 155 707 222 1050 M27 3.5 250 1425 290 1540 根据《散货连续装卸机械设计规范》欧洲机械联合会 材料： 40B钢,40Cr 金属材料的屈服极限σ（0.2）=900 N/mm（10.9级） 计算结果如下： 预紧力F(kN)及扭紧力矩M(N·m) 螺 纹 直 径 螺 栓 的 性 能 等 级 直 径 d mm 螺 距 p mm 10.9 F(kN) M(N·m) M12 1.75 53.3 126 M16 2 99 310 M20 2.5 155 610 M24 3 222 1050 根据ISO5049/1-1980 材料：40B钢,40Cr 材料的屈服极限：R=900N/mm（10.9级） R—金属材料的屈服极限 预紧应力按下式计算： =0.7R （3-3） 预紧力按下式计算： F=A 式中 A—螺栓的计算面积（按螺栓内径计算） 允许附加力N按下式计算： N= （3-4） 式中 R—螺栓金属材料的屈服极限 v—不同载荷情况时载荷的安全系数（v1=1.5, v2=1.3