高雅巍
(河北農(nóng)業(yè)大學城鄉(xiāng)建設學院,河北 石家莊 071000)
為了便于工程機械的制造、安裝以及保證鋼結構的連接的安全性,連接對于生產(chǎn)生活都尤為重要。在房屋橋梁結構中,螺栓連接屬于機械靜連接,即被連接的部件之間不產(chǎn)生相對運動的連接,鋼結構的基本構件由鋼板、型鋼等連接而成,而且,合理的連接方案是便于鋼結構設計和施工的重要環(huán)節(jié)。大多數(shù)鋼結構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,對其結構設計進行分析。
結構設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 連接結合面的幾何形狀應設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,這樣的結構設計一方面有利于機械的加工制造,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,結構應設計成為軸對稱形狀。
1.2 螺栓的布置應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;當螺栓收到彎矩或者轉矩時,此時應該使螺栓靠近連接的外側,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。當同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時,應采用銷或者套筒來承受橫向載荷。
1.3 螺栓的排列應該有合理的間距。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,這個間距是扳手擰緊的活動空間,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)也有一些相關的標注可供查詢。
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,還應在工藝上進行設計,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。
為了定量地對螺栓連接的強度進行計算,需要根據(jù)螺栓組連接的結構或者受載荷情況來進行分析,以便求出最大受力,這里我們?yōu)榱撕喕治?,假設螺栓材料,大小、預緊力等均相同,受力方式為理想方式,當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,應保證連接預緊后,結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。
當采用受轉矩的螺栓組連接時,靠連接后與結合面之間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗轉矩,這時在保證預緊力的情況下,遠離回轉中心螺栓力臂最長,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。
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,一方面保證壓強大的一側不會被壓潰,不會陷到地基之下,另一方面保證壓強小的一側與地基之間沒有縫隙,這樣才能保證連接的可靠性。
此外, 在給螺栓施加預緊力時,并不是越大越好。施加預緊力時,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,相應也會變得細長,那么強度就會降低。
3.1 可以適當降低螺栓疲勞強度的應力值,在橋梁、鋼架承受載荷時,這時在最小應力不變的情況下,可以減小應力值,成活中可以控制橋梁的人流量和車流量等,來減小應力值。此外可以增大被連接件的剛度,即使用更強的剛度的鋼架。這樣也可以降低影響螺栓疲勞強度的應力值。
在螺栓的結構上存在很多應力集中的地方,為了減小這一影響,可以采用較大的圓角和卸載結構,但是這一改動會增加鋼架結構連接的成本。此外,在設計、制造和裝配上應力求避免螺栓連接產(chǎn)生附加彎力,以免降低螺栓的強度。
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,結構會更加結實,長時間的服務人們。