扭剪型高強度螺栓聯接的設計

（1）扭剪型高強度螺栓聯接結構形式及應用
扭剪型高強度螺栓聯接由一個螺栓、一個螺母和一個墊圈構成，如圖2.1-3所示。它具有強度高、安裝簡便、質量容易保證、可以單面擰緊等優點。主要用于鐵路、公路、建筑、化工、冶金等鋼結構的聯接。

圖2.1-3扭剪型髙強度螺栓聯接
1一螺栓 2—墊圈 3—螺母

（2）緊固件品種與規格
目前，我國扭剪型髙強度螺栓國家標準只有一個品種（GB/T 3632—1995)，規格為M16、M20、M22和M24的粗牙螺紋。
（3）常用材料及機械性能
推薦使用的材料及性能見表2.1-19。

表2.1-19 扭剪型高強度螺栓、螺母推薦
使用的材料及機械性能（摘自GB/T 3632—1995)

（4）預緊力及其控制
高強度螺栓聯接通常用來承受較大的外載荷，為充分發揮螺栓的能力，應將高強度螺栓擰緊到塑性變形，即讓預緊力達到或超過螺栓的屈服點。
我國標準規定的預緊應力ð′的平均值為：ð′=0.75ðs
預緊力的控制建議采用轉角法或力矩-轉角法。力矩-轉角法控制預緊力的擰緊操作程序如下：先用力矩扳手按規定的擰緊力矩擰緊螺栓，規定的擰緊力矩一般按預緊應力為0.3ðs?0.8ðs計算得到，然后用螺母轉角法控制最后的預緊力，使其達到或超過屈服點。該方法控制預緊力的誤差約為±5%，單用螺母轉角法控制預緊力，誤差約為±25%?±30%。
此外，還可采用扭斷法來控制扭剪型高強度螺栓結構的預緊力。裝配時用特制的電動扳手，其上有兩個套筒，一個套在螺母的六角上，一個套在螺栓的十二角體上，如圖2.1-4所示。擰緊時對螺母施加順時針力矩，對螺栓施加等量的逆時針力矩，使螺栓斷頸部分承受扭剪，至斷頸扭斷為止，即安裝完畢。螺栓的安裝力矩即為擰緊力矩，亦即扭斷力矩。因此，預緊力與螺栓斷頸處直徑、材料和擰緊力矩因數Kt有關，其關系式為:
F′=doðb/6.6Ktd
式中do—螺栓斷頸處直徑（mm); ‘
ðb—螺栓材料的抗拉強度（MPa);
d—螺栓公稱直徑（mm);
Kt—擰緊力矩因數，見表2.1-20。

圖2.1-4 扭剪型髙強度螺栓聯接裝配示意圖

表2.1-20 髙強度螺栓聯接的擰緊力矩因數Kt

5）設計與計算
扭剪型高強度螺栓主要應用在鋼結構上，承受橫向載荷，和普通螺栓聯接類似，其承載能力計算公式為：Fw=µmðAs∑/Kf
式中:Kf—可靠性因子，一般取Kf=1.5-1.6;
µ—結合面間摩擦因數，見表2.1-4;
m—結合面數；
ð—計算拉應力；
As∑—螺栓聯接的總應力面積。
考慮到擰緊時預緊力的控制精度為±5%?±10%，為確保螺栓的承載能力，取計算拉應力為預緊應力的90%，即
ð=0.9F′/As
由ð′= 0.75ðs可得螺栓的總應力面積為:As∑=KfFw/0.675mµðs
于是，所需螺栓直徑為
式中z—螺栓個數；
P—螺距（mm)。
螺栓的間距和邊距可按表2.1-21推薦值選用，螺栓孔直徑Do=d+3 mm。

表2.1-21 高強度螺栓聯接的間距和邊距（mm)

注：此處邊距指垂直于載荷方向的邊距，順載荷方向的邊距可取為螺栓直徑的2.5倍。