螺栓的材料

螺栓的材料（精选9篇）

篇1：螺栓的材料

常用螺栓用的材料

根据螺栓的强度级别采用不同的材料：

目前市场上标准件主要有碳钢、不锈钢、铜三种材料。

（一）碳钢。我们以碳钢料中碳的含量区分低碳钢，中碳钢和高碳钢以及合金钢。

1、低碳钢C%≤0.25% 国内通常称为A3 钢。国外基本称为1008，1015，1018，1022 等。主

要用于4.8 级螺栓及4 级螺母、小螺丝等无硬度要求的产品。（注：钻尾钉主要用1022 材 料。）

2、中碳钢0.25%

3、高碳钢C%>0.45%。目前市场上基本没使用

4、合金钢：在普碳钢中加入合金元素，增加钢材的一些特殊性能：如35、40 铬钼、SCM435，10B38。芳生螺丝主要使用SCM435 铬钼合金钢，主要成分有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo。

（二）不锈钢。性能等级：45，50，60，70，80 主要分奥氏体（18%Cr、8%Ni）耐热性好，耐腐蚀性好，可焊性好。A1，A2，A4 马氏体、13%Cr 耐腐蚀性较差，强度高，耐磨性好。C1，C2，C4 铁素体不锈钢。18%Cr 镦锻性较好，耐腐蚀性强于马氏体。目前市场上进口材料主要是日本产品。按级别主要分

SUS302、SUS304、SUS316。

（三）铜。常用材料为黄铜…锌铜合金。市场上主要用H62、H65、H68 铜做标准件。

篇2：螺栓的材料

1技术要求

1）高强度螺栓应满足以下规范要求：

高强度螺栓技术指标均要满足ASTM A325的钢结构螺栓的牌号和类型、ASTM F436硬化钢垫圈规格、ASTM A 563螺母的相关要求。

2）螺栓的几何形状除满足ASTM A325和ASTM A307的标准外，也应符合ANSI中B18.2.1的要求。螺母除满足ASTMA 563的标准外，也应符合ANSI中B18.2.2中的要求。

3)供应商对高强度螺栓、螺母、垫圈和紧固组件的其他零件进行认证，以确保将要使用的螺栓是可识别的，并符合ASTM规格的适用要求，高强度螺栓由生产厂按批配套供货，生产厂须按批提供产品质量保证书。

4)供应商必须提供上了润滑油的、且用所提供的高强度螺栓测试过的螺母。

2螺栓的保管

1）高强度螺栓在运输、保管过程中要防雨、防潮、密封，并要轻装、轻卸，防止损伤螺纹。

2）高强度螺栓进场后，要按规定进行检验。检验合格后方可入库存放，用于生产。

3）每批高强度螺栓应有出厂合格证，螺栓入库前应对每批螺栓抽样检验，高强度螺栓入库时应检查厂家、数量、牌号、类型、规格等，且按照批号、规格（标明其长度和直径）成套分类存放，存放时做好防潮、防尘工作，为防止锈蚀和表面状况改变，严禁露天存放。

4)高强度螺栓要按包装箱上注明的批号、规格分类保管，室内架空存放，堆放不宜超过五层。保管期内不得任意开箱，防止生锈和沾染污物。

5)在安装地点，螺栓应置于密封的容器内，以避免灰尘和潮湿的影响。有积锈和积尘的螺栓不得在施工中采用，除非它们按ASTM F1852的标准再确认

3螺栓的领用

车间应根据施工图纸上螺栓的型号、规格、等级、数量、螺栓使用部位等开具《材料领用单》，物质部凭《材料领用单》发货，一旦在检验中发现螺栓材

篇3：螺栓的材料

螺栓作为螺纹连接用零件, 是最常见的机械联接所使用的标准件, 广泛应用在各种机械总成件中。由螺栓联接组装成的总成件, 一般情况下都是需要拧紧之后才能发挥作用进行工作。而作为在装配过程中最重要的螺栓规格及预紧力的选用, 我们却很少进行规范设计。合理的选配, 可以最大效果的发挥螺栓在装配件中的作用, 最大程度的延长总成件的使用寿命。

无论是作为螺栓, 还是需要装配的子零件, 都有一定的屈服极限。在装配过程中, 如果预紧力过大, 使零件的变形量超过零件的屈服极限, 零件就会损坏。所以装配件要长时间稳定有效的工作, 设计人员必须对螺栓预紧力进行规范设计。

1、螺栓预紧力的选用

螺栓作为重要的联接件, 在总成件安装时必须拧紧, 在联接承受工作载荷之前, 预先受到力的作用, 这个预加的力就是预紧力, 预紧的目的是为了增强连接的可靠性和紧密性, 防止总成安装件在工作的时候, 受到力的作用, 各联接件之间出现缝隙或相对滑移。所以在总成件的设计中, 必须对预紧力的大小进行规范设计。

1.1 合理选用预紧力

在专业的螺栓紧固件装配中, 一般都配有标准扳手, 不同的直径规格的螺栓使用不同长度的扳手, 扳手长度为螺栓直径规格的15倍左右, 在这个基础上使用专业的力学工具可以体现准确的拧紧力矩, 达到可量化的预紧力, 对于一些关键件和重要件尤为重要。一旦使用大规格长扳手拧紧小规格的螺栓, 往往会造成过拉紧, 破坏零件本身使整个连接结构失效。

在拧紧螺母时, 两个或者多个零件被压紧, 零件自身被压缩, 就像弹簧的压缩变形一样, 在螺母和螺栓与装配件之间的接触表面零件自身会产生很大的力, 这个力会使得螺栓发生拉伸变形, 经计算该应力是简单的轴向拉力的1.3倍, 螺栓产生的拉应力超过材料的强度极限时, 螺栓就被拉断了。仅通过操作者的经验进行螺栓的紧固, 对于批量生产的产品是非常不科学的。对于长扳手拧紧小螺栓时, 更应该注意预紧力的大小, 避免发生过度预紧的现象。

使用标准扳手时, 实力大小可参照下表:

1.2 常用规格螺栓的扭矩值

表2列出了部分常用规格螺栓不同性能等级所对应的紧固扭矩值。[2]

对于设计人员来说, 该连接处的预紧力需要多大, 才能既达到零件的工作要求, 又不大于螺栓的安全应力, 这就需要计算出该处所需的应力最小值, 以此数值来选用合适的螺栓紧固件。施加于螺栓紧固件上的预紧力, 上限值取决于螺栓紧固件的屈服极限, 下限值取决于满足工作需要所需提供的最小预紧力[3]。

2、螺栓规格的合理选用及设计计算[4]

2.1 选用的重要性

装配是实现总成件, 尤其是大型总成装配件生产的重要环节, 零部件之间的联接通常通过螺栓来实现, 尤其是关键部位的螺栓, 其联接质量决定着总成装配件的可靠性。由于螺栓施加预紧力的数值影响了螺纹连接质量, 在保证采用合适预紧力装配的前提下, 选用合适的螺栓规格, 非常必要。对于螺栓螺母等紧固件来说, 他们的性能参数都是在一定的的范围内变化的, 所以基本是有参考值的, 因此计算出该紧固连接处的螺栓规格在性能上是否达到工作强度要求, 是设计人员必须考虑的。

2.2 计算方法

下面仅以CNG供给系统中一组气瓶的框架在车架上的连接为例, 简单介绍下螺栓选用是否合理的计算方法。

作为一个供给系统, CNG系统该包括储气瓶以及固定框架。针对N3系列车辆, 依据ECE R110法规要求, 整个固定装置必须保证:运动方向6.6g 6.6倍的加速度和运动方向垂直的水平方向5g, 固定装置不允许发生破坏性位移。为了选配合适的螺栓紧固件规格, 可按照以下步骤进行设计计算:

装置参数:单气瓶145L, 单重125kg, 充满气重155kg, 气瓶支架重315 kg, 共八个气瓶, 用24*M14的螺栓固定于车架。

2.2.1 计算整个框架 (包括加满气的气瓶) 的重量

3.2.2计算外面的负荷

式中:K为加速度值;最多是20。

F为摩擦系数 (“连接板-车架”) 取常规值F=0.2

2.2.3 计算一个螺纹连接紧固力的负荷

式中:1.2为预先紧固力的效率

h为螺纹连接 (螺栓) 的数量, h=24

2.2.4 计算螺栓杆的截面面积

式中d为M14×1.5螺杆的截面直径, d=14-1.5=12.5mm=0.0125m

2.2.5 计算螺栓杆的抗拉应力

2.2.6 计算螺栓的紧固力

d0为螺栓的外直径, d0=12mm

K1为效率 (含螺线角及螺纹的摩擦) 。一般为K1=0.12

2.2.7 计算螺栓杆的应力切线

dc为螺栓杆的直径, dc=14 mm=0.014m

2.2.8 计算最大的换算应力

2.2.9 按照塑性流动计算强度系数

1 0.9 级M14螺栓的应力是900 Mpa, 等于91.83×1 06 (Kg/m3)

按照上述的计算程序, 可以计算出该处的连接安全系数为1.21, 如果该系数小于1, 就需要选择强度更大屈服强度更高的螺栓进行匹配。

3、结语

工业生产中, 螺栓等紧固件的应用越来越广泛, 如何保证批量工业产品的安全可靠性, 显得非常重要。在设计过程中, 准确选用螺栓规格和预紧力的大小, 可以提高螺栓联接总成件的装配质量, 减少因产品质量问题带来的损失。对于螺栓预紧力的计算及控制方法, 既需要丰富的经验, 也需要认真研究、细心分析, 根据拧紧力矩的计算, 实验数据的采集, 模拟分析等多种方法综合考虑, 选择最合适的螺栓规格和相应的预紧力。实际生产过程中, 除了进行必要的设计计算, 还有更多更复杂的因素要考虑进去, 这主要是根据各行业产品的特点和工艺实际情况来决定的。

摘要：随着工业发展的进程越来越快, 机械零件的使用越来越多, 螺栓作为最常用的连接件, 它的使用也分布于各行各业。然而对于装配过程中, 螺栓联接需要多大的预紧力, 选配规格是否合理, 很多人并不了解, 文章就针对螺栓预紧力的选用和螺栓规格的规范设计, 做一些介绍和研究。

关键词：螺栓,螺栓规格,预紧力,计算,强度系数

参考文献

[1]紧固件标准实施指南.中国标准出版社.

[2]GB/T3098.1-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱.

[3]GB/T16823.2-1997螺纹紧固件紧固通则.

篇4：螺栓的材料

关键词：螺栓；疲劳裂纹扩展；应力强度因子；疲劳寿命估算

目前，我国的网架结构规模处于世界前列.这种结构通常应用于大型的工业以及公用建筑中，一旦发生破坏将会造成安全事故和巨大的经济损失.在网架结构的破坏形式中疲劳破坏是一种脆性破坏，后果非常严重.《网架结构设计与施工规程》1中第1.0.4条规定“直接承受中级或重级工作制的悬挂吊车荷载并需进行疲劳验算的网架构件，其疲劳强度应进行专门的试验确定.”《钢结构设计规范》2中第6.1.1条规定“直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力循环次数大于或等于5×104次时，应进行疲劳计算.”网架结构疲劳通常发生在节点位置，网架节点有焊接球节点和螺栓球节点两种，关于焊接疲劳计算的文献较多，其中彭凡3采用临界距离理论评定了焊接接头的疲劳寿命.由于螺栓球节点的研究相对较少，现行钢结构设计规范中的疲劳构件和连接分类中没有螺栓球节点这一类，工程技术人员在设计时仅能凭经验，存在一定的安全隐患.目前国内外已有学者对高强螺栓的疲劳性能进行研究，如太原理工大学的闫亚杰4、雷宏刚5等人已经对部分型号螺栓的疲劳性能进行了试验，得出了在不同应力差下螺栓的疲劳寿命，为螺栓的疲劳设计提供了一定的参考.本文将根据断裂力学理论并结合SN曲线法对螺栓球节点中高强螺栓的疲劳性能进行进一步的研究.

1高强螺栓的裂纹

1.1高强螺栓的裂纹形式及其应力强度因子

裂纹是构件产生疲劳破坏的重要原因.裂纹的产生通常和应力集中有密切的关系，应力集中程度越高，裂纹萌生的几率也就越大.在螺栓球节点中高强螺栓在使用过程中存在着显著的应力集中.螺栓上应力集中最严重的部位是螺栓的螺纹根部，因此在该处最容易萌生裂纹.在裂纹出现之后该处的应力集中会进一步增大，进而裂纹也进一步发展.在螺栓球节点中高强螺栓上的应力集中并非沿着螺栓杆每个截面都是一样的，通常螺栓杆上与螺栓球最外边缘啮合的螺纹根部的应力集中最大，在该处产生的裂纹表现为表面裂纹.为了便于分析，本文将该裂纹按半圆形裂纹处理.由于螺栓球节点中的高强螺栓承受的是拉力，故该裂纹属于张开型表面裂纹.

6中规定，用于描述圆柱体的张开型表面裂纹的应力强度因子可表示为：

KⅠC=α1Sπa，1

α1=1.12hλ0.752+2.02λ+0.371-sin πλ23，2

hλ=0.92tan πλ2πλ222πcos πλ2.3

式中：KⅠC为圆柱的应力强度因子；S 为构件上的名义应力；a 为裂纹的长度；λ 为ad，d为圆柱体直径；α1为圆柱体形状系数；

目前对于螺栓螺纹处张开型表面裂纹的应力强度因子研究得比较少.沈阳航空工业学院的尹峰等7通过试验得出：当裂纹深度达到一定值时，可忽略原本螺纹应力集中的影响，且螺纹原本应力集中影响与裂纹扩展深度呈线性关系.本文参照圆柱体的张开型表面裂纹的应力强度因子计算公式1，对其进行修正获得螺栓的表面张开型裂纹的应力强度因子，见式4：

KⅠS=α2Sπa.4

式中：KⅠS为螺栓的应力强度因子；α2为螺栓形状系数.

对于螺栓来说，由于螺纹根部存在应力集中，该处裂纹的应力强度因子必定大于圆柱体表面张开型裂纹的应力强度因子.本文偏于安全地假定：当裂纹深度扩展到螺栓直径时才可忽略原本螺纹的应力集中影响.此时的应力强度因子与圆柱体的相同.当螺栓表面裂纹长度为0时，该处的应力为名义应力S乘以应力集中系数Kt，而圆柱体在裂纹长度为0时截面应力分布均匀.因此当裂纹长度为a0时，KⅠS=KtKⅠC.当裂纹开始扩展后，螺纹原有应力集中对螺栓应力强度因子的影响逐步降低.因此：

α2=Kt-Kt-1daα1.5

式中： Kt为裂纹出现前螺栓螺纹的应力集中系数；各型号螺栓的应力集中系数见

1.2高强螺栓的临界裂纹

由于缺乏有关40Cr钢断裂韧性的资料，采用与40Cr材料相近的34CrNi3Mo钢的断裂韧性代替5.与34CrNi3Mo钢相比，40Cr钢材的强度稍高，但是韧性较低.查得34CrNi3Mo的断裂韧性为77.531 MPa·m12.

当螺栓裂纹扩展到一定程度时，螺栓会在循环荷载中的最大应力作用时断裂.此时应力强度因子K1CS等于材料的断裂韧性.将40Cr的断裂韧性代入式4，得到式6：

α2Smax πaC=77.531. 6

对式6进行化简，得到高强螺栓裂纹的临界长度为：

ac=77.5312πS2maxα22.7

1.3裂纹的扩展与疲劳寿命

疲劳裂纹形成之后，构件中的裂纹扩展首先按照与拉应力成45°角的最大剪应力方向扩展，之后裂纹开始沿最大拉应力方向扩展.对于这个阶段裂纹的扩展速率，近年来国内外学者进行了大量的研究.在众多研究结果中，Forman等人提出下述表达式考虑的因素较为全面，如式8所示

SymbolDA@ KⅠS为螺栓应力强度因子幅；Smin为最小名义应力，如为压力时取Smin =0；Smax为最大名义应力；a 为裂纹的长度；C，m 为实验测得的材料常数.

当初始裂纹为a0时，螺栓的疲劳寿命可表示为式10：

N=∫aca01-RKICSCΔKISm+1CΔKISm-1da.10

查应力强度因子手册可知，40Cr钢的C=2.65×10-11，m=2.5.

由于螺栓螺纹根部存在很大的应力集中，故在该处容易萌生裂纹.且在应力集中的作用下裂纹萌生所需的循环次数大幅减少.对于螺栓而言，其裂纹扩展寿命在疲劳寿命中占有很大比重.因此本文在估算螺栓的疲劳寿命时只考虑裂纹扩展寿命.由于钢构件在冶炼加工中存在着初始缺陷，通常裂纹长度小于0.5 mm的钢构件为合格，因此一般情况下的工程估算假设初始裂纹a0=0.5 mm.

2高强螺栓的疲劳寿命估算

2.1高强螺栓的疲劳极限强度

一般情况下N=1对应的疲劳强度是材料的静拉伸强度Sb，由于钢材属于延性材料，故估算时所需要的Sb取螺栓的屈服强度.N=107时对应的疲劳强度是材料的疲劳极限.特别地，在应力比ρ=-1的情况下，S记为S-1.以M24高强螺栓为例，取Kt=5.46，联解式4，7和10并取ρ=-1，N=107，a0=0.5 mm，经计算可以解得疲劳极限强度Sf=37 MPa.

由于不同型号螺栓的应力集中系数大致相当，可以算出其他型号螺栓的疲劳极限强度也都处于37～41 MPa之间.可以认为各型号螺栓的疲劳极限强度也大致相当.因此将37 MPa作为ρ=-1时各种型号螺栓的疲劳极限强度.

2.2材料应力疲劳的特性及等寿命曲线

反映外荷载和疲劳寿命关系的曲线称为SN曲线.典型的SN曲线一般可分为3个部分.低周期疲劳区LCF，高周期疲劳区HCF和亚疲劳区SF.特别地，在应力比ρ=-1的情况下，S记为S-1.大量实验证明，在高周期区域HCF对数坐标下的SN曲线近似为一条直线.SN曲线存在多种表达式， 其中最为常用的是幂函数形式，本文也采用该形式估算螺栓的疲劳寿命.

幂函数形式：

N·Sα=C. 11

两边取对数有： lgN=A+BlgS.幂函数的SN关系在对数坐标系上为直线.其中 α和C为材料常数，Sf为应力疲劳极限.

反映材料特性的SN曲线是在给定应力比的情况下得出的.为了综合考虑应力幅和应力比的影响，可以将不同应力比情况下由实验得出的等寿命点画在SaSm图上即为等寿命曲线.由于实验测等寿命曲线比较困难，故实际工程中常采用一些估算等寿命曲线的经验模型.其中Goodman模型8偏于保守，为工程实际中常用.

Goodman直线模型：

由于《钢结构设计规范》GB 50017中所规定直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力循环次数大于或等于5×104次时，应进行疲劳计算.由式17中可以得出，此时的S-1=107 MPa.因此可以认为当直接承受动力荷载重复作用且循环次数大于或等于5×104次时的螺栓球节点连接，螺栓上的S-1≤107 MPa.此外《钢结构设计规范》GB 50017中规定的容许应力幅对应疲劳寿命是2×106次，同样可以由式17得出，此时的S-1=51 MPa.因此也可以认为当螺栓上S-1≤51 MPa时的螺栓以球节点连接时，可不进行疲劳计算.

2.4估算公式与实验结果的比对

为了验证高强螺栓疲劳寿命估算公式的计算精度，现将该公式的计算结果与国内现有的螺栓球节点常幅疲劳试验数据进行对比.

对比数据采用太原理工大学的闫亚杰4、雷宏刚等对螺栓球节点网架结构用M20，M30的10.9级高强螺栓进行了疲劳试验的结果.实验数据中有32组数据是对螺栓进行常幅循环加载，其中有9组螺栓的循环次数达到或超过了2×106次.另外有4组螺栓第7，10，21和22组由于存在不同程度的初始缺陷造成螺栓过早破坏，这些数据应该剔除.对比结果见表2.

由表中数据对比可知，除去4组存在初始缺陷的螺栓后，28组螺栓的估算值与理论值误差的平均值为0.544，均方差为0.582.其中有25组实验疲劳寿命高于估算疲劳寿命，另有3组第9，19和20组估算寿命略大于实验寿命.总体而言，估算结果还是偏于安全的.且在高周期疲劳的估算值与实验结果误差不大，当循环次数多于5×104次时的估算结果与实验结果误差大多在一倍以内，这在疲劳估算中是比较准确的.实验数据也证明当S-1≤51 MPa时螺栓球节点所经历的循环次数均大于2×106次.如图2所示.

此外还可以发现，当应力水平较高、循环次数较少时，螺栓疲劳的实验寿命高出估算寿命较多.如第1组到第6组，疲劳的实验寿命均高出估算寿命的10倍左右，这是由于加载的最大应力较高，在缺口效应的作用下使得螺栓螺纹根部出现了塑性区，从而缓解了应力集中，使疲劳寿命大幅提高.且对于循环次数较低的疲劳构件，其寿命的离散率也更高.

对比表中的估算寿命可发现，裂纹对螺栓的疲劳性能影响很大.且裂纹长度越短，其扩展速率越快.因此准确测得裂纹长度才能保证螺栓的疲劳性能.由表中数据可知，当a0为1 mm时，螺栓的疲劳寿命约为实验寿命的25%，当a0为1.5 mm时，螺栓的疲劳寿命约为实验寿命的10%.

3 结论

提出了螺栓球网架节点高强螺栓的疲劳性能计算方法并进行了疲劳性能研究，获得了如下成果：

1采用本文所提出的高强螺栓疲劳寿命计算方法所得到的结果与试验结果相比基本吻合，大多数螺栓的疲劳估算寿命较实验寿命数值小，偏于安全.当应力水平较低时，采用本文的高强螺栓寿命估算结果与实验结果较接近，高周期疲劳的估算寿命与实验寿命相差在一倍左右.这是由于应力水平较高的螺栓螺纹根部塑性区较大，使螺栓的疲劳性能得到提高，估算寿命常不及实验寿命的10%.

2比较了高强螺栓裂纹长度对高强螺栓的疲劳性能的影响.随着高强螺栓裂纹长度的增加，会大大减少高强螺栓的疲劳寿命.当裂纹长度超过1 mm时，高强螺栓的计算疲劳寿命大约降至没有裂纹螺栓试验结果的14.

参考文献

1JGJ 7-91网架结构设计与施工规程S. 北京：中国建筑工业出版社， 1991：1-3.

JGJ 7-91 Space truss design and construction regulationsS. Beijing： China Architecture and Building Press，1991：1-3. In Chinese

2GB 50017-2003 钢结构设计规范S. 北京： 中国计划出版社， 2003： 68-70.

GB 50017-2003 Code for design of steel structuresS. Beijing：China Plan Press， 2003：68-70. In Chinese

3彭凡， 姚云建， 李良中. 临界距离理论评定焊接接头疲劳寿命的研究J. 湖南大学学报：自然科学版， 2012， 395：28-32.

PENG Fan， YAO Yunjian， LI Liangzhong. Study of critic distance theory on the fatigue assessment of welded jointsJ. Journal of Hunan University： Natural Sciences， 2012， 395：28-32.In Chinese

4闫亚杰，雷宏刚，焦晋峰，等. 螺栓球节点网架结构中高强度螺栓常幅疲劳计算方法的建立J.建筑结构学报，2010，31S1： 92-97.

YAN Yajie， LEI Honggang， JIAO Jinfeng， et al. Constant amplitude fatigue calculation method of high strength bolts in grid structures with bolt sphere jointsJ. Journal of Building Structures， Supplementary Issue，2010， 31S1：92-97. In Chinese

5雷宏刚. 螺栓球节点网架结构高强度螺栓连接疲劳性能的理论与试验研究D. 太原： 太原理工大学建筑与土木工程学院， 2008：56-128.

LEI Honggang. The theoretical and experimental research on fatigue performance of high strength bolt connection in grid structure with bolt sphere joint D. Taiyuan：College of Architecture and Civil Engineering， Taiyuan University of Technology， 2008： 56-128. In Chinese

6中国航天研究院.应力强度因子手册M.北京：科学出版社， 1993：297.

China Academy of Space. Stress intensity factor handbookM. Beijing： Science Press， 1993：297.In Chinese

7尹峰， 魏玉霖， 刘欣. 受拉螺栓表面裂纹应力强度因子的估算J. 沈阳航空工业学院学报，1994 27：14-20.

YIN Feng， WEI Yulin， LIU Xin. Evalation of surface crack in the thread groove of bolts subjected to axial tension loadingJ. Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering， 199427： 1420. In Chinese

8LEGUILLON D， QUESADA D， PUTOT C，et al. Prediction of crack initiation at blunt notches and cavitiessize effectsJ. Engineering Fracture Mechanics， 2007， 7415： 2420-2436.

9GBT 16939-1997钢网架螺栓球节点用高强度螺栓S. 北京： 中国计划出版社， 1997：5.

篇5：螺栓的材料

化学螺栓由化学胶管、螺杆、垫圈及螺母组成。

螺杆、垫圈、螺母(六角)一般有镀锌钢和不锈钢两种(也可按要求热镀锌)。

化学胶管(或用塑料包装的药剂管)含有反应树脂、固化剂和石英颗粒。

2、化学螺栓的有关参数

钻孔深度：由锚栓类型及尺寸来决定需要的钻孔深度，除少数例外情况，它一般总大于锚固深度。在打孔时，钻孔深度的控制尤为重要。假如使用与相应的厂家锚栓就有与之相匹配的自动保障孔深的钻机(例如德国慧鱼牌锚栓就有与之相匹配的高科技柱锥式万能钻头FZUB)钻孔，钻孔就很方便。

锚固深度：从锚固基础结构表面到螺杆底真个间隔，是影响其承载力的重要参数见图2.

锚固厚度：锚固厚度即是被锚固物体的厚度。假如锚固基础至少有抹灰或瓷砖、尽缘层覆盖，则锚固的锚固厚度至少即是抹灰或瓷砖、尽缘层厚度加上被锚固物体的厚度见图2.

边距：是指锚栓轴线至构件自由边沿的间隔。

问距：是指相邻锚栓轴线间的间隔。

构件厚度：是指锚固基础的厚度。

为了发挥一个锚栓的最大承载能力，必须保障一定的间距、边距、构件厚度，其数据一般以厂家提供的技术参数为准。

二、适用范围

1、适用于普通混凝土强度等级大于即是C15(未开裂混凝土)，致密的自然石材。

2、用于固定普通钢结构、底座、导轨、柱帽、柱脚、牛腿、栅栏、楼梯、幕墙、扁钢及型钢、预埋钢筋、埋进式模板等。

三、特点：

1、施工温度范围较宽，从15℃～40℃。

2、无膨胀力锚固，对混凝土不产生挤压应力，适用于各种基材，在强度较差的混凝土上表现更佳。

3、安全方便(如喜利得螺栓药剂管特殊倒挂外形，保证垂直面悬挂施工时不坠落)。

4、间距、边距小，适用于空间狭小处。

5、安装操纵便利，安装后能迅速固结，有较高的承载力。

6、适用于重载及各种震动负载。

7、锚固厚度较大。

四、工艺原理：

通过合成树脂砂浆粘合锚杆和孔壁，使锚杆、锚固基础与被锚固对象形成一个整体，从而达到固定构件或进步构件承载力的效果。

五、工艺流程：

安装程序：钻孔-清孔-置进药剂管-钻进螺栓-凝胶过程-硬化过程-固定物体

1、钻孔：先根据设计要求，按图纸间距、边距定好位置，在基层上钻孔，孔径、孔深必须满足设计要求。

2、清孔：用空气压力吹管等工具将孔内浮灰及尘土清除，保持孔内清洁。

3、置进药剂管：将药剂管插进洁净的孔中，插进时树脂在手温条件下能象蜂蜜一样活动时，方可使用胶管。

4、钻进螺栓：用电钻旋进螺杆直至药剂流出为止。电钻一般使用冲击钻或手钻，钻速为750转/分。这时螺栓旋进，药剂管将破碎，树脂、固化剂和石英颗粒混合，并填充锚栓与孔壁之间的空隙。同时，锚栓也可以插进湿孔，但水必须排出钻孔，凝胶过程及硬化过程的等待时间必须加倍。

5、凝胶过程：保持安装工具不动，化学反应时间如表1.

6、硬化过程：取下安装工具静待药剂硬化，化学反应时间如表1.

7、固定物体：待药剂完全硬化后，加上垫圈及六角螺母将物体固定便可。

六、质量要求及控制

1、钻孔时最好使用与锚栓相匹配的钻头，并不得损伤钢筋。

2、在施工之前，必须对锚栓作材料力学性能试验，经试验合格后，方可现场使用。

3、在现场施工应做锚栓现场应用条件确定试验，以充分检验承载能力。试验不仅在低强度混凝土中进行，也要在高强度混凝土中进行。在测试中，其答应荷载、相应间距、边距构件厚度按生产厂的说明埋置锚栓。试验采用轴心拉力、剪力及拉剪组协力，从而确定荷载方向对承载力的影响。

4、清孔时必须将孔内尘土及浮灰清理干净。

5、药管在冬施时，应提前对其进行保温处理，以保证药管在插进钻孔时有足够的活动性(在手温时，树脂象蜂蜜一样活动)。

6、螺杆必须用电钻旋进，不许直接敲进。

7、钻孔内不得有积水。

七、施工实例及应用效果：

在民族文化宫抗震加固工程Ⅲ段12层外墙边梁粘钢、Ⅳ段展厅及Ⅰ段观众厅马道固定中，采用YJ结构胶粘贴与化学螺栓锚固相结合的方法。Ⅲ段梁加固属于单侧加固，采用化学螺栓锚固，充分保证加固的整体效果，达到了设计及抗震加固的要求。

篇6：螺栓的抗拉强度

螺栓的性能等级8.8指材料的抗拉强度极限800MPa，屈服极限640MPa。

螺栓、螺柱、螺柱的性能等级共分10个等级：自3.6至12.9。小数点前面的数字代表材料的拉强度极限的1／100，小数点后面的代表材料的屈服极限与抗拉强度极限之比的10倍。

螺母的性能等级分7个等级，从4到12。数字粗略表示螺母保证能承受的最小应力的1／100。

对统一英制螺纹，外螺纹有三种螺纹等级：1A、2A和3A级，内螺纹有三种等级：1B、2B和3B级，全部都是间隙配合。等级数字越高，配合越紧。1、1A和1B级，非常松的公差等级，其适用于内外螺纹的允差配合。2、2A和2B级，是英制系列机械紧固件规定最通用的螺纹公差等级。3、3A和3B级，旋合形成最紧的配合，适用于公差紧的紧固件，用于安全性的关键设计。

公制螺纹，外螺纹有三种螺纹等级：4h、6h和6g，内螺纹有三种螺纹等级：5H、6 H、7H。螺纹配合最好组合成 H/g、H/h或G/h，对于螺栓、螺母等精制紧固件螺纹，标准推荐采用6H/6g的配合.碳钢：强度等级标记代号由“?”隔开的两部分数字组成。标记代号中“?”前数字部分的含义表示公称抗拉强度，如4.8级的“4”表示公称抗拉强度400N/MM2 的1/100。标记代号中“?”和点后数字部分的含义表示屈强比，即公称屈服点或公称屈服强度与公称抗拉强度之比。如4.8级产品的屈服点为320 N/mm2。

不锈钢产品强度等级标志由“—”隔开的两部分组成。标志代号中“—”前符号表示材料。如：A2，A4等标志“—”后表示强度，如：A2-70 碳钢：公制螺栓机械性能等级可分为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9共10个性能等级 钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9 等10 余个等级，其中8.8 级及以上螺栓 材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称 抗拉强度值和屈强比值。例如，性能等级4.6 级的螺栓，其含义是：

1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa 级；

2、螺栓材质的屈强比值为0.6；

3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa 级

性能等级10.9 级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：

1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa 级；

2、螺栓材质的屈强比值为0.9；

篇7：松浦大桥高强度螺栓的施工

松浦大桥高强度螺栓的施工

高强度螺栓连接是现代钢结构的先进工艺,在工地用高强度螺栓连接形成钢构筑物,这种连接方式已得到了广泛应用.本文主要介绍高强螺栓连接施工工艺、质量控制

作 者：吴迪 李钊 作者单位：东北林业大学工程监理部,黑龙江,哈尔滨,150000刊 名：中国新技术新产品英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS年，卷(期)：“”(9)分类号：关键词：高强螺栓施工 施工 质量

篇8：螺栓的材料

螺栓是梁与柱的主要连接件，普通螺栓与高强螺栓均可应用于梁与柱的抗弯连接中，但两者的计算假定和计算方法是不相同的，这是由于计算时假定螺栓形心轴位置的不同而引起两者计算方法的不同。普通螺栓的抗弯中，所有普通螺栓均处于受拉状态，而在高强螺栓的抗弯中，高强螺栓部分处于受拉状态，部分处于受压状态。但在工程设计和一些注册结构考试的丛书中，经常出现计算错误，把高强螺栓的计算假定及计算方法与普通螺栓视为相同，从而造成结构工程事故。为了使工程设计人员避免在工程设计时出现错误，作者具体阐明普通螺栓与高强螺栓用于梁与柱的抗弯连接计算及工程应用。

1 两种螺栓在梁柱节点抗弯连接中的计算

随着我国国民经济的发展，钢结构在我国应用越来越多，在钢结构的结构形式中，钢框架应用最多，在大型超市与普通厂房中，大部分采用此种结构形式，钢框架中主要节点是梁与柱的连接，梁与柱连接主要采用普通螺栓或高强摩擦型螺栓。下面作者以一例题详细介绍普通螺栓与高强摩擦型螺栓两者在梁柱节点抗弯连接中的具体计算方法:例题:如图1所示为梁与柱的螺栓连接，梁高600 mm(腹板高552 mm)，端板宽度b=200 mm，螺栓排成五行两列，螺栓直径d=20 mm，螺栓有效截面积Ae=244.8 mm2，取螺栓距P=100 mm，其余尺寸详见图1。1)假如采用普通C级螺栓，求此连接能承受的最大弯矩设计值。2)假如采用8.8级高强螺栓，梁柱接触面采用喷砂连接，求此连接能承受的最大弯矩设计值。

图1的梁柱螺栓连接中，梁端剪力V通过端板与焊接于柱上的托板端部刨平顶紧传给柱身。而梁端弯矩M通过焊接于梁端的端板用螺栓与柱的翼缘板相连而传递。因此螺栓群只承受梁端弯矩作用。

解答1:普通螺栓的抗弯连接计算中，当用弹性分析时，中和轴位于端板的下部，如图2所示的0—0轴，但由于计算较繁琐，目前工程设计中都采用假定算法，即假定中和轴位于弯矩指向处的第一排螺栓轴线上，同时还忽略端板受压区(图2阴影部分)对0—0轴产生的抵抗矩，即利用公式:Nmax=Mmaxymax/m∑yi2≤Ntb可以求出普通螺栓所能承受的最大弯矩设计值Mmax≤Ntbm∑yi2/ymax。根据《钢规》(7.2.1-5)普通螺栓:Ntb=Aeftb=244.8×170×10-3=41.6 k N。∑yi2=102+202+302+402=3 000 cm2，螺栓共2列，所以m=2。Mmax≤Ntbm∑yi2/ymax=41.6×2×3 000/40×10-2=62.4 k N·m。

解答2:由于高强螺栓连接中，梁端板与柱翼缘板之间有预压力，在弯矩作用下，只要受力最大螺栓的拉力Nmax≤0.8P(P为高强螺栓的设计预拉力值)，端板与柱翼缘板间仍将保持紧密接触，因此在高强螺栓群承受弯矩作用时的中和轴位于螺栓群的形心处，如图3所示。

根据《钢规》7.2.2条2款螺栓:Nbt=0.8P=0.8×125=100 k N。

经过上述例题，工程设计人员明白了普通螺栓与高强摩擦螺栓在工程设计中的具体计算方法，但在具体工程设计中，不少工程师错误地认为无论是采用普通螺栓还是高强摩擦螺栓，中和轴都假定位于弯矩指向处的第一排螺栓中心线上，从而引起错误的计算。我们假定计算高强螺栓的抗弯连接时同普通螺栓一样也把中和轴位于第一排螺栓中心线上，看高强螺栓连接所能承担的最大弯矩设计值是多少，计算如下:Nbt=0.8P=0.8×125=100 k N。∑y2i=102+202+302+402=3 000 cm2，螺栓共2列，所以m=2。Mmax≤Nbtm∑y2i/ymax=100×2×3 000/40×10-2=150 k N·m。

经过上述计算可见，如计算高强螺栓连接按照中和轴位于弯矩指向处的第一排螺栓中心线上，计算的承受最大弯矩结果将会大于高强螺栓实际所能承受的实际抵抗矩，所以如果工程设计人员按照普通螺栓的计算方法去计算高强摩擦螺栓，将会引起计算错误，导致工程事故的发生。

2 钢框架梁与柱的螺栓连接中螺栓的选用

我国的钢结构设计中，绝大多数不区分结构承受荷载性质而统统采用高强摩擦型连接，而欧美一些国家对于承受静荷载或间接承受动力荷载的结构，多选用普通螺栓。笔者认为实际上对一般的建筑钢结构(即不承受动力荷载的结构)，主张采用或优先采用普通螺栓连接，而不必采用高强摩擦螺栓而造成建筑成本的提高，优先采用普通螺栓的理由如下:

1)设计计算准确:

选择普通螺栓连接，首先按设计抗剪力计算螺栓抗剪断面直径d，计算与工艺因素无关，工程设计者心里有底。而选择摩擦型螺栓，其抗剪力计算公式虽然看起来简单，但抗滑移系数u与连接处构件接触面的处理方法、除锈工艺、接触面清洁程度有关，选小了会增大螺栓直径，浪费材料，选大了，担心实际接触面状况有出入，设计者心里不踏实。

2)方便施工。

普通螺栓连接不是靠预拉力(预紧力)压迫接触面产生摩擦力抵抗剪力，因此构件的连接部位，即接触面，可以和其他部位一样在制作时进行防腐涂装，进入施工现场后，不必和高强摩擦螺栓一样再进行抗滑移和扭矩两个系数复验，对终拧扭矩要求不严，也省去24 h内的复验。这无疑会加快施工进度。

3)不会因超拧引发事故。

笔者从施工现场统计资料来看，高强摩擦螺栓因超拧引发延迟裂纹造成结构破坏的事故较多，预紧力叠加杆轴方向拉力者尤甚。使用摩擦型高强螺栓就必须达到设计预拉力(预紧力)，而这个指标在施工安装现场是通过终拧扭矩间接控制的。现场连接件状态和送样有差别(扭矩系数取值有误差)，扭矩扳手校验不及时也会有误差，栓接工未经考核、认证带来的操作问题，甚至部分技术人员不会计算终拧扭矩等因素存在，使超拧状况时有发生。国外对摩擦型高强螺栓终拧质量靠用超声波应力测定仪来测定，为安装企业必备。它的原理是测螺栓拧紧前后的(弹性)伸长，从而显示出应力值(MPa)。这种设备价值昂贵，且我国施工使用单位反映误差大。目前我国钢结构施工质量验收规范还是规定用终拧扭矩来控制摩擦型高强螺栓的连接质量。如果采用普通螺栓，这种情况可以避免。从笔者经验看，对于直径d不小于M16的螺栓，认为使用100 k N·m的扭矩拧紧就可以了，不会有超拧这一说。

3 不同情况采用不同螺栓

为解决普通螺栓承担的剪力及弯矩比较小的问题，可以采用承压型高强度螺栓，此种螺栓的弊端就是栓孔直径比较小，对接触面板件螺孔的定位配钻技术要求高，但承压螺栓不像摩擦型高强螺栓要求连接处构件接触面处理精细，只需清除油污及浮锈即可。对于实际工程中具体应用哪一种螺栓，笔者认为应根据荷载性质及工程具体实际情况综合考虑，建议如下:

1)在一般的钢结构设计中(荷载不太大，可以用于动力荷载结构)，建议采用普通螺栓，此种螺栓要求工艺处理费用较低，操作简单。2)在受力比较大，但结构承受静荷载或间接承受动力荷载的结构，可采用承压高强螺栓(承压型螺栓不可应用于动力结构)，此种螺栓接触面处理没有像高强摩擦型螺栓那样严格，但相比普通螺栓而言，钻孔技术要求较高。3)在承受较大荷载，且承受动力荷载的结构，采用高强摩擦型螺栓。

4 结语

笔者从一例题阐述了普通螺栓与高强摩擦螺栓的计算方法，使工程设计人员明确两种螺栓的计算方法的不同之处，计算高强摩擦螺栓时不再按照普通螺栓的计算方法而造成计算偏大的结果从而造成工程事故的发生。随后笔者提出了两种螺栓在工程实践中的优劣程度，并且提出了作者自己的见解，在何种荷载情况下采用哪一种螺栓比较合理，而不是不区分结构承受荷载性质而统一采用高强摩擦型连接，从而造成建筑成本提高及一些没有必要的经济损失。

参考文献

[1]夏志斌,姚谏.钢结构——原理与设计[Z].

[2]汪一骏,顾泰昌.钢结构设计手册[Z].

篇9：超级螺栓的结构分析

随着现代工业的迅速发展，大型及超大型机械广泛应用于石化、电站、矿山、农业生产、交通运输及冶金等行业。对投资大、使用寿命长、安全性要求高的重要设备，其安全性和运行可靠性在整个生产过程中起着关键作用。而螺栓往往是保证设备密封、连接的可靠性的重要部件之一。

螺栓紧固是利用产生大于载荷的、精确的、可持久的预紧力实现的。只要预紧力大于载荷，螺栓连接不会出现问题，但预紧力过大，也会导致螺栓本体及连接件破坏。而且，随着螺栓直径增大，拧紧螺栓所需要的扭矩呈指数型增加，要实现精确的预紧力，对于大直径的螺栓尤为困难。对于普通大型螺栓，紧固时常需要借助锤击、加热液压扳手、液压拉力器等笨拙的方法，有时甚至需要起重机拉动专用轮型扳手，来使螺栓产生足够的预紧力，以达到紧固的目的。但这些方法既费时，又费力，也很不经济。

超级螺栓提供了解决普通大螺栓精度差、耗费时间、设备昂贵、安全隐患、螺纹咬死等问题的最佳解决方案。其在拧紧所用的扭矩小、精度高、防松方面的优势尤为突出。本文首先介绍了超级螺栓的主要结构、运作过程及特点；然后通过理论计算，解释超级螺栓可以节省扭矩的原因；最后，用有限元软件证实了超级螺栓可以通过小的扭矩来预紧效果。

2、超级螺栓

2.1超级螺栓的结构

超级螺栓又称多级顶推超级螺栓，是由一个中心螺栓和一个周围带有一圈同心多级顶推螺栓的螺母组成。超级螺栓的实物及结构简图见图1。主螺纹用于安置预紧器在螺栓或螺柱上并靠在硬垫片及承載面上。一旦安置到位，螺栓或螺柱的实际张紧通过简单的手动工具来拧紧环绕着主螺纹一圈的顶推螺栓来实现，顶推螺钉均匀地传递预紧力到主螺纹上，从而，也传递到连接件上。主螺纹被纯张力锁紧。

2.2超级螺栓的运作

超级螺栓的运作原理见图2。其运作步骤如下：1）通过拧紧顶多螺栓，产生了强大的顶推力（轴力）。这个顶推力直接作用在硬垫片上。顶推螺栓摩擦直径小，因此可以用相对小的扭矩来实现高的顶推力。2）负载被传递到已经手动安装到主螺纹上的螺母主体上。3）硬垫片用来传递力，同时保护法兰面。4）顶推螺栓的（轴向）顶推力和主螺栓头的方向作用力一起在法兰上产生一个强大的夹紧力。5）顶推螺栓的顶推力（轴向）在主螺栓上产生一个相同大小的力。

2.3超级螺栓的优势

超级螺栓在以下几个方面的优势非常突出：1）机械效益明显：传统螺栓在紧固时将力集中在单个螺栓上，而顶推螺栓将力分散在多个顶推螺栓上。顶推螺栓直径小，所需力矩就小，但数量多，集合起来产生强大的推力作用在硬垫片上，便在主螺栓上产生一个同等的作用反力。2）精确的预紧力：传统的紧固方法一直试图通过使用双螺母、焊接固定、开销槽等方法来防止螺栓松动。但这些方法治标不治本，例如，螺栓虽然被固定了，但由于承受全部载荷，在循环载荷的作用下，也会产生断裂等破坏。因此，获得精确的预紧力，并且具有防松结构是螺栓连接稳定、持久、可靠的保证。3）省时省力省空间：由于顶推螺栓所需要的力矩小，只需普通的手动扳手即可产生强大的螺栓压强。因为只需手动工具，需要时多倍工人可以同时一起工作。而且，正确的设计和拧紧的连接件在服务时将不会松动，便减少了故障停机时间。对于受限区域，多顶推预紧器更容易安装。4）其他优势：如，纯张力锁紧消除了一般扭矩方法安装时发生的螺纹咬死；预紧器移除方便，减少了使用其他标准螺栓连接方法时可能发生的机器故障；用手动工具做个简单的扭矩测试即可轻易地检验连接件是否紧密；可以充分地重复利用等。

3、超级螺栓的受力分析

如图2所示，顶推螺栓拧紧后所产生的预紧力直接作用于硬垫片上，使螺母受张力离开垫片表面，顶推螺栓的合力与主螺栓形成一对反力对紧固件产生强大的加紧作用，硬垫片在其中起传递预紧力和保护紧固件的作用。对于螺栓连接，其拧紧力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩T1及螺母与被连接件（或垫圈）支撑面间的端面摩擦力矩T2。

4超级螺栓的有限元分析

4.1有限元简化模型

法兰连接是压力容器上必不可少的重要部件之一，也广泛应用于石油化工、电力、原子能、轻工等领域。为了模拟超级螺栓在实际应用中的效果，将超级螺栓应用在管板兼做法兰的法兰-螺栓连接结构中。考虑螺栓法兰连接系统中，法兰、垫片和螺栓为轴对称结构，为了减少计算量，选用1/4模型，简化的有限元模型如图3所示。另外，为了简化约束以及载荷的施加方式，将顶推螺栓简化成作用在垫片和螺母上的力。

4.2网格划分

本模型主要采用自动网格划分方法，网格划分情况如图4所示。其中节点数为118555，单元数为33982。

4.3载荷及边界条件

在ANSYS模型的两个剖分面，即对称面上，施加对称约束；在法兰侧末端施加固定约束，约束施加示意如图5。对于M36的主螺栓，选用M10的顶推螺栓。主螺栓需要的预紧力为215KN，普通螺栓需要施加583.2Nm的扭矩才可以满足。而对于顶推螺栓，只需要每个顶推螺栓施加38.8KN的预紧力，即通过27Nm的扭矩便可以使主螺栓产生215KN得预紧力。将顶推螺栓的顶推力简化成作用在垫片向下的压紧力以及螺母向上的顶推力，垫片和螺母上的载荷施加情况如图6和图7所示。

4.4有限元分析结果与评价

ANSYS模拟结果如图8所示，最大应力强度出现在上下法兰的接触面直角边周围，由于关注的重点是超级螺栓，所以没有对此处做圆角过渡处理。用力探针检测主螺栓的力，大小与周圈小螺栓预紧力的合力相同，见图9，这与张[2]等得到的结论相吻合。并且，从有限元分析云图可以看出，由于顶推螺栓直接作用于垫片上，减小了对压紧件的压溃破坏。顶推螺栓能够均匀传递力，并有效减小了扭矩。

5、结论

超级螺栓特殊的结构设计使其具有预紧扭矩小、防松、省时省力、连接可靠等优点，对于大螺栓，优势更为明显。从对超级螺栓的受力分析和有限元分析可以看出，超级螺栓的顶推螺栓能够使预紧力降低1/n倍，扭矩降低1/xn倍。有限元的分析结果也证实了顶推螺栓与主螺栓的这种力和扭矩的这种变化关系。超级螺栓虽然有诸多优点，但是，由于生产成本高，技术问题等，目前在国内并没有非常广泛的应用。超级螺栓的实际应用及其有限元分析还有待进一步研究。