钢结构制机械性能.ppt

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1、2024年5月10日钢结构高强度紧固件连接付钢结构高强度紧固件连接付机械性能机械性能 概 述o 自自19611961年开始年开始,在世界范围内钢结构螺栓广泛使用在铁在世界范围内钢结构螺栓广泛使用在铁路和公路桥梁、锅炉钢结构厂房、工业厂房、机械另路和公路桥梁、锅炉钢结构厂房、工业厂房、机械另件、高层建筑及其它钢结构使用方面件、高层建筑及其它钢结构使用方面。o 近年来在风能行业大量推广采用。近年来在风能行业大量推广采用。o 由于其结构的重量与结构强度的合理性，已得到广泛由于其结构的重量与结构强度的合理性，已得到广泛的使用。的使用。o 各国都开始着力研究制定了钢结构螺栓的标准。各国都开始着力研究制定

2、了钢结构螺栓的标准。o 主要有摩擦连接付和扭剪型高强度螺栓主要有摩擦连接付和扭剪型高强度螺栓/螺母螺母/垫圈组垫圈组合件二类。合件二类。o 从从9090年代开始我国出口在扩大。年代开始我国出口在扩大。2024年5月10日2 各国钢结构螺栓连接副标准各国钢结构螺栓连接副标准国别国别产品名称产品名称标准号标准号性能等级性能等级中国中国钢结构用高强度大六角头螺栓连接副钢结构用高强度大六角头螺栓连接副GB/TGB/T1228123110.9S10.9S、8.8S 8.8S 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副GB/TGB/T3632363310.9S10.9S美国美国钢结构螺栓

3、钢结构螺栓ASTM A325ASTM A325、A490A325A490 A325A490 钢结构连接用高强度螺栓钢结构连接用高强度螺栓ASTM AASTM A、A8S;10S 8S;10S 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副ASTM F1852 ASTM F1852 A325A325钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副ASTM F2280ASTM F2280A490A490欧共体欧共体 钢结构高强度大六角头螺栓连接副钢结构高强度大六角头螺栓连接副ENEN14399.1 16HRHR、HV8.8;10.98.8;10.9德国德国钢结构高强度大六

4、角头螺栓连接副钢结构高强度大六角头螺栓连接副DINDIN6914691610.910.9国际国际钢结构高强度大六角头螺栓连接副钢结构高强度大六角头螺栓连接副ISOISO7412;74168.8;10.9 8.8;10.9 日本日本高强度六角螺栓高强度六角螺栓JIS B 1186JIS B 1186F8TF8T、F10T 扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓JSS JSS 09S10TS10T英国英国高强度摩擦型夹紧螺栓连接副高强度摩擦型夹紧螺栓连接副BSBS43958.8;10.9 8.8;10.9 澳洲澳洲建筑工程用高强度螺栓连接副建筑工程用高强度螺栓连接副ASAS12528.88.82024年

5、5月10日3钢结构高强度螺栓有二类产品钢结构高强度螺栓有二类产品2024年5月10日4钢结构高强度螺栓连接付钢结构高强度螺栓连接付 扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓定义：定义：中国、日本：钢结构高强度螺栓摩擦连接付中国、日本：钢结构高强度螺栓摩擦连接付 欧洲：欧洲：高强度预载荷建筑高强度预载荷建筑用用钢结构螺栓连接件钢结构螺栓连接件 美国：高强度螺栓组件美国：高强度螺栓组件120000、15000psio 特点：特点：u对高强度螺栓给以强大对高强度螺栓给以强大的预紧力（预载荷），的预紧力（预载荷），使连接件之间产生压应使连接件之间产生压应力（摩擦力），由此而力（摩擦力），由此而传递外力。传递外

6、力。u高强度螺栓和铆接中不高强度螺栓和铆接中不能有能有剪应力。剪应力。工作过程工作过程是通过摩擦传递力。是通过摩擦传递力。u承受轴力要均匀，刚性承受轴力要均匀，刚性好，承载力大，尤其是好，承载力大，尤其是可以在反复载荷作用下可以在反复载荷作用下抗疲劳性能高。抗疲劳性能高。2024年5月10日5高强度螺栓摩擦连接原理高强度螺栓摩擦连接原理轴力是通过装轴力是通过装配扭矩来实现配扭矩来实现，一定的轴力，一定的轴力由由扭矩系数来扭矩系数来保证！保证！p 高强度、高风险、高价值的产品。高强度、高风险、高价值的产品。p 制造上要求：制造上要求：u材料是中碳钢或合金中碳钢，材料表面不允许有微观、可见裂缝材料

7、是中碳钢或合金中碳钢，材料表面不允许有微观、可见裂缝u高强度螺栓的综合机械性能（强度、硬度、韧性要求）高强度螺栓的综合机械性能（强度、硬度、韧性要求）u低温冲击试验低温冲击试验u10.910.9级用机械镀锌、达克罗、（热镀锌）处理级用机械镀锌、达克罗、（热镀锌）处理u表面要进行适当的润滑处理表面要进行适当的润滑处理p 尺寸结构上要求：尺寸结构上要求：u重型螺栓（大六角头大对边、重型螺栓（大六角头大对边、粗杆粗杆)u头下园弧加大头下园弧加大u短螺纹长度，短螺纹长度，杆部不受剪杆部不受剪2024年5月10日6钢结构螺栓的要点钢结构螺栓的要点p 装配上要求：装配上要求：u要有一定的装配预载荷轴力要有

8、一定的装配预载荷轴力u装配轴力要均匀，适当的润滑条件来控制（确保摩擦系数）装配轴力要均匀，适当的润滑条件来控制（确保摩擦系数）u螺栓本身不受剪切力螺栓本身不受剪切力u欧洲主要控制扭矩、轴力、系数欧洲主要控制扭矩、轴力、系数u美国美国A325A325、AS1252AS1252控制转角试验控制转角试验u表面磁粉探伤表面磁粉探伤p 各国标准有一套完整的钢结构螺栓试验规范要求：各国标准有一套完整的钢结构螺栓试验规范要求：u强度试验强度试验u硬度试验硬度试验u低温冲击试验低温冲击试验u伸长率伸长率u扭矩或转角试验扭矩或转角试验u尺寸检验尺寸检验2024年5月10日7钢结构螺栓的要点钢结构螺栓的要点分析钢

9、结构螺栓分析钢结构螺栓扭矩和轴力关系扭矩和轴力关系 2024年5月10日8扭矩试验扭矩试验 转角试验转角试验 2024年5月10日9钢结构高强度螺纹紧固件拧紧原理钢结构高强度螺纹紧固件拧紧原理1、给螺栓施加扭矩、给螺栓施加扭矩2、螺栓产生轴力、螺栓产生轴力3、拧紧过程是一个克服摩、拧紧过程是一个克服摩擦的过程擦的过程Reibungszahl=0,08夹紧力夹紧力螺纹摩擦扭矩螺纹摩擦扭矩端面摩擦扭矩端面摩擦扭矩钢结构高强度螺纹紧固件拧紧方法钢结构高强度螺纹紧固件拧紧方法o高强度螺栓预紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力高强度螺栓预紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力及螺栓的疲劳强

10、度，并且能增强螺纹连接体的紧密性和刚度。及螺栓的疲劳强度，并且能增强螺纹连接体的紧密性和刚度。o在螺纹紧固件的连接使用中，没有预紧力或预紧力不够时，起不在螺纹紧固件的连接使用中，没有预紧力或预紧力不够时，起不到真正的连接作用，一般称之为欠拧；到真正的连接作用，一般称之为欠拧；o但过高的预紧力或者不可避免的超拧也会导致螺纹连接的失败。但过高的预紧力或者不可避免的超拧也会导致螺纹连接的失败。o螺纹紧固件的预紧力则多是采用：螺纹紧固件的预紧力则多是采用：来实现来实现o当设计确定了预紧力之后，安装时采用何种控制方法？如何规定当设计确定了预紧力之后，安装时采用何种控制方法？如何规定拧紧力矩的指标？是判定

11、钢结构螺栓的质量关键要素。拧紧力矩的指标？是判定钢结构螺栓的质量关键要素。o ：的关系的关系2024年5月10日10扭矩法扭矩法和和转角法转角法扭矩扭矩轴力轴力摩擦系数摩擦系数钢结构高强度螺纹紧固件拧紧方法钢结构高强度螺纹紧固件拧紧方法o由于高强度钢结构螺栓的使用、由于高强度钢结构螺栓的使用、装配装配特性性！必须拧特性性！必须拧紧紧（达到一（达到一定的轴力要求）一组连接付。定的轴力要求）一组连接付。o由于由于工件连接是通过多个螺栓来紧固，要求工件连接是通过多个螺栓来紧固，要求每个螺栓每个螺栓承载力一承载力一致致，要，要求求螺栓轴力均匀，确保工件不发生滑螺栓轴力均匀，确保工件不发生滑移移。o由于

12、表面热镀锌高强度组件，为防止螺纹咬死，而不能达到预其由于表面热镀锌高强度组件，为防止螺纹咬死，而不能达到预其的效果、由于为获得均匀的轴力、良好的控制扭矩系数，必须进的效果、由于为获得均匀的轴力、良好的控制扭矩系数，必须进行表面润滑处理。行表面润滑处理。o 标准给出了拧紧试验三个方法标准给出了拧紧试验三个方法2024年5月10日11扭矩法扭矩法转角法转角法扭矩斜率扭矩斜率法法装配装配应力应力应变曲线应变曲线2024年5月10日12b0.20塑性塑性断裂断裂弹性弹性装配装配区域区域伸长伸长应力应力kN扭矩扭矩Nm 扭矩试验法扭矩试验法扭矩法就是利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的扭矩法

13、就是利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法。该方法在拧紧时，只对一个确定的紧固扭矩进行控制。当一种方法。该方法在拧紧时，只对一个确定的紧固扭矩进行控制。当超出弹性范围以后，扭矩与轴向力之间不再有正比关系，若继续拧紧超出弹性范围以后，扭矩与轴向力之间不再有正比关系，若继续拧紧，则可能在扭矩不增加甚至降低的情况下将螺栓拧断。，则可能在扭矩不增加甚至降低的情况下将螺栓拧断。扭矩扭矩/螺栓力曲线螺栓力曲线该试验考核目的：该试验考核目的：一定的润滑条件来控制一定的润滑条件来控制平均匀轴力。平均匀轴力。控制扭矩系数控制扭矩系数扭矩系数扭矩系数K=0.11-0.15,K=0.11-0.15

14、,标准偏差标准偏差0.0100.010。p 扭矩系数扭矩系数公式公式：K=T/PK=T/P*D D o如果螺栓极限强度确定，扭矩选定，扭矩系数越小，则产生的紧如果螺栓极限强度确定，扭矩选定，扭矩系数越小，则产生的紧固力越大；固力越大；o扭矩系数越大，则产生的紧固力越小。当扭矩系数小到一定的程扭矩系数越大，则产生的紧固力越小。当扭矩系数小到一定的程度，在一定的扭矩的作用下紧固力超过了螺栓的强度极限，高强度，在一定的扭矩的作用下紧固力超过了螺栓的强度极限，高强度螺栓就会产生伸长甚至断头的现象；度螺栓就会产生伸长甚至断头的现象；o对钢结构用高强度螺栓连接副作了标准规定，扭矩系数对钢结构用高强度螺栓连

15、接副作了标准规定，扭矩系数K=0.11-0.15,标准偏差标准偏差0.010。o标准偏差标准偏差0.010，在安装时，就会产生个别螺栓的偏离现象：，在安装时，就会产生个别螺栓的偏离现象：标准偏差值偏大，容易造成过拧；标准偏差值偏小，容易产生松标准偏差值偏大，容易造成过拧；标准偏差值偏小，容易产生松动现象动现象2024年5月10日14 扭矩试验法扭矩试验法oT-扭矩（扭矩（N.M）oK-扭矩系数（也称总摩擦系数）扭矩系数（也称总摩擦系数）oP-预紧力（也称轴力预紧力（也称轴力KN）oD-螺纹的公称直径（螺纹的公称直径（mm）转角试验法转角试验法 扭矩转角法是控制螺栓的轴向伸长量的一种方法。在螺栓

16、整个拧紧过扭矩转角法是控制螺栓的轴向伸长量的一种方法。在螺栓整个拧紧过程中（包括弹性变形和塑性变形阶段），螺栓伸长量始终与螺栓头的转程中（包括弹性变形和塑性变形阶段），螺栓伸长量始终与螺栓头的转角成正比（每增加角成正比（每增加1转角则螺栓伸长约转角则螺栓伸长约1/360个螺距）。在弹性范围个螺距）。在弹性范围内螺栓轴向力与伸长量成正比，控制伸长量就是控制轴向力。内螺栓轴向力与伸长量成正比，控制伸长量就是控制轴向力。旋转旋转/螺栓力曲线螺栓力曲线该试验考核目的该试验考核目的是：是：螺栓的强度螺栓的强度和韧性，而非表和韧性，而非表面润滑为主。面润滑为主。2024年5月10日16热镀锌螺栓、螺母旋转能力试验示意图热镀锌螺栓、螺母旋转能力试验示意图旋转规定的角度旋转规定的角度从从10%保证保证载力作为开始载力作为开始角角适用于美制适用于美制A325、澳制、澳制AS1252热热镀锌螺栓、螺母的镀锌螺栓、螺母的咬合、转角试验咬合、转角试验扭矩试验机扭矩试验机国外研制此类设备主要公司：国外研制此类设备主要公司：德国德国Schatz,德国德国Reck-Engineering,美国美国RS-Techno