螺栓受剪切力状态下的分析和计算
对于连接点受力,主要分为轴向力和横向力,轴向力就是力的方向和螺栓的轴线一致,而横向力就是力的方向和螺栓的轴线垂直。连接点往往受到的是复合力,轴向力有使被连接件发生分离的趋势,或者会使被连接件的夹紧力变小,从而使抵抗横向力的能力变弱。所以在分析过程中,先用零件的夹紧力减去轴向载荷的影响,再来判断是否会在横向力下发生滑移。
今天,螺丝君来介绍普通螺栓连接点的受力分析,针对以受横向力为主的工况,讲解螺栓受剪切力状态下的失效模式,工作状态,单个普通螺栓的抗剪承载力计算, 受剪螺栓组连接的计算,为设计受横向力的螺栓组连接做好设计的计算基础。
1.1 受横向力的螺栓连接—外力与螺栓轴线垂直
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1.2 受拉(压)力的螺栓连接——外力与螺栓轴线平行
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1.3 同时受横向力和拉力的螺栓连接
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![640-28 640-28](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-28.png)
b. 孔壁被挤压破坏-栓杆直径较大而板件较薄时可能发生的失效。由于栓杆和扳件的挤压是相对的,故也常把这种破坏叫做螺栓承压破坏。
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c. 板件被拉断-截面削弱过多时可能发生的失效。
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d. 板件端部被剪坏-端距a过小时可能发生的失效。构造保证措施:端距a不应小于2d0。
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e. 栓杆弯曲破坏-螺栓杆过长时可能发生的失效。构造保证措施:栓杆长度不应大于5d。
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b. 相对滑移阶段(1-2):传递的横向力大于摩擦力,连接板间相对滑移,最大滑移量为栓杆和孔壁之间的间隙。
c. 弹塑性工作阶段(2后):螺杆与孔壁接触、挤压,剪切变形迅速加大,直到连接最后破坏。
![640-34 640-34](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-34.png)
由失效形式知道抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压(即螺栓承压)两种情况。
![640-32 640-32](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-32.png)
(1)假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布,一个剪力螺栓的抗剪承载力设计值为:
![640-250 640-250](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-250.jpeg)
nv — 受剪面数目,单剪nv =1;双剪nv =2;
d — 螺栓杆公称直径;
fvb — 螺栓的抗剪强度设计值。
![640-35 640-35](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-35.png)
(2)螺杆受剪的同时,孔壁与螺杆柱面发生挤压,挤压应力分布在半圆柱面上。当螺杆较粗,板件相对较薄,薄板的孔壁可能发生挤压破坏。承压计算时,假定挤压力沿栓杆直径平面(实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分)均匀分布,则单栓承压设计承载力:
![640-249 640-249](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-249.jpeg)
fcb — 螺栓承压强度设计值;
∑t — 连接接头一侧承压构件总厚度a+b+c和d+e的较小值。
![640-38 640-38](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-38.png)
一个抗剪普通螺栓的承载力设计值:
![640-36 640-36](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-36.png)
![640-37 640-37](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-37.png)
4.1 连接所需螺栓数目(假设每个螺栓的受力相同)
![640-43 640-43](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-43.png)
![640-42 640-42](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-42.png)
n — 所需螺栓数;
N — 横向力;
Nbmin — Nvb 和 Ncb 中之较小值。
此时,螺栓剪力分布明显不均,距外力N最近的一排螺栓受力最大,会首先破坏并依次逐排朝内破坏。为保证其安全,将单个螺栓承载力乘降低系数。
![640-40 640-40](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-40.png)
4.2 构件净截面强度验算公式
![640-41 640-41](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-41.png)
An —连接件或构件在验算截面上的净截面面积;
f —钢材的抗拉(或抗压)强度设计值。
a. 螺栓并列排列:
![640-251 640-251](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-251.jpeg)
连接构件的不利截面为I-I:
![640-44 640-44](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-44.png)
盖板的不利截面为II-II:
![640-45 640-45](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-45.png)
b. 螺栓错列排列:
![640-47 640-47](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-47.png)
2-2粉红线总长:
![640-46 640-46](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-46.png)
扣除螺孔直径后:
![640-49 640-49](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-49.png)
n2 — 粉红线截面上的螺孔数
![640-48 640-48](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-48.png)
![640-50 640-50](https://stapub.com/wp-content/uploads/2024/06/640-50.png)
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