CN105114409B - 一种螺栓连接构件的防滑移方法 - Google Patents

Abstract

一种螺栓连接构件的防滑移方法，用于提高设备和设施的整体刚度，它包括两个构件本体，分别称为第一构件和第二构件，所述构件本体通过螺栓相接的部位为平面、并分别设有长圆螺栓孔；所述两个长圆螺栓孔以两者中心连线的垂直平分面对称；每个长圆螺栓孔的长轴与两个长圆螺栓孔中心连线的垂直平分面的夹角θ为锐角，两个长圆螺栓孔的短轴的长度等于构件连接螺栓杆的直径r。本发明利用短轴长度等于螺栓杆半径，长轴角度不同的长圆螺栓孔实现相邻构件之间的连接，不仅解决了装配误差给设备和设施的组装造成的困难，而且能够有效防止螺栓与被连接构件之间的相对滑动，从而提高了设备和设施的整体刚度。

Description

一种螺栓连接构件的防滑移方法

技术领域

本发明涉及一种采用螺栓连接的构件，可有效控制螺栓与被连接构件之间的相对滑动，属于连接技术领域。

背景技术

许多设备和设施的构件之间都是由螺栓进行连接的，一些对整体刚度要求较高的设备和设施，必须严格控制螺栓连接的滑移量。例如为了方便施工，大部分角钢输电铁塔在节点上使用普通螺栓作为抗剪连接件，由于普通螺栓与铁塔构件(角钢)的螺栓孔之间存在构造间隙，且预紧力较小，因此在螺栓连接部位极易发生螺栓与被连接构件之间的相对滑动，从而影响构件的内力分布和铁塔的整体刚度，使铁塔更容易遭到破坏。

目前，控制螺栓连接滑移的方法有多种，比如提高螺栓强度、提高构件强度、采用复合材料构件等，但这些方法不仅不能有效解决螺栓连接的滑移问题，而且还会大大增加设备和设施的制造成本。因此如何有效控制螺栓连接的滑移量一直是困扰有关技术人员的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种螺栓连接构件的防滑移方法，以提高设备和设施的整体刚度。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种螺栓连接构件的防滑移方法，它包括两个构件本体，分别称为第一构件和第二构件，所述构件本体通过螺栓相接的部位为平面、并分别设有长圆螺栓孔；所述两个长圆螺栓孔以两者中心连线的垂直平分面对称；每个长圆螺栓孔的长轴与两个长圆螺栓孔中心连线的垂直平分面的夹角θ为锐角，两个长圆螺栓孔的短轴的长度等于构件连接螺栓杆的直径r。

上述螺栓连接构件的防滑移方法，所述长圆螺栓孔长轴的一半设为L，长度L与θ的关系为：

上述螺栓连接构件的防滑移方法，所述长圆螺栓孔的半长轴的长度L与θ的关系为：

式中Δ为构件的装配误差，r为螺栓杆的半径。

上述螺栓连接构件的防滑移方法，每个长圆螺栓孔的长轴与两个长圆螺栓孔中心连线的垂直平分面的夹角θ的取值范围为；

上述螺栓连接构件的防滑移方法，两个长圆螺栓孔的中心连线平行于构件的受力方向。

上述螺栓连接构件的防滑移方法，所述两个长圆螺栓孔的外侧还设有0～2对对称的附加螺栓孔，每个长圆螺栓孔外侧的附加螺栓孔与该长圆螺栓孔的形状相同且长轴相互平行。

上述螺栓连接构件的防滑移方法，所述两个长圆螺栓孔之间设有圆形螺栓孔，所述圆形螺栓孔的半径与螺栓杆的半径r的差等于构件的装配误差Δ。

本发明利用短轴长度等于螺栓杆半径，长轴角度不同的长圆螺栓孔实现相邻构件之间的连接，不仅解决了装配误差给设备和设施的组装造成的困难，而且能够有效防止螺栓与被连接构件之间的相对滑动，从而提高了设备和设施的整体刚度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是长圆螺栓孔的长轴与构件的受力方向(CD方向)垂直时的状态；

图2是图1的俯视图；

图3是长圆螺栓孔的长轴与构件的受力方向(CD方向)不垂直时的状态；

图4、图5、图6是本发明的三个实施例的结构示意图；

图7是实验验证时使用的传统构件的结构；

图8是实验验证时使用的本发明构件结构；

图9是常规螺栓连接载荷位移曲线；

图10是本发明的载荷位移曲线。

图中各标号分别表示为：1、长圆螺栓孔，2、螺栓杆，3、第一构件，4、第二构件，5、圆形螺栓孔，6、附加螺栓孔。

具体实施方式

传统的螺栓孔与螺栓之间存在着构造间隙，因此当其连接受力时必然出现螺栓连接滑移现象，若是圆形螺栓孔的直径大小与螺栓杆相同，或者长圆螺栓孔的短轴长度等于螺栓杆直径而且长轴与构件的受力方向垂直(如图1所示)，那么螺栓杆与螺栓孔之间在受力方向上将没有任何间隙，一定不会产生滑移，但是一旦设备或设施在组装过程中出现装配误差将导致设备或设施无法安装，这是不允许的。

如果螺栓孔采用长圆螺栓孔，而且长圆螺栓孔的短轴长度等于螺栓杆直径，长轴与垂直于构件受力方向的平面的夹角为锐角，则可以解决滑移和装配误差的问题。

如图3所示，长圆螺栓孔1的两端均为半圆，L为长圆螺栓孔1的半长轴,长圆螺栓孔1的半短轴等于螺栓杆的半径r，假设允许的装配误差为Δ，构件的受力方向为CD方向，可以看出：

2(L-r)sinθ＝Δ

(1)

即得

式2给出了长圆螺栓孔1的半长轴L、长圆螺栓孔1的长轴与垂直于构件受力方向的平面的夹角θ之间的关系。由此确定长圆螺栓孔1的尺寸大小。

确定好长圆螺栓孔1的尺寸大小后，在构件上同时钻两个长圆螺栓孔1，两个长圆螺栓孔1关于二者中心连线的垂直平分面(图中点画线EF所在的垂直于虚线CD的平面)对称，两个长圆螺栓孔1的中心连线平行于构件的受力方向(如图4所示)。两个长圆螺栓孔1的这种布置方式能够有效控制螺栓连接滑移的大小。传统的长圆螺栓孔都是为了增加两连接件的相对滑移量，而本发明的长圆螺栓孔能够有效减小两连接件的相对滑移，而且可以通过改变θ角的大小，来控制滑移量的大小。

具体实施时，还可以根据具体情况，按照以下方法增加螺栓孔的数量：

参看图5，当一个构件上设置三个螺栓孔时，可以在两个长圆螺栓孔1的中间增设一个圆形螺栓孔5，圆形螺栓孔5为传统螺栓孔，其直径大于螺栓杆的直径。

参看图6，当一个构件上设置四个螺栓孔时，可以在两个长圆螺栓孔1的外侧增设一对附加螺栓孔6(附加螺栓孔用虚线表示)，两个附加螺栓孔6也是关于两个长圆螺栓孔1的中心连线的垂直平分面对称的，每个附加螺栓孔6与相邻的长圆螺栓孔1形状相同，而且长轴相互平行。

如果将单孔也算作一种情况，我们将孔的布置规律总结如下：

1)当为单螺栓孔时，其布置形式如图3所示。

2)当为奇数孔时(不含单螺栓孔)，中间为传统的圆形螺栓孔，圆形螺栓孔的两侧对称设置数目相同的长圆螺栓孔。

3)当为偶数孔时，螺栓孔均为长圆螺栓孔，而且这些长圆螺栓孔对称布置。

实例验证

为了验证本发明的优势所在，本发明特意对角钢构件进行了实验研究。实验参数如表1所示。其中试件1和试件2都为带有传统螺栓孔的角钢，试件3和试件4都为带有本发明螺栓孔的角钢。角钢的型号为∟40×3，角钢之间用4.8级、M16的螺栓进行连接。

表1 角钢参数

假设取两个试件的平均值作为最后的实验结果，其结果如图9和图10所示。可以看出，与传统构件相比，本发明的滑移量明显减小。

本发明具有以下特点：

本发明的螺栓孔为长圆螺栓孔，长圆螺栓孔的长轴方向与构件的受力方向(例如杆状构件的轴线方向)有一定的夹角，通过改变夹角的大小来控制滑移量的大小。

本发明中两个长圆螺栓孔采用对称布置方式，以此可以有效地控制螺栓连接滑移，且满足安装及制造误差。

与传统构件相比，本发明的制造和安装一样方便，制造成本也基本相当，本发明能够方便地应用到输电铁塔中，而且可有效预防螺栓连接滑移的发生。

Claims (5)

1.一种螺栓连接构件的防滑移方法，其特征是，它包括两个构件本体，分别称为第一构件（3）和第二构件（4），所述构件本体通过螺栓相接的部位为平面、两个平面上分别设有1个长圆螺栓孔（1）；两个长圆螺栓孔（1）以两者中心连线的垂直平分面对称；每个长圆螺栓孔（1）的长轴与两个长圆螺栓孔（1）中心连线的垂直平分面的夹角θ为锐角，两个长圆螺栓孔（1）的短轴的长度等于构件连接螺栓杆（2）的直径r；

所述长圆螺栓孔（1）长轴的一半设为L，长度L与θ的关系为：

式中为构件的装配误差，r为螺栓杆（2）的半径。

2.根据权利要求1所述的螺栓连接构件的防滑移方法，其特征是，每个长圆螺栓孔（1）的长轴与两个长圆螺栓孔（1）中心连线的垂直平分面的夹角θ的取值范围为：。

3.根据权利要求2所述的螺栓连接构件的防滑移方法，其特征是，两个长圆螺栓孔（1）的中心连线平行于构件的受力方向。

4.根据权利要求3所述的螺栓连接构件的防滑移方法，其特征是，所述两个长圆螺栓孔（1）的外侧还设有1～2对对称的附加螺栓孔（6），每个长圆螺栓孔（1）外侧的附加螺栓孔（6）与该长圆螺栓孔（1）的形状相同且长轴相互平行。

5.根据权利要求4所述的螺栓连接构件的防滑移方法，其特征是，所述两个长圆螺栓孔（1）之间设有圆形螺栓孔（5），所述圆形螺栓孔（5）的半径与螺栓杆（2）的半径r的差等于构件的装配误差。