CN105953767B - 螺栓群应力测试方法、螺栓应力测试装置及连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种螺栓群应力测试方法、螺栓应力测试装置及连接装置。其中，该螺栓群应力测试方法包括如下步骤：获取步骤，在螺栓群中的各螺栓安装孔的端面上分别设置应变计；各应变计用于测试对应螺栓安装孔处的应变值ε_i；第一计算步骤，根据各螺栓安装孔处的应变值ε_i计算应变平均值

第二计算步骤，根据各螺栓安装孔处的应变值ε_i和应变平均值

分别计算各螺栓的不均匀系数β_i；确定步骤，根据各螺栓的不均匀系数β_i和预设系数β_预设确定螺栓群中各螺栓是否满足安全要求。本发明的测试方法简单、方便、准确度高，并且通过获知螺栓群中各螺栓的安全裕度，进而准确地获知螺栓群的受力情况，从而合理布置各螺栓的位置，提高了连接体的稳定性。

Description

螺栓群应力测试方法、螺栓应力测试装置及连接装置

技术领域

本发明涉及应力测试技术领域，具体而言，涉及一种螺栓群应力测试方法、螺栓应力测试装置及连接装置。

背景技术

目前，需要连接的连接体之间是通过螺栓连接，当连接体上设置的螺栓较多时，连接体上的螺栓形成了螺栓群。例如，角钢之间的连接。一般而言，普通规格的角钢螺栓准线为1-2条，但是对于大规格角钢而言，由于角钢肢宽的增加，所以大规格角钢的螺栓准线由原来的1-2条增为3-4条，这样角钢上设置的螺栓也就相应的增加，形成螺栓群，但是螺栓群中各螺栓的受力并不均匀。如果螺栓群中的某个或某些螺栓承受力过大时，该螺栓会出现断裂，从而影响其他螺栓的受力，进而导致角钢连接处的稳定性差、连接失效等。为了确保角钢的稳定性，则需要对螺栓群的受力情况进行测试，根据测试结果合理布置各螺栓的位置。

一般而言，螺栓群的受力测试主要是测试螺栓群中各螺杆的轴拉应力情况，具体做法是在各螺杆上分别粘贴应变片，通过应变片来测试螺杆的轴拉应力。但由于螺栓是插入螺栓孔内的，所以螺杆隐藏在螺栓孔内，粘贴在螺杆上的应变片受到螺栓孔壁挤压无法测试应力值。为了避免应变片受螺栓孔壁的挤压，通常是在螺杆开设凹槽，应变片粘贴于凹槽内，但是该做法仅能测试螺杆的轴拉应力，而无法测试螺杆的剪切应力，进而无法准确地获知螺栓群的受力情况，从而降低了角钢的稳定性。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种螺栓群应力测试方法，旨在解决现有技术中无法准确测试螺栓群中各螺栓的剪切应力导致连接体稳定性差的问题。本发明还提出了一种螺栓应力测试装置及连接装置。

一个方面，本发明提出了一种螺栓群应力测试方法，该方法包括如下步骤：获取步骤，在螺栓群中的各螺栓安装孔的端面上分别设置应变计；各应变计用于测试对应螺栓安装孔处的应变值ε_i；第一计算步骤，根据各螺栓安装孔处的应变值ε_i计算应变平均值

第二计算步骤，根据各螺栓安装孔处的应变值ε_i和应变平均值

分别计算各螺栓的不均匀系数β_i；确定步骤，根据各螺栓的不均匀系数β_i和预设系数β_预设确定螺栓群中各螺栓是否满足安全要求。

进一步地，上述螺栓群应力测试方法中，获取步骤中，各应变计均设置于各螺栓安装孔的侧向受拉区。

进一步地，上述螺栓群应力测试方法中，各应变计均靠近各螺栓安装孔的侧壁设置。

进一步地，上述螺栓群应力测试方法中，第一计算步骤中，应变平均值

为各螺栓安装孔处的应变值ε_i的总和除以螺栓安装孔的数量。

进一步地，上述螺栓群应力测试方法中，第二计算步骤中，各螺栓的不均匀系数

进一步地，上述螺栓群应力测试方法中，确定步骤进一步包括：第一确定子步骤，根据公式

计算预设系数β_预设；上式中，ε_设计为螺栓的标准设计应变值；第二确定子步骤，比较β_预设与β_i，若β_i＞β_预设，则确定螺栓不满足安全要求；若β_i≤β_预设，则确定螺栓满足安全要求。

本发明中，在各螺栓安装孔的端面上设置应变计，通过测试各螺栓安装孔处的应变值，进而间接地得出各螺栓的安全状况，即各螺栓的安全裕度，该测试方法不仅简单、方便，测试的准确度高，而且通过获知螺栓群中各螺栓的安全裕度，进而能够准确地获知螺栓群的受力情况，从而合理布置各螺栓的位置，提高了连接体的稳定性，解决了现有技术中无法准确测试螺栓群中各螺栓的剪切应力导致连接体稳定性差的问题，并且，该测试方法无需损坏螺栓和螺栓安装孔即可对螺栓群进行剪切应力测试，确保了螺栓和螺栓安装孔的完整，节约了成本。

另一方面，本发明还提出了一种螺栓应力测试装置，该螺栓应力测试装置包括：垫圈和应变计；其中，螺栓穿设于垫圈；垫圈与螺栓安装孔的端部接触连接；垫圈设置有一个开口端的防挤压机构，应变计通过开口端嵌设于防挤压机构，并且，应变计贴设于螺栓安装孔的端面上；防挤压机构用于防止垫圈挤压应变计。

进一步地，上述螺栓应力测试装置中，应变计贴设于螺栓安装孔的侧向受拉区。

进一步地，上述螺栓应力测试装置中，防挤压机构为垫圈上开设的凹设部，应变计嵌设于凹设部。

本发明中，将应变计贴设于螺栓安装孔的端面上，能够更好地测试螺栓安装孔处的应变值，从而判断螺栓的安全情况，进而能够获知螺栓的剪切应力情况，测试的方法准确且简单、可靠；此外，垫圈设置的防挤压机构有效地防止了垫圈挤压应变计造成应变计的损坏，进而确保了应变计的准确测试，提高了测试的准确度。

另一方面，本发明还提出了一种连接装置，该连接装置包括：螺栓、螺母和上述的螺栓应力测试装置。

由于螺栓应力测试装置具有上述效果，所以具有该螺栓应力测试装置的连接装置也具有相应的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的螺栓群应力测试方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的螺栓群应力测试方法的又一流程图；

图3为本发明实施例提供的螺栓应力测试装置的整体展开结构示意图；

图4为本发明实施例提供的螺栓应力测试装置的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的螺栓应力测试装置中，垫圈的仰视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的螺栓应力测试装置中，垫圈的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

测试方法实施例：

参见图1，图1为本发明实施例提供的螺栓群应力测试方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

获取步骤S1，在螺栓群中的各螺栓安装孔的端面上分别设置应变计。各应变计均用于测试对应螺栓安装孔处的应变值ε_i。

螺栓群中设置有多个螺栓，每个螺栓对应一个螺栓安装孔，应变计设置于螺栓安装孔的端面处，则应变计设置的数量与螺栓安装孔的数量相同，并且为一一对应。

当螺栓受压时，螺栓在外力作用下会发生形变，由于螺栓设置于螺栓安装孔内且螺栓与螺栓安装孔紧密接触，所以变形后的螺栓会挤压螺栓安装孔，使得螺栓安装孔也发生形变，因此，在螺栓安装孔的端面上设置应变计，应变计测试出的应变值能够反映出螺杆的剪切应力状态。

第一计算步骤S2，根据各螺栓安装孔处的应变值ε_i计算应变平均值

具体地，应变平均值

可以为各螺栓安装孔处的应变值ε_i的总和除以螺栓安装孔的数量。

第二计算步骤S3，根据各螺栓安装孔处的应变值ε_i和应变平均值

分别计算各螺栓的不均匀系数β_i。具体地，每个螺栓均可以计算出相对应的不均匀系数，具体实施时，各螺栓的不均匀系数的计算公式可以为

虽然应变值ε_i为螺栓安装孔处的应变值，并不是螺杆的应变值，但是由于螺栓安装孔处的应变值与螺杆的应变值之间具有一定的正比对应关系，所以计算出的不均匀系数可以表示螺栓的不均匀系数。

确定步骤S4，根据各螺栓的不均匀系数β_i和预设系数β_预设确定螺栓群中各螺栓是否满足安全要求。

具体地，参见图2，该确定步骤S4可以进一步包括：

第一确定子步骤S41，根据公式

计算预设系数β_预设；上式中，ε_设计为螺栓的标准设计应变值，可根据螺栓相应的设计标准来确定，为已知值。

为应变平均值，由上述第一计算步骤S2中计算出的。根据

和ε_设计计算出的β_预设为该螺栓群的预设富裕度系数，为一个定值。但是对于不同的螺栓群而言，由于确定出的应变平均值

不同，所以不同螺栓群的预设富裕度系数β_预设是不同的。

第二确定子步骤S42，比较β_预设与β_i，若β_i＞β_预设，则确定该螺栓不满足安全要求；若β_i≤β_预设，则确定该螺栓满足安全要求。具体实施时，将上述第二计算步骤S3中计算出的每个螺栓的不均匀系数β_i与β_预设进行比较，若β_i＞β_预设，则该螺栓不满足安全要求，容易断裂，进而也就说明该螺栓安装孔处的承压较大。若β_i≤β_预设，则该螺栓满足安全要求，不容易断裂，进而也就说明该螺栓安装孔处的承压较小。通过β_预设与β_i的比较结果，可以获知螺栓群中各螺栓的安全状况，进而也就可以获知各螺栓的受力情况，便于合理布置螺栓的位置。

可以看出，本实施例中，在各螺栓安装孔的端面上设置应变计，通过测试各螺栓安装孔处的应变值，进而间接地得出各螺栓的安全状况，即各螺栓的安全裕度，该测试方法不仅简单、方便，测试的准确度高，而且通过获知螺栓群中各螺栓的安全裕度，进而能够准确地获知螺栓群的受力情况，从而合理布置各螺栓的位置，提高了连接体的稳定性，解决了现有技术中无法准确测试螺栓群中各螺栓的剪切应力导致连接体稳定性差的问题，并且，该测试方法无需损坏螺栓和螺栓安装孔即可对螺栓群进行剪切应力测试，确保了螺栓和螺栓安装孔的完整，节约了成本。

上述实施例中，获取步骤S1中，各应变计均可以设置于各螺栓安装孔的侧向受拉区。当螺栓受压时，螺栓受到的压力会传递给螺栓安装孔，使得螺栓安装孔也发生形变，从而在螺栓安装孔端面处形成侧向受拉区和侧向受压区。由于螺栓的螺杆受压发生形变，使得螺杆无法充分接触螺栓安装孔的内壁，所以，螺栓安装孔的侧向受拉区发生的形变较大，侧向受压区发生的形变较小，因此，在螺栓安装孔的侧向受拉区设置应变计，应变计测试的应变值更准确。

上述各实施例中，各应变计均靠近各螺栓安装孔的侧壁设置，这样，应变计测试的应变值更加准确、可靠。具体实施时，各应变计设置的位置应一致，以保证各应变计测试应变值的环境一致，确保测试出的应变值准确。

可以看出，通过限定各应变计设置的位置，能够确保应变计测试的应变值更准确。

综上所述，本实施例中，在各螺栓安装孔的端面上设置应变计，通过测试各螺栓安装孔处的应变值，进而间接地得出各螺栓的安全状况，即各螺栓的安全裕度，该测试方法不仅简单、方便，测试的准确度高，而且通过获知螺栓群中各螺栓的安全裕度，进而能够准确地获知螺栓群的受力情况，从而合理布置各螺栓的位置，提高了连接体的稳定性，并且，该测试方法无需损坏螺栓和螺栓安装孔即可对螺栓群进行剪切应力测试，确保了螺栓和螺栓安装孔的完整，节约了成本。

测试装置实施例：

本实施例还提出了一种螺栓应力测试装置。参见图3至6，图中示出了本实施提供的螺栓应力测试装置的优选结构。如图所示，该应力测试装置包括：垫圈1和应变计2。其中，螺栓3穿设于垫圈1，垫圈1与螺栓安装孔的端部接触连接。具体实施时，螺栓3穿设于垫圈1，并且设置于螺栓安装孔内。

由于螺栓3设置于螺栓安装孔内，并且螺栓3是与螺栓安装孔紧密接触，则无法在螺杆上直接粘贴应变计2，又由于当螺栓3受压时，螺栓3在外力作用下会发生形变，变形后的螺栓3会挤压螺栓安装孔，使得螺栓安装孔也发生形变，因此，在螺栓安装孔的端面上设置应变计2，通过应变计2测试螺栓安装孔处的应变值，进而判断螺栓3是否满足安全要求。如果将应变计2直接设置于螺栓安装孔的端面，当螺栓3穿设于垫圈1并且设置于螺栓安装孔内时，垫圈1会挤压应变计2，造成应变计2的损伤，导致应变计2的测试不准确，所以，垫圈1设置有防挤压机构，该防挤压机构用于防止垫圈1挤压应变计2。该防挤压机构具有一个开口端，应变计2通过开口端嵌设于防挤压机构，并且应变计2贴设于螺栓安装孔的端面上。具体实施时，防挤压机构的开口端设置于垫圈1与螺栓安装孔相接触的一侧。

可以看出，本实施例中，将应变计贴设于螺栓安装孔的端面上，能够更好地测试螺栓安装孔处的应变值，从而判断螺栓的安全情况，进而能够获知螺栓的剪切应力情况，测试的方法准确且简单、可靠；此外，垫圈设置的防挤压机构有效地防止了垫圈挤压应变计造成应变计的损坏，进而确保了应变计的准确测试，提高了测试的准确度。

上述实施例中，该应变计可以贴设于螺栓安装孔的侧向受拉区。

当螺栓3受压时，螺栓3受到的压力会传递给螺栓安装孔，使得螺栓安装孔也发生形变，从而在螺栓安装孔端面处形成侧向受拉区和侧向受压区。然而，螺栓安装孔的侧向受拉区发生的形变较大，侧向受压区发生的形变较小，因此，在螺栓安装孔的侧向受拉区设置应变计，应变计测试的应变值更准确。优选的，应变计靠近螺栓安装孔的侧壁设置，这样，应变计测得的应变值更加准确、可靠。

可以看出，本实施例中，通过限定应变计设置的位置，能够有效地提高应变计测试的准确度，确保测试出的螺栓安装孔处的应变值更准确。

参见图5和图6，上述各实施例中，该防挤压机构可以为垫圈1上开设的凹设部4，应变计2嵌设于凹设部4。优选的，凹设部4与应变计2的尺寸相匹配。

可以看出，本实施例，结构简单、易于实现。

综上所述，本实施例中，将应变计贴设于螺栓安装孔的端面上，能够更好地测试螺栓安装孔处的应变值，从而判断螺栓的安全情况，进而能够获知螺栓的剪切应力情况，测试的方法准确且简单、可靠；此外，垫圈设置的防挤压机构有效地防止了垫圈挤压应变计造成应变计的损坏，进而确保了应变计的准确测试，提高了测试的准确度。

连接装置实施例：

本实施例还提出了一种连接装置，该连接装置包括：螺栓、螺母和上述的螺栓应力测试装置。其中，螺栓应力测试装置的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

由于螺栓应力测试装置具有上述效果，所以具有该螺栓应力测试装置的连接装置也具有相应的技术效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种螺栓群应力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取步骤，在螺栓群中的各螺栓安装孔的端面上分别设置应变计；各所述应变计用于测试对应螺栓安装孔处的应变值ε_i；

第一计算步骤，根据各所述螺栓安装孔处的应变值ε_i计算应变平均值

第二计算步骤，根据各所述螺栓安装孔处的应变值ε_i和所述应变平均值

分别计算各所述螺栓的不均匀系数β_i；

确定步骤，根据各所述螺栓的不均匀系数β_i和预设系数β_预设确定所述螺栓群中各所述螺栓是否满足安全要求；

所述确定步骤进一步包括：

第一确定子步骤，根据公式

计算预设系数β_预设；上式中，ε_设计为所述螺栓的标准设计应变值；

第二确定子步骤，比较β_预设与β_i，若β_i＞β_预设，则确定所述螺栓不满足安全要求；若β_i≤β_预设，则确定所述螺栓满足安全要求。

2.根据权利要求1所述的螺栓群应力测试方法，其特征在于，所述获取步骤中，各所述应变计均设置于各所述螺栓安装孔的侧向受拉区。

3.根据权利要求1或2所述的螺栓群应力测试方法，其特征在于，各所述应变计均靠近各所述螺栓安装孔的侧壁设置。

4.根据权利要求1所述的螺栓群应力测试方法，其特征在于，所述第一计算步骤中，所述应变平均值

为各所述螺栓安装孔处的应变值ε_i的总和除以螺栓安装孔的数量。

5.根据权利要求1、2或4所述的螺栓群应力测试方法，其特征在于，所述第二计算步骤中，各所述螺栓的不均匀系数

6.一种螺栓应力测试装置，其特征在于，包括：垫圈(1)和应变计(2)；其中，

所述螺栓(3)穿设于所述垫圈(1)；所述垫圈(1)与所述螺栓安装孔的端部接触连接；

所述垫圈(1)设置有一个开口端的防挤压机构，所述应变计(2)通过所述开口端嵌设于所述防挤压机构，并且，所述应变计(2)贴设于所述螺栓安装孔的端面上；所述防挤压机构用于防止所述垫圈(1)挤压所述应变计(2)；

所述防挤压机构为所述垫圈(1)上开设的凹设部(4)，所述应变计(2)嵌设于所述凹设部(4)；所述应变计(2)贴设于所述螺栓安装孔的侧向受拉区；

当所述螺栓安装孔为多个时，所述垫圈(1)和所述应变计(2)均为多个，各所述应变计(2)均用于测试对应螺栓安装孔处的应变值ε_i，以计算应变平均值

进而计算各所述螺栓的不均匀系数β_i，从而根据公式

计算预设系数β_预设；上式中，ε_设计为所述螺栓的标准设计应变值；比较β_预设与β_i，若β_i＞β_预设，则确定所述螺栓不满足安全要求；若β_i≤β_预设，则确定所述螺栓满足安全要求。

7.一种连接装置，其特征在于，包括：螺栓、螺母和如权利要求6所述的螺栓应力测试装置。

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