CN113236639B - 一种不锈钢板螺栓连接装置及连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢板螺栓连接装置,包括第一不锈钢板、第二不锈钢板、不锈钢高强度螺栓、螺母和软质金属;第一不锈钢板和第二不锈钢板部分面板接触,第一不锈钢板和第二不锈钢板接触面的区域设置有数量相同且一一对应的螺栓孔,螺栓孔位于第一不锈钢板的孔口处设置圆槽,或第一和第二不锈钢板接触面的孔口处均设有圆槽;第一不锈钢板和第二不锈钢板对应的圆槽形成空腔,空腔内填充软质金属;不锈钢高强度螺栓贯穿第一不锈钢板和第二不锈钢板的螺栓孔、圆槽和软质金属;位于不锈钢高强度螺栓上的螺母为拧紧状态,对第一不锈钢板和第二不锈钢板有夹紧力。在螺栓预紧力作用下,第二不锈钢板或软质金属发生变形,形成嵌固传力机制。
Description
技术领域
本发明涉及钢结构连接领域,特别是一种不锈钢板螺栓连接装置及连接方法。
背景技术
高强度螺栓连接是一种常用的不锈钢的连接方式。然而当不锈钢结构中应用高强度螺栓连接时,不锈钢板之前容易出现滑移的现象,为了增大不锈钢板接触面的抗滑移系数,现有的技术方案为在不锈钢板接触面进行喷砂、抛丸、拉丝等表面处理或者机械刻痕和深拉丝等方法,但是现有的增大抗滑移系数的方法还存在如下问题:
1.在不锈钢板接触面进行喷砂、抛丸、拉丝等表面处理,不锈钢板接触面抗滑移系数低,无法满足结构设计需求。
2.机械刻痕和深拉丝等方法存在加工费用高、不同场景适应度差等问题。
3.抗滑移系数不可控。
4.在钢结构的连接中,当被连接钢板非平整(例如弧面)时,机械刻痕和深拉丝就不能很好的机械咬合,从而降低抗滑移的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种不锈钢板螺栓连接装置及连接方法,在不锈钢板的接触面开设圆槽,在螺栓预紧力作用下,不锈钢材料刚度下降、变形增大,不锈钢板或夹板被压入圆槽,或在圆槽内放置金属材料,在螺栓预紧力作用下充满整个空腔,形成嵌固传力机制,被连接钢板之间相对错动必须同时克服嵌固作用和摩擦面之间的抗滑移力,增大了不锈钢板之间的抗滑移系数。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种不锈钢板螺栓连接装置,包括第一不锈钢板、第二不锈钢板、不锈钢高强度螺栓和螺母;第一不锈钢板和第二不锈钢板部分面板接触,第一不锈钢板和第二不锈钢板接触面的区域设置有数量相同螺栓孔,第一不锈钢板上的螺栓孔和第二不锈钢板上的螺栓孔一一对应;
第一不锈钢板底部的螺栓孔孔口处设有圆槽,不锈钢高强度螺栓贯穿第一不锈钢板和第二不锈钢板的螺栓孔和圆槽,位于不锈钢高强度螺栓上的螺母为拧紧状态,对第一不锈钢板和第二不锈钢板有夹紧力。
作为本发明的进一步优选,螺栓孔位于第一不锈钢板和第二不锈钢板接触面的孔口处均设有圆槽;第一不锈钢板和第二不锈钢板对应的圆槽形成空腔,空腔内设有环形的软质金属;不锈钢高强度螺栓贯穿软质金属。
作为本发明的进一步优选,所述圆槽的直径为螺栓孔孔径的1.5~2.0倍,圆槽的深度为0.5~1.0mm。
作为本发明的进一步优选,所述软质金属的材料采用软质金属材料。
作为本发明的进一步优选,软质金属的延伸率大于30%,屈强比小于0.85。
作为本发明的进一步优选,圆槽内填充软质金属的体积为接触面两个圆槽形成的空腔的0.90~0.95倍。
作为本发明的进一步优选,软质金属为管状或环状,软质金属的外径比圆槽的直径小1.5~2.0mm,管状或环状的软质金属的内径比螺栓孔的直径大1.5mm。
一种不锈钢板螺栓连接方法,包括以下步骤:步骤一:对第一不锈钢板和第二不锈钢板钻取螺栓孔;步骤二:对第一不锈钢板和第二不锈钢板的两个接触面进行喷砂、抛丸、拉丝处理;步骤三:对第一不锈钢板底部螺栓孔的孔口开设圆槽;步骤四:不锈钢高强度螺栓贯穿第一不锈钢板和第二不锈钢板的螺栓孔和圆槽,贯穿后连接于螺母;步骤五:对不锈钢高强度螺栓(3)通过拧紧施加预紧力,使得第二不锈钢板(2)在第一不锈钢板(1)的圆槽(5)位置发生塑性变形,嵌入第一不锈钢板(1)圆槽(5)中,形成嵌固机制。
作为本发明的进一步优选,在步骤三中,对螺栓孔位于第一不锈钢板和第二不锈钢板接触面的孔口处均开设圆槽,在对应两个圆槽形成的空腔中,放入软质金属;且步骤四的不锈钢高强度螺栓贯穿软质金属以及第一不锈钢板和第二不锈钢板的螺栓孔和圆槽,不锈钢高强度螺栓贯穿后连接于螺母,对不锈钢高强度螺栓通过拧紧施加预紧力,使得软质金属变形,并填充第一不锈钢板和第二不锈钢板中圆槽形成的空腔,形成嵌固机制。
作为本发明的进一步优选,抗滑移系数与圆槽直径之间的函数关系如下:
式中:d0为圆槽(5)的直径;d为不锈钢高强度螺栓(3)的直径;μ为抗滑移系数设计值,根据设计要求调整;P为不锈钢高强度螺栓(3)的预紧力;fv为软质金属(6)的抗剪强度;β为材料强化系数,根据材料性能和试验测定。
本发明具有如下有益效果:
1.在不锈钢板的接触面开设圆槽,在螺栓预紧力作用下,不锈钢材料刚度下降、变形增大,不锈钢板或夹板被压入圆槽,形成嵌固传力机制,不锈钢板之间相对错动必须克服嵌固作用,增大了不锈钢板之间的抗滑移系数。
2.本发明制作成本低,操作简单,不同场景适应度高。
3.本发明中可以通过调整圆槽的直径,改变连接中嵌固效应的软质金属截面尺寸,从而实现连接抗滑移系数可控。
4.本专利中提出软质金属嵌固作用对表面平整度要求较低。
附图说明
图1是本发明第一不锈钢板开设圆槽的结构示意图;
图2是本发明第一不锈钢板和第二不锈钢板都开设圆槽的示意图;
图3是本发明圆槽形成的空腔内设有软质金属的结构示意图;
图4是在不锈钢高强度螺栓预紧力作用下的结构示意图。
其中有:1.第一不钢板;2.第二不锈钢板;3.不锈钢高强度螺栓;4.螺栓孔;5.圆槽;6.软质金属。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中,需要理解的是,术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度,因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案,并不限制本发明的保护范围。
如图1-4所示,一种不锈钢板螺栓连接装置,包括第一不锈钢板1、第二不锈钢板2、不锈钢高强度螺栓3和螺母;第一不锈钢板1和第二不锈钢板2部分面板接触,第一不锈钢板1和第二不锈钢板2接触面的区域设置有数量相同螺栓孔4,第一不锈钢板1上的螺栓孔4和第二不锈钢板2上的螺栓孔4一一对应;第一不锈钢板1底部的螺栓孔4孔口处设有圆槽5,不锈钢高强度螺栓3贯穿第一不锈钢板1和第二不锈钢板2的螺栓孔4和圆槽5,位于不锈钢高强度螺栓3上的螺母为拧紧状态,对第一不锈钢板1和第二不锈钢板2有夹紧力。
圆槽5周边第一不锈钢板1和第二不锈钢板2之间挤压力与不锈钢高强度螺栓3的预紧力平衡,即与不开圆槽5相比,第一不锈钢板1和第二不锈钢板2之间挤压力不降低,因此能够保持摩擦传力机制下抵抗第一不锈钢板1和第二不锈钢板2相对滑动的能力不变。同时,在不锈钢高强度螺栓3预紧力作用下,不锈钢材料刚度下降、变形增大,第二不锈钢板2发生形变,部分被压入第一不锈钢板1的圆槽5,形成嵌固传力机制,第一不锈钢板1和第二不锈钢板2之间相对错动必须克服嵌固作用,增大了第一不锈钢板1和第二不锈钢板2之间的抗滑移系数。
作为本发明的进一步优选,螺栓孔4位于第一不锈钢板1和第二不锈钢板2接触面的孔口处均设有圆槽5;一个螺栓孔4对应一个圆槽5;在第一不锈钢板1和第二不锈钢板2对应的圆槽5形成空腔,空腔内还设有环形的软质金属6;不锈钢高强度螺栓3贯穿软质金属6以及第一不锈钢板1和第二不锈钢板2的螺栓孔4和圆槽5。软质金属6的材料选用软钢、铜或铝等软质金属材料。充分利用软质材料特性,软质金属6在不锈钢高强度螺栓3预紧力作用下发生冷加工变形,变形后其形态与圆槽5完全契合,同时冷加工引起材料的强化,提升了材料的强度,形成了高效的嵌固机制。
圆槽5的直径为螺栓孔4孔径的1.5~2.0倍,圆槽5的深度为0.5~1.0mm;圆槽5内填充软质金属6的体积为接触面两个圆槽5形成的空腔的0.90~0.95倍;软质金属6为管状或环状,软质金属6的外径比圆槽5的直径小1.5~2.0mm,管状或环状的软质金属6的内径比螺栓孔4的直径大1.5mm,方便不锈钢高强度螺栓3穿入。软质金属6在不锈钢高强度螺栓3预紧力引起的压缩变形前,具有高延性,其延伸率不低于30%,屈强比不大于0.85。
一种不锈钢板螺栓连接方法,包括以下步骤:
步骤一:对第一不锈钢板1和第二不锈钢板2钻取螺栓孔4;
步骤二:对第一不锈钢板1和第二不锈钢板2的两个接触面进行喷砂、抛丸、拉丝处理;
步骤三:对第一不锈钢板1底部的螺栓孔4孔口开设圆槽5;
步骤四:不锈钢高强度螺栓3贯穿第一不锈钢板1和第二不锈钢板2的螺栓孔4和圆槽5,贯穿后连接于螺母;
步骤五:对不锈钢高强度螺栓3通过拧紧施加预紧力,使得第二不锈钢板2在第一不锈钢板1的圆槽5位置发生塑性变形,嵌入第一不锈钢板1的圆槽5中,形成嵌固机制。
作为本发明的进一步优选,在步骤三中,对螺栓孔位于第一不锈钢板和第二不锈钢板接触面的孔口处均开设圆槽,在对应两个圆槽形成的空腔中,放入软质金属;且步骤四的不锈钢高强度螺栓贯穿软质金属以及第一不锈钢板和第二不锈钢板的螺栓孔和圆槽,不锈钢高强度螺栓贯穿后连接于螺母,对不锈钢高强度螺栓通过拧紧施加预紧力,使得软质金属变形,并填充第一不锈钢板和第二不锈钢板中圆槽形成的空腔,形成嵌固机制。
抗滑移系数与圆槽5直径之间的函数关系如下:
式中:d0为圆槽5的直径;d为不锈钢高强度螺栓3的直径;μ为抗滑移系数设计值,根据设计要求调整;P为不锈钢高强度螺栓3的预紧力;fv为软质金属6的抗剪强度;β为材料强化系数,根据材料性能和试验测定。本发明中可以通过调整圆槽5的直径,改变连接中嵌固效应的软质金属6截面尺寸,从而实现连接抗滑移系数可控的目标。
软质金属6为铜的条件下,当圆槽5直径为螺栓直径两倍的情况下,抗滑移系数(含嵌固和摩擦两种作用)达到0.70左右。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种不锈钢板螺栓连接装置,其特征在于:包括第一不锈钢板(1)、第二不锈钢板(2)、不锈钢高强度螺栓(3)和螺母;第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)部分面板接触,第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)接触面的区域设置有数量相同螺栓孔(4),第一不锈钢板(1)上的螺栓孔(4)和第二不锈钢板(2)上的螺栓孔(4)一一对应;螺栓孔(4)位于第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)接触面的孔口处均设有圆槽(5);第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)对应的圆槽(5)形成空腔,空腔内设有环形的软质金属(6),不锈钢高强度螺栓(3)贯穿软质金属(6)以及第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)的螺栓孔(4)和圆槽(5),位于不锈钢高强度螺栓(3)上的螺母为拧紧状态,对第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)有夹紧力;软质金属(6)的材料选用软钢、铜或铝软质金属材料,充分利用软质材料特性,软质金属(6)在不锈钢高强度螺栓(3)预紧力作用下发生冷加工变形,变形后其形态与圆槽(5)完全契合,同时冷加工引起材料的强化,提升了材料的强度,形成了高效的嵌固机制。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢板螺栓连接装置,其特征在于:所述圆槽(5)的直径为螺栓孔(4)孔径的1 .5~2 .0倍,圆槽(5)的深度为0 .5~1 .0mm。
3.根据权利要求2所述的一种不锈钢板螺栓连接装置,其特征在于:软质金属(6)的延伸率大于30%,屈强比小于0 .85。
4.根据权利要求2所述的一种不锈钢板螺栓连接装置,其特征在于:圆槽(5)内填充软质金属(6)的体积为接触面两个圆槽(5)形成的空腔的0 .90~0 .95倍。
5.根据权利要求2所述的一种不锈钢板螺栓连接装置,其特征在于:软质金属(6)为环状,软质金属(6)的外径比圆槽(5)的直径小1 .5~2 .0mm,环状的软质金属(6)的内径比螺栓孔(4)的直径大1 .5mm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种不锈钢板螺栓连接装置的连接方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:对第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)钻取螺栓孔(4);
步骤二:对第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)的两个接触面进行喷砂、抛丸和拉丝处理;
步骤三,对螺栓孔(4)位于第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)接触面的孔口处均开设圆槽(5),在对应两个圆槽(5)形成的空腔中,放入软质金属(6);
步骤四,不锈钢高强度螺栓(3)贯穿软质金属(6)以及第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)的螺栓孔(4)和圆槽(5),不锈钢高强度螺栓(3)贯穿后连接于螺母,对不锈钢高强度螺栓(3)通过拧紧施加预紧力,使得软质金属 (6)变形,并填充第一不锈钢板(1)和第二不锈钢板(2)中圆槽(5)形成的空腔,形成嵌固机制。
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Legal Events
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---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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