一種螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種采用螺栓連接的構(gòu)件，可有效控制螺栓與被連接構(gòu)件之間的相對(duì) 滑動(dòng)，屬于連接技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多設(shè)備和設(shè)施的構(gòu)件之間都是由螺栓進(jìn)行連接的，一些對(duì)整體剛度要求較高的 設(shè)備和設(shè)施，必須嚴(yán)格控制螺栓連接的滑移量。例如為了方便施工，大部分角鋼輸電鐵塔在 節(jié)點(diǎn)上使用普通螺栓作為抗剪連接件，由于普通螺栓與鐵塔構(gòu)件（角鋼）的螺栓孔之間存 在構(gòu)造間隙，且預(yù)緊力較小，因此在螺栓連接部位極易發(fā)生螺栓與被連接構(gòu)件之間的相對(duì) 滑動(dòng)，從而影響構(gòu)件的內(nèi)力分布和鐵塔的整體剛度，使鐵塔更容易遭到破壞。
[0003] 目前，控制螺栓連接滑移的方法有多種，比如提高螺栓強(qiáng)度、提高構(gòu)件強(qiáng)度、采用 復(fù)合材料構(gòu)件等，但運(yùn)些方法不僅不能有效解決螺栓連接的滑移問題，而且還會(huì)大大增加 設(shè)備和設(shè)施的制造成本。因此如何有效控制螺栓連接的滑移量一直是困擾有關(guān)技術(shù)人員的 難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法， W提高設(shè)備和設(shè)施的整體剛度。
[0005] 本發(fā)明所述問題是W下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，它包括兩個(gè)構(gòu)件本體，分別稱為第一構(gòu)件和第 二構(gòu)件，所述構(gòu)件本體通過螺栓相接的部位為平面、并分別設(shè)有長(zhǎng)圓螺栓孔；所述兩個(gè)長(zhǎng)圓 螺栓孔W兩者中屯、連線的垂直平分面對(duì)稱；每個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔的長(zhǎng)軸與兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔中屯、 連線的垂直平分面的夾角0為銳角，兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔的短軸的長(zhǎng)度等于構(gòu)件連接螺栓桿 的直徑r。
[0007] 上述螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，所述長(zhǎng)圓螺栓孔長(zhǎng)軸的一半設(shè)為以長(zhǎng)度L與0 的關(guān)系為：
[0008] 上述螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，所述長(zhǎng)圓螺栓孔的半長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度L與0的關(guān)系 為：
[0009]
[0010] 式中A為構(gòu)件的裝配誤差，r為螺栓桿的半徑。
[0011] 上述螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，每個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔的長(zhǎng)軸與兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔中屯、 連線的垂直平分面的夾角0的取值范圍為
[0012] 上述螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔的中屯、連線平行于構(gòu)件的受力 方向。
[0013] 上述螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，所述兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔的外側(cè)還設(shè)有0~2對(duì)對(duì) 稱的附加螺栓孔，每個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔外側(cè)的附加螺栓孔與該長(zhǎng)圓螺栓孔的形狀相同且長(zhǎng)軸相 互平行。
[0014] 上述螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，所述兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔之間設(shè)有圓形螺栓孔，所 述圓形螺栓孔的半徑與螺栓桿的半徑r的差等于構(gòu)件的裝配誤差A(yù)。
[0015] 本發(fā)明利用短軸長(zhǎng)度等于螺栓桿半徑，長(zhǎng)軸角度不同的長(zhǎng)圓螺栓孔實(shí)現(xiàn)相鄰構(gòu)件 之間的連接，不僅解決了裝配誤差給設(shè)備和設(shè)施的組裝造成的困難，而且能夠有效防止螺 栓與被連接構(gòu)件之間的相對(duì)滑動(dòng)，從而提高了設(shè)備和設(shè)施的整體剛度。
【附圖說明】
[0016] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0017] 圖1是長(zhǎng)圓螺栓孔的長(zhǎng)軸與構(gòu)件的受力方向（CD方向）垂直時(shí)的狀態(tài)； 陽(yáng)01引圖2是圖1的俯視圖；
[0019] 圖3是長(zhǎng)圓螺栓孔的長(zhǎng)軸與構(gòu)件的受力方向（CD方向）不垂直時(shí)的狀態(tài)；
[0020] 圖4、圖5、圖6是本發(fā)明的S個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖7是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)使用的傳統(tǒng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)；
[0022] 圖8是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)使用的本發(fā)明構(gòu)件結(jié)構(gòu)；
[0023]圖9是常規(guī)螺栓連接載荷位移曲線；
[0024] 圖10是本發(fā)明的載荷位移曲線。
[00巧]圖中各標(biāo)號(hào)分別表示為：1、長(zhǎng)圓螺栓孔，2、螺栓桿，3、第一構(gòu)件，4、第二構(gòu)件，5、圓 形螺栓孔，6、附加螺栓孔。
【具體實(shí)施方式】
[00%] 傳統(tǒng)的螺栓孔與螺栓之間存在著構(gòu)造間隙，因此當(dāng)其連接受力時(shí)必然出現(xiàn)螺栓連 接滑移現(xiàn)象，若是圓形螺栓孔的直徑大小與螺栓桿相同，或者長(zhǎng)圓螺栓孔的短軸長(zhǎng)度等于 螺栓桿直徑而且長(zhǎng)軸與構(gòu)件的受力方向垂直（如圖1所示），那么螺栓桿與螺栓孔之間在受 力方向上將沒有任何間隙，一定不會(huì)產(chǎn)生滑移，但是一旦設(shè)備或設(shè)施在組裝過程中出現(xiàn)裝 配誤差將導(dǎo)致設(shè)備或設(shè)施無法安裝，運(yùn)是不允許的。
[0027] 如果螺栓孔采用長(zhǎng)圓螺栓孔，而且長(zhǎng)圓螺栓孔的短軸長(zhǎng)度等于螺栓桿直徑，長(zhǎng)軸 與垂直于構(gòu)件受力方向的平面的夾角為銳角，則可W解決滑移和裝配誤差的問題。
[0028] 如圖3所示，長(zhǎng)圓螺栓孔1的兩端均為半圓，L為長(zhǎng)圓螺栓孔1的半長(zhǎng)軸，長(zhǎng)圓螺 栓孔1的半短軸等于螺栓桿的半徑r，假設(shè)允許的裝配誤差為A，構(gòu)件的受力方向?yàn)镃D方 向，可W看出：
[0029] 2 (X-r)sin目=A
[0030] (1)
[0031] 即得
[0032] (2)
[0033] 式2給出了長(zhǎng)圓螺栓孔1的半長(zhǎng)軸^長(zhǎng)圓螺栓孔1的長(zhǎng)軸與垂直于構(gòu)件受力方向 的平面的夾角0之間的關(guān)系。由此確定長(zhǎng)圓螺栓孔1的尺寸大小。
[0034] 確定好長(zhǎng)圓螺栓孔1的尺寸大小后，在構(gòu)件上同時(shí)鉆兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔1，兩個(gè)長(zhǎng)圓 螺栓孔1關(guān)于二者中屯、連線的垂直平分面（圖中點(diǎn)畫線EF所在的垂直于虛線CD的平面） 對(duì)稱，兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔1的中屯、連線平行于構(gòu)件的受力方向（如圖4所示）。兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓 孔1的運(yùn)種布置方式能夠有效控制螺栓連接滑移的大小。傳統(tǒng)的長(zhǎng)圓螺栓孔都是為了增加 兩連接件的相對(duì)滑移量，而本發(fā)明的長(zhǎng)圓螺栓孔能夠有效減小兩連接件的相對(duì)滑移，而且 可W通過改變0角的大小，來控制滑移量的大小。
[0035] 具體實(shí)施時(shí)，還可W根據(jù)具體情況，按照W下方法增加螺栓孔的數(shù)量：
[0036] 參看圖5,當(dāng)一個(gè)構(gòu)件上設(shè)置=個(gè)螺栓孔時(shí)，可W在兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔1的中間增設(shè) 一個(gè)圓形螺栓孔5,圓形螺栓孔5為傳統(tǒng)螺栓孔，其直徑大于螺栓桿的直徑。
[0037] 參看圖6,當(dāng)一個(gè)構(gòu)件上設(shè)置四個(gè)螺栓孔時(shí)，可W在兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔1的外側(cè)增設(shè) 一對(duì)附加螺栓孔6 (附加螺栓孔用虛線表示），兩個(gè)附加螺栓孔6也是關(guān)于兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔 1的中屯、連線的垂直平分面對(duì)稱的，每個(gè)附加螺栓孔6與相鄰的長(zhǎng)圓螺栓孔1形狀相同，而 且長(zhǎng)軸相互平行。
[003引如果將單孔也算作一種情況，我們將孔的布置規(guī)律總結(jié)如下：
[0039] 1)當(dāng)為單螺栓孔時(shí)，其布置形式如圖3所示。
[0040] 2)當(dāng)為奇數(shù)孔時(shí)（不含單螺栓孔），中間為傳統(tǒng)的圓形螺栓孔，圓形螺栓孔的兩側(cè) 對(duì)稱設(shè)置數(shù)目相同的長(zhǎng)圓螺栓孔。
[0041] 3)當(dāng)為偶數(shù)孔時(shí)，螺栓孔均為長(zhǎng)圓螺栓孔，而且運(yùn)些長(zhǎng)圓螺栓孔對(duì)稱布置。 陽(yáng)0創(chuàng)實(shí)例驗(yàn)證
[0043] 為了驗(yàn)證本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)所在，本發(fā)明特意對(duì)角鋼構(gòu)件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)參數(shù) 如表1所示。其中試件1和試件2都為帶有傳統(tǒng)螺栓孔的角鋼，試件3和試件4都為帶有 本發(fā)明螺栓孔的角鋼。角鋼的型號(hào)為L(zhǎng)40X3,角鋼之間用4. 8級(jí)、M16的螺栓進(jìn)行連接。
[0044] 表1角鋼參數(shù)
[0045]
[0046]假設(shè)取兩個(gè)試件的平均值作為最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其結(jié)果如圖9和圖10所示?？蒞看出，與傳統(tǒng)構(gòu)件相比，本發(fā)明的滑移量明顯減小。
[0047]本發(fā)明具有W下特點(diǎn)：
[0048]本發(fā)明的螺栓孔為長(zhǎng)圓螺栓孔，長(zhǎng)圓螺栓孔的長(zhǎng)軸方向與構(gòu)件的受力方向（例如 桿狀構(gòu)件的軸線方向）有一定的夾角，通過改變夾角的大小來控制滑移量的大小。
[0049]本發(fā)明中兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔采用對(duì)稱布置方式，W此可W有效地控制螺栓連接滑 移，且滿足安裝及制造誤差。
[0050] 與傳統(tǒng)構(gòu)件相比，本發(fā)明的制造和安裝一樣方便，制造成本也基本相當(dāng)，本發(fā)明能 夠方便地應(yīng)用到輸電鐵塔中，而且可有效預(yù)防螺栓連接滑移的發(fā)生。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，其特征是，它包括兩個(gè)構(gòu)件本體，分別稱為第一構(gòu) 件3和第二構(gòu)件4,所述構(gòu)件本體通過螺栓相接的部位為平面、并分別設(shè)有長(zhǎng)圓螺栓孔（1); 所述兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔（1)以兩者中心連線的垂直平分面對(duì)稱；每個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔（1)的長(zhǎng)軸 與兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔（1)中心連線的垂直平分面的夾角9為銳角，兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔（1)的短 軸的長(zhǎng)度等于構(gòu)件連接螺栓桿（2)的直徑r。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，其特征是，所述長(zhǎng)圓螺栓孔（1) 長(zhǎng)軸的一半設(shè)為L(zhǎng)，長(zhǎng)度L與0的關(guān)系為：式中△為構(gòu)件的裝配誤差，r為螺栓桿（2)的半徑。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，其特征是，每個(gè)長(zhǎng)圓螺 栓孔（1)的長(zhǎng)軸與兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔（1)中心連線的垂直平分面的夾角0的取值范圍為： 0 3」4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，其特征是，兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔（1) 的中心連線平行于構(gòu)件的受力方向。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，其特征是，所述兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓 孔（1)的外側(cè)還設(shè)有1~2對(duì)對(duì)稱的附加螺栓孔（6)，每個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔⑴外側(cè)的附加螺栓 孔（6)與該長(zhǎng)圓螺栓孔（1)的形狀相同且長(zhǎng)軸相互平行。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，其特征是，所述兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓 孔（1)之間設(shè)有圓形螺栓孔（5)，所述圓形螺栓孔（5)的半徑與螺栓桿（2)的半徑r的差等 于構(gòu)件的裝配誤差A(yù)。
【專利摘要】一種螺栓連接構(gòu)件的防滑移方法，用于提高設(shè)備和設(shè)施的整體剛度，它包括兩個(gè)構(gòu)件本體，分別稱為第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，所述構(gòu)件本體通過螺栓相接的部位為平面、并分別設(shè)有長(zhǎng)圓螺栓孔；所述兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔以兩者中心連線的垂直平分面對(duì)稱；每個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔的長(zhǎng)軸與兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔中心連線的垂直平分面的夾角<i>θ</i>為銳角，兩個(gè)長(zhǎng)圓螺栓孔的短軸的長(zhǎng)度等于構(gòu)件連接螺栓桿的直徑<i>r</i>。本發(fā)明利用短軸長(zhǎng)度等于螺栓桿半徑，長(zhǎng)軸角度不同的長(zhǎng)圓螺栓孔實(shí)現(xiàn)相鄰構(gòu)件之間的連接，不僅解決了裝配誤差給設(shè)備和設(shè)施的組裝造成的困難，而且能夠有效防止螺栓與被連接構(gòu)件之間的相對(duì)滑動(dòng)，從而提高了設(shè)備和設(shè)施的整體剛度。
【IPC分類】F16B5/02
【公開號(hào)】CN105114409
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510548411
【發(fā)明人】江文強(qiáng), 王璋奇, 張子陽(yáng)
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月31日