螺栓连接的受力形式分析

在大多数工作情况下，螺栓连接通过预紧力进行安装。通过这种方式，螺栓连接可以承受或传递力和力矩。当螺栓没有预紧时，被连接件将不会被压紧。被连接部件可自由移动，横向载荷可通过螺栓传递到螺栓孔上，这就导致了孔边缘的应力集中或挤压。相反的，如果通过螺栓预紧力使被连接件压紧，则在被连接件的接触表面处发生摩擦，进而可以防止构件的滑动。载荷可以通过被连接件的摩擦传递，而不是通过螺栓传递到螺栓孔上。因此，在实际应用时，通常在螺栓上施加适当的螺栓预紧力，并确保所产生的摩擦力不小于横向载荷。对于定量评估，量纲为1的参数k定义如下：

式中，n为接触面的数量；μ为摩擦系数；Fbolt为螺栓预紧力；Ft，max为螺栓连接所承受的最大横向载荷。

可靠性系数k建立了螺栓预紧力、摩擦系数、横向载荷和螺栓连接结构之间的关系。显然，根据式（6.1）可以得出结论，如果通过摩擦力传递所有横向载荷，则参数k必须大于1，这种类型的螺栓连接称为摩擦连接（friction weld joint）。(www.xing528.com)

如图6.3所示，典型的螺栓连接有两种形式，即双层螺栓连接和单层螺栓连接。双层螺栓连接是一种对称结构。横向载荷通过被连接件的对称的两个接触面进行传递。而单层螺栓连接比双层螺栓连接的受力更为复杂，因为载荷传递路径不对称，进而在连接面上产生附加力矩。这意味着这种连接会同时受到弯曲力矩和横向载荷的作用，增加了对接触面上的应力分布的不确定性。为了更好地了解螺栓接头的疲劳行为，减少其他因素的影响，本书主要针对双层螺栓连接展开研究和讨论。

图6.3　典型的螺栓连接类型

（a）双层螺栓连接；（b）单层螺栓连接