螺栓连接的优缺点

由于子系统在检查、更换和常规维护方面的组装和拆卸灵活性增加，螺栓连接被广泛应用于几乎所有机械和结构系统中。设计中最薄弱的环节往往是螺栓连接；在许多情况下，紧固件连接可以决定整个系统的可靠性和安全性。一个简单的螺栓连接可能包括一个螺纹紧固件（螺栓、螺钉或螺柱）、一个螺母或攻丝孔，以及通过预紧螺栓固定在一起的构件；通常，这是通过拧紧螺栓头或螺母来完成的。通过预紧螺栓，可以在螺栓连接中将各种服务载荷传递到夹紧连接中：无论是直接传递，还是通过增加连接处接触面的摩擦力来传递。其中一种典型的控制机制是使用预紧力（拉力）来拧紧螺纹紧固件。

任何钢结构系统都包含各种连接或附加的构件，通常在构件端部，包括梁、柱和拉杆。钢结构的多个构件可能由各种材料构成，包括板材、角钢、工字钢和槽钢。为了将这些不同的部件连接在一起，必须有效地使用紧固件，以便它们能够作为一个整体复合单元运行。钢框架连接能够将力传递到基础层面，并促进力与力矩在一个部件与其他部件之间传递。连接设计的主要目标是创建一个安全、经济且简单的连接（以便在现场能够轻松制造和组装）。此外，在结构中标准化连接，并以提供足够的间隙和可调节性以满足任何装配问题、抵抗腐蚀、易于维护并具有良好外观的方式进行细化，也是至关重要的。

每个钢结构设计都旨在确保构件连接牢固。在设计功能性连接时，连接设计人员遵循三个标准：经济性、安全性、有效性。当这种情况发生时，金属螺栓的制造非常有用。由于这些连接的标准化，处理间隙变得更加容易。工业用户可以根据需要更轻松地调整其尺寸或夹持力。

螺栓连接的优点

1. 螺栓连接易于操作

由于其应用的简便性，螺栓连接是一种理想的技术。它只需要一个基本的扭矩工具，并且将螺钉或螺柱与螺母或攻丝孔等螺纹匹配件组合在一起。这使其区别于其他技术：粘合是一种依赖操作员技能来评估其质量和适用性的方法。这种组装需要压装工具，增加了操作的复杂性。焊接需要合格的焊工和先进的设备，并且容易出现故障。

2. 螺栓连接可拆卸

用于组装它的工具也可以用于拆卸和再利用螺栓连接，它不是永久性组件。这对于维护、快速检查或更换零件特别有用。在产品寿命即将结束时，能够正确分离、分类和回收由不同材料组成的零件，使其具有实用性。

3. 有多种尺寸和类型的螺栓可供选择

根据应用的需要，螺栓有各种尺寸和材料可供选择。钢是常用的材料，提供强大的机械性能，通常超过了连接件的承载能力。

4. 可以将多种材料用螺栓夹紧在一起

螺栓可以连接金属以外的材料的构件，如复合材料和聚合物。使这种组装兼容，不需要任何特殊的设置或设计。

5. 螺栓可以固定厚件

连接件的厚度可以根据制造商的要求来确定。这通常需要常见的、经济的、已知的机械加工技术。可以通过大的公差来控制厚度和孔的尺寸。

6. 螺栓可在各种温度范围内工作

标准钢螺栓可承受-50°C至200°C的温度，而不锈钢螺栓可承受-160°C至500°C的温度。为了使连接达到所需的性能水平，需要采用特殊的耐高温材料和能在酸性环境中工作的合金的设计。

7. 强度更高

由于疲劳载荷在屈服载荷范围内，螺母不会松动，并且连接的疲劳强度将高于或优于焊接和铆接的接头。此外，由于摩擦力传递，孔处没有应力集中。与铆接相比，连接可以由更少的人员完成。

8. 制造简单

无需担心需要额外的螺栓。技术人员可以快速复制您已有的螺栓，并根据您的需求生产更多，因为它们易于制造。

9. 使用基本工具

这可能是使用螺栓作为钢结构连接件的最显著优点之一。它不需要只有少数人掌握的复杂设备或知识。

10. 螺栓可以安装，无需遵循特定工艺

这意味着安装后即可立即使用。它可以在没有特定工艺或机械的情况下工作。

螺栓连接的缺点

在任何项目的规划和设计阶段，工程师都必须决定最适合执行特定任务的材料或工具。通常，结构的整体设计决定了将使用的连接类型。然而，设计工程师还必须考虑成本、安装时间和整体性能。根据这些额外情况，螺栓连接存在一些缺点，例如，

1. 螺栓连接的失效类型

螺栓连接可能由于连接本身的问题或连接件的问题而失效。通过遵循 IS 800: 2007 中描述的边缘间距要求，可以避免许多这些问题，例如板的剪切破坏、板的撕裂破坏和板的承压破坏。因此，它们不那么重要，但其他问题值得认真考虑。以下六种螺栓连接的失效模式中的任何一种都可能发生。

• 拉伸破坏：当螺栓比连接板更强时，会导致板材的拉伸破坏。
• 承压破坏：当用低强度螺栓连接高强度板材时，会发生螺栓的承压破坏。在这种失效模式中，连接板材由于施加的力而滑动，使螺栓沿其半圆被压碎。
• 剪切破坏：当螺栓通过剪切失效时，螺栓会沿着剪切接触面被切断或撕裂。根据接头的不同，可能有一个或多个剪切界面。根据剪切平面的数量，螺栓可能发生单剪、双剪等失效。当板材由于施加的力而滑动时，会产生剪切应力。
• 板材撕裂破坏：当使用高强度螺栓连接高强度板材时，会发生板材撕裂破坏。这是剪切和拉伸的组合破坏。有时螺栓可能需要比必需的更靠近地布置，这可能导致板材被剪切。因此，螺栓区域内的材料块会与周围空间分离。
• 板材承压破坏：当用高强度螺栓连接低强度板材时，也会发生板材的承压破坏。在载荷方向附近可能存在另一个螺栓或边缘，这可能会加剧承压问题。当对普通螺栓施加剪切应力时，会发生滑动，螺栓会与板材接触。如果螺栓材料比板材材料更强，板材可能会被压碎。

2. 接头精度

接头的紧密度决定了螺栓接头的精度，这取决于螺母和螺栓之间的摩擦力。

3. 轴向抗拉强度较低

螺栓连接的轴向抗拉强度较低。我们所在区域承受强轴向载荷会增加螺栓连接失效的可能性。

4. 振动影响

螺栓连接受振动影响很大。振动载荷会降低连接的强度。

5. 重量较大

当螺栓连接连接两个板时，其重量大于铆接连接连接板时的重量。

6. 需要适当润滑

随着时间的推移，螺栓连接需要适当的润滑以保持平稳运行。

7. 需要更大的空间

与铆接接头相比，螺栓连接接头需要更大的空间。因此，螺栓连接所需的空间更大。