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高强度螺栓预紧力和拧紧力矩比较分析
在钢结构连接中经常使用高强度螺栓。高强度螺栓连接对于防止松动有良好的可靠性，尤其用于连接动载荷的构件。在高强度螺栓连接中，预紧力和拧紧力矩是一个很重要的参数。下面就高强度螺栓的预紧力及拧紧力矩进行探讨，以期得到合理的结果，在今后的设计中应用。
1预紧力大小的确定
高强度螺栓预紧力的大小跟螺栓的材料及其横截面面积有关。所用材料需要经过调质处理以提高其机械性能，满足使用要求。国内高强度螺栓的材料一般为45钢、40B钢及40Cr钢。45钢用作8.8级的螺栓，40B钢及40Cr钢用作10.9级的螺栓。
预紧力大小由下式计算：
P=0.6σF（1-1）
式中σ—高强度螺栓材料经热处理后的抗拉强度限，
F—螺栓的计算面积（按内螺纹直径计算），按下表取。
高强度螺栓的螺纹内径d和计算面积F

螺栓公称直径M16M18M20M22M24

螺纹的内径(mm)13.83515.29417.29419.29420.732
计算面积(mm)149182235292337.5

2拧紧力矩的计算
拧紧力矩是为了使螺栓产生预紧力，其大小由预紧力确定。拧紧力矩由下式计算：
M=0.19Pd（kg·m）（2-1）
式中P—高强度螺栓需要的预紧力（t）；
d—高强度螺栓的公称直径（mm）。
3下面就国内外高强度螺栓，根据它们的材料的机械性能计算其预紧力和拧紧力矩，并进行比较和分析，从中找到适合我们应用的预紧力和拧紧力矩。
根据《机械设计手册》（机械工业出版社）
材料：45钢，8.8级；40B钢，10.9级
抗拉强度限：45钢，850kN/mm；40B钢，1550kN/mm。
计算结果如下表所示。
预紧力F(kN)及扭紧力矩M(N·m)
螺纹直径螺栓的性能等级直径
d
mm螺距
p
mm8.810.9F(kN)M(N·m)F(kN)M(N·m)M202.5120456160608M223150627200836M243.51757982301048根据《起重机设计手册》（辽宁人民出版社）
材料：45钢，8.8级；40B钢，10.9级
抗拉强度限：45钢，850kN/mm；40B钢，1550kN/mm。
计算结果如下：
预紧力F(kN)及扭紧力矩M(N·m)
螺纹直径螺栓的性能等级直径
d
mm螺距
p
mm 8.810.9F(kN)M(N·m)F(kN)M(N·m)M16275228105320M182.595325125428M202.5120456160608M223150627200836M243.51757982301048
根据ISO5049-1：1994
材料：40B钢,40Cr
螺栓金属材料的屈服极限R=900N/mm（10.9级）
预紧应力按下式计算：
=0.7R（3-1）
预紧力按下式计算：
F=A
式中A—螺栓的计算面积（按螺栓内径计算）
正常情况下螺栓以F=A进行预紧。
允许附加力N按下式计算：
N=（3-2）
式中R—螺栓金属材料的屈服极限
v—为不同载荷情况时的安全系数（v1=1.5,v2=1.33,v2=1.2）
φ—依据比值l/d基础上的延伸系数（l—螺栓的紧固长度，d—螺栓的直径）
延伸系数φ
l紧固长度
l/d0.51.01.52.02.53.03.54.0φ0.430.420.400.380.360.330.320.30l/d4.55.05.56.06.57.07.5φ0.290.270.260.250.240.220.21A—螺栓的计算面积（按螺栓内径计算）
计算结果如下：
预紧力F(kN)及扭紧力矩M(N·m)
螺纹直径螺栓的性能等级直径
d
mm螺距
p
mm8.810.9F(kN)M(N·m)F(kN)M(N·m)M121.754510353.3126M1627021399310M202.5110418155610M2431557072221050M273.525014252901540
根据《散货连续装卸机械设计规范》欧洲机械联合会
材料：40B钢,40Cr
金属材料的屈服极限σ（0.2）=900N/mm（10.9级）
计算结果如下：
预紧力F(kN)及扭紧力矩M(N·m)
螺纹直径螺栓的性能等级直径
d
mm螺距
p
mm10.9F(kN)M(N·m)M121.7553.3126M16299310M202.5155610M2432221050
根据ISO5049/1-1980
材料：40B钢,40Cr
材料的屈服极限：R=900N/mm（10.9级）
R—金属材料的屈服极限
预紧应力按下式计算：
=0.7R（3-3）
预紧力按下式计算：
F=A
式中A—螺栓的计算面积（按螺栓内径计算）
允许附加力N按下式计算：
N=（3-4）
式中R—螺栓金属材料的屈服极限
v—不同载荷情