2.3铆接接头的结构设计与强度计算

铆接接头的结构设计与强度计算

2.3.1铆钉
(1)铆钉类型
铆钉是标准件,有空心铆钉和实心铆钉两种。空心铆钉用于受力较小的薄板或非金属件的连接。钢制实心铆钉按钉头形式的不同可以有很多种。
(2)铆钉材料与许用应力
铆钉的材料必须具有良好的塑性和无淬硬性。为避免因膨胀系数的不同而影响铆缝的强度或与腐蚀介质接触时产生电化学反应,一般铆钉的材料应与被铆件的材料相同或相近。常用的铆钉材料有:
钢铆钉:Q215A、Q215B、Q235A、Q235B、Q345、ML2、ML3、 ML10、ML15、10、15 和lCrl8Ni9Ti。
铜铆钉:T3、H62 和 HPb59-l。
铝铆钉:1050A、1035、ZA01、ZA10、5B05 和 3A21。
钢铆钉连接的许用应力见表2.2-3。
表2.2-3 钢铆钉连接的许用应力(MPa)

被铆件 材料 Q215-A、Q215-B Q235-A、Q235-B Q345
许用应力 ðlp、ðyp 140~155 155~170 215~240
ðpp 钻孔 280~310 310〜340 430~480
冲孔 240~260 265~290 365~410
铆钉 材料 ML2、ML3
许用应力 tp 钻孔 145
冲孔 115
ðlp 95

注:1.被铆件之一厚度大于16 mm时,表中数值取小值。
2.被铆件受循环载荷作用时,表中数值应降低10%-20%。
(3)铆钉长度的确定
铆钉长度根据铆钉类型和铆接后的形状决定,可以按照推荐的公式进行计算,也可由推荐表选取。
钢制半圆头铆钉铆成半圆头时,铆合前钉杆的长度可按下式进行计算:
l=1.1∑ð+1.4d
式中∑ð——被铆件总厚度(mm),一般取∑ð≤5d;
d——铆钉直径(mm)。
半圆头铆钉及沉头铆钉铆成沉头时的钉杆长度l可参照表2.2-4选取。
2.3.2被铆件
在铆接结构中,通常选用低碳的角钢或钢板作为被铆件的材料,尽量不用轧制的工字钢或槽钢。因为角钢或钢板的表面比较平整,容易放置铆钉头,并且当横截面积相同时,角钢的翼缘比其他型钢宽,能放置较大的铆钉。为保证铆接后铆钉能涨满铆钉孔,被铆件的厚度一般不超过铆钉直径的5倍。
2.3.3钢结构件铆接的结构参数
(1)钉孔直径do
为了使铆接时铆钉容易穿过钉孔,钉孔的直径应略大于钉杆的直径,钉孔直径见表2.2-5。

表2.2-4 半圆头铆钉及沉头铆钉钉杆长度的选择

铆钉
半圆头铆钉:

l d
3 4 5 6 8 10 12 16
铆接厚度∑ð
5 3
6 4 3
8 5.5 5 5
10 7.5 7 7 6.5
12 9 8.5 8.5 8
14 11 10 10 9.5
16 13 11.5 12 11 11 9
18 14.5 13.5 13.5 12.5 12.5 11
20 16 15 15 14 14 13
22 17 17 15.5 15.5 14.5 14
24 18.5 18.5 17.5 17 16 16
26 20 20 19 18.5 17.5 17.5
28 22 21.5 21 20 19 19
30 24 23 22.5 22 20.5 20.5
32 26 24.5 24 23.5 22 22
34 27.5 26 25.5 25 23.5 23.5

沉头铆钉:

l d
3 4 5 6 8 10 12 16
铆接厚度∑ð
6 4 4
8 5.5 5.5 5.5
10 7.5 7 7
12 9.5 8.5 8.5
14 11 10 10 10
16 13 11.5 11.5 11.5 11
18 14.5 13 13 13 12.5 12
20 16.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14
22 18 16.5 16 16 16 15.5
24 20 18 17.5 17.5 17.5 17 16
26 21.5 19.5 19 19 19.5 18.5 17.5
28 21 21 21 21 20 19
30 22.5 22.5 23 22 21
32 24 24 24.5 23.5 22.5
34 25.5 25.5 26 25 24.5

表2.2-5 铆钉用通孔直径do (摘自GB/T152.1—1988)(mm)

铆钉直径d 0.6 0.7 0.8 1 1.2 1.4 1.6 2 2.5 3 3.5 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30 36
do 精装配 0.7 0.8 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 2.1 2.6 3.1 3.6 4.1 5.2 6.2 8.2 10.3 12.4 14.5 16.5
粗装配 11 13 15 17 19 21.5 23.5 25.5 28.5 32 38

铆接用通孔既可采用钻孔的方式也可采用冲孔的方式获得。但由于冲出的孔孔边有毛刺、孔壁表面有冲剪的痕迹以及加工硬化而产生的裂纹,因此冲孔铆接的承载能力要比钻孔铆接的承载能力降低20%左右。为此,冲孔只能用于不受力或受力较小的不重要铆接中。一般尽量采用钻孔的方式,尤其是承受交变载荷时更应注意这一点。如果要采用冲孔方式,最好冲孔后要留下3〜5 mm的钻孔余量。
(2)铆钉的间距
铆钉的间距是根据连接各部分强度近似相等,并考虑到铆接工艺等方面的要求来确定的。根据钢结构设计规范,铆钉的间距应该符合表2.2-6的要求。

表2.2-6 铆钉的最大、最小容许间距(mm)

名称 位置与方向 最大容许距离 (取两者之小值) 最小容许距离
中心间距 外排 8do 或 12ð 3do
中间排 构件受压力 12do或18ð
构件受拉力 16do或24ð
中心至构件 边缘距离 平行于载荷的方向 2do
垂直于载荷的方向 切割边 4do或8ð 1.5do
轧制边 1.2do

注:1.do为铆钉用通孔直径,ð为较薄板件的厚度。
2.钢板边缘与钢结构件(如角钢、槽钢等)相连的铆钉的最大容许间距,可按中间排的数值选取。
2.3.4有色金属或异种材料铆接的结构参数
有色金属或异种材料(如石棉制动带与铸铁制动瓦)铆接的结构参数推荐如下:
1)铆钉直径d=1.5ð+2 mm
2)铆钉间距t=(2.5〜3)d
3)铆钉边距e1≥2d(平行于载荷的方向),e2≥(1.8〜2)d (垂直于载荷的方向)
4)铆钉杆长度l=∑ð+1.4d
2.3.5铆缝的强度计算
设计铆缝时,一般首先根据被铆件的特点及使用场合确定铆缝的型式,然后再根据载荷情况,通过强度计算确定被铆件的尺寸、铆钉的直径和数量。铆接接头的强度计算公式见表2.2-7〜表2.2-8。

表2.2-7 受力矩作用的铆钉的最大载荷计算

形式及图例 铆钉的最大载荷
 铆钉的最大载荷  铆钉的最大载荷
 铆钉的最大载荷  铆钉的最大载荷

表2.2-8 受拉、压构件的强度计算

计算内容 受力方式 计算公式 备注
构件的横截面面积A/mm² 构件受拉 A=F/屮ðlp 根据横截面面积A确定构件的尺寸
构件受压 A=F/∑ðyp
铆钉直径d/mm 单面剪切 d≈2ð 双盖板取两盖板厚度之和
双面剪切 d≈(1.25~1.5)ð
铆钉数量z 按铆钉抗剪强度计算 z=4F/mπdo²tp 取两个公式计算出的较大值,但是铆钉数量不能少于两个
按构件挤压强度计算 z=4F/doððpp

注:本表参数的意义:F—作用于构件上的外加载荷;
屮一铆缝的强度因子,屮=t-d/d;t为铆钉的间距,初算时可取屮=0.6〜0.8;
ðlp和ðyp一被铆件的许用拉应力和许用压应力,见表2.2-3;
∑—压杆纵弯曲因子,见表2.2-9;
ð—被铆件中较薄板的厚度,双盖板取两盖板厚度之和;
d0—钉孔直径;
m—每个铆钉的抗剪面数量;
tp一铆钉的许用切应力;
ðpp—被铆件的许用挤压应力。

表2.2-9 压杆纵弯曲因子∑

h 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 no 120 140 160 180 200
0.99 0.96 0.94 0.92 0.89 0.86 0.81 0.75 0.69 0.6 0.52 0.45 0.36 0.29 0.23 0.19

注:本表参数的意义:
h—柔度,h=µl/imin;
µ—柱端系数;l—构件计算长度;imin—构件截面最小惯性半径(mm)
根据钢结构设计规范规定,若一个被铆件通过其他中间板与另一个被铆件连接时,铆钉数目应比计算值增加10%;搭接或拼接板单面连接时,铆钉数目应比计算值增加10%;铆钉连接铆合的总厚度大于5d时,总厚度每超过2mm,铆钉数目应比计算值增加1% (至少增加一个),但总厚度不得超过7d。
2.3.6结构设计注意事项
1)铆接厚度一般不超过铆钉直径的5倍。
2)冲孔铆接的承载能力要比钻孔铆接的承载能力降低20%左右,因此,冲孔只能用于不受力或受力较小的不重要铆接中。
3)平行于载荷方向上的铆钉数量最多不超过6个,但不应少于2 个。同一结构中的铆钉直径尽量统一,最多不超过两种。
4)釆用多排铆钉时,尽量使铆钉交错布置,以提髙铆接的强度因子。
5)工地制成的铆钉,其许用应力应当适当降低。
6)多层板铆合时,需将各层板的接口错开。
7)板厚大于4 mm时才进行敛边;板厚小于4 mm,且对紧密性要求较高时,可以把涂有铅丹的亚麻布放在钢板之间以获得紧密性。

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