铆接
计算铆钉剪断拉力、铆钉孔板的破坏拉力、铆钉与孔壁压力、最小铆钉间距及铆接效率
输入参数
公式解读
铆接图示 — 搭接与间距
铆钉剪断拉力 — 搭接接头（单剪）
搭接接头每个铆钉有一个剪断面，抗剪截面积为 (π/4)d²，乘以许用剪切应力 τ（MPa）得铆钉可传递的最大拉力。注：铆接时铆杆膨胀充满间隙，强度计算使用公称直径 d（非孔径 d₁）。
铆钉剪断拉力 — 双接接头（双剪）
双接接头有两块盖板，每个铆钉有两个剪断面，承载力翻倍。系数 2 即反映两个剪断面各承受一半载荷。
铆钉孔板的破坏拉力
铆钉孔排之间板的净截面积为 (p − d₁)·t。若此净截面拉应力达到 σ₁，板将被撕裂。为避免板材控制，应使 (p − d₁)·t·σ₁ ≥ W_剪断，即间距 p 不能太小。
铆钉与铆钉孔壁的压力
铆杆与孔壁的承压投影面积为 d·t（直径×板厚）。若接触应力达到许用压应力 σ_c，孔壁或铆杆表面发生压溃。因铆杆充满孔洞，取 d（非 d₁）计算。
板的效率
板的效率为净截面宽度 (p − d₁) 与间距 p 之比，即开孔后板截面的保留比例。间距 p 越大，板的效率越高，但铆钉数量减少，反而降低铆钉效率。
铆钉的效率
铆钉效率将单位间距内铆钉的剪切承载力与板毛截面的抗拉承载力之比。n 为剪断面数。令 η_板 = η_铆，可在相同间距下使铆接效率最大化。
知识点
- •热铆时铆杆膨胀充满铆孔间隙，孔洞被完全填实。从安全出发，剪断和承压强度计算均采用铆钉公称直径 d，而非孔径 d₁。
- •铆接头可能发生三种破坏：①② 铆钉剪断、③ 铆孔排板材撕裂、④ 孔壁压溃。接头强度取三者中最小值。合理设计应使三者大致相等，充分发挥材料性能。
- •开孔必然削弱板的强度，η 恒小于 1。铆接效率 η = min(η_板, η_铆)。为使 η 最大，应令 η_板 = η_铆，通过优化间距 p 和铆钉直径 d 实现平衡设计。
- •实践中的初步选型规则：铆钉直径 d ≈ √(50t) − 4 mm；间距 p ≈ 3d；铆孔直径 d₁ ≈ d + 1.0~1.5 mm；铆钉长度（不含头部）≈ 被连接板总厚度的 1.3~1.6 倍。经验值确定后须进行强度验算。
计算示例
搭接接头（单剪），板厚 t = 12 mm，铆钉公称直径 d = 16 mm，铆孔直径 d₁ = 17 mm，板的许用拉伸应力 σ₁ = 50 MPa，铆钉许用剪切应力 τ = 40 MPa，求铆钉间距 p。
已知条件
- • 板厚：t = 12 mm
- • 铆钉直径：d = 16 mm；铆孔直径：d₁ = 17 mm
- • σ₁ = 50 MPa（板拉伸）；τ = 40 MPa（铆钉剪切）
- • 接头类型：搭接（单剪）
求解过程
第一步 — 铆钉剪断拉力（公式①）
第二步 — 由板撕裂公式③求最小间距
结果：铆钉剪断拉力 W ≈ 8040 N；最小铆钉间距 p ≥ 30.4 mm，实际取 p = 32 mm（向上取整至标准尺寸）。
拓展知识
- •铆接曾是 20 世纪前期钢结构的主流连接方式。焊接效率更高（η 趋近 1），但需要熟练工人和热管控。高强度摩擦型螺栓连接因施工快、噪声小、便于检测，已在现代钢结构中基本取代铆接。
- •热铆后铆杆冷却收缩产生预夹紧力，板间摩擦可分担部分载荷，实际剪切面上的受力小于名义计算值。冷铆或空心铆钉的预紧力较小，摩擦效果不明显。
- •锅炉和压力容器规范规定主接缝铆接效率 η ≥ 70~80%。多排铆钉（双排、三排）可在更长的连接范围内分配载荷、提高效率。各排铆钉通常错开布置，避免净截面对齐。
- •铝合金铆钉（2117、2024、7050 系列）广泛用于飞机蒙皮。埋头铆钉可减小气动阻力。孔径公差极严（通常 d + 0.05 mm），干涉配合安装在孔口产生压缩残余应力，显著提高疲劳寿命。
- •令 η_板 = η_铆，即 (p−d₁)/p = n(π/4)d²τ/(ptσ)，联立经验公式 p ≈ 3d、d₁ ≈ d+1 mm 可求解最优 d 和 p。实践中先用经验值初选，再验算效率并调整。