本文从海外项目设计的实际出发，以规范言“受剪螺栓的螺纹不应进入剪切面”为切入点展开了比较浅薄的分析研究，以抛砖引玉。所述难免有失偏颇，如有不当之处，权当提供一个思路，如遇业主有雷同诉求，可参考采用。
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一、输电线路铁塔螺栓设计现状
目前国内大部分设计单位按《输电线路铁塔制图和构造规定》（DL/T-）设计螺栓规格，各自标准螺栓表均大同小异。尤其是国网通用设计发布以后，出于螺栓设计的标准化目的，标准螺栓表更趋于统一了。
鉴于通用设计标准螺栓表应用的广泛性，而螺栓连接的安全性又尤为重要。本文主要针对螺纹是否进入剪切面、螺栓出扣长度等方面对该标准螺栓表进行评估。分析中采用的标准螺栓和螺母参数见表1.1，分析结果见表1.2。表1.1标准螺栓、螺母参数
注：以上螺母的厚度采用ISO标准，与行标略有差异。
表1.2M16X50（双帽M16X60）螺栓分析结果
分析表明：对于M16螺栓，在大部分通过厚度情况下，螺纹可能进入剪切面。以M16X50规格为例，其出扣长度为5.4mm-19.9mm；对于M20螺栓，在大部分通过厚度情况下，螺纹可能进入剪切面。以M20X75规格为例，其出扣长度为6.0mm-18.1mm；对于M24螺栓，在所有通过厚度情况下，螺栓均不会进剪切面。以M24X规格为例，其出扣长度为8.0mm-19.8mm。下面以某典型设计铁塔中的某处连接节点为例，对M16和M20螺栓连接的详图进行分析，以作进一步说明。
图1.1中，M16X50螺栓通过厚度为19mm；M20X55螺栓通过厚度为24mm，塔身处螺栓穿向为由内向外。将M16X50螺栓与构件的穿过情况进行放样，如图1.2所示。可以看到,螺栓无扣长为12mm，当靠近螺栓杆头的板件厚度为14mm，而远离杆头的板件厚度为5mm时，此时螺纹已经进入剪切面。将M20X55螺栓与构件的穿过情况进行放样，如图1.3所示。可以看到，螺栓无扣长为15mm，当靠近螺栓杆头的板件厚度和为19mm，而远离杆头的板件厚度为5mm时，此时螺纹已经进入剪切面。可以看出，采用现有标准螺栓表无法避免螺纹进剪切面。M16和M20的螺栓很多规格不能满足现行规范要求。
二、螺栓无扣长优化方案
分析可见，现有螺栓规格表存在一些弊端，很多规格都存在螺纹进剪切面的可能。另外，螺栓的出扣长度长短不一，既不美观也不经济。解决以上螺栓设计弊端的方法有两个，方法一为在不改变螺栓长度的情况下，改变螺栓的通过厚度范围；方法二为在不改变通过厚度范围和螺栓长度的情况下，增大螺栓的无扣长。我院早年对该标准螺栓表进行了无扣长优化设计，目前已大规模用于我院省内输电线路设计。螺栓无扣长优化设计方法对每种直径的螺栓可能连接的最薄构件进行计算，以此来优化螺栓的无扣长，则能确保所有通过厚度情况下均能保证螺纹不进剪切面。
对无扣长进行优化后，充分消除了螺栓进剪切面的这一缺陷。设计和安装人员不需要考虑无扣长及穿入方向，根据通过厚度一项即可确定螺栓长度，大大提高了设计制图的效率，安装时不易产生差错，铁塔的安全容易保证。采用优化后的螺栓同样适用于套用的铁塔图纸。因为通过厚度没有改变，原图中螺栓标注、规格等项目均不需修改，只需对螺栓加工要求一项进行修改即可,这样就会使原图中可能存在的一些螺纹进入剪切面的螺栓得到纠正。
三、螺栓全方位优化设计方案
对无扣长进行优化后，螺纹进剪切面的问题基本得到解决，这有效的提高了螺栓连接的安全度。为保证螺栓拧紧，无扣长优化后需要增加垫片数量，带来如下操作上的不便利性：1、施工安装人员有时须试装垫片数量；2、垫片统计工作较为繁琐；因此有必要研究螺栓设计的最优方案，以彻底解决目前存在的问题。为同时兼顾螺栓的经济性及出扣的美观性，本文提出螺栓设计的三个目标功能如下：
（1）螺纹应全部在连接板件外，且螺纹末端应始终在垫圈内。这样既能保证剪切面位于无扣部分，又能保证螺母能够拧紧；（2）螺栓出扣长度不小于2倍的螺距，M16螺栓建议取4.0mm，M20螺栓建议取5.0mm，M24螺栓建议取6.0mm。这个长度为螺栓完全发挥其功能的保险长度，是必须保证的；（3）螺栓的最大出扣长度应有合理的限制，M16螺栓建议取10mm，M20螺栓建议取12mm，M24螺栓建议取14mm，做到既经济又美观；满足以上功能需要的螺栓详见如下示意图。
显然，满足第（1）目标功能后，螺栓不管从哪个方向穿都能满足连接板件区间内无螺纹，这样承压面之间完全是无扣部分，承压应力也将变得更均匀，螺栓连接的抗剪和抗压性能均达到最优；满足第（2）目标功能后，螺栓的长度都满足最小出扣要求，保证螺母能完全发挥其作用；满足第（3）目标功能后，螺栓的最大出扣长度被有效的限制在一个合理范围内，螺栓设计将变得更加经济和美观。可见，要想完全满足以上三个目标功能，螺栓必须重新进行设计。由此，我们自然的将螺栓的无扣长级差由10mm改为5mm，通过反复调整螺栓长度、无扣长、通过厚度范围、垫圈厚度和个数，并对螺栓的参数进行全方位分析，就形成了新的满足以上三个目标功能的标准螺栓表。新的标准螺栓表满足三个目标功能情况概括如下：可见，通过重新优化设计后的螺栓的各项目标功能均满足的较好，这样螺栓设计即达到了安全、经济、美观的要求。优化后的螺栓规格表如下表。
新的标准螺栓表采用的垫圈厚度分别为6mm和4mm，为了提高螺栓按图施工准确度，将6mm垫圈的螺栓后缀加A，将4mm垫圈的螺栓后缀加B。安装工人可直接按照图纸选择相应的螺栓和垫圈，完成螺栓的安装。通过全方位优化设计后，螺栓规格将比原来多出将近一倍，故原有的螺栓图例将不能再继续使用。故使用新的标准螺栓表设计的铁塔，其结构制图方法也应进行相应改进。可在结构详图上仅设计6种螺栓图例，即M16单帽、M20单帽、M24单帽、M16双帽、M20双帽和M24双帽。结构图上的螺栓规格应标注在相应杆件端部或相应板件边缘，必要时加引出线标注，以能够详实的表述为准。螺栓标注详见以下图例。
四、结论及建议
本文简述了国内输电线路铁塔用螺栓设计的现状，对目前被广泛采用的标准螺栓表进行了全面的分析。发现该标准螺栓表不能完全避免螺纹进入剪切面，特别是对于M16和M20螺栓。此外，螺栓的出扣长度变化范围过大，既不美观也不经济，并指出改善上述不足的迫切性和必要性。
本文介绍了螺栓的无扣长优化方案，简述了该方案的优缺点。基于此，本文提出进一步全方位优化标准螺栓表的设想。针对目前输电线路铁塔螺栓设计的现状和已经面临的问题，本文提出了满足三个目标功能的螺栓优化设计设想。根据三个目标功能要求，本文提出了输电线路铁塔螺栓全方位优化设计方案，设计了新的标准螺栓表，并同时提出了配合该表使用的铁塔结构图绘制的改进方法，以期更好的解决目前螺栓设计存在的问题。
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