第5章 鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接

1、本科教學(xué)本科教學(xué) 第5章 鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接 鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計 中南大學(xué)中南大學(xué) 土木工程學(xué)院土木工程學(xué)院 歐陽震宇歐陽震宇 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 5.1 5.1 螺栓連接概述螺栓連接概述 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓 代號代號A A級和級和B B級級C C級級 強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級5.65.6級和級和8.88.8級級4.64.6級和級和4.84.8級級 加工方式加工方式車床上經(jīng)過切削而成車床上經(jīng)過切削而成單個零件上一次沖成單個零

2、件上一次沖成 加工精度加工精度 螺桿與栓孔直徑之差為螺桿與栓孔直徑之差為 0.250.250.5mm0.5mm 螺桿與栓孔直徑之差為螺桿與栓孔直徑之差為 1.51.53mm3mm 抗剪性能抗剪性能好好較差較差 經(jīng)濟(jì)性能經(jīng)濟(jì)性能價格高價格高價格經(jīng)濟(jì)價格經(jīng)濟(jì) 用途用途 構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械 結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采 用用 沿螺栓桿軸受拉的連接；次沿螺栓桿軸受拉的連接；次 要的抗剪連接；安裝的臨時要的抗剪連接；安裝的臨時 固定固定 1. 1. 普通螺栓連接普通螺栓連接 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土

3、木工程學(xué)院 歐陽震宇 2. 2. 高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接 高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)螺桿和配套螺母、墊圈的高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)螺桿和配套螺母、墊圈的 合稱。合稱。 由由4545號、號、40B40B和和20MnTiB20MnTiB鋼經(jīng)過熱處理加工而成。鋼經(jīng)過熱處理加工而成。 4545號號8.88.8級；級；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9級級 （a）大六角頭螺栓）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓 2021-7-1 （a）大六角頭螺栓）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 高強(qiáng)度螺

4、栓摩擦型連接和承壓型連接比較高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承壓型連接高強(qiáng)度螺栓承壓型連接 傳力機(jī)理傳力機(jī)理 利用預(yù)拉力把被連接的部利用預(yù)拉力把被連接的部 件夾緊，使部件的接觸面件夾緊，使部件的接觸面 間產(chǎn)生很大的摩擦力，外間產(chǎn)生很大的摩擦力，外 力通過摩擦力來傳遞力通過摩擦力來傳遞 允許接觸面滑移，依靠螺栓桿允許接觸面滑移，依靠螺栓桿 和螺孔之間的承壓來傳力和螺孔之間的承壓來傳力 栓孔直徑栓孔直徑 螺桿的公稱直徑螺桿的公稱直徑 +1.5+1.52.0mm2.0mm 螺桿的公稱直徑螺桿的公稱直徑 +1.0+1.01.5mm1.5mm 特點

5、特點 剪切變形小，彈性性能好，剪切變形小，彈性性能好， 特別適用于承受動力荷載特別適用于承受動力荷載 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 連接緊湊，但剪切變形大，不連接緊湊，但剪切變形大，不 得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu) 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 鉚釘連接及特點鉚釘連接及特點 鉚釘連接鉚釘連接是用一端帶有半圓形預(yù)制釘頭的鉚是用一端帶有半圓形預(yù)制釘頭的鉚 釘，將釘桿燒紅迅速插入被連接件的釘孔中，釘，將釘桿燒紅迅速插入被連接件的釘孔中， 再用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，使連接達(dá)再用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，使連接達(dá) 到緊固

6、。到緊固。 缺點缺點費工費料、勞動強(qiáng)度高。費工費料、勞動強(qiáng)度高。 目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應(yīng)用。目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應(yīng)用。 優(yōu)點優(yōu)點傳力可靠，塑性、韌性好，傳力可靠，塑性、韌性好， 動力性能好動力性能好 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 連接方法連接方法優(yōu)優(yōu) 點點缺缺 點點 焊焊 接接 對幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)對幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu) 造簡單，省材省工，易于造簡單，省材省工，易于 自動化，工效高自動化，工效高 。 焊接殘余應(yīng)力大且不易控制，焊接殘余應(yīng)力大且不易控制， 焊接變形大。對材質(zhì)要求高，焊接變形大。對材質(zhì)要求高， 質(zhì)

7、量檢驗工作量大。質(zhì)量檢驗工作量大。 鉚鉚 接接 傳力可靠，韌性和塑性好，傳力可靠，韌性和塑性好， 質(zhì)量易于檢查，抗動力荷質(zhì)量易于檢查，抗動力荷 載好。載好。 費鋼、費工費鋼、費工 。 目前很少采用目前很少采用 普通螺栓普通螺栓 連接連接 裝卸便利，設(shè)備簡單裝卸便利，設(shè)備簡單 螺栓精度低時不宜受剪，螺螺栓精度低時不宜受剪，螺 栓精度高時加工和安裝難度栓精度高時加工和安裝難度 較大較大 。 高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓 連接連接 加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少， 能承受動力荷載，耐疲勞，能承受動力荷載，耐疲勞， 塑性、韌性好塑性、韌性好 。 摩擦面處理，安裝工藝略為摩擦面處理，安裝工藝略為 復(fù)

8、雜，造價略高復(fù)雜，造價略高 主要連接方法及優(yōu)缺點主要連接方法及優(yōu)缺點 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 螺栓規(guī)格螺栓規(guī)格精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓 分類分類A A級和級和B B級級C C級級 強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級5.65.6級和級和8.88.8級級4.64.6級和級和4.84.8級級 加工方式加工方式車床上經(jīng)過切削而成車床上經(jīng)過切削而成單個零件上一次沖成單個零件上一次沖成 加工精度加工精度 螺桿與栓孔直徑之差為螺桿與栓孔直徑之差為 0.250.250.5mm0.5mm 螺桿與栓孔直徑之差為螺桿與栓孔直徑之差為 1.51.53

9、mm3mm 受力特點受力特點抗剪差、抗拉好抗剪差、抗拉好抗剪抗拉均好抗剪抗拉均好 經(jīng)濟(jì)性能經(jīng)濟(jì)性能價格高價格高價格經(jīng)濟(jì)價格經(jīng)濟(jì) 用途用途 構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械 設(shè)備用設(shè)備用）；）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少在鋼結(jié)構(gòu)中很少 采用采用 沿螺栓桿軸受拉的連接；次沿螺栓桿軸受拉的連接；次 要的抗剪連接；安裝的臨時要的抗剪連接；安裝的臨時 固定固定 5.2 5.2 普通螺栓連接的構(gòu)造普通螺栓連接的構(gòu)造 注：注：A、B兩級的區(qū)別只是尺寸不同。兩級的區(qū)別只是尺寸不同。 A級用于級用于d24mm, l150mm的的 螺栓，螺栓，B級用于級用于d24mm, l150mm 螺栓。螺栓。 2021-

10、7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 常用螺栓直徑：常用螺栓直徑：d=16，20，24mm，用，用M表示，如表示，如M16。 螺栓符號螺栓符號 螺栓孔為螺栓孔為d0=d+1.53mm 2021-7-1 M12、 M16大大1.5mm； M18、 M20 、 M22 、M24大大2mm； M27、 M30大大3mm 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 5.2.1 螺栓的排列和構(gòu)造要求螺栓的排列和構(gòu)造要求 螺栓的排列應(yīng)簡單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理螺栓的排列應(yīng)簡單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要

11、求，構(gòu)造合理 又便于安裝。又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯列排列兩種排列的方式有并列排列和錯列排列兩種。 圖圖5.2.1 螺栓的排列方式螺栓的排列方式 1.1.螺栓的排列螺栓的排列 并列方式并列方式 比較簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對比較簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對 構(gòu)件截面的削弱較大；構(gòu)件截面的削弱較大； 錯列方式錯列方式 可以減小螺栓孔對截面的削弱，但螺栓空排列不如并列緊湊，可以減小螺栓孔對截面的削弱，但螺栓空排列不如并列緊湊， 連接板尺寸較大。連接板尺寸較大。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木

12、工程學(xué)院 歐陽震宇 (1)(1)受力要求受力要求 下限：下限：防止孔間板破裂防止孔間板破裂3d0 上限：上限：防止板間張口和鼓曲防止板間張口和鼓曲。 b）螺孔中心距限制）螺孔中心距限制 a）端距限制）端距限制防止孔端鋼板剪斷防止孔端鋼板剪斷，2d0 ； 中心距太大中心距太大 2d 端距過小端距過小 （2 2）構(gòu)造要求）構(gòu)造要求 螺栓的中距及邊距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，螺栓的中距及邊距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密， 潮氣易侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。潮氣易侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。 （3 3）施工要求）施工要求 要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動扳手，擰緊螺母。要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動扳手，擰緊螺母。 202

13、1-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 端距端距 邊距邊距 1.5d0 (1.2d0) 2d02d0 1.5d0 3d0 端距端距端距端距端距端距中距中距 邊距邊距 線距線距 3d0 2d03d0 1.5d 0 1.5d0 3d0 3d02d0 邊距邊距 規(guī)范規(guī)定規(guī)范規(guī)定： u螺栓的最大、最小容許間距，排列螺栓時宜按最小容許間距取用，且螺栓的最大、最小容許間距，排列螺栓時宜按最小容許間距取用，且 宜取宜取5mm5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸；的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸； u最大容許間距一般只在起連系作用的構(gòu)造

14、連接中采用。最大容許間距一般只在起連系作用的構(gòu)造連接中采用。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩 個永久螺栓；個永久螺栓； 2.2.螺栓的其它構(gòu)造要求螺栓的其它構(gòu)造要求 直接承受動荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽直接承受動荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽 松動；松動； C

15、C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接： 承受靜載或間接動載的次要連接；承受靜載或間接動載的次要連接； 承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接； 臨時固定構(gòu)件的安裝連接。臨時固定構(gòu)件的安裝連接。 沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應(yīng)適當(dāng)加大剛度，以減小撬力對螺沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應(yīng)適當(dāng)加大剛度，以減小撬力對螺 栓抗拉承載力的不利影響。栓抗拉承載力的不利影響。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 5.3 普通螺栓連接（根據(jù)受力形式）普通

16、螺栓連接（根據(jù)受力形式） 螺栓連接的受力形式分為：螺栓連接的受力形式分為：A：只受剪力；只受剪力；B：只受拉只受拉 力；力；C: 同時受剪力和拉力作用。同時受剪力和拉力作用。 F F A A 剪力螺栓剪力螺栓 N B B 拉力螺栓拉力螺栓 C C 剪力和拉力共剪力和拉力共 同作用同作用 受力垂直螺桿，承剪受力垂直螺桿，承剪 連接件有錯動趨勢連接件有錯動趨勢 受力平行螺桿，承拉受力平行螺桿，承拉 連接件有脫開趨勢連接件有脫開趨勢 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 N O 1 2 3 4 N N a b N N/2 N/2 對圖示

17、螺栓連接做抗剪試驗對圖示螺栓連接做抗剪試驗, ,即可得到板即可得到板 件上件上a a、b b兩點相對位移兩點相對位移與作用力與作用力N N的關(guān)的關(guān) 系曲線系曲線, ,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受 力的四個階段力的四個階段 1. 1. 受剪連接的工作性能受剪連接的工作性能 (1) 摩擦傳力的彈性階段摩擦傳力的彈性階段(01段段) 直線段直線段連接處于彈性狀態(tài)；連接處于彈性狀態(tài)； 該階段較短該階段較短摩擦力較小。摩擦力較小。 (2) 滑移階段滑移階段(12段段) 克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑 移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的間隙，表

18、移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的間隙，表 現(xiàn)在曲線上為水平段?，F(xiàn)在曲線上為水平段。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 N O 1 2 3 4 a b N N/2 N/2 (3) 栓桿傳力的彈性階段栓桿傳力的彈性階段(23段段) 該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。 栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。 由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導(dǎo)致的由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導(dǎo)致的 板件間摩擦力的增大，板件間摩擦力的增大，N-關(guān)系以曲線狀態(tài)關(guān)系以曲線狀態(tài) 上

19、升。上升。 (4) 彈塑性階段彈塑性階段(34段段) 達(dá)到達(dá)到3 3后，即使給荷載以很小的增量，后，即使給荷載以很小的增量， 連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。 4 4點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪 連接的極限承載力連接的極限承載力Nu。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 螺桿被剪斷；螺桿被剪斷； b) 連接件孔壁擠壓破壞；連接件孔壁擠壓破壞；c) 鋼板拉斷；鋼板拉斷； d) 鋼板沖剪破壞；鋼板沖剪破壞；e) 螺桿彎曲破壞螺桿彎曲破壞 。 2.2.

20、受剪螺栓的破壞形式受剪螺栓的破壞形式 a) A B 栓桿較細(xì)而板件較厚時栓桿較細(xì)而板件較厚時 b) B A 栓桿較粗而板件較薄時栓桿較粗而板件較薄時 c) A 截面削弱過多截面削弱過多 d) 35 35 a1 A 端矩過小時；端矩端矩過小時；端矩2d0 e) A 板過厚螺栓桿過長；栓桿長度板過厚螺栓桿過長；栓桿長度5d a)、b)、c)通過計算解決通過計算解決 d)、e) 通過構(gòu)造解決通過構(gòu)造解決 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 單個剪力螺栓的設(shè)計承載力：單個剪力螺栓的設(shè)計承載力： 受剪承載力設(shè)計值：受剪承載力設(shè)計值： 承壓

21、承載力設(shè)計值：承壓承載力設(shè)計值： d 3.3.單個普通螺栓的受剪計算單個普通螺栓的受剪計算 剪力螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單剪力螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單 栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定: : b v 2 v b v 4 f d nN （3.5.1） b c b c f tdN （3.5.2） b v b c b min ,minNNN p 假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布 ； p 假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應(yīng)于假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應(yīng)于 栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻

22、分布栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布 驗算：驗算： b vmin NN 2021-7-1 nv-剪面數(shù)目剪面數(shù)目 d-螺栓直徑螺栓直徑 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 受剪承載力設(shè)計值：受剪承載力設(shè)計值： b v 2 v b v 4 f d nN 承壓承載力設(shè)計值：承壓承載力設(shè)計值： b c b c f tdN t1 t2 ,t= t1 t1 t2 t1 t2 t3 t2 t1+ t2 ,t= t2d+b15d0(d0為孔徑為孔徑)時，各個螺栓內(nèi)力難以均勻，端部時，各個螺栓內(nèi)力難以均勻，端部 螺栓受力最大首先破壞，然后依次破壞。由試驗可得連接

23、的螺栓受力最大首先破壞，然后依次破壞。由試驗可得連接的抗剪抗剪 強(qiáng)度折減系數(shù)強(qiáng)度折減系數(shù) 與與l1/d0的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 010 1 0 1560 1.1(3.5.4*) 150 dld l d 當(dāng)時： 7 .0 60 01 時時：當(dāng)當(dāng)dl 則連接所需栓數(shù)：則連接所需栓數(shù)： b min N N n (3.5.5) 因此因此規(guī)范規(guī)范采用承載力折減系數(shù)采用承載力折減系數(shù) 考慮螺栓群受力不均。考慮螺栓群受力不均。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 F e F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F

24、 （2 2）普通螺栓群偏心受剪）普通螺栓群偏心受剪 F作用下每個螺栓受力：作用下每個螺栓受力： )6 . 5 . 3( 1 n F N F 基本假設(shè)基本假設(shè) 連接件絕對剛性連接件絕對剛性, , 螺栓彈性；螺栓彈性； T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓剪力大小與螺栓至形心作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓剪力大小與螺栓至形心 的距離的距離ri成正比，方向與它和形心的連線垂直。成正比，方向與它和形心的連線垂直。 V=F T=Fe 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 1T 12T 2T T TTiinn N rN rN rN r

25、T （a） T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 顯然，顯然，T作用下作用下1號螺栓所受剪力最大（號螺栓所受剪力最大（r1最大）。最大）。 根據(jù)平衡條件得：根據(jù)平衡條件得： 1T 1 n nT1T 1 3 3T1T 1 2 2T ,N r r NN r r NN r r N （c） 將將（c）式代入式代入（a），），得用得用N1T表達(dá)的表達(dá)的T式：式： Tr r N rrrr r N n i i 1 2 i 1 1T 22 3 2 2 2 1 1 1T 由各螺栓剪力與由各螺栓剪力與r成正比：成正比： n nT 3 3 2 2T 1 1T r N r TN r N r N （b） 由

26、各剪力都用由各剪力都用N1表示：表示： 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 22 1 2 1 1 iii T yx Tr r Tr N 螺栓螺栓1離形心最遠(yuǎn)是危險螺栓離形心最遠(yuǎn)是危險螺栓, ,最大剪力最大剪力N1T: 將將N1T它分解為水平和豎直分力：它分解為水平和豎直分力： 22 1 1 1 1T1Ty ii yx Tx r x NN （3.5.8） xi第第i個螺栓中心的個螺栓中心的x坐標(biāo)，坐標(biāo)， yi第第i個螺栓中心的個螺栓中心的y坐標(biāo)坐標(biāo) y 1T N o x x1 1Tx N 1Ty N 1 r1 y1 1F N 22

27、 1 1 1 1T1Tx ii yx Ty r y NN ( 3.5.7) 驗算剪力最大螺栓驗算剪力最大螺栓: : b min 2 1F1Ty 2 1Tx1 NNNNN（3.5.9） 此時計算此時計算F作用下的螺栓內(nèi)力時，不需考慮長接頭的折減系數(shù)作用下的螺栓內(nèi)力時，不需考慮長接頭的折減系數(shù) )6 . 5 . 3( 1 n F N F 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 y 1T N o x x1 1Tx N 1Ty N 1 r1 y1 1F N 如果如果y13x1，則可假定，則可假定xi=0 。 由此得由此得N1Ty=0， 1

28、1Tx 2 i Ty N y 則計算式為：則計算式為： b min 2 2 2 1 1 N n F y Ty N i （3.5.10） 如果如果x13y1，則可假定，則可假定yi=0 。由此得。由此得N1Tx=0， 1 1Ty 2 i Tx N x 則計算式為：則計算式為： 2 b 1 1min 2 i TxF NN xn （3.5.10） 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 5.3.2 普通螺栓的受拉連接普通螺栓的受拉連接 1.1.普通螺栓受拉的工作性能普通螺栓受拉的工作性能 b) 試驗證明影響撬力的因素試驗證明影響撬力的因素

29、 較多，其大小難以確定，規(guī)較多，其大小難以確定，規(guī) 范將螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值范將螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值 降低降低2020來考慮撬力的影響，來考慮撬力的影響， 取取ftb=0.8f（f螺栓鋼材的抗螺栓鋼材的抗 拉強(qiáng)度設(shè)值拉強(qiáng)度設(shè)值）。 a) 螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非 軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢（杠桿作軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢（杠桿作 用），使螺桿中的拉力增加（撬力用），使螺桿中的拉力增加（撬力Q Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛 度越小撬力越大

30、。度越小撬力越大。 圖圖3.5.6 受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力 QNNt 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 c) 在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來減小杠桿作在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來減小杠桿作 用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。 加勁肋加勁肋 圖圖5.5.7 翼緣加強(qiáng)的措施翼緣加強(qiáng)的措施 2.2.單個普通螺栓受拉承載力單個普通螺栓受拉承載力 b t 2 e b te b t 4 f d fAN （5.5.11） Ntb單個螺栓

31、抗拉承載力；單個螺栓抗拉承載力；Ae 螺栓螺紋處的有效面積；螺栓螺紋處的有效面積； de 螺栓有效直徑；附表螺栓有效直徑；附表9.2 (P455) ftb 螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。 ftb 0.8f 假定拉應(yīng)力在螺栓螺紋處截面上均假定拉應(yīng)力在螺栓螺紋處截面上均 勻分布，則一個拉力螺栓的承載力勻分布，則一個拉力螺栓的承載力 設(shè)計值：設(shè)計值： 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 dedn dm d 13 3()(5.5.12) 24 e ddPP螺距 螺栓的有效截面面積螺栓的有效截面面積 因栓桿上的螺紋為斜方向的

32、，所以公式取的是有效直因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直 徑徑de而不是凈直徑而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。海F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。?2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 NN b t t1 b1 1 1 n110 Abndt N N t t1 b c2c3 c4 c1 1 1 22 n421220 21;Acnccn dt 螺栓并列布置按最危險的正螺栓并列布置按最危險的正 交截面（交截面（）計算：）計算： 螺栓錯列布置可能沿正交截面螺栓錯列布置可能沿正交截面 （）破壞，也可能沿齒（）破壞，也可能沿齒 狀截面（狀截面（

33、）破壞，取截）破壞，取截 面的較小面積計算：面的較小面積計算： 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 （1 1）栓群軸心受拉）栓群軸心受拉 當(dāng)外力通過螺栓群形心時，當(dāng)外力通過螺栓群形心時，一般假定每個螺栓均勻受一般假定每個螺栓均勻受 力，力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：因此連接所需的螺栓數(shù)目為： b t N N n （ 3.5.13） b t 2 e b te b t 4 f d fAN （3.5.11） 3. 3. 普通螺栓群受拉普通螺栓群受拉 N 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木

34、工程學(xué)院 歐陽震宇 M 刨平頂緊刨平頂緊 承托承托(板板) M 1 2 3 4 受壓區(qū)受壓區(qū) y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和軸中和軸 (2(2）栓群承受彎矩作用）栓群承受彎矩作用 M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計，其假定為：作用下螺栓連接按彈性設(shè)計，其假定為： 連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； 螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各螺栓所受拉力與其至螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各螺栓所受拉力與其至 中和軸的距離成正比中和軸的距離成正比。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 M 刨

35、平頂緊刨平頂緊 承托承托(板板) M 1 2 3 4 受壓區(qū)受壓區(qū) y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和軸中和軸 顯然顯然1號螺栓在號螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大 )( 2211 byNyNyNM nn 由力學(xué)及假定可得：由力學(xué)及假定可得： )( 3 3 2 2 1 1 a y N y N y N y N n n 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 將式將式(c)代入式代入式(b)得得: : )( 1 1 3 1 1 32 1 1 2 cy y N Ny y N Ny y N N nn ； )( 1 2

36、 1 1 22 2 2 1 1 1 dy y N yyy y N M n i in 由式由式(a)得得: : )( 1 2 e y yM N n i i i i 因此，設(shè)計時只要滿足下式即可：因此，設(shè)計時只要滿足下式即可： b 1 1t 2 (5.5.14) i My NN my 螺栓螺栓i 的拉力的拉力: : 即受力最大的最外排螺即受力最大的最外排螺 栓栓1 1的拉力不超過一個螺栓的拉力不超過一個螺栓 的抗拉承載力設(shè)計值的抗拉承載力設(shè)計值 M 1 2 3 4 2021-7-1 m螺栓的總列數(shù)螺栓的總列數(shù) yi第第 i 個螺栓至中和軸的距離個螺栓至中和軸的距離 其中：其中： 第第5 5章章 鋼

37、結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 圖圖3.5.10 螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉 刨平頂緊刨平頂緊 承托承托(板板) N e V V (3(3）栓群偏心受拉）栓群偏心受拉 小偏心受拉小偏心受拉 當(dāng)當(dāng)M/N較小時，所較小時，所 有螺栓均承受拉力有螺栓均承受拉力 作用，我們假定作用，我們假定 構(gòu)件構(gòu)件B繞螺栓群繞螺栓群 的形心的形心O轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。 螺栓群的最大和最小螺栓受力為：螺栓群的最大和最小螺栓受力為： b 1 maxt 2 i MyN NN mnmy （5.5.15a） 1 min 2 i 0 MyN N mnmy （5.5.15b） 當(dāng)當(dāng) Nmin0 ，e

38、則表示所有螺栓受則表示所有螺栓受 拉，螺栓群繞形心拉，螺栓群繞形心 軸旋轉(zhuǎn)。軸旋轉(zhuǎn)。 2 1 i my ny 螺栓有效截面組成的核心矩螺栓有效截面組成的核心矩 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 大偏心受拉大偏心受拉 當(dāng)當(dāng)Nmin ，構(gòu)件構(gòu)件B繞繞A點（底排螺栓）點（底排螺栓） 旋轉(zhuǎn)趨勢，偏于安全考慮，我們旋轉(zhuǎn)趨勢，偏于安全考慮，我們 假定中和軸位于最下排螺栓假定中和軸位于最下排螺栓O處，處， 受拉力最大的螺栓要求滿足：受拉力最大的螺栓要求滿足： 1 b 1 1t 22 () 2 ii h N ec y Ne y NN mymy

39、 （5.5.16） O 2021-7-1 b 1 1t 2 i NeyN NN mnmy 8080年代設(shè)計方法，考慮年代設(shè)計方法，考慮N N和和M M共同作用：共同作用：顯然顯然： 1 2 () 2 i h Nc y N mymn 故現(xiàn)行設(shè)計方故現(xiàn)行設(shè)計方 法更為簡單安全法更為簡單安全 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 5.3.3 剪拉螺栓群的計算剪拉螺栓群的計算 同時承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種可能破壞形式：同時承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種可能破壞形式： 一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承

40、壓破壞。 試驗研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨作用試驗研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨作用 的承載力，所得的相關(guān)關(guān)系近似為圓曲線。的承載力，所得的相關(guān)關(guān)系近似為圓曲線。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應(yīng)分別規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應(yīng)分別 符合下列公式的要求：符合下列公式的要求： 驗算剪驗算剪- -拉聯(lián)合作用：拉聯(lián)合作用： 1 2 b t t 2 b v v N N N N （5.5.17） b vc V NN n （

41、5.5.18） 驗算孔壁承壓：驗算孔壁承壓： Nvb單個螺栓抗剪承載力設(shè)計值；單個螺栓抗剪承載力設(shè)計值； Ncb單個螺栓承壓承載力設(shè)計值單個螺栓承壓承載力設(shè)計值 Ntb單個螺栓抗拉承載力設(shè)計值；單個螺栓抗拉承載力設(shè)計值； Nv 、Nt單個螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計值。單個螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計值。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 例例5.7 5.7 驗算如圖所示，普通螺栓連接。驗算如圖所示，普通螺栓連接。 N=349.5kNN=349.5kN， M=17.475kN.mM=17.475kN.m。M22M22，B B級

42、，鋼級，鋼 材材Q235Q235。 單個螺栓抗拉承載力單個螺栓抗拉承載力 2 bbb ttt 303.4 2163.7kN 4 e e d NfA f 【解】 2b t N/mm210f 支托支托 50 50 75 75 75 75 50 60 10 N M 強(qiáng)度驗算強(qiáng)度驗算 先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計 max max 2 min i MyN N mnmy )75150(22 15010475.17 10 105 .349 22 63 小偏心 滿足 0kN65.11 ,kN7 .63kN25.58 b t N 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊

43、固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 例例5.85.8 驗算如圖所示，普通螺栓連接。驗算如圖所示，普通螺栓連接。 V=233V=233kN， N=349.5kNN=349.5kN， M=17.475kNmM=17.475kNm。 M22M22，B B級，鋼材級，鋼材Q235Q235。 單個螺栓抗拉承載力單個螺栓抗拉承載力 2 bbb ttt 303.4 2163.7kN 4 e e d NfA f 【解】 2b c 2b t N/mm405,N/mm210ff bb cc 22 20 305134.2kNNdtf 強(qiáng)度驗算強(qiáng)度驗算 支托支托 50 50 75 75 75 75 60 10

44、 N M V 50 22 bb vvv 22 1305115.94kN 44 d Nnf 233 23.3kN 10 V V N mn 2021-7-1 b c 134.2kNN 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 支托支托 50 50 75 75 75 75 60 10 N M V 50 22 b t t b V V N N N N max, 先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計 max ,max 2 ,min t t i MyN N mnmy )75150(22 15010475.17 10 105 .349 22 63 小偏

45、心, 0kN65.11 kN25.58 22 7 .63 25.58 94.115 3 .22 192. 0 2021-7-1 所以滿足要求 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 查查P524附表附表1.3，ftb=170N/mm2 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 例例5.10 驗算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強(qiáng)度。驗算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強(qiáng)度。 普通螺栓普通螺栓4.6級，級，M22，孔徑，孔徑24mm。 N M o N1 N=245kN a) N=245kN o 柱翼緣柱

46、翼緣 節(jié)點板節(jié)點板 端板端板 N1 b) 計算模型可為（計算模型可為（a圖）或（圖）或（b圖）。圖）。 a圖彎曲轉(zhuǎn)動中心在螺栓群的形圖彎曲轉(zhuǎn)動中心在螺栓群的形 心處稱小偏心；心處稱小偏心； b圖彎曲轉(zhuǎn)動中心在端板上圖彎曲轉(zhuǎn)動中心在端板上1號螺栓處，稱大偏心。號螺栓處，稱大偏心。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 計算計算 1.內(nèi)力計算內(nèi)力計算 N=245kN，e=13cm，M=Ne=24513=3185kN-cm 2. 單個螺栓的抗拉承載力：單個螺栓的抗拉承載力： bb3 tet 303 170 1051.51kNNA f 查

47、查P524附表附表1.3，ftb=170N/mm2 查查P525附表附表1.4，Ae=303mm2 （M22螺栓有效截面面積）螺栓有效截面面積） 3. 計算危險螺栓拉力計算危險螺栓拉力 設(shè)每排螺栓有兩列，設(shè)每排螺栓有兩列，m=2 一共一共6排螺栓，螺栓總數(shù)排螺栓，螺栓總數(shù)12，n=12 判斷大小偏心（先計算螺栓群有效截面核心距）：判斷大小偏心（先計算螺栓群有效截面核心距）： 222 2 1 22 20 +2 12 +2 4 =9.33cm13cm 12 20 i my e ny 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 故可判斷：故可

48、判斷： 此連接屬大偏心受拉此連接屬大偏心受拉。 1 1max 2 b t 22222 245 33 40 45.9kN51.51kN 2403224168 i Ne y N my N N=245kN o 柱翼緣柱翼緣 節(jié)點板節(jié)點板 端板端板 N1 b) 故滿足設(shè)計要求故滿足設(shè)計要求 2021-7-1 構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動！構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動！ 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 例例5.11 驗算如圖所示普通螺栓連接強(qiáng)度。螺栓驗算如圖所示普通螺栓連接強(qiáng)度。螺栓M20，孔徑，孔徑 21.5mm，材料為，材料為Q235。 步驟步驟1 計算螺栓上的力

49、計算螺栓上的力 N=1003/5=60kN V=1004/5=80kN 分析螺栓受力狀態(tài)分析螺栓受力狀態(tài) 荷載荷載P通過螺栓截面形心通過螺栓截面形心O，分解，分解 后得剪力后得剪力V和拉力和拉力N，螺栓處于既，螺栓處于既 受拉又受剪的狀態(tài)。受拉又受剪的狀態(tài)。 P=100kN 5 4 3 o 計算計算 Nv=V/n=80/4=20kN Nt=N/n=60/4=15kN 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 步驟步驟3 用相關(guān)公式驗算強(qiáng)度用相關(guān)公式驗算強(qiáng)度 172. 0 6 .41 15 9 .31 20 22 2 b t t 2 b

50、 v v N N N N 步驟步驟2 計算螺栓抗拉、抗剪承載力設(shè)計值計算螺栓抗拉、抗剪承載力設(shè)計值 V=80 N=60 Nv=20kN Ncb =2020305 10-3=122kN 滿足設(shè)計要求滿足設(shè)計要求 Ntb=Aeftb=244.8170 10-3=41.6kN Nvb=nv( d2/4) fvb =13.14202/413010-3=31.9kN 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 5.4 5.4 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計算 5.4.1 高強(qiáng)度螺栓的工作性能和構(gòu)造要求高強(qiáng)度螺栓的工作性能和構(gòu)造

51、要求 強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級采用鋼材采用鋼材 8.8級級45號鋼、號鋼、40B鋼鋼 10.9級級20MnTiB鋼、鋼、35VB鋼鋼 按材料分類按材料分類 按受力特征分類按受力特征分類 受力特征受力特征承載力極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài)安裝孔徑安裝孔徑應(yīng)用特點應(yīng)用特點 摩擦型摩擦型外力達(dá)到板件摩擦力外力達(dá)到板件摩擦力d0=d+1.52 剪切變形小，耐疲剪切變形小，耐疲 勞，動載下不易松動勞，動載下不易松動 承壓型承壓型 外力超過摩擦力外力超過摩擦力 栓桿受剪栓桿受剪 板件承壓板件承壓 d0=d+1.01. 5 承載力比摩擦型大，承載力比摩擦型大， 剪切變形大，一般不剪切變形大，一般不 用于直接動載情況用于直

52、接動載情況 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 1.1.高強(qiáng)度螺栓連接工作性能高強(qiáng)度螺栓連接工作性能 1) 1) 抗剪連接工作性能抗剪連接工作性能 由于高強(qiáng)度螺栓連接有較大的預(yù)拉力，從而使被由于高強(qiáng)度螺栓連接有較大的預(yù)拉力，從而使被 連接件中有很大的預(yù)壓力，當(dāng)連接受剪時，主要連接件中有很大的預(yù)壓力，當(dāng)連接受剪時，主要 依靠摩擦力傳力的高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力依靠摩擦力傳力的高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力 可達(dá)到可達(dá)到1 1點。通過點。通過1 1點后，連接產(chǎn)生了滑移，當(dāng)栓點后，連接產(chǎn)生了滑移，當(dāng)栓 桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直

53、到破壞。桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞。 高強(qiáng)度高強(qiáng)度 螺栓螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓普通螺栓 a b N N/2 N/2 對于對于高強(qiáng)度螺栓摩擦型高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，其破壞準(zhǔn)則為板連接，其破壞準(zhǔn)則為板 件發(fā)生相對滑移，因此其極限狀態(tài)為件發(fā)生相對滑移，因此其極限狀態(tài)為1 1點，所以點，所以 1 1點的承載力即為一個高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的點的承載力即為一個高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的 抗剪承載力?？辜舫休d力。 對于對于高強(qiáng)度螺栓承壓型高強(qiáng)度螺栓承壓型連接，允許接觸面發(fā)生相連接，允許接觸面發(fā)生相 對滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)對滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限

54、狀態(tài)4 4點，點， 所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計 算方法與普通螺栓相同。算方法與普通螺栓相同。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 2 2）高強(qiáng)度螺栓的抗拉工作性能）高強(qiáng)度螺栓的抗拉工作性能 圖圖3.6.1 高強(qiáng)度螺栓受拉高強(qiáng)度螺栓受拉 P+ P C C a) b) 高強(qiáng)度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預(yù)拉力高強(qiáng)度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預(yù)拉力P，板層之，板層之 間則有壓力間則有壓力C，而，而P與與C維持平衡維持平衡C = P (狀態(tài)狀態(tài)a)。 加荷載拉力

55、加荷載拉力Nt后，螺栓拉力從后，螺栓拉力從P增加了增加了 P，板件擠壓力則由，板件擠壓力則由C減減 小了小了 C (狀態(tài)狀態(tài)b)。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 300 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 300 Pf(kN)(kN) Nu u Nu u Nt (kN)(kN) Q Q 有橇力時的有橇力時的 螺栓破壞螺栓破壞 無橇力時的無橇力時的 螺栓破壞螺栓破壞 計算表明，當(dāng)螺桿的外拉力計算表明，當(dāng)螺桿的外拉力Nt為預(yù)拉力為預(yù)拉力P的的80時，螺桿內(nèi)的拉力時，螺桿內(nèi)的拉力 增加

56、很少，可以認(rèn)為此時螺桿的預(yù)拉力基本不變。增加很少，可以認(rèn)為此時螺桿的預(yù)拉力基本不變。 F 當(dāng)考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力當(dāng)考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力Pf與與 Nt的關(guān)系曲線如圖：的關(guān)系曲線如圖： F Nt0.5P時，橇力時，橇力Q=0； F Nt0.5P后，橇力后，橇力Q出現(xiàn)，增加速度先慢出現(xiàn)，增加速度先慢 后快。后快。 F 橇力橇力Q的存在導(dǎo)致連接的極限承載力由的存在導(dǎo)致連接的極限承載力由 Nu降至降至Nu。 F 所以，如設(shè)計時不考慮橇力的影響所以，如設(shè)計時不考慮橇力的影響, ,應(yīng)使應(yīng)使 Nt0.5P或增加連接板件的剛度（如設(shè)加或增加連接板件的剛度（如設(shè)加 勁肋）勁肋）。 直接承受動力荷載

57、的結(jié)構(gòu)外拉力不宜超過直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)外拉力不宜超過0.5 P 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 （1 1）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法 2.2.高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造要求高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造要求 大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法有：大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法有： a. .力矩法力矩法 初擰初擰用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%50%，使板件貼緊密；，使板件貼緊密； 終擰終擰初擰基礎(chǔ)上，按初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計終擰力矩擰緊。設(shè)計終擰力矩擰緊。 特點：簡單、易實施，但得到的預(yù)拉力

58、誤差較大。特點：簡單、易實施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。 為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強(qiáng)度度螺栓的預(yù)拉力為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強(qiáng)度度螺栓的預(yù)拉力P的準(zhǔn)確控制非常的準(zhǔn)確控制非常 重要。重要。 b. .轉(zhuǎn)角法轉(zhuǎn)角法 初擰初擰用普通扳手?jǐn)Q至不動，使板件貼緊密；用普通扳手?jǐn)Q至不動，使板件貼緊密； 終擰終擰初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度，初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度， 一般為一般為120o180o完成終擰。完成終擰。 特點：預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。特點：預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼

59、結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓） 初擰初擰擰至終擰力矩的擰至終擰力矩的60%80%； 終擰終擰初擰基礎(chǔ)上，以扭斷螺栓桿尾部為準(zhǔn)。初擰基礎(chǔ)上，以扭斷螺栓桿尾部為準(zhǔn)。 特點：施工簡單、技術(shù)要求低易實施、質(zhì)量易保證等。特點：施工簡單、技術(shù)要求低易實施、質(zhì)量易保證等。 高強(qiáng)度螺栓的施工要求：高強(qiáng)度螺栓的施工要求： 由于高強(qiáng)度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預(yù)拉力，因此施工由于高強(qiáng)度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預(yù)拉力，因此施工 要求較嚴(yán)格：要求較嚴(yán)格： 終擰力矩偏差不應(yīng)大于終擰力矩偏差不

60、應(yīng)大于10%10%； 如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應(yīng)更換；如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應(yīng)更換； 擰固順序先主后次，且當(dāng)天安裝，當(dāng)天終擰完。擰固順序先主后次，且當(dāng)天安裝，當(dāng)天終擰完。 如工字型梁為：上翼緣如工字型梁為：上翼緣下翼緣下翼緣腹板。腹板。 2021-7-1 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院 歐陽震宇 )2 . 6 . 3( 2 . 1 9 . 09 . 09 . 0 ue fAP Ae螺紋處有效截面積；螺紋處有效截面積； fu螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級，取級，取fu =830N/mm2， 10.9級，取級，取fu =10