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(jì)第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接緊固件連接緊固件連接螺栓：螺栓： 普通螺栓：精制螺栓普通螺栓：精制螺栓(A(A、B B級(jí)級(jí)) ) 粗制螺栓粗制螺栓(C(C級(jí)級(jí)) ) 高強(qiáng)度螺栓：承壓型、摩擦型高強(qiáng)度螺栓：承壓型、摩擦型鉚釘：鉚釘：釘連接：釘連接： ( (射釘、自攻螺釘、焊釘射釘、自攻螺釘、焊釘) )5.1 5.1 概述概述第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接螺栓連接螺栓連接第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鉚釘連接及特點(diǎn)鉚釘連接及特點(diǎn) 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

2、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。到緊固。缺點(diǎn)缺點(diǎn)費(fèi)工費(fèi)料、勞動(dòng)強(qiáng)度高。費(fèi)工費(fèi)料、勞動(dòng)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)傳力可靠，塑性、韌性好，傳力可靠，塑性、韌性好，動(dòng)力性能好動(dòng)力性能好第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接栓釘將鋼板與混凝土板連接起來栓釘將鋼板與混凝土板連接起來栓釘承受剪力栓釘承受剪力栓（焊）釘連接的特點(diǎn)栓（焊）釘連接的特點(diǎn)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

3、接射射釘釘槍槍用于薄壁構(gòu)件（壓型鋼板屋面板、墻板與梁、柱）的連接用于薄壁構(gòu)件（壓型鋼板屋面板、墻板與梁、柱）的連接可采用射槍、鉚槍等專用工具安裝可采用射槍、鉚槍等專用工具安裝射釘、自攻螺釘?shù)奶攸c(diǎn)射釘、自攻螺釘?shù)奶攸c(diǎn)第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代號(hào)代號(hào)A A級(jí)和級(jí)和B B級(jí)級(jí)C C級(jí)級(jí)強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.65.6級(jí)和級(jí)和8.88.8級(jí)級(jí)4.64.6級(jí)和級(jí)和4.84.8級(jí)級(jí)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(gè)零件上一次沖成單個(gè)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0.250.250.5mm0.5

4、mm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(jià)格高價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shí)要的抗剪連接；安裝的臨時(shí)固定固定1. 1. 普通螺栓連接普通螺栓連接第第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(hào)、號(hào)、40B40B和和

5、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(hào)號(hào)8.88.8級(jí)；級(jí)；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9級(jí)級(jí) （a）大六角頭螺栓）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓（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)緊固件連接高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和高強(qiáng)度承壓型連接比較高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和高強(qiáng)度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

6、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(diǎn)特點(diǎn)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(dòng)力荷載特別適用于承受動(dòng)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(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接連接方法連

7、接方法優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)焊焊 接接對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，省材省工，易于造簡(jiǎn)單，省材省工，易于自動(dòng)化，工效高自動(dòng)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(duì)材質(zhì)要求高，焊接變形大。對(duì)材質(zhì)要求高，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大。質(zhì)量檢驗(yàn)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(dòng)力荷質(zhì)量易于檢查，抗動(dòng)力荷載好。載好。 費(fèi)鋼、費(fèi)工費(fèi)鋼、費(fèi)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(jiǎn)單裝卸便利，設(shè)備簡(jiǎn)單螺栓精度低時(shí)不宜受剪，螺螺栓精度低時(shí)不宜受剪，螺栓精度高時(shí)加工和安裝難度栓精度

8、高時(shí)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(duì)結(jié)構(gòu)削弱少，加工方便，對(duì)結(jié)構(gòu)削弱少，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，能承受動(dòng)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)雜，造價(jià)略高復(fù)雜，造價(jià)略高 主要連接方法及優(yōu)缺點(diǎn)主要連接方法及優(yōu)缺點(diǎn)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(jí)和級(jí)和B B級(jí)級(jí)C C級(jí)級(jí)強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.65.6級(jí)和級(jí)和8.88.8級(jí)級(jí)4.64.6級(jí)和級(jí)和4.84.8級(jí)級(jí)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(gè)零件上一次沖成單個(gè)零

9、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受力特點(diǎn)受力特點(diǎn)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(jià)格高價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shí)要的抗剪連接；安裝的臨時(shí)固定固定5.25.2螺栓的排列螺栓的排列注：注：A、B兩級(jí)的區(qū)別只是尺寸不同。兩級(jí)的區(qū)別只是尺寸不同。 A級(jí)用于級(jí)用

10、于d24mm, l150mm的的螺栓，螺栓，B級(jí)用于級(jí)用于d24mm, l150mm 螺栓。螺栓。 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接常用螺栓直徑為常用螺栓直徑為d=16，20，24mm，用，用M表示，如表示，如M16。螺栓符號(hào)螺栓符號(hào)螺栓孔為螺栓孔為d0=d+1.53mmM12、 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 螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)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(jiǎn)單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯(cuò)列排列兩種

11、。又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯(cuò)列排列兩種。圖圖5.4 螺栓的排列方式螺栓的排列方式一、鋼板板疊上排列螺栓的要求一、鋼板板疊上排列螺栓的要求并列比較簡(jiǎn)單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對(duì)構(gòu)件并列比較簡(jiǎn)單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對(duì)構(gòu)件截面的削弱較大；錯(cuò)列可以減小螺栓孔對(duì)截面的削弱，但螺栓空排列不截面的削弱較大；錯(cuò)列可以減小螺栓孔對(duì)截面的削弱，但螺栓空排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大。如并列緊湊，連接板尺寸較大。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(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

12、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2d0端距過小端距過?。? 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(dòng)扳手，擰緊螺母。要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動(dòng)扳手，擰緊螺母。第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接端距端距邊距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距端距端距端距中距中

13、距邊距邊距線距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0邊距邊距 根據(jù)規(guī)范規(guī)定（表根據(jù)規(guī)范規(guī)定（表5.15.1）的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時(shí)）的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時(shí)宜按最小容許間距取用，且宜取宜按最小容許間距取用，且宜取5mm5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸。最大容許間距一般只在起連系作用的構(gòu)造連接中采用。連接的尺寸。最大容許間距一般只在起連系作用的構(gòu)造連接中采用。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 為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端

14、不宜少于兩為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于兩個(gè)永久螺栓；個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)；松動(dòng)； C C級(jí)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(jí)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(dòng)載的次要連接；承受靜載或間接動(dòng)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(shí)固定構(gòu)件的安裝連接。臨時(shí)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)

15、加大剛度，以減小撬力對(duì)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(duì)螺栓抗拉承載力的不利影響。栓抗拉承載力的不利影響。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5.3普通螺栓連接的工作性能普通螺栓連接的工作性能 螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力。有時(shí)螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力。有時(shí)受剪力和拉力的共同作用。受剪力和拉力的共同作用。 FNFA A 剪力螺栓剪力螺栓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，承受力垂直螺桿，承剪、承壓。剪、承壓。連接件有錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)連接件有錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)受力平行螺桿，承拉受力平行螺桿，承拉連接

16、件有脫開趨勢(shì)連接件有脫開趨勢(shì)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NO1234NNabNN/2N/2對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn)對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn), ,即可得到板即可得到板件上件上a a、b b兩點(diǎn)相對(duì)位移兩點(diǎn)相對(duì)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(gè)階段力的四個(gè)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

17、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。現(xiàn)在曲線上為水平段。 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NO1234abNN/2N/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

18、態(tài)關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。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(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪點(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）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。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.受剪螺栓的破壞形式受剪螺栓的破壞形式a)AB栓

19、桿較細(xì)而板件較厚時(shí)栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)b)BA栓桿較粗而板件較薄時(shí)栓桿較粗而板件較薄時(shí)c)A截面削弱過多時(shí)截面削弱過多時(shí)d)3535a1A端矩過小時(shí)；端矩端矩過小時(shí)；端矩2d0e)A板過厚螺栓桿過長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度板過厚螺栓桿過長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度5da)、b)、c)通過計(jì)算解決通過計(jì)算解決d)、e) 通過構(gòu)造解決通過構(gòu)造解決第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接3.3.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(yàn)證明影響撬力的因素試驗(yàn)證明影響撬力的因素較多，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(jì)值范將螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值降低降低2020來考慮撬力的影響，來考慮

20、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(shí)，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(shí)，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(shí)，螺栓有被撬開的趨勢(shì)（杠桿作軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，螺栓有被撬開的趨勢(shì)（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。度越小撬力越大。 圖圖5.6 受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力 QNNt第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接加勁肋加勁肋圖圖5.7 翼緣加強(qiáng)的

21、措施翼緣加強(qiáng)的措施 c) 在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來減連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。除撬力的影響。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5.4 5.4 普通螺栓連接連接的計(jì)算普通螺栓連接連接的計(jì)算一、單個(gè)普通螺栓的受剪計(jì)算一、單個(gè)普通螺栓的受剪計(jì)算單剪面單剪面 nv =1四剪面四剪面 nv =4 雙剪面雙剪面 nv =2 NvNv第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接單個(gè)剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力：?jiǎn)蝹€(gè)剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力：受剪承載力設(shè)計(jì)值：

22、受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：d 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: :bv2vbv4fdnN（5.1）bcbcf tdN（5.2）bvbcbmin,minNNNp 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(shí)際上是相應(yīng)于假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實(shí)際上是相應(yīng)于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布驗(yàn)算：驗(yàn)算：bvminNN對(duì)于鉚釘，對(duì)于鉚釘，將將d換以換以d

23、0第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接受剪承載力設(shè)計(jì)值：受剪承載力設(shè)計(jì)值：bv2vbv4fdnN承壓承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：bcbcf tdNt1 t2 ,t= t1t1t2t1t2t3t2 t1+ t2 ,t= t2d+b15d0(d0為孔徑為孔徑)時(shí)，各個(gè)螺栓內(nèi)力難以均勻，端部時(shí)，各個(gè)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(yàn)可得連接的螺栓受力最大首先破壞，然后依次破壞。由試驗(yàn)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。0101015601.1(5.5)150dldld當(dāng)時(shí)：7 .06001 時(shí)時(shí)：當(dāng)當(dāng)dl則連

24、接所需栓數(shù)：則連接所需栓數(shù)：bminNNn(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?？紤]螺栓群受力不均。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FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FF作用下每個(gè)螺栓受力：作用下每個(gè)螺栓受力：1FFNn基本假設(shè)基本假設(shè) 連接件絕對(duì)剛性連接件絕對(duì)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(dòng)，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(dòng)，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=FT=Fe三、在偏心力

25、作用下螺栓群的抗剪連接計(jì)算三、在偏心力作用下螺栓群的抗剪連接計(jì)算第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接1T 12T 2T T T TiinnN rN rN rN rT（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，顯然，T作用下作用下1號(hào)螺栓所受剪力最大（號(hào)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：1T1nnT1T133T1T122T,NrrNNrrNNrrN（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： TrrNrrrrrNnii12i11T223222111T由各螺栓剪力與由各螺栓剪力與r成正比：成正比：nnT3322T1

26、1TrNrTNrNrN（b）由各剪力都用由各剪力都用N1表示：表示：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221211iiiTyxTrrTrN螺栓螺栓1離形心最遠(yuǎn)是危險(xiǎn)螺栓離形心最遠(yuǎn)是危險(xiǎn)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： 221111T1TyiiyxTxrxNN（5.7）xi第第i個(gè)螺栓中心的個(gè)螺栓中心的x坐標(biāo)，坐標(biāo)，yi第第i個(gè)螺栓中心的個(gè)螺栓中心的y坐標(biāo)坐標(biāo)y1TNoxx11TxN1TyN1r1y11FN 221111T1TxiiyxTyryNN(5.7)驗(yàn)算剪力最大螺栓驗(yàn)算剪力最大螺栓: :bmin21F1Ty21Tx

27、1NNNNN（5.8）除受力最大的螺栓外，其余大多數(shù)螺栓均有潛力。除受力最大的螺栓外，其余大多數(shù)螺栓均有潛力。此時(shí)計(jì)算此時(shí)計(jì)算F作用下的螺栓內(nèi)力時(shí)，不需考慮長(zhǎng)接頭的折減系數(shù)作用下的螺栓內(nèi)力時(shí)，不需考慮長(zhǎng)接頭的折減系數(shù) )6 . 5(1nFNF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y1TNoxx11TxN1TyN1r1y11FN如果如果y13x1，則可假定，則可假定xi=0 。 由此得由此得N1Ty=0，11Tx2iTyNy則計(jì)算式為：則計(jì)算式為：bmin22211NnFyTyNi（5.9）如果如果x13y1，則可假定，則可假定yi=0 。 由此得由此得N1Tx=0，11Ty2iTxN

28、x則計(jì)算式為：則計(jì)算式為：2b11min2iTxFNNxn（5.9*）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 當(dāng)外力通過螺栓群形心時(shí)，當(dāng)外力通過螺栓群形心時(shí)，一般假定每個(gè)螺栓均勻受一般假定每個(gè)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：btNNn （ 5.12）bt2ebtebt4fdfAN（5.3）四、在軸心力作用下螺栓群的抗拉連接計(jì)算四、在軸心力作用下螺栓群的抗拉連接計(jì)算N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M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)M1 2 3 4受壓區(qū)受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸中和軸五、在彎矩作用下螺栓群的抗拉連接計(jì)

29、算五、在彎矩作用下螺栓群的抗拉連接計(jì)算M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為： 連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性；連接板件絕對(duì)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。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M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)M1 2 3 4受壓區(qū)受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸中和軸顯然顯然1號(hào)螺栓在號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大)(2211byNyNyNMnn由力學(xué)及假定可得：由力

30、學(xué)及假定可得：)(332211ayNyNyNyNnn第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接將式將式(c)代入式代入式(b)得得: :)(1131132112cyyNNyyNNyyNNnnL ?)(12112222111dyyNyyyyNMniin由式由式(a)得得: :)(12eyyMNniiii因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：b11t2(5.18)iMyNNy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(gè)螺栓的拉力不超過一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值的抗拉承載力設(shè)計(jì)值M1 2 3 4第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊

31、固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接六、六、在剪力與彎矩（或軸心拉力）同時(shí)作用下螺栓群的連接計(jì)算在剪力與彎矩（或軸心拉力）同時(shí)作用下螺栓群的連接計(jì)算 同時(shí)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(shí)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；二是孔壁承壓破壞。試驗(yàn)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(dú)作用試驗(yàn)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(dú)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。第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接規(guī)范規(guī)定：同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉

32、力的普通螺栓，應(yīng)分別規(guī)范規(guī)定：同時(shí)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(yàn)算剪驗(yàn)算剪- -拉聯(lián)合作用：拉聯(lián)合作用：12btt2bvvNNNN（5.21）bvcVNNn（5.22）驗(yàn)算孔壁承壓：驗(yàn)算孔壁承壓：Nvb單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值；單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值；Ncb單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值Ntb單個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值；單個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值；Nv 、Nt單個(gè)螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計(jì)值。單個(gè)螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計(jì)值。 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接圖圖5.27 螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉刨平

33、頂緊刨平頂緊承托承托(板板)NeV V七、螺栓群偏心受拉七、螺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(shí)，所較小時(shí)，所有螺栓均承受拉力有螺栓均承受拉力作用，構(gòu)件作用，構(gòu)件B繞螺繞螺栓群的形心栓群的形心O轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。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：b1maxt2iMyNNNny（5.24）01min2iyMynNN（5.25）當(dāng)當(dāng) Nmin0 ，e 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)。2ee1iyWnAny 螺栓有效截面組成的核心矩螺栓有效截面組成的核心矩第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接大偏心受拉大偏心

34、受拉當(dāng)當(dāng)Nmin ，構(gòu)件構(gòu)件B繞繞A點(diǎn)（底排螺栓）旋轉(zhuǎn)趨點(diǎn)（底排螺栓）旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，偏于安全取中和軸位于最下勢(shì)，偏于安全取中和軸位于最下排螺栓排螺栓O處，受拉力最大的螺栓處，受拉力最大的螺栓要求滿足：要求滿足：b1t2iiNe yNNy （5.27）Oieyo、 自算 起=e+2hec即第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接例例5.1 5.1 驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。驗(yàn)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(jí)，鋼級(jí)，鋼材材Q235Q235。 單個(gè)螺栓抗拉承載力單個(gè)螺栓抗拉承載力2bbbt

35、tt303.4 2163.7kN4eedNfA f【解】2btN/mm210f支托支托505075757575 50 60 10NM 強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計(jì)先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計(jì) 2iymMynNNmaxminmax)75150(2215010475.1710105 .3492263小偏心滿足0kN65.11,kN7 .63kN25.58btN第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接例例5.25.2 驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。V=233V=233kN， N=349.5kNN=349.5kN， M=17.475kNmM=17.475k

36、Nm。M22M22，B B級(jí)，鋼材級(jí)，鋼材Q235Q235。 單個(gè)螺栓抗拉承載力單個(gè)螺栓抗拉承載力2bbbttt303.4 2163.7kN4eedNfA f【解】2bc2btN/mm405,N/mm210ffbbcc22 20 305134.2kNNdtf 強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算支托支托505075757575 60 10NMV5022bbvvv221305115.94kN44dNnf 23323.3kN10VVNn第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接支托支托505075757575 60 10NMV5022 bttbVVNNNNmax,先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計(jì)先假設(shè)小偏心，以眾栓形

37、心計(jì)2maxmin,max,ittymMynNN)75150(2215010475.1710105 .3492263小偏心, 0kN65.11kN25.58227 .6325.5894.1153 .22192. 0，所以滿足要求且，kN2 .134kN3 .22bcvNN第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接例例5.3 驗(yàn)算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強(qiáng)度。普驗(yàn)算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強(qiáng)度。普通螺栓通螺栓4.6級(jí)，級(jí)，M22，孔徑，孔徑24mm。NMoN1N=245kNa)N=245kNo柱翼緣柱翼緣節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)板端板端板N1b) 計(jì)算模型可為（計(jì)算模型可為（a圖

38、）或（圖）或（b圖）。圖）。 a圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在螺栓群的形圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)中心在端板上圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在端板上1號(hào)螺栓處，稱大偏心。號(hào)螺栓處，稱大偏心。 第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接計(jì)算計(jì)算 1.內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力計(jì)算N=245kN，e=13cm，M=Ne=24513=3185kN-cm2. 單個(gè)螺栓的抗拉承載力：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓的抗拉承載力：bb3tet303 170 1051.51kNNA f查查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）

39、 3. 計(jì)算危險(xiǎn)螺栓拉力計(jì)算危險(xiǎn)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：判斷大小偏心：2222122 20 +2 12 +2 4=9.33cm13cm12 20imyeny第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接此連接屬大偏心受拉，此連接屬大偏心受拉，構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。11max2bt22222245 33 4045.9kN51.51kN2403224168iNe yNmyN N=245kNo柱翼緣柱翼緣節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)板端板端板N1b)滿足滿足第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊

40、固件連接例例5.4 驗(yàn)算如圖所示普通螺栓連接強(qiáng)度。螺栓驗(yàn)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(jì)算螺栓上的力計(jì)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=100kN543o計(jì)算計(jì)算Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN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 步驟步驟3 用相關(guān)公式驗(yàn)算強(qiáng)度

41、用相關(guān)公式驗(yàn)算強(qiáng)度172. 06 .41159 .3120222btt2bvvNNNN 步驟步驟2 計(jì)算螺栓抗拉、抗剪承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算螺栓抗拉、抗剪承載力設(shè)計(jì)值V=80N=60Nv=20kN Ncb =2020305 10-3=122kN滿足設(shè)計(jì)要求滿足設(shè)計(jì)要求 Ntb=Aeftb=244.8170 10-3=41.6kN Nvb=nv( d2/4) fvb =13.14202/413010-3=31.9kN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5.5 5.5 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算5.5.1 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)造要求

42、強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度等級(jí)采用鋼材采用鋼材8.8級(jí)級(jí)45號(hào)鋼、號(hào)鋼、40B鋼鋼10.9級(jí)級(jí)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(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)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(dòng)載下不易松動(dòng)勞，動(dòng)載下不易松動(dòng)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(dòng)載情況用于直接動(dòng)載情況第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件

43、連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接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(shí)，主要連接件中有很大的預(yù)壓力，當(dāng)連接受剪時(shí)，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(diǎn)。通過點(diǎn)。通過1 1點(diǎn)后，連接產(chǎn)生了滑移，當(dāng)栓點(diǎn)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NO12341234普通螺栓普通螺栓

44、abNN/2N/2對(duì)于對(duì)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(duì)滑移，因此其極限狀態(tài)為件發(fā)生相對(duì)滑移，因此其極限狀態(tài)為1 1點(diǎn)，所以點(diǎn)，所以1 1點(diǎn)的承載力即為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的點(diǎn)的承載力即為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力?？辜舫休d力。對(duì)于對(duì)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(duì)滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)對(duì)滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)4 4點(diǎn)，點(diǎn)，所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計(jì)所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計(jì)算方法與普通螺栓相同。算方法與普通螺栓相同。第第5

45、5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接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5.32 高強(qiáng)度螺栓受拉高強(qiáng)度螺栓受拉P+ PC Ca)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)。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300 250 200 150 100 50 050

46、100 150 200 250 300Pf(kN)(kN)Nu u Nu uNt(kN)(kN)Q Q有橇力時(shí)的有橇力時(shí)的螺栓破壞螺栓破壞無橇力時(shí)的無橇力時(shí)的螺栓破壞螺栓破壞計(jì)算表明，當(dāng)螺桿的外拉力計(jì)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(shí)，時(shí)，螺桿內(nèi)的拉力增加很少，可以認(rèn)為此時(shí)螺桿的預(yù)拉力螺桿內(nèi)的拉力增加很少，可以認(rèn)為此時(shí)螺桿的預(yù)拉力基本不變?；静蛔?。F 當(dāng)考慮橇力影響時(shí)，螺栓桿的拉力當(dāng)考慮橇力影響時(shí)，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(shí)，橇力時(shí)，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

47、。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(jì)時(shí)不考慮橇力的影響所以，如設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)外拉力不宜超過直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)外拉力不宜超過0.5 P。當(dāng)需考慮撬力影響時(shí)，外拉力還得降低。當(dāng)需考慮撬力影響時(shí)，外拉力還得降低。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（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

48、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(jì)終擰力矩?cái)Q緊。設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易實(shí)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(dòng)，使板件貼緊密；用普通扳手?jǐn)Q至不動(dòng)，使板件貼緊密； 終擰終擰初擰基礎(chǔ)上用長(zhǎng)扳手或

49、電動(dòng)扳手再擰過一定的角度，初擰基礎(chǔ)上用長(zhǎng)扳手或電動(dòng)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(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。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 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(diǎn)：施工簡(jiǎn)單、技術(shù)要求低易實(shí)施、質(zhì)量易保證等。特點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單、技術(shù)要求低易實(shí)施、質(zhì)量易保證等。高強(qiáng)度螺栓的施工要求：

50、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。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eu0.90.90.9(5.31)1.2PA fAe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

51、；螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級(jí)，取級(jí)，取fu =830N/mm2， 10.9級(jí)，取級(jí)，取fu =1040N/mm2（2 2）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值由下式確定高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值由下式確定 考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.90.9；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.90.9； 考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對(duì)抗拉強(qiáng)度的降低除以考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對(duì)抗拉強(qiáng)度的降低除以系數(shù)系數(shù)1.21.2。由于高強(qiáng)度螺栓材料無明顯的屈服點(diǎn)，用抗拉強(qiáng)度由于高強(qiáng)度螺栓材

52、料無明顯的屈服點(diǎn)，用抗拉強(qiáng)度fu代替代替fy的的附加安全系數(shù)附加安全系數(shù)0.9。第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接螺栓的性能等級(jí)螺栓的性能等級(jí)螺螺 栓栓 公公 稱稱 直直 徑（徑（mm）M16M20M22M24M27M308.8級(jí)級(jí)8012515017523028010.9級(jí)級(jí)100155190225290355表表5.4 高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力P (GB 50017)表表5.4*高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P (GB 50018)螺栓的性能等級(jí)螺栓的性能等級(jí)螺螺 栓栓 公公 稱稱 直直 徑（徑（mm）M12M14M168.8級(jí)級(jí)45608010.9級(jí)級(jí)5575

53、100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F 摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（大小取決于板件間的擠壓力（P P）和板件間的抗滑移系數(shù)）和板件間的抗滑移系數(shù) ；（3 3）高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)）高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù) 連接處接觸面連接處接觸面處理方法處理方法構(gòu)構(gòu) 件件 的的 鋼鋼 號(hào)號(hào)Q235Q345Q420噴噴 砂砂噴砂后涂無機(jī)富鋅漆噴砂后涂無機(jī)富鋅漆噴砂后生赤繡噴砂后生赤繡鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面0.450.350.

54、450.300.500.400.500.350.500.400.500.40表表5.5 摩擦面抗滑移系數(shù)摩擦面抗滑移系數(shù) 值值F 板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號(hào)有關(guān)，其大板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號(hào)有關(guān)，其大小隨板件間的擠壓力的減小而降低；小隨板件間的擠壓力的減小而降低； 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 試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于0.150.15，故，故摩擦面應(yīng)摩擦面應(yīng)嚴(yán)禁涂紅丹嚴(yán)禁涂紅丹。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會(huì)。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會(huì)降低降低

55、值，故應(yīng)采取有效措施保證連接處表面的干燥。值，故應(yīng)采取有效措施保證連接處表面的干燥。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5.5.2 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算1.1.受剪連接承載力受剪連接承載力 一個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值一個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值: :0.90.9抗力分項(xiàng)系數(shù)抗力分項(xiàng)系數(shù) R R的倒數(shù)的倒數(shù)( ( R R=1.111);=1.111); nf f傳力摩擦面數(shù)目傳力摩擦面數(shù)目; ; 摩擦面抗滑移系數(shù)摩擦面抗滑移系數(shù); ; P P預(yù)拉力設(shè)計(jì)值預(yù)拉力設(shè)計(jì)值. .bvf0.9(5.32)NnP2.2.受拉連接承載力受拉連接

56、承載力bt0.8(5.37)NP 單個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值單個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值: :bvvNN bttNN 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tvbbtv1 (5.39)NNNN和和抗抗剪剪承承載載力力設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值。單單個(gè)個(gè)高高強(qiáng)強(qiáng)度度螺螺栓栓的的抗抗拉拉、；擔(dān)擔(dān)的的拉拉力力和和剪剪力力設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值外外力力作作用用下下每每個(gè)個(gè)螺螺栓栓承承、 bvbtvtNNNN3.3.同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力盡管當(dāng)盡管當(dāng)NtP 時(shí)，栓桿的預(yù)拉力變化不大，但由于時(shí)，栓桿的預(yù)拉力變化不大，但由于 隨隨Nt的增的增大而減小，且隨大

57、而減小，且隨Nt的增大板件間的擠壓力減小，故連接的抗的增大板件間的擠壓力減小，故連接的抗剪能力下降。剪能力下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外加剪力和拉力與高強(qiáng)螺栓的受拉、受剪承實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外加剪力和拉力與高強(qiáng)螺栓的受拉、受剪承載力設(shè)計(jì)值之間為線性關(guān)系，故規(guī)范規(guī)定在載力設(shè)計(jì)值之間為線性關(guān)系，故規(guī)范規(guī)定在V和和N共同作用下共同作用下應(yīng)滿足下式：應(yīng)滿足下式：PnNfbv9 . 0PN8 . 0bt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5.5.3 高強(qiáng)度螺栓承壓型連接計(jì)算高強(qiáng)度螺栓承壓型連接計(jì)算1.1.受剪連接承載力受剪連接承載力高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的計(jì)算方法與普通螺栓連接相似。高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的

58、計(jì)算方法與普通螺栓連接相似。) 1 . 5(4bv2vbvfdnN受剪承載力：受剪承載力：)2 . 5(bcbcf tdNbcbvNNNb，minmin單栓抗剪承載力：?jiǎn)嗡辜舫休d力：承壓承載力承壓承載力：承壓型連接高強(qiáng)螺栓，承壓型連接高強(qiáng)螺栓，Ntb應(yīng)按普通螺栓的公式計(jì)算。但抗拉強(qiáng)應(yīng)按普通螺栓的公式計(jì)算。但抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不同，取度設(shè)計(jì)值不同，取 ftb= 0.48fub。2.2.受拉連接承載力受拉連接承載力bt2ebtebt4fdfAN（5.11）*)1 . 5(4bv2evbvfdnN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22vtbbvt1(5.21)NNNNbcv(5.23)1

59、.2NN 為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足： 系數(shù)系數(shù)1.21.2是考慮由于外拉力的存在導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓的承壓是考慮由于外拉力的存在導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓的承壓承載力降低的修正系數(shù)。承載力降低的修正系數(shù)。3.3.同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力 對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計(jì)算對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計(jì)算方法與普通螺栓相同。方法與普通螺栓相同。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5.5.4 高強(qiáng)螺栓群連接的計(jì)算高強(qiáng)螺栓群連接的計(jì)算（1 1）軸心受剪）軸心受剪圖圖5.3 軸心受剪軸心受剪設(shè)一側(cè)的螺

60、栓數(shù)為設(shè)一側(cè)的螺栓數(shù)為n，平均受，平均受剪，承受外力剪，承受外力N。軸力通過螺。軸力通過螺栓群的形心，所需螺栓數(shù)目：栓群的形心，所需螺栓數(shù)目： Nbmin相應(yīng)連接類型單個(gè)相應(yīng)連接類型單個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值。高強(qiáng)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值。分析方法和計(jì)算公式與普通螺栓似。分析方法和計(jì)算公式與普通螺栓似。1.1.高強(qiáng)度螺栓群受剪高強(qiáng)度螺栓群受剪對(duì)于摩擦型連接：對(duì)于摩擦型連接：bvNNn對(duì)于承壓型連接：對(duì)于承壓型連接：bminNNnPnNfbv9 . 0計(jì)算時(shí)需考慮連接長(zhǎng)度的影響計(jì)算時(shí)需考慮連接長(zhǎng)度的影響第第5 5章章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接圖圖5.30 摩擦型高強(qiáng)螺栓孔前傳力摩擦型高強(qiáng)螺