三、螺栓連接的構(gòu)造和計算

1、個人資料整理，僅供個人學(xué)習(xí)使用1 / 18三、螺栓連接的構(gòu)造和計算（一）螺栓的種類 在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的螺栓有普通螺栓和高強度螺栓兩大類。普通螺栓又分A級、B級（精制螺 栓）和C級（粗制螺栓）兩種。高強度螺栓按連接方式分為摩擦型連接和承壓型連接兩種。此 外，還有用于鋼屋架和鋼筋混凝土柱或鋼筋混凝土基礎(chǔ)處的錨固螺栓（簡稱錨栓）。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴賃軔朧。A、B級螺栓采用5.6級和8.8級鋼材，C級螺栓采用4.6級和4.8級鋼材。高強度螺栓采用8.8級和10.9級鋼材。10.9級中10表示鋼材抗拉極限強度為fu=1000Nmm2，0.9表示鋼 材屈服強度fy=0.9fu，其他型號以此類推。錨栓采用Q

2、235或Q345鋼材。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈 禍測樅。A級、B級螺栓（精制螺栓）由毛坯經(jīng)軋制而成，螺栓桿表面光滑，尺寸較準(zhǔn)確，螺孔需用鉆 模鉆成，或在單個零件上先沖成較小的孔，然后在裝配好的構(gòu)件上再擴鉆至設(shè)計孔徑（稱I類孔）。螺桿的直徑與孔徑間的空隙甚小，只容許0.3mm左右，安裝時需輕輕擊人孔，既可 受剪又可受拉。但A級、B級螺栓（精制螺栓）制造和安裝都較費工，價格昂貴，在鋼結(jié)構(gòu)中 只用于重要的安裝節(jié)點處， 或承受動力荷載的既受剪又受拉的螺栓連接中。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹 籟婭騍東。C級螺栓（粗制螺栓）用圓鋼輥壓而成，表面較粗糙，尺寸不很精確，其螺孔制作是一次沖成 或不用鉆模鉆成（稱n類孔），孔徑

3、比螺桿直徑大1-2mm，故在剪力作用下剪切變形很大， 并有可能個別螺栓先與孔壁接觸，承受超額內(nèi)力而先遭破壞。由于c級螺栓（粗制螺栓）制造簡單， 價格便宜，安裝方便，常用于各種鋼結(jié)構(gòu)工程中， 特別適宜于承受沿螺桿軸線方向受 拉的連接、可拆卸的連接和臨時固定構(gòu)件用安裝連接中。如在連接中有較大的剪力作用時， 考慮到這種螺栓的缺點而改用支托等構(gòu)造措施以承受剪力，讓它只受拉力以發(fā)揚它的優(yōu)點。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐顧葒鈀。C級螺栓亦可用于承受靜力荷載或間接動力荷載的次要連接中作為受剪連接。 對直接承受動力荷載的螺栓連接應(yīng)使用雙螺帽或其他能防止螺栓松動的有效措施。（二）普通螺栓的計算和構(gòu)造1普通螺栓連接的工作

4、性能和破壞情況 普通螺栓連接按螺栓傳力方式，可分為受拉螺栓、受剪螺栓和受拉兼受剪螺栓三種。當(dāng)外力垂直于螺桿時，該螺栓為剪力螺栓。當(dāng)外力平行于螺桿時，該螺栓為拉力螺栓。（1）受剪螺栓的工作性能精制螺栓受剪力作用后， 螺桿與孔壁接觸產(chǎn)生擠壓力， 同時螺桿本身承受剪切力。 粗 制螺 栓則因孔徑大，開始受力時螺桿與孔壁并不接觸，待外力超過構(gòu)件間的摩擦力（很?。┒a(chǎn)生滑移后，螺桿才與孔壁接觸。螺栓連接受力后的工作性能與鋼材（或焊縫）相似，經(jīng)過彈性工作階段，屈服階段，強化階段而后進(jìn)人破壞階段。精制螺栓（或高強度螺栓）的這幾個階段比較明顯，粗制螺栓的這幾個階段則不明顯。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡詒爾膚。受剪螺栓連

5、接破壞時可能出現(xiàn)五種破壞形式：1）螺桿剪斷；2）孔壁擠壓（或稱承壓）破壞；3）鋼板被拉斷；4）鋼板端部或孔與孔間的鋼板被剪壞；5）螺栓桿彎曲破壞。這五種破壞形式， 無論哪一種先出現(xiàn)， 整個連接就破壞了。 所以設(shè)計時應(yīng)控制不出現(xiàn) 任何 一種破壞形式。 通常對前面三種可能出現(xiàn)的破壞情況， 通過計算來防止， 而后兩種情 況 則用構(gòu)造限制加以保證。 對孔與孔間或孔與板端的鋼板剪壞， 是用限制孔與孔間或孔與板端個人資料整理，僅供個人學(xué)習(xí)使用2 / 18的最小距離防止。對于螺栓桿彎曲損壞則用限制橋疊厚度不超過I5d(為螺栓直徑)來防止。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔點鉍雜。所以，螺栓連接的計算固然重要，構(gòu)造要求和螺

6、栓排列也同樣重要。都是防止螺栓連接出現(xiàn)各種破壞的不可缺少的組成部分。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷巹癩龔。(2)受拉螺栓的工作性能在受拉螺栓連接中， 螺栓承受沿螺桿長度方向的拉力， 螺栓受力的薄弱處是螺紋部分， 破壞 產(chǎn)生在螺紋部分，一方面是因該處截面面積最小， 且常處于偏心受力狀態(tài)； 另一方面是該處 因截面存在尖銳的缺口(螺紋)而產(chǎn)生高度應(yīng)力集中。計算時應(yīng)考慮這些不利因素。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚鍍齊鈞。另外，在受拉螺栓連接中， 螺栓所受拉力的大小不但取決于外荷載的大小，還與連接本身的各零件(板件或角鋼)有關(guān)。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴縈詰聾。在構(gòu)造上加厚板件或角鋼肢的厚度以提高其剛度，可減小杠桿力Q，如采用加

7、勁肋來更有效地提高板件或角鋼的剛度?？墒故芾B接中不出現(xiàn)杠桿力Q。在一般的受拉螺栓連接中是沒有計人杠桿力Q的，故在構(gòu)造上應(yīng)予重視或采用加勁肋措施。籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)櫧撻曉。(3)受剪兼受拉的螺栓的工作性能這種螺栓兼有受剪和受拉兩種螺栓的受力情況，工作性能比較復(fù)雜，通常分別考慮螺栓受剪和受拉性能后，用相關(guān)公式考慮受剪和受拉同時作用的綜合效果(見設(shè)計規(guī)范)。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴買闥齙。2單個螺栓的承載力計算每個螺栓受力后能保證正常工作而不會出現(xiàn)破壞所能承受的最大外力稱為這個螺栓的承一 載力。當(dāng)一個螺栓受力后可能出現(xiàn)幾種破壞形式時，應(yīng)求得相應(yīng)于幾種破壞形式的承載力， 其中的最小者即為這個螺栓的承載

8、力。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦鋇絨鈔。(1)每個受剪螺栓的承載力d2受剪N；=nv fvb(153-29)4承壓NCdtfcb(15-3-30)式中nv一個螺栓的受剪面數(shù)目;d-螺栓桿的直徑；7 t在同一受力方向承壓構(gòu)件的較小總厚度;fcb螺栓連接的孔壁承壓強度設(shè)計值。(2)每個受拉螺栓的承載力Nldl4hb=Aeftb(15-3-31)式中de-螺栓螺紋處的有效直徑;取二者中的小者為一個螺栓的承載力，以Nmin表示。螺栓桿抗剪強度設(shè)計值;個人資料整理，僅供個人學(xué)習(xí)使用3 / 18Ae-螺栓螺紋處的有效面積；個人資料整理，僅供個人學(xué)習(xí)使用4 / 18由于螺栓孔削弱了構(gòu)件截面，應(yīng)驗算凈截面強度N(T=

9、- WfAn式中N- 軸向力；An-凈截面面積；f-鋼材設(shè)計強度。當(dāng)螺栓并列時An=An 1d0t4拉力螺栓群在彎矩M作用下計算在彎矩作用下構(gòu)件繞底排螺栓轉(zhuǎn)動，螺栓最大受力為：My1b2=了wNt(15336): y式中Yi各螺栓到A點距離；Y1-Yi中的最大值；N?一個受拉螺栓的承載力，按式(15-3-31)計算。5螺栓排列的構(gòu)造要求螺栓在構(gòu)件上的排列(普通螺栓，高強度螺栓，鉚釘?shù)呐帕芯嗤?式。螺栓排列時應(yīng)考慮下列要求。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡縫勵羆。(1)受力要求螺栓的抗拉強度設(shè)計值。3剪力螺栓群在軸力N作用下計算在軸力N作用下按下式計算：NbWrNmin(15-3-32)n式中N：i一 一

10、只螺栓抗剪或承壓設(shè)計承載能力的較小值。n-力螺栓承載力折減系數(shù),當(dāng)1160d0時n=0.711螺栓沿軸向受力方向的連接長度d0螺栓的孔徑式(15-3-32)也可以改寫為求需要的螺栓數(shù)，即n=N：in(15-3-33)常采用并列和錯列兩種形2d0(d0為螺栓孔徑)。為了防3d0。又如受拉構(gòu)件孔個人資料整理，僅供個人學(xué)習(xí)使用5 / 18為防止螺栓孔到板端的鋼板不被剪壞，應(yīng)規(guī)定端距的最小值為 止螺栓孔與孔間的鋼板不被剪壞，應(yīng)規(guī)定孔與孔中心距離的最小值為與孔間距離太小將引起較嚴(yán)重的應(yīng)力集中。而受壓構(gòu)件螺栓間距如果太大則易使板件受壓后產(chǎn)生凸曲(屈曲)。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔報贏無。(2)緊密性要求螺栓間距

11、不宜太大，否則因構(gòu)件接觸不緊密或留有孔隙，使潮氣侵人而引起銹蝕。(3)施工要求要保證有一定的空間，便于轉(zhuǎn)動螺栓扳手。根據(jù)以上要求，規(guī)范規(guī)定螺栓的最大和最小距離。在角鋼、槽鋼和工字鋼等型鋼上布置螺栓和選用螺栓直徑時，還應(yīng)注意到要受型鋼尺寸的限制。(三)高強度螺栓的計算高強度螺栓有摩擦型連接和承壓型連接兩種，在外力作用下，螺栓承受剪力(稱剪力螺栓)和拉力(稱拉力螺栓)。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷鯛漢鼉。高強度螺栓承壓型連接不應(yīng)用于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)。1高強度螺栓摩擦型連接受力特點(1)通過擰緊螺帽對螺栓施加預(yù)應(yīng)力P(2)對于剪力螺栓，靠接觸面的摩擦力來傳遞外力，而不靠螺桿的抗剪和孔壁的承壓來傳力。3

12、)高強度螺栓在外力作用下對螺桿產(chǎn)生拉力時，螺栓的預(yù)拉力P改變很小2單個摩擦型高強螺栓的承載力計算(1)螺栓受剪時為：N：=0.9nf卩P (15337)式中nf-傳力摩擦面數(shù)；卩一一 擦面的抗滑移系數(shù)，查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB5001720XX)表7.22.P一個高強度螺栓的預(yù)拉力，查規(guī)范表7.2.2.2(2)螺栓受拉時為：bNt=0.8P(15338)3.剪力螺栓群在軸力作用下計算軸力N通過螺栓群形心，每個螺栓受力為：NMbwNv(15339n式中n-螺栓數(shù)Nb 一個高強螺栓的抗剪承載力，按式(15-3-37)計算。式(15-3-39)也可寫成所需螺栓數(shù)n為：Nn= -(15340)Nv構(gòu)件凈

13、截面所受力N為,ni個人資料整理，僅供個人學(xué)習(xí)使用6 / 18N =N(10.5)(15341)nN2=Wf(15342)An個人資料整理，僅供個人學(xué)習(xí)使用7 / 184拉力螺栓群在彎矩作用下計算高強螺栓群在彎矩作用下，受力時繞形心轉(zhuǎn)動，在彎矩作用下，按下式計算:IMyiN1=，2（15343）Zy式中：y1-螺栓群中心至最外一列螺栓距離yi-第i列螺栓至螺栓群中心距離例：某桿件與節(jié)點板采用22個M24的螺栓連接，沿受力方向分兩排按最小間距（3d0）排列,螺栓的承載力折減系數(shù)是（）。壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚躋馱釣。A. 0.75 B. 0.80 C. 0.85 D. 0.90解：每排為11個，連接

14、長度：1=10 3do=30d0l130d015d0l=30d018m）一般房屋中，必需設(shè)置下弦橫向水平支撐。慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長涼馴鴇撟。3下弦縱向水平支撐 在有橋式吊車的單層工業(yè)廠房中，除上、下弦橫向水平支撐外，還設(shè)置下弦縱向水平支撐。 當(dāng)有托架時，在托架處必須布置下弦縱向水平支撐。4豎向支撐 在梯形屋架兩端必須設(shè)置豎向支撐， 它是屋架上弦橫向水平支撐的支承結(jié)構(gòu)， 它將承受上弦 橫向水平支撐桁架傳來的水平力并將其傳遞給柱頂（或柱間支撐）。它和上弦橫向水平支撐同樣重要，是必不可少的受力支撐。此外，在屋架跨度中間，根據(jù)屋架跨度的大小，設(shè)置一道 或二道豎向支撐，它將在上述六面（五面）盒式空間穩(wěn)定體

15、中起橫隔作用。在施工過程中，它 還起安裝定位時的架設(shè)支撐作用。諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動禪瀉類謹(jǐn)覡鸞。梯形屋架當(dāng)跨度LW30m,三角形屋架當(dāng)跨度LW24m時，僅在屋架跨度中央設(shè)置一道豎向支 撐。當(dāng)屋架跨度大于上述數(shù)值時，應(yīng)在跨度三分點附近或天窗架側(cè)柱處設(shè)置二道豎向支撐。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈癱懇跡。豎向支撐本身是一個平行弦桁架， 根據(jù)其高跨比不同， 腹桿可布置成單斜桿式或交叉斜桿式。 當(dāng)屋架上有天窗時， 天窗也應(yīng)設(shè)置豎向支撐， 作為天窗架上弦橫向水平支撐的支承結(jié)構(gòu)。 把 天窗架上弦橫向水平支撐承受的水平力傳遞到屋架上弦橫向水平支撐的節(jié)點上。熒紿譏鉦鏌觶 鷹緇機庫圓鍰緘。沿房屋的縱向，豎向支撐應(yīng)與上下弦橫向水

16、平支撐設(shè)置在同一開間內(nèi)。 有時為了施工架設(shè)方便起見，也可每隔幾個開間另外增設(shè)一些豎向支撐。5系桿 在一幢房屋的屋蓋結(jié)構(gòu)中， 以一個空間穩(wěn)定體作為核心， 其他屋架的上下弦節(jié)點都可以用系 桿與空間穩(wěn)定體的有關(guān)節(jié)點連接， 即可作為其他各屋架的側(cè)向支承點而保證各屋架的空間穩(wěn) 定性。但這些系桿可能受拉，也可能受壓，應(yīng)按壓桿設(shè)計，常稱為剛性系桿。要求較大的截 面尺寸和回轉(zhuǎn)半徑，用料很不經(jīng)濟。通常是在房屋的兩端（第一或第二個開間）各設(shè)置一個空間穩(wěn)定體。 中間的其他屋架分別用系桿與兩端空間穩(wěn)定體的有關(guān)節(jié)點連接。 同樣也可以作為 中間的其他屋架的側(cè)向支承點， 而且這種系桿只需承受拉力， 當(dāng)它承受壓力時可退出工作

17、而 由另一側(cè)的系桿受拉即可， 這種系桿按拉桿設(shè)計，可以充分發(fā)揮鋼材的強度， 常稱為柔性系 桿。雖然多設(shè)了一個空間穩(wěn)定體而多用了交叉支撐的鋼材， 但能把大量； 剛性系桿改為柔性 系桿， 還是能夠節(jié)約鋼材的。 柔性系桿把許多中間屋架與空間穩(wěn)定體連接起來， 如中間屋架 的數(shù)量太多，柔性系桿的總長度太大，其效果則越差，故兩個空間穩(wěn)定體的間距不宜大于60m。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞闋簣擇。（四）支撐的計算和構(gòu)造 屋架的上、下弦橫向水平支撐都是利用屋架的弦桿（上弦和下弦）兼作支撐桁架的弦個人資料整理，僅供個人學(xué)習(xí)使用10 / 18桿，斜腹桿一般都采用十字交叉的體系。 這種平行弦桿交叉斜腹桿體系的支撐桁架的剛度

18、大， 用料省。 其中的斜腹桿常采用單角鋼做成， 因交叉設(shè)置， 受力時一根雖拉則另一根受壓， 常假定受壓 的這根單角鋼因彎扭屈曲而退出工作。 只有受拉的一根單角鋼斜桿參加桁架受力工作。 這樣 桁架在受力時屬于靜定結(jié)構(gòu)， 受力明確， 計算簡單。 當(dāng)荷載反向作用時（如風(fēng)荷載反向作用）， 斜腹桿受力變更， 仍是一根參加受力工作， 另一根變扭屈曲而退出工作。 對于屋架跨度較小 而無振動設(shè)備的房屋，支撐桁架的交叉斜腹桿也可用圓鋼做成。用圓鋼代替角鋼更為經(jīng)濟。但采用圓鋼時必須有拉緊裝置（花籃螺栓），且其直徑d 16mm直腹桿和剛性系桿按壓桿計 算，采用雙角鋼組成十字形或T形截面。紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖覲僨鴛。一般認(rèn)為屋蓋支撐受力較小， 支撐截面尺寸大多是由桿件的容許長細(xì)比和構(gòu)造要求而定。 按 拉桿設(shè)計斜腹桿和柔性系桿等的容許長細(xì)比為400，按壓桿設(shè)計的直腹桿和剛性系桿等的容許長細(xì)比為200。當(dāng)屋架跨度較大，房屋較高、基本風(fēng)壓較大時，支撐系統(tǒng)除應(yīng)滿足容許長 細(xì)比的要求以外，還應(yīng)根據(jù)外荷載作用，通過力學(xué)計算（圖15-4-9）求得桿件內(nèi)力后，由計算確定桿件截面尺寸。穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧漲負(fù)這。支撐與屋架連接構(gòu)造要簡單、安裝要方便，一般采用粗制螺栓，直徑20mm（M20），桿件每端至少有兩個螺