第5章鋼結構緊固件連接1

1、螺栓連接螺栓連接螺栓規(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級和級和B B級級C C級級強度等級強度等級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)過切削而成未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成未經(jīng)加工的圓鋼壓制而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)濟性能經(jīng)濟性能價格高價格高價格經(jīng)濟價格經(jīng)濟用途用途構件精度很高的結構（機械構件精度很

2、高的結構（機械結構）；在鋼結構中很少采結構）；在鋼結構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3.6 3.6 普通螺栓連接的構造和計算普通螺栓連接的構造和計算注：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。 3.6.1 螺栓的排列和構造要求螺栓的排列和構造要求排列的方式有排列的方式有并列并列排列和排列和錯列錯列排列兩種。排列兩種。并列并列比較簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對構件

3、比較簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對構件截面的削弱較大；截面的削弱較大；錯列錯列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。板尺寸較大。(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，；中心距太大中心距太大2d端距過小端距過?。? 2）構造要求）構造要求 螺栓的中距及邊距過大，則構件接觸面不夠緊密，螺栓的中距及邊距過大，則構件接觸面不

4、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，以便轉動扳手，擰緊螺母。要保證有一定的空間，以便轉動扳手，擰緊螺母。 螺栓的排列滿足螺栓的排列滿足受力要求，構造要求，施工要求。受力要求，構造要求，施工要求。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距邊距邊距線距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0邊距邊距中心距中心距 表表3.33.3 根據(jù)規(guī)范規(guī)定（表根據(jù)規(guī)范規(guī)定（表3.33.3）的螺栓最大、最小容許間距，排）的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時宜按列螺

5、栓時宜按最小容許間距最小容許間距取用，且取用，且宜取宜取5mm5mm的倍數(shù)，并按的倍數(shù)，并按等距離等距離布置，以縮小連接的尺寸。布置，以縮小連接的尺寸。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。螺栓符號螺栓符號3.6.2 普通螺栓的工作性能普通螺栓的工作性能 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.只受拉力只受拉力 C.受剪力和拉力共同作用。受剪力和拉力共同作用。 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

6、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NO1234NNabNN/2N/2對圖示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的關的關系曲線系曲線, ,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 (A) 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)；由板件間連接處于彈性狀態(tài)；由板件間的摩擦力傳遞外力。該階段較短的摩擦力傳遞外力。該階段

7、較短摩擦力較小。摩擦力較小。(B) 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。1. 1. 抗剪螺栓連接抗剪螺栓連接NO1234abNN/2N/2(C) 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致的由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導致的板

8、件間摩擦力的增大，板件間摩擦力的增大，N-關系以曲線狀態(tài)關系以曲線狀態(tài)上升。上升。 (D) 彈塑性階段彈塑性階段(34段段) 達到達到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。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 。 a)AB栓桿較細而板件較厚時栓桿較細而板件較厚時b)

9、BA栓桿較粗而板件較薄時栓桿較粗而板件較薄時c)A截面削弱過多時截面削弱過多時d)3535a1A端矩過小時；端矩端矩過小時；端矩2d0e)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5da)、b)、c)通過計算解決通過計算解決d)、e) 通過構造解決通過構造解決2 2） 受剪連接的破壞形式受剪連接的破壞形式受剪承載力設計值：受剪承載力設計值：承壓承載力設計值：承壓承載力設計值： 抗剪螺栓的承載力取決于抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪螺栓桿受剪和和孔壁承壓孔壁承壓兩種情況，兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定: :bv2vbv4fdnN（3-24）bc

10、bcf tdN（3-25）dp 假定螺栓受剪面上的假定螺栓受剪面上的剪應力均勻分布剪應力均勻分布 ；p 假定假定擠壓力擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應于沿栓桿直徑平面（實際上是相應于栓桿直徑平面的孔壁部分）栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布均勻分布單個剪力螺栓的設計承載力：單個剪力螺栓的設計承載力：bvbcbmin,minNNN3 3） 單個螺栓的受剪承載力設計值單個螺栓的受剪承載力設計值受剪承載力設計值：受剪承載力設計值：bv2vbv4fdnNt1 t2 ,t= t1t1t2t1t2t3t2 t1+ t3 ,t= t2d+b15d0(d0為孔徑為孔徑)時，各個螺栓內(nèi)力難以均勻，時，各個螺栓內(nèi)

11、力難以均勻，端部螺栓受力最大首先破壞，然后依次破壞端部螺栓受力最大首先破壞，然后依次破壞, ,出現(xiàn)解紐扣現(xiàn)出現(xiàn)解紐扣現(xiàn)象。由試驗可得連接的象。由試驗可得連接的抗剪強度折減系數(shù)抗剪強度折減系數(shù) 與與l1/d0的關系曲的關系曲線。線。bminNNn(3-28)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。7.0601501.160150101010dldldld當時，當連接一側所需螺栓數(shù)為：連接一側所需螺栓數(shù)為：NNbtt1b111n110AbndtNNtt1bc2c3c6c11122n42122021;Acnccn dt螺栓螺栓并列并列布置按最危險

12、的正布置按最危險的正交截面（交截面（）計算：）計算：螺栓螺栓錯列錯列布置可能沿正交截面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（ ）破壞，取截）破壞，取截面的較小面積計算：面的較小面積計算：fANnTTTxyN1TN1TxN1Tyr11基本假設基本假設: : 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動，各螺栓剪力大小與作用下連接板件繞栓群形心轉動，各螺栓剪力大小與螺栓至形心的距離螺栓至形心的距離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。2.2. 在扭矩作用下受剪計算在扭矩作用下受剪計算

13、1T 12T 2T T T TiinnN rN rN rN rT（a）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：1T1nnT1T133T1T122T,NrrNNrrNNrrN（c） 將將（c）式代入式代入（a），），得用得用N1T表達的表達的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：nnT3322T11TrNrTNrNrN（b）由各剪力都用由各剪力都用N1表示：表示：yTxyN1Tr11N2TN4TN5T222iiiTyxTrrTrN111螺栓

14、螺栓1離形心最遠是危險螺栓離形心最遠是危險螺栓, ,最大剪力最大剪力N1T:y1TNoxx11TxN1TyN1r1y1(3-33)當螺栓布置在一個狹長帶，例如當螺栓布置在一個狹長帶，例如y13x1，則可假定則可假定xi=0 。11Tx2iTyNy同理同理x13y1，則可假定，則可假定yi=0 。11Ty2iTxNx(3-34)驗算剪力最大螺栓驗算剪力最大螺栓: :bminNNT1(3-36)剪力剪力V，和軸力和軸力N作用下每個螺栓受力：作用下每個螺栓受力：nNNNx12.2. 在扭矩在扭矩, ,剪力，軸心力作用下受剪計算剪力，軸心力作用下受剪計算 TTxyN1TN1TxN1Tyr1T1N1Ny

15、VFV1N1VxnVNVy1N1221211iiiTyxTrrTrN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 221111T1TxiiyxTyryNN在在V,N,T V,N,T 作用下，受力最大羅刷作用下，受力最大羅刷1 1所受合力所受合力N N1 1應滿足應滿足: :bmin1Ty1V1TxNNNNNNN2211)(（3-37）在扭矩在扭矩T T作用下，外圍作用下，外圍4 4個螺栓離形心最遠，個螺栓離形心最遠，受力最大，受力最大，最大剪力最大剪力N1T：y1TNoxx1T1xNT1yN1r1y1V1yNN1xN4.4. 軸心力作用下

16、抗拉計算軸心力作用下抗拉計算 當外力通過螺栓群形心時，當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：btNNn （ 3-38）bt2ebtebt4fdfAN（3-26）NM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M作用下螺栓連接按彈性設計，其假定為：作用下螺栓連接按彈性設計，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

17、力與其至中和軸的距離成正比。中和軸的距離成正比。5.5. 彎矩作用下受拉計算彎矩作用下受拉計算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)(2211byNyNyNMnn由力學及假定可得：由力學及假定可得：)(2211ayNyNyNnn將式將式(c)代入式代入式(b)得得: :)(112112cyyNNyyNNnn；)(121122111dyyNyyyNMniin由式由式(a)得得: :因此，設計時只要滿足下式即可：因此，設計時只要滿足下式即可：btNyMyNi211 即受

18、力最大的最外排螺栓即受力最大的最外排螺栓1 1的拉力不的拉力不超過一個螺栓的抗拉承載力設計值超過一個螺栓的抗拉承載力設計值M1 2 3 4)393( 刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)Ne 螺栓群偏心受拉，將螺栓群偏心受拉，將N移到螺栓群形心，等效為承受移到螺栓群形心，等效為承受軸心拉力軸心拉力N和彎矩和彎矩M。這時要考慮兩種情況：這時要考慮兩種情況：1）M/N較小時，為小偏心受拉。較小時，為小偏心受拉。2）M/N較大時，為大偏心受拉。較大時，為大偏心受拉。6.6. 彎矩和軸心力作用下受拉計算（偏心受拉）彎矩和軸心力作用下受拉計算（偏心受拉）小偏心受拉小偏心受拉當當M/N較小時，所有螺栓均承受拉

19、力作用，構件較小時，所有螺栓均承受拉力作用，構件B繞螺繞螺栓群的形心栓群的形心O轉動。螺栓群的最大和最小螺栓受力為：轉動。螺栓群的最大和最小螺栓受力為：b1maxt2iMyNNNny（3-40）01min2iyMynNN（3-41）O大偏心受拉大偏心受拉 當當Nmin ，構件構件B繞繞A點點（底排螺栓）旋轉趨勢，偏于安全取中和軸位于最下排（底排螺栓）旋轉趨勢，偏于安全取中和軸位于最下排螺栓螺栓O處，受拉力最大的螺栓要求滿足：處，受拉力最大的螺栓要求滿足：b1t2iiNe yNNy （3-43）O 同時承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種算法：同時承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種算法： 1）假定

20、支托刨平頂緊，作為承托板承受剪力。假定支托刨平頂緊，作為承托板承受剪力。 2）假定紙托不受力，僅在安裝時起臨時固定作用。假定紙托不受力，僅在安裝時起臨時固定作用。7.7. 同時承受同時承受剪力和拉力計算剪力和拉力計算VVM承托承托(板板)此時螺栓同時承受彎矩此時螺栓同時承受彎矩M引起的拉力和剪力引起的拉力和剪力V引起的剪力。引起的剪力。VM在彎矩在彎矩M作用下，受力最大的最外排螺栓的拉力為：作用下，受力最大的最外排螺栓的拉力為：在剪力在剪力V作用下，每個螺栓受力相等，其值為：作用下，每個螺栓受力相等，其值為：211iMtymMyNNnVNv1）假定支托不受力，僅在安裝時起臨時固定作用。）假定支

21、托不受力，僅在安裝時起臨時固定作用。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：122bttbvvNNNN（3-44a）bvcVNNn（3-44b）驗算孔壁承壓：驗算孔壁承壓：Nvb單個螺栓抗剪承載力設計值；單個螺栓抗剪承載力設計值；Ncb單個螺栓承壓承載力設計值單個螺栓承壓承載力設計值Ntb單個螺栓抗拉承載力設計值；單個螺栓抗拉承載力設計值；Nv 、Nt單個螺栓承受的最大剪力和拉力設計值。單個螺栓承受的最大剪力和拉力設計值。 同時承受剪力和拉力作

22、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；二是孔壁承壓破壞。試驗研究結果表明，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，所得的相關關系近似為圓曲線。的承載力，所得的相關關系近似為圓曲線。 2）假定支托刨平頂緊，作為承托板承受剪力。）假定支托刨平頂緊，作為承托板承受剪力。此時螺栓僅承受彎矩此時螺栓僅承受彎矩M=Ve,剪力剪力V由承托承受，則受力最大的由承托承受，則受力最大的最外排螺栓的拉力應滿足：最外排螺栓的拉力應滿足：bt

23、iMtNymMyNN211VVM支托與柱翼緣用角焊縫連接，按下式計算：支托與柱翼緣用角焊縫連接，按下式計算：wfwefflhV-考慮剪力對焊縫的偏心影響系數(shù)，可取考慮剪力對焊縫的偏心影響系數(shù)，可取1.25-1.35.例3-7 設計圖3-78所示的角鋼拼接節(jié)點，采用C級普通螺栓連接。角鋼為L1008，材料為Q235鋼，承受軸心拉力設計值N=250KN。采用同型號角鋼做拼接角鋼，螺栓直徑為d=22mm，孔徑d0=23.5mm?！窘狻?由附表5查得 b2b2v140/,305/cfNmmfNmm（1）螺栓計算一個螺栓的受剪承載力設計值為：22bv*22*1*14053.2244bvvdNnfKN一個

24、螺栓的承壓承載力設計值為：bbmin22*8*30553.6853.22bccNdtfKNNkN構件一側所需的螺栓數(shù)bmin2504.753.22NnN個，取n=5每側用5個螺栓，在角鋼兩肢上交錯排列。（2）構件凈截面強度計算 將角鋼沿中線展開（圖3-78b），角鋼的毛截面面積為15.6cm2 直線截面I-I的凈面積為21015.61*2.35*0.813.72nlAAn d tcm折線截面II-II的凈面積為2224212202223222min2(1)0.8*2*3.5(21)* 12.242*2.3512.11250*10206.4/215/12.11*10nAteneen dcmNNm

25、mfmmA凈截面強度滿足要求。設計雙蓋板拼接的普通螺栓連接，被拼接的鋼板為設計雙蓋板拼接的普通螺栓連接，被拼接的鋼板為370mm370mm* *14mm14mm，鋼材為鋼材為Q235Q235，承受設計值扭矩，承受設計值扭矩T=25kN.m,T=25kN.m,剪力剪力V=300kN,V=300kN,軸心力軸心力N=300kN.N=300kN.螺栓直徑螺栓直徑d=20mmd=20mm，孔徑，孔徑d0=21.5mmd0=21.5mm?！纠?-8】(受剪）受剪） 【解解】 螺栓布置及蓋板尺寸見圖3-79，蓋板截面積大于被拼接鋼板截面積。螺栓間距均在容許距離范圍內(nèi)。一個螺栓的受剪承載力設計值為：22b

26、vbbmin*20*2*14087.974420*14*30585.485.4bvvbccdNnfKNNdtfKNNkN扭矩作用時，最外螺栓受剪力最大，其值為：611222226112225*10 *14031.75()10*354*(70140 )25*10 *357.94110250()TxiiTyiiTyNkNxyTxNkNxy剪力和軸心力作用時，每個螺栓所受剪力相同，其值為：3131300*103010300*103010NxNyNNkNnNNkNn受力最大螺栓所受的剪力合力為222211111bmin()()(31.530)(7.9430)72.4785.4TNTNxxyyNNNNN

27、kNNkNy1TNoxx1T1xNT1yN1r1y1V1yNN1xN鋼板凈截面強度驗算，首先計算11截面幾何性質23222323(372.15*5)*1.436.751.4*372*1.4*2.15*(714 )443512443524018.51*1.4*371.4*2.15*(147)176.48nnnnAcmIcmWcmScm鋼板界面最外邊緣正應力2223362158 .1851075.3610300102401025mmNfmmNANWTnn鋼板界面形心處的剪應力2243312523.8514104435104 .17610300mmNfmmNv，軸向力kNV100kNN120mme2

28、00圖3-80為牛腿與柱翼緣的連接，承受設計值豎向力。V的作用點距柱翼緣表面距離螺栓直徑20mm,為普通C級螺栓，排列如圖所示。牛腿下設支托，焊條E43型，手工焊。按支托承受剪力 支托只起支承作用，不承受剪力，驗算螺栓強度和支托焊縫。 。鋼材為Q235，【例3-9】（受拉，受剪+受拉） 【解】（1）由支托承受剪力，螺栓承受軸力N和彎矩M，mkNVMe202 . 0100 支托支托5010070707070NV一個抗拉螺栓的承載力設計值kNfdNbtebt60.41170465.17422 支托支托5010070707070NVM 先按小偏心受拉計算，假定牛腿繞螺栓群形心轉動，受力最小螺栓的拉力

29、為01057.16)14070(4140102010101203226321miniyMynNN說明連接下部受壓，連接為大偏心受拉，中性軸位于最下排螺栓處,受力最大的 最上排螺栓所受拉力為 NyyNMNie3222236111005.35)28021014070(2280)140101201020()(， 支托承受剪力V=100KN,設焊縫 mmhf82231605 .143)82100(87 . 021010035. 1mmNfmmNlhVwfwef （2）支托不承受剪力，螺栓同時承受拉力和剪力 一個螺栓的承載力設計值:kNtfdNkNfdnNbcbcbvvbv61305102098.431

30、404201422 每個螺栓承擔的剪力為:kNNkNNnVNbvv98.431010101010043受拉力最大螺栓所承擔的拉力同（受拉力最大螺栓所承擔的拉力同（1），為），為kNNt05.35 拉力和剪力共同作用下: 1873. 0)6 .4105.35()98.4310()()(2222bttbvvNNNN螺栓強度滿足要求。 【補充補充】 驗算如圖所示普通螺栓連接強度。螺栓驗算如圖所示普通螺栓連接強度。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

31、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計算計算Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN 步驟步驟3 用相關公式驗算強度用相關公式驗算強度172. 06 .41159 .3120222btt2bvvNNNN 步驟步驟2 計算螺栓抗拉、抗剪承載力設計值計算螺栓抗拉、抗剪承載力設計值V=80N=60Nv=20kN Ncb =2020305 10-3=122kN滿足設計要求滿足設計要求 Ntb=Aeftb=244.8170 10-3=41.6k

32、N Nvb=nv( d2/4) fvb =13.14202/413010-3=31.9kN3.7 3.7 高強度螺栓連接高強度螺栓連接3.7.1 高強度螺栓連接性能高強度螺栓連接性能強度等級強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高強度螺栓高強度螺栓摩擦型摩擦型連接連接高強度螺栓高強度螺栓承壓型承壓型連接連接abNN/2N/2 高強度螺栓用強度較高鋼材制作，施工時通過特制的扳手，高強度螺栓用強度較高鋼材制作，施工時通過特制的扳手，以較大的扭矩擰緊螺帽，使螺栓桿產(chǎn)生很大的預拉力。以較

33、大的扭矩擰緊螺帽，使螺栓桿產(chǎn)生很大的預拉力。高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓承壓型連接高強度螺栓承壓型連接傳力機理傳力機理利用預拉力把被連接的部利用預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承載能力極承載能力極限狀態(tài)限狀態(tài)外力達到板件摩擦力作為外力達到板件摩擦力作為極限狀態(tài)極限狀態(tài)外力超過摩擦力外力超過摩擦力栓桿受剪，板件承壓栓桿受剪，板件承壓栓孔直徑栓孔直徑螺桿的公稱直徑螺桿的公稱

34、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構的結構連接緊湊，承載力比摩擦型大，連接緊湊，承載力比摩擦型大，但剪切變形大，不得用于承受但剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結構動力荷載的結構abNN/2N/21.1.高強度螺栓預拉力高強度螺栓預拉力 大六角頭螺栓大六角頭螺栓的預拉力控制方法有：的預拉力控制方法有：a. .力矩法力矩法 初擰初擰用力矩扳手擰至終擰力矩的用力矩扳手擰至終擰力矩的30%50%，使板件貼緊密；，使板件貼緊密；

35、終擰終擰初擰基礎上，按初擰基礎上，按100%設計終擰力矩擰緊。設計終擰力矩擰緊。 特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強度度螺栓的預拉力為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強度度螺栓的預拉力P的準確控制非常的準確控制非常重要。重要。b. .轉角法轉角法 初擰初擰用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密；用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密； 終擰終擰初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度，初擰基礎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：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰

36、、漏擰和超擰。特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。 扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）初擰初擰擰至終擰力矩的擰至終擰力矩的60%80%；終擰終擰初擰基礎上，以扭斷螺栓桿尾部為準。初擰基礎上，以扭斷螺栓桿尾部為準。特點：施工簡單、技術要求低易實施、質量易保證等。特點：施工簡單、技術要求低易實施、質量易保證等。)453(2 . 19 . 09 . 09 . 0uefAP其中：其中：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度；螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；8.8級，取級，取fu =830N/mm2， 10.9級，取級

37、，取fu =1040N/mm2高強螺栓的預拉力設計值由下式確定高強螺栓的預拉力設計值由下式確定 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；為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數(shù)為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數(shù)0.90.9； 考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強度的降低除以考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強度的降低除以系數(shù)系數(shù)1.21.2。由于高強度螺栓材料無明顯的屈服點，用抗拉強度由于高強度螺栓材料無明顯的屈服點，用抗拉強度fu代替代替fy的的附加安全系數(shù)附加安全系數(shù)0.9。螺栓的性能等級螺栓的性能等級螺螺 栓栓 公公 稱稱 直直 徑（徑（m

38、m）M16M20M22M24M27M308.8級級8012515017523028010.9級級100155190225290355表表3-8 高強螺栓的預拉力高強螺栓的預拉力P (GB 50017)F 摩擦型高強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) ；2. 2. 高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)高強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構 件件 的的 鋼鋼 號號Q235Q345Q420噴噴 砂砂噴砂后涂無

39、機富鋅漆噴砂后涂無機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0.450.350.450.300.500.400.500.350.500.400.500.40表表3-9 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件鋼號有關，其大板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構件鋼號有關，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； 試驗證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于試驗證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于0.150.15，故，故摩擦面應摩擦面應嚴禁涂紅丹嚴禁

40、涂紅丹。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會降低降低 值，故應采取有效措施保證連接處表面的干燥。值，故應采取有效措施保證連接處表面的干燥。1. 1. 抗剪連接抗剪連接由于高強度螺栓連接有較大的預拉力，從而使被由于高強度螺栓連接有較大的預拉力，從而使被連接件中有很大的預壓力，當連接受剪時，主要連接件中有很大的預壓力，當連接受剪時，主要依靠摩擦力傳力的高強度螺栓連接的抗剪承載力依靠摩擦力傳力的高強度螺栓連接的抗剪承載力可達到可達到1 1點。通過點。通過1 1點后，連接產(chǎn)生了滑移，當栓點后，連接產(chǎn)生了滑移，當栓桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞。桿與孔

41、壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞。高強度高強度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2對于對于高強度螺栓摩擦型高強度螺栓摩擦型連接，其破壞準則為板連接，其破壞準則為板件發(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度螺栓摩擦型連接的點的承載力即為一個高強度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力?？辜舫休d力。對于對于高強度螺栓承壓型高強度螺栓承壓型連接，允許接觸面發(fā)生相連接，允許接觸面發(fā)生相對滑移，破壞準則為連接達到其極限狀態(tài)對滑移，破壞準則為連接達到其極限狀態(tài)4 4點，點，所以高強度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計所

42、以高強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。3.7.2 高強度螺栓工作性能高強度螺栓工作性能 一個一個摩擦型摩擦型連接高強度螺栓抗剪承載力設計值連接高強度螺栓抗剪承載力設計值: :0.90.9抗力分項系數(shù)抗力分項系數(shù) R R的倒數(shù)的倒數(shù)( ( R R=1.111);=1.111); n 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預拉力設計值預拉力設計值. .)463(9 . 0PnNfbv（1 1） 高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓摩擦型連接（2 2） 高強度螺栓承壓型連接高強度螺栓承壓型連接（同普通螺栓計算

43、方法一樣同普通螺栓計算方法一樣）bvvbvfdnN42受剪承載力：受剪承載力：bcbcf tdNbcbvNNNb，minmin承壓承載力承壓承載力：2.2. 抗拉連接抗拉連接圖圖3.6.1 高強度螺栓受拉高強度螺栓受拉P+ PC Ca)b)高強度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預拉力高強度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預拉力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)。300 250 200

44、150 100 50 050 100 150 200 250 300Pf(kN)(kN)Nu u Nu uNt(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，當螺桿的外拉力計算表明，當螺桿的外拉力Nt為預拉力為預拉力P的的80時，螺桿內(nèi)的拉力時，螺桿內(nèi)的拉力增加很少，可以認為此時螺桿的預拉力基本不變。增加很少，可以認為此時螺桿的預拉力基本不變。F 當考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力當考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力Pf與與Nt的關系曲線如圖：的關系曲線如圖：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

45、慢出現(xiàn)，增加速度先慢后快。后快。F 橇力橇力Q的存在導致連接的極限承載力由的存在導致連接的極限承載力由Nu降至降至Nu。F 所以，如設計時不考慮橇力的影響所以，如設計時不考慮橇力的影響, ,應使應使Nt0.5P或增加連接板件的剛度（如設加或增加連接板件的剛度（如設加勁肋）勁肋）。直接承受動力荷載的結構外拉力不宜超過直接承受動力荷載的結構外拉力不宜超過0.5 PPN8 . 0bt單個摩擦型連接高強度螺栓抗拉承載力設計值單個摩擦型連接高強度螺栓抗拉承載力設計值: :)483( （1 1） 高強度螺栓高強度螺栓摩擦型摩擦型連接連接（2 2） 高強度螺栓高強度螺栓承壓型承壓型連接連接（同普通螺栓計算方

46、法一樣）（同普通螺栓計算方法一樣）bt2ebtebt4fdfAN)493(1bvvbttNNNN和和抗抗剪剪承承載載力力設設計計值值。單單個個高高強強度度螺螺栓栓的的抗抗拉拉、；擔擔的的拉拉力力和和剪剪力力設設計計值值外外力力作作用用下下每每個個螺螺栓栓承承、 bvbtvtNNNN3.3.同時承受剪力和拉力連接同時承受剪力和拉力連接盡管當盡管當NtP 時，栓桿的預拉力變化不大，但由于時，栓桿的預拉力變化不大，但由于 隨隨Nt的增的增大而減小，且隨大而減小，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。實驗結果表明，外加剪力和拉力與高強螺

47、栓的受拉、受剪承實驗結果表明，外加剪力和拉力與高強螺栓的受拉、受剪承載力設計值之間為線性關系，故規(guī)范規(guī)定在載力設計值之間為線性關系，故規(guī)范規(guī)定在V和和N共同作用下共同作用下應滿足下式：應滿足下式：PnNfbv9 . 0PN8 . 0bt（1 1） 高強度螺栓高強度螺栓摩擦型摩擦型連接連接（2 2） 高強度螺栓高強度螺栓承壓型承壓型連接連接（同普通螺栓計算方法一樣）（同普通螺栓計算方法一樣）122bttbvvNNNN2 . 1bcvNN 1.1.受剪連接承載力受剪連接承載力PnNfbv9 . 02.2.受拉連接承載力受拉連接承載力PN8 . 0btbvvNN bttNN 1bvvbttNNNN3

48、.3.同時受拉和受剪連接承載力同時受拉和受剪連接承載力總結：總結： 高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓摩擦型連接PnNfbv9 . 0PN8 . 0bt1.1.受剪連接承載力受剪連接承載力bvvbvfdnN42受剪承載力：受剪承載力：bcbcf tdNbcbvNNNb，minmin承壓承載力承壓承載力：2.2.受拉連接承載力受拉連接承載力bt2ebtebt4fdfAN總結：總結： 高強度螺栓承壓型連接高強度螺栓承壓型連接122bttbvvNNNN3.3.同時承受剪力和拉力連接的承載力同時承受剪力和拉力連接的承載力2 . 1bcvNN 系數(shù)系數(shù)1.21.2是考慮由于外拉力是考慮由于外拉力的存在導致高

49、強度螺栓的承的存在導致高強度螺栓的承壓承載力降低的修正系數(shù)。壓承載力降低的修正系數(shù)。圖圖5.2.3 摩擦型高強螺栓孔前傳力摩擦型高強螺栓孔前傳力,1100110.510.5nAbndtdnNNnnn 其中：；螺栓孔直徑；孔前傳力系數(shù)；計算截面上的螺栓數(shù)；連接一側的螺栓總數(shù)。,1nNfA對于高強螺栓的摩擦型連接，可以認為連接傳力所依靠的摩擦力均對于高強螺栓的摩擦型連接，可以認為連接傳力所依靠的摩擦力均勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（50），因），因此最外列螺栓處危險截面的凈截面強度應按下式計算：此最外列螺栓處危險截面的凈截面強度應按

50、下式計算：高強度螺栓摩擦型連接的構件，除高強度螺栓摩擦型連接的構件，除按上式驗算凈截面強度外，尚需按按上式驗算凈截面強度外，尚需按式式(6.2.1)驗算毛截面強度。驗算毛截面強度。NfA（6.2.1）3.7.3 高強螺栓群抗剪計算高強螺栓群抗剪計算1.1.軸心受剪軸心受剪圖圖 軸心受剪軸心受剪設一側的螺栓數(shù)為設一側的螺栓數(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： 分析方法和計算公式與普通螺栓似。分析方法和計算公式與普通螺栓似。對于摩擦型連接：對于摩擦型連接：bvNNn對于承壓型連接：對于承壓型連接：bminNNn

51、PnNfbv9 . 0bvvbvfdnN42bcbcf tdNbcbvNNNb，minmin圖圖3-87 摩擦型高強螺栓孔前傳力摩擦型高強螺栓孔前傳力,1100110.510.5nAbndtdnNNnnn 其中：；螺栓孔直徑；孔前傳力系數(shù)；計算截面上的螺栓數(shù)；連接一側的螺栓總數(shù)。,1nNfA對于高強螺栓的摩擦型連接，可以認為連接傳力所依靠的摩擦力均對于高強螺栓的摩擦型連接，可以認為連接傳力所依靠的摩擦力均勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（50），因），因此最外列螺栓處危險截面的凈截面強度應按下式計算：此最外列螺栓處危險截面的凈截面強

52、度應按下式計算：高強度螺栓摩擦型連接的構件，除高強度螺栓摩擦型連接的構件，除按上式驗算凈截面強度外，尚需按按上式驗算凈截面強度外，尚需按式式(3-54)驗算毛截面強度。驗算毛截面強度。NfA（3-54）（3-53）2.2.扭矩作用扭矩作用 及剪力，軸力，扭矩共同作用下受剪及剪力，軸力，扭矩共同作用下受剪在扭矩或扭矩和剪力共同作用時的抗剪計算方法與普通螺栓群相同，在扭矩或扭矩和剪力共同作用時的抗剪計算方法與普通螺栓群相同，但應該采用高強度螺栓承載力設計值進行計算。但應該采用高強度螺栓承載力設計值進行計算。1.1.軸心受拉軸心受拉對于摩擦型連接：對于摩擦型連接：PN8 . 0btbtNNn 高強度

53、螺栓連接所需的螺栓數(shù)目：高強度螺栓連接所需的螺栓數(shù)目：對于承壓型連接：對于承壓型連接：bt2ebtfdN42.2. 彎矩作用受拉彎矩作用受拉由于高強度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預拉力由于高強度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預拉力P，故在彎矩作用，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認為是一個整體為是一個整體, ,所以所以假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側，最外側螺栓受力最大。螺栓受力最大。3.7.4 高強螺栓群抗拉計算高強螺栓群抗拉計算MM1 2 3 4y1y2N

54、1N2N3N4受壓區(qū)受壓區(qū)中中和和軸軸nnyNyNyNM2211由力學知識可得：由力學知識可得：nnyNyNyNyN332211btNyyMNnii1211因此，設計時只要滿足下式即可：因此，設計時只要滿足下式即可：)563( 3.3. 拉力、彎矩和剪力共同作用拉力、彎矩和剪力共同作用1 1號螺栓受到最大拉力，應滿足：號螺栓受到最大拉力，應滿足：PyMynNN8 . 02i1t（1 1）摩擦型連接的計算）摩擦型連接的計算MNV1 2 3 4M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和軸軸M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下1bvvbttNNNN承受剪力和拉力作用時，應滿足：承受剪力和拉力

55、作用時，應滿足：nVN v(2) (2) 承壓型連接的計算承壓型連接的計算同時承受拉剪作用的承壓型連接高強度螺栓的承載力設計值同時承受拉剪作用的承壓型連接高強度螺栓的承載力設計值與普通螺栓計算相同，分螺栓桿受剪受拉和孔壁承壓兩部分。與普通螺栓計算相同，分螺栓桿受剪受拉和孔壁承壓兩部分。應滿足：應滿足： 12btt2bvvNNNN2 . 1bcvNN Nv、Nt最危險螺栓受到最危險螺栓受到的剪力、拉力。的剪力、拉力。 Nvb 、Ncb 、Ntb一個承一個承壓型高強螺栓的抗剪、承壓、壓型高強螺栓的抗剪、承壓、抗拉承載力設計值?？估休d力設計值?！纠?-103-10】圖圖3-893-89所示為雙拼接板拼接的軸心受力構件，截面為所示為雙拼接板拼接的軸心受力構件，截面為 20mm20mm280mm, 承受軸心拉力設計值承受軸心拉力設計值N=850KNN=850KN，鋼材為，鋼材為Q235Q235鋼，采用鋼，采用8.88.8級級的的M22M22高強度螺栓，連接處構件接觸面經(jīng)噴砂處理，試分別采用高強度螺高強度螺栓，連接處構件接觸面經(jīng)噴砂處理，試分別采用高強度螺栓摩擦型和承壓型設計此連接。栓摩擦型和承壓型設計此連接。【解】（1）采用高強度螺栓摩擦型連接 一個螺栓抗剪承載力設計值kNPnNfbv5 .12115045. 029 . 09 . 0 連接一側所需螺栓數(shù)為個75 .