螺栓連接的計算方法課件

3.7高強度螺栓連接的計算連接板間摩擦力

摩擦型——連接件間的剪力完全靠摩擦力傳遞。以剪力等于摩擦力為設計極限狀態(tài)。連接件間不允許相互滑動，變形小，承載力小。工藝保證措施：噴砂，使=0.3～0.55。分類：

特點：予拉力很大，依直徑等級不同，可達80～355kN。

高強螺栓是高強螺栓和配套螺母、墊圈的合稱，強度等級10.9h和8.8級。3.7高強度螺栓連接的計算連接板間摩擦力1

承壓型——連接件間允許相互滑動。傳力開始時在標準荷載作用下動連接件間無滑動，剪力由摩擦力和螺桿抗剪共同傳遞。但當荷載很大時，連接件間有較大塑性變形。接近破壞時，連接件間有相對滑動，摩擦只起推遲滑移作用。剪力由螺桿傳遞，其特點與普通螺栓相同。因此，有與普通螺栓相同的極限狀態(tài)—螺栓剪壞，孔壁擠壓壞，構件被拉斷。變形大，不適于受動荷載的連接?？估瓡r與普通螺栓相同，但變形小，可減少銹蝕，改善疲勞性能。螺桿剪力N承壓型——連接件間允許相互滑動。傳力開始時在標準荷載2

1、確定予拉力P數(shù)值使螺栓中的拉應力接近于所用材料的屈服點（f0.2）,考慮材料不均勻系數(shù)0.9、超張拉系數(shù)0.9和剪應力（擰螺母時產(chǎn)生）引起的承載力降低系數(shù)1.2,，予拉力計算式為：

（3-46）結果按5kN的模數(shù)取整得表3-3。摩擦型承壓型均適用。fu——高強螺栓經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度；——屈強比（假定屈服點與最低抗拉強度比值）

Ae——螺栓有效面積

一、高強螺栓的予拉力的建立1、確定予拉力P數(shù)值（3-46）結果按5kN32、予拉工藝——扭螺帽螺栓的性能等級螺栓公稱直徑（mm）M16M20M22M24M27M308.87011013515520525010.9100155190225290355高強螺栓設計予拉力P值（kN）表3-3（1）扭矩法工具—能顯示扭矩的搬手。2、予拉工藝——扭螺帽螺栓的性能螺栓公稱直徑（mm4（2）轉角法

先用普通扳手把連接件擰緊密，稱初擰。以初擰位置為起點，用電動或風動扳手將螺帽扭1/2～2/3圈，達到終擰角度。螺栓的拉力即達到預拉力。終擰角度根據(jù)螺栓直徑，連接件厚度通過實測確定。方法簡單，但常常出現(xiàn)予拉力比設計值高。（3）扭掉螺栓尾部梅花卡法

（2）轉角法先用普通扳手把連接件擰緊密，稱初擰5

1、單個高強螺栓抗剪承載力設計值

NVb=0.9nfPNVb——單個高強螺栓抗剪承載力設計值

P——予拉力——抗滑移（摩擦）系數(shù)，見表3-4

nf——傳力摩擦面數(shù)0.9——螺栓受力非均勻系數(shù)二、摩擦型高強螺栓的計算抗剪承載力由摩擦力確定。1、單個高強螺栓抗剪承載力設計值二、摩擦型高6連接處接觸面處理方法構件的鋼號3號鋼16錳鋼或16錳橋鋼15錳釩鋼或15錳釩橋鋼噴砂噴砂后涂無機富鋅漆噴砂后生赤繡用鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面0.450.350.450.300.550.400.550.350.550.400.550.35摩擦面抗滑移系數(shù)值表3-4連接處接觸面構件的鋼號3號鋼16錳鋼或16錳橋鋼157設，一側的螺栓數(shù)為n，平均受剪，承受外力N。++++++++++++++++NNl1分析方法和計算公式與普通螺栓同。2、摩擦型高強螺栓群的抗剪計算

每個螺栓承受的剪力為：單個螺栓承載力設計條件：(1).所需螺栓數(shù)：設，一側的螺栓數(shù)為n，平均受剪，承受外力N。+++8(2).構件凈截面強度驗算NN++++++++++++NNAN′N′孔前傳力分析(2).構件凈截面強度驗算NN+++NNAN9受剪連接計算一個螺栓抗剪承載力連接所需螺栓數(shù)凈截面強度：考慮50％孔前傳力受剪連接計算10

高強螺栓群在扭矩作用下的計算公式與普通螺栓同。高強螺栓的直徑系列、連接中螺栓的排列及有關構造要求與普通螺栓同。高強螺栓群在扭矩作用下的計算公式與普通螺栓同11例題3-13V=60KN,選用10.9級M20摩擦型高強螺栓，鋼材選用Q235鋼，接觸面采用噴砂處理。驗算此連接強度解：（1）計算單個摩擦型高強螺栓的承載能力：例題3-13V=60KN,選用10.9級M20摩擦型高強螺栓12（2）計算單個螺栓在外力作用下承受的最大荷載所以該連接滿足強度要求（2）計算單個螺栓在外力作用下承受的最大荷載所以該連接滿足強13

例題3-14如圖示，截面為－300×16的軸心受拉鋼板，用雙蓋板和摩擦型高強螺栓連接，已知鋼材為Q345鋼，螺栓為10.9級M20，接觸面噴砂后涂無機富鋅漆，承受軸力N=1200KN，試驗算連接的強度。解（1）驗算螺栓連接的強度實際單個螺栓承受的內力為：例題3-14如圖示，截面為－300×16的軸心受拉鋼板，用14（2）驗算鋼板強度構件厚度t=16mm<2t1=20mm,故應驗算構件截面。查表得f=310N/mm2構件得毛截面強度為構件得靜截面強度為：（2）驗算鋼板強度15

為什么取0.8P呢？研究表明：連接件剛好被松開時的外力N=1.05~1.19P，Ntb=0.8P時可以保證連接件不被松馳。P—預拉力

（1）一個高強螺栓的抗拉承載力設計值

3、高強螺栓承受拉力時的計算《規(guī)范》規(guī)定：為什么取0.8P呢？研究表明：連接件剛好被松16（2）受拉力作用的高強螺栓群計算N所需螺栓個數(shù)（2）受拉力作用的高強螺栓群計算N所需螺栓個數(shù)17(3)受彎矩作用的高強螺栓群計算yiMy1x1i1號螺栓受到最大拉力，驗算：

與普通螺栓連接的區(qū)別：

（a）中性軸置于形心軸上

由于有很大的予拉力，連接件間緊密貼合，可認為是一個截面，且符合平面假設。

（b）Ntb=0.8P（普通螺栓Ntb=Aeftb）(3)受彎矩作用的高強螺栓群計算yiMy1x1i1號螺栓受18(4)受剪力與拉力同時作用的高強螺栓群計算nt——連接的傳力摩擦面數(shù)——摩擦面的抗滑移系數(shù)單個高強螺栓的抗剪承載力oP=768kN1考慮會減小，將Nti放大25％保證連接安全的要求：(4)受剪力與拉力同時作用的高強螺栓群計算nt——連接的傳19P90例題3.15P90例題3.1520螺栓連接的計算方法課件21

例3-16設計圖3-76所示高強螺栓連接的強度。被連接板件的鋼材為A3F，高強螺栓10.9級，M20，孔徑22，連接接觸面噴砂后生赤銹。按摩擦型計算。圖3-76外力P=768kN對螺栓形心有一偏心距e=15cm，形成剪力、拉力、彎矩三種狀態(tài)。已知外力P、螺栓數(shù)、螺栓類別、直徑、鋼材類型，驗算螺栓強度。oP=768kN1例3-16設計圖3-76所示高強螺栓連接的強度。被22[解]（1）計算作用在螺栓群形心處的力素①抗拉驗算“1”點受到的拉力為：（2）驗算強度連接手M、V、N共同作用，形心軸過“o”點，“1”點是最危險點。oNVMP60oN剪力：V=Psin60°=768×0.866=665kN軸心拉力：N=Pcos60°=768×0.5=384kN彎矩：M=Ne=384×15=5760kNcm[解]①抗拉驗算（2）驗算強度oNVMP23=48kNNtb=0.8P=0.8×155=124kNNt＜Ntb(可)②抗剪驗算

l1=700mm＞15d0=15×22=330mm

=1.1-700/(150×22)=0.89oP=768kN1一個摩擦型高強螺栓的抗剪設計承載力按式（3-55）并引入后計算，

Nvb=0.9nt(P-1.25Nt)=0.89×0.9×1×0.45(155-1.25×48)=34kN

一個螺栓承受的剪力

Nv=V/n=665/16=41.6kN＞Nvb=34kN(不可)=48kN②抗剪驗算oP=724改用M22，孔24，P=190kN，于是=0.906，這樣：Nvb=0.9nt(P-1.25Nt)=0.906×0.9×1×0.45(190-1.25×48)=48kNNv=41.6kN＜Nvb=48kN(可)以上計算偏于保守。因各排螺栓受力不同本應采用不用強度的螺栓。這里，采用了與最危險螺栓相同的強度。(可)③驗算相關公式是否滿足改用M22，孔24，P=190kN，于是=0.90253.10高強度螺栓的施工工藝和檢驗

一、施工工藝應符合的相關規(guī)范：《鋼結構用高強度大六角頭螺栓》GB1228－19《鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術條件》GB1231－84《鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接件型式與尺寸》GB3632－83《鋼結構用扭剪型高強度螺栓連接件技術條件》GB3633－853.10高強度螺栓的施工工藝和檢驗一、施工工藝26出廠前試驗：（1）鋼材的爐號、制作批號、化學性能與機械性能證明或試驗。（2）螺栓的楔負荷試驗。（3）螺母的保證荷載試驗。（4）螺母和墊圈的硬度試驗。（5）連接件的扭矩系數(shù)試驗（注明試驗溫度）。大六角頭連接件的扭矩系數(shù)平均值和標準偏差；扭剪形連接件的緊固軸力平均值和變異系數(shù)。（6）緊固軸力系數(shù)試驗。（7）產(chǎn)品規(guī)格、數(shù)量、出廠日期、裝箱單。出廠前試驗：27清理接頭摩擦面，不允許有毛刺、鐵屑、油污、焊接飛濺物，用鋼絲刷延受力垂直方向除去浮銹。摩擦面應干燥，沒有結露、積霜、積雪。雨天不得進行安裝。安裝前注意點：

清理接頭摩擦面，不允許有毛刺、鐵屑、油污、焊接飛濺物，用鋼絲28螺栓連接的計算方法課件29二、高強度螺栓的檢驗終擰檢驗（一）扭剪型外觀全數(shù)檢查（二）大六角頭扭矩法：（1）將螺母退回600左右，用表盤式定扭扳手測定擰回至原來位置時的扭矩值，若測定的扭矩值較施工扭矩值低10％以內即為合格。（2）用表盤式定扭扳手繼續(xù)擰緊螺栓，測定螺母開始轉動時的扭矩值，若測定的扭矩值較施工扭矩值大10％以內即為合格。二、高強度螺栓的檢驗終擰檢驗30轉角法(1)檢查初擰后人螺母與螺尾端頭相對價置所劃的終擰起始線和終止線所夾的角度是否在規(guī)定的范圍內。(2)在螺尾端頭和螺母相對位置劃線，然后完全卸松螺母，再按規(guī)定的初擰扭矩和終擰角度重新擰緊螺栓，觀察與原劃線是否重合，一般角度誤差正負10度為合格。(3)高強度螺桂連接副終擰后應檢驗螺栓絲扣外露長度，要求螺栓絲扣外露2—3扣為宜，其中允許有10％的螺栓絲扣外露1扣或4扣，對同一個節(jié)點，螺栓絲扣外露應力求一致，便于檢查。(4)共他檢驗項目。1)高強度螺栓連接摩擦面應保持干燥、整潔，不應有飛邊、毛刺、焊接飛濺物、焊疤、氧化鐵皮、污垢和不應有的涂料等。2)高強度螺栓應自由穿入螺栓孔、不應氣割擴孔，遇到必須擴孔時，最大擴孔量不應超過1．2d(d為螺栓公稱直徑)。轉角法(1)檢查初擰后人螺母與螺尾端頭相對價置所劃的終擰起313.7高強度螺栓連接的計算連接板間摩擦力

摩擦型——連接件間的剪力完全靠摩擦力傳遞。以剪力等于摩擦力為設計極限狀態(tài)。連接件間不允許相互滑動，變形小，承載力小。工藝保證措施：噴砂，使=0.3～0.55。分類：

特點：予拉力很大，依直徑等級不同，可達80～355kN。

高強螺栓是高強螺栓和配套螺母、墊圈的合稱，強度等級10.9h和8.8級。3.7高強度螺栓連接的計算連接板間摩擦力32

承壓型——連接件間允許相互滑動。傳力開始時在標準荷載作用下動連接件間無滑動，剪力由摩擦力和螺桿抗剪共同傳遞。但當荷載很大時，連接件間有較大塑性變形。接近破壞時，連接件間有相對滑動，摩擦只起推遲滑移作用。剪力由螺桿傳遞，其特點與普通螺栓相同。因此，有與普通螺栓相同的極限狀態(tài)—螺栓剪壞，孔壁擠壓壞，構件被拉斷。變形大，不適于受動荷載的連接?？估瓡r與普通螺栓相同，但變形小，可減少銹蝕，改善疲勞性能。螺桿剪力N承壓型——連接件間允許相互滑動。傳力開始時在標準荷載33

1、確定予拉力P數(shù)值使螺栓中的拉應力接近于所用材料的屈服點（f0.2）,考慮材料不均勻系數(shù)0.9、超張拉系數(shù)0.9和剪應力（擰螺母時產(chǎn)生）引起的承載力降低系數(shù)1.2,，予拉力計算式為：

（3-46）結果按5kN的模數(shù)取整得表3-3。摩擦型承壓型均適用。fu——高強螺栓經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度；——屈強比（假定屈服點與最低抗拉強度比值）

Ae——螺栓有效面積

一、高強螺栓的予拉力的建立1、確定予拉力P數(shù)值（3-46）結果按5kN342、予拉工藝——扭螺帽螺栓的性能等級螺栓公稱直徑（mm）M16M20M22M24M27M308.87011013515520525010.9100155190225290355高強螺栓設計予拉力P值（kN）表3-3（1）扭矩法工具—能顯示扭矩的搬手。2、予拉工藝——扭螺帽螺栓的性能螺栓公稱直徑（mm35（2）轉角法

先用普通扳手把連接件擰緊密，稱初擰。以初擰位置為起點，用電動或風動扳手將螺帽扭1/2～2/3圈，達到終擰角度。螺栓的拉力即達到預拉力。終擰角度根據(jù)螺栓直徑，連接件厚度通過實測確定。方法簡單，但常常出現(xiàn)予拉力比設計值高。（3）扭掉螺栓尾部梅花卡法

（2）轉角法先用普通扳手把連接件擰緊密，稱初擰36

1、單個高強螺栓抗剪承載力設計值

NVb=0.9nfPNVb——單個高強螺栓抗剪承載力設計值

P——予拉力——抗滑移（摩擦）系數(shù)，見表3-4

nf——傳力摩擦面數(shù)0.9——螺栓受力非均勻系數(shù)二、摩擦型高強螺栓的計算抗剪承載力由摩擦力確定。1、單個高強螺栓抗剪承載力設計值二、摩擦型高37連接處接觸面處理方法構件的鋼號3號鋼16錳鋼或16錳橋鋼15錳釩鋼或15錳釩橋鋼噴砂噴砂后涂無機富鋅漆噴砂后生赤繡用鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面0.450.350.450.300.550.400.550.350.550.400.550.35摩擦面抗滑移系數(shù)值表3-4連接處接觸面構件的鋼號3號鋼16錳鋼或16錳橋鋼1538設，一側的螺栓數(shù)為n，平均受剪，承受外力N。++++++++++++++++NNl1分析方法和計算公式與普通螺栓同。2、摩擦型高強螺栓群的抗剪計算

每個螺栓承受的剪力為：單個螺栓承載力設計條件：(1).所需螺栓數(shù)：設，一側的螺栓數(shù)為n，平均受剪，承受外力N。+++39(2).構件凈截面強度驗算NN++++++++++++NNAN′N′孔前傳力分析(2).構件凈截面強度驗算NN+++NNAN40受剪連接計算一個螺栓抗剪承載力連接所需螺栓數(shù)凈截面強度：考慮50％孔前傳力受剪連接計算41

高強螺栓群在扭矩作用下的計算公式與普通螺栓同。高強螺栓的直徑系列、連接中螺栓的排列及有關構造要求與普通螺栓同。高強螺栓群在扭矩作用下的計算公式與普通螺栓同42例題3-13V=60KN,選用10.9級M20摩擦型高強螺栓，鋼材選用Q235鋼，接觸面采用噴砂處理。驗算此連接強度解：（1）計算單個摩擦型高強螺栓的承載能力：例題3-13V=60KN,選用10.9級M20摩擦型高強螺栓43（2）計算單個螺栓在外力作用下承受的最大荷載所以該連接滿足強度要求（2）計算單個螺栓在外力作用下承受的最大荷載所以該連接滿足強44

例題3-14如圖示，截面為－300×16的軸心受拉鋼板，用雙蓋板和摩擦型高強螺栓連接，已知鋼材為Q345鋼，螺栓為10.9級M20，接觸面噴砂后涂無機富鋅漆，承受軸力N=1200KN，試驗算連接的強度。解（1）驗算螺栓連接的強度實際單個螺栓承受的內力為：例題3-14如圖示，截面為－300×16的軸心受拉鋼板，用45（2）驗算鋼板強度構件厚度t=16mm<2t1=20mm,故應驗算構件截面。查表得f=310N/mm2構件得毛截面強度為構件得靜截面強度為：（2）驗算鋼板強度46

為什么取0.8P呢？研究表明：連接件剛好被松開時的外力N=1.05~1.19P，Ntb=0.8P時可以保證連接件不被松馳。P—預拉力

（1）一個高強螺栓的抗拉承載力設計值

3、高強螺栓承受拉力時的計算《規(guī)范》規(guī)定：為什么取0.8P呢？研究表明：連接件剛好被松47（2）受拉力作用的高強螺栓群計算N所需螺栓個數(shù)（2）受拉力作用的高強螺栓群計算N所需螺栓個數(shù)48(3)受彎矩作用的高強螺栓群計算yiMy1x1i1號螺栓受到最大拉力，驗算：

與普通螺栓連接的區(qū)別：

（a）中性軸置于形心軸上

由于有很大的予拉力，連接件間緊密貼合，可認為是一個截面，且符合平面假設。

（b）Ntb=0.8P（普通螺栓Ntb=Aeftb）(3)受彎矩作用的高強螺栓群計算yiMy1x1i1號螺栓受49(4)受剪力與拉力同時作用的高強螺栓群計算nt——連接的傳力摩擦面數(shù)——摩擦面的抗滑移系數(shù)單個高強螺栓的抗剪承載力oP=768kN1考慮會減小，將Nti放大25％保證連接安全的要求：(4)受剪力與拉力同時作用的高強螺栓群計算nt——連接的傳50P90例題3.15P90例題3.1551螺栓連接的計算方法課件52

例3-16設計圖3-76所示高強螺栓連接的強度。被連接板件的鋼材為A3F，高強螺栓10.9級，M20，孔徑22，連接接觸面噴砂后生赤銹。按摩擦型計算。圖3-76外力P=768kN對螺栓形心有一偏心距e=15cm，形成剪力、拉力、彎矩三種狀態(tài)。已知外力P、螺栓數(shù)、螺栓類別、直徑、鋼材類型，驗算螺栓強度。oP=768kN1例3-16設計圖3-76所示高強螺栓連接的強度。被53[解]（1）計算作用在螺栓群形心處的力素①抗拉驗算“1”點受到的拉力為：（2）驗算強度連接手M、V、N共同作用，形心軸過“o”點，“1”點是最危險點。oNVMP60oN剪力：V=Psin60°=768×0.866=665kN軸心拉力：N=Pcos60°=768×0.5=384kN彎矩：M=Ne=384×15=5760kNcm[解]①抗拉驗算（2）驗算強度oNVMP54=48kNNtb=0.8P=0.8×155=124kNNt＜Ntb(可)②抗剪驗算

l1=700mm＞15d0=15×22=330mm

=1.1-700/(150×22)=0.89oP=768kN1一個摩擦型高強螺栓的抗剪設計承載力按式（3-55）并引入后計算，

Nvb=0.9nt(P-1.25Nt)=0.89×0.9×1×0.45(155-1.25×48)=34kN

一個螺栓承受的剪力

Nv=V/n=665/16=41.6kN＞Nvb=34kN(不可)=48kN②抗剪驗算oP=755改用M22，孔24，P=190kN，于是=0.906，這樣：Nvb=0.9nt(P-1.25Nt)=0.906×0.9×1×0.45(190-1.25×48)=48kNNv=41.6kN＜Nvb=48kN(可)以上計算偏于保守。因各排螺栓受力不同本應采用不用強度的螺栓。這里，采用了與最危險螺栓相同的強度。(可)③驗算相關公式是否滿足改用M22，孔24，P=190kN，于是=0