第3章 連接-6鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure第3章連接

Chapter3Connections焊縫連接螺栓連接主要內(nèi)容鋼結(jié)構(gòu)的連接對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算普通螺栓的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓的構(gòu)造和計(jì)算螺栓的排列和構(gòu)造要求普通螺栓的受剪連接普通螺栓的受拉連接剪－拉螺栓群的計(jì)算螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類A級(jí)和B級(jí)C級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.6級(jí)和8.8級(jí)4.6級(jí)和4.8級(jí)加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個(gè)零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm受力特點(diǎn)抗剪抗拉均好抗剪差、抗拉好經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時(shí)固定§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算注：A、B兩級(jí)的區(qū)別只是尺寸不同。A級(jí)用于d≤24mm,l≤150mm的螺栓，B級(jí)用于d>24mm,l>150mm螺栓。

§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算常用螺栓直徑為d=16，20，24mm，用M表示，如M16。螺栓符號(hào)螺栓孔為d0=d+1.5～3mmM12、M16大1.5mm，M18、M20、M22、M24大2mm，M27、M30大3mm3.5.1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)造合理又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯(cuò)列排列兩種。圖3.5.1螺栓的排列方式1.螺栓的排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(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，但螺栓空排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算(1)受力要求

下限：防止孔間板破裂≥3d0上限：防止板間張口和鼓曲。b）螺孔中心距限制a）端距限制——防止孔端鋼板剪斷，≥2d0

；中心距太大<2d端距過小（2）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，潮氣易侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。（3）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?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距中距邊距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0邊距

根據(jù)規(guī)范規(guī)定（P86表3.5.1）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5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算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；2.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松動(dòng)；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：

①

承受靜載或間接動(dòng)載的次要連接；

②

承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；

③

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)加大剛度，以減小撬力對(duì)螺栓抗拉承載力的不利影響。§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算3.5.2普通螺栓的受剪連接

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。

FNFA剪力螺栓B拉力螺栓C剪力和拉力共同作用受力垂直螺桿，承剪、承壓。連接件有錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)受力平行螺桿，承拉連接件有脫開趨勢(shì)§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算NδO1234NNabNN/2N/2對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn),即可得到板件上a、b兩點(diǎn)相對(duì)位移δ與作用力N的關(guān)系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段1.受剪連接的工作性能

(1)摩擦傳力的彈性階段(0~1段)

直線段—連接處于彈性狀態(tài)；該階段較短—摩擦力較小。(2)滑移階段(1~2段)

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，表現(xiàn)在曲線上為水平段。抗剪螺栓連接受力后，首先由構(gòu)件間的摩擦力來傳遞外力。當(dāng)外力增大超過極限摩擦力后，構(gòu)件間相對(duì)滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。圖3.5.2單個(gè)螺栓抗剪試驗(yàn)結(jié)果§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算NδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的彈性階段(2~3段)

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。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，N-δ關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。

(4)彈塑性階段(3~4段)

達(dá)到‘3’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?！?’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Nu?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算圖3.5.3受剪螺栓的破壞情況螺桿被剪斷；b)連接件孔壁擠壓破壞；c)鋼板拉斷；d)鋼板沖剪破壞；e)螺桿彎曲破壞。2.受剪螺栓的破壞形式a)AB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)c)A截面削弱過多時(shí)d)35o35oa1A端矩過小時(shí)；端矩≥2d0e)A板過厚螺栓桿過長；栓桿長度＜5da)、b)、c)通過計(jì)算解決d)、e)通過構(gòu)造解決§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算單個(gè)剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力：受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：d3.單個(gè)普通螺栓的受剪計(jì)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，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:（3.5.1）（3.5.2）假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布；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）均勻分布驗(yàn)算：§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：t1<t2,Σt=t1t1t2t1t2t3t2<t1+t2,Σt=t2d+b<a+c+e,Σt=b+d圖3.5.4剪力螺栓的剪面數(shù)和承壓厚度§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓直徑承壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度剪面數(shù)目螺栓抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度承壓構(gòu)件一側(cè)總厚度的較小值N/2Nl1N/2試驗(yàn)證明,栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿螺栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。

當(dāng)l1≤15d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個(gè)螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計(jì)時(shí)假定N由各螺栓平均分擔(dān)。4.普通螺栓群抗剪連接計(jì)算（1）普通螺栓群軸心受剪計(jì)算

連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為：(3.5.3)§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算平均值螺栓的內(nèi)力分布彈性階段塑性階段ECCS我國規(guī)范試驗(yàn)曲線8.8級(jí)M221.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布當(dāng)連接長度l1>15d0(d0為孔徑)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)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)與l1/d0的關(guān)系曲線。則連接所需栓數(shù)：(3.5.5)§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算因此《規(guī)范》采用承載力折減系數(shù)考慮螺栓群受力不均。FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2）普通螺栓群偏心受剪F作用下每個(gè)螺栓受力：基本假設(shè)①連接件絕對(duì)剛性,螺栓彈性；②

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的距離ri成正比，方向與它和形心的連線垂直?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算V=FT=Fe（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’號(hào)螺栓所受剪力最大（r1最大）?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算根據(jù)平衡條件得：（c）將（c）式代入（a），得用N1T表達(dá)的T式：

由各螺栓剪力與r成正比：（b）由各剪力都用N1表示：螺栓1離形心最遠(yuǎn)是危險(xiǎn)螺栓,最大剪力N1T:將N1T它分解為水平和豎直分力：（3.5.8）xi—第i個(gè)螺栓中心的x坐標(biāo)，yi—第i個(gè)螺栓中心的y坐標(biāo)yoxx11r1y1(3.5.7)驗(yàn)