第5章 鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接(第4講高強(qiáng)螺栓連接)定稿

第五章第四講高強(qiáng)螺栓連接河南城建學(xué)院結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接內(nèi)容回顧1、螺栓連接的構(gòu)造要求2、普通螺栓連接計(jì)算本次課主要內(nèi)容1、高強(qiáng)螺栓連接計(jì)算§5.5高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算一、高強(qiáng)度螺栓的工作性能及單栓承載力

按受力特征的不同高強(qiáng)度螺栓分為兩類：

摩擦型高強(qiáng)度螺栓—通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，

破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力；

承壓型高強(qiáng)度螺栓—受力特征與普通螺栓類似。1、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法通過擰緊螺帽的方法，螺帽的緊固方法：

A、轉(zhuǎn)角法

施工方法：初擰—用普通扳手?jǐn)Q至不動(dòng)，使板件貼緊密；終擰—初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動(dòng)扳手再擰過一定的

角度，一般為120o~180o完成終擰。特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰；B、扭矩法

施工方法：初擰—用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%~50%，使板件貼緊密；終擰—初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。特點(diǎn)：簡單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）施工方法：初擰—擰至終擰力矩的60%~80%；終擰—初擰基礎(chǔ)上，以扭斷螺栓桿尾部為準(zhǔn)。特點(diǎn)：施工簡單、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：

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：1）終擰力矩偏差不應(yīng)大于±10%；2）如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應(yīng)更換；3）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→下翼緣→腹板。2、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定

高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強(qiáng)度確定的，并考慮了以下修正系數(shù)：考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.9；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對(duì)抗拉強(qiáng)度的降低除以系數(shù)1.2。附加安全系數(shù)0.9。因此，預(yù)拉力：Ae—螺紋處有效截面積；fu—螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級(jí)，取fu=830N/mm2，

10.9級(jí)，取fu=1040N/mm23、高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)μ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（P）和板件間的抗滑移系數(shù)μ

；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減??；規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數(shù)μ,如下表噴砂除銹作業(yè)4、高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力(1)抗剪連接工作性能受力過程與普通螺栓相似，分為四個(gè)階段：摩擦傳力的彈性階段、滑移階段、栓桿傳力的彈性階段、彈塑性階段。但比較兩條N—δ曲線可知，由于高強(qiáng)度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個(gè)階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通螺栓。高強(qiáng)度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2A、對(duì)于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，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1點(diǎn)而不是4點(diǎn)，所以1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：NδO12341234高強(qiáng)度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9—抗力分項(xiàng)系數(shù)γR的倒數(shù)(γR=1.111);nf—傳力摩擦面數(shù)目;

μ--摩擦面抗滑移系數(shù);P—預(yù)拉力設(shè)計(jì)值.（2）、抗剪連接單栓承載力B、對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型抗剪連接，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)4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)算方法與普通螺栓相同。NδO12341234高強(qiáng)度螺栓普通螺栓單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：5、高強(qiáng)螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力螺栓安裝完畢后，當(dāng)外拉力N=0時(shí)，螺栓只受到預(yù)緊力P作用，板疊受到壓力C作用，P=C，螺栓伸長，板疊壓縮；當(dāng)外拉力為Nt時(shí)，板件有被拉開趨勢(shì)，板件間壓力C減小為Cf，△C=C-Cf，栓桿拉力P增加為Pf，△P=Pf–P

，且有Pf=Nt+Cf，變形協(xié)調(diào)條件為：NPCP+△P=PfC-△C=CfNtAb—栓桿截面面積；Ap—板件擠壓面面積；δ—板疊厚度。由此式可得下面考察Nt取不同值時(shí)Pf和Cf的變化當(dāng)Nt=0.8P時(shí)當(dāng)Nt=1.1P時(shí)顯然栓桿的拉力增加不大。另外，試驗(yàn)證明，當(dāng)栓桿的外加拉力大于P時(shí)，卸載后螺栓桿的預(yù)拉力將減小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當(dāng)Nt不大于0.8P時(shí)，則無松弛現(xiàn)象，這時(shí)Pf=1.07P，可認(rèn)為螺桿的預(yù)拉力不變，且連接板件間有一定的擠壓力保持緊密接觸，所以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：A、摩擦型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力為：上式未考慮橇力的影響，當(dāng)考慮橇力影響時(shí)，螺栓桿的拉力Pf與Nt的關(guān)系曲線如圖：Nt≤0.5P時(shí)，橇力Q=0；Nt≥0.5P后，橇力Q出現(xiàn)，增加速度先慢后快。橇力Q的存在導(dǎo)致連接的極限承載力由Nu降至Nu’。所以，如設(shè)計(jì)時(shí)不考慮橇力的影響,應(yīng)使Nt≤0.5P或增加連接板件的剛度（如設(shè)加勁肋）。30025020015010050050100150200250300Pf(KN)Nu’NuNt(KN)2NNNQQ19518.8級(jí)M22P=150KNQ有橇力時(shí)的螺栓破壞無橇力時(shí)的螺栓破壞B、承壓型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破壞準(zhǔn)則為螺栓桿被拉斷，故計(jì)算方法與普通螺栓相同，即：式中：Ae--螺栓桿的有效截面面積；

de--螺栓桿的有效直徑；

ftb—高強(qiáng)度螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。上式的計(jì)算結(jié)果與0.8P相差不多。（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接盡管當(dāng)Nt≤P時(shí)，栓桿的預(yù)拉力變化不大，但由于μ隨Nt的增大而減小，且隨Nt的增大板件間的擠壓力減小，故連接的抗剪能力下降。規(guī)范規(guī)定在V和N共同作用下應(yīng)滿足下式：6、高強(qiáng)度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和單栓承載力（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接

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。為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：系數(shù)1.2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)。二、高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算1、軸心力作用假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數(shù)：對(duì)于摩擦型連接：對(duì)于承壓型連接：NNNNbtt1b1

高強(qiáng)度螺栓群軸心力作用下,為了防止板件被拉斷尚應(yīng)進(jìn)行板件的凈截面驗(yàn)算.A、高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接主板的危險(xiǎn)截面為1-1截面。11考慮孔前傳力50%得：1-1截面的內(nèi)力為：NNbtt1b1拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2截面。22考慮孔前傳力50%