螺栓連接的計算方法

關于螺栓連接的計算方法

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(gòu)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第2頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

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(jié)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第3頁,共31頁，2024年2月25日，星期天2、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。第4頁,共31頁，2024年2月25日，星期天（2）轉(zhuǎn)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

第5頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

1、單個高強螺栓抗剪承載力設計值

NVb=0.9nf

PNVb——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。第6頁,共31頁，2024年2月25日，星期天連接處接觸面處理方法構(gòu)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第7頁,共31頁，2024年2月25日，星期天設，一側(cè)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)：第8頁,共31頁，2024年2月25日，星期天(2).構(gòu)件凈截面強度驗算

N

N++++++++++++NNAN′N′孔前傳力分析第9頁,共31頁，2024年2月25日，星期天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％孔前傳力第10頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

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(gòu)造要求與普通螺栓同。第11頁,共31頁，2024年2月25日，星期天例題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：第12頁,共31頁，2024年2月25日，星期天（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第13頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

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(nèi)力為：第14頁,共31頁，2024年2月25日，星期天（2）驗算鋼板強度構(gòu)件厚度t=16mm<2t1=20mm,故應驗算構(gòu)件截面。查表得f=310N/mm2構(gòu)件得毛截面強度為構(gòu)件得靜截面強度為：第15頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

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：第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天（2）受拉力作用的高強螺栓群計算N所需螺栓個數(shù)第17頁,共31頁，2024年2月25日，星期天(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）第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天(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：第19頁,共31頁，2024年2月25日，星期天P90例題3.15第20頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共31頁，2024年2月25日，星期天

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第22頁,共31頁，2024年2月25日，星期天[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第23頁,共31頁，2024年2月25日，星期天=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)第24頁,共31頁，2024年2月25日，星期天改用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第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天3.10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(jié)構(gòu)用高強度大六角頭螺栓》GB1228－19《鋼結(jié)構(gòu)用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術(shù)條件》GB1231－84《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強度螺栓連接件型式與尺寸》GB3632－83《鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強度螺栓連接件技術(shù)條件》GB3633－85第26頁,共31頁，2024年2月25日，星期天出廠前試驗：（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。第27頁,共31頁，2024年2月25日，星期天清理接頭摩擦面，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(jié)露、積霜、積雪。雨天不得進行安裝。安裝前注意點：

第28頁,共31頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共31頁，2024年2