鋼結構連接施工-鋼結連接螺栓計算構造施工

鋼結構材料

連接材料(螺栓)螺栓連接螺栓連接包括普通螺栓、高強度螺栓、射釘、自攻釘、拉鉚釘?shù)木o固連接。連接螺栓分為8級，即3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8S、10.9S(如5.6S表示抗拉強度為500MPa,屈強比為60%)，其中后兩級為高強度螺栓，其余為普通螺栓。鋼柱與基礎的地腳螺栓連接梁柱節(jié)點的螺栓連接高強度螺栓目前我國采用8.8S和10.9S兩種強度性能等級；其中整數(shù)部分“8”或“10”表示螺栓經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度fu屬于800N／mm2(實際為830N／mm2)或1000N／mm2(實際為1040N／mm2)這一級；小數(shù)點和后面數(shù)字一起即“.8”或“.9”表示螺栓經(jīng)熱處理后的屈強比＝fy／f；8.8級和10.9級螺栓經(jīng)熱處理后的最低屈服強度0.8×830＝660N／mm2和0.9×1040＝940N／mm2。常用螺栓直徑為d=16，20，24mm，用M表示，如M16。螺栓符號螺栓孔為d0=d+1.5～3mmM12、M16大1.5mm，M18、M20、M22

、M24大2mm，M27、M30大3mm其他：自攻螺栓、鋼拉鉚釘、射釘連接連接薄鋼板用的自攻螺栓、鋼拉鉚釘、射釘?shù)绕湟?guī)格尺寸與連接鋼板相匹配，緊固密貼，其間距、邊距符合設計要求。特重型雙把拉鉚槍氣動拉鉚釘槍平頭型射釘(帶斜角金屬角片)自攻螺栓鋼拉鉚釘自攻自鉆螺釘圈和塑料定位卡圈的作用是把釘身固定在射釘槍槍管中，以免擊發(fā)時側偏。普通螺栓普通螺栓連接普通螺栓按外形有：六角螺栓、雙頭螺栓和地腳螺栓。①六角螺栓：按質量和產(chǎn)品等級分為A、B、C三種。

A級螺栓——精制螺栓；

B級螺栓——半精制螺栓；

C級螺栓——粗制螺栓。⑴普通螺栓的種類和用途

A、B級螺栓適用于連接部位需傳遞較大剪力的重要結構的安裝，C級螺栓適用于鋼結構安裝中的臨時固定。六角螺栓螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.6級和4.8級加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個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受力特點抗剪抗拉均好抗剪差、抗拉好經(jīng)濟性能價格高價格經(jīng)濟用途構件精度很高的結構（機械結構）；在鋼結構中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時固定普通螺栓連接規(guī)格注：A、B兩級的區(qū)別只是尺寸不同。A級用于d≤24mm,l≤150mm的螺栓，B級用于d>24mm,l>150mm

螺栓。

②雙頭螺栓：又稱螺柱，多用于連接厚板或不方便使用六角螺栓連接的地方，如砼屋架、屋面梁懸掛單軌梁吊掛件等。

③地腳螺栓：分為一般地腳螺栓、直角地腳螺栓、錘頭螺栓和錨固地腳螺栓，一般地腳螺栓、直角地腳螺栓和錘頭螺栓是在砼澆筑前預埋在基礎之中，用以固定鋼柱；錨固地腳螺栓是在已成型砼基礎上經(jīng)鉆機成孔后，再安裝、灌漿固定的一種地腳螺栓。雙頭螺栓一般地腳螺栓異型地腳螺栓地腳螺栓預埋螺母與螺栓、螺釘配合使用，起連接緊固機件作用。六角螺母開槽螺母法蘭面螺母開槽螺母：用在與之配合的螺桿末端帶孔的螺栓，用開口銷插入固定鎖緊，主要用于具有振動載荷的設備上。六角法蘭面螺母：具有更大的支撐面積與應力面積的比值，因而能夠承受更高的預緊力。所以一般用在汽車發(fā)動機、重型機械等產(chǎn)品領域蝶型螺母用于連接強度不高，需經(jīng)常拆卸，可用手擰動的螺母。如鋼鋸弓、報紙夾等場合.螺母平墊圈用途：裝置于螺母或螺栓頭部與被連接件表面之間，保護被連接件表面避免被螺母擦傷、增大被連接件與螺母間的接觸面積、降低螺母作用在被連接件表面上的壓力。彈簧墊圈用途：彈簧墊圈是安裝在螺母和構件之間，利用彈簧墊圈斷口處的尖角和受到擠壓后產(chǎn)生的反彈力，防止螺母松動。有標準、輕型、重型三種系列。方形墊圈斜墊片一般要求

普通螺栓作為永久性連接螺栓時，應滿足下列要求。（1）對于一般的螺栓連接，螺栓頭和螺母下面應放置圓平墊圈，以增大承壓面積。（2）螺栓頭下面放置的墊圈一般不應多于兩個，螺母頭下面放置的墊圈一般不應多于一個。（3）對于設計有防松動要求的螺栓、錨固螺栓，應采用有防松動裝置的螺母或彈簧墊圈。（4）對于承受動力荷載或重要部位的螺栓連接，應按設計要求放置彈簧墊圈，彈簧墊圈必須設置在螺母一側。（5）對于工字鋼、槽鋼，應使用斜墊圈，使螺母和螺栓頭部的支承面垂直于螺桿。（6）螺栓伸出螺母的長度應不小于兩個完整螺紋的長度。⑵普通螺栓的施工螺栓直徑及長度的選擇螺栓直徑應由設計人員按等強原則通過計算確定，但對同一個工程，螺栓直徑規(guī)格應盡可能少，以便于施工和管理；另外，螺栓直徑還應與被連接件的厚度相匹配。（1）螺栓直徑。螺栓長度通常是指螺栓螺頭內(nèi)側面到螺桿端頭的距離，一般以5mm為模數(shù)；從螺栓的標準規(guī)格上可以看出，螺紋的長度基本不變。影響螺栓長度的因素主要有被連接件的總厚度、螺母的高度、墊圈的數(shù)量及厚度等。螺栓長度的計算公式為式中，L為螺栓長度（mm）；δ為被連接件的總厚度（mm）；H為螺母的高度（mm），一般為0.8D；n為墊圈個數(shù)；h為墊圈厚度（mm）；C為螺紋外露部分長度（mm），以2～3絲為宜，一般為5mm。（2）螺栓長度。

螺栓的排列和構造要求

螺栓的排列應簡單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構造合理又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯列排列兩種。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，對構件截面的削弱較大；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，連接板尺寸較大。螺栓的布置螺栓在構件上的排列應滿足受力、構造和施工要求：（1）受力要求（2）構造要求（3）施工要求(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?。?）構造要求

螺栓的中距及邊距過大，則構件接觸面不夠緊密，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，以便轉動扳手，擰緊螺母。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)定的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時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。最大容許間距一般只在起連系作用的構造連接中采用。普通螺栓受力形式

螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力。有時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。連接件有錯動趨勢受力平行螺桿，承拉連接件有脫開趨勢NδO1234NNabNN/2N/2對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移δ與作用力N的關系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段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。

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致的板件間摩擦力的增大，N-δ關系以曲線狀態(tài)上升。

(4)彈塑性階段(3~4段)

達到‘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。‘4’點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。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栓桿較細而板件較厚時b)BA栓桿較粗而板件較薄時c)A截面削弱過多時d)35o35oa1A端矩過小時；端矩≥2d0e)A板過厚螺栓桿過長；栓桿長度＜5da)、b)、c)通過計算解決d)、e)通過構造解決剪拉受拉承壓型高強受剪剪拉受拉摩擦型高強受剪剪拉受拉普通螺栓受剪單個剪力螺栓的設計承載力：受剪承載力設計值：承壓承載力設計值：d單個普通螺栓的受剪計算

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:

假定螺栓受剪面上的剪應力均勻分布；假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布驗算：受剪承載力設計值：承壓承載力設計值：t1<t2

,Σt=t1t1t2t1t2t3t2<t1+t2

,Σt=t2d+b<a+c+e

,Σt=b+d螺栓直徑承壓設計強度剪面數(shù)目螺栓抗剪設計強度承壓構件一側總厚度的較小值普通螺栓的受拉連接1.普通螺栓受拉的工作性能b)試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范將螺栓的抗拉強度設計值降低20％來考慮撬力的影響，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強度設值）。a)

螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，但螺桿并非軸心受拉，當連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢（杠桿作用），使螺桿中的拉力增加（撬力Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬力越大。

圖4-41*

受拉螺栓的撬力c)

在構造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如設加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。加勁肋圖4-41*

翼緣加強的措施2.單個普通螺栓受拉承載力Ntb——單個螺栓抗拉承載力；Ae——螺栓螺紋處的有效面積；de——螺栓有效直徑；ftb

——螺栓的抗拉強度設計值。假定拉應力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，則一個拉力螺栓的承載力設計值：（1）栓群軸心受拉

當外力通過螺栓群形心時，一般假定每個螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：普通螺栓群受拉NM刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸(2）栓群承受彎矩作用M作用下螺栓連接按彈性設計，其假定為：

①連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；②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中和軸的距離成正比。M刨平頂緊承托(板)M受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸顯然‘1’號螺栓在M作用下所受拉力最大由力學及假定可得：將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設計時只要滿足下式即可：螺栓i的拉力:

即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過一個螺栓的抗拉承載力設計值M1234M承托(板)MN去掉承托(板)驗算最大受力螺栓同時承受剪力Nv和拉力Nt時滿足強度要求。其中Nv引起螺栓桿受剪和螺栓桿與構件孔壁間承壓，Nt引起螺栓桿受拉。應同時滿足下列兩個驗算公式：為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩個永久螺栓；2.螺栓的其它構造要求直接承受動荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動；C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，C級螺栓以下情況可用于抗剪連接：①承受靜載或間接動載的次要連接；②承受靜載的可拆卸結構連接；③

臨時固定構件的安裝連接。沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應適當加大剛度，以減小撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。螺栓的緊固和檢驗

普通螺栓連接對螺栓緊固軸力沒有要求，因此螺栓的緊固施工以操作者的手感及連接接頭的外形控制為準。通俗地講就是一個操作工使用普通扳手靠自己的力量擰緊螺母，保證被連接接觸面能密貼，無明顯的間隙即可。這種緊固施工方式雖然有很大的差異性，但能滿足連接要求。

普通螺栓的連接應牢固可靠，無銹蝕、松動等現(xiàn)象，外露絲扣不應少于兩扣。普通螺栓連接的檢驗較簡單，一般采用錘擊法，即一手扶螺栓頭（或螺母），另一手用3kg的小錘敲擊，若螺栓頭（或螺母）不偏移、不顫動、不松動，且錘聲比較清脆，則說明螺栓連接牢固；否則，說明螺栓緊固質量不好，需要重新緊固。高強螺栓2高強螺栓連接

高強螺栓就是高強度的螺栓，是一種標準件。是繼鉚接連接后的新型鋼結構連接形式，是目前鋼結構連接的主要手段。高強螺栓從外形上可分為扭剪型高強螺栓和大六角頭高強螺栓。⑴高強螺栓的種類和用途扭剪型高強螺栓大六角頭高強螺栓一個連接副：一個螺栓、一個螺母和一個墊圈一個連接副：一個螺栓、一個螺母和二個墊圈高強度螺栓是高強螺桿和配套螺母、墊圈的合稱。由45號、35號和20MnTiB等鋼經(jīng)過熱處理加工而成。

45號－8.8級；20MnTiB－10.9級

（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓高強度螺栓摩擦型連接和承壓型連接高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓承壓型連接傳力機理摩擦傳力承壓傳力特點變形小、不松動、耐疲勞變形大適用范圍直接承受動荷載承受靜荷載和間接動荷載摩擦型：只靠摩擦阻力傳力,以剪力達到接觸面的摩擦力作為承載力極限狀態(tài)承壓型：以作用剪力達到栓桿抗剪或孔壁承壓破壞為承載力極限狀態(tài)P高強度螺栓的預拉力的產(chǎn)生：(a)大六角頭型；(b)扭剪型

Ae–有效截面面積；fu---螺栓材料經(jīng)熱處理后的抗拉強度。0.9、0.9、0.9—材料不均勻性、彌補預拉力損失的超張拉、采用fu作標準值等。1.2—擰緊螺栓時產(chǎn)生的扭矩將降低栓桿的承載力。預拉力的確定表

一個高強度螺栓的設計預拉力值（kN）（1）高強度螺栓摩擦型連接單個螺栓承載力式中0.9—抗力分項系數(shù)的倒數(shù)，nf

—傳力摩擦面數(shù)目：單剪nf

=1,雙剪nf=2.

P—一個高強度螺栓的設計預拉力；P單個高強度螺栓抗剪連接的工作性能—摩擦面抗滑移系數(shù)；摩擦面的粗糙程度有關，與構件接觸面的處理方法、鋼號有關。高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)A.承受外拉力前，螺桿中有P，板層之間壓力C，而P與C平衡B.外拉力Nt，螺桿拉力增加，板件拉松，C減少；C.計算表明，Nt為預拉力P的80%時，螺桿內(nèi)拉力增加很少，基本不變；D.外加拉力大于螺桿預拉力，卸荷后螺桿中的預拉力會變小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象；E.外拉力小于預拉力的80%時，無松弛現(xiàn)象發(fā)生。高強度螺栓的抗拉性能

直接承受動載結構，高強度螺栓連接受拉時疲勞強度較低，高強度螺栓的外拉力不宜超過0.5P。外拉力≤0.8P,無松弛現(xiàn)象《規(guī)范》：施加于栓桿上的外拉力不得大于0.8P,即抗拉承載力設計值(b)(a)(c)高強度螺栓群受拉高強度螺栓同時承受剪力和外拉力連接的工作性能螺栓的抗剪承載力設計值為仍采用原抗滑移系數(shù)，則適當增加來彌補（增加25%）單個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力：(1)高強度螺栓摩擦型連接受拉后，連接板間的擠壓力C減小，除此之外，拉力應滿足（2）高強度螺栓承壓型連接同普通螺栓的計算⑴受剪承載力設計值⑵承壓承載力設計值⑶單個螺栓承載力設計值高強度螺栓承壓型連接（1）高強度螺栓摩擦型連接（2）高強度螺栓承壓型連接(2)高強度螺栓承壓型連接同普通螺栓的計算高強度螺栓群受剪力和拉力聯(lián)合作用1.2—折減系數(shù)。由于外拉力將減小被連接構件間預壓力，因而構件材料的承壓強度設計值隨之降低。剪拉受拉承壓型高強受剪剪拉受拉摩擦型高強受剪剪拉受拉普通螺栓受剪

①手動扭矩扳手：高強螺栓以手動緊固時，要使用有示明扭矩值的扳手施擰，以達到高強螺栓連接副規(guī)定的扭矩和剪力值。常用的手動扭矩扳手有指針式、響聲式和扭剪型三種。⑵高強螺栓施工的機具響聲式扭矩扳手手動扭矩扳手②電動扳手

定扭矩、定轉角電動扳手適用于大六角頭高強螺栓的緊固，可自動控制扭矩和轉角，適用于鋼結構橋梁、廠房建設安裝大六角頭高強螺栓施工的初擰、終擰和扭剪型高強螺栓的初擰。

扭剪型電動扳手適用于扭剪型高強度螺栓的終擰緊固，常用的扭剪型電動扳手有6922型和6924型兩種。6924扭剪扳手電動扭剪扳手定扭矩電動扳手圓鋼扭剪型高強度螺栓緊固過程1—梅花頭；2—斷裂切口；3—螺栓螺紋部分；4—螺母；5—墊圈；6—被緊固的構件；7—外套筒；8—內(nèi)套筒⑶高強螺栓的保管及現(xiàn)場復驗

①高強螺栓的保管

高強度螺栓的包裝、運輸、現(xiàn)場保管過程要保持它的出廠狀態(tài)，直到安裝使用前才能