結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)課件鋼結(jié)構(gòu)連接計(jì)算螺栓連接

第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算3.2

角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算3.3普通螺栓連接的受力性能和計(jì)算3.4

高強(qiáng)度螺栓連接的受力性能和計(jì)算螺栓連接形式三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓連接的構(gòu)造要求搭接T形連接蓋板對接3普通螺栓三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓的區(qū)別三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外力可超過摩擦力，經(jīng)滑移后由螺桿承剪承壓三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算簡單、整齊、緊湊螺栓孔的排列三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算并列排列錯(cuò)列排列受力要求受力方向的端矩太小，構(gòu)件端部被剪斷；受拉構(gòu)件中距太小，拉斷；對受壓構(gòu)件沿外力方向的中距過大，構(gòu)件易發(fā)生張口或鼓曲現(xiàn)象三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算構(gòu)造要求邊距和中距不宜過大，中距過大，連接板件間不密實(shí)，潮氣容易侵入，造成板件銹蝕施工要求留有足夠的空間便于板手轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓孔的排列三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓連接中，螺栓的受力形式有三種情況：①螺栓只受剪力作用；②螺栓只受拉力作用；③螺栓受剪力、拉力共同作用。拉剪剪拉三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓的受力形式剪力螺栓的破壞形式三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算受剪螺栓受剪面上的平均剪應(yīng)力和連接的變形間的關(guān)系曲線可劃分為以下四個(gè)階段：三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算受剪螺栓的工作性能及承載力摩擦傳力的彈性階段滑移階段螺桿受剪面?zhèn)髁Φ膹椥噪A段彈塑性階段

平均剪應(yīng)力連接變形假定螺桿被剪斷時(shí)，受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布，一個(gè)剪力螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：

三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算普通和承壓型高強(qiáng)度螺栓的受剪承載力式中：nv

——受剪面數(shù)目，單剪＝1；雙剪＝2。

d——螺栓桿公稱直徑；

——螺栓的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

一個(gè)剪力螺栓的抗壓承載力設(shè)計(jì)值為：式中——

在同一受力方向的承壓構(gòu)件的較小總厚度；

——

螺栓的承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取決于構(gòu)件材料。15三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算普通和承壓型高強(qiáng)度螺栓的承壓承載力綜上，螺栓的受剪承載力應(yīng)為16三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的承壓承載力其中，被連接板間接觸表面的抗滑移系數(shù)為

傳力的摩擦面數(shù)目為

P為螺栓擰緊時(shí)施加的預(yù)拉力摩擦型連接高強(qiáng)度螺拴的受剪承載力設(shè)計(jì)值：高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力承壓型連接：min[,]摩擦型連接：對比分析17三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算受拉螺栓的承載力三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算

采用雙角鋼構(gòu)成的T形連接來傳遞拉力時(shí)，通常角鋼的剛度不大，受拉后，垂直于拉力作用方向的角鋼肢會(huì)發(fā)生較大的變形，并起杠桿作用，在該肢外側(cè)端部產(chǎn)生撬力Q。因此，螺栓實(shí)際所受拉力＝N+Q，由于確定Q值比較復(fù)雜，在計(jì)算中不計(jì)Q力，而是采用降低螺栓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的方法解決，即取；并采取構(gòu)造措施加強(qiáng)角鋼的剛度。19三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算根據(jù)連接要求選擇螺栓類型和排列方式初選螺栓的公稱直徑，按構(gòu)造要求布置螺栓孔根據(jù)連接承受的荷載，計(jì)算螺栓群中各螺栓的受力情況確定所需的螺栓數(shù)或驗(yàn)算螺栓的承載力。若受力構(gòu)件的截面有削弱，還需對構(gòu)件截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算20三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓連接的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算

三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓承壓型連接螺栓連接的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算21例題：設(shè)計(jì)兩角鋼用C級普通螺栓的拼接，已知角鋼型號為∟100×10，所承受的軸心拉力的設(shè)計(jì)值為N=300kN，采用拼接角鋼型號與構(gòu)件的相同，鋼材為Q235-A，螺栓直徑d=22mm,孔徑d0=23.5mm。

解思路:計(jì)算1個(gè)螺栓承載力→按η=1計(jì)算螺栓數(shù)→排列螺栓并復(fù)核η→驗(yàn)算凈截面強(qiáng)度一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值抗剪承壓，取6個(gè)螺栓，排列如下圖；因l1<15d0，故η=1連接一邊所需螺栓數(shù)構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算角鋼的毛截面面積為A=19.26cm2,將角鋼按中線展開I—I正交截面凈面積II—II折線截面凈面積

螺栓連接的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算

如圖所示，軸力作用在螺栓群形心，可認(rèn)為螺栓群均勻受拉，無論采用那種螺栓，每個(gè)螺栓的拉力為：可確定螺栓數(shù)或驗(yàn)算螺栓的抗拉承載力26三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓群連接的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算剪力螺栓群的不均勻受力三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算圖示T型連接，在彎矩M作用下，被連接件有順彎矩M作用方向旋轉(zhuǎn)的趨勢，螺栓受拉。普通螺栓，可偏安全地認(rèn)為被連接構(gòu)件是繞底排螺栓軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并設(shè)各螺栓所受拉力的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)中心O‘的距離成正比。高強(qiáng)度螺栓，可認(rèn)為被連接構(gòu)件是繞螺栓群形心軸O轉(zhuǎn)動(dòng)。28螺栓群受彎矩M作用三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算如圖所示搭接連接，在扭矩T作用下，連接板件有繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)的趨勢，使螺栓受剪。各螺栓所受的剪力方向與螺栓群形心的連線垂直，剪力大小與距離r成正比。29三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓群受扭矩T作用采用疊加原理：單獨(dú)作用效應(yīng)疊加30螺栓群受剪、拉、彎作用如果Nmin<0。此時(shí)，說明連接下部受壓，認(rèn)為被連接構(gòu)件是繞底排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。對底排螺栓軸線取矩，得頂排螺栓受力為：三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算31三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算同時(shí)受拉和受剪的螺栓承載力高強(qiáng)度螺栓承壓型連接高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接另外需滿足分解、疊加32螺栓群受剪、拉、扭共同作用三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算剪力V作用：拉力N作用：扭矩T作用：

螺栓群在剪力V、軸力N、扭矩T共同作用下的搭接連接中，螺栓1所受的合剪力也最大三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算普通螺栓群受彎、拉、剪共同作用剪力V彎矩

M、軸力N支托焊縫承受螺栓承受剪力V彎矩

M、軸力N計(jì)算Nv計(jì)算Ntmax33C級螺栓，支托承剪A、B級螺栓，承受拉、剪、彎例題：設(shè)計(jì)用C級普通螺栓的搭接接頭，已知所承受作用力的設(shè)計(jì)值為N=230kN，偏心距為e=300mm，鋼材為Q235，螺栓直徑d=20mm,孔徑d0=21.5mm。三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算解判斷為受剪力、扭距的螺栓群

（1）計(jì)算一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值抗剪承壓思路:計(jì)算一個(gè)螺栓承載力設(shè)計(jì)值→驗(yàn)算1號螺栓強(qiáng)度（2）一個(gè)螺栓的抗剪承載力驗(yàn)算因y1=300mm>3x1=3

50=150mm,Nv1y=V/n=230/14=16.4kN11y1x1Nv1xNT1y三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的強(qiáng)度計(jì)算三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算36高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的強(qiáng)度計(jì)算三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算37[例1]

試設(shè)計(jì)一雙蓋板拼接的鋼板連接。鋼材Q235B，高強(qiáng)度螺栓為8.8級的M20，連接處構(gòu)件接觸面用噴砂處理，作用在螺栓群形心處的軸心拉力設(shè)計(jì)值N＝800kN，試設(shè)計(jì)此連接。

三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算解

由表查得每個(gè)8.8級的M20高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P＝125kN;由表查得對于Q235鋼材接觸面作噴砂處理時(shí)，

＝0.45。

一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為：Nvb＝0.9nf

P＝0.9×2×0.45×125＝101.3kN

所需螺栓數(shù)n＝N/Nvb=7.9，取9個(gè)（1）采用摩擦型連接

（2）采用承壓型連接

一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：查表fvb=250N/mm2,fcb=465N/mm2

Nvb＝nvfvb

d2／4=2×250×3.14×202/4＝157kNNcb＝d·

t·fcb＝20×20×465＝186kN則所需螺栓數(shù)n＝N/Nminb=5.1，取6個(gè)。三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算[例2]如圖所示高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，被連接構(gòu)件的鋼材為Q235B。螺栓為10.9級，直徑20mm，接觸面采用噴砂處理。試驗(yàn)算此連接的承載力。圖中內(nèi)力均為設(shè)計(jì)值。三、螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算

由表查得抗滑移系數(shù)

＝0.45，預(yù)拉力P＝155kN。一個(gè)螺栓的最大拉力

解

連接的受剪承載力設(shè)計(jì)值

Nvb=0.9nf

(nP-1.25Nti)按比例關(guān)系可求得：

Nt2＝55.6kN，Nt3＝42.9kN，