鋼結(jié)構(gòu)的連接2螺栓連接.ppt

第3章 鋼 結(jié) 構(gòu) 的 連 接,鋼結(jié)構(gòu)是由鋼構(gòu)件經(jīng)連接而成的結(jié)構(gòu),因此連接在鋼結(jié)構(gòu)總占有很重要的位置,它直接關(guān)系鋼結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟(jì)。在受力過程中，連接應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，被連接構(gòu)件之間應(yīng)保持正確的相互位置。,螺栓的排列和構(gòu)造要求,構(gòu)造要求：,施工要求：,螺距過小,螺距過大,螺距過大,螺距過小,據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距,3.5 螺栓連接的構(gòu)造,螺栓最大和最小容許間距,3.6 C級(jí)普通螺栓連接的工作性能和計(jì)算,一、C級(jí)普通螺栓連接的工作性能,2.C級(jí)普通螺栓連接的傳力方式,1.普通螺栓的分類及性能,二、螺栓群的計(jì)算,注：A級(jí)用于M24以下，B級(jí)用于M24以上。,1.普通螺栓的分類及性能,A 只受剪力,B 只受拉力,C 剪力和拉力共同作用,抗剪螺栓連接,抗拉螺栓連接,同時(shí)抗拉抗剪 螺栓連接,2.C級(jí)普通螺栓連接的傳力方式,工作性能 (1)摩擦傳力的彈性階段(01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(12段) 水平段 最大滑移量為栓孔和栓桿間的距離 (3)栓桿傳力的彈性階段(23段) 栓桿與孔壁的接觸傳力 N-關(guān)系以曲線狀態(tài)上升 (4)彈塑性階段(34段) 剪切變形迅速增大，直到連接破壞 4點(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）即為Nu,抗剪螺栓連接,Nu, a、b兩點(diǎn)相對(duì)位移,(1)螺栓桿被剪壞 栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí) (2)孔壁的擠壓破壞 栓桿較粗而板件較薄時(shí) (3)板件被拉斷 截面削弱過多時(shí) 以上破壞形式予以計(jì)算解決。,破壞形式,抗剪螺栓連接,（4）板件端部被剪壞(拉豁) 端矩過小時(shí)；端矩不應(yīng)小于2dO,（5）栓桿彎曲破壞 （螺栓桿過長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于5d）,破壞形式,抗剪螺栓連接,抗剪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:,nv剪切面數(shù)目； d螺栓桿直徑； fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； t同一受力方向承壓構(gòu)件總厚度的較小值。,單栓抗剪承載力：,抗剪承載力：,承壓承載力：,連接計(jì)算,抗剪螺栓連接,單個(gè)普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值,破壞形式：栓桿被拉斷,式中：Ae-螺栓的有效截面面積（附表8-1）； de-螺栓的有效直徑； ftb-螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,抗拉螺栓連接,工作性能和承載力,產(chǎn)生撬力的原因 角鋼抗彎剛度不足，水平肢有較大變形 對(duì)螺栓受力影響 使螺栓拉力增大 減小撬力的措施 增強(qiáng)角鋼抗彎剛度，加大厚度或增設(shè)加勁肋,螺栓拉力： Pf = N / 2+V 剛度越小，撬力越大,拉力螺栓撬力的概念,1. 螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算,試驗(yàn)證明,栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿栓群長(zhǎng)度方向不均勻，兩端大,中間小。,當(dāng)l115d0(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有各螺栓均擔(dān)。,所以，連接所需螺栓數(shù)為：,二、螺栓群的計(jì)算,當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時(shí)，端部螺栓首先破壞,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。,故，連接所需栓數(shù)：,1. 螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算,螺栓群在軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應(yīng)進(jìn)行板件的凈截面驗(yàn)算。,拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2截面:,A、螺栓采用并列排列時(shí):,主板的危險(xiǎn)截面為1-1截面:,1. 螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算,B、螺栓采用錯(cuò)列排列時(shí):,主板的危險(xiǎn)截面為1-1和1-1截面:,拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2和2-2截面:,受扭矩 T,螺栓受力分析假定 （1）板件為剛體，螺栓為彈性體 （2）各螺栓繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn) （3）產(chǎn)生的剪力與形心距離正比,(b) 代入 (a)得：,驗(yàn)算剪力最大的螺栓：,2. 螺栓群在扭矩作用時(shí)的抗剪計(jì)算,剪力V 軸力N 扭矩 T,扭矩T,螺栓所受的最大合剪力,3. 螺栓群在扭矩、剪力和軸向力共同作用下的抗剪計(jì)算,一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：,4. 螺栓群在軸力作用下的抗拉計(jì)算,M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為： （1）連接板件絕對(duì)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呈正比。,5. 螺栓群在彎矩作用下的抗拉計(jì)算,1號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大,6.螺栓群同時(shí)受剪力和拉力的計(jì)算,支托僅起安裝作用： 螺栓群受力為M=Ve和剪力V，則,螺栓不發(fā)生拉剪破壞：,板不發(fā)生承壓破壞：,支托承受剪力： 螺栓群只承受彎矩M=Ve作用，則,支托和柱翼緣的角焊縫驗(yàn)算：,為考慮剪力V偏心對(duì)角焊縫的影響，取1.251.35,3.7 高強(qiáng)螺栓連接的工作性能和計(jì)算,一、高強(qiáng)螺栓的抗剪工作性能,二、高強(qiáng)螺栓連接的抗剪計(jì)算,三、高強(qiáng)螺栓連接的抗拉計(jì)算,1. 按材質(zhì)分類,2.按受力狀況分類,一、高強(qiáng)螺栓的抗剪工作性能,3.高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法,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(zhǎng)扳手或電動(dòng)扳手再擰過一定的 角度，一般為120o180o完成終擰。 特點(diǎn)： 預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)單有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰；,螺帽的緊固方法：,通過擰緊螺帽的方法,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； 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(jiǎn)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） 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(jiǎn)單、技術(shù)要求低易實(shí)施、質(zhì)量易保證等,4. 高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力計(jì)算,fu高強(qiáng)螺栓的抗拉強(qiáng)度； Ae螺栓有效面積； 0.9考慮材料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)； 1.2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,表3.6,5、高強(qiáng)螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù) 對(duì)于承壓型連接，只要求清除油污及浮銹；對(duì)于摩擦型連接，要求見表3-7：,6、高強(qiáng)螺栓的排列 要求同普通螺栓，同樣要考慮連接長(zhǎng)度對(duì)承載力的不利影響。,二、高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪計(jì)算,1. 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的抗剪承載力設(shè)計(jì)值,R-抗力分項(xiàng)系數(shù)R的倒數(shù)，一般取0.9，最小板厚t6mm的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)取0.8,nf傳力摩擦面數(shù)目,同nv -摩擦面抗滑移系數(shù)，表3-7; P預(yù)拉力設(shè)計(jì)值，表3-6.,單栓抗剪承載力：,抗剪承載力：,承壓承載力：,2、高強(qiáng)螺栓承壓型連接的抗剪承載力設(shè)計(jì)值 破壞狀態(tài)同普通螺栓，極限承載力由桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動(dòng)作用，計(jì)算方法和普通螺栓相同。,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：,3. 高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算,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。,考慮孔前傳力50%得：,1-1截面的內(nèi)力為：,拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2截面。,考慮孔前傳力50%得：,2-2截面的內(nèi)力為：,B、高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的凈截面驗(yàn)算與普通螺栓的凈截面驗(yàn)算完全相同。,2)扭矩作用時(shí)，及扭矩、剪力和軸心力共同作用時(shí) 螺栓群受扭矩T、剪力V和軸心力N共同作用的高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪計(jì)算與普通螺栓相同，只是用高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計(jì)值。,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。,三、高強(qiáng)螺栓連接的抗拉計(jì)算,承壓型連接,摩擦型連接,保證連接件不被松馳,高強(qiáng)度螺栓群的抗拉計(jì)算,1）軸心力作用 假定各螺栓均勻受力，故所需螺栓數(shù)：,2）彎矩作用下,中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側(cè)螺栓受力最大。,由力學(xué)可得：,因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：,3）同時(shí)承受剪力和拉力的高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算,高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接 由于外拉力的作用，板件間的擠壓力降低； 每個(gè)螺栓的抗剪承載力也隨之減少； 抗滑