鋼結構A-3.鋼結構的連接(普通螺栓)

1、螺栓的種類：螺栓的種類： 普通螺栓普通螺栓六角頭，六角頭，Q235鋼制造。分為精制螺栓、粗制螺栓。鋼制造。分為精制螺栓、粗制螺栓。 精制螺栓（精制螺栓（A、B級）：加工精度高，栓徑與孔徑之差為級）：加工精度高，栓徑與孔徑之差為0.50.8mm， I類孔。其抗剪性能好，但成本較高。材料性能等級為類孔。其抗剪性能好，但成本較高。材料性能等級為5.6S、8.8S。 A級級 d24mm， B級級 d24mm。 粗制螺栓（粗制螺栓（C級）：加工精度低，栓徑與孔徑之差為級）：加工精度低，栓徑與孔徑之差為11.5mm，II類類 孔。其抗剪性能較差，但成本較低。材料性能等級為孔。其抗剪性能較差，但成本較低。材

2、料性能等級為4.6S、4.8S。 注：注：4.6級（級（4.6S), 4表示螺栓抗拉強度為表示螺栓抗拉強度為400MPa，.6表示屈服強度與表示屈服強度與 抗拉強度之比?？估瓘姸戎取?高強螺栓高強螺栓中碳鋼或合金鋼經(jīng)熱處理（淬火并回火），中碳鋼或合金鋼經(jīng)熱處理（淬火并回火）， 強度較高。材料性能等級為強度較高。材料性能等級為8.8S和和10.9S。 材質一般為材質一般為45號鋼、號鋼、 20MnTiB、40B。 分為高強螺栓摩擦型連接和高強螺栓承壓型連接分為高強螺栓摩擦型連接和高強螺栓承壓型連接 螺栓連接的構造和計算螺栓連接的構造和計算 螺栓孔的類別螺栓孔的類別 I 類孔類孔在裝配好的構件上

3、按設計孔徑鉆成；在裝配好的構件上按設計孔徑鉆成； 在單個構件上分別用鉆模按設計孔徑鉆成；在單個構件上分別用鉆模按設計孔徑鉆成； 在單個構件上先鉆成或沖成較小孔徑，裝在單個構件上先鉆成或沖成較小孔徑，裝 配配 好后再擴鉆至設計孔徑。好后再擴鉆至設計孔徑。 II類孔類孔在單個的構件上一次沖成或不用鉆模鉆成在單個的構件上一次沖成或不用鉆模鉆成 設計孔徑。設計孔徑。 精制螺栓連接要求精制螺栓連接要求 I 類孔，孔徑比栓徑大類孔，孔徑比栓徑大0.50.8mm。 粗制螺栓連接可用粗制螺栓連接可用 II 類孔，孔徑比栓徑大類孔，孔徑比栓徑大1.01.5mm。 高強螺栓孔應采用鉆成孔，不能為沖成孔。摩擦型高強

4、螺栓孔徑比高強螺栓孔應采用鉆成孔，不能為沖成孔。摩擦型高強螺栓孔徑比 栓徑大栓徑大1.52.0mm。承壓型高強螺栓孔比栓徑大。承壓型高強螺栓孔比栓徑大1.01.5mm。 常用螺栓直徑：常用螺栓直徑：M16，M18，M20，M22，M24, M27, M30 mm 螺栓排列：螺栓排列： 1. 最小容許距離最小容許距離 中距中距 s 3d0 確定原則確定原則在垂直于受力方向，保證鋼材凈截面抗拉強度大于或等于螺在垂直于受力方向，保證鋼材凈截面抗拉強度大于或等于螺 栓孔壁鋼材的承壓強度；在順受力方向，保證孔間鋼材凈截面抗剪強度大于栓孔壁鋼材的承壓強度；在順受力方向，保證孔間鋼材凈截面抗剪強度大于 或等

5、于螺栓孔壁的承壓強度?；虻扔诼菟妆诘某袎簭姸?。 端距端距 s 2d0 確定原則確定原則保證端部鋼材的抗剪強度大于等于螺栓孔壁鋼材的承壓強度。保證端部鋼材的抗剪強度大于等于螺栓孔壁鋼材的承壓強度。 邊距邊距 軋制邊軋制邊 s 1.2d0 ； ；切割邊 切割邊 s 1.5d0 （考慮切割尺寸誤差）（考慮切割尺寸誤差） 確定原則確定原則保證凈截面抗拉強度大于或等于毛截面的屈服強度。保證凈截面抗拉強度大于或等于毛截面的屈服強度。 端距端距端距端距中距中距 邊距邊距 線距線距 3d0 2d03d0 1.5d0 1.5d0 3d0 3d02d0 端距端距 邊距邊距 1.5d0 (1.2d0) 2d02d

6、0 1.5d0 3d0 端距端距 2. 最大容許距離最大容許距離 中距中距 受壓時受壓時 s 12d0 或或 18t （保證不失穩(wěn)）（保證不失穩(wěn)） 受拉時受拉時 s 16d0 或或 24t （保證鋼材間緊密貼合，（保證鋼材間緊密貼合， 防止潮氣侵入引起銹蝕）防止潮氣侵入引起銹蝕） 外排外排 s 8d0 或或 12t 端距、邊距端距、邊距 s 4d0 或或 8t 3. 排列方式排列方式 并列布置并列布置緊湊、整齊、簡單，接頭尺寸小緊湊、整齊、簡單，接頭尺寸小 錯列布置錯列布置松散，接頭尺寸大，但可減少螺栓孔對截面的削弱程度。松散，接頭尺寸大，但可減少螺栓孔對截面的削弱程度。 為了保證連接的可靠性

7、，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端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；不宜少于兩個永久螺栓； 螺栓的其它構造要求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；施以防螺帽松動； C C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于 抗剪連接：抗剪連接： 承受靜載或間接動載的次要連接；承受靜載或間接動載的次要連接； 承受靜載的可拆卸結構連接；承受靜載的可拆卸結構連接； 臨時固定構件的安裝連接。臨時固定構件的安裝連接。 型鋼構

8、件拼接采用高強螺栓連接時，為保證接觸面緊密，型鋼構件拼接采用高強螺栓連接時，為保證接觸面緊密， 應采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；應采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件； 剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓桿剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓桿垂直于垂直于力線力線 按受力情況分為按受力情況分為 拉力螺栓（抗拉螺栓）：拉力螺栓（抗拉螺栓）： 螺栓桿螺栓桿平行于平行于力線 力線 既受剪又受拉的螺栓既受剪又受拉的螺栓 N N NN N N F 3.7 普通螺栓連接的性能和計算 普通螺栓連接 抗剪連接抗拉連接 抗剪連接板件之間有相互錯動的趨勢 抗拉連接板件之間有相互脫開的趨勢 抗剪連接與抗拉連接 普通螺栓的受剪連接 1

9、 受剪螺栓的工作性能及破壞形式 四個階段： 摩擦傳力 01 ; 滑移階段 12 栓桿傳力 23 ; 破壞 3以后 剪力螺栓破壞的5種形式 抗剪承載力設計值抗剪承載力設計值 b vv b v f d nN 4 2 4 2 d nv -受剪面數(shù)目, 單剪nv =1.0 , 雙剪nv=2.0 , 四剪nv=4.0 。 d -螺栓桿直徑 。 N N NN N N F N N 2 2）單個普通螺栓抗剪連接的承載力）單個普通螺栓抗剪連接的承載力 N/2 N N/2 抗剪螺栓連接 單個螺栓承載力設計值單個螺栓承載力設計值 b c b v b NNN,min min 承壓承載力設計值承壓承載力設計值 b c

10、b c ftdN t -同一受力方向承壓板同一受力方向承壓板 較小總厚度。較小總厚度。 N/2 N/2 N 螺栓承壓 3 普通螺栓群受剪連接計算 （1） 普通螺栓群軸心受剪 所需螺栓數(shù)目所需螺栓數(shù)目 假定所有螺栓受力相等假定所有螺栓受力相等 （ ） 沿受力方向螺栓中心間的總距離沿受力方向螺栓中心間的總距離 l115d0 （孔徑）時，螺栓受力（孔徑）時，螺栓受力 不均勻，端部螺栓受力最大，先破壞，然后依次向內逐個破壞（不均勻，端部螺栓受力最大，先破壞，然后依次向內逐個破壞（“解解 紐扣現(xiàn)象紐扣現(xiàn)象”）。規(guī)范對此予以折減：）。規(guī)范對此予以折減： 當當l115d0 時時 當當l160d0 時時 當采

11、用搭接或拼接板的單面連接傳遞軸心力，考慮偏心影響，應當采用搭接或拼接板的單面連接傳遞軸心力，考慮偏心影響，應 將螺栓數(shù)目按計算增加將螺栓數(shù)目按計算增加10%。 b N N n min 0 1 150 1 . 1 d l 7 . 0 01 15dl b N N n min 被螺栓孔削弱的構件凈截面強度驗算：被螺栓孔削弱的構件凈截面強度驗算： f A N n 并列（圖并列（圖3-53a） 01321 3dbtAAA NN 1 39 2 NNN 69 3 NNN 錯列（圖錯列（圖3-53b） 正截面 0131 2dbtAA 齒形截面 012 3dltA l 為折線長度 NN 1 NN 2 38 3

12、NNN 例例 設計兩塊鋼板用普通螺栓的蓋板拼接。已知軸心拉力的設設計兩塊鋼板用普通螺栓的蓋板拼接。已知軸心拉力的設 計值計值N=325=325kN，鋼材為，鋼材為Q235AQ235A，螺栓直徑，螺栓直徑d d=20mm=20mm（粗制螺栓）。（粗制螺栓）。 受剪承載力設計值受剪承載力設計值 kNNf d nN b vv b v 9 .8787900140 4 2014. 3 2 4 22 承壓承載力設計值承壓承載力設計值 kNNftdN b c b c 8 .4848800305820 一側所需螺栓數(shù)一側所需螺栓數(shù)n:n: 7 .6 8 .48 325 min b N N n 取8個。 解解

13、： 螺栓群在扭矩作用下的螺栓群在扭矩作用下的 抗剪計算抗剪計算 基本假定：基本假定： 被連接構件是絕對被連接構件是絕對 剛性的，而螺栓則是剛性的，而螺栓則是 彈性的；彈性的； 各螺栓繞螺栓群形各螺栓繞螺栓群形 心心o旋轉，其受力大旋轉，其受力大 小與其至螺栓群形心小與其至螺栓群形心 o的距離的距離r成正比，力成正比，力 的方向與其至螺栓群的方向與其至螺栓群 形心的連線相垂直。形心的連線相垂直。 （2） 普通螺栓群受扭 平衡條件：平衡條件： 根據(jù)螺栓受力大小與其至形心根據(jù)螺栓受力大小與其至形心o的距離的距離r成正比條件：成正比條件： 得得： 1122 TTT nn TN rN rN r 12 1

14、2n TTT n NNN rrr 11 1min 222 Tb iii TrTr NN rxy （3）普通螺栓群偏心受剪（同時受剪和受扭）普通螺栓群偏心受剪（同時受剪和受扭） 由扭矩T=Fe引起的剪力： 由軸心力F引起的剪力： 22 1 1 22 1 1 ii T y ii T x yx xT N yx yT N b F T y T x NNNN min 2 11 2 1 )()( n F N F 1 （4）普通螺栓群在扭矩、剪力、軸心力作用下的抗剪計算）普通螺栓群在扭矩、剪力、軸心力作用下的抗剪計算 1 11 1 TT x y NN r 1 V y NV n 在扭矩作用下，螺栓1受力： 1

15、11 1 TT y x NN r 在剪力V和軸心力N作用下，螺栓均勻受力： 1 N x NN n 則螺栓1承受的最大剪力N1應滿足： 22 11111min ()() NTVTb xxyy NNNNNN例題3.7 工作性能工作性能: 連接角鋼剛度大時 t NN 連接角鋼剛度小時QNN t 設計時不計算撬力，降低螺栓的強度。 3.7.2 普通螺栓的抗拉連接普通螺栓的抗拉連接 受拉螺栓的撬力 T形連接中螺栓受拉 b t 0.8ff取 (a) (b) 2. 單個螺栓的承載力 軸心受拉 b t e b te b t f d fAN 4 2 dedn dm d 13 3() 24 e ddPP螺距 螺栓

16、的有效截面面積螺栓的有效截面面積 因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直 徑徑de而不是凈直徑而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標準取：，現(xiàn)行國家標準?。?3. 普通螺栓群抗拉的計算普通螺栓群抗拉的計算 軸心受力時，假定各螺栓軸心受力時，假定各螺栓 均勻受拉：均勻受拉： b t N N n 傾斜受力時，通常由承托傾斜受力時，通常由承托 板分擔豎向分力板分擔豎向分力 cosNV b t b t N N N H n sin （1） 軸心受拉軸心受拉 承托板與柱翼緣角焊縫連接承托板與柱翼緣角焊縫連接 w f we f A V 35. 1 （2） 螺栓群受

17、彎矩螺栓群受彎矩 受力特點：螺栓間距很大受力特點：螺栓間距很大(中距中距3d0)，受拉螺栓只是孤立的幾個螺栓，受拉螺栓只是孤立的幾個螺栓 點，而鋼板受壓區(qū)則是寬度較大的實體矩形面積。中和軸通常在最下點，而鋼板受壓區(qū)則是寬度較大的實體矩形面積。中和軸通常在最下 排螺栓之下的某個位置排螺栓之下的某個位置(負彎矩情況負彎矩情況)。因此。因此, 實際計算時可近似并偏安實際計算時可近似并偏安 全地取中和軸位于最下排螺栓全地取中和軸位于最下排螺栓O處，即認為連接變形為繞處，即認為連接變形為繞O處水平軸處水平軸 轉動，螺栓拉力與轉動，螺栓拉力與O點算起的縱坐標點算起的縱坐標yi成正比。成正比。 （彎矩方程中

18、，忽略端板受壓區(qū)的影響）（彎矩方程中，忽略端板受壓區(qū)的影響） 螺栓螺栓 i 的拉力的拉力 最大拉力最大拉力 nnii n n i i yNyNyNyNM y N y N y N y N 2211 2 2 1 1 2 i i i y My N b t i N y My N 2 1 1 （3） 螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉 偏心較小，即彎矩較小，全部螺栓受拉。偏心較小，即彎矩較小，全部螺栓受拉。 偏心較大，即彎矩較大，在端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)。偏心較大，即彎矩較大，在端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)。 大小偏心判別 2 1min / i yNeynNN 0 2 1 min 2 1 max i b t i y N

19、ey n N N N y Ney n N N 偏心較小偏心較小 偏心較大偏心較大 中和軸位于最下排螺栓中和軸位于最下排螺栓O處處 b t i N y yNe N 2 1 1 )( 1 2 nyye i 例例 設圖設圖3.703.70為一剛接屋架支座節(jié)點，豎向力由承托承受。為一剛接屋架支座節(jié)點，豎向力由承托承受。 螺栓為螺栓為C C級，只承受偏心拉力。設級，只承受偏心拉力。設N=250=250kN，e e=100mm=100mm。螺栓布。螺栓布 置如圖置如圖3.70(a)3.70(a)所示。所示。 圖3.70 螺栓有效截面的核心距：螺栓有效截面的核心距： 即偏心力作用在核心距以內，屬小偏心受拉即偏心力作用在核心距以內，屬小偏心受拉 圖圖3.70(c).3.70(c). kN y y eN n N N