第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接(螺栓)02

1、(connections)36 螺栓連接（bolting）的構(gòu)造1.1.普通螺栓普通螺栓c c級級-粗制螺栓，性能等級為粗制螺栓，性能等級為4.64.6或或4.84.8級；級；4 4表示表示fu400n/mm2, , 0.60.6或或0.80.8表示表示fy/fu=0.6或或0.80.8；類孔，孔徑類孔，孔徑(d(do o)-)-栓桿直徑栓桿直徑(d) 13mm。a a、b b級級-精制螺栓，性能等級為精制螺栓，性能等級為5.65.6或或8.88.8級級; ;5 5或或8 8表示表示fu500或或800n/mm2, , 0.60.6或或0.80.8表示表示fy/fu=0.6或或0.80.8；類

2、孔，孔徑類孔，孔徑(d(do o)-)-栓桿直徑栓桿直徑(d)(d)0.30.5mm。按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為: :a a、b b、c c三個(gè)級別。三個(gè)級別。精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代號代號a a級和級和b b級級c c級級強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級5.65.6級和級和8.88.8級級4.64.6級和級和4.84.8級級加工方式加工方式車床上經(jīng)過切削而成車床上經(jīng)過切削而成單個(gè)零件上一次沖成單個(gè)零件上一次沖成加工精度加工精度螺桿與栓孔直徑之差為螺桿與栓孔直徑之差為0.250.250.5mm0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為螺桿與栓孔直徑之差為1.51.53mm3mm抗剪

3、性能抗剪性能好好較差較差經(jīng)濟(jì)性能經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格高價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)價(jià)格經(jīng)濟(jì)用途用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)( (機(jī)械機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)); );在鋼結(jié)構(gòu)中很少采在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用用, ,已被高強(qiáng)鋼替代。已被高強(qiáng)鋼替代。沿螺栓桿軸受拉的連接沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安；次要的抗剪連接；安裝的臨時(shí)固定裝的臨時(shí)固定2.2.高強(qiáng)度螺栓高強(qiáng)度螺栓由由4545號、號、40b40b和和20mntib20mntib鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理45號8.8級； 40b和20mntib10.9級 （a a）大六角頭螺栓大六角頭螺栓 （b b）扭剪型螺栓扭剪型螺栓1.1.并列并列簡單

4、、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu)簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu) 件截面削弱大；件截面削弱大；b b 錯(cuò)列錯(cuò)列a a 并列并列中距中距中距中距邊距邊距邊距邊距端距端距2.2.錯(cuò)列錯(cuò)列排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截 面削弱小；面削弱??； 3.3.螺栓排列的要求螺栓排列的要求 【垂直受力方向垂直受力方向】為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、截為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、截面削弱過多而降低承載力面削弱過多而降低承載力, ,螺栓的邊距和端距不能太?。宦菟ǖ倪吘嗪投司嗖荒芴?； 【順力作用方向順力作用方向】為了防止板件被拉斷或剪壞，為了防止板件被拉斷或剪

5、壞，端距端距 不能太??；不能太小； 【受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件】為防止連接板件發(fā)生鼓曲為防止連接板件發(fā)生鼓曲, ,中距不能太大。中距不能太大。15d0(d0為孔徑為孔徑) )時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布, ,各個(gè)螺栓內(nèi)力也難以均勻，各個(gè)螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞端部螺栓首先破壞, ,然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)與與l l1 1/d/d0 0的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線。)353(1501 . 1601501010dldld時(shí)：當(dāng)eccs試驗(yàn)曲線試驗(yàn)曲線8.88.8級級 m2

6、2m22我國規(guī)范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布長連接螺栓的內(nèi)力分布7 .06001 時(shí)時(shí)：當(dāng)當(dāng)dl)363(min bnnn 故，連接所需栓數(shù)：故，連接所需栓數(shù)：nnbt tt t1 1b1拼接板的危險(xiǎn)截面為拼接板的危險(xiǎn)截面為2-22-2截面截面: :a a、螺栓采用并列排列時(shí)螺栓采用并列排列時(shí): :主板的危險(xiǎn)截面為主板的危險(xiǎn)截面為1-11-1截面截面: :1122 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；危危險(xiǎn)險(xiǎn)截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值

7、tbmdftdmbafannn001 ,1 ,; 拼接板厚度。危險(xiǎn)截面上的螺栓數(shù)；拼接板寬度；螺栓孔直徑；鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1101012,2,;5 . 0tmbdftdmbafannnnnt tt t1 1bc2c3c4c1b b、螺栓采用錯(cuò)列排列時(shí)螺栓采用錯(cuò)列排列時(shí): :主板的危險(xiǎn)截面為主板的危險(xiǎn)截面為1-11-1和和1-11-1截面截面: : 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；危危險(xiǎn)險(xiǎn)截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值；式式中中：截截面面：對對于于截截面面：對對于于 tbmdftdmccmcatdmbafannnn00222140;1211;1

8、1 1111nnbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危險(xiǎn)截面為拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2和和2-2截面截面: :拼接板厚度。拼接板寬度；危險(xiǎn)截面上的螺栓數(shù)；螺栓孔直徑；鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；式中：截面：對于截面：對于1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcatdmbafannnn2222設(shè)計(jì)螺栓蓋板拼接，設(shè)計(jì)拉力設(shè)計(jì)螺栓蓋板拼接，設(shè)計(jì)拉力n=350kn，鋼材，鋼材q345b(或或16mn)，拼接板寬，拼接板寬b=360mm，厚，厚t1=8mm，采用，采用m20c級螺栓，孔徑級螺栓，孔徑f f22。例例題：題：解：解： 螺栓抗剪強(qiáng)度螺栓抗剪強(qiáng)度2bvn/m

9、m140f板件承壓強(qiáng)度板件承壓強(qiáng)度(1)雙蓋板的厚度雙蓋板的厚度t2拼接板的厚度拼接板的厚度t1/28/2=4mm2bcn/mm385f2n/mm310f板件抗拉強(qiáng)度板件抗拉強(qiáng)度取取t2=6mmkn0 .881404202422bv2bvfdn雙剪雙剪(2)單個(gè)螺栓抗剪承載力單個(gè)螺栓抗剪承載力(3)孔壁承壓孔壁承壓kn6 .61)628min(38520bcbc，tdfn(4)所需螺栓所需螺栓數(shù)數(shù)n=350/61.6 =5.3個(gè)個(gè)(6)連接長度驗(yàn)算連接長度驗(yàn)算l1=15do=1522 =330mm 100601060100330mm(7)拼接凈截面積拼接凈截面積an=(360 - 322 )8

10、 =2352mm2凈截面拉應(yīng)力凈截面拉應(yīng)力 n=350000/2352=149n/mm21181kn185.6kn1181kn被連接板強(qiáng)度計(jì)算：被連接板強(qiáng)度計(jì)算： f=215f=215結(jié)論：該節(jié)點(diǎn)安全。結(jié)論：該節(jié)點(diǎn)安全。vbfd421304222vcftd23/4 .214185 .23418400101181mmnann2/ mmnf f作用下每個(gè)螺栓受力作用下每個(gè)螺栓受力：fefttxyn1tn1txn1tyr11f1n1f)373(1 nfnft t作用下連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為作用下連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為： （1 1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； （2

11、 2） t t作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關(guān)系，方向與力與其至形心距離呈線形關(guān)系，方向與r ri i垂直。垂直。txyn1tn1txn1tyr11 顯然，顯然，t t作用下作用下11號螺號螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1 1最大）。最大）。)383(2211 nntttrnrnrnt)393(332211 nnttttrnrnrnrn由假定由假定(2)(2)得得由式由式3-393-39得得: :)403(1131132112 ntntttttrrnnrrnnrrnn；由力的平衡條件得：由力的平衡條件得：txyn1tn

12、1txn1tyr11將式將式3-40代入式代入式3-38得得: : )413(12112222111 niitntrrnrrrrnt)423(112211211 niniiiniityxrtrrtn將將n1t1t沿坐標(biāo)軸分解得沿坐標(biāo)軸分解得: :)443()433(11221111122111122111112211 niniiininiiityniniiininiiitxyxxtrxyxrtnyxytryyxrtn )453(min21121 bftytxnnnn 另外另外, ,當(dāng)螺栓布置比較狹長當(dāng)螺栓布置比較狹長( (如如y y1 13x3x1 1) )時(shí)時(shí), ,可進(jìn)行可進(jìn)行如下簡化計(jì)算：

13、如下簡化計(jì)算：令令:x:xi i=0=0，則，則n1ty1ty=0=0)463(121111211 niiniitxyytryyrtn)473(min2121 bftxnnn 抗拉螺栓連接在外力作用下，抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有連接板件接觸面有脫開趨勢脫開趨勢，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉栓桿被拉斷為其破壞形式。斷為其破壞形式。 4834 btebtebtfdfan 式中：式中：ae e螺栓的有效截面面積；螺栓的有效截面面積； de螺栓的有效直徑；螺栓的有效直徑； ftb螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。dedndmd（1 1）螺

14、栓的有效截面面積）螺栓的有效截面面積 因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑有效直徑d de e而不是凈直徑而不是凈直徑d dn n，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。含F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)取：)493()(32413螺距ttdde 普通螺栓規(guī)格公共直徑12（14）16（18）20（22）24（27）30螺距1.752.02.02.52.52.53.03.03.5中徑10.86312.70114.07116.37618.37620.37622.05225.05227.727內(nèi)徑10.10611.83513.83715.29417.29419.29420.75226.211

15、螺栓有效截面0.841151.571.922.453.033.534.595.61(2(2）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響 a a、螺栓受拉時(shí)，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞螺栓受拉時(shí)，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，即螺桿并非軸心受拉, ,當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，螺栓當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，螺栓有被撬開的趨勢有被撬開的趨勢（杠桿作用）（杠桿作用）, ,使螺桿中的拉力增加使螺桿中的拉力增加（撬力撬力q q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬力越大。連接件剛度越小撬力越大?！驹囼?yàn)證明試驗(yàn)證明】影響撬力的因素較多

16、影響撬力的因素較多, ,其大小難以確定其大小難以確定, ,規(guī)范采取簡化計(jì)算的方法，取規(guī)范采取簡化計(jì)算的方法，取ftb = 0.8f（f螺栓鋼螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）來考慮其影響。來考慮其影響。)503(22 qnnt b b、在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來、在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋設(shè)加勁肋，可以減小甚，可以減小甚至消除撬力的影響。至消除撬力的影響。 一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此，連接所需一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：的螺栓數(shù)為：)513( btnnnnm刨平頂緊

17、刨平頂緊承托承托(板板)m1 2 3 4受壓區(qū)受壓區(qū)y1y2y3n1n2n3n4中和軸中和軸m m作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為： （1 1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； （2 2）螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各）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。螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。)533(2211 nnynynynm由力學(xué)及假定可得：由力學(xué)及假定可得：)523(332211 nnynynynynm刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)m1 2 3 4受壓區(qū)受壓區(qū)y1y

18、2y3n1n2n3n4中和軸中和軸將式將式3-543-54代入式代入式3-533-53得得: :)543(1131132112 nnyynnyynnyynn； )553(12112222111 niinyynyyyynm)563(1211 niiyymn因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式，即可：因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式，即可：)573(1 btnn 偏心力偏心力作用下普通螺栓連接，可采用偏于安全的作用下普通螺栓連接，可采用偏于安全的設(shè)計(jì)方法，即設(shè)計(jì)方法，即疊加法疊加法。刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)fen1f)583(121111 btniimfnyymnfnnn1 2 3 4fmy1y2y3n1mn

19、2mn3mm=fe中和軸中和軸n4mbvvnnbttnn011vem=vev因此：因此：nvnv 2 2、由試驗(yàn)可知，兼受剪力和拉力、由試驗(yàn)可知，兼受剪力和拉力 的螺桿，其承載力無量綱關(guān)系的螺桿，其承載力無量綱關(guān)系 曲線近似為一曲線近似為一“四分之一圓四分之一圓”。1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形 式：式：螺桿受剪兼受拉破壞、孔螺桿受剪兼受拉破壞、孔 壁的承壓破壞；壁的承壓破壞；3 3、計(jì)算時(shí)，假定剪力由螺栓群均、計(jì)算時(shí)，假定剪力由螺栓群均 勻承擔(dān)，勻承擔(dān)，拉力由受力情況確定。拉力由受力情況確定。為了防止孔壁的

20、承壓破壞，應(yīng)滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：)593(122 bttbvvnnnn)603( bcvnnbvvnnbttnn011a ab b承托與柱翼緣的連接角焊縫按下式計(jì)算：承托與柱翼緣的連接角焊縫按下式計(jì)算：)613( wfewffhln 式中：式中： 考慮剪力對角焊縫偏心考慮剪力對角焊縫偏心 影響的增大系數(shù)，影響的增大系數(shù)， 一般取一般取=1.25=1.251.351.35； 其余符號同前。其余符號同前。m刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)v連接角焊縫連接角焊縫例例題：驗(yàn)算牛腿螺栓連接題：驗(yàn)算牛腿螺栓連接,設(shè)計(jì)剪力設(shè)計(jì)剪力v=200kn,偏心偏心e=150mm,連接板厚連接板厚t=

21、20mm,q235b鋼材鋼材,采用采用10個(gè)個(gè)m20c級螺栓級螺栓,孔徑孔徑f f22，分別計(jì)算有承托和無承托兩種情況。，分別計(jì)算有承托和無承托兩種情況。解：解： 螺栓抗剪強(qiáng)度螺栓抗剪強(qiáng)度:2bvn/mm130f2bcn/mm305f2btn/mm170f板件承板件承壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度:螺栓抗拉強(qiáng)度螺栓抗拉強(qiáng)度:(1)有承托板，螺栓群有承托板，螺栓群受彎矩受彎矩: m=ve=2000.15=30kn.m 單個(gè)螺栓抗單個(gè)螺栓抗拉承載力拉承載力:kn6.41170245mm245btebt2efana螺栓螺栓最大拉力最大拉力:bt222262i1tkn20)100200300400(24001030ny

22、mynkn202i1tymynkn4113042042bv2bvfdnkn2010/200vn(2)無承托板，螺栓受拉受剪無承托板，螺栓受拉受剪單個(gè)螺栓抗單個(gè)螺栓抗剪承載力剪承載力:螺栓螺栓平均剪力平均剪力:螺栓螺栓最大拉力最大拉力:螺栓計(jì)算螺栓計(jì)算:168. 0412041.620222vbv2tbtnnnn孔壁承孔壁承壓計(jì)算壓計(jì)算:vbcbckn1222030520ntdfn例題：例題：驗(yàn)算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓驗(yàn)算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強(qiáng)度。普通螺栓的連接強(qiáng)度。普通螺栓4.64.6級，級，m22m22，孔徑孔徑23.5mm23.5mm。nmon1n=245kna)n

23、=245kno柱翼緣柱翼緣節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)板端板端板n1b)nmon1n=245kna)12）算危險(xiǎn)螺栓拉力）算危險(xiǎn)螺栓拉力設(shè)每排螺栓有兩列，設(shè)每排螺栓有兩列，m=2一共一共6排螺栓，螺栓總數(shù)排螺栓，螺栓總數(shù)12，n=12解：解：1） 算荷載算荷載n=245kn，e=13cm，m=ne=24513=3185kn-cm 計(jì)算模型可為（計(jì)算模型可為（a a圖）或（圖）或（b b圖）。圖）。 a a圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在螺栓群的形心處稱小偏心；螺栓群的形心處稱小偏心； b b圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在端板上圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在端板上1 1號螺栓處，稱大偏心。號螺栓處，稱大偏心。 假定轉(zhuǎn)動(dòng)中心在螺栓群的形心處，

24、則假定轉(zhuǎn)動(dòng)中心在螺栓群的形心處，則 y1=20cm, yi2=2202+2122+242=1120cm。n1m=my1/(m yi2) =318520/（21120）=28.44knn引起的引起的1點(diǎn)拉應(yīng)力：點(diǎn)拉應(yīng)力： n1n=n/n=245/12=20.42kn最外排的螺栓拉力：最外排的螺栓拉力：nmin=20.42-28.440 mm引起的引起的1 1點(diǎn)拉應(yīng)力：點(diǎn)拉應(yīng)力： n n1 1mm= =mymy1 1/( /(m m y yi i2 2) ) 計(jì)算結(jié)果連接上部受壓，構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺計(jì)算結(jié)果連接上部受壓，構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，則栓轉(zhuǎn)動(dòng)，則1 1點(diǎn)所受的最大拉力為點(diǎn)所受的最大拉力為n=2

25、45kno柱翼緣柱翼緣節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)板端板端板n1b)e =33cm，m=2，y1=40cmyi2=402+322+242+162+82 =3520cm2kn9 .4535202403324521max1iymyenn4）強(qiáng)度判斷）強(qiáng)度判斷 nmax1 ntb （45.9knp時(shí)，卸載后螺栓桿的預(yù)拉力時(shí)，卸載后螺栓桿的預(yù)拉力將減小，即發(fā)生將減小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象松弛現(xiàn)象。 當(dāng)當(dāng)nt0.8p時(shí)，則無松弛現(xiàn)象，這時(shí)時(shí)，則無松弛現(xiàn)象，這時(shí)pf=1.07p，可認(rèn)可認(rèn)為螺桿的預(yù)拉力不變，且連接板件間有一定的擠壓力保為螺桿的預(yù)拉力不變，且連接板件間有一定的擠壓力保持緊密接觸，持緊密接觸， 現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：現(xiàn)行規(guī)范

26、規(guī)定：)733(8 .0 pnbt（未考慮橇力的影響）（未考慮橇力的影響）fnt0.5p時(shí)，橇力時(shí)，橇力q=0；fnt0.5p后，橇力后，橇力q出現(xiàn)，出現(xiàn)，增加速度先慢后快。增加速度先慢后快。f橇力橇力q的存在導(dǎo)致連接的極的存在導(dǎo)致連接的極限承載力由限承載力由nu降至降至nu。f故，如設(shè)計(jì)時(shí)不考慮橇故，如設(shè)計(jì)時(shí)不考慮橇力的影響力的影響, ,應(yīng)使應(yīng)使nt0.5p或增加連接板件的剛度或增加連接板件的剛度( (如設(shè)加勁肋如設(shè)加勁肋) )。300 250 200 150 100 50 050 100 150 200 250 300pf(kn)(kn)nu u nu unt(kn)(kn)2nnnqq1

27、91951518.8級級 m22p=150knq q有橇力時(shí)的螺栓破壞無橇力時(shí)的螺栓破壞f當(dāng)考慮橇力影響時(shí)當(dāng)考慮橇力影響時(shí), ,螺栓桿的拉力螺栓桿的拉力p pf f與與n nt t的關(guān)系曲線圖：的關(guān)系曲線圖：b b、承壓型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力承壓型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力, ,因其破壞準(zhǔn)則因其破壞準(zhǔn)則為螺栓桿被拉斷，故計(jì)算方法與普通螺栓相同為螺栓桿被拉斷，故計(jì)算方法與普通螺栓相同, ,即：即： 74342 btebtebtfdfan 式中：式中：ae-螺栓桿的有效截面面積；螺栓桿的有效截面面積； de-螺栓桿的有效直徑；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。高強(qiáng)度螺栓

28、的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。上式的計(jì)算結(jié)果與上式的計(jì)算結(jié)果與0.8p相差不多。相差不多。（1 1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接 當(dāng)當(dāng)n nt tpp時(shí)，栓桿的預(yù)拉力變化不大，但由于時(shí)，栓桿的預(yù)拉力變化不大，但由于隨隨n nt t的增大而減小，且隨的增大而減小，且隨n nt t的增大板件間的擠壓的增大板件間的擠壓力減小，故連接的抗剪能力下降。規(guī)范規(guī)定在力減小，故連接的抗剪能力下降。規(guī)范規(guī)定在v v和和n n共同作用下應(yīng)滿足下式：共同作用下應(yīng)滿足下式：)753(1 bvvbttnnnn10.98.0fvtpnnpn)25.1(0.9tfvnpnn或或即即和和抗抗剪剪承承載載力力設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值。單

29、單個(gè)個(gè)高高強(qiáng)強(qiáng)度度螺螺栓栓的的抗抗拉拉、；擔(dān)擔(dān)的的拉拉力力和和剪剪力力設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值外外力力作作用用下下每每個(gè)個(gè)螺螺栓栓承承、 bvbtvtnnnn 對于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同對于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計(jì)算方法與普通螺栓相同。作用下計(jì)算方法與普通螺栓相同。)763(122 bttbvvnnnn為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：)773(2 . 1 bcvnn系數(shù)系數(shù)1.21.2是考慮由于外拉力的存在導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓的是考慮由于外拉力的存在導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓的承壓承載力降低的修正系數(shù)。承壓承載力降低的修正系數(shù)。1.1.軸心力作用軸心力作用對

30、于摩擦型連接：對于摩擦型連接：bvnnn 對于承壓型連接：對于承壓型連接：bnnnmin nn1.1.軸心力作用軸心力作用 假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數(shù)：假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數(shù)：a a、高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接nnbt tt t1 1b1 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值其其中中： tbdftdnbafannn0011 ,1 ,; 連連接接一一側(cè)側(cè)的的螺螺栓栓總總數(shù)數(shù)。計(jì)計(jì)算算截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； nnnnnn115 . 01主板的危險(xiǎn)截面為主板的危險(xiǎn)截面為1-11-1截面。截面。考慮孔前傳力考慮孔前

31、傳力50%50%得：得： 1-11-1截面的內(nèi)力為：截面的內(nèi)力為： 拼接板的危險(xiǎn)截面為拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2截面。截面。考慮孔前傳力考慮孔前傳力50%得：得： 2-2截面的內(nèi)力為：截面的內(nèi)力為：連連接接一一側(cè)側(cè)的的螺螺栓栓總總數(shù)數(shù)。計(jì)計(jì)算算截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； nnnnnn225 . 015 . 0 拼接板厚度。拼接板厚度。拼接板寬度；拼接板寬度；螺栓孔直徑；螺栓孔直徑；鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值其中：其中： 11010212,2,;tbdftdnbafannn b b、高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的凈截面驗(yàn)算與普通螺栓高強(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。的凈

32、截面驗(yàn)算完全相同。2.2.扭矩或扭矩、剪力共同作用下扭矩或扭矩、剪力共同作用下 計(jì)算方法與普通螺栓相同，即：計(jì)算方法與普通螺栓相同，即： fttxyn1tn1txn1tyr11f1n1f剪力剪力f f作用下每個(gè)螺栓受力作用下每個(gè)螺栓受力：nfnf 1)793()783(11221111122111122111112211 niniiininiiityniniiininiiitxyxxtrxyxrtnyxytryyxrtn )803(21121 bvftytxnnnn摩摩擦擦型型連連接接： )813(min21121 bftytxnnnn承承壓壓型型連連接接：1. 軸心力作用軸心力作用 btnn

33、n m2.彎矩作用下彎矩作用下 由于高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預(yù)拉由于高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預(yù)拉力力p p，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認(rèn)為是一個(gè)整體密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認(rèn)為是一個(gè)整體, ,所所以以假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外，最外側(cè)螺栓受力最大。側(cè)螺栓受力最大。假定各螺栓均勻受力假定各螺栓均勻受力, ,故所需螺栓數(shù)：故所需螺栓數(shù)：mm1 2 3 4y1y2n1n2n3n4受壓區(qū)受壓區(qū)中中和和軸軸由力學(xué)可得：由力學(xué)可得：)823(332211

34、 nnynynynyn)833(2211 nnynynynm)843(1211 niiyymn因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：)853(1 btnn3.3.偏心拉力作用下偏心拉力作用下ne1 2 3 4m=neny1y2n1n2n3n4中中和和軸軸m作用下作用下n作用下作用下 偏心力作用下的高強(qiáng)度螺栓連接，螺栓最大拉力不應(yīng)大偏心力作用下的高強(qiáng)度螺栓連接，螺栓最大拉力不應(yīng)大于于0.8p0.8p，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用以下方法摩擦型和承壓型均可采用以下方法（疊加法疊加法）計(jì)算計(jì)算: :)86

35、3(12111 btniimnyymnnnnnnnv1 2 3 4nvv作用下作用下n作用作用下下單個(gè)螺栓所受的剪力：單個(gè)螺栓所受的剪力：單個(gè)螺栓所受的拉力：單個(gè)螺栓所受的拉力：nvnv nnnt 所以：所以：1bvvbttnnnn)25. 1(0.9tfvnpnn承壓型承壓型122 bttbvvnnnn2 . 1bcvnn mnv1 2 3 4m=neny1y2n1n2n3n4中中和和軸軸m作用下作用下n作用下作用下vv作用下作用下1 1號螺栓在號螺栓在n n、m m作用下所受拉力如前所述應(yīng)滿足：作用下所受拉力如前所述應(yīng)滿足：pnyymnnnbtniit8 .01211 1.1.采用高強(qiáng)度螺

36、栓摩擦型連接時(shí)采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接時(shí) 單個(gè)螺栓所受的剪力：單個(gè)螺栓所受的剪力：nvnnvv 1 對于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，在拉力和剪力共同對于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，在拉力和剪力共同作用下，單栓抗剪承載力如前所述為：作用下，單栓抗剪承載力如前所述為：111 bvvbttnnnn上式中上式中: :pnnfbv 9 .0pnbt8.0 2. 采用高強(qiáng)度螺栓承壓型連接時(shí)采用高強(qiáng)度螺栓承壓型連接時(shí)mnv1 2 3 4m=neny1y2n1n2n3n4中中和和軸軸m作用下作用下n作用下作用下vv作用下作用下單個(gè)螺栓所受的剪力：單個(gè)螺栓所受的剪力：nvnv 1單個(gè)螺栓所受的最大拉力：單個(gè)螺栓所受的最大拉

37、力： niityymnnn121112121 bttbvvnnnn2 . 1:1bcvnn 且且解：解：1、查取有關(guān)參數(shù)、查取有關(guān)參數(shù) 預(yù)拉力：預(yù)拉力： p=155kn; 摩擦系數(shù)：摩擦系數(shù)：=0.45 2、確定控制點(diǎn)、確定控制點(diǎn) 受力分析控制點(diǎn)為最上排螺栓受力分析控制點(diǎn)為最上排螺栓。例題例題:圖示摩擦型高強(qiáng)螺栓連圖示摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，接， q235b鋼材，鋼材， m20，10.9級，噴砂生赤銹，驗(yàn)級，噴砂生赤銹，驗(yàn)算連接強(qiáng)度。已知：算連接強(qiáng)度。已知：m=106kn.m；n=384kn；v=450kn。3、最上排螺栓分項(xiàng)受力、最上排螺栓分項(xiàng)受力 軸力軸力n：各螺栓均勻受拉：各螺栓均勻受拉 彎

38、矩彎矩m作用：最上排受最大拉力作用：最上排受最大拉力 其中其中 總拉力：總拉力： 剪力剪力v：各螺栓均勻受剪：各螺栓均勻受剪n104 .2161038443nnnntn4416721imtymmynmm3502/10071y2m222222mm410000)35025010050(2iyn681674416724000mtnttnnnn1081. 2161045043nvnv4、承載力驗(yàn)算、承載力驗(yàn)算5、結(jié)論：連接承載力滿足要求、結(jié)論：連接承載力滿足要求 )6816725. 1155000(45. 019 . 0)25. 1(9 . 0tfbvnpnnn101 .28n102 .2833vnn

39、1240001550008 . 00.8pn68167bttnn3.9 混合連接(自學(xué)內(nèi)容自學(xué)內(nèi)容)小結(jié)：小結(jié)：主要主要連接連接方法方法及優(yōu)及優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)方法方法優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)焊焊 接接對幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡對幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡單，省材省工，易于自動(dòng)化，單，省材省工，易于自動(dòng)化，工效高工效高 。焊接殘余應(yīng)力大且不易控制焊接殘余應(yīng)力大且不易控制, ,焊焊接變形大。對材質(zhì)要求高接變形大。對材質(zhì)要求高, ,質(zhì)量質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大。檢驗(yàn)工作量大。 鉚鉚 接接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動(dòng)力荷載好。量易于檢查，抗動(dòng)力荷載好。 費(fèi)鋼、費(fèi)工費(fèi)鋼、費(fèi)工 。目前

40、很少采用。目前很少采用普通普通螺栓螺栓裝卸便利，設(shè)備簡單裝卸便利，設(shè)備簡單螺栓精度低時(shí)不宜受剪，精度螺栓精度低時(shí)不宜受剪，精度高時(shí)加工和安裝難度較大高時(shí)加工和安裝難度較大 。高強(qiáng)高強(qiáng)螺栓螺栓加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，能加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好、韌性好 。摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價(jià)略高雜，造價(jià)略高 例例題：驗(yàn)算梁端梁柱連接題：驗(yàn)算梁端梁柱連接,設(shè)計(jì)彎距設(shè)計(jì)彎距m=40kn.m，剪力，剪力v=160kn，q235b鋼材，采用鋼材，采用8個(gè)個(gè)m20、8.8級螺栓，摩擦型連接，連接板鋼刷除銹。級螺栓，摩擦型連

41、接，連接板鋼刷除銹。解：解： 螺栓預(yù)力螺栓預(yù)力p=110kn,抗滑移系數(shù)抗滑移系數(shù) =0.35,0.8p =88kn彎矩產(chǎn)生螺栓拉力彎矩產(chǎn)生螺栓拉力(最外排螺栓最外排螺栓)88knkn75120)40120(410402262i11tiymynkn20kn4 .4)7525.1110(3 .00.91bvn螺栓平均剪力螺栓平均剪力nv =160/8 =20kn計(jì)算最外排螺栓抗剪計(jì)算最外排螺栓抗剪計(jì)算全部螺栓抗剪計(jì)算全部螺栓抗剪160knkn170)2525. 127525. 121108(3 . 00.9bvn例題：例題：設(shè)計(jì)下圖所示軸心受拉鋼板的高強(qiáng)螺栓連接。設(shè)計(jì)下圖所示軸心受拉鋼板的高強(qiáng)螺

42、栓連接。鋼板的鋼材為鋼板的鋼材為q235，高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓10.9級，摩擦型級，摩擦型,m20,孔孔徑徑d0=22mm。連接處截面用噴砂處理。連接處截面用噴砂處理。 m20、10.9級定孔徑級定孔徑22符合規(guī)范要求（符合規(guī)范要求（+1.52.0mm) 由鋼種、噴砂處理定由鋼種、噴砂處理定 。nn拼接板拼接板連接板連接板連接板連接板 驗(yàn)算內(nèi)容驗(yàn)算內(nèi)容 作為設(shè)計(jì)，需要驗(yàn)算所需作為設(shè)計(jì)，需要驗(yàn)算所需高強(qiáng)螺栓數(shù)目（強(qiáng)高強(qiáng)螺栓數(shù)目（強(qiáng)度）度） 、連接板件強(qiáng)度連接板件強(qiáng)度和和拼接板強(qiáng)度拼接板強(qiáng)度。但因。但因規(guī)范規(guī)范規(guī)定：拼接板面積應(yīng)與被連接板件的截面面積相同，規(guī)定：拼接板面積應(yīng)與被連接板件的截面面積相同，

43、所以不再驗(yàn)算拼接板。所以不再驗(yàn)算拼接板。 題目給出了螺栓數(shù)目、直徑、排列，未給荷載題目給出了螺栓數(shù)目、直徑、排列，未給荷載n的數(shù)值。意味著，需驗(yàn)算連接件能承受的最大荷載的數(shù)值。意味著，需驗(yàn)算連接件能承受的最大荷載和在此荷載下螺栓強(qiáng)度（數(shù)目）是否滿足規(guī)范要求。和在此荷載下螺栓強(qiáng)度（數(shù)目）是否滿足規(guī)范要求。分析分析1 1、連接驗(yàn)算、連接驗(yàn)算 1 1）凈截面承載力計(jì)算）凈截面承載力計(jì)算: :nnannnanf)/5.01(1將將 n=28，n1=4， an=(450-422)20=7240mm2， f=215n/mm2,代入上式得代入上式得 n=1676.3knnn拼接板拼接板連接板連接板連接板連接

44、板解解查表得預(yù)拉力：查表得預(yù)拉力： p=155kn。（。（10.9, m20）查表得抗滑移系數(shù)：查表得抗滑移系數(shù)： =0.45。（。（3號鋼，噴砂）號鋼，噴砂） 單面摩擦：單面摩擦： nf=1。 單個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值單個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值: nvb=0.9nf p 但在螺栓群中可能出現(xiàn)螺栓剪力分布不均情況。但在螺栓群中可能出現(xiàn)螺栓剪力分布不均情況。因此引入非均勻分布系數(shù)因此引入非均勻分布系數(shù) : nvb= 0.9nf p 按凈截面承載力按凈截面承載力n=1676.kn計(jì)算所需螺栓數(shù)目。計(jì)算所需螺栓數(shù)目。（2）螺栓數(shù)計(jì)算）螺栓數(shù)計(jì)算 2）毛截面承載力計(jì)算）毛截面承載力計(jì)算 n=af

45、=4502021510-2=1935kn9 .27603 .1676bvnnn955. 0221504801 . 11501 . 101dl原用原用47=28個(gè)正好。個(gè)正好。所需高強(qiáng)螺栓數(shù)目所需高強(qiáng)螺栓數(shù)目: :計(jì)算螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值: : nvb=0.9550.910.45155=60kn計(jì)算計(jì)算 :先計(jì)算順力向連接長度先計(jì)算順力向連接長度l1 ，判斷是否大于判斷是否大于15d0。 l1=806=48015d0=1522=330mm 應(yīng)根據(jù)順力方向螺栓連接長度應(yīng)根據(jù)順力方向螺栓連接長度l1確定。確定。例題例題: 設(shè)計(jì)圖示梁腹板設(shè)計(jì)圖示梁腹板拼接接頭的高強(qiáng)螺栓拼接接頭的高

46、強(qiáng)螺栓連接。腹板接頭所受連接。腹板接頭所受彎矩彎矩m=600kn.m,剪力剪力v=230kn。腹板鋼材腹板鋼材為為q235,高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓10.9級級,摩擦型，摩擦型，m20，孔孔徑徑22。連接的接觸面。連接的接觸面處理：噴砂后生赤銹。處理：噴砂后生赤銹。 mmvv11 孔徑比公稱直徑大孔徑比公稱直徑大1.52.0mm。 腹板厚腹板厚14 mm，用兩塊截面為用兩塊截面為138010mm拼接拼接鋼板（上下各留了鋼板（上下各留了20mm）。由于拼接板總厚度大于）。由于拼接板總厚度大于被連接腹板厚度。拼接板本身可不驗(yàn)算。螺栓受剪。被連接腹板厚度。拼接板本身可不驗(yàn)算。螺栓受剪。m對梁而言是彎矩，對螺

47、栓群是扭矩。對梁而言是彎矩，對螺栓群是扭矩。解解螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算 最危險(xiǎn)螺栓判定上下最危險(xiǎn)螺栓判定上下“1”1”號螺栓。號螺栓。m110130=1300mm80mml1 1螺栓沿受力向的連接長度，受力方向基本上是水平的。螺栓沿受力向的連接長度，受力方向基本上是水平的。 l1=80mm15d0=1522=330mm取取 =1.0查表：查表： =0.45 p=155kn， 雙面摩擦：雙面摩擦：nf=2 nvb=1.00.920.45155=125.6kn 單個(gè)摩擦型高強(qiáng)螺栓抗剪承載力單個(gè)摩擦型高強(qiáng)螺栓抗剪承載力nvb= 0.9nf pm1v1 剪力剪力v產(chǎn)生的螺栓剪力產(chǎn)生的螺栓剪力一個(gè)螺栓

48、承受的剪力一個(gè)螺栓承受的剪力knnvnv5 .101122301 1 1號螺栓承載力驗(yàn)算號螺栓承載力驗(yàn)算knymynim105)1326395265(465600022222211knnknnnbvmv6 .1255 .1051055 .10)()(222121 彎矩彎矩m產(chǎn)生的螺栓剪力產(chǎn)生的螺栓剪力因?yàn)橐驗(yàn)閥13x1滿足設(shè)計(jì)要求。滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)下圖所示軸心受拉鋼板的設(shè)計(jì)下圖所示軸心受拉鋼板的承壓型高強(qiáng)螺栓承壓型高強(qiáng)螺栓連接。鋼連接。鋼板的鋼材為板的鋼材為q235，高強(qiáng)螺栓，高強(qiáng)螺栓10.9級，級，m20,孔徑孔徑d0=21.5mm。連接處截面用噴砂處理。連接處截面用噴砂處理。剪切面在螺紋處。剪切面在螺紋處。nn思考題思考題 連接是組成鋼結(jié)構(gòu)的重要部分，是本課程的基連接是組成鋼結(jié)構(gòu)的重要部分，是本課程的基本知識和基本技能。本知識和基本技能。 通過本章的學(xué)習(xí)，要了解鋼通過本章的學(xué)習(xí)，要了解鋼結(jié)構(gòu)采用的焊接連接和螺栓連接兩種常用的連接方結(jié)構(gòu)采用的焊接連接和螺栓連接兩種常用的連接方法及其特點(diǎn)；深刻理解對接焊縫及角焊縫的工作性法及其特點(diǎn)；深刻理解對接焊縫及角焊縫的工作性能；熟練掌握各種內(nèi)力作用下，連接的構(gòu)造、傳力能；熟練掌握各種內(nèi)力作用下，連接的