鋼結(jié)構(gòu)的連接(3)

1、鋼結(jié)構(gòu)的連接（3）交流郵箱：HI主講:劉亮聯(lián)系電話栓連接的構(gòu)造和工作性能螺栓連接的構(gòu)造和工作性能螺栓的排列和其他構(gòu)造要求1. 螺栓的排列并列簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu)件截面削弱大；錯列排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截面削弱小；螺栓排列的要求（1）受力要求:施工要求為了便于轉(zhuǎn)動扳手?jǐn)Q緊螺母， 螺栓的中距不能太小。根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。螺栓的其他構(gòu)造要求為了使連接可靠，每一桿件端部及拼接接頭的一端， 永久螺栓數(shù)不宜少于兩個(gè)， 但組合構(gòu)件的綴條除外；直接承受動荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽，或其他措施（用彈簧墊圈或?qū)⒙菝焙杆?）以防止螺帽

2、松動；C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：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(jié)構(gòu)連接；3、臨時(shí)固定構(gòu)件的安裝連接。受拉的螺栓連接中的端板（法蘭板），應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)剛度（如加設(shè)加勁肋），以減少撬力對承載力的不利影響。螺栓的工作性能1. 螺栓的抗剪性能螺栓連接的受力形式A 只受剪力B 只受拉力C 剪力和拉力共同作用受剪連接的工作性能對圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn),即可得到板件上a、 b兩點(diǎn)相對位移和作用力N的關(guān)系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段,即：(1)摩擦傳力階段(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)克服

3、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距離，表現(xiàn)在曲線上為水平段。3)栓桿傳力階段(23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(dǎo)致的板件間摩擦力的增大， N-關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。 (4)彈塑性階段(34段)達(dá)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(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。* 高強(qiáng)度螺栓摩擦性連接是以剪力達(dá)到摩擦力極限承載力為極限狀態(tài)?？赡艿钠茐男问剑?1） 螺栓桿剪斷栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)（ 2） 板件被擠壓栓桿較粗而板件較薄時(shí)（ 3

4、） 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?？赡艿钠茐男问剑?3） 板件端部沖剪破壞端距過小時(shí)；端距不應(yīng)小于2do （ 5）栓桿彎曲破壞螺栓桿過長；栓桿長度不應(yīng)大于5d左邊兩種破壞以構(gòu)造來解決螺栓的抗拉性能(1) 普通螺栓的抗拉性能螺栓受拉時(shí)，一般是通過與板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，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） 。 連接件剛度越小撬力越大。影響撬力Q的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取簡化計(jì)算的方法，取ftb=0.8f（f螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值） 來考慮其影響。焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來

5、減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。高強(qiáng)度螺栓的抗拉性能當(dāng)外拉力為零，即N=0時(shí)： P=C；當(dāng)外拉力為Nt時(shí)：板件有被拉開趨勢， 板件間的壓力C減小為Cf， 栓桿拉力P增加為Pf，由力及變形協(xié)調(diào)得：高強(qiáng)度螺栓的抗拉性能當(dāng)外拉力為零，即N=0時(shí)： P=C；當(dāng)外拉力為Nt時(shí)：板件有被拉開趨勢， 板件間的壓力C減小為Cf， 栓桿拉力P增加為Pf，由力及變形協(xié)調(diào)得：當(dāng)板件即將被拉開時(shí)： Cf=0，有Pf=Nt，因此：一般板件間的擠壓面面積比栓桿截面面積大的多，近似取AP/Ab=10，得：顯然栓桿的拉力增加不大。另外，試驗(yàn)證明，當(dāng)栓桿的外加拉力大于P時(shí)，卸載后螺栓桿的預(yù)拉力將

6、減小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當(dāng)Nt不大于0.8P時(shí)，則無松弛現(xiàn)象，這時(shí)Pf=1.07P，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持緊密接觸，所以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：規(guī)范： 摩擦型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力為：上式未考慮橇力的影響，當(dāng)考慮橇力影響時(shí)，螺栓桿的拉力Pf與Nt的關(guān)系曲線如圖：Nt0.5P時(shí)，橇力Q=0；Nt0.5P后，橇力Q出現(xiàn)，增加速度先慢后快。橇力Q的存在導(dǎo)致連接的極限承載力由Nu降至Nu。所以，如設(shè)計(jì)時(shí)不考慮橇力的影響,應(yīng)使Nt0.5P或增加連接板件的剛度（如設(shè)加勁肋）。高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力 高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法 大六角頭螺栓：A、力矩法施工方法：初擰用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力

7、矩的30%50%，使板件貼緊密；終擰初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。特點(diǎn)：簡單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。B、轉(zhuǎn)角法施工方法：初擰用普通扳手?jǐn)Q至不動，使板件貼緊密；終擰初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度，一般為120度180度完成終擰。特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。C、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)：施工簡單、技術(shù)要求低易實(shí)施、質(zhì)量易保證等 預(yù)拉力值的確定預(yù)拉力設(shè)計(jì)值：考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力對抗拉強(qiáng)度的降低除以系數(shù)1.2；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減

8、系數(shù)0.9；考慮材質(zhì)的不均勻性的折減系數(shù)0.9；屈服點(diǎn)系數(shù)0.9。高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強(qiáng)度確定的，并考慮了以下修正系數(shù)：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的預(yù)拉力P值:高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù) 摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（P）和板件間的抗滑移系數(shù) ；板件間的抗滑移系數(shù)與連接處構(gòu)件接觸面的處理方法、構(gòu)件的鋼號有關(guān)，其大小隨連接構(gòu)件接觸面間的壓緊力減小而降低。規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數(shù),如下表螺栓連接的計(jì)算螺栓連接的計(jì)算普通螺栓連接的計(jì)算單個(gè)普通螺栓的受剪承載力計(jì)算假定剪應(yīng)力、擠壓力均勻

9、分布（彈塑性重分布） 。單個(gè)螺栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：nv剪切面數(shù)目； d螺栓桿直徑；fvb、 fcb螺栓的抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， 查附表t同一受力方向承壓構(gòu)件總厚度（取較小者） 。普通螺栓群受剪連接計(jì)算普通螺栓群受剪連接計(jì)算 普通螺栓群軸心受剪螺栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿長度方向不均勻，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，可認(rèn)為由各螺栓平均分擔(dān)。所以，連接所需螺栓數(shù)為：式中： Nbmin取Nbv和Nbc中的較小者。當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，即

10、使內(nèi)力重新分布,各個(gè)螺栓內(nèi)力也難以均勻，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。 連接所需螺栓數(shù)：普通螺栓群偏心受剪普通螺栓群偏心受剪F作用下每個(gè)螺栓受力：T作用下連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：（1） 連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；（2） T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關(guān)系，方向與ri垂直。顯然， T作用下 1號螺 1栓所受剪力最大（r1最大）。 將N1T沿坐標(biāo)軸分解得:由此可得螺栓1的強(qiáng)度驗(yàn)算公式為另外,當(dāng)螺栓布置比較狹長(如y13x1)時(shí),可進(jìn)行如下簡化計(jì)算：令:xi=0，則N1Ty=0 此時(shí)上式簡化為： 單個(gè)普通

11、螺栓的受拉承載力單個(gè)普通螺栓的受拉承載力單個(gè)螺栓的受拉承載力的設(shè)計(jì)值為：式中： ftb-螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Ae-螺栓的有效截面面積，可查附表9.2；de-螺栓的有效直徑。因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以采用的直徑是有效直徑de而不是凈直徑dn按有效直徑de算得的螺栓凈截面面積An承受軸心力、彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫承受軸心力、彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫普通螺栓群受拉 栓群軸心受拉 栓群承受彎距作用 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。顯然1號螺栓在M作用下所受拉力最大由力學(xué)及假定可得：由上式得: 因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)算受力最大的螺栓拉力： 栓群承受彎距作用栓群承受彎距作用 大偏心受拉當(dāng)偏心較小時(shí)，應(yīng)力疊加后全部螺栓均受拉，即：上述第2式為公式的使用條件，否則應(yīng)按大偏心計(jì)算。 栓群偏心受拉栓群