高強(qiáng)度螺栓連接

1、高強(qiáng)度螺栓連接第1頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四 3.9高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計(jì)算 高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能高強(qiáng)度螺栓連接和普通螺栓連接的區(qū)別：普通螺栓連接受剪時(shí)依靠栓桿承壓和抗剪傳遞剪力，預(yù)拉力很小，可略去不計(jì)，高強(qiáng)螺栓除材料強(qiáng)度高外，施加很大的預(yù)拉力，板件間存在很大的摩擦力。預(yù)拉力、抗滑移系數(shù)和鋼材種類等都直接影響高強(qiáng)度螺栓連接的承載力。高強(qiáng)度螺栓連接按分為摩擦型連接和承壓型連接。摩擦型連接依靠被連接件之間的摩擦阻力傳遞剪力，以剪力等于摩擦力作為承載能力的極限狀態(tài)。第2頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四1.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力（1）預(yù)拉

2、力的控制方法大六角頭型和扭剪型兩種，都是通過擰緊螺帽使螺桿受到拉伸產(chǎn)生預(yù)拉力，使被連接板件間產(chǎn)生壓緊力。大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法：力矩法 采用可直接顯示鈕矩的特定扭矩扳手。目前多采用電動(dòng)鈕矩扳手。通過控制擰緊力矩來實(shí)現(xiàn)控制預(yù)拉力。擰緊力矩可由試驗(yàn)確定，施工時(shí)控制的預(yù)拉力為設(shè)計(jì)預(yù)拉力的1.1倍。第3頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四為了克服板件和墊圈等變形，基本消除板件間的間隙，使擰緊力矩系數(shù)有較好的線性度，提高施工控制預(yù)拉力值的準(zhǔn)確度，應(yīng)先按擰緊力矩的50進(jìn)行初擰，然后按100擰緊力矩進(jìn)行終擰。大型節(jié)點(diǎn)在初擰后，還應(yīng)按初擰力矩進(jìn)行復(fù)擰，然后再行終擰。優(yōu)點(diǎn)：較簡(jiǎn)單、易

3、實(shí)施、費(fèi)用少，但由于連接件和被連接件的表面質(zhì)量和擰緊速度的差異，測(cè)得的預(yù)拉力值誤差大且分散，一般誤差為25。轉(zhuǎn)角法 先普通扳手進(jìn)行初擰，被連接板件相互緊密貼合，再以初擰位置為起點(diǎn)，按終擰角度，用長(zhǎng)扳手或風(fēng)動(dòng)扳手旋轉(zhuǎn)螺母。 扭剪型高強(qiáng)度螺栓具有強(qiáng)度高、安裝簡(jiǎn)便和質(zhì)量易于保證、可以單面擰緊、對(duì)操作人員沒有特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。與普通大六角型高強(qiáng)度螺栓不同。螺栓頭為盤頭，螺紋段端部有一個(gè)承受擰緊反力矩的十二角體和一個(gè)能在規(guī)定力矩下剪斷的斷頸槽。第4頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四（2）預(yù)拉力的確定 預(yù)拉力設(shè)計(jì)值P（取5kN的整數(shù)倍） Ae螺栓螺紋處的有效面積；fu螺栓經(jīng)熱處理后的

4、最低抗拉強(qiáng)度8.8級(jí)fu 830MPa；10.9級(jí)fu 1040MPa。系數(shù)考慮了以下幾個(gè)因素：擰緊螺帽時(shí)螺栓同時(shí)受到由預(yù)拉力引起的拉應(yīng)力和由扭矩引起的剪應(yīng)力作用。試驗(yàn)表明可取系數(shù)1.2考慮扭矩對(duì)螺桿的不利影響。施工時(shí)為了彌補(bǔ)高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的松弛損失，一般超張拉510，為此考慮一個(gè)超張拉系數(shù)0.9?？紤]螺栓材質(zhì)的不均勻性，引進(jìn)一折減系數(shù)0.9；由于以螺栓的抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)，為安全再引入一個(gè)附加安全系數(shù)0.9。第5頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四 2. 抗滑移系數(shù) 抗滑移系數(shù)的大小與構(gòu)件接觸面的處理方法和構(gòu)件的鋼號(hào)有關(guān)。此系數(shù)值隨被連接構(gòu)件接觸面間的壓緊力減小而降低，故與

5、物理學(xué)中的摩擦系數(shù)有區(qū)別。推薦采用的接觸面處理方法有：噴砂、噴砂后涂無機(jī)富鋅漆、噴砂后生赤銹和鋼絲刷消除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面等，各種處理方法相應(yīng)的值詳見表3.9。鋼材表面經(jīng)噴砂除銹后，表面看來光滑平整，實(shí)際上金屬表面尚存在著微觀的凹凸不平，高強(qiáng)度螺栓連接在很高的壓緊力作用下，被連接構(gòu)件表面相互嚙合，鋼材強(qiáng)度和硬度愈高，要使這種嚙合的面產(chǎn)生滑移的力就愈大，因此，值與鋼種有關(guān)。試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹后0.15，即使經(jīng)處理后仍然很低，故嚴(yán)禁在摩擦面上涂刷紅丹。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會(huì)降低值，故應(yīng)采取有效措施保證連接處表面的干燥。第6頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)2

6、3分，星期四3.9.2 一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力 1.摩擦型連接 高強(qiáng)度螺栓擰緊時(shí)，螺桿中產(chǎn)生很大的預(yù)拉力，被連接板件間則產(chǎn)生很大的預(yù)壓力。連接受力后接觸面上的摩擦力，能在相當(dāng)大的荷載下阻止板件間的相對(duì)滑移，因而彈性工作階段較長(zhǎng)。當(dāng)外力超過了板間摩擦力后，板件間即產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。摩擦型連接是以板件間出現(xiàn)滑動(dòng)為抗剪承載力極限狀態(tài)。 摩擦型連接的承載力取決于構(gòu)件接觸面的摩擦力，此摩擦力的大小與螺栓所受預(yù)拉力和摩擦面的抗滑移系數(shù)以及連接的傳力摩擦面數(shù)有關(guān)。一個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：第7頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四2.承壓型連接 承壓型連接受剪時(shí)，允許

7、接觸面滑動(dòng)并以連接達(dá)到破壞的極限狀態(tài)作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，接觸面的摩擦力只起延緩滑動(dòng)的作用。連接達(dá)到極限承載力時(shí)，螺桿伸長(zhǎng)，預(yù)拉力幾乎全部消失，故高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的計(jì)算方法與普通螺栓連接相同只是應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的抗剪承載力應(yīng)按螺紋處的有效截面計(jì)算。但對(duì)于普通螺栓，其抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是根據(jù)連接的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而定的，試驗(yàn)時(shí)不分剪切面是否在螺紋處，故計(jì)算抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)用公稱直徑。第8頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四 3.9.3一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力 1.摩擦型連接未受拉力前，螺桿中有預(yù)拉力P，板層間有壓力C，P與C平衡，

8、PC。螺栓受拉力Nt，栓桿被拉長(zhǎng)，栓桿伸長(zhǎng)t，此時(shí)螺桿中拉力由P增加到Pf，由于栓桿拉長(zhǎng)，使板件相應(yīng)地有一個(gè)壓縮恢復(fù)量c，板件中的承壓力就由原來的C降為Cf 第9頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四作用于螺栓的外拉力不超過P時(shí)，螺桿內(nèi)的拉力增加很少，可認(rèn)為此時(shí)螺桿的預(yù)拉力基本不變。同時(shí)螺栓的超張拉試驗(yàn)表明，當(dāng)外拉力過大時(shí)，卸荷后螺桿中的預(yù)拉力會(huì)變小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當(dāng)外拉力小于螺桿預(yù)拉力的80時(shí)，即無松弛現(xiàn)象發(fā)生。因此，抗拉承載力設(shè)計(jì)值取為：上式?jīng)]有考慮連接變形產(chǎn)生撬力的影響，可采用增設(shè)加勁肋的辦法增大連接的剛度。2.承壓型連接同普通螺栓。第10頁，共15頁，2022年

9、，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四 3.9.4高強(qiáng)度螺栓同時(shí)承受剪力和拉力的計(jì)算1.摩擦型連接當(dāng)Nt0.8P時(shí)，雖然螺桿中的預(yù)拉力P基本不變，但板層間壓力將減小到PNt，試驗(yàn)研究表明，接觸面的抗滑移系數(shù)也有所降低，且值隨Nt的增大而減小。將Nt乘以1.125的系數(shù)來考慮值降低的不利影響，故一個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓有拉力作用時(shí)第11頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四2.承壓型連接 同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的計(jì)算方法與普通螺栓相同剪應(yīng)力單獨(dú)作用下，高強(qiáng)度螺栓對(duì)板層間產(chǎn)生強(qiáng)大壓緊力。當(dāng)摩擦力被克服，螺桿與孔壁接觸時(shí)，板件孔前區(qū)形成三向應(yīng)力場(chǎng)，因而承壓型

10、連接高強(qiáng)度螺栓的承壓強(qiáng)度比普通螺栓高得多，兩者相差約50。當(dāng)承壓型連接高強(qiáng)度螺栓受有桿軸拉力時(shí)，板層間的壓緊力隨外拉力的增加而減小，因而其承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值也隨之降低。為了計(jì)算簡(jiǎn)便，將承壓強(qiáng)度除以1.2予以降低，而末考慮承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值變化幅度隨外拉力大小而變化這一因素。第12頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四 3.9.5 高強(qiáng)度螺栓群的連接計(jì)算1. 高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算（1）軸心力作用時(shí)（2）扭矩或扭矩、剪力共同作用時(shí)方法與普通螺栓群相同，但應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。2. 高強(qiáng)度螺栓群的抗拉計(jì)算（1）軸心力作用時(shí)（2）彎矩作用時(shí)高強(qiáng)度螺栓連接受彎矩而使螺栓沿栓

11、桿方向受力時(shí)，被連接構(gòu)件的接觸面一直保持緊密貼合，可認(rèn)為中和軸在螺栓群的形心軸上，最外排螺栓受力最大。第13頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四(3)偏心拉力作用時(shí)螺栓的最大拉力不得超過0.8P，能夠保證板層之間始終保持緊密貼合，端板不會(huì)拉開，故摩擦型連接和承壓型連接均可按普通螺栓小偏心受拉計(jì)算(4)拉力、彎矩和剪力共同作用時(shí)連接板層間的壓緊力和接觸面的抗滑移系數(shù)，隨外拉力的增加而減小。摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承受剪力和拉力共同作用時(shí)第14頁，共15頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四每行螺栓所受拉力Nt各不相同，故應(yīng)按下式計(jì)算摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力Vn0(0.9 nfP)+0.9nf(P-1.25Nt1)+ (P-1.25Nt2)+ n0受壓區(qū)(包括中和軸處)的高強(qiáng)度螺栓數(shù)； Nt1、Nt2受拉區(qū)高強(qiáng)度螺栓所承受的拉力。也可將上式寫成下列形式： V0.9nf(nP-