普通螺栓的連接方式及計算

1、3.5.1蛭栓或挪釘的杲大r小杲容許距離第三章連接返回3-5普通螺栓的構造和計算351螺栓的排列和其他構造要求一、螺栓的排列螺栓在構件上排列應簡單、統(tǒng)一、整齊而緊湊，通常分為并列和錯列兩種形式（圖3.5.1）。并列比較簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對構件截面削弱較大。錯列可以減小螺栓孔對截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大。國351鋼極上的螺栓（押釘3徘列螺栓在構件上的排列應滿足受力、構造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距過小時，鋼材有剪斷或撕裂的可能。各排螺栓距和線距太小時，構件有沿折線或直線破壞的可能。對受壓構件，當沿作用方向螺栓距過大時，被

2、連板間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。（2）構造要求：螺栓的中矩及邊距不宜過大，否則鋼板間不能緊密貼合，潮氣侵入縫隙使鋼材銹蝕。（3）施工要求：要保證一定的空間，便于轉動螺栓板手擰緊螺帽。根據上述要求，規(guī)定了螺栓（或鉚釘）的最大、最小容許距離，見表3.5.1。螺栓沿型鋼長度方向上排列的間距，除應滿足表3.5.1的要求外，尚應滿足附錄10螺栓線距的要求。位宜和方向疑犬容許距離取兩奢的較小值)最小容許距臨申外排(垂直內力方向或順內力方向)現(xiàn)或12?中間排垂直內力方向1隔或酬順內力方向.構件受壓力.開或1st狗件受拉力1城或如沿對常錢方向中上至枸件邊籐距離:順內力方向.2爲剪切邊或手工氣割邊魁或gf血內，力乳

3、制邊、自動氣高強匿氨栓方向.割或鋸割邊苴他螺栓或挪釘1.2注；1島為岷程或挪釘的孔徑If為外展較薄板件的厚度.2鋼板楚緣與刖性構件c配角鋼、槽鋼等3相連前厭卷或柳臥的扇犬間距可按中間排的數值采用“二、螺栓的其他構造要求螺栓連接除了滿足上述螺栓排列的容許距離外，根據不同情況尚應滿足下列構造要求：為了使連接可靠，每一桿件在節(jié)點上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數不宜少于兩個。但根據實踐經驗，對于組合構件的綴條，其端部連接可采用一個螺栓。對直接承受動力荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽或其他防止螺帽松動的有效措施。例如采用彈簧墊圈，或將螺帽或螺桿焊死等方法。由于C級螺栓與孔壁有較大間隙，只宜用于沿其桿軸方

4、向受拉的連接。承受靜力荷載結構的次要連接、可拆卸結構的連接和臨時固定構件用的安裝連接中，也可用C級螺栓受剪。但在重要的連接中，例如：制動梁或吊車梁上翼緣與柱的連接，由于傳遞制動梁的水平支承反力，同時受到反復動力荷載作用，不得采用C級螺栓。柱間支撐與柱的連接，以及在柱間支撐處吊車梁下翼緣的連接，因承受著反復的水平制動力和卡軌力，應優(yōu)先采用高強度螺栓。沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板(法蘭板)，應適當加強其剛度(如加設加勁肋)，以減少撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。3.5.2普通螺栓的受剪連接普通螺栓連接按受力情況可分為三類：螺栓只承受剪力；螺栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用。下面先介紹

5、螺栓受剪時的工作性能和計算方法。一、受剪連接的工作性能抗剪連接是最常見的螺栓連接。如果以圖3.5.2(a)所示的螺栓連接試件作抗剪試驗，可得出試件上a、b兩點之間的相對位移6與作用力N的關系曲線(圖3.5.2b)。該曲線給出了試件由零載一直加載至連接破壞的全過程，經歷了以下四個階段：摩擦傳力的彈性階段在施加荷載之初，荷載較小，荷載靠構件間接觸面的摩擦力傳遞，螺栓桿與孔壁之間的間隙保持不變，連接工作處于彈性階段，在N-6圖上呈現(xiàn)出0，1斜直線段。但由于板件間摩擦力的大小取決于擰緊螺帽時在螺桿中的初始拉力，一般說來，普通螺栓的初拉力很小，故此階段很短。滑移階段當荷載增大，連接中的剪力達到構件間摩擦

6、力的最大值，板件間產生相對滑移，其最大滑移量為螺栓桿與孔壁之間的間隙，直至螺栓與孔壁接觸，相應于N-6曲線上的1，2水平段。S3.5.2單于螺栓抗更試驗結果（3）栓桿傳力的彈性階段荷載繼續(xù)增加，連接所承受的外力主要靠栓桿與孔壁接觸傳遞。栓桿除主要受剪力外，還有彎矩和軸向拉力，而孔壁則受到擠壓。由于栓桿的伸長受到螺帽的約束，增大了板件間的壓緊力，使板件間的摩擦力也隨之增大，所以N-0曲線呈上升狀態(tài)。達到“3”點時，曲線開始明顯彎曲，表明螺栓或連接板達到彈性極限，此階段結束。受剪螺栓連接達到極限承載力時，可能的破壞形式有：當栓桿直徑較小，板件較厚時，栓桿可能先被剪斷（圖3.5.3a）；當栓桿直徑較

7、大，板件較薄時，板件可能先被擠壞（圖3.5.3b），由于栓桿和板件的擠壓是相對的，故也可把這種破壞叫做螺栓承壓破壞；端距太小，端距范圍內的板件有可能被栓桿沖剪破壞（圖3.5.3c）；板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉斷（圖3.5.3d）。CD-1&1*11_rUUfdl圉：3d亟受剪螺栓淮接的破壞形式上述第種破壞形式由螺栓端距l(xiāng)12do表保證；第種破壞屬于構件的強度驗算。因此，普通螺栓的受剪連接只考慮、兩種破壞形式。二、單個普通螺栓的受剪計算普通螺栓的受剪承載力主要由栓桿受剪和孔壁承壓兩種破壞模式控制，因此應分別計算，取其小值進行設計。計算時做了如下假定：栓桿受剪計算時，假定螺栓受剪面上的剪應力是

8、均勻分布的；孔壁承壓計算時，假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布?？紤]一定的抗力分項系數后，得到普通螺栓受剪連接中，每個螺栓的受剪和承壓承載力設計值如下：受剪承載力設計值酬二2片（3.5.1）承壓塞載力設計值町門士）式中；坯一一受翦面數目，單剪戸廠1,R7W四翦妒叫d-一螺栓桿直徑卜：亠兀I一一在不同受力方向中一個受力方向重壓構件總厚度的轅滬值；代,餐螺栓的抗剪和承壓強度設計值，由附殺1.4查用三、普通螺栓群受剪連接計算1、普通螺栓群軸心受剪試驗證明，螺栓群的受剪連接承受軸心力時，與側焊縫的受力相似，在長度方向各螺栓受力是不均勻的(圖3.5.4),兩端受力大

9、，中間受力小。當連接長度l115d0時，連接進入彈塑性階段后，各螺桿所受內力仍不易均勻，端部螺栓首先達到極限強度而破壞，隨后由外向里依次破壞。根據試驗，并參考國外的規(guī)定，我國規(guī)范規(guī)定，當l115d0時，應將承載力設計值乘以折減系數：7=1.1-0.7(3.5.4：1500則對長連接，所需抗剪螺栓數為：n=(3.5.5)2、普通螺栓群偏心受剪圖3.5.5示螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力F的作用線至螺栓群中心線的距離為e,故螺栓群同時受到軸心力F和扭矩T=Fe的聯(lián)合作用在軸心力作用下可認為每個螺栓平均受力，即：何創(chuàng)(c-T卄Ai:卄0irJ圖：3.5.5偏血受剪的螺栓群例黒工可試3.5.5所示普通

10、螺栓連接。柱翼緣板厚度為lOnun,連接扳厚度為區(qū)皿，鋼材為Q攀B荷載設計葺F=150kNj.e=25Cmmo若螺栓排歹片為!蓬向排距理i=12lmni,豎向行距”呂Clntnu豎向端距拘冗nm試選G級螺栓規(guī)札解螺栓群中受力最大的點為X，二點的劇栓，1點螺栓所受的剪力那計算如下：站十痂十何x押十4應1鬥=1庁4叱加T=F=5計=37.W102%珂十宓f?40_玩+駙1640N=上=空=國兇S一用血俯冊隔=J/V(兀十叫十=6.62.+(13.7+15?(=46.57拘求所需螺栓直徑，首先宴確定E級螺栓的抗剪和祇壓強度垛計值。由附表1.4查得；尤=14曲加乳盤=貳、N仏則可分別由公式德刃和5囪求

11、出所需的螺栓直徑：受剪所需直徑必匕=Jm：；：=20.6-$算氓A43.14x1140蕨星所需直徑比色刃：=4%=191Sk305故取亞衛(wèi)昨的C發(fā)觀栓可滿足強度蓼耘團中螺栓排列構造均大干中距3亞酣咖，邊距加詡1曬符倉構造宴求。：3.5.3普通螺栓的受拉連接一、普通螺栓受拉的工作性能沿螺栓桿軸方向受拉時，一般很難做到拉力正好作用在螺桿軸線上，而是通過水平板件傳遞，如圖3.5.6所示。若與螺栓直接相連的翼緣板的剛度不是很大，由于翼緣的彎曲，使螺栓受到撬力的附加作用，桿力增加到：Nt=N+Q式中Q稱為撬力。撬力的大小與翼緣板厚度、螺桿直徑、螺栓位置、連接總厚度等因素有關，準確求值非常困難。為了簡化計

12、算，我國規(guī)范將螺栓的抗拉強度設計值降低20%來考慮撬力影響。例如4.6級普通螺栓（3號鋼做成），取抗拉強度設計值為：j：=0.8/=0-3215=這相當于考慮了撬力Q=0.25No一般來說，只要按構造要求取翼緣板厚度t20mm，而且螺栓距離b不要過大,這樣簡化處理是可靠的。如果翼緣板太薄時，可采用加勁肋加強翼緣，如圖3.5.7所示。二、單個普通螺栓的受拉承載力采用上述方法考慮撬力之后，單個螺栓的受拉承載力的設計值為:式中衛(wèi)栓有效截面積；比為螺紋處的有效直徑。由于竦奴呈傾斜方向螺栓愛拉時采用的直徑，旣環(huán)是扣去螺紋片的淨頁徑也不是全直徑與淨直徑的平均直徑幾，而是由下式計算的有鮫直徑；式中f対嫌級的

13、觀矩?-附表殆緒出了普通險栓按有朝直徑念算得的嫖栓浄哉面面積址即有效截面面積衛(wèi)J可直接查卑，三、普通螺栓群受拉1、栓群軸心受拉圖3.5.8示栓群軸心受拉，由于垂直于連接板的助板剛度很大，通常假定各個螺栓平均受拉，則連接所需的螺栓數為:團空工$蛭栓群重受軸心拉力2、栓群承受彎矩作用圖3.5.9所示為螺栓群在彎矩作用下的受拉連接（圖中的剪力V通過承托板傳遞）。按彈性設計法，在彎矩作用下,離中和軸越遠的螺栓所受拉力越大，而壓力則由部分受壓的端板承受，設中和軸至端板受壓邊緣的距離為c（圖3.5.9c）。這種連接的受力有如下特點：受拉螺栓截面只是孤立的幾個螺栓點；而端板受壓區(qū)則是寬度較大的實體矩形截面（

14、圖3.5.9b、c）。當計算其形心位置作為中和軸時，所求得的端板受壓區(qū)高度c總是很小，中和軸通常在彎矩指向一側最外排螺栓附近的某個位置。因此,實際計算時可近似地取中和軸位于最下排螺栓0處，即認為連接變形為繞0處水平軸轉動，螺栓拉力與0點算起的縱坐標y成正比。在對0點水平軸列彎矩平衡方程時，偏安全地忽略了力臂很小的端板受壓區(qū)部分的力矩。君慮到；用H=陰伽=鞏切=-=呻兀貝|：必=嗎戸+陰必+伺X+-宀叫耳=的卜；）弭十例詔旳應十十陽y曲十十的f%衣=的心勵螺栓j的拉力為：x-=-/W諛計時荽求受力攝丈的最外排婢栓1的拉力環(huán)超過一噸螺栓的按扌立承載力設計值：3、栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉相當于連接

15、承受軸心拉力N和彎知M=Ne的聯(lián)合作用。按彈性設計法，根據偏心距的大小可能出現(xiàn)小偏心受拉和大偏心受拉兩種情況。働洌）3.10戦栓群偏怙竟拉（1）小偏心受拉當偏心較小時，所有螺栓均承受拉力作用，端板與柱翼緣有分離趨勢，故在計算時軸心拉力N由各螺栓均勻承受；彎矩M則引起以螺栓群形心O為中和軸的三角形內力分布（圖3.5.10a、b）,使上部螺栓受拉，下部螺栓受壓；疊加后全部螺栓均受拉?？赏瞥鲎畲?、最小受力螺栓的拉力和滿足設計要求的公式如下（yi均自O點算起）：甌N護+7V即J琳蘭N；%=N仏-陶詁琢0胚51賢）式中厲一一幌栓群形芯軸至觀栓的最丸距離i販形嗆軸上:“下各螺桂至嵌胃軸矩離的平方和，式（3

16、.5.15-式使甲條件，由此式可得昭血=o時的偏&距刼心鞏）*s=-=瓏血血肯蛭栓有效截n曲組成的核矗甌則當時為小偏心受拉。（2）大偏心受拉當偏心距e較大討,即戸=涼畑時，.在端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)圖3.5.100仿武C3.5.U）近似并僦安全取中利軸位干懾下排螟栓處,按相似步驟列對口點的誓矩平衡方程，可得它刑必自y點算起，還上排爛栓1的拉力最大hNJ陷=兒=nJ捏=NJ=NK+N述+十Ny宀+Nm珂瑪叫+何山丫+（弘第=的2用？叫二補冋：N=NbyJ為?金皿&.：.5.16）517M3-7圖2511為一刪接屋架下弦辛點，豎向力由承托承受c螺栓為C級，只承受偏心拉力。設=300kN,LOGim螺

17、栓布置如圖3戈11(a)所示。試求所需的C級螺栓規(guī)格.解竦栓有嫩截面的核卍距：宓4況&+1導+加乍?=11氐說1OOfflSff?即12x25即偏芯力件用在核心葩以內，屬小偏心受拉圏琪應由式(3j.l5d)計爲N300300 xl0.x25?N=I-Y=十11廠=46.4W用即：124減(銅+1寧十附*)需宴的有效面積,46.4x103170=273mmJ由附表查得M兀爛栓的有救網積A_=知加273mm5,故采用CM20螺栓。顯弦連接的布置滿足構造要求。3.5.4普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用大量的試驗研究結果表明，同時承受剪力和拉力作用的普通螺栓(圖3.5.12)有兩種可能破壞形式：一是螺栓

18、桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。廚3怎埠：竝一剪聯(lián)合作用的蛭栓圖3工丄剪力和拉力的相其曲銭于是，規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應分別符合下列公式的要求:驗算剪1拉作月:驗算孔壁滾壓：(3.5.1ED式中叫r訊一一一個竭栓所承受的剪力和拉力設計值；代、一一一亍螺栓的螺桿抗剪和杭拉承載力謨計值:嗽一個螺栓的孔壁承壓載力設計值。3-83.5.14示一瘵受翔扌立力的螺栓連撰c已知械連板件的厚度均20,鋼材均為QD5EI,已知斜拉丈I的二分力并別300kN川切間，偏心滬mm,螺栓采用等距離布置，行距為訶，塢距拘冗mm,共諼兩排C級螺栓試選擇螺栓規(guī)格。3.5.14例遺乩E國解栓群有玻截面的核吧距劃討4K(152x152x252)”十，innp=-=11.7c?ti=11了用？71e=l20mm即112x25戰(zhàn)按犬偏応求解螺栓中的