鋼結(jié)構(gòu)課件-上交電子教案

鋼結(jié)構(gòu)課件-上交抗剪連接——板件之間有相互錯(cuò)動(dòng)的趨勢抗拉連接——板件之間有相互脫開的趨勢1/13/20232螺栓的排列分為并列和錯(cuò)列兩種形式。并列：比較簡單整齊，布置緊湊，連接板尺寸小，螺栓孔對構(gòu)件截面削弱較大。錯(cuò)列：可以減小對截面的削弱，但螺栓排列松散，連接板尺寸較大。B錯(cuò)列A并列中距中距邊距邊距端距1/13/20233螺栓排列考慮的因素：

受力要求

垂直于受力方向：受拉構(gòu)件各排螺栓的中距及邊距不能過小，以免螺孔導(dǎo)致鋼板截面削弱過多，降低其承載能力。在順力作用方向：端距應(yīng)按被連接件材料的抗擠壓及抗剪切等強(qiáng)度條件確定，以使鋼板在端部不致被螺栓沖剪破壞，端距不應(yīng)小于2d0；中距不宜過大，否則被連接板件間容易發(fā)生鼓曲現(xiàn)象。構(gòu)造要求

中距及邊距不宜過大，否則連接板件間不能緊密貼合，潮氣侵入縫隙使鋼材銹蝕。施工要求

保證一定空間，便于打錨和采用扳手?jǐn)Q緊螺帽。根據(jù)扳手尺寸和工人的施工經(jīng)驗(yàn)、規(guī)定最小中距為3d0。1/13/20234螺栓的最大、最小容許距離1/13/20235螺栓的構(gòu)造要求：①為連接可靠，連接的一端永久螺栓不得少于兩個(gè)；②對承受動(dòng)力荷載的，必須要求防螺栓松動(dòng)措施，如加彈簧墊圈、焊死螺帽和螺桿；③C級(jí)螺栓有較大孔隙，只適用于桿軸方向受拉的連接；④采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行拼接，為保證摩擦面緊密貼合，不采用型鋼，而采用鋼板；⑤沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板，應(yīng)采取增強(qiáng)剛度的措施。1/13/20236第二節(jié)普通螺栓連接的性能和計(jì)算抗剪連接的工作性能

抗剪連接是最常見的螺栓連接?？辜粼囼?yàn)可得試件上a、b兩點(diǎn)間的相對位移δ與作用力N的關(guān)系曲線。試件由零載一直加載至連接破壞的全過程，經(jīng)歷三個(gè)階段。abNN/2N/21/13/20237(1)摩擦傳力彈性階段

O1斜直線段：加荷之初，連接中剪力較小，荷載靠板件間接觸面的摩擦力傳遞，螺栓桿與孔壁間的間隙保持不變，處于彈性階段，板件間摩擦力大小取決于擰緊螺帽時(shí)螺桿中的初始拉力、板面處理方式，普通螺栓的初應(yīng)力很小。此階段很短，可略去不計(jì)。(2)相對滑移階段12水平線段：荷載增大，剪力達(dá)到摩擦力最大值，板件間產(chǎn)生相對滑移，其最大滑移量為螺栓桿與孔壁之間的間隙，直至螺栓桿與孔壁接觸。1/13/20238(3)彈塑性階段荷載繼續(xù)增加，連接所承受的外力主要靠螺栓與孔壁接觸傳遞。螺栓桿除主要受剪力外，還承受彎矩和軸向拉力，孔壁受到擠壓。螺桿的伸長受到螺帽的約束，增大了板件間的壓緊力，使板件間的摩擦力隨之增大，所以曲線呈上升狀態(tài)。達(dá)到“3”點(diǎn)時(shí)，螺栓或連接板達(dá)到彈性極限。(4)破壞階段荷載繼續(xù)增加，此階段即使給荷載很小的增量，連接的剪切變形也迅速加大，直到連接的最后破壞。曲線的最高點(diǎn)“4”所對應(yīng)的荷載即為普通螺栓連接的極限荷載。1/13/20239①栓桿直徑較小時(shí)，栓桿可能先被剪斷；單個(gè)螺栓的破壞形式②栓桿直徑較大、板件較薄時(shí)，板件可能先被擠壞，這種破壞叫做螺栓承壓破壞；③板件截面可能因螺栓孔消弱截面太多而被拉斷；N/2NN/2NNNN以上三種破壞形式通過強(qiáng)度計(jì)算避免。1/13/202310措施：栓桿長度不應(yīng)大于5d0④端距太小，端距范圍內(nèi)的板件有可能被栓桿沖剪破壞NN⑤栓桿彎曲破壞N/2NN/2措施：端距不應(yīng)小于2dO以上兩種破壞形式通過構(gòu)造避免。1/13/202311單螺栓承載力設(shè)計(jì)值∑t—連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。fcb—螺栓孔壁承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；單螺栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：dnv—剪切面數(shù)目；d—螺栓桿直徑；fvb—螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；N/2NN/21/13/202312剪切面數(shù)目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/21/13/202313普通螺栓群抗剪連接計(jì)算：軸心力N/2Nl1N/2平均值螺栓的內(nèi)力分布當(dāng)l1≤15d0(d0為孔徑)時(shí)，假定N由各螺栓均勻承擔(dān)。螺栓群承受軸心剪力時(shí)，螺栓群在長度方向各螺栓受力不均勻，兩端大，中間小。當(dāng)沿受力方向的連接長度≤15d0時(shí)，連接工作進(jìn)入彈塑性階段后，內(nèi)力發(fā)生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐漸均勻。1/13/202314當(dāng)l1＞l5d0后，各螺桿所受內(nèi)力不易均勻，端部螺栓首先達(dá)到極限強(qiáng)度而破壞，隨后由外向里依次破壞。為防止端部螺栓提前破壞，當(dāng)l1＞l5d0時(shí)，螺栓的抗剪和承壓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以折減系數(shù)η予以降低：普通螺栓群長連接螺栓數(shù)確定：1/13/202315普通螺栓群軸心受剪的計(jì)算流程1/13/2023163401/13/20231712012050503401/13/202318普通螺栓群偏心力受剪F作用下：FeTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下：2個(gè)假定①連接件為絕對剛體，螺栓為彈性體②T作用下螺栓所受剪力與距形心的距離成正比1/13/202319TxyN1TN1TxN1Tyr111/13/202320TxyN1TN1TxN1Tyr111/13/202321螺栓1的強(qiáng)度驗(yàn)算公式為:當(dāng)螺栓布置比較狹長(如y1≥3x1)時(shí),可令:xi=0，則N1Ty=01/13/20232250501001001/13/2023231/13/2023241/13/2023251、破壞形式：單普通螺栓抗拉連接栓桿被拉斷2、單個(gè)普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值式中：Ae--螺栓的有效截面面積；de--螺栓的有效直徑；

ftb--螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。1/13/202326公式的兩點(diǎn)說明：a、螺栓的有效截面面積Ae因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。篸edndmd有效直徑凈直徑平均直徑最大直徑1/13/202327b、螺栓的抗拉強(qiáng)度ftb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）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。影響撬力的因素較多，大小難確定，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）。1/13/202328受軸心拉力普通螺栓群的設(shè)計(jì)N假定各螺栓受力均勻！1/13/202329普通螺栓群彎矩受拉計(jì)算M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸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。M刨平頂緊承托(板)VV：承托板承受，M：螺栓群承受1/13/202330假定2：‘1’號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸假定1、2：1/13/2023311/13/202332普通螺栓群在偏心拉力作用可采用偏于安全的設(shè)計(jì)方法，即疊加法。刨平頂緊承托(板)Fe1234FMN1FFy1N1MN2MN3MM=F?eN4M1/13/202333小偏心受拉，螺栓全部受拉，e和yi均從形心O處取值。大偏心受拉，下（最外部）螺栓受壓，e和yi均從最下排（最外部）螺栓處取值。1/13/202334例題：如下圖所示螺栓群連接，豎直向力由承托板承受，連接只承受偏心水平拉力，拉力設(shè)計(jì)值為N=250kN，偏心距e=100mm，螺栓布置如圖，試選用合適的螺栓。1/13/202335解：連接屬于小偏心受拉：單螺栓有效截面面積：選用螺栓的規(guī)格為M20，其有效截面為Ae=245mm2。查表得ftb=170N/mm21/13/202336拉、剪聯(lián)合作用破壞形式a、螺桿受剪兼受拉破壞b、孔壁承壓破壞eM=NeVN為防止螺桿受剪兼受拉破壞，應(yīng)滿足：為防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：011ab四分之一圓：園內(nèi)安全、園外破壞實(shí)際承受荷載理論能承受荷載1/13/202337例如圖示螺栓連接，采用M20，承受設(shè)計(jì)荷載V=250kN，e=120mm，螺栓為C級(jí)（布置如圖），結(jié)構(gòu)為Q235B鋼材，試按考慮承托板傳遞全部V（此時(shí)hf=10mm）和不承受V兩種情況驗(yàn)算此連接。N1tN2tN3tN4ty1y1y2y1y31/13/202338解：1.承托板傳遞全部剪力V,螺栓群受彎矩作用（1）單個(gè)螺栓抗拉承載力（2）單個(gè)螺栓最大拉力（3）承托焊縫驗(yàn)算1/13/2023392.不考慮承托傳遞剪力V（2）一個(gè)螺栓受力（1）一個(gè)螺栓承載力（3）螺栓驗(yàn)算1/13/202340第三節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算摩擦型高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P摩擦型連接是依靠被連接件之間的摩擦力傳遞內(nèi)力，以荷載設(shè)計(jì)值引起的剪力不超過摩擦阻力為設(shè)計(jì)原則。影響高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接承載力的因素：螺栓的預(yù)拉力P、摩擦面的抗滑移系數(shù)μ、鋼材種類。高強(qiáng)度螺栓：摩擦型、承壓型1/13/202341

（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓預(yù)應(yīng)力P施加基本思路：擰緊螺帽、使螺桿受拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而對連接板件壓緊。1/13/202342初擰:用普通扳手?jǐn)Q至不動(dòng)，使板件貼緊密；預(yù)拉力施加方法：大六角頭螺栓

a、轉(zhuǎn)角法終擰:初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動(dòng)扳手再擰過一定的角度，一般為120o-240o完成終擰。預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰；簡單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大b、扭矩法初擰:用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%～50%，使板件貼緊終擰:初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。1/13/202343C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）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)。施工簡單、技術(shù)要求低、易實(shí)施、質(zhì)量易保證等預(yù)拉力施加方法：扭剪型螺栓1/13/202344預(yù)拉力P的確定P根據(jù)螺桿的有效抗拉強(qiáng)度確定：考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.9；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；考慮擰緊螺帽時(shí)螺桿上產(chǎn)生的扭矩對螺桿的不利影響1.2附加安全系數(shù)0.9。系數(shù)的確定：1/13/202345抗滑移系數(shù)μ與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號(hào)有關(guān)；抗滑移系數(shù)μ的確定注意：鋼材表面涂紅丹后μ＜0.15，環(huán)境潮濕也降低μ，因此嚴(yán)格禁止鋼材表面涂紅丹及雨天施工。1/13/202346高強(qiáng)度螺栓NδO1234abNN/2N/2高強(qiáng)度螺栓抗剪連接工作性能1/13/202347a、摩擦型高強(qiáng)度螺栓：設(shè)計(jì)原則：通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力高強(qiáng)度螺栓NδO1234抗剪連接單栓承載力式中：0.9—抗力分項(xiàng)系數(shù)γR的倒數(shù)(γR=1.111)；nf—傳力摩擦面數(shù)目；μ--摩擦面抗滑移系數(shù)；P—預(yù)拉力設(shè)計(jì)值。要求：處理表面、限制溫度。1/13/202348b、承壓型高強(qiáng)度螺栓：設(shè)計(jì)原則：容許接觸面相對滑動(dòng)，以連接破壞為準(zhǔn)則。高強(qiáng)度螺栓NδO1234要求：清理表面。單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：1/13/202349a、摩擦型高強(qiáng)度螺栓單栓承載力b、承壓型高強(qiáng)度螺栓高強(qiáng)度螺栓抗拉連接當(dāng)外拉力大于預(yù)應(yīng)力時(shí)，卸荷后螺桿中的預(yù)應(yīng)力變小，發(fā)生螺桿松弛現(xiàn)象，當(dāng)外拉力小于預(yù)應(yīng)力的80%時(shí)，無松弛現(xiàn)象。1/13/202350高強(qiáng)度螺栓同時(shí)受拉（軸心）、剪力單個(gè)螺栓所受的剪力：NV單個(gè)螺栓所受的拉力：1234NVN作用下V作用下高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接單個(gè)螺栓所受的拉力、剪力驗(yàn)算：或1/13/202351高強(qiáng)度螺栓承壓型連接為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：系數(shù)1.2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)。螺栓承受剪力、拉力驗(yàn)算：1/13/2023521/13/202353高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算軸心力作用對于摩擦型連接：對于承壓型連接：NN假定各螺栓受力均勻，所需螺栓數(shù)：在受剪、受拉共同作用下的計(jì)算與普通螺栓相同，但采用高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算！1/13/202354例：設(shè)計(jì)一雙蓋板拼接的連接，鋼材為Q235B，高強(qiáng)度螺栓采用M20，8.8級(jí)，拼接的鋼板厚為20mm，蓋板厚為12mm，連接承受的荷載為軸心拉力N=800kN，試分別采用摩擦型（表面采用噴砂后生赤銹處理）和承壓型設(shè)計(jì)。1/13/202355解：查得8.8級(jí)，M20高強(qiáng)螺栓P=125kN，μ=0.45一個(gè)螺栓受剪承載力一側(cè)所需螺栓數(shù)n:取9個(gè)（1）采用摩擦型連接1/13/202356承載力設(shè)計(jì)值⑶一側(cè)所需螺栓數(shù)n:取6個(gè)（2）采用承壓型連接1/13/202357螺栓布置圖1/13/20235850501001001/13/2023591/13/202360高強(qiáng)度螺栓群的抗拉a、軸心力作用Nb、彎矩作用下假定