第3章 連接-7鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure第3章連接

Chapter3Connections焊縫連接螺栓連接主要內(nèi)容鋼結(jié)構(gòu)的連接對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算普通螺栓的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓的構(gòu)造和計(jì)算螺栓的排列和構(gòu)造要求普通螺栓的受剪連接普通螺栓的受拉連接剪－拉螺栓群的計(jì)算3.5.3普通螺栓的受拉連接1.普通螺栓受拉的工作性能b)試驗(yàn)證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范將螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值降低20％來考慮撬力的影響，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)值）。a)

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，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，螺栓有被撬開的趨勢(shì)（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。連接件剛度越小撬力越大。圖3.5.6受拉螺栓的撬力§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算c)

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，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。加勁肋圖3.5.7翼緣加強(qiáng)的措施2.單個(gè)普通螺栓受拉承載力（3.5.11）Ntb——單個(gè)螺栓抗拉承載力；Ae

——螺栓螺紋處的有效面積；de——螺栓有效直徑；附表9.2(P455)

ftb

——螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。ftb

＝0.8f假定拉應(yīng)力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，則一個(gè)拉力螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算dedndmd螺栓的有效截面面積因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?。骸?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算（1）栓群軸心受拉

當(dāng)外力通過螺栓群形心時(shí)，一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：（3.5.13）（3.5.11）3.普通螺栓群受拉N§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸(2）栓群承受彎矩作用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(duì)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成正比。§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸顯然‘1’號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大由力學(xué)及假定可得：§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：螺栓i的拉力:

即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算M1234圖3.5.10螺栓群偏心受拉刨平頂緊承托(板)NeV(3）栓群偏心受拉①小偏心受拉

當(dāng)M/N較小時(shí)，所有螺栓均承受拉力作用，構(gòu)件B繞螺栓群的形心O轉(zhuǎn)動(dòng)。螺栓群的最大和最小螺栓受力為：（3.5.15a）（3.5.15b）當(dāng)

Nmin>0

，e<ρ則表示所有螺栓受拉，螺栓群繞形心軸旋轉(zhuǎn)?！菟ㄓ行Ы孛娼M成的核心距②大偏心受拉

當(dāng)Nmin<0

時(shí)，由于M/N較大，e>ρ，構(gòu)件B繞A點(diǎn)（底排螺栓）旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，偏于安全取中和軸位于最下排螺栓O’處，受拉力最大的螺栓要求滿足：（3.5.16）§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算O’例3.14驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。N=349.5kN，M=17.475kN.m。M22，B級(jí)，鋼材Q235。單個(gè)螺栓抗拉承載力【解】支托505075757575

506010NM強(qiáng)度驗(yàn)算先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計(jì)例3.15

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4.6級(jí)，M22，孔徑24mm。NMoN1N=245kNa)N=245kNo’柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b)

計(jì)算模型可能為（a圖）或（b圖）。

a圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在螺栓群的形心處稱小偏心；b圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在端板上1號(hào)螺栓處，稱大偏心。

§3.5高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算[計(jì)算]

1.內(nèi)力計(jì)算N=245kN，e=13cm，M=Ne=245×13=3185kN.cm2.單個(gè)螺栓的抗拉承載力：查P383附表1.4，ftb=170N/mm2查P455附表9.2，Ae=303mm2（M22螺栓有效截面面積）

3.算危險(xiǎn)螺栓拉力一共6排螺栓，螺栓總數(shù)12，n=12

判斷大小偏心：§3.5高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算此連接屬大偏心受拉，構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。滿足N=245kNo’柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b)3.5.4剪－拉螺栓群的計(jì)算同時(shí)承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種可能破壞形式：一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。圖3.5.12剪－拉聯(lián)合作用的螺栓圖3.5.13剪力和拉力的相關(guān)曲線試驗(yàn)研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨(dú)作用的承載力，所得的相關(guān)關(guān)系近似為圓曲線?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算規(guī)范規(guī)定：同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應(yīng)分別符合下列公式的要求：

驗(yàn)算剪-拉聯(lián)合作用：（3.5.17）（3.5.18）驗(yàn)算孔壁承壓：Nvb——單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值；Ncb——單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值Ntb——單個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值；Nv

、Nt——單個(gè)螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計(jì)值?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算例3.16

驗(yàn)算如圖所示普通C級(jí)螺栓連接強(qiáng)度。螺栓M20，孔徑22mm，材料為Q235。

步驟1計(jì)算螺栓上的力

N=100×3/5=60kN

V=100×4/5=80kN

分析螺栓受力狀態(tài)荷載P通過螺栓截面形心O，分解后得剪力V和拉力N，螺栓處于既受拉又受剪的狀態(tài)。P=100kN543o[計(jì)算]Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN

步驟3用相關(guān)公式驗(yàn)算強(qiáng)度

步驟2計(jì)算螺栓抗拉、抗剪承載力設(shè)計(jì)值V=80N=60Nv=20kN＜Ncb=20×20×305×10-3=122kN滿足設(shè)計(jì)要求

Ntb=Aeftb=244.8×170×10-3=41.6kN

Nvb=nv×(d2/4)×fvb=1×3.14×202/4×130×10-3=31.9kN例3.17

驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。