鋼結(jié)構(gòu)普通螺栓連接設(shè)計

1、普通螺栓第五節(jié)普通螺栓連接設(shè)計復習性能等級的含義：5表示fu≥500N/mm2,0.6表示fy/fu=0.6如5.6級由45號、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理45號－8.8級；40B和20MnTiB－10.9級2、高強度螺栓連接

大六角頭螺栓

扭剪型螺栓1

2341-螺栓；2-墊圈；3-螺母；4-螺絲;5-槽口1

435高強度螺栓分類：

根據(jù)確定承載力極限的原則不同，分為高強度螺栓摩擦型連接和高強度螺栓承壓型連接。傳力途徑：

摩擦型——依靠被連板件間摩擦力傳力，以摩擦阻力被克服作為設(shè)計準則。承壓型——依靠螺栓桿與孔壁承壓傳力，以螺栓桿被剪壞或孔壁被壓壞作為承載能力極限狀態(tài)（破壞時的極限承載力）?？讖剑耗Σ列瓦B接的高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大1.5-2.0mm；承壓型連接的高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大1.0-1.5mm。一、普通螺栓連接構(gòu)造2.螺栓排列螺栓的排列應簡單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。

排列的方式通常分為并列和錯列兩種形式。并列端距中距邊距中距邊距錯列端距邊距邊距中距≥3d01.最少螺栓數(shù)要求每一桿件在節(jié)點上以及拼接接頭一端，螺栓數(shù)目不宜少于2個。并列——簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對構(gòu)件截面的削弱較大。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。螺栓排列的要求（1）受力要求在垂直于受力方向：對于受拉構(gòu)件，各排螺栓的中距及邊距不能過小，以免使螺栓周圍應力集中相互影響，且使鋼板的截面削弱過多，降低其承載能力。平行于受力方向：端距應按被連接鋼板抗擠壓及抗剪切等強度條件確定，以便鋼板在端部不致被螺栓沖剪撕裂，規(guī)范規(guī)定端距不應小于2d0；受壓構(gòu)件上的中距不宜過大，否則在被連接板件間容易發(fā)生鼓曲現(xiàn)象。因此規(guī)范從受力的角度規(guī)定了最大和最小容許間距（2）構(gòu)造要求邊距和中距不宜過大，中距過大，連接板件間不密實，潮氣容易侵入，造成板件銹蝕.規(guī)范規(guī)定了螺栓的最大容許間距（3）施工要求要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動扳手，擰緊螺母。因此規(guī)范規(guī)定了螺栓的最小容許間距。端距端距中距邊距中距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距并列并列螺栓或鉚釘?shù)淖畲?、最小容許距離1.2d0其他螺栓或鉚釘高強度螺栓軋制邊自動精密氣割或鋸割邊1.5d0剪切邊或手工氣割邊垂直內(nèi)力方向2d04d0或8t順內(nèi)力方向中心至構(gòu)件邊緣距離沿對角線方向16d0或24t拉力12d0或18t壓力順內(nèi)力方向16d0或24t垂直內(nèi)力方向中間排3d08d0或12t外排（垂直內(nèi)力方向或順內(nèi)力方向）中心間距最小容許距離最大容許距離（取兩者中的小值）位置和方向名稱注：(1)d0為螺栓孔或鉚釘孔直徑，t為外層較薄板件的厚度；

(2)鋼板邊緣與剛性構(gòu)件(如角鋼、槽鋼等)相連的螺栓或鉚釘?shù)淖畲箝g距，可按中間排的數(shù)值采用。三、

螺栓連接的構(gòu)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(jù)不同情況尚應滿足下列構(gòu)造要求：（1）為了證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端，永久螺栓不宜少于兩個，但組合構(gòu)件的綴條除外。（2）直接承受動荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動。（3）C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，可用于抗剪連接情況有：承受靜載或間接動載的次要連接；承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；臨時固定構(gòu)件的安裝連接。（4）型鋼構(gòu)件拼接采用高強螺栓連接時，為保證接觸面緊密，應采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件。四、普通螺栓的抗剪連接計算

1、抗剪連接工作性能工作性能對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移δ和作用力N的關(guān)系曲線，由此曲線可看出，抗剪螺栓受力經(jīng)歷了四個階段。NN/2N/2ba012341234Nδ普通螺栓高強度螺栓①摩擦傳力的彈性階段(0-1段)

直線段—連接處于彈性工作階段；由于對普通螺栓板件間摩擦力較小，故此該階段很短，可略去不計。②滑移階段(1-2段)水平段—摩擦力被克服后，板件間突然產(chǎn)生相對滑移，最大滑移量為栓桿和孔壁之間的間隙。③栓桿直接傳力的彈性階段(2-3段)曲線上升段——該階段主要靠栓桿與孔壁接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁則受到擠壓。由于連接材料的彈性以及栓桿拉力增加所導致的板件間摩擦力的增大，N-δ關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。④彈塑性階段(3-4段)荷載繼續(xù)增加，剪切變形迅速加大，直到連接最后破壞。曲線的最高點“4”所對應的荷載即為普通螺栓抗剪連接的極限荷載。2、抗剪連接的破壞形式①栓桿被剪壞破壞條件：栓桿直徑較小而板件較厚時NN②較薄的連接板被擠壓破壞破壞條件：栓桿直徑較大而板件較薄時NN③板件被拉（壓）斷破壞條件：截面削弱過多時NN由于拴桿和扳件的擠壓是相對的，故也常把這種破壞叫做螺栓承壓破壞。④板件端部被剪壞破壞條件：端矩a過小時構(gòu)造保證措施：端矩不應小于2d0aNN⑤栓桿彎曲破壞破壞條件：螺栓桿過長時構(gòu)造保證措施：栓桿長度不應大于5d前三種破壞形式通過計算解決，后兩種則通過構(gòu)造要求保證。第③種破壞屬于構(gòu)件強度破壞，因此，抗剪螺栓連接的計算只考慮①和②兩種形式破壞。N/2NN/23.單個普通螺栓的抗剪承載力計算

由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓（即螺栓承壓）兩種情況。（1）假定螺栓受剪面上的剪應力均勻分布，一個螺栓的受剪承載力設(shè)計值為：式中：nv

——受剪面數(shù)目，單剪=1；雙剪=2。

d——螺栓桿公稱直徑；

fvb

——螺栓的抗剪強度設(shè)計值，見附錄1中的附表1.3NN/2N/2t2t1t3NNt2t1d單個螺栓的承壓承載力設(shè)計值為：式中∑t—同一受力方向的承壓構(gòu)件的較小總厚度；

—承壓強度設(shè)計值，見附錄1中的附表1.3。對雙剪：取t1與t2+t3中較小者對單剪：取t1與t2中較小者一個普通螺栓的抗剪承載力設(shè)計值：4.普通螺栓群的抗剪承載力計算(1)普通螺栓群軸心受剪試驗證明,栓群在軸心受剪時，長度方向上各螺栓的受力并不均勻，而是兩端大,中間小。l1NN/2N/2平均值圖3.7.2當l1≤15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力發(fā)生重分布，各螺栓受力趨于相同，故設(shè)計時假定N由各螺栓平均分擔。即連接所需螺栓數(shù)為：當l1>15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力發(fā)生重分布,各螺栓受力也難以均勻，而是端部螺栓首先達到極限強度而破壞，然后依次向里破壞。由試驗可得連接的抗剪強度折減系數(shù)η與l1/d0的關(guān)系曲線，我國規(guī)范規(guī)定：因此，對普通螺栓的長列連接，所需抗剪栓數(shù)為：當時，當時，以上折減系數(shù)同樣適用于高強度螺栓或鉚釘?shù)拈L列連接。F作用下每個螺栓平均受力，則

(2)普通螺栓群偏心受剪eF=F+TOr1x1y1y2N1TxN1TyN1TNt21F作用扭矩T作用栓群在扭矩T=Fe作用下，每個螺栓均受剪，按彈性設(shè)計法計算的基本假設(shè)如下：①連接件絕對剛性,螺栓彈性；②連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓所受剪力大小與該螺栓至形心距離ri成正比，方向則與它和形心的連線垂直?！?”號螺栓距形心最遠，因此，其所受剪力最大。計算公式推導如下：設(shè)各螺栓至螺栓群形心O的距離為r1

、r2

、r3…，rn，各螺栓承受的分力分別為N1T、N2T、N3T…，

NnT，根據(jù)平衡條件得：

栓釘受力大小與其到形心的距離成正比，則：故得螺栓i因力矩T而產(chǎn)生的剪力為：在扭矩T作用下的剪力在x、y軸方向的分量：受力最大螺栓“1”所受的合力為:如果y1≥3x1，則可假定xi=0

，由此得N1Ty=0，則計算式為：

五、普通螺栓的抗拉連接計算1.單個普通螺栓的抗拉承載力受拉螺栓的撬力連接剛度對受拉螺栓的影響普通螺栓抗拉強度設(shè)計值只取為螺栓鋼材抗拉強度設(shè)計值的0.8倍.單個抗拉螺栓的承載力設(shè)計值為:式中de、Ae——螺栓的有效直徑和有效截面面積，要考慮螺紋的影響，見附錄8中的附表8.1；—螺栓抗拉強度設(shè)計值。

2.普通螺栓群軸心受拉計算當外力通過螺栓群形心時,一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：式中：

Ntb為一個螺栓的抗拉承載力設(shè)計值在彎矩M作用下，被連接件有順彎矩M作用方向旋轉(zhuǎn)的趨勢，因此螺栓受拉。N螺栓群偏心受拉相當于連接承受軸心拉力N和彎矩M＝Ne的聯(lián)合作用。技彈性設(shè)計法，根據(jù)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。V由承托承擔大偏心受拉y1’y2’y3’NN1N2N3O’中和軸受壓區(qū)e’小偏心受拉VMN刨平頂緊承托（板）e旋轉(zhuǎn)中心NmaxN2N3Nmin>0Ny2y2y1y1cOe3.普通螺栓群偏心受拉（軸心力和彎矩共同作用）計算:剪力V直接通過承托板傳遞，螺栓受軸心力和彎矩作用

，底排與頂排螺栓受力分別為最小和最大：，式中n——連接中螺栓總個數(shù)；y1——“1”號即頂排螺栓到旋轉(zhuǎn)軸的距離；yn——“n”號即底排螺栓到旋轉(zhuǎn)軸的距離；yi——“i”號螺栓到旋轉(zhuǎn)軸的距離；當由上式算得的Nmin≥0時，說明所有螺栓均受拉，構(gòu)件繞栓釘群形心軸旋轉(zhuǎn)，此時應驗算滿足條件：

以上是當彎矩M較小時，小偏心情況的計算公式計算就會出現(xiàn)Nmin<0的情況，表示該連接的下部螺栓受壓，而這是不可能的.這時應按構(gòu)件繞底排螺栓連線軸z’一z’轉(zhuǎn)動，即按大偏心計算。e’—軸心力N到底排螺栓連線軸的距離；—頂排螺栓到底排螺栓連線軸的距離，—連接中所有螺栓到旋轉(zhuǎn)軸(底排螺栓連線軸)的距離平方和

由此可見，對于普通螺栓連接，在軸心力和彎矩共同作用下的計算，應需判斷是小偏心、還是大偏心，然后按有關(guān)公式驗算危險螺栓受力是否安全:大偏心時連接的受力有如下特點:①受拉螺栓截面只是孤立的幾個螺栓點;②端板受壓區(qū)則是寬度較大、高度較小的實體矩形截面，其中和軸通常在彎矩指向一側(cè)最外排螺栓附近的某個位置。實際計算時可近似地取中和軸位于最下排螺栓處，偏安全地忽略力臂很小的端板受壓區(qū)部分的力矩而只考慮受拉螺栓部分。當無軸心力N而只有彎矩M作用時，是這種連接的一個特例，肯定屬于大偏心的情況，。六、普通螺栓受剪力和拉力聯(lián)合作用的連接計算

同時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。試驗研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨作用的承載力，所得的相關(guān)關(guān)系近似為圓曲線，如圖所示。剪——拉同時作用的相關(guān)曲線00.51.01.00.5NvNvbNtNtbNVe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：

孔壁承壓的計算式應為NVb——一個螺栓的螺桿抗剪承載力設(shè)計值。Ncb——一個螺栓孔壁承壓承載力設(shè)計值Ntb——一個螺栓的螺桿抗拉承載力設(shè)計值。Nv

、Nt——一個螺栓所承受的剪力和拉力設(shè)計值。第六節(jié)高強度螺栓連接設(shè)計

一、高強度螺栓預拉力控制

高強度螺栓的預拉力是在安裝螺栓時通過擰緊螺帽來實現(xiàn)的，高強螺栓分為大六角頭型和扭剪型兩種。大六角頭螺栓1

2341-螺栓；2-墊圈；3-螺母；4-螺絲扭剪型螺栓螺栓墊圈螺母扭矩法:采用可直接顯示扭矩的特制扳手，通過控制擰緊力矩來控制預拉力，施加的施工扭矩是根據(jù)計算確定的。扭矩法的優(yōu)點是較簡單、易實施、費用低，缺點是所得的預拉力值誤差大且分散，一般誤差為25%左右。大角頭型高強度螺栓擰緊方法分扭矩法和扭角法，具體采用什么方法，應根據(jù)施工條件、施工經(jīng)驗確定。扭角法是先用扳手將螺母初擰到一定扭矩(該扭矩值由試驗決定)，然后再復擰一次，復擰的控制扭矩與初擰扭矩相同，終擰時將螺母再轉(zhuǎn)動一個角度，螺栓即可達到預定的預拉值。扭剪型螺栓螺栓墊圈螺母扭剪型高強度螺栓擰緊方法是擰掉栓梅花頭，即扭剪法。扭剪法:施加預拉力的方法是用特殊的扳手，該扳手有兩個套頭，分別套在螺母和螺栓的十二角體上，施加方向相反的扭矩，擰至斷頸槽處剪斷為止。扭剪型高強螺栓的受力特征與一般高強螺栓相同，施加預拉力簡單、準確。高強螺栓的預拉力設(shè)計值P為：式中：系數(shù)1.2——考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強度的降低；Ae——螺紋處有效截面積；fu——高強度螺栓經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度，對8.8級，fu=830N/mm2，對10.9級，fu=1040N/mm2；0.9:考慮抗力的變異等影響;0.9:是以抗拉強度為準引入的附加安全系數(shù);0.9:考慮施加預拉力時的超張拉。高強度螺栓采用高強度鋼經(jīng)熱處理做成，無明顯屈服點。確定螺栓中設(shè)計預拉力值時，應使栓桿中的拉應力接近所用鋼材的抗拉強度，以獲得較大的經(jīng)濟效益。一個高強度螺栓的設(shè)計預拉力P把有關(guān)數(shù)據(jù)代人上式.并按5kN的模數(shù)取整.即得表3,6所示常用直徑高強度螺栓的設(shè)計預拉力P值，供設(shè)計時直接選用。

注:施加預拉力時，栓桿中的預拉力應接近螺栓所用材料的屈服強度，效果才好。因預拉力有損失，所以要超張拉5%-10%，但超張拉有可能使栓桿中的應力超過fy，從而引起塑性變形，而降低預拉力。二.高強度螺栓連接構(gòu)造普通螺栓連接構(gòu)造要求一般也適用于高強度螺栓,但高強度螺栓連接構(gòu)造也有特殊的要求：1.最少螺栓數(shù)的要求：高強度螺栓最好每一接頭至少3個.2.高強度螺栓的排列要求：與普通螺栓的相同。每個高強度螺栓的有效接觸面范圍約為3do，故不分軋制邊和切割邊，其最小邊距一律取1.5d0。其他尺寸規(guī)定也符合每個摩擦型高強度螺栓的接觸面范圍約為3do的要求。3.高強度螺栓孔應采用鉆成孔，不得采用沖成孔。因沖成孔邊緣有翻邊現(xiàn)象，使板間壓不緊，且易有細裂紋，使疲勞強度降低。在高強度螺栓連接范圍內(nèi)，構(gòu)件接觸面的處理方法應在施工圖中說明。在不同板厚的連接處設(shè)置填板時，填板兩面均應做與母材相同的表面處理。承壓型連接的高強度螺栓的預拉力P應與摩擦型連接高強度螺栓相同。連接處構(gòu)件接觸面應清除油污及浮銹。三、高強度螺栓連接基本計算公式高強度螺栓抗剪連接工作性能受力過程與普通螺栓相似，也分為四個階段：摩擦傳力的彈性階段、滑移階段、栓桿傳力的彈性階段、彈塑性階段NN/2N/2ba012341234Nδ普通螺栓高強度螺栓但比較兩條N—δ曲線可知，由于高強度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個階段（0-1段）遠遠大于普通螺栓。通過1點后，連接產(chǎn)生了滑移，當栓