第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接-螺栓連接

1、第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,按受力情況分為①剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓桿垂直于力線②拉力螺栓（抗拉螺栓）：螺栓桿平行于力線③既受剪又受拉的螺栓,螺栓的工作,第六節(jié) 螺栓連接的構(gòu)造,① 只受剪力,②只受拉力,③ 剪力+拉力,抗剪連接——板件之間有相互錯(cuò)動(dòng)的趨勢(shì)抗拉連接——板件之間有相互脫開(kāi)的趨勢(shì),螺栓的排列分為并列和錯(cuò)列兩種形式。并列：比較簡(jiǎn)單整齊，布置緊湊，連接板尺寸小，螺栓孔對(duì)構(gòu)件截面削弱較大。錯(cuò)列：可以減小對(duì)

2、截面的削弱，但螺栓排列松散，連接板尺寸較大。,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(guò)小，以免螺孔導(dǎo)致鋼板截面削弱過(guò)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(guò)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(guò)大，否則連接板件間不能緊密貼合，

3、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。,螺栓的最大、最小容許距離,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(duì)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

4、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。,第七節(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(jiàn)的螺栓連接?？辜粼囼?yàn)可得試件上a、b兩點(diǎn)間的相對(duì)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(guò)程，經(jīng)歷三個(gè)階段。,,(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

5、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(duì)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(duì)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。,,,(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(zhǎng)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

6、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(duì)應(yīng)的荷載即為普通螺栓連接的極限荷載。,,①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；,以上三種破壞形式通過(guò)

7、強(qiáng)度計(jì)算避免。,措施：栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于5d0,④端距太小，端距范圍內(nèi)的板件有可能被栓桿沖剪破壞,⑤栓桿彎曲破壞,措施：端距不應(yīng)小于2dO,以上兩種破壞形式通過(guò)構(gòu)造避免。,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：,nv—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；,剪切面數(shù)目nv,普通螺栓群抗剪連接計(jì)算：軸心力,當(dāng)l1≤1

8、5d0(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(zhǎng)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(zhǎng)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。,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

9、栓群長(zhǎng)連接螺栓數(shù)確定：,普通螺栓群軸心受剪的計(jì)算流程,普通螺栓群偏心力受剪,F作用下：,,T作用下：2個(gè)假定,①連接件為絕對(duì)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,螺栓1的強(qiáng)度驗(yàn)算公式為:,當(dāng)螺栓布置比較狹長(zhǎng)(如y1≥3x1)時(shí),可令:xi=0，則N1Ty=0,1、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

10、徑； ftb--螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,公式的兩點(diǎn)說(shuō)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?。?b、螺栓的抗拉強(qiáng)度f(wàn)tb,當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，螺栓有被撬開(kāi)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。,影響撬力的因素較多，大小難確定，規(guī)范采取簡(jiǎn)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）。,受軸心拉力普通螺栓

11、群的設(shè)計(jì),假定各螺栓受力均勻！,普通螺栓群彎矩受拉計(jì)算,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呈正比。,V：承托板承受， M：螺栓群承受,假定2：‘1’號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大,假定1、2：,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。,,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

12、，下（最外部）螺栓受壓，e和yi均從最下排（最外部）螺栓處取值。,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。,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/mm2,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,為防

13、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：,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,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。,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

14、）承托焊縫驗(yàn)算,2. 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,第八節(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(guò)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,（a）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓,預(yù)應(yīng)力P施加基

15、本思路：擰緊螺帽、使螺桿受拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而對(duì)連接板件壓緊。,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(zhǎng)扳手或電動(dòng)扳手再擰過(guò)一定的角度，一般為120o-240o完成終擰。,預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰；,簡(jiǎn)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

16、。,C、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(jiǎn)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,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(duì)螺桿的不利影響1.2,附加安全系數(shù)0.9。,系數(shù)的確定：,抗滑移系數(shù)μ與接

17、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。,高強(qiáng)度螺栓抗剪連接工作性能,a、摩擦型高強(qiáng)度螺栓：,設(shè)計(jì)原則：通過(guò)板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力,,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。,

18、b、承壓型高強(qiáng)度螺栓：,設(shè)計(jì)原則：容許接觸面相對(duì)滑動(dòng)，以連接破壞為準(zhǔn)則。,,要求：清理表面。,單栓抗剪承載力：,抗剪承載力：,承壓承載力：,a、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(wú)松弛現(xiàn)象。,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：,單個(gè)螺栓所受的拉力：,高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接,單個(gè)螺栓所受的

19、拉力、剪力驗(yàn)算：,或,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：,高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算,軸心力作用,對(duì)于摩擦型連接：,對(duì)于承壓型連接：,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！,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

20、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)。,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,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,螺栓布置圖,高強(qiáng)度螺栓群的抗拉,a、軸心力作用,b、彎矩作用下,假定連接的中和軸與螺栓群形

21、心軸重合,假定各螺栓均勻受力,因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：,c、偏心拉力作用下,偏心力作用下的高強(qiáng)度螺栓連接，螺栓最大拉力不應(yīng)大于0.8P，以保證板件緊密貼合，端板不會(huì)被拉開(kāi)，因此認(rèn)為中和軸在螺栓群形心上。所以摩擦型和承壓型均可采用以下方法（疊加法）計(jì)算:,高強(qiáng)度螺栓群受拉力、彎矩和剪力共同作用,摩擦型連接,1號(hào)螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述應(yīng)滿足：,單螺栓抗剪力,螺栓群剪力應(yīng)滿足：,承壓型連接,強(qiáng)度計(jì)算公式：,單個(gè)螺栓所受