第3章 連接-8鋼結(jié)構(gòu)

1、第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 焊縫連接焊縫連接 螺栓連接螺栓連接 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 鋼結(jié)構(gòu)的連接鋼結(jié)構(gòu)的連接 對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 角焊縫的構(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)算高強(qiáng)度螺栓的構(gòu)造和計(jì)算 高強(qiáng)度螺栓的工作性能和構(gòu)造要求高

2、強(qiáng)度螺栓的工作性能和構(gòu)造要求 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算 （受拉、受剪、受拉又受剪）（受拉、受剪、受拉又受剪） 高強(qiáng)度螺栓承壓型連接計(jì)算高強(qiáng)度螺栓承壓型連接計(jì)算 高強(qiáng)螺栓群連接的計(jì)算高強(qiáng)螺栓群連接的計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 3.6.1 高強(qiáng)度螺栓的工作性能和構(gòu)造要求高強(qiáng)度螺栓的工作性能和構(gòu)造要求 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級采用鋼材采用鋼材 8.8級級45號鋼、號鋼、40B鋼鋼 10.9級級20

3、MnTiB鋼、鋼、35VB鋼鋼 按材料分類按材料分類 按受力特征分類按受力特征分類 受力特征受力特征承載力極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài)安裝孔徑安裝孔徑應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn) 摩擦型摩擦型外力達(dá)到板件摩擦力外力達(dá)到板件摩擦力d0=d+1.52 剪切變形小，耐疲剪切變形小，耐疲 勞，動載下不易松動勞，動載下不易松動 承壓型承壓型 外力超過摩擦力外力超過摩擦力 栓桿受剪栓桿受剪 板件承壓板件承壓 d0=d+1.01. 5 承載力比摩擦型大，承載力比摩擦型大， 剪切變形大，一般不剪切變形大，一般不 用于直接動載情況用于直接動載情況 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 1.1.高

4、強(qiáng)度螺栓連接工作性能高強(qiáng)度螺栓連接工作性能 1) 1) 抗剪連接工作性能抗剪連接工作性能 由于高強(qiáng)度螺栓連接有較大的預(yù)拉力，從而使被由于高強(qiáng)度螺栓連接有較大的預(yù)拉力，從而使被 連接件中有很大的預(yù)壓力，當(dāng)連接受剪時(shí)，主要連接件中有很大的預(yù)壓力，當(dāng)連接受剪時(shí)，主要 依靠摩擦力傳力的高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力依靠摩擦力傳力的高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力 可達(dá)到可達(dá)到1 1點(diǎn)。通過點(diǎn)。通過1 1點(diǎn)后，連接產(chǎn)生了滑移，當(dāng)栓點(diǎn)后，連接產(chǎn)生了滑移，當(dāng)栓 桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞。桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞。 高強(qiáng)度高強(qiáng)度 螺栓螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓

5、普通螺栓 a b N N/2 N/2 對于對于高強(qiáng)度螺栓摩擦型高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，其破壞準(zhǔn)則為板連接，其破壞準(zhǔn)則為板 件發(fā)生相對滑移，因此其極限狀態(tài)為件發(fā)生相對滑移，因此其極限狀態(tài)為1 1點(diǎn)，所以點(diǎn)，所以 1 1點(diǎn)的承載力即為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的點(diǎn)的承載力即為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的 抗剪承載力?？辜舫休d力。 對于對于高強(qiáng)度螺栓承壓型高強(qiáng)度螺栓承壓型連接，允許接觸面發(fā)生相連接，允許接觸面發(fā)生相 對滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)對滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)4 4點(diǎn)，點(diǎn)， 所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計(jì)所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計(jì) 算方法與普通螺栓相

6、同。算方法與普通螺栓相同。 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 2 2）高強(qiáng)度螺栓的抗拉工作性能）高強(qiáng)度螺栓的抗拉工作性能 圖圖3.6.1 高強(qiáng)度螺栓受拉高強(qiáng)度螺栓受拉 P+ P C C a) b) 高強(qiáng)度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預(yù)拉力高強(qiáng)度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預(yù)拉力P，板層之，板層之 間則有壓力間則有壓力C，而，而P與與C維持平衡維持平衡C = P (狀態(tài)狀態(tài)a)。 加荷載拉力加荷載拉力Nt后，螺栓拉力從后，螺栓拉力從P增加了增加了 P，板件擠壓力則由，板件擠

7、壓力則由C減減 小了小了 C (狀態(tài)狀態(tài)b)。 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 300 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 300 Pf(kN)(kN) Nu u Nu u Nt (kN)(kN) Q Q 有橇力時(shí)的有橇力時(shí)的 螺栓破壞螺栓破壞 無橇力時(shí)的無橇力時(shí)的 螺栓破壞螺栓破壞 計(jì)算表明，當(dāng)螺桿的外拉力計(jì)算表明，當(dāng)螺桿的外拉力Nt為預(yù)拉力為預(yù)拉力P的的80時(shí)，螺桿內(nèi)的拉力增時(shí)，螺桿內(nèi)的拉力增 加很少，可以認(rèn)為此時(shí)螺桿的預(yù)拉力基本不變。加

8、很少，可以認(rèn)為此時(shí)螺桿的預(yù)拉力基本不變。 F 當(dāng)考慮橇力影響時(shí)，螺栓桿的拉力當(dāng)考慮橇力影響時(shí)，螺栓桿的拉力Pf 與與Nt的關(guān)系曲線如圖：的關(guān)系曲線如圖： F Nt0.5P時(shí)，橇力時(shí)，橇力Q=0； F Nt0.5P后，橇力后，橇力Q出現(xiàn)，增加速度出現(xiàn)，增加速度 先慢后快。先慢后快。 F 橇力橇力Q的存在導(dǎo)致連接的極限承載力的存在導(dǎo)致連接的極限承載力 由由Nu降至降至Nu。 F 所以，如設(shè)計(jì)時(shí)不考慮橇力的影響所以，如設(shè)計(jì)時(shí)不考慮橇力的影響, , 應(yīng)使應(yīng)使Nt0.5P或增加連接板件的剛度或增加連接板件的剛度 （如設(shè)加勁肋）（如設(shè)加勁肋）。 直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)外拉力不宜超過直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)外

9、拉力不宜超過0.5 P 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections （1 1）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法 2.2.高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造要求高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造要求 大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法有：大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法有： a. .力矩法力矩法 初擰初擰用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%50%，使板件貼緊密；，使板件貼緊密； 終擰終擰初擰基礎(chǔ)上，按初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。 特點(diǎn)：簡單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差

10、較大。特點(diǎn)：簡單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。 為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強(qiáng)度度螺栓的預(yù)拉力為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強(qiáng)度度螺栓的預(yù)拉力P的準(zhǔn)確控制的準(zhǔn)確控制 非常重要。非常重要。 b. .轉(zhuǎn)角法轉(zhuǎn)角法 初擰初擰用普通扳手?jǐn)Q至不動，使板件貼緊密；用普通扳手?jǐn)Q至不動，使板件貼緊密； 終擰終擰初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度，初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度， 一般為一般為120o180o完成終擰。完成終擰。 特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)

11、算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓） 初擰初擰擰至終擰力矩的擰至終擰力矩的60%80%； 終擰終擰初擰基礎(chǔ)上，以扭斷螺栓桿尾部為準(zhǔn)。初擰基礎(chǔ)上，以扭斷螺栓桿尾部為準(zhǔn)。 特點(diǎn)：施工簡單、技術(shù)要求低易實(shí)施、質(zhì)量易保證等。特點(diǎn)：施工簡單、技術(shù)要求低易實(shí)施、質(zhì)量易保證等。 高強(qiáng)度螺栓的施工要求：高強(qiáng)度螺栓的施工要求： 由于高強(qiáng)度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預(yù)拉力，由于高強(qiáng)度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預(yù)拉力， 因此施工要求較嚴(yán)格：因此施工要求較嚴(yán)格：

12、 終擰力矩偏差不應(yīng)大于終擰力矩偏差不應(yīng)大于10%10%； 如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應(yīng)更換；如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應(yīng)更換； 擰固順序先主后次，且當(dāng)天安裝，當(dāng)天終擰完。擰固順序先主后次，且當(dāng)天安裝，當(dāng)天終擰完。 如工字型梁為：上翼緣如工字型梁為：上翼緣下翼緣下翼緣腹板。腹板。 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections )2 . 6 . 3( 2 . 1 9 . 09 . 09 . 0 ue fAP Ae螺紋處有效截面積；螺紋處有效截面積； fu螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8

13、.8級，取級，取fu =830N/mm2， 10.9級，取級，取fu =1040N/mm2 （2 2）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定 高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值由下式確定高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值由下式確定 考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.90.9； 為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.90.9； 考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強(qiáng)度的降低除以考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強(qiáng)度的降低除以 系數(shù)系數(shù)1.21.2。 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 由于高強(qiáng)度螺

14、栓材料無明顯的屈服點(diǎn)，用抗拉強(qiáng)度由于高強(qiáng)度螺栓材料無明顯的屈服點(diǎn)，用抗拉強(qiáng)度fu代替代替fy 的的附加安全系數(shù)附加安全系數(shù)0.9。 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 螺栓的性能等級螺栓的性能等級 螺螺 栓栓 公公 稱稱 直直 徑（徑（mm） M16M20M22M24M27M30 8.8級級80125150175230280 10.9級級100155190225290355 表表3.6.1 高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力P (GB 50017) 表表3.6.2高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P (GB 50018) 螺栓的性能等級螺栓的性能等級 螺螺

15、栓栓 公公 稱稱 直直 徑（徑（mm） M12M14M16 8.8級級456080 10.9級級5575100 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections F 摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的 大小取決于板件間的擠壓力（大小取決于板件間的擠壓力（P P）和板件間的抗滑移系數(shù)）和板件間的抗滑移系數(shù) ； （3 3）高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)）高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù) 連接處接觸面連接處接觸面 處理方法處理方法 構(gòu)構(gòu) 件件

16、 的的 鋼鋼 號號 Q235Q345Q420 噴噴 砂砂 噴砂后涂無機(jī)富鋅漆噴砂后涂無機(jī)富鋅漆 噴砂后生赤繡噴砂后生赤繡 鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面 0.45 0.35 0.45 0.30 0.50 0.40 0.50 0.35 0.50 0.40 0.50 0.40 表表3.6.3 摩擦面抗滑移系數(shù)摩擦面抗滑移系數(shù) 值值 F 板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號有關(guān)，其大板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號有關(guān)，其大 小隨板件間的擠壓力的減小而降低；小隨板件間的擠壓力的減小而降低； 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)

17、算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于0.150.15，故，故 摩擦面應(yīng)摩擦面應(yīng)嚴(yán)禁涂紅丹嚴(yán)禁涂紅丹。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會 降低降低 值，故應(yīng)采取有效措施保證連接處表面的干燥。值，故應(yīng)采取有效措施保證連接處表面的干燥。 3.6 3.6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 第第3 3章章 連連 接

18、接 Chapter 3 Connections 3.6.2 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算 1.1.受剪連接承載力受剪連接承載力 一個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值一個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值: : 0.90.9抗力分項(xiàng)系數(shù)抗力分項(xiàng)系數(shù) R R的倒數(shù)的倒數(shù)( ( R R=1.111);=1.111); nf f傳力摩擦面數(shù)目傳力摩擦面數(shù)目; ; 摩擦面抗滑移系數(shù)摩擦面抗滑移系數(shù); ; P P預(yù)拉力設(shè)計(jì)值預(yù)拉力設(shè)計(jì)值. . )4 . 6 . 3(9 . 0 f b v PnN 2.2.受拉連接承載力受拉連接承載力 )5 . 6 . 3(8 . 0 PN b t