鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理螺栓連接計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理螺栓連接計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理螺栓連接計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理計(jì)原理3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)A級(jí)級(jí)B級(jí)區(qū)別：級(jí)區(qū)別：僅尺寸不同，僅尺寸不同，A級(jí)級(jí)d24，L 150mm；B級(jí)級(jí)d24，L150mm分類分類鋼材鋼材強(qiáng)度強(qiáng)度等級(jí)等級(jí)孔徑孔徑d0與與栓徑栓徑d之差之差(mm)加工加工受力受力特點(diǎn)特點(diǎn)安裝安裝C級(jí)級(jí)粗制粗制螺栓螺栓普通普通碳素鋼碳素鋼Q2354.64.81.0 1.5粗糙粗糙尺寸不準(zhǔn)尺寸不準(zhǔn)成本低成本低抗剪差抗剪差抗拉好抗拉好方便方便A級(jí)級(jí)B級(jí)級(jí)精制精制螺栓螺栓優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼45號(hào)鋼號(hào)鋼35號(hào)鋼號(hào)鋼8.80.30.5精度高精度高尺寸準(zhǔn)確尺寸準(zhǔn)確成本高成本高抗剪抗剪

2、抗拉抗拉均好均好精度精度要求高要求高 I 類孔：類孔：孔壁粗糙度小，對(duì)應(yīng)孔壁粗糙度小，對(duì)應(yīng)A、B級(jí)螺栓級(jí)螺栓II類孔：類孔：孔壁粗糙度大，對(duì)應(yīng)孔壁粗糙度大，對(duì)應(yīng)C級(jí)螺栓級(jí)螺栓3.9.1普通螺栓的規(guī)格普通螺栓的規(guī)格第1頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓： High Strength Bolts with Large Hexagon Head for Steel Structures 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范3.8.3條條 ：第2頁(yè)/共54頁(yè)3.9.2螺栓的排列和構(gòu)造要求 螺栓在構(gòu)件上的排列時(shí)應(yīng)考慮受力要求受力要求、構(gòu)造要求構(gòu)造要求、施工要求施工要求。1受力要求：對(duì)于

3、受拉構(gòu)件，螺栓的栓距栓距和線距線距不應(yīng)過小，否則對(duì)鋼板截面削弱太多，構(gòu)件有可能沿直線或折線發(fā)生凈截面破壞。對(duì)于受壓構(gòu)件，沿作用力方向螺栓間距螺栓間距不應(yīng)過大，否則被連接的板件間容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象。因此，從受力角度應(yīng)規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距。 a）端距端距限制防止孔端鋼板剪斷 b）螺孔中距限制下限：防止孔間板發(fā)生凈截面破壞 上限：防止板翹曲 2構(gòu)造要求：若栓距和線距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易于侵入縫隙而產(chǎn)生腐蝕，所以，構(gòu)造上要規(guī)定螺栓的最大容許間距。 3施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不同要求）。施工上要規(guī)定螺栓的最小容許間距。3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)第3頁(yè)/共54頁(yè)3.

4、9.2螺栓的排列和構(gòu)造要求 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)受力要求受力要求 螺距過?。郝菥噙^?。航孛嫦魅跆?，凈截面破壞截面削弱太多，凈截面破壞。 螺距過大：受壓時(shí)鋼板張開。螺距過大：受壓時(shí)鋼板張開。構(gòu)造要求構(gòu)造要求 螺距過大：連接不緊密，潮氣侵入腐蝕。螺距過大：連接不緊密，潮氣侵入腐蝕。施工要求施工要求 螺距過?。菏┕r(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)扳手困難。螺距過?。菏┕r(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)扳手困難。螺栓螺栓間距間距布置布置要求要求第4頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)鋼板上螺栓排列鋼板上螺栓排列角鋼上螺栓排列角鋼上螺栓排列并列螺栓并列螺栓錯(cuò)列螺栓錯(cuò)列螺栓螺栓容許間距螺栓容許間距3.9.2螺栓的排列和構(gòu)造要求第5頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接

5、設(shè)計(jì)根據(jù)以上要求，規(guī)范規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距見下表。名稱 位置和方向 最大容許距離 （取兩者的較小值） 最小容許距離 外排(垂直內(nèi)力或順內(nèi)力方向) 8d0 或 12 t 垂直內(nèi)力方向 16d0 或 24 t 構(gòu)件受壓力 12d0 或 18 t 中間排 順內(nèi)力方向 構(gòu)件受拉力 16d0 或 24 t 中心間距 沿對(duì)角線方向 3d0 順內(nèi)力方向 2d0 剪切或手工氣割邊 1.5d0 高強(qiáng)度螺栓 1.5d0 中心至構(gòu)件邊緣距離 垂直內(nèi)力方向 軋制邊、自動(dòng)氣割或鋸割邊 其它螺栓 4d0 或 8 t 1.2d0 注注: 1. d0 為螺栓孔徑，為螺栓孔徑，t 為外層薄板件厚度。為外層薄板件厚度。

6、2. 鋼板邊緣與剛性構(gòu)件鋼板邊緣與剛性構(gòu)件(如角鋼、槽鋼如角鋼、槽鋼) 相連的螺栓最大間距，可按中間排數(shù)值采用。相連的螺栓最大間距，可按中間排數(shù)值采用。 螺栓的最大和最小容許間距螺栓的最大和最小容許間距第6頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)剪力螺栓剪力螺栓 受力垂直螺桿，螺桿承剪、孔壁承壓。受力垂直螺桿，螺桿承剪、孔壁承壓。 連接件有錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)連接件有錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)拉力螺栓拉力螺栓 受力平行螺桿，螺桿承拉。受力平行螺桿，螺桿承拉。 連接件有脫開趨勢(shì)。連接件有脫開趨勢(shì)。依據(jù)依據(jù)受力受力方式方式剪力螺栓剪力螺栓拉力螺栓拉力螺栓3.10普通螺栓連接的受力性能普通螺栓連接的受力性能 普通螺栓連接按螺栓傳力方式，

7、可分為抗剪螺栓連接和抗拉螺栓連接。 還可能既受剪有受拉，稱為拉剪共同作用。第7頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.10.1 普通受剪螺栓的傳力機(jī)理普通受剪螺栓的傳力機(jī)理 工作性能：剪力螺栓受力后， 當(dāng)受力不大時(shí)：剪力螺栓靠連接板間的摩擦力傳力 當(dāng)受力較大時(shí)：剪力螺栓靠孔壁承壓、螺桿抗剪傳力 （當(dāng)外力增大超過極限摩擦力后，構(gòu)件間相對(duì)滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。 ） 當(dāng)連接處于彈性階段，螺栓群中的各螺栓受力不等，兩端大，中間??；當(dāng)外力繼續(xù)增大，達(dá)到塑性階段時(shí)，各螺栓承擔(dān)的荷載逐漸接近，最后趨于相等直到破壞。 第8頁(yè)/共54頁(yè)剪力螺栓可能發(fā)生的破壞形式有：（1）螺栓剪斷（2）鋼板

8、孔壁擠壓破壞（3）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷（4）鋼板因螺孔端距剪壞（5）螺桿因太長(zhǎng)或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生受彎破壞3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.10.1 普通受剪螺栓的傳力機(jī)理普通受剪螺栓的傳力機(jī)理防止螺栓破壞措施防止螺栓破壞措施(1) (2) (3) 通過計(jì)算解決通過計(jì)算解決(4) (5) 通過構(gòu)造解決通過構(gòu)造解決第9頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)（1）螺栓剪斷螺栓剪斷（板較厚，螺栓較細(xì)）（板較厚，螺栓較細(xì)）（2）鋼板孔壁擠壓破壞鋼板孔壁擠壓破壞（板較薄，螺栓較粗）（板較薄，螺栓較粗）3.10.1 普通受剪螺栓的傳力機(jī)理普通受剪螺栓的傳力機(jī)理 螺栓安裝擰緊后，在工作荷載的作用下，被夾緊的板件

9、相對(duì)滑動(dòng)螺栓安裝擰緊后，在工作荷載的作用下，被夾緊的板件相對(duì)滑動(dòng)，在相反的方向螺桿靠緊孔壁，導(dǎo)致螺桿受剪切作用，孔壁受壓力作，在相反的方向螺桿靠緊孔壁，導(dǎo)致螺桿受剪切作用，孔壁受壓力作用，直至螺桿剪斷或孔壁受壓破壞。用，直至螺桿剪斷或孔壁受壓破壞。第10頁(yè)/共54頁(yè)螺栓剪斷3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)第11頁(yè)/共54頁(yè)鋼板孔壁擠壓破壞3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)第12頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)（1）螺栓剪斷螺栓剪斷（板較厚，螺栓較細(xì)）（板較厚，螺栓較細(xì)）（2）鋼板孔壁擠壓破壞鋼板孔壁擠壓破壞（板較薄，螺栓較粗）（板較薄，螺栓較粗）（3）鋼板拉斷鋼板拉斷（板開孔，截面削弱）（板開孔，截面削弱）（4）鋼板剪

10、壞鋼板剪壞（螺栓端距過小）（螺栓端距過?。?）螺栓彎曲破壞螺栓彎曲破壞（板過厚，螺栓細(xì)長(zhǎng)）（板過厚，螺栓細(xì)長(zhǎng)）防止螺栓破壞措施防止螺栓破壞措施(1) (2) (3) 通過計(jì)算解決通過計(jì)算解決(4) (5) 通過構(gòu)造解決通過構(gòu)造解決端距端距 2d。螺桿長(zhǎng)度螺桿長(zhǎng)度 5d3.10.1 普通受剪螺栓的破壞模式普通受剪螺栓的破壞模式第13頁(yè)/共54頁(yè)鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)第14頁(yè)/共54頁(yè)鋼板因螺孔端距而剪壞3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)第15頁(yè)/共54頁(yè)螺桿因太長(zhǎng)或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生受彎破壞3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)第16頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)bv2vbv4fdnN單剪面單

11、剪面 nv =1四剪面四剪面 nv =4 雙剪面雙剪面 nv =2 一個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)一個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值值剪面數(shù)剪面數(shù)螺桿直徑螺桿直徑螺栓抗剪螺栓抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)強(qiáng)度bcbc)(ftdN一個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)一個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值值同一受力方向的承壓同一受力方向的承壓構(gòu)件的較小總厚度構(gòu)件的較小總厚度螺栓承壓螺栓承壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)強(qiáng)度一個(gè)剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載一個(gè)剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力力bcbvbmin , minNNN一個(gè)螺栓所受剪力一個(gè)螺栓所受剪力bminv NN 驗(yàn)算驗(yàn)算NvNv公式條件：各剪公式條件：各剪面上剪力相同面上剪力相同3.10.2剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力第1

12、7頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值第18頁(yè)/共54頁(yè) 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.10.2 受拉螺栓的破壞模式受拉螺栓的破壞模式 螺桿凈截面達(dá)到設(shè)計(jì)承載力而被拉壞控制螺桿凈截面達(dá)到設(shè)計(jì)承載力而被拉壞控制 螺紋滑牙破壞構(gòu)造控制螺紋滑牙破壞構(gòu)造控制第19頁(yè)/共54頁(yè) 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)螺栓拉力：螺栓拉力： Pf = N / 2+V 剛度越小，剛度越小，V 越大越大NN撬力撬力加勁肋加勁肋3.10.2 受拉螺栓的破壞模式受拉螺栓的破壞模式拉力螺栓撬力的概念拉力螺栓撬力的概念思考：撬力產(chǎn)生的原因？思考：撬力產(chǎn)生的原因？ 對(duì)螺栓拉力的影響？對(duì)螺栓拉力的影響？ 減少撬

13、力的措施？減少撬力的措施？N剪力螺栓剪力螺栓拉力螺栓拉力螺栓拉力螺栓拉力螺栓第20頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)在受拉的連接接頭中，普通螺栓所受拉力的大小與連接板件的剛度有關(guān)。假如連接板件的剛度很大，連接板件無變形，所以一個(gè)螺栓所受拉力為：所以一個(gè)螺栓所受拉力為： Pf =N /2實(shí)際被連板件的剛度常較小，受拉后和拉力垂直的角鋼水平肢發(fā)生較大的變形，因而在角鋼水平肢的端部因杠桿作用而產(chǎn)生反力V 。由于杠桿作用的存在，使抗拉螺栓的負(fù)擔(dān)加重了，所以一個(gè)螺栓所受拉力為：所以一個(gè)螺栓所受拉力為： Pf =N /2 + V為了簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范中把普通螺栓的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度定得比較低，規(guī)范中把普通螺栓的抗拉設(shè)

14、計(jì)強(qiáng)度定得比較低，以考慮螺栓負(fù)擔(dān)加重這一不利影響。而且，設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)加勁肋等構(gòu)造措施設(shè)加勁肋等構(gòu)造措施來提高角鋼的剛度。 第21頁(yè)/共54頁(yè) 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)產(chǎn)生撬力的原因產(chǎn)生撬力的原因 角鋼抗彎剛度不足，存在較大變形角鋼抗彎剛度不足，存在較大變形對(duì)螺栓受力影響對(duì)螺栓受力影響 使螺栓拉力增大使螺栓拉力增大減小撬力的措施減小撬力的措施 增強(qiáng)角鋼抗彎剛度，加大厚度或增設(shè)加勁肋增強(qiáng)角鋼抗彎剛度，加大厚度或增設(shè)加勁肋螺栓拉力：螺栓拉力： Pf = N / 2+V 剛度越小，剛度越小，V 越大越大NN撬力撬力加勁肋加勁肋3.10.2 受拉螺栓的破壞模式受拉螺栓的破壞模式拉力螺栓撬力的概念拉力螺栓撬力的

15、概念第22頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值抗拉驗(yàn)算抗拉驗(yàn)算btt NN 一個(gè)螺栓所受的拉力一個(gè)螺栓所受的拉力bt2ebt4fdN螺栓有效直徑螺栓有效直徑螺栓抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度螺栓抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度 3.10.3 一個(gè)一個(gè)拉力螺栓的設(shè)計(jì)承載力拉力螺栓的設(shè)計(jì)承載力第23頁(yè)/共54頁(yè)3.10.4 剪力螺栓群計(jì)算：剪力螺栓群計(jì)算：典型典型節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)（1）剪力螺栓群在剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：軸力作用下的計(jì)算：（1）當(dāng)螺栓連接處于彈性階段時(shí)，螺栓群中各螺栓受力并不相等，兩端大而中間小(圖3-15a)；當(dāng)螺栓群連接長(zhǎng)度l1不太大時(shí)，隨著外力增加連接超過彈性變形而

16、進(jìn)入塑性階段后，因內(nèi)力重分布使各螺栓受力趨于均勻(圖3-15b) 。（2）當(dāng)構(gòu)件沿受力方向的連接長(zhǎng)度l1過大時(shí)，端部的螺栓會(huì)因受力過大而首先發(fā)生破壞，隨后依次向內(nèi)逐排破壞（即所謂解鈕扣現(xiàn)象）。 （3）當(dāng)外力通過螺栓群中心時(shí)，可認(rèn)為當(dāng)外力通過螺栓群中心時(shí)，可認(rèn)為所有的螺栓受力相同。所有的螺栓受力相同。 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)第24頁(yè)/共54頁(yè) 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)彈性彈性階段受力狀態(tài)階段受力狀態(tài)l 1塑性塑性階段受力狀態(tài)階段受力狀態(tài)當(dāng)當(dāng) l115d時(shí)，采用時(shí)，采用承載力折減系數(shù)考慮承載力折減系數(shù)考慮螺栓群受力不均螺栓群受力不均剪力螺栓群的不均勻受力剪力螺栓群的不均勻受力3.10.4典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)

17、點(diǎn)（1）剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：第25頁(yè)/共54頁(yè)引入折減系數(shù)后,就可以按螺栓群中所有的螺栓受力相同來計(jì)算了：計(jì)算螺栓群在軸心力作用下的螺栓群所需螺栓數(shù)目： bvNNn此時(shí)應(yīng)驗(yàn)算板的凈截面強(qiáng)度式中： f 連接板材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度； An 節(jié)點(diǎn)板凈截面積。 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.10.4典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（1）剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：第26頁(yè)/共54頁(yè)對(duì)于對(duì)于An說明如下：說明如下：當(dāng)螺栓并列布置時(shí)： 當(dāng)螺栓錯(cuò)列布置時(shí)：構(gòu)件有可能沿II或IIII截面破壞。 取II、IIII凈截面的較小者來驗(yàn)算鋼板凈截面強(qiáng)度。 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)

18、計(jì)3.10.4典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（1）剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：第27頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)螺栓總數(shù)螺栓總數(shù) n（1）螺栓抗剪計(jì)算）螺栓抗剪計(jì)算bcbv , minNNbmin vnN NN求求 n 時(shí)，取整數(shù)時(shí)，取整數(shù)（2）鋼板強(qiáng)度計(jì)算）鋼板強(qiáng)度計(jì)算f AN n鋼材抗拉或鋼材抗拉或抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度鋼板凈截面積鋼板凈截面積bI 截面截面AnI螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓錯(cuò)列布置螺栓錯(cuò)列布置atdn -bA0In螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓錯(cuò)列布置螺栓錯(cuò)列布置nIInInA ,Amin A tdnea) 1n(e2A0II22II1nIIII

19、截面截面AnII3.10.4典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（1）剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：剪力螺栓群在軸力作用下的計(jì)算：軸力軸力 N第28頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)受扭矩受扭矩 T螺栓受力分析假定螺栓受力分析假定（1）板件為剛體，螺栓為彈性體）板件為剛體，螺栓為彈性體（2）各螺栓繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)）各螺栓繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)（3）產(chǎn)生的剪力與形心距離正比）產(chǎn)生的剪力與形心距離正比力矩平衡：力矩平衡：(a)各螺栓剪力與各螺栓剪力與 r 正比：正比：各剪力都用各剪力都用N1表示：表示：(b)(b) 代入代入 (a)得：得：驗(yàn)算剪力最大的螺栓：驗(yàn)算剪力最大的螺栓：bminN3.10.4典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（2

20、）受螺栓群分布平面內(nèi)扭矩的剪切作用受螺栓群分布平面內(nèi)扭矩的剪切作用 第29頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)剪力剪力V軸力軸力N扭矩扭矩 T剪力剪力V軸力軸力N扭矩扭矩T螺栓所受的最大合剪力螺栓所受的最大合剪力1234567891013.10.4典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（3）受螺栓群分布平面內(nèi)受螺栓群分布平面內(nèi)N、V、T剪切作用剪切作用 第30頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)螺栓的螺栓的最大拉力最大拉力btmaxNN驗(yàn)算驗(yàn)算123452列列 5排排螺栓群繞最低螺栓群繞最低排螺栓軸線旋排螺栓軸線旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)3.10.43.10.4典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（4 4）螺栓群受彎矩螺栓群受彎矩M M的作用的作用 構(gòu)件構(gòu)件

21、A構(gòu)件構(gòu)件Bn1i2i11maxyMyNN第31頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)螺栓群繞形心線螺栓群繞形心線旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)力分布旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)力分布螺栓群繞最低排螺螺栓群繞最低排螺栓旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)力分布栓旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)力分布形心線形心線最低最低排螺排螺栓線栓線先假定：螺栓群繞形心線轉(zhuǎn)動(dòng)先假定：螺栓群繞形心線轉(zhuǎn)動(dòng)0mint,N（1）當(dāng)）當(dāng) ，螺栓都受拉，原假定正確，螺栓都受拉，原假定正確，驗(yàn)算：要求驗(yàn)算：要求btmaxt,NN（2）當(dāng)）當(dāng) ，最低排螺栓受壓，則螺栓群繞最低排螺栓中心轉(zhuǎn)動(dòng)，最低排螺栓受壓，則螺栓群繞最低排螺栓中心轉(zhuǎn)動(dòng) 重新計(jì)算螺栓的最大拉力重新計(jì)算螺栓的最大拉力0mint,Nbtmaxt,NN驗(yàn)算：要求驗(yàn)

22、算：要求654321 yy nn1i2i1mint,MNNn1i2i6maxt,yy nMNNn1i2imaxt,yy 6NeMN3.10.53.10.5典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（5 5）螺栓群受彎矩螺栓群受彎矩M M和軸拉力和軸拉力N N的作用的作用 第32頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)(1)采用支托承剪采用支托承剪C級(jí)螺栓承拉彎級(jí)螺栓承拉彎剪力剪力V 支托焊縫承受支托焊縫承受 進(jìn)行焊縫驗(yàn)算進(jìn)行焊縫驗(yàn)算彎矩彎矩M、軸拉力、軸拉力N 螺栓承受螺栓承受 進(jìn)行螺栓驗(yàn)算進(jìn)行螺栓驗(yàn)算 方法同前方法同前剪力剪力V Nv = V/n彎矩彎矩M、軸拉力、軸拉力N Nt,max 計(jì)算方法同計(jì)算方法同前前驗(yàn)算驗(yàn)算1

23、)()(2btmaxt,2bvvNNNNbcvNN (2)未采用支托未采用支托3.10.6典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（6）螺栓群受彎矩螺栓群受彎矩M、剪力、剪力V和軸拉力和軸拉力N的作用的作用 第33頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.11高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接分類鋼材強(qiáng)度等級(jí)孔徑孔徑d0與與栓徑栓徑d之差之差(mm)加工受力特點(diǎn)安裝應(yīng)用C級(jí)粗制螺栓普通普通碳素鋼碳素鋼Q2354.64.81.0 1.5粗糙尺寸不準(zhǔn)成本低抗剪差抗拉好方便承拉應(yīng)用多臨時(shí)固定A級(jí)B級(jí)精制螺栓優(yōu)質(zhì)碳素鋼45號(hào)鋼35號(hào)鋼8.80.30.5精度高尺寸準(zhǔn)確成本高抗剪抗拉均好精度要求高目前應(yīng)用減少?gòu)?fù)習(xí)復(fù)習(xí)普通螺栓的分類：普通螺

24、栓的分類：第34頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)連接方法優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)焊 接對(duì)焊件幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，省材省工，工效高，連接連續(xù)性強(qiáng),可達(dá)到氣密和水密要求，節(jié)點(diǎn)剛度大質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大,要求高;存在有焊接缺陷的可能，產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，導(dǎo)致材料脆化，對(duì)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響; 對(duì)焊工技術(shù)等級(jí)要求較高。鉚 接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動(dòng)力性能好費(fèi)鋼、費(fèi)工，開孔對(duì)構(gòu)件截面有一定削弱。普通螺栓連 接裝拆便利，設(shè)備簡(jiǎn)單粗制螺栓不宜受剪，受力后變形大；精制螺栓加工和安裝難度較大，開孔對(duì)構(gòu)件截面有一開孔對(duì)構(gòu)件截面有一定削弱。定削弱。高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓連連 接接加工方便，可拆換，

25、能承受加工方便，可拆換，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性、動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好韌性好造價(jià)略高，造價(jià)略高，開孔對(duì)構(gòu)件截面削開孔對(duì)構(gòu)件截面削弱相對(duì)較小，弱相對(duì)較小，質(zhì)量檢驗(yàn)要求高質(zhì)量檢驗(yàn)要求高第35頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)螺栓強(qiáng)度等級(jí)螺栓強(qiáng)度等級(jí)螺栓采用鋼材螺栓采用鋼材8.8 級(jí)級(jí)45號(hào)鋼，號(hào)鋼，40B鋼鋼10.9 級(jí)級(jí)20MnTiB鋼，鋼，35VB鋼鋼按材質(zhì)按材質(zhì)分類分類受力受力特征特征承載力承載力極限狀態(tài)極限狀態(tài)安裝孔安裝孔孔徑孔徑 d0（mm)應(yīng)用應(yīng)用特點(diǎn)特點(diǎn)摩擦型摩擦型連接連接外力達(dá)到最大摩擦力，外力達(dá)到最大摩擦力，有相對(duì)滑移的趨勢(shì)有相對(duì)滑移的趨勢(shì)d0d1.5 2.0剪切變形

26、小，耐疲勞，剪切變形小，耐疲勞，動(dòng)載下不易松動(dòng)動(dòng)載下不易松動(dòng)承壓型承壓型連接連接外力超過最大靜摩擦外力超過最大靜摩擦力，螺栓承剪，孔壁力，螺栓承剪，孔壁承壓，發(fā)生相對(duì)滑移承壓，發(fā)生相對(duì)滑移d0d1.0 1.5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(dòng)載情況用于直接動(dòng)載情況按受力狀況分類按受力狀況分類3.11.1高強(qiáng)度螺栓的分類高強(qiáng)度螺栓的分類第36頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)螺栓螺栓高強(qiáng)度螺栓高強(qiáng)度螺栓普通螺栓普通螺栓材料材料材質(zhì)好，強(qiáng)度高材質(zhì)好，強(qiáng)度高材質(zhì)一般，強(qiáng)度低材質(zhì)一般，強(qiáng)度低傳力方式傳力方式依靠連接板件摩擦傳力依靠連接板件摩擦傳力螺栓直接傳

27、力螺栓直接傳力變形變形連接變形小，螺栓不易松連接變形小，螺栓不易松動(dòng)動(dòng)連接變形大，螺栓易松動(dòng)連接變形大，螺栓易松動(dòng)安裝安裝需專門扳手施加預(yù)拉力需專門扳手施加預(yù)拉力一般常用扳手，手感擰緊一般常用扳手，手感擰緊外力外力N預(yù)拉力預(yù)拉力P擠壓力擠壓力Q摩擦力摩擦力F擰緊螺母產(chǎn)生預(yù)拉力擰緊螺母產(chǎn)生預(yù)拉力3.11.2高強(qiáng)度螺栓的傳力機(jī)理高強(qiáng)度螺栓的傳力機(jī)理控制外力不超過控制外力不超過摩擦力，無滑移。摩擦力，無滑移。摩擦型螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則摩擦型螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:承壓型螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則承壓型螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:外力可超過摩擦力，經(jīng)外力可超過摩擦力，經(jīng)滑移后由螺桿承剪承壓?；坪笥陕輻U承剪承壓。第37頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接

28、設(shè)計(jì)剪力剪力N變形變形NNNN摩擦型螺栓摩擦型螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則承壓型螺栓承壓型螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則控制外力不超過控制外力不超過摩擦力，無滑移。摩擦力，無滑移。外力可超過摩擦力，經(jīng)外力可超過摩擦力，經(jīng)滑移后由螺桿承剪承壓?；坪笥陕輻U承剪承壓。3.11.2高強(qiáng)度螺栓的傳力機(jī)理高強(qiáng)度螺栓的傳力機(jī)理第38頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)1、高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力、高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力: 高強(qiáng)度螺栓安裝時(shí)將螺帽擰緊，使螺桿產(chǎn)生預(yù)拉力而壓緊構(gòu)件接觸面，靠接觸面的摩擦來阻止連接板相互滑移，以達(dá)到傳遞外力的目的。 3.11.3摩擦型摩擦型連接連接高強(qiáng)度螺栓承載力高強(qiáng)度螺栓承載力計(jì)算計(jì)算第39頁(yè)/共

29、54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)一個(gè)摩擦型高強(qiáng)度一個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓的螺栓的抗剪抗剪承載力設(shè)承載力設(shè)計(jì)值計(jì)值P 9 . 0bvfnN 摩擦摩擦面數(shù)面數(shù)摩擦摩擦系數(shù)系數(shù)預(yù)拉力預(yù)拉力一個(gè)螺栓所受剪力一個(gè)螺栓所受剪力bvv NN 驗(yàn)算驗(yàn)算3.11.3摩擦型摩擦型連接連接高強(qiáng)度螺栓承載力高強(qiáng)度螺栓承載力計(jì)算計(jì)算單剪面單剪面 nf =1雙剪面雙剪面 nf =2 NvNvpppp第40頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)eueuAfAfP608. 02 . 19 . 09 . 09 . 0 式中 fu螺栓材料經(jīng)熱處理后的最低抗拉強(qiáng)度，對(duì)于 8.8 級(jí)螺栓，fu=830 N/mm2 ；對(duì)于10.9級(jí)螺栓，fu=104

30、0 N/mm2； Ae高強(qiáng)度螺栓螺紋處的有效截面積。 規(guī)范規(guī)定的高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力設(shè)計(jì)值按上式計(jì)算， 并取5kN的倍數(shù)， 見表3-3。 一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P(kN) 表3-3 螺 栓 的 公 稱 直 徑 (mm) 螺栓的性能等級(jí) M16 M20 M22 M24 M27 M30 8.8級(jí) 80 125 150 175 230 280 10.9級(jí) 100 155 190 225 290 355 規(guī)范給出的高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力設(shè)計(jì)值為：規(guī)范給出的高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力設(shè)計(jì)值為：3.11.3摩擦型摩擦型連接連接高強(qiáng)度螺栓承載力高強(qiáng)度螺栓承載力計(jì)算計(jì)算第41頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)被連接板件之間的摩擦力大小

31、，不僅和螺栓的預(yù)拉力有關(guān)，還與被連接板件材料及其接觸面的表面處理有關(guān)。規(guī)范規(guī)定的高強(qiáng)度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)值見表3-4。 摩擦面的抗滑移系數(shù) 表3-4 構(gòu) 件 的 鋼 號(hào) 連接處構(gòu)件接觸面的處理方法 Q235鋼 Q345鋼、Q390鋼 Q420鋼 噴砂(丸) 0.45 0.50 0.50 噴砂(丸)后涂無機(jī)富鋅漆 0.35 0.40 0.40 噴砂(丸)后生赤銹 0.45 0.50 0.50 鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面 0.30 0.35 0.40 高強(qiáng)度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)高強(qiáng)度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù) 3.11.3摩擦型摩擦型連接連接高強(qiáng)度螺栓承載力高強(qiáng)度螺栓承載

32、力計(jì)算計(jì)算第42頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)系數(shù)含義：系數(shù)含義：考慮螺栓材料抗力的變異性，引入折減系數(shù)0.9；施加預(yù)應(yīng)力時(shí)為補(bǔ)償預(yù)拉力損失超張拉5%10%，引入折減系數(shù)0.9；鋼材由于以抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)，引入附加安全系數(shù)0.9 ；在扭緊螺栓時(shí)，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載力，引入折減系數(shù)1/1.2 。 3.11.3摩擦型摩擦型連接連接高強(qiáng)度螺栓承載力高強(qiáng)度螺栓承載力計(jì)算計(jì)算 對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接承載力設(shè)計(jì)值，對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接承載力設(shè)計(jì)值，極限承載力由螺栓桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動(dòng)作用，計(jì)算方法與普通螺栓相同。第43頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.11

33、.3摩擦型摩擦型連接連接高強(qiáng)度螺栓承載力高強(qiáng)度螺栓承載力計(jì)算計(jì)算一個(gè)摩擦型高強(qiáng)度一個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓的螺栓的抗拉抗拉承載力承載力設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值P 8 . 0btN預(yù)拉力預(yù)拉力防止受拉后防止受拉后出現(xiàn)脫開松動(dòng)出現(xiàn)脫開松動(dòng)一個(gè)螺栓所受拉力一個(gè)螺栓所受拉力btt NN 驗(yàn)算驗(yàn)算可控制連接貼緊，不松動(dòng)可控制連接貼緊，不松動(dòng)2、摩擦型摩擦型連接連接高強(qiáng)度螺栓高強(qiáng)度螺栓抗拉抗拉承載力承載力抗拉承載力設(shè)計(jì)值：抗拉承載力設(shè)計(jì)值： 高強(qiáng)度螺栓連接由于螺栓中的預(yù)拉力作用，構(gòu)件間在承受外力作用前已經(jīng)有較大的擠壓力，高強(qiáng)度螺栓受到外拉力作用時(shí)，首先要抵消這種擠壓力。分析表明，當(dāng)高強(qiáng)度螺栓達(dá)到規(guī)范規(guī)定的承載力0.8P時(shí)，

34、螺栓桿的拉力僅增大7%左右，可以認(rèn)為基本不變。第44頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.11.3摩擦型摩擦型連接連接高強(qiáng)度螺栓承載力高強(qiáng)度螺栓承載力計(jì)算計(jì)算承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計(jì)值： 受剪：受剪： 螺桿抗剪螺桿抗剪 孔壁承壓孔壁承壓 受拉：受拉： 螺桿抗拉螺桿抗拉（1）計(jì)算方法與普通精制螺栓相同，但材料強(qiáng)度參數(shù)不同；）計(jì)算方法與普通精制螺栓相同，但材料強(qiáng)度參數(shù)不同；（2）典型連接節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)算方法也與普通精制螺栓相同，不再贅述。）典型連接節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)算方法也與普通精制螺栓相同，不再贅述。3、承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計(jì)值承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計(jì)值bcNbVNbtNbcbvbmin , minNNN第45頁(yè)/共54頁(yè) （1）每個(gè)高強(qiáng)螺栓受力為：所需螺栓數(shù)目為：所需螺栓數(shù)目為：bvNnNbvNNn 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)3.11.4典型節(jié)點(diǎn)（典型節(jié)點(diǎn)（1）摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓群受）摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓群受“剪力剪力”作用時(shí)作用時(shí)第46頁(yè)/共54頁(yè)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì))5 .01(5 .011nnNnnNNN （3-24） 式