普通螺栓的連接方式及計(jì)算

1、*第三章連接幽§3-5普通螺栓的構(gòu)造和計(jì)算3.5.1 螺栓的排列和其他構(gòu)造要求一、螺栓的排列螺栓在構(gòu)件上排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一、整齊而緊湊，通常分為并列和錯(cuò)列兩種形式(圖3.5.1 )。并列比較簡(jiǎn)單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對(duì)構(gòu)件截面削弱較大。錯(cuò)列可以減小螺栓孔對(duì)截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大。螺栓在構(gòu)件上的排列應(yīng)滿足受力、構(gòu)造和施工要求：(1)受力要求：在受力方向螺栓的端距過(guò)小時(shí)，鋼材有剪斷或撕裂的可能。各排螺栓距和線距太小時(shí)，構(gòu)件有沿折 線或直線破壞的可能。對(duì)受壓構(gòu)件，當(dāng)沿作用方向螺栓距過(guò)大時(shí)，被連板間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。(2)構(gòu)造要求：螺栓的

2、中矩及邊距不宜過(guò)大，否則鋼板間不能緊密貼合，潮氣侵入縫隙使鋼材銹蝕。(3)施工要求：要保證一定的空間，便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓板手?jǐn)Q緊螺帽。根據(jù)上述要求，規(guī)定了螺栓(或釧釘)的最大、最小容許距離，見(jiàn)表3.5.1 o螺栓沿型鋼長(zhǎng)度方向上排列的間距,除應(yīng)滿足表3.5.1的要求外，尚應(yīng)滿足附錄 10螺栓線距的要求。名稱(chēng)位置和方向最大容許距事(取兩者的較小值)最小容許 距寓中外排(垂直內(nèi)力方向或順內(nèi)力方向)M 或 12/心中間垂直內(nèi)力方向164或24r間順內(nèi)力方向構(gòu)件受壓力科構(gòu)件受拉力16a或 24 f沿對(duì)角線方向'中心至構(gòu)件邊嫌距寓順內(nèi)力方向2dE垂直剪切邊或手工氣割邊L5一肉力軋制邊，自動(dòng)氣高強(qiáng)度螺栓

3、方同割或鋸割邊其他螺栓或柳釘12心腺栓或挪釘?shù)淖畲?小最容許距離注：1 4為螺栓或抑釘?shù)目讖?，f為外層較薄極件的厚度,表3512鋼極邊繚與剛性構(gòu)件(如角鋼，槽鋼等)相連的螺栓或腳釘?shù)淖畲箝g距,可按中間排的數(shù)值采用.二、螺栓的其他構(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(yīng)滿足下列構(gòu)造要求：(1)為了使連接可靠，每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不宜少于兩個(gè)。但根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì) 于組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用一個(gè)螺栓。(2)對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽或其他防止螺帽松動(dòng)的有效措施。例如采用彈簧墊圈，或?qū)?螺帽或螺桿焊死等方法。(3)由于C級(jí)

4、螺栓與孔壁有較大間隙，只宜用于沿其桿軸方向受拉的連接。承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接中，也可用C級(jí)螺栓受剪。但在重要的連接中，例如：制動(dòng)梁或吊車(chē)梁上翼緣與柱的連接，由于傳遞制動(dòng)梁的水平支承反力，同時(shí)受到反復(fù)動(dòng)力荷載作用，不得采用C級(jí)螺栓。柱間支撐與柱的連接，以及在柱間支撐處吊車(chē)梁下翼緣的連接，因承受著反復(fù)的水平制動(dòng)力和卡軌力，應(yīng)優(yōu)先采用高強(qiáng)度螺栓。(4)沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板(法蘭板)，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)其剛度(如加設(shè)加勁肋)，以減少撬力對(duì)螺栓抗 拉承載力的不利影響。3.5.2 普通螺栓的受剪連接普通螺栓連接按受力情況可分為三類(lèi)：螺栓只承受剪力；螺栓只

5、承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用。下面 先介紹螺栓受剪時(shí)的工作性能和計(jì)算方法。一、受剪連接的工作性能抗剪連接是最常見(jiàn)的螺才i連接。如果以圖3.5.2 (a)所示的螺栓連接試件作抗剪試驗(yàn)，可得出試件上 a、b兩點(diǎn)之間的相對(duì)位移 6與作用力N的關(guān)系曲線(圖 3.5.2b )。該曲線給出了試件由零載一直加載至連接破壞的全過(guò)程，經(jīng)歷 了以下四個(gè)階段：(1 )摩擦傳力的彈性階段在施加荷載之初，荷載較小，荷載靠構(gòu)件間接觸面的摩擦力傳遞，螺栓桿與孔壁之間的間隙保持不變，連接工作處于彈性階段，在 N- 6圖上呈現(xiàn)出0,1斜直線段。但由于板件間摩擦力的大小取決于擰緊螺 帽時(shí)在螺桿中的初始拉力，一般說(shuō)來(lái)，普

6、通螺栓的初拉力很小，故此階段很短。(2)滑移階段 當(dāng)荷載增大，連接中的剪力達(dá)到構(gòu)件間摩擦力的最大值，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，直至螺栓與孔壁接觸，相應(yīng)于 N- 6曲線上的1 , 2水平段。（3）栓桿傳力的彈性階段荷載繼續(xù)增加，連接所承受的外力主要靠栓桿與孔壁接觸傳遞。栓桿除主要受剪力外，還有彎矩和軸向拉力，而孔壁則受到擠壓。由于栓桿的伸長(zhǎng)受到螺帽的約束，增大了板件間的壓緊力，使板件間的摩擦力也隨之增大，所以 N- 6曲線呈上升狀態(tài)。達(dá)到“31點(diǎn)時(shí)，曲線開(kāi)始明顯彎曲，表明螺栓或連接板達(dá)到彈性極限，此階段結(jié)束。受剪螺栓連接達(dá)到極限承載力時(shí)，可能的破壞形式有：當(dāng)栓桿

7、直徑較小，板件較厚時(shí)，栓桿可能先被剪斷（圖353a ）;當(dāng)栓桿直徑較大，板件較薄時(shí)，板件可能先被擠壞（圖353b ）,由于栓桿和板件的擠壓是相對(duì)的，故也可把這種破壞叫做螺栓承壓破壞；端距太小，端距范圍內(nèi)的板件有可能被栓桿沖剪破壞（圖353c ）;板件可能上述第種破壞形式由螺栓端距l(xiāng)i>2do表保證；第種破壞屬于構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算。因此，普通螺栓的受剪連接只考慮、兩種破壞形式。二、單個(gè)普通螺栓的受剪計(jì)算普通螺栓的受剪承載力主要由栓桿受剪和孔壁承壓兩種破壞模式控制，因此應(yīng)分別計(jì)算，取其小值進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)算 時(shí)做了如下假定：栓桿受剪計(jì)算時(shí)，假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力是均勻分布的；孔壁承壓計(jì)算時(shí)，假定擠

8、壓力沿栓 桿直徑平面（實(shí)際上是相應(yīng)于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布?？紤]一定的抗力分項(xiàng)系數(shù)后，得到普通螺栓受剪連 接中，每個(gè)螺栓的受剪和承壓承載力設(shè)計(jì)值如下：受翦承載力設(shè)計(jì)值承壓承載力設(shè)計(jì)值；訛=（3.5.2）式中1受翦面數(shù)目，單剪網(wǎng)尸L雙翦口尸3四四d一一蛾栓桿直徑:二L在不同受力方向中一個(gè)受力方向承壓構(gòu)件總厚度的較小值I3螺栓的抗翦和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，由附表1.4查用，三、普通螺栓群受剪連接計(jì)算-|1、普通螺栓群軸心受剪試驗(yàn)證明，螺栓群的受剪連接承受軸心力時(shí)，與側(cè)焊縫的受力相似，在長(zhǎng)度方向各螺栓受力是不均勻的（圖3.5.4 ）,兩端受力大，中間受力小。當(dāng)連接長(zhǎng)度lK15d 0 （d。為螺孔

9、直徑）時(shí)，由于連接工作進(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接近，故可認(rèn)為軸心力N由每個(gè)螺栓平均分擔(dān)，即螺栓數(shù) n為：(3.5.3)式中死口個(gè)螺栓受典承載力設(shè)計(jì)值與承壓承載力設(shè)計(jì)值的較小值.圖3.5.4長(zhǎng)接頭螺粒的內(nèi)力分布當(dāng)li>l5d。時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性階段后，各螺桿所受內(nèi)力仍不易均勻，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。根據(jù)試驗(yàn)，并參考國(guó)外的規(guī)定，我國(guó)規(guī)范規(guī)定，當(dāng) li>15d。時(shí)，應(yīng)將承載力設(shè)計(jì)值乘以折減系數(shù)：>0,7(3.5.4：則對(duì)長(zhǎng)連接，所需抗剪螺栓數(shù)為:(3.5.5)2、普通螺栓群偏心受剪圖3.5.5示螺栓群承受偏心剪力的情

10、形，剪力F的作用線至螺栓群中心線的距離為e,故螺栓群同時(shí)受到軸心力F和扭矩T=F?e的聯(lián)合作用在軸心力作用下可認(rèn)為每個(gè)螺栓平均受力，即：AVAYA YAVAV例題345試設(shè)計(jì)圖上5.5所示普通螺栓連接口柱翼緣板厚度為10mm，連接板厚度為Wmm，鋼材為荷載設(shè)計(jì)， F=150kN,偏心矩斫250m若螺栓排列為豎向排距滔=120mi,豎向行距F產(chǎn)80nm,翌向端距為兜mm,試選C線嫌栓現(xiàn)解解螺栓群中受力最大的點(diǎn)為1、2二點(diǎn)的螺栓, I點(diǎn)螺栓所受的剪力加了計(jì)算如下，Ijf+ S）f = 10x6a+（4x82 + 4xl6a） = 164a5 =平 102仃 由 375x16x10",T

11、十 次 1640以i37.5x16 xlO2 ,一 i f = 13. 7jW氏+取： 1640拉建=初4+ (% +州加2 = #1戶+ Q3 15尸=46 5W為求所需螺栓直徑，首先要確定C級(jí)蟒栓的抗翦和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值用附表查得：4"14QN/幡陽(yáng)，力干3口 5N/褥那則可分別由公式（3A1）和（3力）求出所需的螺栓直徑:皿一匚“、4N寸|4x46.5xW3受罵所需直徑4AJ<=216加加'叫蕓 V3.14x1x140承壓所需直徑修；通- 3x 305 -1 9 E解故取d=22mm的C級(jí)螺栓可滿足強(qiáng)度要求°圖中螺栓排列悔造均大于中距我F6mh辿距2小44

12、mm,符合構(gòu)造要求“3.5.3普通螺栓的受拉連接一、普通螺栓受拉的工作性能3.5.6所不。若Nt=N+Q沿螺栓桿軸方向受拉時(shí)，一般很難做到拉力正好作用在螺桿軸線上，而是通過(guò)水平板件傳遞，如圖 與螺栓直接相連的翼緣板的剛度不是很大，由于翼緣的彎曲，使螺栓受到撬力的附加作用，桿力增加到:式中Q稱(chēng)為撬力。撬力的大小與翼緣板厚度、螺桿直徑、螺栓位置、連接總厚度等因素有關(guān)，準(zhǔn)確求值非常困難。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為:例如4.6級(jí)普通螺栓（3號(hào)鋼做成），O0.8/= 0,8x215 = 17077/這相當(dāng)于考慮了撬力Q=0.25N 。一般來(lái)說(shuō)，只要按構(gòu)造要求取翼緣板厚度t>20mm ,而且螺

13、栓距離 b不要過(guò)大,這樣簡(jiǎn)化處理是可靠的。如果翼緣板太薄時(shí)，可采用加勁肋加強(qiáng)翼緣，如圖3.5.7所示。圖翼繪加強(qiáng)措施二、單個(gè)普通螺栓的受拉承載力采用上述方法考慮撬力之后，單個(gè)螺栓的受拉承載力的設(shè)計(jì)值為：式中4為螺柱有效截面積；蜃為螺紋劃的有效直役。由于螺紋呈傾斜方向，螺栓受按時(shí)采用的直徑，幅$是扣去螺紋” 的凈直徑4,也不是全直徑與凈直徑的平均直役4熱，而是由下式計(jì)算的有效直役：公=也士生=W一生也P（3.512）*224式中p為螺紋的螺矩才附表g.2給出了普通螺栓按有效直徑心算得的螺栓凈鞅面面積月”（即有效戳面面積工。，可直接查用，三、普通螺栓群受拉1、栓群軸心受拉圖3.5.8示栓群軸心受拉

14、，由于垂直于連接板的助板剛度很大，通常假定各個(gè)螺栓平均受拉，則連接所需的螺栓數(shù)為：3.5.3螺栓群承受軸心拉力2、栓群承受彎矩作用圖3.5.9所示為螺栓群在彎矩作用下的受拉連接 （圖中的剪力 V通過(guò)承托板傳遞）。按彈性設(shè)計(jì)法， 在彎矩作用下, 離中和軸越遠(yuǎn)的螺栓所受拉力越大， 而壓力則由部分受壓的端板承受， 設(shè)中和軸至端板受壓邊緣的距離為 c（圖3.5.9c ） 這種連接的受力有如下特點(diǎn)：受拉螺栓截面只是孤立的幾個(gè)螺栓點(diǎn)；而端板受壓區(qū)則是寬度較大的實(shí)體矩形截面（圖359b 、c）。當(dāng)計(jì)算其形心位置作為中和軸時(shí)，所求得的端板受壓區(qū)高度c總是很小，中和軸通常在彎矩指向一側(cè)最外排螺栓附近的某個(gè)位置。

15、因此，實(shí)際計(jì)算時(shí)可近似地取中和軸位于最下排螺栓O處，即認(rèn)為連接變形為繞 O處水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺栓拉力與O點(diǎn)算起的縱坐標(biāo)y成正比。在對(duì) O點(diǎn)水平軸列彎矩平衡方程時(shí)，偏安全地忽略了力臂很小的端板受壓區(qū)部分的力矩。考慮到：* 1，八三N* /乃h=NJ矍= = NJ則M = Ng + %啟+地達(dá)+ 7明兵=內(nèi)）討+ W”耳）鎮(zhèn)十+啊雙螺栓i的拉力為工M二嶺功；諛計(jì)時(shí)要求受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過(guò)一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值：= 芯 <Nf（353、栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉相當(dāng)于連接承受軸心拉力N和彎知M=N?e的聯(lián)合作用。按彈性設(shè)計(jì)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

16、。圖35 1口螂栓群偏心受拉（1 ）小偏心受拉當(dāng)偏心較小時(shí)，所有螺栓均承受拉力作用，端板與柱翼緣有分離趨勢(shì)，故在計(jì)算時(shí)軸心拉力N由各螺栓均勻承受;彎矩M則引起以螺栓群形心 O為中和軸的三角形內(nèi)力分布（圖 3.5.10a 、b）,使上部螺栓受拉，下部螺栓受壓；疊加 后全部螺栓均受拉?？赏瞥鲎畲蟆⒆钚∈芰β菟ǖ睦蜐M足設(shè)計(jì)要求的公式如下（yi均自O(shè)點(diǎn)算起）：啊二Ni料弋N空,與GN：匕力為）1孤班工為一“守球之0（3.5.156）式中 M一螺栓群形心軸至螺栓的最大距離； 訪;一一形心軸上,下各螺栓至形心軸矩離的平方和.式（35 15為）為公式使用條件，由此式可得心 =口時(shí)的偏心距8=»

17、"（明"令9="=0（明）為螺栓有效截司 叫組成的核心距，則當(dāng)cM9時(shí)為小偏心受宓|（2）大偏心受拉當(dāng)偏心距c較大時(shí)，即"所以2/（研）時(shí)，在端板底部將出現(xiàn)受東區(qū)胭351 口。”仿式（3514）近似并偏安全取中和軸位干最下排螺栓。處，按相似步驟冽時(shí)。點(diǎn)的彎矩平衡方程，可得M幫用'自 點(diǎn)算起，最上排摞栓1的拉力最大）：以少小切/九N； m可必* W泌4十MyJ+嗎其1=（必餐”，+鵬方:+陶/訃獷:十+（M& A丁 = （乂/"）功？跖二 Afe%Y£yW 度（3.5,16）-|例題主亍設(shè)圖3511為一剛接屋架下弦節(jié)點(diǎn)，

18、豎向力由麻托承受蟒栓為C級(jí)，只承受偏出拉力.設(shè)M300kbl,斫lOOmi 摞栓布置加圖3511 （口）所示。誠(chéng)求所需的C級(jí)螺栓規(guī)格，解螺栓有效截面的核心距，4k(53 + 153+253)12x25W.lcm > e = 1U0海黑300x10x254x(52 + 153 + 253)二 46.4 班5即偏心力作用在核心距以?xún)?nèi)，屬小偏心受拉圖3511c）,應(yīng)由式N N 嶺300M 二一十三丁乃=7THSy；12圖3511例;3 3-7圖需要的有效面木舟c 170由附表9.5查得M20螺栓的有效面積A =更。加醛'> 273腳質(zhì)，故采用C級(jí)M20螺栓電顯然連接的布置滿足構(gòu)造要求03.5.4普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用大量的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，同時(shí)承受剪力和拉力作用的普通螺栓（圖 剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。3.5.12 ）有兩種可能破壞形式：一是螺栓桿受于是，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:瞼算剪一拉作用/制+各卜(35膾算孔壁承壓：樂(lè)邑此(3.5.18)式中Ny、Nt一一一個(gè)螺栓所承受