螺紋連接計算

1、4.6 4.6 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算普通螺栓連接的構(gòu)造和計算一、普通螺栓的種類一、普通螺栓的種類C C級級-粗制螺栓粗制螺栓A A、B B級級-精制螺栓精制螺栓類孔，孔徑類孔，孔徑( (d do o) )比栓桿直徑比栓桿直徑(d)(d)大大0.30.30.50.5mmmm。類孔，孔徑類孔，孔徑( (d do o) )比栓桿直徑比栓桿直徑(d)(d)大大1.53mm3mm。性能等級為性能等級為4.64.6或或4.84.8級；級；4 4表示表示fu400N/mm400N/mm2 2, ,0.60.6或或0.80.8表示表示fy / /fu=0.6=0.6或或0.80.8；M16M16、M20M

2、20、M24M24二、螺栓的排列二、螺栓的排列B B 錯列錯列A A 并列并列中距中距中距中距邊距邊距邊距邊距端距端距螺栓的排列應(yīng)滿足：螺栓的排列應(yīng)滿足：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 1）受力要求）受力要求任意方向的中距、邊距和端距不能過小，以防任意方向的中距、邊距和端距不能過小，以防止鋼板截面過度削弱而承載力不足；止鋼板截面過度削弱而承載力不足；對于受壓構(gòu)件，中距不能太大，以防止連接板對于受壓構(gòu)件，中距不能太大，以防止連接板件發(fā)生鼓曲。件發(fā)生鼓曲。2 2）構(gòu)造要求）構(gòu)造要求螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕

3、鋼材。不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。3 3）施工要求）施工要求為了便于扳手?jǐn)Q緊螺母，螺栓中距應(yīng)不小于為了便于扳手?jǐn)Q緊螺母，螺栓中距應(yīng)不小于3 3d do o。螺栓的最大、最小容許距離螺栓的最大、最小容許距離名稱 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 沿對角線方向 3d0 順內(nèi)力方向 2d0 剪切或手工氣割邊 1.5d0 高強度螺栓 1.5d0 中心至構(gòu)件邊緣距離 垂直內(nèi)力方向 軋制邊、自動

4、氣割或鋸割邊 其它螺栓 4d0 或 8 t 1.2d0 三、三、 普通螺栓連接的受力性能和計算普通螺栓連接的受力性能和計算（一）螺栓連接的受力形式（一）螺栓連接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉剪力和拉力共同作用力共同作用 （二）普通螺栓抗剪連接（二）普通螺栓抗剪連接1)1)摩擦傳力的彈性階段摩擦傳力的彈性階段(0(01 1段段) )NO1234NNabNN/2N/21.1.工作性能工作性能2)2)滑移階段滑移階段(1(12 2段段) )3)3)栓桿傳力的彈性階段栓桿傳力的彈性階段(2(23 3段段) )4)4)破壞階段破壞階段(3(34 4段段) )abNN

5、/2N/22.2.破壞形式破壞形式以上三種破壞形式通過以上三種破壞形式通過強度計算避免。強度計算避免。N/2NN/2NNNN1 1）螺栓桿被剪壞）螺栓桿被剪壞2 2）孔壁的擠壓破壞）孔壁的擠壓破壞3 3）板件被拉斷）板件被拉斷NN這這兩兩種種破破壞壞構(gòu)構(gòu)造造解解決決N/2NN/24 4）板件端部被剪壞）板件端部被剪壞( (拉豁拉豁) )5 5）栓桿彎曲破壞）栓桿彎曲破壞端矩不應(yīng)小于端矩不應(yīng)小于2 2d dO O栓桿長度不應(yīng)大于栓桿長度不應(yīng)大于5 5d d3 3、抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計值、抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計值t連接接頭連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。 fc

6、b螺栓孔壁承壓強度設(shè)計值；螺栓孔壁承壓強度設(shè)計值；bcbvbNNN，minmin單栓抗剪承載力：單栓抗剪承載力：bvvbvfdnN42抗剪承載力：抗剪承載力：bcbcf tdN承壓承載力：承壓承載力：dnv剪切面數(shù)目剪切面數(shù)目；d螺栓桿直徑；螺栓桿直徑；fvb螺栓抗剪強度設(shè)計值；螺栓抗剪強度設(shè)計值；剪切面數(shù)目剪切面數(shù)目nvNN1vn單剪：NN/2N/22vn雙剪：4vn四剪：N/2N/3N/3N/3N/24 4、普通螺栓群抗剪連接計算、普通螺栓群抗剪連接計算1 1）普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算）普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算 N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的內(nèi)力分布螺栓的內(nèi)力分布

7、 當(dāng)當(dāng)l11515d0( (d0為孔徑為孔徑) )時，時，假定假定N N由各螺栓均勻承擔(dān)。由各螺栓均勻承擔(dān)。bNNnmin NNbt tt t1 1b1板件的凈截面驗算：板件的凈截面驗算：A A、螺栓采用并列排列時、螺栓采用并列排列時1122 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設(shè)設(shè)計計值值主主板板： tbndftdnbAfANnn11;10011 ,1 , 拼拼接接板板厚厚度度。截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；拼拼接接板板寬寬度度；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設(shè)設(shè)計計值值拼拼接接板板： 121010212,2,22;

8、5 . 0tnbdftdnbAfANnn NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用錯列排列時、螺栓采用錯列排列時: : 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；危危險險截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設(shè)設(shè)計計值值；式式中中：截截面面：對對于于截截面面：對對于于主主板板： tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11 1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板強度驗算拼接板強度驗算: : 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板寬寬度度；危危險險截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材

9、材強強度度設(shè)設(shè)計計值值；式式中中：截截面面：對對于于截截面面：對對于于 1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 22222 2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算）普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算F F作用下作用下FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FnFNF 1T T作用下：作用下：2 2個假定個假定T T作用下作用下11號螺栓所受剪力最大號螺栓所受剪力最大nnTTTrNrNrNT 2211nnTTTTrNrNrNrN 332211nTnTTTTTrrNNrrNNrrNN 1131132112；TxyN1TN1TxN1Ty

10、r11 niiTnTrrNrrrrNT12112222111 niniiiniiTyxrTrrTN112211211 niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN11221111122111122111112211TxyN1TN1TxN1Tyr11螺栓螺栓1 1的強度驗算公式為的強度驗算公式為: : bFTyTxNNNNmin21121 當(dāng)螺栓布置比較狹長當(dāng)螺栓布置比較狹長( (如如y y1 13x3x1 1) )時時, , 可可令令:x:xi i=0=0，則，則N N1Ty1Ty=0=0 niiniiTxyyTryyrTN1211112

11、11bFTxNNNmin2121 1 1、破壞形式、破壞形式（三）普通螺栓抗拉連接（三）普通螺栓抗拉連接栓桿被拉斷栓桿被拉斷2 2、單個普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計值、單個普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計值btebtebtfdfAN42 式中：式中：Ae-螺栓的有效截面面積；螺栓的有效截面面積； de-螺栓的有效直徑；螺栓的有效直徑； ftb-螺栓的抗拉強度設(shè)計值。螺栓的抗拉強度設(shè)計值。dedndmd公式的兩點說明：公式的兩點說明：（1 1）螺栓的有效截面面積）螺栓的有效截面面積 )(32413螺螺距距 ttdde因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑有效

12、直徑d de e而不是凈直徑而不是凈直徑d dn n，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)取現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。?2(2）螺栓的抗拉強度）螺栓的抗拉強度ftb 當(dāng)連接板件發(fā)生變形時，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢螺栓有被撬開的趨勢（杠桿作用）（杠桿作用），使螺，使螺桿中的拉力增加桿中的拉力增加（撬（撬力力Q Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。22QNNt 影響撬力的因素較多，其影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取大小難以確定，規(guī)范采取簡化計算的方法，取簡化計算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（f f螺栓鋼材螺栓鋼材的抗拉強度設(shè)計值）的抗拉強度設(shè)計值）。連接件剛度越小撬力越大連接件剛度越

13、小撬力越大 在構(gòu)造上可以通過加強連接件的剛度的方法，在構(gòu)造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如來減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋設(shè)加勁肋，可，可以減小甚至消除撬力的影響。以減小甚至消除撬力的影響。3 3、普通螺栓群的軸拉設(shè)計、普通螺栓群的軸拉設(shè)計btNNn N4 4、普通螺栓群在彎矩作用下、普通螺栓群在彎矩作用下M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)M1 2 3 4受壓區(qū)受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸中和軸M M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計，其假定為：作用下螺栓連接按彈性設(shè)計，其假定為：1 1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；2 2）

14、螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，）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各螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。11號螺栓在號螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大nnyNyNyNM 2211nnyNyNyNyN 332211M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)M1 2 3 4受壓區(qū)受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸中和軸nnyyNNyyNNyyNN 1131132112； niinyyNyyyyNM12112222111 niiyyMN1211btNN 11號號螺螺栓栓強強度度驗驗算算：5 5、普通螺栓群在偏心拉力作用下普通螺栓群在偏心拉

15、力作用下可采用偏于安全的設(shè)計方法，即可采用偏于安全的設(shè)計方法，即疊加法疊加法。刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)FeN1FbtniiMFNyyMnFNNN 1211111 2 3 4FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和軸中和軸N4M（四）普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用（四）普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用VeM=VeV2 2、拉剪相關(guān)曲線、拉剪相關(guān)曲線1 1、兩種破壞形式、兩種破壞形式螺桿受剪兼受拉破壞螺桿受剪兼受拉破壞孔壁承壓破壞；孔壁承壓破壞；“四分之一圓四分之一圓”bVVNNbttNN011a ab b為防止為防止螺桿螺桿受剪兼受拉受剪兼受拉破壞，應(yīng)滿足：破壞，應(yīng)滿足：為防止為防止孔壁的承壓破壞孔

16、壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：，應(yīng)滿足：122 bttbvvNNNNbcvNN bVVNNbttNN011a ab b 3 3、當(dāng)有承托承擔(dān)全部剪當(dāng)有承托承擔(dān)全部剪力時，螺栓群按受拉連接計算。力時，螺栓群按受拉連接計算。M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)V連接角焊縫連接角焊縫由由4545號、號、40B40B和和20MnTiB20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)熱處理鋼加工而成，并經(jīng)熱處理4545號號8.88.8級；級； 40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9級級 （a a）大六角頭螺栓大六角頭螺栓 （b b）扭剪型螺栓扭剪型螺栓4.7 4.7 高強度螺栓連接計算高強度螺栓連接計算初擰初

17、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；一、高強度螺栓的預(yù)拉力一、高強度螺栓的預(yù)拉力1 1、高強度螺栓預(yù)拉力的建立方法、高強度螺栓預(yù)拉力的建立方法A A、轉(zhuǎn)角法、轉(zhuǎn)角法終擰終擰初擰基礎(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，一般為角度，一般為120120o o-240-240o o完成終擰。完成終擰。預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰；漏擰和超擰；簡單、易實施，但得到的預(yù)拉力誤差較大簡單、易實施，但得到的預(yù)拉力誤差較大B B、扭矩法、扭矩法初擰初擰用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的用力

18、矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%30%50%50%，使，使 板件貼緊密；板件貼緊密；終擰終擰初擰基礎(chǔ)上，按初擰基礎(chǔ)上，按100%100%設(shè)計終擰力矩擰緊。設(shè)計終擰力矩擰緊。C C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）初擰初擰擰至終擰力矩的擰至終擰力矩的60%-80%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)。施工簡單、技術(shù)要求低易實施、質(zhì)量易保證等施工簡單、技術(shù)要求低易實施、質(zhì)量易保證等2 2、高強度螺栓預(yù)拉力、高強度螺栓預(yù)拉力P P的確定的確定uefAP2 . 19 . 09 . 09 . 0 P P根據(jù)螺桿的根

19、據(jù)螺桿的有效抗拉強度有效抗拉強度確定，并考慮以下修正確定，并考慮以下修正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；為防止施工時超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)為防止施工時超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.90.9；考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強度的降低除以系數(shù)強度的降低除以系數(shù)1.21.2。附加安全系數(shù)附加安全系數(shù)0.90.9。二、高強度螺栓抗剪連接二、高強度螺栓抗剪連接高強度高強度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2摩擦型高強度螺栓摩擦型高強度螺栓承壓型承壓型高強度螺栓高強度螺栓（一）抗剪連接

20、工作性能（一）抗剪連接工作性能通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力受力特征與普通螺栓類似受力特征與普通螺栓類似A A、對于高強度螺栓、對于高強度螺栓摩擦型連接摩擦型連接PnNfbv 9 . 0式中：式中：0.90.9抗力分項系數(shù)抗力分項系數(shù)R的倒的倒 數(shù)數(shù)( (R=1.111);1.111); nf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預(yù)拉力設(shè)計值預(yù)拉力設(shè)計值. .（二）抗剪連接單栓承載力（二）抗剪連接單栓承載力高強度高強度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2不同鋼材在不

21、同的接觸面處理方法下的抗滑不同鋼材在不同的接觸面處理方法下的抗滑移系數(shù)移系數(shù), ,如下表如下表摩擦型高強度螺栓是通過摩擦型高強度螺栓是通過板件間摩擦力板件間摩擦力傳遞內(nèi)傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的大小取決于力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力板件間的擠壓力（P）和和板件間的抗滑移系數(shù)板件間的抗滑移系數(shù) ；板件間的抗滑移系數(shù)板件間的抗滑移系數(shù)與與接觸面的處理方法接觸面的處理方法和和構(gòu)構(gòu)件鋼號件鋼號有關(guān)；有關(guān)；B B、對于高強度螺栓、對于高強度螺栓承壓型連接承壓型連接bvevbvfdnN42 bcbcftdN bcbvbNNN，minmin 單栓抗剪承載力：單栓抗剪承載力：抗剪承載力抗剪承載力：承壓

22、承載力承壓承載力：高強度高強度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2（三）高強度螺栓群的抗剪計算（三）高強度螺栓群的抗剪計算1 1、軸心力作用、軸心力作用對于摩擦型連接：對于摩擦型連接：bvNNn 對于承壓型連接：對于承壓型連接：bNNnmin NN假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數(shù)：假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數(shù)：板件的凈截面驗算：板件的凈截面驗算：A A、高強度螺栓摩擦型連接、高強度螺栓摩擦型連接主板：主板： 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設(shè)設(shè)計計值值其其中中： tbdftdnbAfANnn0011 ,1 ,; 考慮孔前傳

23、力考慮孔前傳力50%50%得得1-11-1截面的內(nèi)力為：截面的內(nèi)力為： 連連接接一一側(cè)側(cè)的的螺螺栓栓總總數(shù)數(shù)。計計算算截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； nnnnNN115 . 01NNbt tt t1 1b111：連連接接一一側(cè)側(cè)的的螺螺栓栓總總數(shù)數(shù)。計計算算截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； nnnnNN225 . 015 . 0NNbt tt t1 1b1拼接板：拼接板：22 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板寬寬度度；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設(shè)設(shè)計計值值其其中中： 11010212,2,;tbdftdnbAfANnn 考慮孔前傳力考慮孔前傳力50%50%得得2-22-2截面的內(nèi)力

24、為：截面的內(nèi)力為： B B、高強度螺栓承壓型連接的凈截面驗算與普、高強度螺栓承壓型連接的凈截面驗算與普通螺栓的凈截面驗算完全相同。通螺栓的凈截面驗算完全相同。2 2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下、扭矩或扭矩、剪力共同作用下 計算方法與普通螺栓相同，即：計算方法與普通螺栓相同，即： 剪力剪力F F作用下每個螺栓受力：作用下每個螺栓受力：nFNF 1FeTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F扭矩扭矩T T作用下：作用下： niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN11221111122111122111112211 bvFTyTxNNN

25、N 21121摩摩擦擦型型連連接接：螺栓螺栓1 1的強度驗算公式為的強度驗算公式為: : bFTyTxNNNNmin21121 承承壓壓型型連連接接：A、摩擦型高強度螺栓摩擦型高強度螺栓PNbt8 .0 （一）高強度螺栓抗拉連接單栓承載力（一）高強度螺栓抗拉連接單栓承載力B B、承壓型高強度螺栓承壓型高強度螺栓btebtebtfdfAN42 三、高強度螺栓抗拉連接三、高強度螺栓抗拉連接（二）高強度螺栓群的抗拉計算（二）高強度螺栓群的抗拉計算1 1、軸心力作用、軸心力作用btNNn N2 2、彎矩作用下、彎矩作用下假定連接的中和軸假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合與螺栓群形心軸重合M假定各螺栓均勻受力，假定各螺栓均勻受力，MM1 2 3 4y1y2N1N2N3N4受壓區(qū)受壓區(qū)中中和和軸軸nnyNyNyNM 2211nnyNyNyNyN 332211 niiyyMN1211因此，設(shè)計時只要滿足下式即可：因此，設(shè)計時只要滿足下式即可：btNN 13 3、偏心拉力作用下、偏心拉力作用下 偏心力作用下的高強度螺栓連接，螺栓最大拉偏心力作用下的高強度螺栓連接，螺栓最大拉力不應(yīng)大于力不應(yīng)大于0.8P0.8P，以保證板件緊密貼合，端板不，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用以下方會被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用以下方法法（疊加法疊加法）計算計算: :