鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure3.5 螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure精制螺栓粗制螺栓代號(hào)A級(jí)和B級(jí)C級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.6級(jí)和8.8級(jí)4.6級(jí)和4.8級(jí)加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個(gè)零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.250.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.53mm抗剪性能好較差經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時(shí)固定1. 普通螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principle

2、s of Steel Structure2. 高強(qiáng)度螺栓連接 高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)螺桿和配套螺母的合稱。由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過熱處理加工而成。 45號(hào)級(jí)；40B和20MnTiB級(jí) （a）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承壓型連接傳力機(jī)理利用預(yù)拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的摩擦力，外力通過摩擦力來傳遞允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺孔之間的承壓來傳力栓孔直徑螺桿的公稱直徑+1.52.0mm螺桿的公稱直徑+1.01.5m

3、m特點(diǎn)剪切變形小，彈性性能好，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure常用螺栓直徑為d=16，20，24mm，用M表示，如M16。螺栓符號(hào)螺栓孔為d0=d3mmM12、 M16大， M18、 M20 、 M22 、M24大2mm， M27、 M30大3mm鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure精制螺栓粗制螺栓代號(hào)A級(jí)和B級(jí)C級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.6級(jí)和8.8級(jí)4.6級(jí)和4.8級(jí)加工方式車床上經(jīng)

4、過切削而成單個(gè)零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.250.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.53mm抗剪性能好較差經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時(shí)固定 3.6 普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure3.6.1 螺栓的排列和構(gòu)造要求 螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯(cuò)列排列兩種。圖7.6.1 螺栓的排列方式1.螺栓的排列并列比較簡(jiǎn)單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在

5、，對(duì)構(gòu)件截面的削弱較大；錯(cuò)列可以減小螺栓孔對(duì)截面的削弱，但螺栓空排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(1)受力要求 因此規(guī)范從受力的角度規(guī)定了最大和最小容許間距下限：防止孔間板破裂3d0上限：防止板間張口和鼓曲。b）螺孔中心距限制 a）端距限制防止孔端鋼板剪斷，2d0 （順力方向）；中心距太大15d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布,各個(gè)螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞，然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù) 與l1/d0的關(guān)系曲線。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Pri

6、nciples of Steel Structure 普通螺栓群軸心受剪的計(jì)算流程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure（2）螺栓栓群軸心受拉 當(dāng)外力通過螺栓群形心時(shí)，一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：N鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureFeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（1）普通螺栓群偏心受剪F作用下每個(gè)螺栓受力：基本假設(shè)： 連接件絕對(duì)剛性, 螺栓彈性； T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪力大小與螺栓至形心的距離ri成正比，方向與它和形心的連線垂直

7、。2.普通螺栓群偏心受力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure剪力計(jì)算公式 設(shè)各螺栓至螺栓群形心O的距離為r1 、r2 、r3 ，rn，各螺栓承受的分力分別為N1T、 N2T、N3T ， NnT，根據(jù)平衡條件得：（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下1號(hào)螺栓所受剪力最大（r1最大）。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure（c） 將（c）式代入（a），得用N1T表達(dá)的T式： 由假設(shè)得到，（b）螺栓1離形心最遠(yuǎn)是危險(xiǎn)螺栓,最大剪力N1T鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principle

8、s of Steel Structure將N1T它分解為水平和豎直分力：（3.5.7）得受力最大螺栓所承受的合力為:xi第i個(gè)螺栓中心的x坐標(biāo)yi第i個(gè)螺栓中心的y坐標(biāo)yoxx11r1y1如果y13x1，則可假定xi=0 。 由此得N1Ty=0，則計(jì)算式為：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 普通螺栓群偏心受剪的計(jì)算流程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureM刨平頂緊承托(板)M1 2 3 4受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸(2）栓群承受彎矩作用M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：

9、 連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性； 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成正比。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureM刨平頂緊承托(板)M1 2 3 4受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸顯然1號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大由力學(xué)及假定可得：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：螺栓i 的拉力: 即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Pr

10、inciples of Steel Structure例 3.1牛腿用C級(jí)普通螺栓以及承托與柱連接，如圖3.68 ，承受豎向荷載（設(shè)計(jì)值）F=200kN，偏心距為e=200mm。試設(shè)計(jì)其螺栓連接。已知構(gòu)件和螺栓均用Q235鋼材，螺栓為M20，孔徑。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 承托傳遞全部剪力V,彎矩由螺栓連接傳遞查表,M20（Ae=245mm2）單個(gè)螺栓最大拉力解：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值滿足要求.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure圖7.5.10 螺栓群偏心受拉刨平頂緊承托(板

11、)NeV(3）栓群偏心受拉小偏心受拉當(dāng)M/N較小時(shí)，所有螺栓均承受拉力作用，構(gòu)件B繞螺栓群的形心O轉(zhuǎn)動(dòng)。螺栓群的最大和最小螺栓受力為：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure當(dāng) Nmin0 ，e 則表示所有螺栓受拉，螺栓群繞形心軸旋轉(zhuǎn)。大偏心受拉當(dāng)Nmin ，構(gòu)件B繞A點(diǎn)（底排螺栓）旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，偏于安全取中和軸位于最下排螺栓O處，受拉力最大的螺栓要求滿足：y1y2y3N1N2N3N4中和軸鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure例 驗(yàn)算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強(qiáng)度。普通螺栓級(jí)，M22，孔徑

12、。NMoN1N=245kNa)N=245kNo柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b) 計(jì)算模型可為（a圖）或（b圖）。 a圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在螺栓群的形心處稱小偏心； b圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在端板上1號(hào)螺栓處，稱大偏心。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureNMoN1N=245kNa)1步驟2 算危險(xiǎn)螺栓拉力設(shè)每排螺栓有兩列，m=2一共6排螺栓，螺栓總數(shù)12，n=12計(jì)算 步驟1 算荷載N=245kN，e=13cm，M=Ne=24513=3185kN-cm 假定轉(zhuǎn)動(dòng)中心在螺栓群的形心處，則 y1=20cm, yi2=2202+2122+242=1120cm。 M引起

13、的1點(diǎn)拉應(yīng)力： N1M=My1/(m yi2)N1M=My1/(m yi2鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure最外排的螺栓拉力：Nmin=20.42-28.440N引起的1點(diǎn)拉應(yīng)力： N1N=N/n 計(jì)算結(jié)果連接上部受壓，構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，則1點(diǎn)所受的最大拉力為N=245kNo柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b)e=33cm，m=2，y1=40cmyi2=402+322+242+162+82 =3520cm2鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure步驟4 強(qiáng)度判斷 Nmax1 Ntb （45.9kN51

14、.51kN)滿足強(qiáng)度要求步驟3 確定螺栓承載力設(shè)計(jì)值Ntb Ntb =Aeftb(3.6.11)查附表，ftb=170N/mm2查附表，Ae=303mm2 （M22螺栓計(jì)算凈截面面積） Ntb=30317010-3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure3 剪拉螺栓群的計(jì)算同時(shí)承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種可能破壞形式：一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。圖3.6.12 剪拉聯(lián)合作用的螺栓圖3.6.13 剪力和拉力的相關(guān)曲線試驗(yàn)研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨(dú)作用的承載力，所得的相關(guān)關(guān)系近似為圓曲線。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 D

15、esign Principles of Steel Structure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： 驗(yàn)算剪-拉聯(lián)合作用：驗(yàn)算孔壁承壓：NVb單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值；Ncb單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值Ntb單個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值；Nv 、Nt單個(gè)螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計(jì)值。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure例3.3如圖短橫梁與柱翼緣的連接，剪力V=250kN，e=120mm，螺栓為C級(jí)，梁端豎板下有承托。鋼材為Q235B，手工焊，焊條E43型，試按考慮承托傳遞全部剪力V以及不承受剪力V兩種情

16、況設(shè)計(jì)此連接。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure1、承托傳遞全部剪力V, 螺栓群受彎矩作用設(shè)螺栓為M20（Ae=245mm2），n=10（1）單個(gè)螺栓抗拉承載力（2）單個(gè)螺栓最大拉力（3）承托焊縫驗(yàn)算 hf =10mm解：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure（2）一個(gè)螺栓受力（1）一個(gè)螺栓承載力2、不考慮承托傳遞剪力V（3）剪力和拉力聯(lián)合作用下鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure例 驗(yàn)算如圖所示普通螺栓連接強(qiáng)度。螺栓M20，孔徑，材料為Q

17、235。 步驟1 計(jì)算螺栓上的力 N=1003/5=60kN V=1004/5=80kN 分析螺栓受力狀態(tài) 荷載P通過螺栓截面形心O，分解后得剪力V和拉力N，螺栓處于既受拉又受剪的狀態(tài)。P=100kN543o計(jì)算Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 步驟3 用相關(guān)公式驗(yàn)算強(qiáng)度 步驟2 計(jì)算螺栓抗拉、抗剪承載力設(shè)計(jì)值V=80N=60Nv=20kN Ncb =2020305 10-3=122kN滿足設(shè)計(jì)要求 Ntb=Aeftb=244.8170 10-3 Nvb=nv(d2/4) f

18、vb =13.14202/413010-3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure例 3.5 設(shè)計(jì)圖3.62 所示的普通螺栓拼接。柱翼緣厚度為10mm,連接板厚度為8mm,鋼材為Q235B,荷載設(shè)計(jì)值為F=150kN,偏心距為e=250mm, 粗制螺栓M22。解：將力向形心簡(jiǎn)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure扭矩作用下1號(hào)螺栓受力剪力作用下1號(hào)螺栓受力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure1號(hào)螺栓受力承載力驗(yàn)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design P

19、rinciples of Steel Structure 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算材料 高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)螺桿和配套螺母、墊圈的合稱。高強(qiáng)度螺栓常用鋼材有優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的45號(hào)鋼，合金鋼中的20錳鈦硼鋼等。制成的螺栓有級(jí)和級(jí)。3.7.1 高強(qiáng)度螺栓的工作性能和構(gòu)造要求分類按受力特征的不同高強(qiáng)度螺栓分為兩類，摩擦型高強(qiáng)度螺栓通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力；承壓型高強(qiáng)度螺栓受力特征與普通螺栓類似。在外力的作用下螺栓承受剪力和拉力。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。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Pri

20、nciples of Steel Structure3.7 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算3.7.1 高強(qiáng)度螺栓的工作性能和構(gòu)造要求強(qiáng)度等級(jí)采用鋼材8.8級(jí)45號(hào)鋼、40B鋼10.9級(jí)20MnTiB鋼、35VB鋼按材料分類按受力特征分類受力特征承載力極限狀態(tài)安裝孔徑應(yīng)用特點(diǎn)摩擦型外力達(dá)到板件摩擦力d0=d+1.52 剪切變形小，耐疲勞，動(dòng)載下不易松動(dòng)承壓型外力超過摩擦力栓桿受剪板件承壓d0=d+1.01.5承載力比摩擦型大，剪切變形大，一般不用于直接動(dòng)載情況鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure螺栓高強(qiáng)度螺栓普通螺栓材料材質(zhì)好，強(qiáng)度高材質(zhì)一般，強(qiáng)度

21、低傳力方式依靠連接板件摩擦傳力螺栓直接傳力變形連接變形小，螺栓不易松動(dòng)連接變形大，螺栓易松動(dòng)安裝需專門扳手施加預(yù)拉力一般常用扳手，手感擰緊普通螺栓無預(yù)拉力的高強(qiáng)度螺栓有預(yù)拉力的高強(qiáng)度螺栓螺栓受力過程比較外力N預(yù)拉力P擠壓力Q摩擦力F擰緊螺母產(chǎn)生預(yù)拉力高強(qiáng)度螺栓的傳力機(jī)理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure剪力N變形NNNN摩擦型螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則承壓型螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則控制外力不超過摩擦力，無滑移。外力可超過摩擦力，經(jīng)滑移后由螺桿承剪承壓。高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure摩擦型：

22、只靠摩擦阻力傳力,以剪力達(dá)到接觸面的摩擦力作為 承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則承壓型：以作用剪力達(dá)到栓桿抗剪或孔壁承壓破壞為承載力 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則P(a)大六角頭型；(b)扭剪型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure（1）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法1.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：a.力矩法 初擰用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%50%，使板件貼緊密； 終擰初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)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P的準(zhǔn)確控制非常重要。b.轉(zhuǎn)角法 初擰

23、用普通扳手?jǐn)Q至不動(dòng)，使板件貼緊密； 終擰初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動(dòng)扳手再擰過一定的角度，一般為120o180o完成終擰。 特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 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)。特點(diǎn)：施工簡(jiǎn)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：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：終擰力矩偏差不應(yīng)大于10%；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

24、裝，當(dāng)天終擰完。 如工字型梁為：上翼緣下翼緣腹板。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureAe螺紋處有效截面積；fu螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；級(jí)，取fu =830N/mm2，級(jí)， 取fu =1040N/mm2（2）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 考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)； 考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對(duì)抗拉強(qiáng)度的降低除以系數(shù)。附加安全系數(shù)。（7.7.1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure螺栓的性能等級(jí)螺 栓 公 稱

25、直 徑（mm）M16M20M22M24M27M308.8級(jí)8012515017523028010.9級(jí)100155190225290355表3.7.1 高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力P (GB 50017)表高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P (GB 50018)螺栓的性能等級(jí)螺 栓 公 稱 直 徑（mm）M12M14M168.8級(jí)45608010.9級(jí)5575100鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure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（P）和板件間的抗滑移系數(shù) ；（3）高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)連接處接觸面處理方法構(gòu) 件

26、的 鋼 號(hào)Q235Q345Q420噴 砂噴砂后涂無機(jī)富鋅漆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0.450.350.450.300.500.400.500.350.500.400.500.40表3.7.3 摩擦面抗滑移系數(shù)值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(hào)有關(guān)，其大小隨板件間的擠壓力的減小而降低； 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于，故摩擦面應(yīng)嚴(yán)禁涂紅丹。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會(huì)降低值，故應(yīng)采取有效措施保證連接處表面的干燥。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design

27、Principles of Steel Structure1) 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可達(dá)到1點(diǎn)。通過1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。高強(qiáng)度螺栓NO12341234普通螺栓abNN/2N/2對(duì)于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，其破壞準(zhǔn)則為板件發(fā)生相對(duì)滑移，因此其極限狀態(tài)為1點(diǎn)，所以1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。對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接，允許接觸面發(fā)生相對(duì)滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)4點(diǎn)，所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗

28、剪承載力計(jì)算方法與普通螺栓相同。3.7.2 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure受剪連接承載力 （1）單個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值:0.9抗力分項(xiàng)系數(shù) R的倒數(shù)( R); nf傳力摩擦面數(shù)目; 摩擦面抗滑移系數(shù); P預(yù)拉力設(shè)計(jì)值.（7.7.2）（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接同普通螺栓的計(jì)算受剪承載力設(shè)計(jì)值承壓承載力設(shè)計(jì)值單個(gè)螺栓承載力設(shè)計(jì)值鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure2）高強(qiáng)度螺栓的抗拉工作性能圖7.7.1 高強(qiáng)度螺栓受拉P+PCCa)b)高強(qiáng)度螺栓在承受

29、外拉力前，螺桿中已有很高的預(yù)拉力P，板層之間則有壓力C，而P與C維持平衡C = P (狀態(tài)a)。加荷載拉力Nt后，螺栓拉力從P增加了 P，板件擠壓力則由C減小了 C (狀態(tài)b)。 300 250 200 150 100 50 050 100 150 200 250 300Pf(kN)NuNuNt(kN)Q有橇力時(shí)的螺栓破壞無橇力時(shí)的螺栓破壞鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure計(jì)算表明，當(dāng)螺桿的外拉力Nt為預(yù)拉力P的80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。當(dāng)考慮橇力影響時(shí)，螺栓桿的拉力Pf與Nt的關(guān)系曲線如圖：Nt時(shí)，橇

30、力Q=0；Nt后，橇力Q出現(xiàn)，增加速度先慢后快。橇力Q的存在導(dǎo)致連接的極限承載力由Nu降至Nu。所以，如設(shè)計(jì)時(shí)不考慮橇力的影響,應(yīng)使Nt或增加連接板件的剛度（如設(shè)加勁肋）。直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)外拉力不宜超過0.5 P鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure受拉連接承載力 單個(gè)高強(qiáng)度螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值:（7.7.3）（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure3.同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力盡管當(dāng)NtP 時(shí)，栓桿的預(yù)拉力變化不大，但由于隨Nt的增大

31、而減小，且隨Nt的增大板件間的擠壓力減小，故連接的抗剪能力下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外加剪力和拉力與高強(qiáng)螺栓的受拉、受剪承載力設(shè)計(jì)值之間為線性關(guān)系，故規(guī)范規(guī)定在V和N共同作用下應(yīng)滿足下式：(1) 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為受拉后，連接板間的擠壓力減小，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure（7.7.4）仍采用原抗滑移系數(shù)，則適當(dāng)增加來彌補(bǔ)單個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力：除此之外，拉力應(yīng)滿足規(guī)范的實(shí)用公式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足： 系數(shù)是考慮

32、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)。（2）同時(shí)承受剪力和拉力連接的承壓型高強(qiáng)度螺栓 對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計(jì)算方法與普通螺栓相同。（）（）剪拉受拉承壓型高強(qiáng)受剪剪拉受拉摩擦型高強(qiáng)受剪剪拉受拉普通螺栓受剪鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure3.7.4 高強(qiáng)螺栓群連接的計(jì)算 （1）軸心受剪圖3.7.3 軸心受剪設(shè)一側(cè)的螺栓數(shù)為n，平均受剪，承受外力N。軸力通過螺栓群的形心，所需螺栓數(shù)目： Nbmin相應(yīng)連接類型單個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值。分析方法和計(jì)算公式與普通螺栓同。1.高強(qiáng)度螺栓群受剪對(duì)于摩擦型

33、連接：對(duì)于承壓型連接：（2）高強(qiáng)度螺栓群非軸心受剪在扭矩或扭矩和剪力共同作用時(shí)的抗剪計(jì)算方法與普通螺栓群相同，但應(yīng)該采用高強(qiáng)度螺栓承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure2.高強(qiáng)度螺栓群受拉（1）軸心受拉對(duì)于摩擦型連接：高強(qiáng)度螺栓連接所需的螺栓數(shù)目：對(duì)于承壓型連接：（2）高強(qiáng)度螺栓群受彎矩作用由于高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預(yù)拉力P，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認(rèn)為是一個(gè)整體,所以假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側(cè)螺栓受力最大。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Princip

34、les of Steel StructureMM1 2 3 4y1y2N1N2N3N4受壓區(qū)中和軸由力學(xué)知識(shí)可得：因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：（）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel StructureNe1 2 3 4M=NeNy1y2N1N2N3N4中和軸M作用下N作用下（3）高強(qiáng)度螺栓群偏心受拉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P，以保證板件緊密貼合，端板不會(huì)被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用疊加法計(jì)算:（）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure3.高強(qiáng)度螺栓群承受拉力、彎矩和剪力共同作用

35、下1號(hào)螺栓受到最大拉力，應(yīng)滿足：（1）摩擦型連接的計(jì)算MNV1 2 3 4M=NeNy1y2N1N2N3N4中和軸M作用下N作用下VV作用下承受剪力和拉力作用時(shí)，應(yīng)滿足：圖3.6.4 摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的內(nèi)力分布（）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure將NbvnfP 和NtP帶入上式得：可改寫為： 在彎矩和拉力共同作用下，高強(qiáng)螺栓群中的拉力各不相同，即：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure(2) 承壓型連接的計(jì)算 承壓型高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值與普通螺栓計(jì)算相同，分螺栓桿抗剪和孔壁承壓

36、兩部分。 同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的承壓型高強(qiáng)度螺栓，應(yīng)滿足： Nv、Nt最危險(xiǎn)螺栓受到的剪力、拉力。 Nvb 、Ncb 、Ntb一個(gè)承壓型高強(qiáng)螺栓的抗剪、承壓、抗拉承載力設(shè)計(jì)值。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure例3.6 圖所示高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，被連接構(gòu)件的鋼材為Q235B。螺栓為級(jí)，直徑20mm，接觸面采用噴砂處理；圖中內(nèi)力均為設(shè)計(jì)值，試驗(yàn)算此連接的承載力。例圖鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure解：查得抗滑移系數(shù)，預(yù)拉力P=155kN 。單個(gè)螺栓的最大拉力為： 連接的受剪承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式計(jì)算： 不滿足要求 【解】例計(jì)算圖示雙面角焊縫連接中的hf。已知連接承受動(dòng)荷載，鋼材為Q235BF，焊條為E43。將外力F1，F(xiàn)2 移向焊縫形心O，得：解得：hf，取hf =6mm 連接承受動(dòng)力荷載： 構(gòu)造要求：F1=180kNF2=240kN12090240t=8t=10例3.8 如圖所示鋼板與工字形柱的角焊縫T形連接，hf8mm，鋼板受斜向