談談高強度螺栓連接的設計

1、談談高強度螺栓連接的設計蔡益燕鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范GB50017對高強度螺栓 承壓型連接的應用規(guī)定1）目前制造廠生產(chǎn)供應的高強度螺栓并無 用于摩擦型和用于連接型之分；2）承壓型連接中構(gòu)件接觸面僅需清理油污 及浮銹；3）予拉力與摩擦型連接相同；4）因剪切變形比摩擦型的大，所以只適用于 承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu),（不能用于吊車梁的連接）5）受剪按螺紋處有效面積計算；6）GB50017沒有用于抗震設計的規(guī)定。7）同時受拉受剪應符合下列要求：高強度螺栓連接在抗震設計中的應用要求1）主要承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件間，應采用高強度螺栓摩 擦型連接（參考日本規(guī)定）。2）連接設計分為兩個階段：a）第一階段按設計荷載進

2、行彈性設計，要求摩 擦面不滑移。b）第二階段進行極限承載力計算，此時考慮摩 擦面已滑移，螺桿與孔壁接觸，摩擦型連接 成為承壓型連接，要求連接的極限承載力大 于構(gòu)件的全塑性承載力。最近有人提出：承壓型連接高強度螺栓的 承載力比摩擦型連接高出很多，摩擦面滑移 量不大，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件定位影響不大，可以節(jié) 省很多螺栓，是一項技術(shù)革新“。對于這個問 題應該怎樣認識？ 如果在設計內(nèi)力下就按承壓型連接設計，雖然 螺栓用量省了，但是設計荷載下承載力已用盡。 如果再來地震，螺栓連接注定要破壞，房屋勢必 倒塌。我國大部分地區(qū)的設防烈度很低，但地震的發(fā)生 目前仍無法準確預報，低烈度區(qū)發(fā)生較高烈度地震 的概率雖然不多，但

3、不能排除。我國是一個多地震 國家，對結(jié)構(gòu)抗震不能吊以輕心。鋼結(jié)構(gòu)的尺寸以毫米計的，現(xiàn)代技術(shù)設備對加 工精度要求越來越高，例如，磁懸浮列車的軌道與 車體間的間隙，允許偏差僅零點幾毫米，要求在恒 溫箱中加工的。央視斜樓為例，現(xiàn)代超高層鋼結(jié)構(gòu) 對加工精度的要求也越來越高,允許摩擦面滑移將不 能保證便用要求。“用承壓型代替摩擦型”是個歪點子！2 .高強度螺栓連接設計的新動向國家標準鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范GB50017-2003 在7.5節(jié)“連接節(jié)點板的計算”中，提出了支撐 連接和次梁端部連接處板件塊狀拉脫(block shear)的形式(圖2)，類似破壞形式也見于節(jié)點板連接，是屬于對傳統(tǒng)連接計算所考慮 破壞形

4、式的補充。94年美國加州北嶺地震和95年日本兵庫縣南部地震，是兩次地震烈度很高的強震，引起鋼框 架梁柱連接的大量破壞，受到國際鋼結(jié)構(gòu)界的 廣泛關(guān)注。震后，兩國都進行了大規(guī)模的廣泛而 深入的研究，出臺了很多新規(guī)定、新標準。其中，在高強度K栓連接方面，增加了設計時需要驗算的新的破壞形式。建筑抗震設計規(guī)范GB50011在計算鋼結(jié)構(gòu)高強 度螺栓連接的極限承載力計算時，規(guī)定取下列二式計算的較小者，式中符號說明可參見GB50011。Nb = minN , Nb Nb = 0.58nn Abfb f e vu=ndLtfbvuNvuNbcu圖1螺栓連接板件的撕裂（原載GB50017圖7.5.1）圖2美國FE

5、MA350對螺栓連接破壞形式的舉例(a)梁柱連接的螺栓布置(b) A心和A的取法圖3日本梁腹板與柱現(xiàn)場螺栓連接計算示例高鋼規(guī)程修訂組參考日本建筑學會鋼結(jié)構(gòu)連接 設計指南2001的規(guī)定，結(jié)合我國情況，在現(xiàn)行 GB50011基礎上，擬定了修訂方案，尚未最后確 定，在此附帶作一介紹，供了解情況之用。其中， 梁端連接系數(shù)是按照螺栓連接的承載力抗震調(diào)整 系數(shù) 取與梁的該系數(shù)相同的設想，即取075采 用的丁耗據(jù)日本的研究，螺栓連接的連接系數(shù)應高 于焊縫的連接系數(shù)。但對不同強度的鋼材取不同值， 鋼材性能越高，連接系數(shù)越低，連接系數(shù)的作用是 使連接的極限承載力大于構(gòu)件的塑性承載力，并要 考慮構(gòu)件所用鋼材的超強

6、和應變硬化效應。附錄A高強度螺栓連接計算A.0.1高強度螺栓連接的受拉承載力，應符合下列要求：Nb a - N u式中，Nb 一高強度螺栓連接的極限受拉承載力；N螺栓連接的設計拉力，按連接板件或連接螺栓屈服時承載力中的較小值采用的設計內(nèi)力：抗震設計時應除以Y /REa 連接系數(shù)，按表A-1的規(guī)定采用。表A-1連接系數(shù)建議值a鋼材牌號梁端連接時支撐連接、構(gòu)件拼接焊縫和母材螺栓受 剪焊縫和母材螺栓受剪Q2351.401.451.251.30Q3451.301.351.201.25GJ鋼材連 接系數(shù)1.251.301.151.20注：低合金結(jié)構(gòu)鋼屈服強度高于Q345的鋼材可按Q345的規(guī)定采用； 母

7、材是指與其強度有關(guān)的連接強度系數(shù)，如承壓強度等。A.0.2僅考慮螺栓受剪和板彳件承壓時的高強度螺栓極限受拉承載力，應按下列規(guī)定計算:Nb = min Nb，Nb /Nb = 0.58nn Abfb vufeuNb = ndXtfbcu1cuA.0.3單列高強度螺栓連接時的極限受拉承力應按下式計算Nb = min Nb，Nb，Nb /式中 Nb 2一板邊拉:脫時的受拉:承載力（圖b）；Nbcu板件沿螺栓中心線擠穿時的受拉承載力（圖c）；A.0.4多列高強螺栓連接時的極限受拉承載力，應按下式計算：Nb = min Nb，Nb，Nb，Nb J式中Nb 中部脫商的受拉:承載力（圖a）；cu 4A.0.5連接板件擠穿或拉脫時的承載力NbNb應按下式計算：N（J5氣 + A/ f式中A滯平行于拉脫方向的板件受剪凈截面面積（圖A.0.5）Ant 垂直于拉脫方向的板件受拉凈截面面積（圖A.0.5）（!）中部擔脫 4 密IK 峋# E）板邊柯脫乩，=-+ 少、（t）整列擠穿 = 2n2（jjL -1）/7 + /圖41板件拉脫、擠身時的受拉利受四栽面計算一點說明圖1和圖2中的破斷線都是沿孔中心線（整列擠穿除外），其面積較?。欢戒汚中圖A - 1的破斷線的剪切破壞部分是與孔邊相切的，后者