摩擦型高強(qiáng)螺栓地計(jì)算方式

實(shí)用文案返回第三章連接§3-6 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和構(gòu)造要求一、高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能1、高強(qiáng)度螺栓的抗剪性能由圖中可以看出，由于高強(qiáng)度螺栓連接有較大的預(yù)拉力，從而使被連板疊中有很大的預(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)生了滑解，當(dāng)栓桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞。如果連接的承載力只用到 1點(diǎn)，即為高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接；如果連接的承載力用到 4點(diǎn)，即為高強(qiáng)度螺栓承壓型連接。2、高強(qiáng)度螺栓的抗拉性能高強(qiáng)度螺栓在承受外拉力前，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（圖 ）。當(dāng)對螺栓施加外拉力 Nt，則栓桿在板層之間的壓力未完全消失前被拉長，此時(shí)螺桿中拉力增量為 P，同時(shí)把壓緊的板件拉松，使壓力 C減少 C（圖）。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案計(jì)算表明，當(dāng)加于螺桿上的外拉力 Nt為預(yù)拉力 P的80%時(shí)，螺桿內(nèi)的拉力增加很少，因此可認(rèn)為此時(shí)螺桿的預(yù)拉力基本不變。同時(shí)由實(shí)驗(yàn)得知，當(dāng)外加拉力大于螺桿的預(yù)拉力時(shí)，卸荷后螺桿中的預(yù)拉力會變小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當(dāng)外加拉力小于螺桿預(yù)拉力的 80%時(shí)，即無松弛現(xiàn)象發(fā)生。也就是說，被連接板件接觸面間仍能保持一定的壓緊力，可以假定整個(gè)板面始終處于緊密接觸狀態(tài)。但上述取值沒有考慮杠桿作用而引起的撬力影響。實(shí)際上這種杠桿作用存在于所有螺栓的抗拉連接中。研究表明，當(dāng)外拉力 Nt≤0.5P時(shí)，不出現(xiàn)撬力，如圖 所示，撬力 Q大約在 Nt達(dá)到0.5P時(shí)開始出現(xiàn)，起初增加緩慢，以后逐漸加快，到臨近破壞時(shí)因螺栓開始屈服而又有所下降。由于撬力 Q的存在，外拉力的極限值由 Nu下降到形連接件翼緣板的剛度。分析表明，當(dāng)翼緣板的厚度滿足這一條件，可采用圖所示的加勁肋代替。

N'u。因此，如果在設(shè)計(jì)中不計(jì)算撬力 Q，應(yīng)使N≤0.5P；或者增大t1不小于2倍螺栓直徑時(shí)，螺栓中可完全不產(chǎn)生撬力。實(shí)際上很難標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案在直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中， 由于高強(qiáng)度螺栓連接受拉時(shí)的疲勞強(qiáng)度較低， 每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的外拉力不宜超過 0.5P。當(dāng)需考慮撬力影響時(shí)，外拉力還得降低。二、高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造要求1、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力 P的準(zhǔn)確控制非常重要。針對不同類型的高強(qiáng)度螺栓，其預(yù)拉力的建立方法不盡相同。（1）大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法有：①力矩法 一般采用指針式扭力（測力）扳手或預(yù)置式扭力（定力）扳手。目前用得多的是電動(dòng)扭矩扳手。力矩法是通過控制擰緊力矩來實(shí)現(xiàn)控制預(yù)拉力。擰緊力矩可由試驗(yàn)確定，應(yīng)使施工時(shí)控制的預(yù)拉力為設(shè)計(jì)預(yù)拉力的 1.1倍。當(dāng)采用電動(dòng)扭矩搬手時(shí)，所需要的施工扭矩 Tf為：為了克服板件和墊圈等的變形，基本消除板件之間的間隙，使擰緊力矩系數(shù)有較好的線性度，從而提高施工控制預(yù)拉力值的準(zhǔn)確度，在安裝大六角頭高強(qiáng)度螺栓時(shí)，應(yīng)先按擰緊力矩的 50%進(jìn)行初擰，然后按 100%擰緊力矩進(jìn)行終擰。對于大型節(jié)點(diǎn)在初擰之后，還應(yīng)按初擰力矩進(jìn)行復(fù)擰，然后再行終擰。力矩法的優(yōu)點(diǎn)是較簡單、易實(shí)施、費(fèi)用少，但由于連接件和被連接件的表面和擰緊速度的差異，測得的預(yù)拉力值誤差大且分散，一般誤差為± 25%。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案②轉(zhuǎn)角法 先用普通扳手進(jìn)行初擰，使被連接板件相互緊密貼合，再以初擰位置為起點(diǎn)，按終擰角度，用長扳手或風(fēng)動(dòng)扳手旋轉(zhuǎn)螺母，擰至該角度值時(shí)，螺栓的拉力即達(dá)到施工控制預(yù)拉力。（2）扭剪型高強(qiáng)度螺栓是我國 60年代開始研制， 80年代制訂出標(biāo)準(zhǔn)的新型連接件之一。它具有強(qiáng)度高、安裝簡單和質(zhì)量易于保證、可以單面擰緊、對操作人員沒有特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。扭剪型高強(qiáng)度螺栓如圖 所示，螺栓頭為盤頭，螺紋段端部有一個(gè)承受擰緊反力矩的十二角體和一個(gè)能在規(guī)定力矩下剪斷的斷頸槽。扭剪型高強(qiáng)度螺栓連接副的安裝需用特制的電動(dòng)扳手，該扳手有兩個(gè)套頭，一個(gè)套在螺母六角體上；另一個(gè)套在螺栓的十二角體上。擰緊時(shí)，對螺母施加順時(shí)針力矩，對螺栓十二角體施加大小相等的逆時(shí)針力矩，使螺栓斷頸部分承受扭剪，其初擰力矩為擰緊力矩的 50%，復(fù)擰力矩等于初擰力矩，終擰至斷頸剪斷為止，安裝結(jié)束，相應(yīng)的安裝力矩即為擰緊力矩。安裝后一般不拆卸。2、預(yù)拉力值的確定高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值 P由下式計(jì)算得到：式（）中的系數(shù)考慮了以下幾個(gè)因素：①擰緊螺帽時(shí)螺栓同時(shí)受到由預(yù)拉力引起的拉應(yīng)力和由螺紋力矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力作用。折算應(yīng)力為：標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案根據(jù)試驗(yàn)分析，系數(shù) 在職1.15~1.25 之間，取平均值為 1.2。式（）中分母的 1.2既為考慮擰緊螺栓時(shí)扭矩對螺桿的不利影響系數(shù)。②為了彌補(bǔ)施工時(shí)高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的松馳損失，在確定施工控制預(yù)拉力時(shí)，考慮了預(yù)拉力設(shè)計(jì)值的 1/0.9 的超張拉，故式（）右端分子應(yīng)考慮超張拉系數(shù) 0.9。③考慮螺栓材質(zhì)的不定性系數(shù) 0.9；再考慮用 fu而不是用 fy作為標(biāo)準(zhǔn)值的系數(shù) 0.9。各種規(guī)格高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的取值見表 和。3、高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)的大小與連接處構(gòu)件接觸面的處理方法和構(gòu)件的鋼號有關(guān)。試驗(yàn)表明，此系數(shù)值有隨連標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案接構(gòu)件接觸面間的壓緊力減小而降低的現(xiàn)象，故與物理學(xué)中的摩擦系數(shù)有區(qū)別。我國規(guī)范推薦采用的接觸面處理方法有：噴砂、噴砂后涂無機(jī)富鋅漆、噴砂后生赤銹和鋼絲刷消除浮銹或?qū)Ω蓛糗堉票砻娌蛔魈幚淼?，各種處理方法相應(yīng)的μ值詳見表3.6.3和3.6.4。由于冷彎薄壁型鋼構(gòu)件板壁較薄，其抗滑移系數(shù)均較普通鋼結(jié)構(gòu)的有所降低。鋼材表面經(jīng)噴砂除銹后，表面看來光滑平整，實(shí)際上金屬表面尚存在著微觀的凹凸不平，高強(qiáng)度螺栓連接在很高的壓緊力作用下，被連接構(gòu)件表面相互嚙合，鋼材強(qiáng)度和硬度愈高，要使這種嚙合的面產(chǎn)生滑移的力就愈大，因此，μ值與鋼種有關(guān)。試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹后μ＜ 0.15，即使經(jīng)處理后仍然很低，故嚴(yán)禁在摩擦面上涂刷紅丹。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會降低μ值，故應(yīng)采取有效措施保證連接處表面的干燥。4、其他構(gòu)造要求高強(qiáng)度螺栓連接除需滿足與普通螺栓連接相同之排列布置要求外，尚須注意以下二點(diǎn)：（1）當(dāng)型鋼構(gòu)件拼接采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，其拼接件宜采用鋼板。 以使被連接部分能緊密貼合， 保證預(yù)拉力的建立。（2）在高強(qiáng)度螺栓連接范圍內(nèi)，構(gòu)件接觸面的處理方法應(yīng)在施工圖中說明。 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算1、受剪連接承載力標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案摩擦型連接的承載力取決于構(gòu)件接觸面的摩擦力，而此摩擦力的大小與螺栓所受預(yù)拉力和摩擦面的抗滑移系數(shù)以及連接的傳力摩擦面數(shù)有關(guān)。因此，一個(gè)摩型連接高強(qiáng)度螺栓的受剪承載力設(shè)計(jì)值為：試驗(yàn)證明，低溫對摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力無明顯影響，但當(dāng)溫度 t=100℃~150℃時(shí)，螺栓的預(yù)拉力將產(chǎn)生溫度損失，故應(yīng)將摩擦型高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值降低 10%；當(dāng)t＞150℃時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施，以使連接溫度在 150℃或100℃以下。2、受拉連接承載力如前所述，為提高強(qiáng)度螺栓連接在承受拉力作用時(shí)，能使被連接扳間保持一定的壓緊力，規(guī)范規(guī)定在桿軸方向承受拉力的高強(qiáng)度螺栓摩型連接中，單個(gè)高強(qiáng)度螺栓受拉承載力設(shè)計(jì)值為：3、同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案如前所述，當(dāng)螺栓所受外拉力 時(shí)，雖然螺桿中的預(yù)拉力 P基本不變，但板層間壓力將減少到 P-Nt。試驗(yàn)研究表明，這時(shí)接觸面的抗滑移系數(shù) 值也有所降低，而且 值隨Nt的增大而減小，試驗(yàn)結(jié)果表明，外加剪力 Nv和拉力Nt與高強(qiáng)螺栓的受拉、受剪承載力設(shè)計(jì)值之間具有線性相關(guān)關(guān)系，故規(guī)范規(guī)定，當(dāng)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接同時(shí)承受摩擦面間的剪力和螺栓桿軸方向的外拉力時(shí)，其承載力應(yīng)按下式計(jì)算： 高強(qiáng)度螺栓承壓型連接計(jì)算1、受剪連接承載力高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的計(jì)算方法與普通螺栓連接相同，仍可用式（ ）和式（）計(jì)算單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值，只是應(yīng)采用承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力應(yīng)按螺紋處的有效截面計(jì)算。但對于普通螺栓，其抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是根據(jù)連接的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而定的，試驗(yàn)時(shí)不分剪切面是否在螺紋處，故計(jì)算抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)用公稱直徑。2、受拉連接承載力標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案的計(jì)算公式與普通螺栓相同，只是抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不同。3、同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的計(jì)算方法與普通螺栓相同，即：由于在剪應(yīng)力單獨(dú)作用下，高強(qiáng)度螺栓對板層間產(chǎn)生強(qiáng)大壓緊力。當(dāng)板層間的摩擦力被克服，螺桿與孔壁接觸時(shí)，板件孔前區(qū)形成三向應(yīng)力場，因而承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的承壓強(qiáng)度比普通螺栓高得多，兩者相差約 50%。當(dāng)承壓型連接高強(qiáng)度螺栓受有桿軸拉力時(shí)，板層間的壓緊力隨外拉力的增加而減小，因而其承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值也隨之降低。為了計(jì)算簡便，我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，只要有外拉力存在，就將承壓強(qiáng)度除以 1.2予以降低，而未考慮承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值變化幅度隨外拉力大小而變化這一因素。因?yàn)樗懈邚?qiáng)度螺栓的外拉力一般均不大于 0.8P。此時(shí)，可以為整個(gè)板層間始終處于緊密標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案接觸狀態(tài)，采用統(tǒng)一除以 1.2的做法來降低承壓強(qiáng)度，一般能保證安全。 高強(qiáng)度螺栓群的計(jì)算一、高強(qiáng)度螺栓群受剪1、軸心受剪此時(shí)，高強(qiáng)度螺栓連接所需螺栓數(shù)目應(yīng)由下式確定：2、高強(qiáng)度螺栓群的非軸心受剪高強(qiáng)度螺栓群在扭矩或扭矩、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)采用高強(qiáng)度螺栓承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。二、高強(qiáng)度螺栓群受拉1、軸心受拉高強(qiáng)度螺栓群連接所需螺栓數(shù)目：標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案2、高強(qiáng)度螺栓群受彎矩作用高強(qiáng)度螺栓（摩擦型和承壓型）的外拉力總是小于預(yù)拉力 P，在連接受彎矩而使螺栓沿栓桿方向受力時(shí)，被連接構(gòu)件的接觸面一直保持緊密貼合；因此，可認(rèn)為中和軸在螺栓群的形心軸上（圖 ），最外排螺栓受力最大。最大拉力及其驗(yàn)算式為：標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案3、高強(qiáng)度螺栓群偏心受拉由于高強(qiáng)度螺栓偏心受拉時(shí)，螺拉的最大拉力不得超過 0.8P，能夠保證板層之間始終保持緊密貼合，端板不會拉開，故摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓和承壓型連接高強(qiáng)度螺栓均可按普通螺栓小偏心受拉計(jì)算，即：三、高強(qiáng)度螺栓群承受拉力、彎矩和剪力的共同作用1、摩擦型連接的計(jì)算圖所示為摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承受拉力、 彎矩和剪力共同作用時(shí)的情況。 由于螺栓連接板層間的壓緊力和接觸面的抗滑移系數(shù)，隨外拉力的增加而減小。已知摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承受剪力和拉力聯(lián)合作用時(shí)，螺栓的承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合相關(guān)方程：標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案即公式（）和（）是等價(jià)的。式中的