第3章 連接-7鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第3章連接

Chapter3Connections焊縫連接螺栓連接主要內(nèi)容鋼結(jié)構(gòu)的連接對接焊縫的構(gòu)造和計算角焊縫的構(gòu)造和計算普通螺栓的構(gòu)造和計算高強(qiáng)度螺栓的構(gòu)造和計算螺栓的排列和構(gòu)造要求普通螺栓的受剪連接普通螺栓的受拉連接剪－拉螺栓群的計算3.5.3普通螺栓的受拉連接1.普通螺栓受拉的工作性能b)試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范將螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值降低20％來考慮撬力的影響，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)值）。a)

螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢（杠桿作用），使螺桿中的拉力增加（撬力Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬力越大。圖3.5.6受拉螺栓的撬力§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算c)

在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。加勁肋圖3.5.7翼緣加強(qiáng)的措施2.單個普通螺栓受拉承載力（3.5.11）Ntb——單個螺栓抗拉承載力；Ae

——螺栓螺紋處的有效面積；de——螺栓有效直徑；附表9.2(P455)

ftb

——螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。ftb

＝0.8f假定拉應(yīng)力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，則一個拉力螺栓的承載力設(shè)計值：§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算dedndmd螺栓的有效截面面積因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。骸?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算（1）栓群軸心受拉

當(dāng)外力通過螺栓群形心時，一般假定每個螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：（3.5.13）（3.5.11）3.普通螺栓群受拉N§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算M刨平頂緊承托(板)M1234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，其假定為：

①連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；

②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?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸顯然‘1’號螺栓在M作用下所受拉力最大由力學(xué)及假定可得：§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設(shè)計時只要滿足下式即可：螺栓i的拉力:

即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過一個螺栓的抗拉承載力設(shè)計值§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算M1234圖3.5.10螺栓群偏心受拉刨平頂緊承托(板)NeV(3）栓群偏心受拉①小偏心受拉

當(dāng)M/N較小時，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。螺栓群的最大和最小螺栓受力為：（3.5.15a）（3.5.15b）當(dāng)

Nmin>0

，e<ρ則表示所有螺栓受拉，螺栓群繞形心軸旋轉(zhuǎn)。——螺栓有效截面組成的核心距②大偏心受拉

當(dāng)Nmin<0

時，由于M/N較大，e>ρ，構(gòu)件B繞A點(diǎn)（底排螺栓）旋轉(zhuǎn)趨勢，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：（3.5.16）§3.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算O’例3.14驗算如圖所示，普通螺栓連接。N=349.5kN，M=17.475kN.m。M22，B級，鋼材Q235。單個螺栓抗拉承載力【解】支托505075757575

506010NM強(qiáng)度驗算先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計例3.15

驗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4.6級，M22，孔徑24mm。NMoN1N=245kNa)N=245kNo’柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b)

計算模型可能為（a圖）或（b圖）。

a圖彎曲轉(zhuǎn)動中心在螺栓群的形心處稱小偏心；b圖彎曲轉(zhuǎn)動中心在端板上1號螺栓處，稱大偏心。

§3.5高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計算[計算]

1.內(nèi)力計算N=245kN，e=13cm，M=Ne=245×13=3185kN.cm2.單個螺栓的抗拉承載力：查P383附表1.4，ftb=170N/mm2查P455附表9.2，Ae=303mm2（M22螺栓有效截面面積）

3.算危險螺栓拉力一共6排螺栓，螺栓總數(shù)12，n=12

判斷大小偏心：§3.5高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計算此連接屬大偏心受拉，構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動。滿足N=245kNo’柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b)3.5.4剪－拉螺栓群的計算同時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3.5.12剪－拉聯(lián)合作用的螺栓圖3.5.13剪力和拉力的相關(guān)曲線試驗研究結(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?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算規(guī)范規(guī)定：同時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：

驗算剪-拉聯(lián)合作用：（3.5.17）（3.5.18）驗算孔壁承壓：Nvb——單個螺栓抗剪承載力設(shè)計值；Ncb——單個螺栓承壓承載力設(shè)計值Ntb——單個螺栓抗拉承載力設(shè)計值；Nv

、Nt——單個螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計值?！?.5普通螺栓連接的構(gòu)造和計算例3.16

驗算如圖所示普通C級螺栓連接強(qiáng)度。螺栓M20，孔徑22mm，材料為Q235。

步驟1計算螺栓上的力

N=100×3/5=60kN

V=100×4/5=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[計算]Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN

步驟3用相關(guān)公式驗算強(qiáng)度

步驟2計算螺栓抗拉、抗剪承載力設(shè)計值V=80N=60Nv=20kN＜Ncb=20×20×305×10-3=122kN滿足設(shè)計要求

Ntb=Aeftb=244.8×170×10-3=41.6kN

Nvb=nv×(d2/4)×fvb=1×3.14×202/4×130×10-3=31.9kN例3.17

驗算如圖所示，普通螺栓連接。