鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接課件

第5章鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)--原理與設(shè)計(jì)中南大學(xué)土木工程學(xué)院歐陽(yáng)震宇第5章鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)--原理與設(shè)計(jì)中南大學(xué)5.1螺栓連接概述2023/10/65.1螺栓連接概述2023/8/4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0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm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2023/10/6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)2.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、墊圈的合稱。由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過熱處理加工而成。

45號(hào)－8.8級(jí)；40B和20MnTiB－10.9級(jí)（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓2023/10/6

（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓2.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、墊圈的合高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較高強(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+1.5～2.0mm＝螺桿的公稱直徑+1.0～1.5mm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)2023/10/6高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)鉚釘連接及特點(diǎn)

鉚釘連接是用一端帶有半圓形預(yù)制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅迅速插入被連接件的釘孔中，再用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，使連接達(dá)到緊固。缺點(diǎn)費(fèi)工費(fèi)料、勞動(dòng)強(qiáng)度高。目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)傳力可靠，塑性、韌性好，動(dòng)力性能好2023/10/6鉚釘連接及特點(diǎn)鉚釘連接是用一端帶有半圓形預(yù)制釘頭連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，省材省工，易于自動(dòng)化，工效高。焊接殘余應(yīng)力大且不易控制，焊接變形大。對(duì)材質(zhì)要求高，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大。鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動(dòng)力荷載好。

費(fèi)鋼、費(fèi)工。目前很少采用普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡(jiǎn)單螺栓精度低時(shí)不宜受剪，螺栓精度高時(shí)加工和安裝難度較大。高強(qiáng)螺栓連接加工方便，對(duì)結(jié)構(gòu)削弱少，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好。摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價(jià)略高主要連接方法及優(yōu)缺點(diǎn)2023/10/6連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類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0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm受力特點(diǎn)抗剪差、抗拉好抗剪抗拉均好經(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)械設(shè)備用）；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§5.2普通螺栓連接的構(gòu)造注：A、B兩級(jí)的區(qū)別只是尺寸不同。A級(jí)用于d≤24mm,l≤150mm的螺栓，B級(jí)用于d>24mm,l>150mm

螺栓。

2023/10/6螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類A級(jí)和B級(jí)C級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.6級(jí)和常用螺栓直徑：d=16，20，24mm，用M表示，如M16。螺栓符號(hào)螺栓孔為d0=d+1.5～3mm2023/10/6M12、M16大1.5mm；

M18、M20、M22

、M24大2mm；

M27、M30大3mm常用螺栓直徑：d=16，20，24mm，用M表示，如M16。5.2.1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5.2.1螺栓的排列方式1.螺栓的排列并列方式比較簡(jiǎn)單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對(duì)構(gòu)件截面的削弱較大；錯(cuò)列方式可以減小螺栓孔對(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。2023/10/65.2.1螺栓的排列和構(gòu)造要求螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)(1)受力要求

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

；中心距太大<2d端距過小（2）構(gòu)造要求

螺栓的中距及邊距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。（3）施工要求

要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動(dòng)扳手，擰緊螺母。2023/10/6(1)受力要求下限：防止孔間板破裂≥3d端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距中距邊距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0邊距規(guī)范規(guī)定：螺栓的最大、最小容許間距，排列螺栓時(shí)宜按最小容許間距取用，且宜取5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸；最大容許間距一般只在起連系作用的構(gòu)造連接中采用。2023/10/6端距邊距1.5d02d02d01.5d03d0端距端距端距中2023/10/62023/8/4為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于兩個(gè)永久螺栓；2.螺栓的其它構(gòu)造要求直接承受動(dòng)荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動(dòng)；C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：①承受靜載或間接動(dòng)載的次要連接；②承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；③臨時(shí)固定構(gòu)件的安裝連接。沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應(yīng)適當(dāng)加大剛度，以減小撬力對(duì)螺栓抗拉承載力的不利影響。2023/10/6為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于兩5.3普通螺栓連接（根據(jù)受力形式）

螺栓連接的受力形式分為：A：只受剪力；B：只受拉力；C:同時(shí)受剪力和拉力作用。

FFA剪力螺栓NB拉力螺栓C剪力和拉力共同作用受力垂直螺桿，承剪連接件有錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)受力平行螺桿，承拉連接件有脫開趨勢(shì)2023/10/65.3普通螺栓連接（根據(jù)受力形式）螺栓連接的受力形NδO1234NNabNN/2N/2對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn),即可得到板件上a、b兩點(diǎn)相對(duì)位移δ與作用力N的關(guān)系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段1.受剪連接的工作性能

(1)摩擦傳力的彈性階段(0~1段)

直線段—連接處于彈性狀態(tài)；該階段較短—摩擦力較小。(2)滑移階段(1~2段)

克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的間隙，表現(xiàn)在曲線上為水平段。

2023/10/6NδO1234NNabNN/2N/2對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn)NδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的彈性階段(2~3段)

該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導(dǎo)致的板件間摩擦力的增大，N-δ關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。

(4)彈塑性階段(3~4段)

達(dá)到‘3’后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞?！?’點(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。2023/10/6NδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的彈性階段(螺桿被剪斷；b)連接件孔壁擠壓破壞；c)鋼板拉斷；d)鋼板沖剪破壞；e)螺桿彎曲破壞。2.受剪螺栓的破壞形式a)AB栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)b)BA栓桿較粗而板件較薄時(shí)c)A截面削弱過多d)35o35oa1A端矩過小時(shí)；端矩≥2d0e)A板過厚螺栓桿過長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度＜5da)、b)、c)通過計(jì)算解決d)、e)通過構(gòu)造解決2023/10/6螺桿被剪斷；b)連接件孔壁擠壓破壞；c)鋼板拉斷；2.單個(gè)剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力：受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：d3.單個(gè)普通螺栓的受剪計(jì)算

剪力螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:（3.5.1）（3.5.2）

假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布；假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實(shí)際上是相應(yīng)于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布驗(yàn)算：2023/10/6nv-----剪面數(shù)目d----螺栓直徑單個(gè)剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力：受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：t1<t2

,Σt=t1t1t2t1t2t3t2<t1+t2

,Σt=t2d+b<a+c+e

,Σt=b+d螺栓直徑承壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度剪面數(shù)目螺栓抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度承壓構(gòu)件一側(cè)總厚度的較小值2023/10/6受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：t1<t2,Σt=N/2Nl1N/2試驗(yàn)證明,栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿螺栓群長(zhǎng)度方向不均勻，兩端大,中間小。

當(dāng)l1≤15d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個(gè)螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計(jì)時(shí)假定N由各螺栓平均分擔(dān)。4.普通螺栓群抗剪連接計(jì)算（1）普通螺栓群軸心受剪計(jì)算

連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為：(3.5.3)平均值螺栓的內(nèi)力分布彈性階段塑性階段2023/10/6N/2Nl1N/2試驗(yàn)證明,栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿ECCS我國(guó)規(guī)范試驗(yàn)曲線8.8級(jí)

M221.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長(zhǎng)連接螺栓的內(nèi)力分布當(dāng)連接長(zhǎng)度l1>15d0(d0為孔徑)時(shí)，各個(gè)螺栓內(nèi)力難以均勻，端部螺栓受力最大首先破壞，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。則連接所需栓數(shù)：(3.5.5)因此《規(guī)范》采用承載力折減系數(shù)

考慮螺栓群受力不均。2023/10/6ECCS我國(guó)規(guī)范試驗(yàn)曲線1.010203FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2）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)①連接件絕對(duì)剛性,螺栓彈性；②

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。V=FT=Fe2023/10/6FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2）普（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’號(hào)螺栓所受剪力最大（r1最大）。根據(jù)平衡條件得：（c）將（c）式代入（a），得用N1T表達(dá)的T式：

由各螺栓剪力與r成正比：（b）由各剪力都用N1表示：2023/10/6（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’螺栓1離形心最遠(yuǎn)是危險(xiǎn)螺栓,最大剪力N1T:將N1T它分解為水平和豎直分力：（3.5.8）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(3.5.7)驗(yàn)算剪力最大螺栓:（3.5.9）此時(shí)計(jì)算F作用下的螺栓內(nèi)力時(shí)，不需考慮長(zhǎng)接頭的折減系數(shù)2023/10/6螺栓1離形心最遠(yuǎn)是危險(xiǎn)螺栓,最大剪力N1T:將N1T它分解為yoxx11r1y1如果y1≥3x1，則可假定xi=0

。由此得N1Ty=0，則計(jì)算式為：（3.5.10）如果x1≥3y1，則可假定yi=0

。由此得N1Tx=0，則計(jì)算式為：（3.5.10）2023/10/6yoxx11r1y1如果y1≥3x1，則可假定xi=0。5.3.2普通螺栓的受拉連接1.普通螺栓受拉的工作性能b)試驗(yàn)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(jì)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(shí)，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(shí)，螺栓有被撬開的趨勢(shì)（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2023/10/65.3.2普通螺栓的受拉連接1.普通螺栓受拉的工作性能bc)

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5.5.7翼緣加強(qiáng)的措施2.單個(gè)普通螺栓受拉承載力（5.5.11）Ntb——單個(gè)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(jì)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(gè)拉力螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：2023/10/6c)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?。?023/10/6dedndmd螺栓的有效截面面積2023/8/4NNbtt1b111軸心受力構(gòu)件采用螺栓連接時(shí)按最危險(xiǎn)的凈截面計(jì)算。NNtt1bc2c3c4c111ⅡⅡt≤2t1螺栓并列布置按最危險(xiǎn)的正交截面（Ⅰ－Ⅰ）計(jì)算：螺栓錯(cuò)列布置可能沿正交截面（Ｉ－Ｉ）破壞，也可能沿齒狀截面（Ⅱ－Ⅱ）破壞，取截面的較小面積計(jì)算：2023/10/6NNbtt1b111軸心受力構(gòu)件采用螺栓連接時(shí)按最危險(xiǎn)的凈截（1）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：（3.5.13）（3.5.11）3.普通螺栓群受拉N2023/10/6（1）栓群軸心受拉當(dāng)外力通過螺栓群形心時(shí)，一般假定每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(jì)，其假定為：

①連接板件絕對(duì)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。2023/10/6M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1NM刨平頂緊承托(板)M1234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：2023/10/6M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N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M12342023/10/6m——螺栓的總列數(shù)yi——第i個(gè)螺栓至中和軸的距離其中：將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足圖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(shí)，所有螺栓均承受拉力作用，我們假定構(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：（5.5.15a）（5.5.15b）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矩2023/10/6圖3.5.10螺栓群偏心受拉刨平頂緊承托(板)NeV(②大偏心受拉

當(dāng)Nmin<0

時(shí)，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(shì)，偏于安全考慮，我們假定中和軸位于最下排螺栓O’處，受拉力最大的螺栓要求滿足：（5.5.16）O’2023/10/680年代設(shè)計(jì)方法，考慮N和M共同作用：顯然：

故現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法更為簡(jiǎn)單安全②大偏心受拉（5.5.16）O’2023/8/480年代設(shè)5.3.3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5.5.12剪－拉聯(lián)合作用的螺栓圖5.5.13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。2023/10/65.3.3剪－拉螺栓群的計(jì)算同時(shí)承受剪規(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：（5.5.17）（5.5.18）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。2023/10/6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)分別符合下例5.7驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。N=349.5kN，M=17.475kN.m。M22，B級(jí)，鋼材Q235。單個(gè)螺栓抗拉承載力【解】支托505075757575

506010NM強(qiáng)度驗(yàn)算先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計(jì)2023/10/6例5.7驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。N=349.5kN，例5.8

驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。V=233kN，

N=349.5kN，M=17.475kNm。M22，B級(jí)，鋼材Q235。單個(gè)螺栓抗拉承載力【解】強(qiáng)度驗(yàn)算支托505075757575

6010NMV502023/10/6例5.8驗(yàn)算如圖所示，普通螺栓連接。V=233kN，N=支托505075757575

6010NMV50先假設(shè)小偏心，以眾栓形心計(jì)2023/10/6支托5050757575756010NMV50先假設(shè)小偏查P524附表1.3，ftb=170N/mm2查P524附表1.3，ftb=170N/mm2例5.10

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4.6級(jí)，M22，孔徑24mm。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。

2023/10/6例5.10驗(yàn)算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強(qiáng)度[計(jì)算]

1.內(nèi)力計(jì)算N=245kN，e=13cm，M=Ne=245×13=3185kN-cm2.單個(gè)螺栓的抗拉承載力：查P524附表1.3，ftb=170N/mm2查P525附表1.4，Ae=303mm2（M22螺栓有效截面面積）3.計(jì)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

判斷大小偏心（先計(jì)算螺栓群有效截面核心距）：2023/10/6[計(jì)算]1.內(nèi)力計(jì)算2.單個(gè)螺栓的抗拉承載故可判斷：此連接屬大偏心受拉。N=245kNo’柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b)故滿足設(shè)計(jì)要求2023/10/6構(gòu)件應(yīng)繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)！故可判斷：N=245kNo’柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b)故滿足設(shè)例5.11

驗(yàn)算如圖所示普通螺栓連接強(qiáng)度。螺栓M20，孔徑21.5mm，材料為Q235。

步驟1計(jì)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(jì)算]Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN2023/10/6例5.11驗(yàn)算如圖所示普通螺栓連接強(qiáng)度。螺栓M20，孔

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=20×20×305×10-3=122kN滿足設(shè)計(jì)要求Ntb=Aeftb=244.8×170×10-3=41.6kN

Nvb=nv×(

d2/4)×fvb=1×3.14×202/4×130×10-3=31.9kN2023/10/6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§5.4高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算5.4.1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+1.5~2

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+1.0~1.5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2023/10/6§5.4高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算5.4.1高強(qiáng)度1.高強(qiáng)度螺栓連接工作性能1)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NδO12341234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剪承載力計(jì)算方法與普通螺栓相同。2023/10/61.高強(qiáng)度螺栓連接工作性能1)抗剪連接工作性能由于高強(qiáng)度螺2）高強(qiáng)度螺栓的抗拉工作性能圖3.6.1高強(qiáng)度螺栓受拉P+

PC－

Ca)b)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)。2023/10/62）高強(qiáng)度螺栓的抗拉工作性能圖3.6.1高強(qiáng)度螺栓受拉P30025020015010050050100150200250300Pf(kN)Nu’NuNt(kN)Q有橇力時(shí)的螺栓破壞無橇力時(shí)的螺栓破壞計(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≤0.5P時(shí)，橇力Q=0；Nt≥0.5P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≤0.5P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0.5P2023/10/630050100150200（1）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法2.高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造要求①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——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(zhǎng)扳手或電動(dòng)扳手再擰過一定的角度，一般為120o~180o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。2023/10/6（1）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法2.高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造要求②

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：①終擰力矩偏差不應(yīng)大于±10%；②如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應(yīng)更換；③擰固順序先主后次，且當(dāng)天安裝，當(dāng)天終擰完。如工字型梁為：上翼緣→下翼緣→腹板。2023/10/6②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Ae—螺紋處有效截面積；fu—螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級(jí)，取fu=830N/mm2，

10.9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)0.9；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；

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)1.2。由于高強(qiáng)度螺栓材料無明顯的屈服點(diǎn)，用抗拉強(qiáng)度fu代替fy的附加安全系數(shù)0.9。2023/10/6Ae—螺紋處有效截面積；（2）高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定高強(qiáng)螺栓螺栓的性能等級(jí)螺栓公稱直徑（mm）M16M20M22M24M27M308.8級(jí)8012515017523028010.9級(jí)100155190225290355表5.6.1高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力P(GB50017)表3.6.2高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P(GB50018)螺栓的性能等級(jí)螺栓公稱直徑（mm）M12M14M168.8級(jí)45608010.9級(jí)55751002023/10/6螺栓的性能等級(jí)螺栓公稱直徑（mm）M16M20M2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)μ

；（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5.6.3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；2023/10/6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

試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于0.15，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。2023/10/6試驗(yàn)證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于0.15.4.2高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算1.受剪連接承載力

一個(gè)摩擦型連接高強(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=1.111);

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.2.受拉連接承載力

單個(gè)摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值:2023/10/65.4.2高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接計(jì)算1.受剪連接承載力一3.同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力盡管當(dāng)Nt≤P

時(shí)，栓桿的預(yù)拉力變化不大，但由于

隨Nt的增大而減小，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：2023/10/63.同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力盡管當(dāng)Nt≤P時(shí)，栓桿的5.4.3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似。受剪承載力：?jiǎn)嗡辜舫休d力：承壓承載力：承壓型連接高強(qiáng)螺栓，Ntb應(yīng)按普通螺栓的公式計(jì)算。但抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不同，取

ftb=0.48fub。2.受拉連接承載力（3.5.11）2023/10/65.4.3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)度圖5.2.3摩擦型高強(qiáng)螺栓孔前傳力對(duì)于高強(qiáng)螺栓的摩擦型連接，可以認(rèn)為連接傳力所依靠的摩擦力均勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（50％），因此最外列螺栓處危險(xiǎn)截面的凈截面強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件，除按上式驗(yàn)算凈截面強(qiáng)度外，尚需按式(6.2.1)驗(yàn)算毛截面強(qiáng)度。（6.2.1）2023/10/6圖5.2.3摩擦型高強(qiáng)螺栓孔前傳力對(duì)于高強(qiáng)螺栓的摩擦型連為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：

系數(shù)1.2是考慮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)。3.同時(shí)承受剪力和拉力連接的承載力

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。2023/10/6為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：系數(shù)1.2是5.4.4高強(qiáng)螺栓群連接的計(jì)算（1）軸心受剪圖3.6.3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