紧固件螺栓连接

1、第5章 紧固件（螺栓）连接 1 第5章 紧固件（螺栓）连接 1 第5章 紧固件（螺栓）连接 1 第5章 紧固件（螺栓）连接 第5章 紧固件（螺栓）连接 chapter5 钢结构的紧固件连接钢结构的紧固件连接 第5章 紧固件（螺栓）连接 普通螺栓按加工精度可分为： 普通螺栓按加工精度可分为： 1. 1. 粗制螺栓（粗制螺栓（C C级）级） 级、级8 . 4)6 . 0,/400(6 . 4 0 . 35 . 1 2 0 uyu ffmmNf mmdd 螺杆直径 螺孔直径 d d0 优点优点：安装简单，便于拆装；：安装简单，便于拆装； 缺点缺点：螺杆与钢板孔壁不够紧密，传递剪力时，连接变形较大。：

2、螺杆与钢板孔壁不够紧密，传递剪力时，连接变形较大。 宜用于宜用于承受拉力承受拉力的连接中，或用于的连接中，或用于次要结构和可拆卸结构次要结构和可拆卸结构 的的受剪连接受剪连接及安装时的及安装时的临时固定临时固定。 2. 2. 精制螺栓（精制螺栓（ A A、B B级）级） 级、级6 . 5)8 . 0,/800(8 . 8 5 . 03 . 0 2 0 uyu ffmmNf mmdd 优点：受力性能好；优点：受力性能好； 缺点：安装费时费工，且费用较高。目前建筑结构中已缺点：安装费时费工，且费用较高。目前建筑结构中已较少使用较少使用。 普通螺栓普通螺栓 A A、B B两级的区别只是尺寸不同。两级

3、的区别只是尺寸不同。 A A级用于级用于d d24mm, 24mm, l l150mm150mm的螺栓，的螺栓， B B级用于级用于d d24mm, 24mm, l l150mm150mm 螺栓。螺栓。 第5章 紧固件（螺栓）连接 第5章 紧固件（螺栓）连接 摩擦型摩擦型：只靠摩擦阻力传力：只靠摩擦阻力传力, ,以以剪力达到接触面的摩擦力作为剪力达到接触面的摩擦力作为 承载力极限状态承载力极限状态设计准则（设计准则（0 01 1） 动力荷载动力荷载 承压型承压型：以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力 极限状态极限状态设计准则（设计准则（0 0

4、4 4） 高强度螺栓高强度螺栓 图图3.76 3.76 单个螺栓抗剪试验结果单个螺栓抗剪试验结果 高强度螺栓高强度螺栓 普通螺栓普通螺栓 N 级、级9 .10)8 . 0,/800(8 . 8 2 uyu ffmmNf 45号钢、号钢、40B钢和钢和20MnTiB钢加工而成钢加工而成 第5章 紧固件（螺栓）连接 高强螺栓高强螺栓:分大六角头型和扭剪型两种。分大六角头型和扭剪型两种。 P 图图3.77 3.77 高强度螺栓高强度螺栓 (a)(a)大六角头型；大六角头型；(b)(b)扭剪型扭剪型 注：注：形式为大六角其代号用字母形式为大六角其代号用字母M M与公与公 称直径表示。称直径表示。常用常

5、用M1616、M2020、M2424 。 第5章 紧固件（螺栓）连接 施工图中螺栓及其孔眼图例施工图中螺栓及其孔眼图例 第5章 紧固件（螺栓）连接 螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合 理又便于安装。理又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。排列的方式有并列排列和错列排列两种。 螺栓的排列方式螺栓的排列方式 第5章 紧固件（螺栓）连接 规范规范制定出螺栓排列最大、最小容许距离制定出螺栓排列最大、最小容许距离, , 在型钢上排列的螺栓还应符合各自线距和最大孔在型钢上排列的螺栓还应符合各自线距和最大孔 径的要求。径的要求。 图

6、图3.54 3.54 钢板的螺栓钢板的螺栓( (铆钉铆钉) )排列排列 (a) (a) 并列；并列；(b)(b)错列错列 (1)(1)受力要求受力要求 第5章 紧固件（螺栓）连接 中心距太大中心距太大 1515d d0 0( (d d0 0为孔径为孔径) )时，连接进入弹塑性工作状态后，时，连接进入弹塑性工作状态后， 即使内力重新分布即使内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首 先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减抗剪强度折减 系数系数与与l l1 1/ /d d0 0的关系曲线的关系曲线。 故，

7、连接所需栓数：故，连接所需栓数： b min N N n 第5章 紧固件（螺栓）连接 普通螺栓群普通螺栓群轴心受剪轴心受剪的计算流程的计算流程 b c b V NN 、计算 b c b V b NNN，min min 01 15dl b N N n min b N N n min 7 . 0 150 1 . 1 0 1 d l 取整数按规定排列螺栓 是否 第5章 紧固件（螺栓）连接 n /NAf 图图6.2.1 截面削弱处的应力分布截面削弱处的应力分布 N NNN 0 max=30 fy ( (a) )弹性状态应力弹性状态应力( (b) )极限状态应力极限状态应力 n N f A 第5章 紧固

8、件（螺栓）连接 NN b t t1 b1 1 1 n110 Abndt N N t t1 b c2c3 c4 c1 1 1 22 n421220 21;Acnccn dt 第5章 紧固件（螺栓）连接 F F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力： F e F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F n F N F 1 2 2）普通）普通螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪 基本假设基本假设 连接件绝对刚性连接件绝对刚性, , 螺栓弹性；螺栓弹性； T T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与大小与 螺栓至形心的距离螺栓至形心的距

9、离r ri i成正比，方向与它和形心的连线垂直。成正比，方向与它和形心的连线垂直。 第5章 紧固件（螺栓）连接 螺栓群在弯矩作用下，每个螺栓实际受剪。螺栓群在弯矩作用下，每个螺栓实际受剪。 剪力计算公式剪力计算公式 设各螺栓至螺栓群形心设各螺栓至螺栓群形心O O的距离为的距离为r r1 1 、 r r2 2 、r r3 3 ，r rn n，各螺栓承受的分力分别，各螺栓承受的分力分别 为为N N1T 1T、 、 N N2T 2T、 、N N3T 3T ， N NnT nT，根据平衡条 ，根据平衡条 件得：件得： TrNrNrNrN ii n33T22T11T （a） T x y N1T N1Tx

10、 N1Ty r1 1 显然，显然，T T作用下作用下11号螺栓所受剪力最大号螺栓所受剪力最大( (r r1 1最大最大) )。 O 第5章 紧固件（螺栓）连接 1T 1 n nT1T 1 3 3T1T 1 2 2T ,N r r NN r r NN r r N （c） 将（将（c c）式代入（）式代入（a a），得用），得用N N1T 1T表达的 表达的T T式：式： Tr r N rrrr r N n i i 1 2 i 1 1T 22 3 2 2 2 1 1 1T 22 1 2 1 1 iii T yx Tr r Tr N 由假设由假设于是于是， n nT 3 3 2 2T 1 1T r

11、N r N r N r N T （b） 螺栓螺栓1 1离形心最远是危险螺栓离形心最远是危险螺栓, ,最大剪力最大剪力N N1T 1T 第5章 紧固件（螺栓）连接 将将N N1T 1T它分解为水平和竖直分力： 它分解为水平和竖直分力： 22 1 1 1 1T1Tx ii yx Ty r y NN 22 1 1 1 1T1Ty ii yx Tx r x NN 可得受力最大螺栓所承受的合力为可得受力最大螺栓所承受的合力为: : b min 2 1F1Ty 2 1Tx1 NNNNN x xi i第第i i个螺栓中心的个螺栓中心的x x坐标坐标y yi i第第i i个螺栓中心的个螺栓中心的y y坐标坐标

12、 如果如果y y1 133x x1 1，则可假定，则可假定x xi i=0=0 。 由此得由此得N N1T 1Ty y=0 =0， 1 1Tx 2 i Ty N y 则计算式为：则计算式为： b min 2 2 2 1 1 N n F y Ty N i y 1T N o x x1 1Tx N 1Ty N 1 r1 y1 1F N 第5章 紧固件（螺栓）连接 类比角焊缝连接，按构造焊脚尺寸初估 ，再验算强度 第5章 紧固件（螺栓）连接 普通螺栓群普通螺栓群偏心受剪偏心受剪的计算流程的计算流程 ，按规定排列螺栓选定数目n b c b V b NNN，min min TV和到将偏心力向形心简化得 1

13、找出受力最大的螺栓 b c b V NN 、计算 n V N V y 1 22 1 1 22 1 1 ii T y ii T x yx xT N yx yT N， bV y T y T x NNNN min 2 11 2 1 结束 是否 第5章 紧固件（螺栓）连接 1.1.普通螺栓受拉的工作性能普通螺栓受拉的工作性能 在受拉螺栓连接中，外力在受拉螺栓连接中，外力N N作用下，构件作用下，构件相互间有分离趋势相互间有分离趋势 从而使螺栓沿杆轴方向受拉，最后从而使螺栓沿杆轴方向受拉，最后螺栓被拉断螺栓被拉断而破坏。而破坏。 图图3.5.6 受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力 A. A. 螺栓受拉时，一般

14、是通过与螺螺栓受拉时，一般是通过与螺 杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴 心受拉，当连接板件发生变形时，心受拉，当连接板件发生变形时， 螺栓有被撬开的趋势螺栓有被撬开的趋势( (杠杆作杠杆作 用用) )，使螺杆中的拉力增加使螺杆中的拉力增加( (撬力撬力 Q)Q)并产生弯曲现象。并产生弯曲现象。连接件刚度连接件刚度 越小撬力越大越小撬力越大。试验证明影响撬力。试验证明影响撬力 的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法， 取取f ft tb b=0.8=0.8f f( (f f螺栓钢材的抗拉强度设计值螺栓钢材

15、的抗拉强度设计值) )来考虑其影来考虑其影响。响。 QNNt 第5章 紧固件（螺栓）连接 2.2.单个普通螺栓受拉承载力单个普通螺栓受拉承载力 b t 2 e b te b t 4 f d fAN 式中：式中： N Nt tb b单个螺栓抗拉承载力；单个螺栓抗拉承载力； A Ae e 螺栓螺纹处的有效面积；螺栓螺纹处的有效面积； d de e 螺栓有效直径；附表螺栓有效直径；附表1212 f ft tb b 螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。 f ft tb b 0.80.8f f 假定拉应力在螺栓螺纹处截面上假定拉应力在螺栓螺纹处截面上 均匀分布，则一个拉力螺栓的承均匀分布，则一个

16、拉力螺栓的承 载力设计值：载力设计值： B. B. 在构造上可以通过在构造上可以通过加强连接件的刚度加强连接件的刚度的方法，来减小的方法，来减小 杠杆作用引起的撬力，如杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减小甚至消除，可以减小甚至消除 撬力的影响。撬力的影响。 加劲肋加劲肋 图图3.5.73.5.7翼缘加强的措施翼缘加强的措施 第5章 紧固件（螺栓）连接 dedn dm d )(3 24 13 螺距PPdd e 螺栓的有效截面面积螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直 径径d de e而不是净直径而不是净直径d

17、dn n，现行国家标准取：，现行国家标准取： 第5章 紧固件（螺栓）连接 （1 1）栓群轴心受拉）栓群轴心受拉 当外力通过螺栓群形心时，当外力通过螺栓群形心时，一般假定每个螺栓均匀受一般假定每个螺栓均匀受 力，力，因此连接所需的螺栓数目为：因此连接所需的螺栓数目为： b t N N n b t 2 e b te b t 4 f d fAN 3. 3. 普通螺栓群受拉普通螺栓群受拉 N 第5章 紧固件（螺栓）连接 M 刨平顶紧刨平顶紧 承托承托(板板) M 1 2 3 4 受压区受压区 y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和轴中和轴 (2(2）栓群承受弯矩作用）栓群承受弯矩作用 M M作

18、用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： 连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； 螺栓群的螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受处，各螺栓所受 拉力与其至中和轴的距离成正比。拉力与其至中和轴的距离成正比。 ： 第5章 紧固件（螺栓）连接 在弯矩作用下，离中和轴越远的螺栓所受拉力越大， 而压应力则由弯矩指向一侧的部分端板承受， 设中和轴至端板受压边缘的距离为c. 这种连接的受力有如下特点:受拉螺栓截面只是孤立的几个螺栓点， 而端板受压区则是宽度较大的实体矩形截面（类似钢筋混凝土梁） 第5章 紧固件（螺栓）连接

19、 计算图计算图c c中截面的形心位置，所求得的端板受压区高度中截面的形心位置，所求得的端板受压区高度c c总总 是很小，中和轴通常在弯矩指向一侧最外排螺栓附近的某是很小，中和轴通常在弯矩指向一侧最外排螺栓附近的某 个位置。个位置。 即认为连接变形为绕即认为连接变形为绕o o处水平轴转动，螺栓拉力处水平轴转动，螺栓拉力 与与o o点算起的纵坐标点算起的纵坐标y y成正比。对成正比。对o o处水平轴列弯矩平衡方处水平轴列弯矩平衡方 程时，偏安全地忽略力臂很小的端板受压区部分的力矩而程时，偏安全地忽略力臂很小的端板受压区部分的力矩而 只考虑受拉螺栓部分，则得只考虑受拉螺栓部分，则得( (各各y y均

20、自点均自点o o算起算起) )： 第5章 紧固件（螺栓）连接 )( 2211 byNyNyNM nn 由力学及假定可得：由力学及假定可得： )( 3 3 2 2 1 1 a y N y N y N y N n n M 刨平顶紧刨平顶紧 承托承托(板板) M 1 2 3 4 受压区受压区 y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和轴中和轴 显然显然1号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大 第5章 紧固件（螺栓）连接 将式将式( (c c) )代入式代入式( (b b) )得得: : )( 1 1 3 1 1 32 1 1 2 cy y N Ny y N Ny y N N nn

21、 ； )( 1 2 1 1 22 2 2 1 1 1 dy y N yyy y N M n i in )( 1 2 e y yM N n i i i i 因此，设计时只要满足下式即可：因此，设计时只要满足下式即可： b t 2 1 1 N y My N i 由式由式( (a a) )得得: : 螺栓螺栓i i 的拉力的拉力: : 即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超过一个螺栓的抗拉承 载力设计值。 第5章 紧固件（螺栓）连接 （剪力由支托承担）（剪力由支托承担） 图图3.5.10 螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉 刨平顶紧刨平顶紧 承托承托(板板) N e (3(3）栓群偏心受拉）栓群偏心受拉 V

22、V 根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉. . )/( 1 2 nyye i 第5章 紧固件（螺栓）连接 螺栓群的最大和最小螺栓受力为：螺栓群的最大和最小螺栓受力为： 0 1 min 2 i y My n N N b t 2 i N y My n N N 1 max 当当 N Nmin min0 0 ，则表示所有螺栓受拉，则表示所有螺栓受拉， 螺栓群绕形心轴旋转。螺栓群绕形心轴旋转。 大偏心受拉大偏心受拉 当当N Nmin min ，构件构件B B绕绕A A点（底排点（底排 螺栓）旋转趋势，偏于安全取螺栓）旋转趋势，偏于安全取中和轴位于最

23、下排螺栓中和轴位于最下排螺栓OO处处， 受拉力最大的螺栓要求满足：受拉力最大的螺栓要求满足： b 1t 2 i i Ne y NN y 2 e e1 i y W nAny 螺栓有效截面组成的核心距螺栓有效截面组成的核心距 小偏心受拉小偏心受拉 当当M/NM/N较小时，所有螺栓均承受拉力作用，构件较小时，所有螺栓均承受拉力作用，构件B B绕绕螺栓群螺栓群 的形心的形心O O转动。转动。 第5章 紧固件（螺栓）连接 同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式：同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式： 一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破

24、坏。试验研究结试验研究结 果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承 载力，所得的相关关系近似为圆曲线。载力，所得的相关关系近似为圆曲线。 第5章 紧固件（螺栓）连接 于是，规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，于是，规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓， 应分别符合下列公式的要求：应分别符合下列公式的要求： V=F M=Fe 图图3.5.14 剪拉螺栓群的受力情况剪拉螺栓群的受力情况 0 1 形心形心 Fe N 0 1 形心形心 V M N 验算剪验算剪- -拉联合作用：拉联合作用： 1 2 b t t 2 b

25、 v v N N N N b vc V NN n 验算孔壁承压：验算孔壁承压： 第5章 紧固件（螺栓）连接 式中：式中： N NV Vb b单个螺栓抗剪承载力设计值；单个螺栓抗剪承载力设计值； N Nc cb b单个螺栓承压承载力设计值单个螺栓承压承载力设计值 N Nt tb b单个螺栓抗拉承载力设计值；单个螺栓抗拉承载力设计值； N Nv v 、N Nt t单个螺栓承受的最大剪力和拉力设计值。单个螺栓承受的最大剪力和拉力设计值。 b v 2 v b v 4 f d nN b c b c f tdN b t 2 e b te b t 4 f d fAN v V N n 1 t1 2 i Ne

26、y NN y 1 t1 2 i Ney NN y 或或 1 2 b t t 2 b v v N N N N 第5章 紧固件（螺栓）连接 例例 验算如图所示普通螺栓连接强度。螺栓验算如图所示普通螺栓连接强度。螺栓M20M20，孔径，孔径21.5mm21.5mm， 材料为材料为Q235FQ235F。 计算螺栓上的力计算螺栓上的力 N N=100=1003/5=60kN3/5=60kN V= V=1001004/5=80kN4/5=80kN 分析螺栓受力状态分析螺栓受力状态 荷载荷载P P通过螺栓截面形心通过螺栓截面形心O O， 分解后得剪力分解后得剪力V V和拉力和拉力N N，螺栓，螺栓 处于既受

27、拉又受剪的状态。处于既受拉又受剪的状态。 P=100kN 5 4 3 o 解解 N Nv v= =V V/ /n n=80/4=20kN=80/4=20kN N Nt t= =N N/ /n n=60/4=15kN=60/4=15kN 第5章 紧固件（螺栓）连接 用相关公式验算强度用相关公式验算强度 172. 0 6 .41 15 9 .31 20 22 2 b t t 2 b v v N N N N 计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值 N Nt tb b= =A Ae ef ft tb b=244.8=244.8170 170 1010-3 -3=41.6kN =4

28、1.6kN N Nv vb b= =n nv v( ( d d2 2/4) /4) f fv vb b =1 =13.143.1420202 2/4/41301301010-3 -3=31.9kN =31.9kN V=80 N=60 直径直径连接板厚连接板厚 及及 N Nv v=20kN=20kN N Nc cb b =20 =202020305 305 1010-3 -3=122kN =122kN 满足要求。满足要求。 承压强度设计值承压强度设计值 第5章 紧固件（螺栓）连接 3.6 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算 分类分类： 材料材料 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、

29、垫圈的合称。高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。高强高强 度螺栓常用钢材有度螺栓常用钢材有优质碳素钢优质碳素钢中的中的3535号钢、号钢、4545号钢，号钢，合金钢合金钢 中的中的2020锰钛硼钢等。制成的螺栓有锰钛硼钢等。制成的螺栓有8.88.8级和级和10.910.9级。级。 按受力特征的不同高强度螺栓分为两类按受力特征的不同高强度螺栓分为两类摩擦型高强度螺摩擦型高强度螺 栓栓通过板件间摩擦力传递内力通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力破坏准则为克服摩擦力； 承压型高强度螺栓承压型高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似受力特征与普通螺栓类似。在外力的作。在外力的作 用下螺栓承受

30、用下螺栓承受剪力剪力和和拉力拉力。 高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧使螺杆产生预拉力而压紧 构件接触面构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达，以达 到传递外力的目的。到传递外力的目的。 第5章 紧固件（螺栓）连接 高强度高强度 螺栓螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓普通螺栓 a b N N/2 N/2 1) 1) 抗剪连接工作性能抗剪连接工作性能 连接受剪时依靠板件间摩擦力传力，连接受剪时依靠板件间摩擦力传力， 以以剪力等于摩擦力为设计极限状态，剪力等于摩擦力为设计极限状态，连连

31、接件间不允许相互滑动，变形小，抗剪接件间不允许相互滑动，变形小，抗剪 承载力可到达承载力可到达1 1点为点为高强螺栓摩擦型连接高强螺栓摩擦型连接。 通过通过1 1点后连接件间有相对滑动，螺杆杆点后连接件间有相对滑动，螺杆杆 身与孔壁接触，使螺杆受剪孔壁受压，身与孔壁接触，使螺杆受剪孔壁受压， 其受力特点与普通螺栓相同，其受力特点与普通螺栓相同，连接的承连接的承 载力可用到载力可用到4点为点为高强度高强度承压型连接承压型连接，变，变 形大，不适于受动荷载的连接。形大，不适于受动荷载的连接。 螺杆剪力螺杆剪力 N 连接板件摩擦力连接板件摩擦力 N 第5章 紧固件（螺栓）连接 受力过程与普通螺栓相似

32、，分为四个阶段：受力过程与普通螺栓相似，分为四个阶段：摩擦传力的弹摩擦传力的弹 性阶段性阶段、滑移阶段滑移阶段、栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段、弹塑性阶段弹塑性阶段。 A A、由于高强度螺栓连接对于、由于高强度螺栓连接对于高强度螺栓摩擦型高强度螺栓摩擦型连接，其连接，其破破 坏准则为板件发生相对滑移坏准则为板件发生相对滑移，因此其，因此其极限状态为极限状态为1 1点点而不是而不是 4 4点，所以点，所以1 1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的 抗剪承载力：抗剪承载力： B B、对于、对于高强度螺栓承压型抗剪高强度螺栓承压型抗剪连接连接，允许接

33、触面发生相对允许接触面发生相对 滑移滑移，破坏准则为，破坏准则为连接达到其极限状态连接达到其极限状态4 4点点，所以高强度螺所以高强度螺 栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。 但比较两条但比较两条N N曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存 在很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。在很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。 高强度螺栓连接由于高强度螺栓连接由于预拉力作用预拉力作用，构件在承受外力作用前已，构件在承受外力作用前已 有较大的挤压力，在受到外力作用时，有较大的挤压力，在受

34、到外力作用时，首先要抵消这种挤压力首先要抵消这种挤压力。 抗拉时与普通螺栓相同，但变形小，可减少锈蚀，改善疲劳性抗拉时与普通螺栓相同，但变形小，可减少锈蚀，改善疲劳性 能。能。 第5章 紧固件（螺栓）连接 2 2）高强度螺栓的抗拉工作性能）高强度螺栓的抗拉工作性能 图图3.6.1 高强度螺栓受拉高强度螺栓受拉 P+ P C C a) b) 高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P P， 板层之间则有压力板层之间则有压力C C，而，而P P与与C C维持平衡维持平衡C C = = P P ( (状态状态a a) )。 加荷载拉力加荷载拉力

35、N Nt t后，螺栓拉力从后，螺栓拉力从P P增加了增加了 P P，板件挤压力则，板件挤压力则 由由C C减小了减小了 C C ( (状态状态b b) )。 计算表明螺杆的计算表明螺杆的外拉力外拉力N Nt t为预拉力为预拉力P P的的8080，螺杆内的拉力螺杆内的拉力 增加很少，此时预拉力不变。假定板面仍处于紧密接触状态。增加很少，此时预拉力不变。假定板面仍处于紧密接触状态。 直接承受动 力荷载的结 构外拉力不 宜超过0.5P 第5章 紧固件（螺栓）连接 （1 1）高强度螺栓预拉力的建立方法）高强度螺栓预拉力的建立方法 大六角头螺栓的预拉力控制方法有：大六角头螺栓的预拉力控制方法有： 通过拧

36、紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： a a. .力矩法力矩法 初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的30%50%30%50%，使板件贴紧密；，使板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。设计终拧力矩拧紧。 特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。 b b. .转角法转角法 初拧初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度，初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度， 一般为

37、一般为120120o o180180o o完成终拧。完成终拧。 特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧。 为了保证通过摩擦力传递剪力，高强度螺栓的预拉力为了保证通过摩擦力传递剪力，高强度螺栓的预拉力P P的准的准 确控制非常重要。确控制非常重要。 第5章 紧固件（螺栓）连接 扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓） 初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%80%60%80%； 终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。 特点：施工简单、技术要求低易实施、质

38、量易保证等。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等。 高强度螺栓的施工要求：高强度螺栓的施工要求： 由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉 力，因此施工要求较严格：力，因此施工要求较严格： 终拧力矩偏差不应大于终拧力矩偏差不应大于10%10%； 如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；如发现欠、漏和超拧螺栓应更换； 拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 如工字型梁为：如工字型梁为：上翼缘上翼缘下翼缘下翼缘腹板腹板。 第5章 紧固件（螺栓）连接 ue 2 . 1 9 . 09 . 09 .

39、 0 fAP A Ae e螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积； f fu u螺栓热处理后的最低抗拉强度；螺栓热处理后的最低抗拉强度；8.88.8级，取级，取f fu u =830N/mm =830N/mm2 2， 10.910.9级，取级，取f fu u =1040N/mm =1040N/mm2 2 （2 2）高强度螺栓预拉力的确定）高强度螺栓预拉力的确定 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度有效抗拉强度确定的，确定的， 并考虑了以下修正系数：并考虑了以下修正系数： 考虑材料的不均匀性的折减系数考虑材料的不均匀性的折减系数0.90.9； 为防止施工时超张拉导

40、致螺杆破坏的折减系数为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.90.9； 考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低 除以系数除以系数1.21.2。 因此，预拉力：因此，预拉力： 附加安全系数附加安全系数0.90.9。 第5章 紧固件（螺栓）连接 表表3.6.1 3.6.1 高强螺栓设计预拉力高强螺栓设计预拉力P P值（值（kNkN） 表表3.6.23.6.2 第5章 紧固件（螺栓）连接 F 摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的 大小取决于大小取决于板件间的挤

41、压力板件间的挤压力（P P）和）和板件间的抗滑移系数板件间的抗滑移系数 ； F 板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，其大其大 小随板件间的挤压力的减小而减小小随板件间的挤压力的减小而减小； （3 3）高强度螺栓摩擦面抗滑移系数）高强度螺栓摩擦面抗滑移系数 表表3.6.3 3.6.3 摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数 值值 试验证明，摩擦面涂红丹防锈漆后，抗滑移系数小于试验证明，摩擦面涂红丹防锈漆后，抗滑移系数小于0.150.15，故摩，故摩 擦面应擦面应严禁涂红丹严禁涂红丹。另外，连接在潮湿或淋雨条件下拼装，也会降。另外，连接

42、在潮湿或淋雨条件下拼装，也会降 低低 值，故应采取有效措施保证连接处表面的干燥。值，故应采取有效措施保证连接处表面的干燥。 第5章 紧固件（螺栓）连接 单个高强度螺栓抗剪承载力设计值单个高强度螺栓抗剪承载力设计值: : 式中：式中：0.90.9抗力分项系数抗力分项系数 R R的倒数的倒数( ( R R=1.111);=1.111); n nf f传力摩擦面数目传力摩擦面数目; ; 摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数; ; P P预拉力设计值预拉力设计值. . PnN f b v 9 . 0 PN8 . 0 b t 单个高强度螺栓抗拉承载力设计值单个高强度螺栓抗拉承载力设计值: : 第5章 紧固件

43、（螺栓）连接 1 b v v b t t N N N N 和抗剪承载力设计值。单个高强度螺栓的抗拉、 ；担的拉力和剪力设计值外力作用下每个螺栓承、 b v b t vt NN NN 尽管当尽管当N Nt tP P 时，栓杆的预拉力变化不大，但由于时，栓杆的预拉力变化不大，但由于 随随N Nt t的增大而减小的增大而减小，且随，且随N Nt t的增大板件间的挤压力减小，故的增大板件间的挤压力减小，故 连接的抗剪能力下降。规范规定在连接的抗剪能力下降。规范规定在V V和和N N共同作用下应满足共同作用下应满足 下式：下式： 第5章 紧固件（螺栓）连接 承压型连接高强螺栓，承压型连接高强螺栓，N N

44、t tb b应按普通螺栓的公式计算。但应按普通螺栓的公式计算。但 抗拉强度设计值不同，取抗拉强度设计值不同，取 f ft tb b= 0.48= 0.48f fu ub b。 高强度螺栓承压型连接的计算方法与普通螺栓连接相同。高强度螺栓承压型连接的计算方法与普通螺栓连接相同。 b v 2 e v b v 4 f d nN b c b c f tdN b c b v NNN b ，min min 单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力： 受剪承载力：受剪承载力： 承压承载力承压承载力： b t 2 e b te b t 4 f d fAN 第5章 紧固件（螺栓）连接 1 2 b t t 2 b v v

45、N N N N 2 . 1 b c v N N 为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足： 系数1.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的承压承 载力降低的修正系数。 对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计 算方法与普通螺栓相同。算方法与普通螺栓相同。 第5章 紧固件（螺栓）连接 （1 1）轴心受剪）轴心受剪 图图3.6.3 轴心受剪轴心受剪 设一侧的螺栓数为设一侧的螺栓数为n n， 平均受剪，承受外力平均受剪，承受外力N N。轴。轴 力通过螺栓群的形心，所力通过螺栓群的形心，所 需螺栓数目：需螺栓数目： N N

46、b bmin min 相应连相应连 接类型单个高强接类型单个高强 螺栓抗剪承载力螺栓抗剪承载力 设计值。设计值。 对于摩擦型连接：对于摩擦型连接： b v N N n 对于承压型连接对于承压型连接： b min N N n （2 2）高强度螺栓群非轴心受剪）高强度螺栓群非轴心受剪 在扭矩或扭矩和剪力共同作用时的抗剪计算方法与在扭矩或扭矩和剪力共同作用时的抗剪计算方法与普普 通螺栓群通螺栓群相同。相同。 1 0.5 1 n NN n 第5章 紧固件（螺栓）连接 （1 1）轴心受拉）轴心受拉 对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：PN8 . 0 b t b t N N n 高强度螺栓连接所需的螺栓数目：

47、高强度螺栓连接所需的螺栓数目： 对于承压型连接：对于承压型连接： b t 2 e b t f d N 4 （2 2）高强度螺栓群受弯矩作用）高强度螺栓群受弯矩作用 由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力P P，故，故 在弯矩作用下，在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性，弹性 性能较好，可认为是一个整体性能较好，可认为是一个整体, ,所以假定所以假定连接的中和轴与螺栓连接的中和轴与螺栓 群形心轴重合群形心轴重合，最外侧螺栓受力最大。，最外侧螺栓受力最大。 第5章 紧固件（螺栓）连接 M M 1

48、2 3 4 y1 y2 N1 N2 N3 N4 受压区受压区 中中 和和 轴轴 nny NyNyNM 2211 由力学可得：由力学可得： n n y N y N y N y N 3 3 2 2 1 1 b t 1 2 1 1 N y yM N n i i 因此，设计时只要满足下式即可：因此，设计时只要满足下式即可： 第5章 紧固件（螺栓）连接 b t 1 2 1 1 N y yM n N N n i i N e 1 2 3 4 M=Ne N y1 y2 N1 N2 N3 N4 中中 和和 轴轴 M作用下作用下 N作用下作用下 （3 3）高强度螺栓群偏心受拉）高强度螺栓群偏心受拉 偏偏心力作用下

49、的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于 0.80.8P P，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型和，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型和 承压型均可采用以下方法承压型均可采用以下方法（叠加法）（叠加法）计算计算: : 第5章 紧固件（螺栓）连接 1 1号螺栓受到最大拉力，应满足：号螺栓受到最大拉力，应满足：P y My n N N8 . 0 2 i 1 t （1 1）摩擦型连接的计算）摩擦型连接的计算 M N V 1 2 3 4 M=Ne N y1 y2 N1 N2 N3 N4 中中 和和 轴轴 M作用下作用下 N作用下作用

50、下 V V作用下作用下 )6 . 6 . 3(1 b v v b t t N N N N 承受剪力和拉力作用时，应满足：承受剪力和拉力作用时，应满足： 图图3.6.4 摩擦型连接高强度螺栓的内力分布摩擦型连接高强度螺栓的内力分布 第5章 紧固件（螺栓）连接 tv NPnN25. 19 . 0 f (3.6.11) 将将N N b bv v=0.9=0.9n nf f P P 和和N Nb bt t0.80.8P P带入上式得：带入上式得： b t t b vv N N NN1 可改写为：可改写为： 2 i t y My n N N i i (3.6.12) 在弯矩和拉力共同作用下，高强螺栓群中

51、的拉力各不相在弯矩和拉力共同作用下，高强螺栓群中的拉力各不相 同，即：同，即： 当当Nti 0时，取时，取Nti 0。 第5章 紧固件（螺栓）连接 则剪力则剪力V V作用下，螺栓群抗剪计算按下式：作用下，螺栓群抗剪计算按下式： n i NPnV 1 tif 25. 19 . 0 (3.6.13) 在式（在式（3.6.133.6.13）中，只考虑螺栓拉力对抗剪承载力的）中，只考虑螺栓拉力对抗剪承载力的 不利影响，未考虑受压区板层间压力增加的有利作用，故不利影响，未考虑受压区板层间压力增加的有利作用，故 按该式计算的结果是略偏安全的。按该式计算的结果是略偏安全的。 n i NPnV 1 f 25.

52、 19 . 0 ti 第5章 紧固件（螺栓）连接 (2) (2) 承压型连接的计算承压型连接的计算 承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值与普通螺栓承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值与普通螺栓 计算相同，分螺计算相同，分螺栓杆抗剪栓杆抗剪和和孔壁承压孔壁承压两部分。两部分。 同时承受同时承受剪力剪力和杆轴方向和杆轴方向拉力拉力的承压型高强度螺栓，的承压型高强度螺栓， 应满足：应满足： 1 2 b t t 2 b v v N N N N （3.6.7） 2 . 1 b c v N N （3.6.8） N Nv v、N Nt t 最危险螺栓受到的剪最危险螺栓受到的剪 力、拉力。力、拉力。 N Nv v

53、b b 、N Nc cb b 、N Nt tb b 一个承压型高强螺栓一个承压型高强螺栓 的抗剪、承压、抗拉承载的抗剪、承压、抗拉承载 力设计值。力设计值。 第5章 紧固件（螺栓）连接 剪拉 受拉承压型高强 受剪 剪拉 受拉摩擦型高强 受剪 剪拉 受拉普通螺栓 受剪 b f b c f tdN b vv b v f d nN 4 2 b te b t fAN 1)()( 22 b t t b v v N N N N b cV NN PnN f b V 9 . 0 PN b t 8 . 0 tf b v NPnN25. 19 . 0PN b t 8 . 0 b vv b v f d nN 4 2 b f b c ftdN b te b t fAN 1)()( 22 b t t b v v N N N N 2 . 1/ b cV NN 第5章 紧固件（螺栓）连接 例例 验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的连接强度。普通螺验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的连接强度。普通螺 栓栓4.6