高强螺栓计算方法

1、 3.7 3.7 高强度螺栓连接的计算高强度螺栓连接的计算 连接板间摩擦力连接板间摩擦力 摩擦型摩擦型连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。 以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许 相互滑动，变形小，承载力小。相互滑动，变形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂，工艺保证措施：喷砂， 使使 =0.3=0.30.550.55。 分类：分类： 特点：特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达予拉力很大，依直径等级不同，可达8080 355355kNkN。 高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、 垫圈的合称，

2、强度等级垫圈的合称，强度等级10.910.9h h和和8.88.8级。级。 承压型承压型连接件间允许相互滑动连接件间允许相互滑动。传力开始。传力开始 时在标准荷载作用下动连接件间无滑动，剪力由摩时在标准荷载作用下动连接件间无滑动，剪力由摩 擦力和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接擦力和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接 件间有较大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相件间有较大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相 对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，剪力由螺杆传递， 其特点与普通螺栓相同。其特点与普通螺栓相同。因此，有与普通螺栓相同因此，有与普通螺栓相

3、同 的极限状态的极限状态螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。 变形大，变形大，不适于受动荷载的连接。不适于受动荷载的连接。 抗拉时与普通螺栓抗拉时与普通螺栓 相同，但变形相同，但变形 小，可减少锈小，可减少锈 蚀，改善疲劳蚀，改善疲劳 性能。性能。 螺杆剪力螺杆剪力 N 1、确定予、确定予拉力拉力P P数值数值 使螺栓中的拉应力接近于所用材料的屈服点使螺栓中的拉应力接近于所用材料的屈服点 （f f0.2 0.2） ）, ,考虑材料不均匀系数考虑材料不均匀系数0.90.9、超张拉系数、超张拉系数0.90.9和和 剪应力（拧螺母时产生）引起的承载力降低系数剪应力（拧

4、螺母时产生）引起的承载力降低系数1.2,1.2,， 予拉力计算式为：予拉力计算式为： eu AfP 2 . 1 9 . 09 . 0 （3-463-46） 结果按结果按5 5kNkN的模数取整得表的模数取整得表3-33-3。摩擦型承压型均适用。摩擦型承压型均适用。 f fu u高强螺栓经热处理后的最低抗拉强度；高强螺栓经热处理后的最低抗拉强度； 屈强比（假定屈服点与屈强比（假定屈服点与最低抗拉强度比值）最低抗拉强度比值） A Ae e螺栓有效面积螺栓有效面积 一、高强螺栓的予拉力的建立一、高强螺栓的予拉力的建立 2 2、予予拉工艺拉工艺扭螺帽扭螺帽 螺栓的性能 等 级 螺 栓 公 称 直 径（

5、mm） M16 M20M22M24 M27 M30 8.870110135155205250 10.9100155190225290355 高强螺栓设计予拉力P值（kN）表3-3 （1 1）扭矩法）扭矩法 工具工具能显示扭矩的搬手。能显示扭矩的搬手。 （2 2）转角法）转角法 先用普通扳手把连接件拧紧密，称先用普通扳手把连接件拧紧密，称初拧初拧。 以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭 1/21/22/32/3圈，达到终拧角度。螺栓的拉力即达到预拉圈，达到终拧角度。螺栓的拉力即达到预拉 力。终拧角度根据螺栓直径，连接件厚度通过实测确力。终拧角度根据

6、螺栓直径，连接件厚度通过实测确 定。方法简单，但常常出现予拉力比设计值高。定。方法简单，但常常出现予拉力比设计值高。 （3 3）扭掉螺栓尾部梅花卡法）扭掉螺栓尾部梅花卡法 1 1、单个高强螺栓抗剪承载力设计值、单个高强螺栓抗剪承载力设计值 NVb=0.9nf P NVb单个高强螺栓抗剪承载力设计值单个高强螺栓抗剪承载力设计值 P予拉力予拉力 抗滑移（摩擦）系数，见表抗滑移（摩擦）系数，见表3-43-4 nf传力摩擦面数传力摩擦面数 0.9 0.9螺栓受力非均匀系数螺栓受力非均匀系数 二、摩擦型高强螺栓的计算二、摩擦型高强螺栓的计算 抗剪承载力由摩擦力确定。抗剪承载力由摩擦力确定。 连接处接触面

7、 处理方法 构 件 的 钢 号 3号钢 16锰钢或 16锰桥钢 15锰钒钢或 15锰钒桥钢 喷 砂 喷砂后涂无机富锌漆 喷砂后生赤绣 用钢丝刷清除浮锈或未 经处理的干净轧制表面 0.45 0.35 0.45 0.30 0.55 0.40 0.55 0.35 0.55 0.40 0.55 0.35 摩擦面抗滑移系数值 表3-4 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。 + + + + + + + + + + + + + + + + NN l1 分析方法和计算公式与普通螺栓同。分析方法和计算公式与普通螺栓同。 2 2、摩擦型高强螺栓群的抗剪计算、摩擦

8、型高强螺栓群的抗剪计算 n N Nv每个螺栓承受的剪力为：每个螺栓承受的剪力为： b vv N n N N 单个螺栓承载力设计条件：单个螺栓承载力设计条件： b v N N n (1).(1).所需螺栓所需螺栓 数：数： (2).(2).构件净截面强度验算构件净截面强度验算 N N+ + + + + + + + + + + + N N A NN 孔前传力分析孔前传力分析 f A N ) n n 5 . 01 ( A N n 1 n n 受剪连接计算受剪连接计算 p一个螺栓抗剪承载力一个螺栓抗剪承载力 p连接所需螺栓数连接所需螺栓数 p净截面强度：考虑净截面强度：考虑50孔前传力孔前传力 f A

9、 N n n A N n 1 n , 5 . 01）（ PnN9 .0 f b V b V N N n 高强螺栓群在扭矩作用下的计算公式与普通螺高强螺栓群在扭矩作用下的计算公式与普通螺 栓同。高强螺栓的直径系列、连接中螺栓的排列及栓同。高强螺栓的直径系列、连接中螺栓的排列及 有关构造要求与普通螺栓同。有关构造要求与普通螺栓同。 例题例题3-13 7575 7070 e=300 V=60KN,选用10.9级M20摩擦型高强螺栓，钢材选用 Q235钢，接触面采用喷砂处理。验算此连接强度 解：（1）计算单 个摩擦型高强螺栓 的承载能力： KN75.60 15545. 09 . 0 Pn9 . 0N

10、f f b b V V （2）计算单个螺栓在外力作用下承受的最大荷载 KN10 6 kn60 n V N V Y1 MKN183 . 060eVT KN01.26 754706 751018 yx yT N 22 6 2 i 2 i 1 T X1 KN3 .24 754706 701018 yx xT N 22 6 2 i 2 i 1 T Y1 KN75.60N KN04.4301.26)3 .2410(N)NN(N b V 22T X1 2T Y1 V Y1 所以该连接满足强度要求 例题例题3-14如图示，截面为如图示，截面为30016的轴心受拉钢板，用双盖板的轴心受拉钢板，用双盖板 和摩擦

11、型高强螺栓连接，已知钢材为和摩擦型高强螺栓连接，已知钢材为Q345钢，螺栓为钢，螺栓为10.9级级 M20，接触面喷砂后涂无机富锌漆，承受轴力，接触面喷砂后涂无机富锌漆，承受轴力N=1200KN，试，试 验算连接的强度。验算连接的强度。 KN6 .111 1554 . 029 . 0 Pn9 . 0N f f b b V V 解（1）验算螺栓连接 的强度 实际单个螺栓承受的内力 为： 满足要求）满足要求）(kN6 .111NkN100kN 12 1200 n N b V （2）验算钢板强度 构件厚度t=16mm2t1=20mm,故应验算构件截面。查表得 f=310N/mm2 构件得毛截面强度为

12、 构件得静截面强度为： 22 3 mm/N310fmm/N250 16300 101200 A N 22 3 N 1 mm/N310fmm/N8 .294 16)224300( 101200 ) 12 4 5 . 01 ( A N ) n n 5 . 01 （ PN b t 8 . 0 为什么取为什么取0.80.8P P呢？研究表明：连接件刚好被松开呢？研究表明：连接件刚好被松开 时的外力时的外力N=1.051.19PN=1.051.19P，N Nt tb b=0.8P=0.8P时可以保证连接件时可以保证连接件 不被松驰。不被松驰。 P预拉力预拉力 （1 1）一个高强螺栓的抗拉承载力设计值）一

13、个高强螺栓的抗拉承载力设计值 3 3、高强螺栓承受拉力时的计算、高强螺栓承受拉力时的计算 规范规定：规范规定： （2 2）受拉力作用的高强螺栓群计算）受拉力作用的高强螺栓群计算 P N n 8 . 0 N 所需螺栓个数所需螺栓个数 (3) (3) 受弯矩作用的高强螺栓群计算受弯矩作用的高强螺栓群计算 yi M y1x 1 i 1 1号螺栓受到最大拉力，验算：号螺栓受到最大拉力，验算： P ym My N i t 8 . 0 2 1 1 与普通螺栓连接的区别与普通螺栓连接的区别： （a a）中性轴置于形心轴上中性轴置于形心轴上 由于有很大的予拉力，连接件间紧密贴合，可认为是一个由于有很大的予拉力

14、，连接件间紧密贴合，可认为是一个 截面，且符合平面假设。截面，且符合平面假设。 （b b）N Nt tb b=0.8P=0.8P（普通螺栓普通螺栓 N Nt tb b = = A Ae ef ft tb b ） (4) (4) 受剪力与拉力同时作用的高强螺栓群计算受剪力与拉力同时作用的高强螺栓群计算 n nt t连接的传力摩擦面数连接的传力摩擦面数 摩擦面的抗滑移系数摩擦面的抗滑移系数 单个高强螺栓的抗剪承载力单个高强螺栓的抗剪承载力 o P=768kN 1 )25 . 1 (9 . 0 1 )( i i tif b NPnN tiV 考虑考虑 会减小，会减小， 将将NtiNti放大放大252

15、5 n i tif n i tif n i b tiV NnPnNPnNV 111 )( )25 . 1 (9 . 0)25 . 1 (9 . 0 保证连接安全的要求：保证连接安全的要求： P90 例题例题3.15 例例3-163-16 设计图设计图3-763-76所示高强螺栓连接的强度。被所示高强螺栓连接的强度。被 连接板件的钢材为连接板件的钢材为A3FA3F，高强螺栓高强螺栓10.910.9级，级，M20M20，孔径孔径 2222，连接接触面喷砂后生赤锈。按摩擦型计算。，连接接触面喷砂后生赤锈。按摩擦型计算。 图3-76 外力外力P=768kN 对螺栓形心有一偏对螺栓形心有一偏 心距心距e

16、=15cm，形成形成 剪力、拉力、弯矩剪力、拉力、弯矩 三种状态。三种状态。 已知外力已知外力P、螺栓数、螺栓数、 螺栓类别、直径、钢螺栓类别、直径、钢 材类型，验算螺栓强材类型，验算螺栓强 度。度。 o P=768kN 1 解解 （1 1）计算作用在螺栓群形心处的力素）计算作用在螺栓群形心处的力素 )52152252352( 2 355760 16 384 2 2222 2 1 i t y My n N N 抗拉验算抗拉验算 “1”点受到的拉力为：点受到的拉力为： （2）验算强度验算强度 连接手连接手M、V、N共同作用，形心轴过共同作用，形心轴过“o”点，点， “1”点是最危险点。点是最危险

17、点。 o N V M P 60o N 剪力：剪力：V=Psin60V=Psin60=768=7680.866=665kN0.866=665kN 轴心拉力：轴心拉力：N=Pcos60N=Pcos60=768=7680.5=384kN0.5=384kN 弯矩：弯矩：M=M=NeNe=384=38415=5760kNc15=5760kNcm =48kN Ntb=0.8P=0.8155=124kN Nt Ntb (可可) 抗剪验算抗剪验算 l1=700mm15d0=1522=330mm =1.1-700/(15022)=0.89 o P=768kN 1 一个摩擦型高强螺栓的抗剪设计承载力按式（一个摩擦

18、型高强螺栓的抗剪设计承载力按式（3-55） 并引入并引入 后计算，后计算， Nvb= 0.9nt (P-1.25Nt) =0.890.910.45(155-1.2548)=34kN 一个螺栓承受的剪力一个螺栓承受的剪力 Nv=V/n=665/16=41.6kNNvb= 34kN (不可不可) 改用改用M22M22，孔孔2424，P=190kNP=190kN，于是于是 =0.906=0.906，这样：，这样： Nvb= 0.9nt (P-1.25Nt) =0.9060.910.45(190-1.2548)=48kN Nv=41.6kNNvb= 48kN (可可) 以上计算偏于保守。因各排螺栓受力

19、不同本以上计算偏于保守。因各排螺栓受力不同本 应采用不用强度的螺栓。这里，采用了与最危险应采用不用强度的螺栓。这里，采用了与最危险 螺栓相同的强度。螺栓相同的强度。 1 22 b t t b v v N N N N 1949. 0 124 48 48 6 .41 22 (可可) 验算相关公式是否满足验算相关公式是否满足 3.10高强度螺栓的施工工艺和检验 一、施工工艺 应符合的相关规范： 钢结构用高强度大六角头螺栓GB122819 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈 技术条件GB123184 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接件型式与尺寸 GB363283 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接件技术条件 GB363385 出厂前试验： （1）钢材的炉号、制作批号、化学性能与机械性能证明或 试验。 （2）螺栓的楔负荷试验。 （3）螺母的保证荷载试验。 （4）螺母和垫圈的硬度试验。 （5）连接件的扭矩系数试验（注明试验温度）。大六角 头 连接件的扭矩系数平均值和标准偏差；