《普通螺栓连接计算》ppt课件

1、3 37 7 普通螺栓衔接的任务性能和计算普通螺栓衔接的任务性能和计算螺栓衔接按受力方式可分为三类：螺栓衔接按受力方式可分为三类：FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力共同作剪力和拉力共同作用用抗剪衔接抗剪衔接板件之间有相对错动的趋势；板件之间有相对错动的趋势；抗拉衔接抗拉衔接板件之间有相互脱开的趋势；板件之间有相互脱开的趋势；拉剪共同作用拉剪共同作用 3.7.1 3.7.1 普通螺栓抗剪衔接普通螺栓抗剪衔接一抗剪衔接的任务性能一抗剪衔接的任务性能 对图示衔接做抗剪实验对图示衔接做抗剪实验, , 可可a a、b b两点相对位移两点相对位移和作和作用力用力N N的关系曲线的

2、关系曲线: :a a摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(01(01段段) )b b相对滑移阶段相对滑移阶段1 12 2c c栓杆直接传力的弹性阶栓杆直接传力的弹性阶段段 2 23 3d d弹塑性阶段弹塑性阶段 3 3 NNabNN/2N/2abNN/2N/2抗剪螺栓计算极限形状确实定：抗剪螺栓计算极限形状确实定：a a普通螺栓衔接，以普通螺栓衔接，以4 4点作为承载力的极限。点作为承载力的极限。b b摩擦型高强度螺栓衔接，以摩擦型高强度螺栓衔接，以1 1点点c c承压型承压型，以，以4 4点点v普通螺栓和承压型高强度螺栓普通螺栓和承压型高强度螺栓抗剪衔接的破坏方式抗剪衔接的破坏方式栓杆被剪断

3、；栓杆被剪断；板件被挤压破坏；板件被挤压破坏；构件净截面被拉断破坏；构件净截面被拉断破坏；构件端部被冲剪破坏；构件端部被冲剪破坏；有四种能够的破坏方式有四种能够的破坏方式v 设计方法设计方法012da 对后一种破坏方式，规范是经过采取对后一种破坏方式，规范是经过采取构造措施的方法来防止的。即要求：构造措施的方法来防止的。即要求：端距端距对前三种破坏方式，经过计算来防止。对前三种破坏方式，经过计算来防止。v 净截面抗拉净截面抗拉fANnv 一个螺栓抗剪承载力一个螺栓抗剪承载力剪切面数；剪切面数；螺栓直径；螺栓直径；螺栓抗剪设计强度。螺栓抗剪设计强度。nvfvbd二单个抗剪普通螺栓的承载力二单个抗

4、剪普通螺栓的承载力N/2NN/242 bvvbvfdnNp p剪切面数目剪切面数目nvnvNN1 vn单单剪剪：NN/2N/22 vn双双剪剪：4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/2t2N22Nt1Nt1v 一个螺栓的承压承载力一个螺栓的承压承载力栓杆直径；栓杆直径；同一受力方向承压构件的较小总厚度；同一受力方向承压构件的较小总厚度；螺栓承压设计强度。螺栓承压设计强度。bcbcftdNdtfcbt 取取 2t1和和 t2中较小者中较小者d抗剪螺栓的单栓承载力抗剪螺栓的单栓承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压取决于螺栓杆受剪和孔壁承压 )343(minmin bcbvbNNN，一个抗剪螺栓

5、的承载力：一个抗剪螺栓的承载力：)323(42 bvvbvfdnNp p抗剪承载力：抗剪承载力：)333(bcbc ftdN承压承载力：承压承载力：三普通螺栓群抗剪衔接计算三普通螺栓群抗剪衔接计算1 1、普通螺栓群受轴心力作用、普通螺栓群受轴心力作用l1N/2NN/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布栓群在轴力作用下，各个栓群在轴力作用下，各个螺栓的内力沿栓群长度方螺栓的内力沿栓群长度方向不均，两端大向不均，两端大, ,中间小。中间小。 设计时，当设计时，当l115d0d0为为孔径时，假定孔径时，假定N有各螺栓有各螺栓均担：均担：minbNnN 所以，衔接所需螺栓数为：所以，衔接所需螺栓

6、数为： 当当l115d0(d0为孔径为孔径)时，由实验可得衔接的抗剪强度时，由实验可得衔接的抗剪强度折减系数折减系数与与l1/d0的关系曲线。的关系曲线。)353(1501 . 1601501010 dldld 时时：当当平均值平均值长衔接螺栓的内力分布长衔接螺栓的内力分布7 .06001 时时：当当dlNNl1NNNN l1l1l1受力方向衔接的长度受力方向衔接的长度min(336)bNnN 故，衔接一侧所需螺栓个数：故，衔接一侧所需螺栓个数：2 2、普通螺栓群受偏心力作用、普通螺栓群受偏心力作用V 作用下每个螺栓受力：作用下每个螺栓受力：FeVTTxyN1TN1xTN1yTr11V1N1V

7、V1V Nn T T 作用下衔接按弹性设计，其假定为：作用下衔接按弹性设计，其假定为： 1 1衔接板件绝对刚性，螺栓为弹性；衔接板件绝对刚性，螺栓为弹性； 2 2T T 作用下衔接板件绕栓群形心转动，各螺栓作用下衔接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心间隔成正比，方向与剪力与其至形心间隔成正比，方向与 ri ri 垂直。垂直。 显然，显然，T 作用下作用下1号螺栓所受号螺栓所受剪力最大剪力最大r1最大。最大。)(rNrNrNTnTnTT3832211 )(rNrNrNrNnTnTTT393332211 由假定由假定(2)(2)得得由式由式3-393-39得得: :)403(11311321

8、12 nTTnTTTTrrNNrrNNrrNN；由力的平衡条件得：由力的平衡条件得：TxN1TN1xTN1yTr11TxyN1TN1xTN1yTr11将式将式3-403-40代入式代入式3-383-38得得: : )413(12112222111 niiTnTrrNrrrrNT)423(112211211 niniiiniiTyxrTrrTN将将N1TN1T沿坐标轴分解得沿坐标轴分解得: :)443()433(11221111122111122111112211 niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN由此可得螺栓由此可得螺栓1 1的

9、强度验算公式为的强度验算公式为: : )453()(min211211 bVTyTxNNNNN当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长( (如如y13x1)y13x1)时时, ,可如下简化计算：可如下简化计算：令令:xi =0:xi =0，那么，那么N1yT=0N1yT=0)463(121111211 niiniiTxyyTryyrTN)473()()(min21211 bVTxNNNNxOxr1VTONr1N1yVN1TN1xTN1yNN1xyyP113 3螺栓群受扭矩、剪力、轴力共同作用螺栓群受扭矩、剪力、轴力共同作用1 1 将荷载向螺栓群形心简化；将荷载向螺栓群形心简化；2 2分析每一种力作

10、用下螺栓分析每一种力作用下螺栓的受力情况；的受力情况；3 3 确定受力最不利螺栓；确定受力最不利螺栓；4 4 计算该螺栓的受力。计算该螺栓的受力。NT yxyxTii1122nNNNx1bminTyVyTxNxN)NN()NN(N21121112211iiTyyxxTNnVNVy 1 设计时，先按构造要求布置螺栓，验算最危险螺栓强度，设计时，先按构造要求布置螺栓，验算最危险螺栓强度，假设不满足可调整螺栓直径或螺栓数量。假设不满足可调整螺栓直径或螺栓数量。一普通螺栓抗拉衔接的任务性能一普通螺栓抗拉衔接的任务性能3.7.2 普通螺栓的抗拉衔接普通螺栓的抗拉衔接 抗拉螺栓衔接在外力作用下，以螺栓杆被

11、拉断为抗拉螺栓衔接在外力作用下，以螺栓杆被拉断为其破坏方式。其破坏方式。二单个普通螺栓的抗拉承载力二单个普通螺栓的抗拉承载力 4834 btebtebtfdfANp p式中：式中：Ae -螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； de -螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； ftb -螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。dedndmd公式的两点阐明：公式的两点阐明：1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，所以公式取的是有因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径效直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家规范取：，现行国家规范取：)493()(32413

12、 螺螺距距ttdde查表查表(2(2螺栓垂直衔接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响螺栓垂直衔接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响衔接件刚度越小撬力越大衔接件刚度越小撬力越大规范采取简化方法予以思索：规范采取简化方法予以思索： ftb = 0.8 ff螺栓钢材的抗拉强度设计螺栓钢材的抗拉强度设计值。值。)503(22 QNNt衔接板件发生变形衔接板件发生变形螺杆中的拉力添加螺杆中的拉力添加撬力撬力Q且弯曲且弯曲杠杆杠杆作用作用 B、 在构造上可以经过加强衔接件刚度的方法，来在构造上可以经过加强衔接件刚度的方法，来减小甚至消除杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋。减小甚至消除杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋。(

13、(三普通螺栓群受轴心拉力三普通螺栓群受轴心拉力 普通假定每个螺栓均匀受力，因此，衔接所需普通假定每个螺栓均匀受力，因此，衔接所需的螺栓数为：的螺栓数为：(351)btNnN NbttNnNN( (四普通螺栓群受弯矩作用四普通螺栓群受弯矩作用M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)OM1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓衔接按弹性设计，其假定为：作用下螺栓衔接按弹性设计，其假定为： 1衔接板件绝对刚性，螺栓为弹性；衔接板件绝对刚性，螺栓为弹性； 2螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处 旋转中心为旋转中心为O，各螺栓所受拉力与

14、其至，各螺栓所受拉力与其至 中和轴的间隔成正比。中和轴的间隔成正比。O显然显然1 1号螺栓在号螺栓在M M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大)533(2211 nnyNyNyNM由力学及假定可得：由力学及假定可得：)523(332211 nnyNyNyNyNM刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴由式由式3-523-52得得: :将式将式3-543-54代入式代入式3-533-53得得: :)543(1131132112 nnyyNNyyNNyyNN； )553(12112222111 niinyyNyyyyNM)563(1211

15、 niiyyMN因此，设计时只需满足下式，即可：因此，设计时只需满足下式，即可：)573(1 btNN受压区受压区 是近似算法，不满足平衡是近似算法，不满足平衡条件。实践受力情况如图，忽条件。实践受力情况如图，忽略了压力产生的弯矩。略了压力产生的弯矩。( (五普通螺栓群受偏心拉力五普通螺栓群受偏心拉力 A、偏心距较小，即：、偏心距较小，即：刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)Ne)a583(121max1 btniiNyyNenNN 12nyyeiN1MN2MN3MN4MNe1y1y2y2yo1 2 3 4Ne或或1min20iNe yNNny yi 各螺栓到各螺栓到O点的间隔点的间隔e 外力到外

16、力到O点的间隔点的间隔刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)Ne)b583(1211 btniiNyyeNN1 2 3 4N B、偏心距较大时，即：、偏心距较大时，即： 12nyyeiN1MN2MN3M中和轴中和轴N4M3y1y2yNeO或当按或当按O点计算点计算1min20iNeyNNny yi 各螺栓到各螺栓到O点的间隔点的间隔e 外力到外力到O点的间隔点的间隔3.7.3 普通螺栓受拉力、剪力结协作用普通螺栓受拉力、剪力结协作用bVVNNbttNN011VeM=VeV因此：因此：nVNV 2 2、兼受剪力和拉力的螺杆，由试、兼受剪力和拉力的螺杆，由试 验知，其承载力无量纲关系验知，其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆。四分之一圆。1 1、在拉、剪共同作用下，普通螺、在拉、剪共同作用下，普通螺 栓的破坏方式：栓的破坏方式： 螺杆受剪兼受拉破坏螺杆受剪兼受拉破坏 孔壁的承压破坏孔壁的承压破坏3 3、计算时，假定剪力由螺栓群均、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承当，拉力由受力情况确定。匀承当，拉力由受力情况确定。 规范规定：普通螺栓拉、剪结协作用为了防止螺规范规定：普通螺栓拉、剪结协作用为了防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：杆受剪兼受拉破坏，应满足：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：)593(122 bttbvvNNNN)603(