钢结构的连接(3)

1、钢结构的连接（3）交流邮箱：HI主讲:刘亮联系电话栓连接的构造和工作性能螺栓连接的构造和工作性能螺栓的排列和其他构造要求1. 螺栓的排列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大；错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截面削弱小；螺栓排列的要求（1）受力要求:施工要求为了便于转动扳手拧紧螺母， 螺栓的中距不能太小。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。螺栓的其他构造要求为了使连接可靠，每一杆件端部及拼接接头的一端， 永久螺栓数不宜少于两个， 但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施（用弹簧垫圈或将螺帽焊死 ）以防止螺帽

2、松动；C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：1、承受静载或间接动载的次要连接；2、承受静载的可拆卸结构连接；3、临时固定构件的安装连接。受拉的螺栓连接中的端板（法兰板），应适当加强刚度（如加设加劲肋），以减少撬力对承载力的不利影响。螺栓的工作性能1. 螺栓的抗剪性能螺栓连接的受力形式A 只受剪力B 只受拉力C 剪力和拉力共同作用受剪连接的工作性能对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上a、 b两点相对位移和作用力N的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段,即：(1)摩擦传力阶段(01段)直线段连接处于弹性状态；该阶段较短摩擦力较小。(2)滑移阶段(12段)克服

3、摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。3)栓杆传力阶段(23段)该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、 拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大， N-关系以曲线状态上升。 (4)弹塑性阶段(34段)达到 3后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。 4点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。* 高强度螺栓摩擦性连接是以剪力达到摩擦力极限承载力为极限状态。可能的破坏形式（ 1） 螺栓杆剪断栓杆较细而板件较厚时（ 2） 板件被挤压栓杆较粗而板件较薄时（ 3

4、） 板件被拉断截面削弱过多时以上破坏形式予以计算解决。可能的破坏形式（ 3） 板件端部冲剪破坏端距过小时；端距不应小于2do （ 5）栓杆弯曲破坏螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d左边两种破坏以构造来解决螺栓的抗拉性能(1) 普通螺栓的抗拉性能螺栓受拉时，一般是通过与板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用） ，使螺杆中的拉力增加（撬力Q） 。 连接件刚度越小撬力越大。影响撬力Q的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取ftb=0.8f（f螺栓钢材的抗拉强度设计值） 来考虑其影响。焊缝缺陷及焊缝质量检验在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来

5、减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。高强度螺栓的抗拉性能当外拉力为零，即N=0时： P=C；当外拉力为Nt时：板件有被拉开趋势， 板件间的压力C减小为Cf， 栓杆拉力P增加为Pf，由力及变形协调得：高强度螺栓的抗拉性能当外拉力为零，即N=0时： P=C；当外拉力为Nt时：板件有被拉开趋势， 板件间的压力C减小为Cf， 栓杆拉力P增加为Pf，由力及变形协调得：当板件即将被拉开时： Cf=0，有Pf=Nt，因此：一般板件间的挤压面面积比栓杆截面面积大的多，近似取AP/Ab=10，得：显然栓杆的拉力增加不大。另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于P时，卸载后螺栓杆的预拉力将

6、减小，即发生松弛现象。但当Nt不大于0.8P时，则无松弛现象，这时Pf=1.07P，可认为螺杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持紧密接触，所以现行规范规定：规范： 摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为：上式未考虑橇力的影响，当考虑橇力影响时，螺栓杆的拉力Pf与Nt的关系曲线如图：Nt0.5P时，橇力Q=0；Nt0.5P后，橇力Q出现，增加速度先慢后快。橇力Q的存在导致连接的极限承载力由Nu降至Nu。所以，如设计时不考虑橇力的影响,应使Nt0.5P或增加连接板件的刚度（如设加劲肋）。高强度螺栓的预拉力 高强度螺栓预拉力的建立方法 大六角头螺栓：A、力矩法施工方法：初拧用力矩扳手拧至终拧力

7、矩的30%50%，使板件贴紧密；终拧初拧基础上，按100%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。B、转角法施工方法：初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；终拧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120度180度完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧。C、扭剪型高强度螺栓施工方法：初拧拧至终拧力矩的60%80%；终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等 预拉力值的确定预拉力设计值：考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的扭转剪应力对抗拉强度的降低除以系数1.2；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减

8、系数0.9；考虑材质的不均匀性的折减系数0.9；屈服点系数0.9。高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，并考虑了以下修正系数：钢结构设计规范规定的预拉力P值: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 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板件间的挤压力（P）和板件间的抗滑移系数 ；板件间的抗滑移系数与连接处构件接触面的处理方法、构件的钢号有关，其大小随连接构件接触面间的压紧力减小而降低。规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数,如下表螺栓连接的计算螺栓连接的计算普通螺栓连接的计算单个普通螺栓的受剪承载力计算假定剪应力、挤压力均匀

9、分布（弹塑性重分布） 。单个螺栓抗剪承载力由以下两式决定:受剪承载力设计值：承压承载力设计值：nv剪切面数目； d螺栓杆直径；fvb、 fcb螺栓的抗剪和承压强度设计值， 查附表t同一受力方向承压构件总厚度（取较小者） 。普通螺栓群受剪连接计算普通螺栓群受剪连接计算 普通螺栓群轴心受剪螺栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿长度方向不均匀，两端大,中间小。当l115d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，可认为由各螺栓平均分担。所以，连接所需螺栓数为：式中： Nbmin取Nbv和Nbc中的较小者。当l115d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即

10、使内力重新分布,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。由试验可得连接的抗剪强度折减系数与l1/d0的关系曲线。 连接所需螺栓数：普通螺栓群偏心受剪普通螺栓群偏心受剪F作用下每个螺栓受力：T作用下连接按弹性设计，其假定为：（1） 连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。显然， T作用下 1号螺 1栓所受剪力最大（r1最大）。 将N1T沿坐标轴分解得:由此可得螺栓1的强度验算公式为另外,当螺栓布置比较狭长(如y13x1)时,可进行如下简化计算：令:xi=0，则N1Ty=0 此时上式简化为： 单个普通

11、螺栓的受拉承载力单个普通螺栓的受拉承载力单个螺栓的受拉承载力的设计值为：式中： ftb-螺栓的抗拉强度设计值；Ae-螺栓的有效截面面积，可查附表9.2；de-螺栓的有效直径。因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以采用的直径是有效直径de而不是净直径dn按有效直径de算得的螺栓净截面面积An承受轴心力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝承受轴心力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝普通螺栓群受拉 栓群轴心受拉 栓群承受弯距作用 M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：（1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。显然1号螺栓在M作用下所受拉力最大由力学及假定可得：由上式得: 因此，设计时应算受力最大的螺栓拉力： 栓群承受弯距作用栓群承受弯距作用 大偏心受拉当偏心较小时，应力叠加后全部螺栓均受拉，即：上述第2式为公式的使用条件，否则应按大偏心计算。 栓群偏心受拉栓群