钢结构的连接4

1、山东科技大学山东科技大学3.7 普通螺栓的工作性能和计算普通螺栓的工作性能和计算 普通螺栓按受力情况可分为：普通螺栓按受力情况可分为：螺栓只承受剪力螺栓只承受剪力 螺栓只承受拉力螺栓只承受拉力 螺栓承受剪力和拉力的共同作用螺栓承受剪力和拉力的共同作用剪剪力力螺螺栓栓拉拉力力螺螺栓栓山东科技大学山东科技大学3.7.1 3.7.1 普通螺栓的抗剪连接普通螺栓的抗剪连接1.1.抗剪连接的工作性能抗剪连接的工作性能a12344321普通螺栓高强螺栓NbN/2N/2N 螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件相对滑动，在相反的方向螺杆靠紧孔壁，导致

2、螺杆受剪切作相对滑动，在相反的方向螺杆靠紧孔壁，导致螺杆受剪切作用，孔壁受压力作用，直至螺杆剪断或孔壁受压破坏。用，孔壁受压力作用，直至螺杆剪断或孔壁受压破坏。l连接工作的四个阶段：连接工作的四个阶段：摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段滑移阶段滑移阶段栓杆直接传力的弹性阶段栓杆直接传力的弹性阶段弹塑性阶段弹塑性阶段 抗剪螺栓连接的受力性能曲线抗剪螺栓连接的受力性能曲线a12344321普通螺栓高强螺栓NbN/2N/2N山东科技大学山东科技大学l连接的破坏形式连接的破坏形式（1 1）螺栓剪断）螺栓剪断（板较厚，螺栓较细）（板较厚，螺栓较细）（2 2）钢板孔壁挤压破坏）钢板孔壁挤压破坏（板较薄，

3、螺栓较粗）（板较薄，螺栓较粗）山东科技大学山东科技大学（3 3）钢板拉断）钢板拉断（板开孔，截面削弱）（板开孔，截面削弱）（4 4）钢板冲剪破坏）钢板冲剪破坏（螺栓端距过小）（螺栓端距过小）山东科技大学山东科技大学（5 5）螺栓弯曲破坏）螺栓弯曲破坏（板过厚，螺栓细长）（板过厚，螺栓细长）山东科技大学山东科技大学l防止破坏的措施：防止破坏的措施：n(1)(2)(1)(2)通过螺栓计算解决；通过螺栓计算解决；n(3)(3)通过构件强度计算解决；通过构件强度计算解决；n(4)(4)通过螺栓端距大于等于通过螺栓端距大于等于2do2do保证保证，(do(do为栓孔直径）；为栓孔直径）； n(5)(5)

4、通过栓杆长度小于等于通过栓杆长度小于等于5d5d保证保证，(d(d为螺栓直径为螺栓直径) )。 山东科技大学山东科技大学2.单个普通螺栓抗剪连接的承载力单个普通螺栓抗剪连接的承载力考虑两种情况：考虑两种情况：l栓杆受剪栓杆受剪l孔壁承压孔壁承压山东科技大学山东科技大学bv2vbv4fdnN单个螺栓抗剪承载力设计值单个螺栓抗剪承载力设计值受剪面数受剪面数单剪单剪nv=1双剪双剪nv=2四剪四剪nv=4 螺杆直径螺杆直径公式条件：各剪面公式条件：各剪面上剪应力均匀分布上剪应力均匀分布 螺栓抗剪强度设计值螺栓抗剪强度设计值单剪面单剪面双剪面双剪面四剪面四剪面山东科技大学山东科技大学bcbc)(ftd

5、N单个螺栓承压承载力设计值单个螺栓承压承载力设计值 同一受力方向的承压同一受力方向的承压 构件总厚度的较小值构件总厚度的较小值螺栓承压螺栓承压强度设计值强度设计值山东科技大学山东科技大学单个抗剪螺栓的设计承载力单个抗剪螺栓的设计承载力bcbvbmin, minNNN一个螺栓所受剪力一个螺栓所受剪力bminv NN 验算验算山东科技大学山东科技大学（1 1）螺栓群轴心受剪螺栓群轴心受剪弹性弹性阶段受力状态阶段受力状态l 1塑性塑性阶段受力状态阶段受力状态0115dl bcbvmin , minNNNnNNbV当当 时：时：3. 普通螺栓群抗剪连接计算普通螺栓群抗剪连接计算山东科技大学山东科技大学

6、bVNnNNmin0115dl 当当 时：时：山东科技大学山东科技大学（2 2）螺栓群偏心受剪）螺栓群偏心受剪( (受剪力受剪力V V、轴力、轴力N N、扭矩、扭矩T T作用作用) )4 31 211 1r r11o剪力剪力V轴力轴力N山东科技大学山东科技大学11 1r r11l假定被连接件是绝对刚性体，而螺栓则是弹性体假定被连接件是绝对刚性体，而螺栓则是弹性体;l连接板绕螺栓群形心旋转。各螺栓所受剪力大小与连接板绕螺栓群形心旋转。各螺栓所受剪力大小与该螺栓至形心距离该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线成正比，其方向与连线ri垂直。垂直。4 31 2扭矩扭矩T作用下：作用下：山东科技大学山

7、东科技大学4 31 211 1r r11山东科技大学山东科技大学扭矩扭矩T螺栓所受的最大剪力：螺栓所受的最大剪力：bminN4 31 21 1 1r r11山东科技大学山东科技大学【例例3.7】设计图设计图3.55所示的普通螺栓连接。柱翼缘厚度所示的普通螺栓连接。柱翼缘厚度为为10mm,连接板厚度为连接板厚度为8mm，钢材为，钢材为Q235-B，荷载设，荷载设计值计值 F=150kN, 偏心距偏心距e=250mm,采用粗制螺栓采用粗制螺栓M22。5012048050y2y1N1TxN1T=A11TN1TyooeFOxyFT=Fex1=+bminN分析采用分析采用计算计算山东科技大学山东科技大学

8、【解解】2222221640)16484(610cmyxiikNNNNNkNnFNkNyxTxNkNyxyTNmkNeFTVyTyTxVyiiTyiiTx5 .46)157 .13(6 .36)()(15101507 .131016401065 .376 .3610164010165 .375 .3725. 0150222112111422211422211（1）计算螺栓）计算螺栓1所受剪力所受剪力 5012048050y2y1N1TxN1T=A11TN1TyooeFOxyFT=Fex1=+山东科技大学山东科技大学（2）计算单个螺栓的设计承载力）计算单个螺栓的设计承载力螺栓抗剪螺栓抗剪kNfd

9、nNbvvbv2 .5314042214. 31422构件承压构件承压 kNtfdNbcbc7 .53305822所以螺栓强度符合要求。所以螺栓强度符合要求。 kNNkNN5 .462 .531bmin（3）强度强度验算验算5012048050y2y1N1TxN1T=A11TN1TyooeFOxyFT=Fex1=+山东科技大学山东科技大学3.7.2 3.7.2 普通螺栓的抗拉连接普通螺栓的抗拉连接1.单个螺栓的抗拉承载力单个螺栓的抗拉承载力n 螺杆净截面达到设计承载力而被拉断螺杆净截面达到设计承载力而被拉断由计由计算控制算控制n 螺纹滑牙破坏螺纹滑牙破坏由构造控制由构造控制l受拉螺栓的破坏模式

10、受拉螺栓的破坏模式山东科技大学山东科技大学单个螺栓的抗拉承载力设计值单个螺栓的抗拉承载力设计值bt2ebt4fdNff0.8 bt螺栓有效直径螺栓有效直径螺栓抗拉设计强度螺栓抗拉设计强度 考虑撬力的影响考虑撬力的影响抗拉验算抗拉验算btt NN一个螺栓所受的拉力一个螺栓所受的拉力山东科技大学山东科技大学l产生撬力的原因产生撬力的原因 T T形连接件刚度不足，水平形连接件刚度不足，水平肢有较大变形肢有较大变形l对螺栓受力影响对螺栓受力影响 使螺栓拉力增大使螺栓拉力增大 螺栓拉力螺栓拉力: :Nt=N+Q Nt=N+Q ( (刚度越小，刚度越小，Q Q 越大越大) )l减小撬力的措施减小撬力的措施

11、 增强增强T T形连接件刚度，如：形连接件刚度，如：加大厚度或增设加劲肋加大厚度或增设加劲肋山东科技大学山东科技大学2.普通螺栓群轴心受拉普通螺栓群轴心受拉N 当外力通过螺栓群形心当外力通过螺栓群形心时，假定每个螺栓所受的拉时，假定每个螺栓所受的拉力相等，因此连接所需螺栓力相等，因此连接所需螺栓数目为：数目为： btNNn 单个螺栓的抗拉承载力设计值单个螺栓的抗拉承载力设计值 btN山东科技大学山东科技大学3.普通螺栓群弯矩受拉普通螺栓群弯矩受拉实际计算时，近似取中和轴位于最下排螺栓实际计算时，近似取中和轴位于最下排螺栓O O处处连接绕底排螺栓轴线连接绕底排螺栓轴线O O转动转动 山东科技大学

12、山东科技大学btiNyMyN21max1顶排螺栓受力最大：顶排螺栓受力最大： 第第i i排螺栓的拉力：排螺栓的拉力： 对对O O处水平轴列弯矩平衡方程：处水平轴列弯矩平衡方程： 山东科技大学山东科技大学4.普通螺栓群偏心受拉（受普通螺栓群偏心受拉（受N和和M作用）作用）小偏心受拉：M较小，btiNyNeynNN21max021miniyNeynNN12/nyyeil连接绕螺栓群连接绕螺栓群形心轴形心轴o转动转动 山东科技大学山东科技大学大偏心受拉：M较大，12/nyyeibtiNyyNeN21max1l连接绕底排螺连接绕底排螺栓轴线栓轴线o转转动动 山东科技大学山东科技大学例题例题3.8 设图

13、为一刚接屋架下弦节点，竖向力由承托设图为一刚接屋架下弦节点，竖向力由承托承受。螺栓为承受。螺栓为C级级,只承受偏心拉力。设只承受偏心拉力。设N=250kN, e=100mm。螺栓布置如图所示。设计该连接。螺栓布置如图所示。设计该连接。505100=50050eNy1y2y3y2y3y1eyiy1N/nNmNtNO1N山东科技大学山东科技大学【解解】螺栓有效截面的核心距螺栓有效截面的核心距：mmemmnyyi10011725012)25015050(422212即偏心力作用在核心距以内，最小偏心受拉，应由式即偏心力作用在核心距以内，最小偏心受拉，应由式（3.55a）计算）计算 kNyyeNnNN

14、i7 .38)25015050(425010025012250222121需要的有效面积需要的有效面积 231228170107 .38mmfNAbte2245mmAe采用采用M20螺栓，螺栓，满足要求。满足要求。505100=50050eNy1y2y3y2y3y1eyiy1N/nNmNtNO505100=50050eNy1y2y3y2y3y1eyiy1N/nNmNtNO山东科技大学山东科技大学3.7.3 普通螺栓受剪力和拉力的联合作用l受剪力和拉力联合作用的承载力验算受剪力和拉力联合作用的承载力验算同时同时满足满足1)()(2btt2bvvNNNN单个螺栓受剪单个螺栓受剪承载力设计值承载力设

15、计值bcvNN 一个螺栓受的剪力一个螺栓受的剪力螺栓所受最大拉力螺栓所受最大拉力按前述方法计算按前述方法计算单个螺栓受拉承载单个螺栓受拉承载力设计值力设计值单个螺栓承压承载力设计值单个螺栓承压承载力设计值一个螺栓受的剪力一个螺栓受的剪力nVNV/山东科技大学山东科技大学【例例3.10】设图为短横梁与柱翼缘的连接设图为短横梁与柱翼缘的连接，螺栓为，螺栓为C级，级，梁端竖板下有承托。梁端竖板下有承托。V=250kN,e=100mm ,钢材为钢材为Q235-B，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43型，按考虑承托传递全部剪力型，按考虑承托传递全部剪力V和和不承受不承受V两种情况设计此连接。两种情况设计此连

16、接。y4y3y2y1Nt4Nt3Nt2Nt1MV2050100180=250KN410040050山东科技大学山东科技大学【解解】 (1)承托传递全部剪力承托传递全部剪力 mkNeVM.3012. 0250kNfANbtebt7 .41170245kNNkNyMyNbtit7 .4120)400300200100(240010302222321mmhf10223160/7 .150)102180(2107 . 01025035. 135. 1mmNfmmNlhVwfwef螺栓群只承受螺栓群只承受单个螺栓的抗拉承载力设计值：单个螺栓的抗拉承载力设计值：螺栓的最大拉力：螺栓的最大拉力：设承托与柱翼

17、缘连接角焊缝为两面侧焊，取设承托与柱翼缘连接角焊缝为两面侧焊，取焊接应力：焊接应力：式中常数式中常数1.351.35是考虑剪力是考虑剪力v v对承托与翼柱对承托与翼柱连接角焊缝的偏心影响。连接角焊缝的偏心影响。设螺栓为设螺栓为M20，y4y3y2y1Nt4Nt3Nt2Nt1MV2050100180=250KN410040050山东科技大学山东科技大学1744. 062.41200 .44252222bttbvvNNNNkNNkNnvNbcv1222510250kNNt20kNNbt62.41单个螺栓的最大拉力：单个螺栓的最大拉力：单个螺栓的剪力：单个螺栓的剪力：拉力和剪力联合作用下：拉力和剪力

18、联合作用下：kNtfdNbcbc1223052020kNfdnNbvvbv0 .4414042014. 31422单个螺栓承载力设计值为：单个螺栓承载力设计值为：（2）不考虑承托承受剪力）不考虑承托承受剪力,螺栓群同时承受剪力和弯矩作用螺栓群同时承受剪力和弯矩作用山东科技大学山东科技大学3.8 高强度螺栓的工作性能和计算高强度螺栓的工作性能和计算 3.8.1 3.8.1高强度螺栓的高强度螺栓的工作性能工作性能外力外力N预拉力预拉力P挤压力挤压力Q摩擦力摩擦力F拧紧螺母产生预拉力拧紧螺母产生预拉力山东科技大学山东科技大学高强度螺栓与普通螺栓的比较高强度螺栓与普通螺栓的比较高强度螺栓高强度螺栓普通

19、螺栓普通螺栓材料材料材质好，强度高材质好，强度高材质一般，强度材质一般，强度低低传力传力方式方式主要依靠连接板件摩主要依靠连接板件摩擦传力擦传力螺栓直接传力螺栓直接传力变形变形连接变形小，螺栓不连接变形小，螺栓不易松动易松动连接变形大，螺连接变形大，螺栓易松动栓易松动安装安装需专门扳手施加预拉需专门扳手施加预拉力力一般常用扳手，一般常用扳手，手感拧紧手感拧紧山东科技大学山东科技大学受力受力特征特征承载力承载力极限状态极限状态安装孔安装孔孔径孔径 d d0 0（mm)mm)应用应用特点特点摩擦摩擦型连型连接接外力达到最大摩擦外力达到最大摩擦力，有相对滑移的力，有相对滑移的趋势趋势d d0 0d

20、d1.5 1.5 2.0 2.0剪切变形小，耐剪切变形小，耐疲劳，动载下不疲劳，动载下不易松动易松动承压承压型连型连接接外力超过最大静摩外力超过最大静摩擦力，螺栓承剪，擦力，螺栓承剪，孔壁承压，发生相孔壁承压，发生相对滑移对滑移d d0 0d d1.0 1.0 1.5 1.5承载力比摩擦型承载力比摩擦型大，剪切变形大，大，剪切变形大，一般不用于直接一般不用于直接动载情况动载情况按受力状况分类按受力状况分类山东科技大学山东科技大学按材质分类按材质分类螺栓强度等级螺栓强度等级螺栓采用钢材螺栓采用钢材8.8 8.8 级级4545号钢，号钢，40B40B钢钢10.9 10.9 级级20MnTiB20M

21、nTiB钢，钢，35VB35VB钢钢山东科技大学山东科技大学山东科技大学山东科技大学3.8.2 摩擦型连接高强度螺栓承载力1.摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力单剪面单剪面 nf =1双剪面双剪面 nf =2 NvNvl单个螺栓的抗剪承载力设计值单个螺栓的抗剪承载力设计值P 9.0bvfnN摩擦摩擦面数目面数目摩擦面抗摩擦面抗滑移系数滑移系数预拉力预拉力山东科技大学山东科技大学l螺栓群抗剪验算螺栓群抗剪验算 与普通螺栓的计算一样，不同处为单个螺与普通螺栓的计算一样，不同处为单个螺栓的承载力按下式计算：栓的承载力按下式计算：P 9 . 0bvfnN 山东科技大学山东科技大学

22、2.摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓抗拉抗拉承载力承载力单个螺栓的抗拉单个螺栓的抗拉承载力设计值承载力设计值P 8 . 0btN预拉力预拉力防止受拉防止受拉后出现脱后出现脱开松动开松动一个螺栓所受拉力一个螺栓所受拉力btt NN 验算验算可控制连接贴紧，不松动可控制连接贴紧，不松动山东科技大学山东科技大学（1）摩擦型高强度螺栓群轴心受拉摩擦型高强度螺栓群轴心受拉N连接所需螺栓数目为：连接所需螺栓数目为：btNNn 山东科技大学山东科技大学（2）摩擦型高强度螺栓群偏心受拉（摩擦型高强度螺栓群偏心受拉（M、N作用）作用）btitNyMynNN21max按普通螺栓小偏拉计算：按普通螺栓小偏拉计算：2

23、iitiyMynNNPNbt8 . 0MNVOO NNm inNm axey1y2cN1N2N3y1y2Oe承 托 板N2N3O Ny1y2y3受压区中 和 轴ey2y1N2N3山东科技大学山东科技大学3. 摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓连接同时受剪力、拉力连接同时受剪力、拉力、（M、 N、V）作用）作用单个螺栓抗剪承载力设计值为：)25. 1(9 . 0tfbvNPnNPNyMynNNbtit8 . 021maxM、N作用下V作用下 )25. 1(9 . 011nitifnibviNnPnNV2iitiyMynNN取取0tiN0tiN山东科技大学山东科技大学2003版钢结构版钢结构规范相关

24、公式规范相关公式1bttbvvNNNNPnNfbv9 . 0PN8 . 0bt山东科技大学山东科技大学3.8.3 承压型高强度螺栓连接承载力 承压型连接高强度螺栓的承载力设计值：承压型连接高强度螺栓的承载力设计值：l受剪：受剪： 螺杆抗剪螺杆抗剪 孔壁承压孔壁承压l受拉：受拉： 螺杆抗拉螺杆抗拉（1 1）计算方法：）计算方法： 与普通精制螺栓（与普通精制螺栓（A A、B B级）相同，但材料强级）相同，但材料强度参数不同；（参见螺栓连接强度设计值表）度参数不同；（参见螺栓连接强度设计值表）（2 2）典型连接节点的验算方法：）典型连接节点的验算方法： 与普通精制螺栓（与普通精制螺栓（A A、B B

25、级）相同。级）相同。山东科技大学山东科技大学【例例3.123.12】图图3.673.67所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构件的钢材为件的钢材为Q235BQ235B。螺栓为。螺栓为10.910.9级，直径级，直径20mm20mm，接触面采用接触面采用喷砂处理。试验算此连接承载力。图中内力为设计值。喷砂处理。试验算此连接承载力。图中内力为设计值。VM=750KN=106KNm=384KNN+5071005024KN44.2KNNt1=68.2KNNtiNt8=-20.2KNNM+=由由【解解】一个螺栓的最大拉力一个螺栓的最大拉力：kNPkNymMynNNit124

26、1558 . 08 . 02 .68)5152535(2235101061638422222211（1）在）在M、N作用下作用下山东科技大学山东科技大学kNNkNNkNNkNNkNNttttt1 . 57 .173 .309 .426 .5565432kNNti4402) 1 . 57 .173 .309 .426 .552 .68()25. 1(9 . 0tifbvNnPnN按比例关系可得：按比例关系可得：故有故有验算受剪承载力设计值：验算受剪承载力设计值：kNVkN7507 .781)44025. 115516(45. 019 . 0连接的受剪承载力设计值按式连接的受剪承载力设计值按式(3.64)计算：计算：)25. 1(9 . 0tifbvNnPnN（2）在）在V作用下作用下kNNt2 .