第三章 钢结构的连接-普通螺栓设计

1、一、概述一、概述第六节第六节 螺栓连接螺栓连接 P61二、普通螺栓连接的构造和计算二、普通螺栓连接的构造和计算三、高强螺栓连接的构造和计算三、高强螺栓连接的构造和计算第第 2 页页普通螺栓普通螺栓C级级B级、级、A级级（粗制）（粗制）（精制）（精制）II类孔类孔孔径大于杆径孔径大于杆径1.53mmd121620（22）24（27）30d013.517.522（24）26（30）33C级螺栓孔径级螺栓孔径I类孔类孔1、螺栓的种类、螺栓的种类一、概述一、概述第第 3 页页2、受力分类、受力分类按螺栓受力可以分为：按螺栓受力可以分为：受剪受剪、受拉受拉及及剪拉剪拉共同作用共同作用受剪受剪受拉受拉剪拉

2、剪拉第第 4 页页剪拉剪拉+承托承托第第 5 页页1 1、螺栓的规格螺栓的规格用用M和公称直径（和公称直径（mm）表示，例如：）表示，例如：M16、M202、螺栓的排列、螺栓的排列螺栓的各距应满足规定的要求（螺栓的各距应满足规定的要求（P63-图图3-34）二、普通螺栓连接的构造和计算二、普通螺栓连接的构造和计算 P62（一）螺栓连接的构造（一）螺栓连接的构造第第 6 页页 螺栓或铆钉的最大、最小容许距离螺栓或铆钉的最大、最小容许距离1.2d1.2d0 0其他螺栓或铆钉其他螺栓或铆钉高强度螺栓高强度螺栓轧制边自动精密气割或锯轧制边自动精密气割或锯割边割边1.5d1.5d0 0剪切边或手工气割边

3、剪切边或手工气割边垂直垂直内力内力方向方向2d2d0 04d4d0 0或或8t8t顺内力方向顺内力方向中心中心至构至构件边件边缘距缘距离离沿对角线方向沿对角线方向16d16d0 0或或24t24t拉力拉力12d12d0 0或或18t18t压力压力顺内力方向顺内力方向16d16d0 0或或24t24t垂直内力方向垂直内力方向中中间间排排3d3d0 08d8d0 0或或12t12t外排（垂直内力方向或顺内力方向）外排（垂直内力方向或顺内力方向）中心中心间距间距最小容许最小容许距离距离最大容许距离最大容许距离（取两者中的小值）（取两者中的小值）位置和方向位置和方向名称名称注注：(1)(1)d d0

4、0 为螺栓孔或铆钉孔直径，为螺栓孔或铆钉孔直径，t t为外层较薄板件的厚度；为外层较薄板件的厚度； (2)(2)钢板边缘与刚性构件钢板边缘与刚性构件( (如角钢、槽钢等如角钢、槽钢等) )相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。第第 7 页页1、 抗抗剪剪连接连接2、抗、抗拉拉连接连接3、剪力和拉力的剪力和拉力的联合联合作用作用轴心力轴心力扭矩扭矩轴心力轴心力弯矩弯矩偏拉偏拉(二二) 普通螺栓连接的强度计算普通螺栓连接的强度计算 P63第第 8 页页1、普通螺栓的抗、普通螺栓的抗剪剪连接连接摩擦力摩擦力 栓杆剪切栓杆剪切孔壁承压孔壁承

5、压(二二) 普通螺栓连接的强度计算普通螺栓连接的强度计算 P63第第 9 页页栓杆被剪断栓杆被剪断 栓杆抗剪栓杆抗剪强度强度验算验算1、普通螺栓的抗、普通螺栓的抗剪剪连接连接（1）五种破坏形式：）五种破坏形式：第第 10 页页钢板挤压破坏钢板挤压破坏 孔壁抗压孔壁抗压强度强度验算验算 （以栓杆承压强度代替以栓杆承压强度代替）钢板在栓孔处被拉断钢板在栓孔处被拉断 钢板净截面钢板净截面强度强度验算验算第第 11 页页钢板端部冲剪破坏钢板端部冲剪破坏 端距端距e2d2d0 0栓杆被拉弯栓杆被拉弯 5tdt同一受力方向板厚总和同一受力方向板厚总和t1t2t3e第第 12 页页钢板端部冲剪破坏钢板端部冲

6、剪破坏 端距端距e2d2d0 0栓杆被拉弯栓杆被拉弯 5td钢板挤压破坏钢板挤压破坏 孔壁孔壁抗压强度抗压强度验算验算 （以栓杆承压强度代替以栓杆承压强度代替）钢板在栓孔处钢板在栓孔处被拉断被拉断钢板钢板净截面强度净截面强度验算验算栓杆被剪断栓杆被剪断栓杆栓杆抗剪强度抗剪强度验算验算（1）五种破坏形式：）五种破坏形式：第第 13 页页1、普通螺栓的抗剪连接、普通螺栓的抗剪连接 SR（2）单个受剪螺栓的）单个受剪螺栓的承载力（承载力（R R ）计算计算wtfwcfwvfwff0112()nGGkQQ kQiciQikyiRkSSSf 0(GGkS+1Q1Q kS+Qi2nici)QikSRkyf

7、内内 力力截面几何参数截面几何参数kf第第 14 页页2bbvv4vdNnf（2）单个受剪螺栓的）单个受剪螺栓的承载力（承载力（R R ）计算计算栓杆剪切抗力：栓杆剪切抗力：kf假定：栓杆剪切面上的剪假定：栓杆剪切面上的剪应力均布应力均布承载力承载力抗剪抗剪承压承压bvNAbvf1vn 2vn 4vn 第第 15 页页bbcccANf孔壁承压抗力：孔壁承压抗力：假定：承压面（螺栓直径的投影面）上假定：承压面（螺栓直径的投影面）上的的压应力均布压应力均布承载力承载力抗剪抗剪承压承压bccNAbcf第第 16 页页bbcccANf孔壁承压：孔壁承压：假定：承压面（螺栓直径的投影面）上假定：承压面（

8、螺栓直径的投影面）上的的压应力均布压应力均布dt1t2t31bbc1c()10NfkdNt2bbc2c()20NfkdNt3bbc3c()15NfkdNt10kN15kN20kNbcdt fbcdt f同一受力方向板厚总和的较小值同一受力方向板厚总和的较小值第第 17 页页bV2VbV4fdnNbCbCftdNbbbVv,minVCmin;NNNN1、普通螺栓的抗剪连接、普通螺栓的抗剪连接 SR螺栓抗剪：螺栓抗剪：孔壁承压：孔壁承压：最大承载力：最大承载力：（2）单个受剪螺栓的）单个受剪螺栓的承载力（承载力（R R ）计算计算kf第第 18 页页101.10.7150dl受剪螺栓群的受剪螺栓群

9、的抗力折减抗力折减问题问题受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小。受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小。当当l115d0时：时：,minbvNl1第第 19 页页（3）普通螺栓群抗）普通螺栓群抗剪剪连接计算（连接计算（SR）抗抗剪剪连接连接轴心力轴心力扭矩扭矩扭矩扭矩+轴心力轴心力第第 20 页页nNfA轴心受剪（轴心受剪（5种破坏种破坏）假定：轴心力假定：轴心力N由每个螺栓由每个螺栓平均分担平均分担b,minvNNn连接板净截面强度：连接板净截面强度：+NNl1bbbv,minvvmin,NNN（3）普通螺栓群抗）普通螺栓群抗剪剪连接计算（连接计算（SR）第第 21 页

10、页【例例3-6】P69340t1=16t2=A（盖）（盖） A（主）（主） 99l=?l=?10+N=750kNN=750kN?轴心受剪（轴心受剪（5种破坏种破坏）假定：轴心力假定：轴心力N由每个螺栓由每个螺栓平均分担平均分担b,minvNNnbV2VbV4fdnNbCbCftdN2d=2219016 4055.3n =6第第 22 页页【例例3-6】P69P63P61340t1=1699N=750kN?d=22=6+端矩端矩 2d0d0=22503d0中矩中矩80 501801.2d0边矩边矩50502120=240t5d第第 23 页页【例例3-6】净截面强度验算净截面强度验算340t1=

11、1699N=750kN+50805018050502120=240iiniNfA1第第 24 页页【例例3-6】净截面强度验算净截面强度验算NN/6iiniNfA340N=750kN+50805018050502120=2401第第 25 页页NN/6An1= (340-3 22) 16340N=750kN+50805018050502120=2401N1 =N1622iiniNfA【例例3-6】净截面强度验算净截面强度验算第第 26 页页【例例】净截面强度验算净截面强度验算360t1=866N=325kN+60480=3206044080802100=200iiniNfA12第第 27 页页

12、【例例】净截面强度验算净截面强度验算360N=325kN+60480=3206044080802100=200NN/81N1=?iiniNfA第第 28 页页【例例】净截面强度验算净截面强度验算360N=325kN+60480=3206044080802100=200NN/81N1=?N1=N2An1=822(360-2 22) 8第第 29 页页【例例】净截面强度验算净截面强度验算360N=325kN+60480=3206044080802100=200NN/8N2=?N2=6N/82第第 30 页页【例例】净截面强度验算净截面强度验算360N=325kN+60480=32060440808

13、02100=200NN/8N3=?N3=5N/83第第 31 页页【例例】净截面强度验算净截面强度验算（齿状截面）（齿状截面）360N=325kN+60480=3206044080802100=200N1=?1NN1=N1nA22(802801002322)8第第 32 页页扭矩扭矩单独作用受单独作用受剪剪螺栓群计算螺栓群计算+TxyToP56假定假定P66假定假定第第 33 页页扭矩扭矩单独作用受单独作用受剪剪螺栓群计算螺栓群计算+TP66假定假定TiNiiTiiNkTiiNiTTiiNT2ikT2iTk2TiiiTN22()iiiTxy+oTyx,minbvN第第 34 页页10P=60k

14、N10100150+oT=1008kN.mATNAA+oyx22()TAAiiTNxyAxTNAyTN【例例3-7】P70扭矩扭矩、轴力（剪力）轴力（剪力）共同作用共同作用130345第第 35 页页A典型节点典型节点扭矩扭矩单独作用时单独作用时的焊缝计算的焊缝计算 xyToxyToTfAnTfATfA22()1.22fwfffrAsinTTfAfAnsinApTrIpATyIyAcosTTfAfAncosApTrIpATxIxAP56假定假定第第 36 页页ATNAA+oyx22()TAAiiTNxyAxTNAyTN22()ATAxiiTNxyy22()ATAyiiTNxyxPyAyNyPy

15、AyP, Nn10P=60kN10100150+oT=1008kN.m130345PxAxNPxxAxP, Nn【例例3-7】P70扭矩扭矩、轴力（剪力）轴力（剪力）共同作用共同作用第第 37 页页ATNAA+oyxAxTNAyTNPyAyN10P=60kN10100150+oT=1008kN.m130345PxAxNAN yxPP22Ay()()TTAxAxAyNNNN,minbvN【例例3-7】P70扭矩扭矩、轴力（剪力）轴力（剪力）共同作用共同作用第第 38 页页2 2、普通螺栓的抗、普通螺栓的抗拉拉连接连接轴心力轴心力弯矩弯矩弯矩弯矩+轴心力轴心力承载力（承载力（R R ）kf拉拉(S

16、)(S)剪（剪（s）轴心力轴心力扭矩扭矩扭矩扭矩+ 轴心力轴心力第第 39 页页bbb2ttt14eeNfAd fbttNNNn（1）受力性能与承载力）受力性能与承载力螺母下的螺纹处栓螺母下的螺纹处栓杆被拉断杆被拉断（2）普通螺栓群）普通螺栓群轴心受拉轴心受拉假定：轴心力假定：轴心力N由每个螺栓由每个螺栓平均分担平均分担P252-附录五附录五2 2、普通螺栓的抗、普通螺栓的抗拉拉连接连接第第 40 页页（3）普通螺栓群）普通螺栓群单纯弯矩单纯弯矩受拉受拉中性轴：中性轴：MM受拉力最小的螺栓处受拉力最小的螺栓处yxiNiyiiN ik yiiN y iM2iikMyM2iMkyM第第 41 页页（3）普通螺栓群）普通螺栓群单纯弯矩单纯弯矩受拉受拉,iiNk y2iMky2iiiMyNyMiNiyi中性轴中性轴btN第第 42 页页2bAAtiMyNNyV=258kN【例例3-8】-P71M=37.6kN.m4 80NAyAA中性轴中性轴3202iy（02+802+1602+2402+3202）2160承托焊缝设计：承托焊缝设计：V仅考虑侧焊缝受力仅考虑侧焊缝受力20.71. 50183wffffhF第第 43 页页（4 4）普通螺栓受）普通螺栓受剪力和拉力的联合作用剪力和拉力的联合作用注：此类连接因无支托板，一般应考虑精制或高强度螺栓注：