第四章之普栓及高栓连接

1、设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算本讲主要内容一、螺栓的种类和排列 二、抗剪普通螺栓连接的工作性能四、抗剪单栓钉承载力设计值的计算三、抗剪普通螺栓连接的破坏形式五、普通螺栓群抗剪连接计算设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算一、螺栓的种类1.普通螺栓C级-粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级； 4表示fu400N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；(1mm)类孔，孔径(do)-栓杆直径(d) 1.53mm。A、B级-精制螺栓，性能等级

2、为5.6或8.8级; 5或8表示fu500或800N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8； (0.25mm)类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)按其加工精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。46 螺栓连接的构造设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算螺栓等级4.6、4.8级：Q235钢（C级螺栓）5.6、8.8级：优质碳素钢或45号钢（A、B级螺栓）受力性质受剪螺栓 受拉螺栓螺栓孔制作精度普通螺栓的孔径d0-d =11.5mmI类孔：孔壁粗糙度小，孔径偏差允许+0.25mm，对应A、B级螺栓II类孔：孔壁粗糙

3、度大，孔径偏差允许+1mm，对应C级螺栓设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算2.高强度螺栓由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算高强度螺栓分类： 根据确定承载力极限的原则不同，分为高强度螺栓摩擦型连接和高强度螺栓承压型连接。孔径：摩擦型连接的高强度螺栓:d0-d=1.5-2.0mm；

4、承压型连接的高强度螺栓:d0-d=1.0-1.5mm。二、螺栓的排列设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算1.并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列栓距栓距线距线距边距边距边距边距端距端距2.错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截面削弱小； 设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算2.螺栓排列应考虑的因素（1）受力要求（规定了最大最小值） A.端距2d0( 为孔径),防止钢板被剪断。（顺力方向） C.受压时，

5、栓距不宜太大，防止板件间发生张口或鼓曲现象。 （顺力方向）B.受拉时,线距不宜太小,防止截面削弱过多,钢板发生强度破坏。（垂直力方向）(2) 施工要求 （规定最小值） 要保证有一定空间，便于用扳手拧紧螺帽。根据扳手尺寸和工人的施工经验。设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算根据上述三方面的要求，规范规定了螺栓排列的最大、最小容许距离。（见P73表4-3）(3) 构造要求 （规定了最大值） 螺栓的栓距、中距及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构

6、的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算端距端距端距端距中距中距边距边距线距线距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0端距端距边距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距并列并列错列错列设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算螺栓排列的最大、最小容许距离设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算4 47 7 普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式FNA 只受剪力B 只受拉力C 剪力和拉力共同作用F设计原

7、理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算 二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式 1.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： NO1234NNabNN/2N/2设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算(1)摩擦传力的弹性阶段(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

8、杆间的距离，表现在曲线上为水平段。abNN/2N/2NO1234设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算NO1234abNN/2N/2 (3)栓杆传力的弹塑性阶段(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。 设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算 (4)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

9、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。NO1234abNN/2N/2Nu设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算剪力作用下螺栓群受力状态2.螺栓受力特点：各螺栓受力两端大，中间小；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。说明：1.抗剪普通螺栓的极限状态：以弹塑性阶段的末尾阶段作为计算的极限状态。在此阶段。设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算2.2.破坏形式破坏形式（1）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板

10、件较厚时（2）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时（3）板件被拉断 截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算（4）板件端部被剪坏(拉豁) 端矩过小时；端矩不应小于2dONN（5）栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2(6) P75图图4-46（f）设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算（二）抗剪单个普通螺栓的设计承载力计算应使单个螺栓承受的荷

11、载单个螺栓的设计承载力。1.栓杆本身的抗剪承载力设计值螺栓杆剪切破坏（1）计算假定：剪应力在螺栓杆截面上均匀分布。（2）计算公式：d设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算NN/2N/2t2t1t3NNt2t1Nt1VNV1V2t1设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算Chapter03inside_03_07_03.htm d螺杆直径；fvb 螺栓的抗剪强度设计值。24bbv vvdNn f24bbv vvdNn f24bbvvvdN n f24bbv vvd

12、Nn fnv受剪面数；设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算2.孔壁承压承载力设计值 （1）计算假定：承压面在直径面上且应力均匀分布。（2）计算公式：幻灯片 23孔壁承压破坏NNt2t1幻灯片幻灯片 24Nt1C设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算t2t1幻灯片幻灯片 22设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算NN/2N/2t2t1t3Nt1Ct2Nt3C1C2设计原理设计原理钢结构钢结构第

13、四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算（2）计算公式：bbccN dtf 同一方向承压构件较小总厚度； t,bbvcff螺栓抗剪、抗压强度设计值。bbccNdtfbbccN dtf 设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算 由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故抗剪单栓承载力由以下两式决定:m inm in(4 4 4 )bbbvcNN N，一个抗剪普通螺栓的承载力设计值：2(4 4 2 )4bbvvvdN nf单栓抗剪设计承载力：bbcc(4 43 )N d t

14、f单栓承压设计承载力：设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算剪切面数目nv和t的取值应分析确定。 以上公式宜用于较简单的搭接连接或对接连接，若遇到较复杂的螺栓连接时设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/2思考：左边情况与上面两思考：左边情况与上面两种情况有何不同？注意不种情况有何不同？注意不能直接用公式计算，为什能直接用公式计算，为什么？么？2 vn双双剪剪：NN/2N/2t1t2t31 vn单单剪剪：NNt2t1

15、剪切面数目剪切面数目nv和和t的取值的取值21t ,tmint 231t ,ttmint设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算三、 普通螺栓群抗剪连接计算1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl1N/2计算思路：将螺栓群受力在单个栓钉上进行分配，求得一个栓钉所受的外剪力N1求一个栓钉所具有的抗力即校核： N1bminVNbminVN设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算N/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布 试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群

16、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，故设计时假定N由各螺栓均担，即求一个栓钉所受的外剪力N1nNN1 设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算bminNNn 即连接所需螺栓数为： 当l115d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力发生重分布,各螺栓受力也难以均匀，而是端部螺栓首先达到极限强度而破坏，然后依次向里破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数与l1/d0的关系曲线，我国规范规定：设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四

17、章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算当当 时，时， 1010015601.1150ldldd10600.7ld当当 时，时， 以上折减系数同样适用于高强度螺栓或铆钉的长以上折减系数同样适用于高强度螺栓或铆钉的长列连接。列连接。试验曲线试验曲线（8.88.8级级 M22M22）我国规范我国规范1.00.750.50.250 20 40 60 80l l1 1/d/d0 0设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算校核：校核： N1bminVN 设计设计：求连接所需螺栓数为：求连接所需螺栓数为m in(

18、4 46)bNnN板件的净截面验算板件的净截面验算 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。断尚应进行板件的净截面验算。第四章之板强度计第四章之板强度计算算.ppt.ppt设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算2.计算假定：计算假定：被连接件为绝对刚性，螺栓被连接件为绝对刚性，螺栓为弹性体；为弹性体；在扭矩作用下各螺栓均绕栓在扭矩作用下各螺栓均绕栓群中心群中心O旋转，各螺栓所受旋转，各螺栓所受剪力剪力方向方向与该螺栓和中心与该螺栓和中心O的连线垂的连线垂直，直

19、，大小大小则与该连接线的距离则与该连接线的距离r成正比。幻灯片成正比。幻灯片36Toyx3121.计算每个螺栓承受扭矩引起的剪力计算每个螺栓承受扭矩引起的剪力2.扭矩作用下螺栓群的抗剪计算扭矩作用下螺栓群的抗剪计算1 T2 Tn T12niTiNN NNkr rrr （k为常数）为常数）1 T 2 Tn T1 2ni TiNNNNkrr r r 1 T 2 Tn T12niTiNNNNkr r r r 设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算根据假定有: 代入上式得：1324oyx设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构

20、的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算221211iiiTyxTrrTrN 螺栓螺栓“1”离形心最远是危险螺栓离形心最远是危险螺栓, ,联合（联合（c c）和（）和（b b）得最大剪力得最大剪力N1T将将N1T分解为水平和竖直分力：分解为水平和竖直分力：1111T x1T2221iiiyTyTyNNrrxy 1111Ty1T2221iiixTxTxNNrrxy123oyx1y1x221211iiiTyxTrrTrNTy1NTx1N设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算如果如果y13x1，则可假定，则可假定x

21、i=0 ，由此得，由此得 N1Ty=0，11Tx2iTyNyxi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的x坐标坐标yi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的y坐标坐标123oyx1y1xTx1NTy1N设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算=+3.偏心剪力作用下螺栓群的抗剪计算偏心剪力作用下螺栓群的抗剪计算1.力向栓群形心简化剪力V=F、扭矩T=Fe设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算2.求单栓受力扭矩T作用1122TxTyNxy1122TyTxNxy12oyx剪力F作用判断

22、危险栓：3Ty1NTy3NTx1NTx3NT1NTx1NTy1NF1NyF1NnF危险栓1合力求单栓受力2Fy1Ty12Tx11NNNN1或3号设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算4.验算；3.求单栓承载力设计值 m in,bbbvvcNN N思考题：若轴力、剪力和扭矩同时作用在连接上，如何验算连接强度？剪力栓钉例题.pptN 22111 11TNTv bxx yy vN N NN N N12oyx1122TyT xNx y 2211111 TNTvbxxyyvNNNNNN设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连

23、接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算本讲小结一、了解栓钉连接的构造二、掌握抗剪普通螺栓的工作性能三、掌握抗剪普通螺栓的破坏形式及保证措施四、掌握抗剪单栓钉承载力设计值的计算五、掌握普通螺栓群抗剪连接的计算原理设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算本讲主要内容一、普通螺栓群抗拉连接的工作性能及破坏形式 二、普通螺栓群抗拉连接的计算设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算1.普通螺栓抗拉连接的工作性能 抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有脱开

24、趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。2.单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。btN24eedA btf24eedA btf四、普通螺栓的抗拉连接N设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标

25、准取：133()(4 59)24eddtt 螺距设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力影响 螺杆中的拉力增加（撬力Q）并产生弯曲现象。连接件刚度越小撬力越大。2NQQNtNt螺栓实际所受拉力A、螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，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2N设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算B.规范中采取的措施：试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，

26、规范采取简化计算的方法，将螺栓的抗拉强度设计值取 =0.8f（f螺栓钢材的抗拉强度设计值）来考虑其影响。btfC.设计中采取的措施：采取一些构造措施,如适当加厚钢板或设置加劲肋，加强连接件的刚度,以减小螺栓中的附加力。设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算3.普通螺栓群的轴拉设计（1）设计螺栓数：一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：(46 1 )btNnNN（2）验算连接的强度：nNbtN（3）轴心受拉的几

27、种情况设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算a图中构件拉力N垂直于端板并通过螺栓群形心。b图中构件拉力N通过螺栓形心但与端板成 角，其竖向分力由承托板传递，而水平分力使螺栓群受拉。HVN设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算4.弯矩作用下螺栓群的抗拉计算弯矩作用下螺栓群的抗拉计算受力分析并分析转动轴位置：螺栓群承受弯矩时，各个螺栓均为受拉。O15OOM设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算求螺

28、栓上的最大拉力幻灯片 53计算假定：假定螺栓群的转动轴在弯矩指向一侧最外排螺栓处，每个螺栓所受拉力与它到转动轴的距离成正比。 弯矩平衡条件：1M1yN2M2yN nMiMyNyNninM2M1MyNyNyNMn21 设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算 最顶排螺栓（1号）所受的拉力最大，由计算假定得将它们代入平衡条件得1M1yN2M2yN nMiMyNyNniM2N21M1yyN n1MMyyNN1nnM2M1MyNyNyNMn21 设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连

29、接的构造与计算验算btN？M1N2n22211MyyyyNM1 n1i2i1yyMM1N15OOM1y1y设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算受力分析：轴心拉力NF，弯矩MFe假定转动轴位置：计算时先假定螺栓群的转动轴在栓群中心位置O处，按小偏心计算出弯矩指向一侧最外排螺栓的拉力：五、偏心拉力作用下螺栓群的抗拉计算y1Oy2y3y4MFN12345设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算情况一：当Nmin0时,说明全部螺栓受拉,按小偏心计算结果有效，说明转动轴位置正确。求螺栓群中所受最大拉力Ntmax 并验算y1Oy2y3y41m in2iM yNNnyb1maxt2iMyNNNny124535设计原理设计原理钢结构钢结构第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接的构造与计算螺栓连接的构造与计算当Nmin0拉力栓群单栓受力：拉力栓群单栓受力：判断大小偏心（判断大小偏心（N，M）22 2 2 2 21m a x22 ( 4 0 03 2 02 4 0 1 6 08 0 )7 0 4 0 0