高强螺栓连接

1、20.320.3 高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓与普通螺栓的不同点高强度螺栓与普通螺栓的不同点 抗剪时抗剪时: : 普通螺栓普通螺栓连接在依靠杆身承压和螺栓抗剪来传递剪连接在依靠杆身承压和螺栓抗剪来传递剪力，在扭紧螺帽时螺栓产生的力，在扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小预拉力很小，其影响，其影响可以忽略可以忽略; ; 高强度螺栓高强度螺栓连接除了材料强度高之外，还要求在扭连接除了材料强度高之外，还要求在扭紧螺帽时给螺栓紧螺帽时给螺栓施加很大的预拉力施加很大的预拉力，使被连接构件，使被连接构件的接触面之间的接触面之间产生挤压力产生挤压力，从而沿接触面上产生很，从而沿接触面上产生很大的大的摩擦

2、力摩擦力，这种摩擦力对外力的传递有很大的影，这种摩擦力对外力的传递有很大的影响。响。 按受力特征的不同按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：高强度螺栓分为两类： 摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递内力通过板件间摩擦力传递内力， 破坏准则为克服摩擦力破坏准则为克服摩擦力； 承压型承压型高强度螺栓高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似受力特征与普通螺栓类似。2.2.高强度螺栓材料高强度螺栓材料由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，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

3、栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓1 1、高强度螺栓预拉力与的施拧方法、高强度螺栓预拉力与的施拧方法预拉力：预拉力：施拧方法：施拧方法： 通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： A A、转角法、转角法 施工方法：初拧施工方法：初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；紧密； 20.3.120.3.1高强度螺栓连接的施工高强度螺栓连接的施工uefAP2 . 19 . 09 . 09 . 0A Ae e螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积；f fu u螺栓热处理后的最抵抗拉强度；螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.88.8级，取级，取f fu

4、u =830N/mm =830N/mm2 2， 10.910.9级，取级，取f fu u =1040N/mm =1040N/mm2 2终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 角度，一般为角度，一般为120120o o180180o o完成终拧。完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧 和超拧；和超拧；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法： 初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的30%30%50%50%，使，使 板件贴紧密；板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上，

5、按初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。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。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。C C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：施工方法： 初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%60%80%80%； 终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。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、质量易保证等特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等高强度螺栓的施工要求：高强度螺栓的施工要求： 由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺由于高强度螺栓的承载力

6、很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：1 1）终拧力矩偏差不应大于）终拧力矩偏差不应大于10%10%；2 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 如工字型梁为：如工字型梁为：上翼缘上翼缘下翼缘下翼缘腹板腹板。2 2、构件表面处理（高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、构件表面处理（高强度螺栓摩擦面抗滑移系数）F摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，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（

7、而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P P）和板）和板件间的抗滑移系数件间的抗滑移系数 ；F板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小其大小随板件间的挤压力的减小而减小； 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, ,如表如表20-620-620.3.220.3.2摩擦型高强螺栓单栓承载力（承压型与普通的同）摩擦型高强螺栓单栓承载力（承压型与普通的同）抗剪连接工作性能抗剪连接工作性能 受力过程与普通螺栓相似，受力过程与普通螺栓相似，

8、分为四个阶段：分为四个阶段：摩擦传力的弹性摩擦传力的弹性阶段阶段、滑移阶段滑移阶段、栓杆传力的弹栓杆传力的弹性阶段性阶段、弹塑性阶段弹塑性阶段。 但比较两条但比较两条N N曲线可知，曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。远远大于普通螺栓。高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2对于高强度螺栓对于高强度螺栓摩擦型摩擦型连接连接，其破坏准则，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为为板件发生相对滑移，因此其极限状态为1点而不是点而不是4点，所以点，所以1点的

9、承载力即为一点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：NO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2PnKNfbv1式中：式中：K K安全系数（安全系数（1.71.7）; ; n nf f传力摩擦面数目传力摩擦面数目; ; -摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数; ; P P预拉力设计值预拉力设计值. .1.1.抗剪连接单栓允许承载力抗剪连接单栓允许承载力2.2.高强度螺栓抗拉连接单栓允许承载力高强度螺栓抗拉连接单栓允许承载力当外拉力为零，即当外拉力为零，即N=0=0时：时：P=C；当外拉力为当外拉力为Nt时：时： Nt0.

10、9P0.9P时，螺栓可能屈服或连接出时，螺栓可能屈服或连接出现松弛。现松弛。偏安全地取：偏安全地取：NPCP+ +P=Pf fC- -C=Cf fNtPNbt6 .020.3.3 摩擦型高强度螺栓连接计算摩擦型高强度螺栓连接计算1 1、轴心力作用、轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：bvNNn NN例 20-7 有一计算截面为 340mml2mm 的钢板，采用高强度螺栓和两块尺寸为 340mm8mm 的连接板连接（图 20-40） 。承受轴向拉力N=420kN， 钢材为 Q235 号钢， 螺栓材料为 40 硼钢。 试对该连接进行设计。 NNN3401

11、2N31034082 解解： （1）高强度螺栓连接设计 选用螺栓的直径 d22mm，孔径 d023mm；钢板接触面采用喷砂后涂无机富锌漆，按表 20-6，=0.35；按表 20-5，一个 M22 高强度螺栓的设计预拉力 P=190kN；摩擦面数fn=2。 一个高强度螺栓的容许承载力为 PnKNfbV1 =7.117823519000035.02N 连接所需高强度螺栓数量为 4 . 578235420000bVNNn，采用 6 个。 在外力的作用方向，螺栓按最小间距 3d和最小端距 1.5d排列，以减小连接板的长度，节省钢材。垂直于外力的作用方向，螺栓间距和边距根据钢板宽度布置，螺栓排列如图 2

12、0-40 所示。 （2）钢板强度验算 按附表 4-1，Q235 钢的允许应力为=140MPa。因被连接板件承受拉力，钢板受螺栓孔削弱后的净截面面积为 nA=12（340323）3250mm2 N315000)635 .01 (420000)5 .01 (1nnNN 被连接钢板净截面强度 n31500096.93250NAMPa=140MPa，满足要求。 连接板的厚度之和（16mm）大于被连接板的厚度（12mm） ，故不需验算连接板强度。 被连接板毛截面强度42000010312340NAMPa=140 MPa，满足要求。 高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下, ,为了防止板件被拉断

13、尚应进行板件为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算的净截面验算. .主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面。截面。认为孔前已传认为孔前已传50%力力(摩擦力克服摩擦力克服)，得：，得： 连连接接一一侧侧的的螺螺栓栓总总数数。计计算算截截面面上上的的螺螺栓栓数数； nnnnNN115.01NNbt tt t1 1b1111-1截面的内力为：截面的内力为： 主板厚度。主板宽度；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；钢材强度设计值净截面面积构件在螺栓孔削弱处的tbmdfAANnn0;3 3、摩擦型摩擦型高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下单栓允许承高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下单栓允许承载力

14、载力tfbvNPnkN4.11PNt6.0且且2 2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下扭矩或扭矩、剪力共同作用下 计算方法与普通螺栓相同，即：计算方法与普通螺栓相同，即： 允许承载力：允许承载力：vNTxyN1TN1TxN1Tyr11V1N1yNN1xVTNVe例 20-8 条件与例 20-5 相同，但改用 M20 高强度螺栓摩擦型连接，孔径为 22mm，构件接触面用钢丝刷清除浮锈，试验算连接是否满足设计要求。 两角钢拼接采用普通螺栓连接， 如图两角钢拼接采用普通螺栓连接， 如图 20-32 所示。 角钢截面为所示。 角钢截面为 L75 5。轴心拉力轴心拉力 N= 72kN，拼接角钢采用与构件相同的

15、截面。材料用，拼接角钢采用与构件相同的截面。材料用 Q235钢。钢。螺栓直径螺栓直径 d=20 mm，孔径，孔径 d0=21.5 mm。试对该连接进行设计。试对该连接进行设计。 (45+45-5=85)85301050808050=72kN4035453030808050 50解解： 螺栓预拉力 P=155kN； 按表 20-6， 抗滑移系数=0.3； 同例题 20.6，最不利螺栓受剪力1N=40.5kN。单个摩擦型高强螺栓双摩擦面抗剪容许承载力为 bVf1NnPk=7 .1120.30 15500054.706kN 1N=40.495kN， 满足要求。 考虑螺栓孔前传力时净截面应力将更低， 由例题 20-5 的计算结果可知，钢板的净截面强度也能满足设计要求（计算从略） 。 3 3、高强度螺栓群的抗拉计算、高强度螺栓群的抗拉计算NM 轴力作用下：轴力作用下：计算方法与普通螺栓相同计算方法与普通螺栓相同允许承载力：允许承载力：PNbt6 . 0 弯矩作用下弯矩作用下 由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力P P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，故在弯矩作用下，连接板