第3章 连接3——高强螺栓

1、 3.2.1 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 3.2.2 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 3.2.3 普通螺栓连接的受力性能和计算普通螺栓连接的受力性能和计算 3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算本章重点3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算 3.2.4.3 高强螺栓高强螺栓承压型承压型连接承载力计算连接承载力计算3.2.4.2 高强螺栓高强螺栓摩擦型摩擦型连接承载力计算连接承载力计算 3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算 3.2.4.1 高强螺栓连接的工作性能和构造要求高强螺栓连接的工作性能和构

2、造要求高强螺栓类型高强螺栓类型传力特征传力特征承载能力承载能力极限状态极限状态性能等级性能等级摩擦型连接摩擦型连接依靠被连接板件依靠被连接板件之间的摩擦力传之间的摩擦力传递剪力递剪力剪力剪力= =摩擦摩擦力力8.88.8级级/ / 10.910.9级级承压型连接承压型连接 1 1 剪力超过摩擦剪力超过摩擦力后，板件间发力后，板件间发生相互滑移，栓生相互滑移，栓杆与孔壁接触：杆与孔壁接触：受剪受剪 受压受压2 2 最终剪力由栓最终剪力由栓杆承受杆承受螺栓或钢螺栓或钢板破坏板破坏8.88.8级级/ / 10.910.9级级mmdd0 . 25 . 10mmdd5 . 10 . 103.2.4 高强

3、度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求 受剪螺栓、受拉螺栓、拉剪螺栓受剪螺栓、受拉螺栓、拉剪螺栓 由摩擦阻力传递剪力，由摩擦阻力传递剪力， 摩擦型高强度螺栓：摩擦型高强度螺栓：主要用于直接主要用于直接承受承受动力荷载动力荷载的结构。的结构。当剪力当剪力=摩擦阻力时为承载能力的极限状态，摩擦阻力时为承载能力的极限状态，3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求 主要用于承受静力荷载或间接承受

4、动力荷载的结构主要用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构。 剪力超过摩擦力时剪力超过摩擦力时 受剪螺栓、受拉螺栓、拉剪螺栓受剪螺栓、受拉螺栓、拉剪螺栓 承压型高强度螺栓：承压型高强度螺栓：正常使用的极限状态（不滑移）正常使用的极限状态（不滑移） 承载能力的极限状态（螺栓或钢板破坏）承载能力的极限状态（螺栓或钢板破坏）螺栓杆受剪、孔壁承压螺栓杆受剪、孔壁承压滑移滑移3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求0-10-1段：摩擦传力弹性阶段，段：摩擦传力弹性阶段，普通螺栓忽略普通螺栓忽略

5、1-21-2段：滑移阶段段：滑移阶段2-32-3段：栓杆传力弹性阶段段：栓杆传力弹性阶段3-43-4段：弹塑性阶段段：弹塑性阶段摩擦型承压型3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求1、高强螺栓的抗剪性能高强螺栓的抗剪性能撬力撬力Q Q大约在大约在N Nt t0.50.5P P时开始出现，起时开始出现，起初增加缓慢以后逐渐加快，到临近破初增加缓慢以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而有所下降坏时因螺栓开始屈服而有所下降 撬力影响撬力影响当外拉力当外拉力N Nt t0.50.5P P

6、时，不出现撬力时，不出现撬力3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求2、高强螺栓的抗拉性能高强螺栓的抗拉性能使使N N0.50.5P P翼缘厚度不小翼缘厚度不小于于2 2倍螺栓直径倍螺栓直径设加劲肋设加劲肋3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求消除撬力的措施：消除撬力的措施：2、高强螺栓的抗拉性能高强螺栓的抗拉性能当加于螺杆上的外拉力当加于螺杆上的外拉力N Nt t小于预

7、拉力小于预拉力P P的的80%80%时，时，可认为螺杆的预拉力不变。可认为螺杆的预拉力不变。l l (3)扭剪法扭剪法: 扭断螺栓梅花头切口处截面来控制预拉扭断螺栓梅花头切口处截面来控制预拉力数值力数值. 1） 施加预拉力的方法施加预拉力的方法:(1)扭距法扭距法: T=KdP K: 扭矩系数扭矩系数; d: 螺栓直径螺栓直径; P: 螺栓预拉力螺栓预拉力 (2)转角法转角法: 初拧和终拧初拧和终拧; 拧至预定角度值拧至预定角度值3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求3、高强螺栓预

8、拉力高强螺栓预拉力P的施加的施加 2） 预拉力值的确定预拉力值的确定:3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求3、高强螺栓预拉力高强螺栓预拉力P的施加的施加系数系数1.21.2为考虑拧紧扭矩对螺杆的不利影响；为考虑拧紧扭矩对螺杆的不利影响；三个三个0.90.9分别为超张拉系数、螺栓材质不稳定分别为超张拉系数、螺栓材质不稳定系数和系数和f fu u和和f fy y的差异系数。的差异系数。uefAP2 . 19 . 09 . 09 . 0 3） 高强度螺栓摩擦面抗滑移系数高强度螺栓摩擦面

9、抗滑移系数:3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求3、高强螺栓预拉力高强螺栓预拉力P的施加的施加 其大小与连接处接触面的处理方法和构件其大小与连接处接触面的处理方法和构件的钢号有关。具体数值可查表的钢号有关。具体数值可查表3-63-6 4） 其它构造要求其它构造要求:3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.1 高强螺栓连接高强螺栓连接的的工作性能和构造要求工作性能和构造要求3、高强螺栓预拉力、高强螺栓预拉力P的施加的施加高强螺栓连接于普通

10、螺栓的排列布置要求相同高强螺栓连接于普通螺栓的排列布置要求相同型钢构件拼接采用高强螺栓时，拼接件宜采用钢型钢构件拼接采用高强螺栓时，拼接件宜采用钢板，以保证连接部分紧密贴合，保证预拉力的建立板，以保证连接部分紧密贴合，保证预拉力的建立在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明法应在施工图中说明P P一个高强度螺栓预拉力，表一个高强度螺栓预拉力，表3-53-5。PnNfbV9.01 1、受剪连接、受剪连接式中：式中：n nf f 一个螺栓的传力摩擦面数目；一个螺栓的传力摩擦面数目；摩擦面的抗滑移系数，表摩擦面的抗滑移系数，表3-63-6

11、；一个一个抗剪抗剪摩擦型高强度螺栓承载力设计值摩擦型高强度螺栓承载力设计值3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.2 高强螺栓摩擦型连接承载力计算高强螺栓摩擦型连接承载力计算试验表明，低温对摩擦型高强螺栓抗剪承载力无明试验表明，低温对摩擦型高强螺栓抗剪承载力无明显影响。显影响。当：当：t=100-150t=100-150时，承载力设计值降低时，承载力设计值降低10%10%考虑预考虑预拉力温度损失拉力温度损失t150t150时，采取隔热措施时，采取隔热措施3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.2 高强螺栓摩

12、擦型连接承载力计算高强螺栓摩擦型连接承载力计算1 1、受剪连接、受剪连接一个抗拉高强度螺栓的承载力设计值为：一个抗拉高强度螺栓的承载力设计值为：PNbt8 . 0 3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.2 高强螺栓摩擦型连接承载力计算高强螺栓摩擦型连接承载力计算2 2、受拉连接、受拉连接3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.2 高强螺栓摩擦型连接承载力计算高强螺栓摩擦型连接承载力计算3 3、受拉剪的连接、受拉剪的连接 当螺栓承受外拉力时，预拉力当螺栓承受外拉力时，预拉力P P保持不变，保持不变，但板层间

13、压力将减小但板层间压力将减小N Nt t，此时接触面的抗滑移系，此时接触面的抗滑移系数将降低，且随数将降低，且随N Nt t的增大而减小，外加剪力的增大而减小，外加剪力N Nv v和和拉力拉力N Nt t与高强螺栓的受拉、受剪承载力设计值之与高强螺栓的受拉、受剪承载力设计值之间具有线性关系，故规范规定：间具有线性关系，故规范规定： 同时承受剪力和拉力的摩擦型高强度螺栓承同时承受剪力和拉力的摩擦型高强度螺栓承载力应满足：载力应满足：1bttbvvNNNN3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.2 高强螺栓摩擦型连接承载力计算高强螺栓摩擦型连接承载力计算

14、3 3、受拉剪的连接、受拉剪的连接0.91.25vftNnPN此时：此时：1、受剪连接受剪连接bvvbVfdnN42 单个抗剪单个抗剪承压型承压型高强度螺栓承载力设计值计算方高强度螺栓承载力设计值计算方法与普通螺栓相同，只是应采用承压型连接高强螺法与普通螺栓相同，只是应采用承压型连接高强螺栓的强度设计值。剪切面位于螺纹处时抗剪承载力栓的强度设计值。剪切面位于螺纹处时抗剪承载力应按螺纹处的应按螺纹处的有效截面有效截面计算。计算。bcbCftdNbvevbvfAnN3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.3 高强螺栓承压型连接承载力计算高强螺栓承压型连接

15、承载力计算抗剪抗剪承压承压螺纹处螺纹处 单个抗剪单个抗剪承压型承压型高强度螺栓承载力设计值计高强度螺栓承载力设计值计算方法与普通螺栓相同，只是应采用承压型连接算方法与普通螺栓相同，只是应采用承压型连接高强螺栓的强度设计值。高强螺栓的强度设计值。btebtebtfdfAN423.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.3 高强螺栓承压型连接承载力计算高强螺栓承压型连接承载力计算2、受拉连接受拉连接计算方法与普通螺栓相同。计算方法与普通螺栓相同。2.1/bCVNN3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.3 高强螺栓

16、承压型连接承载力计算高强螺栓承压型连接承载力计算3、同时承受剪力和拉力的、同时承受剪力和拉力的连接连接验算剪拉作用验算承压作用221VtbbVtNNNN规规范范规规定定每每个个螺螺栓栓都都应应进进行行3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.3 高强螺栓承压型连接承载力计算高强螺栓承压型连接承载力计算3、同时承受剪力和拉力的、同时承受剪力和拉力的连接连接规范规定规范规定：只要有外拉力存在，就将承压强度除：只要有外拉力存在，就将承压强度除以以1.21.2予以降低，而未考虑承压强度设计值变化幅予以降低，而未考虑承压强度设计值变化幅度随外拉力大小而变化这一因

17、素。这是由于一般度随外拉力大小而变化这一因素。这是由于一般高强度螺栓的外拉力都小于高强度螺栓的外拉力都小于0.8P0.8P，可认为整个板，可认为整个板层间始终紧密接触，除以层间始终紧密接触，除以1.21.2一般均能保证安全。一般均能保证安全。摩擦型高强螺栓承压型高强螺栓所需螺栓数nNbmin取值取值取两者较小值进行设计0.9bvfNnPbvvbvfdnN42bcbcftdNbNNnmin3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算1、高强螺栓群受剪、高强螺栓群受剪（1）轴心受剪时）轴心受剪时3.2.4 高强度螺栓连接的

18、受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算1、高强螺栓群受剪、高强螺栓群受剪（1）轴心受剪时）轴心受剪时螺栓群轴心受剪计算时对于对于l1 1的规定的规定l115d0l115d0bNNnminbNNnmin7 . 01501 . 101dl与普通螺栓不同，摩擦型与普通螺栓不同，摩擦型高强螺栓传力所依靠的摩高强螺栓传力所依靠的摩擦力一般可认为均匀分布擦力一般可认为均匀分布于螺孔四周，故孔前接触于螺孔四周，故孔前接触面已经传递每个螺栓所传面已经传递每个螺栓所传内力的一半。内力的一半。 a) a)净截面强度验算（净截面强度验算（摩擦型特有摩擦型特有）：

19、3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算fANn/处已于孔前传力处已于孔前传力0.5n1（N/n） a) a)净截面强度验算（摩擦型特有）净截面强度验算（摩擦型特有）：包括板件和拼接板包括板件和拼接板)5 . 01 (1/nnNN3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算式中：式中： n1计算截面上的螺栓数目；计算截面上的螺栓数目； n连接一侧的螺栓总数；连接一侧的螺栓总数； An构件或连接板净截面面积。构件或连接板净截面面积。 a) a

20、)净截面强度验算（摩擦型特有）净截面强度验算（摩擦型特有）：3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算 b) b)毛截面强度验算毛截面强度验算：3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算NfA和普通螺栓一样，对其他各列螺栓处，若螺孔和普通螺栓一样，对其他各列螺栓处，若螺孔数未增多，可不予验算。但在毛截面处，却承数未增多，可不予验算。但在毛截面处，却承受全部受全部N N力，故可能比开孔处截面更危险，因力，故可能比开孔处截面更危险，因此还应验算

21、：此还应验算：AA构件或连接板的毛截面面积构件或连接板的毛截面面积轴心剪力F和扭矩T=Fe的联合作用3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算1、高强螺栓群受剪、高强螺栓群受剪（2）非轴心受剪时）非轴心受剪时螺栓群偏螺栓群偏心抗剪计心抗剪计算算受力分解受力分解单独考虑单独考虑轴心剪轴心剪力力F F作用作用扭矩扭矩FeFe作用作用受力最大螺受力最大螺栓承载力满栓承载力满足要求足要求计算思路：计算思路： 计算方法与普通螺栓连接相同，只是采用高强计算方法与普通螺栓连接相同，只是采用高强度螺栓承载力设计值计算。度螺栓承载力设

22、计值计算。3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算（2）非轴心受剪时）非轴心受剪时btNnN3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算2、高强螺栓群受拉、高强螺栓群受拉（1）轴心受拉时）轴心受拉时摩擦型高摩擦型高强螺栓强螺栓 承压型高承压型高强螺栓强螺栓N Nt tb b取值取值0.8btNPbtebtebtfdfAN42所需螺栓个数：所需螺栓个数：3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高

23、强螺栓群的计算高强螺栓群的计算2、高强螺栓群受拉、高强螺栓群受拉（2）受弯矩单独作用时）受弯矩单独作用时高强螺栓的外拉力总是小于预拉力高强螺栓的外拉力总是小于预拉力P P，可认为，可认为中和轴在螺栓群的形心轴上。中和轴在螺栓群的形心轴上。211/()bitNM yyN3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算（2）受弯矩单独作用时）受弯矩单独作用时最外排螺栓受力最大，最大拉力及验算式为：最外排螺栓受力最大，最大拉力及验算式为：（3）偏心受拉时）偏心受拉时 偏心受拉时，分解为轴心拉力偏心受拉时，分解为轴心拉力N N和弯

24、矩和弯矩M M联合作联合作用，应保证螺栓的最大拉力不超过用，应保证螺栓的最大拉力不超过0.8P0.8P，以使板层，以使板层间始终保持紧密贴合。间始终保持紧密贴合。 摩擦型和承压型高强螺栓群偏心受拉计算均同摩擦型和承压型高强螺栓群偏心受拉计算均同普通螺栓小偏心普通螺栓小偏心受拉相同。受拉相同。3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算btiNyFeynFN211/（3）偏心受拉时）偏心受拉时3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算 3.2.

25、4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算3、高强螺栓群受拉力、剪力和弯矩共同作用、高强螺栓群受拉力、剪力和弯矩共同作用（1）摩擦型连接的计算）摩擦型连接的计算 摩擦型螺栓连接板层间的压紧力和接触摩擦型螺栓连接板层间的压紧力和接触面的抗滑移系数随外拉力的增加而减小。应面的抗滑移系数随外拉力的增加而减小。应考虑滑移系数考虑滑移系数降低的影响。降低的影响。剪力V弯矩Ne轴心拉力N平均分配对单个螺栓的拉剪联合作用验算合成分配至各螺栓的拉力Nti3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4

26、高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算3、高强螺栓群受拉力、剪力和弯矩共同作用、高强螺栓群受拉力、剪力和弯矩共同作用（1）摩擦型连接的计算）摩擦型连接的计算式中：式中：Nt单个螺栓承受的最大外拉力，单个螺栓承受的最大外拉力， Nv单个螺栓承受的最大剪力，单个螺栓承受的最大剪力，NvNvbNt0.8P1bttbvvNNNN3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算螺栓的承载力设计值应符合方程：螺栓的承载力设计值应符合方程：（1）摩擦型连接的计算）摩擦型连接的计算 1110.9(1.25)0.9(1.25)nnViftiiinftiiVNnPNnnPN ti0.9(1.25)VifNnPN3.2.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接的受力性能和计算3.2.4.4 高强螺栓群的计算高强螺栓群的计算（1）摩擦型连接的计算）摩擦型连接的计算代入代入N Nv