普通螺栓的连接方式及计算

1、3.5.1蛭栓或挪钉的杲大r小杲容许距离第三章连接返回3-5普通螺栓的构造和计算351螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面削弱较大。错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。国351钢極上的螺栓（押钉3徘列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被

2、连板间易发生鼓曲和张口现象。（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。位宜和方向疑犬容许距离取两奢的较小值)最小容许距臨申外排(垂直内力方向或顺内力方向)现或12?中间排垂直内力方向1隔或酬順内力方向.构件受压力.開或1st狗件受拉力1城或如沿对常钱方向中上至枸件边籐距离:顺内力方向.2爲剪切边或手工气割边魁或gf血內，力乳

3、制边、自动气高强匿氨栓方向.割或锯割边苴他螺栓或挪钉1.2注；1岛为岷程或挪钉的孔径If为外展较薄板件的厚度.2钢板楚緣与刖性构件c配角钢、槽钢等3相连前厭卷或柳臥的扇犬间距可按中间排的数值采用“二、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方

4、向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如：制动梁或吊车梁上翼缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支承反力，同时受到反复动力荷载作用，不得采用C级螺栓。柱间支撑与柱的连接，以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘的连接，因承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板(法兰板)，应适当加强其刚度(如加设加劲肋)，以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。3.5.2普通螺栓的受剪连接普通螺栓连接按受力情况可分为三类：螺栓只承受剪力；螺栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用。下面先介绍

5、螺栓受剪时的工作性能和计算方法。一、受剪连接的工作性能抗剪连接是最常见的螺栓连接。如果以图3.5.2(a)所示的螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上a、b两点之间的相对位移6与作用力N的关系曲线(图3.5.2b)。该曲线给出了试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历了以下四个阶段：摩擦传力的弹性阶段在施加荷载之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段，在N-6图上呈现出0，1斜直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。滑移阶段当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦

6、力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于N-6曲线上的1，2水平段。S3.5.2单于螺栓抗更试验结果（3）栓杆传力的弹性阶段荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以N-0曲线呈上升状态。达到“3”点时，曲线开始明显弯曲，表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断（图3.5.3a）；当栓杆直径较

7、大，板件较薄时，板件可能先被挤坏（图3.5.3b），由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏叫做螺栓承压破坏；端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏（图3.5.3c）；板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断（图3.5.3d）。CD-1&1*11_rUUfdl圉：3d亟受剪螺栓淮接的破坏形式上述第种破坏形式由螺栓端距l12do表保证；第种破坏属于构件的强度验算。因此，普通螺栓的受剪连接只考虑、两种破坏形式。二、单个普通螺栓的受剪计算普通螺栓的受剪承载力主要由栓杆受剪和孔壁承压两种破坏模式控制，因此应分别计算，取其小值进行设计。计算时做了如下假定：栓杆受剪计算时，假定螺栓受剪面上的剪应力是

8、均匀分布的；孔壁承压计算时，假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布。考虑一定的抗力分项系数后，得到普通螺栓受剪连接中，每个螺栓的受剪和承压承载力设计值如下：受剪承载力设计值酬二2片（3.5.1）承压塞载力设计值町门士）式中；坯一一受翦面数目，单剪戸厂1,R7W四翦妒叫d-一螺栓杆直径卜：亠兀I一一在不同受力方向中一个受力方向重压构件总厚度的辕沪值；代,餐螺栓的抗剪和承压强度设计值，由附杀1.4查用三、普通螺栓群受剪连接计算1、普通螺栓群轴心受剪试验证明，螺栓群的受剪连接承受轴心力时，与侧焊缝的受力相似，在长度方向各螺栓受力是不均匀的(图3.5.4),两端受力大

9、，中间受力小。当连接长度l115d0时，连接进入弹塑性阶段后，各螺杆所受内力仍不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，随后由外向里依次破坏。根据试验，并参考国外的规定，我国规范规定，当l115d0时，应将承载力设计值乘以折减系数：7=1.1-0.7(3.5.4：1500则对长连接，所需抗剪螺栓数为：n=(3.5.5)2、普通螺栓群偏心受剪图3.5.5示螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力F的作用线至螺栓群中心线的距离为e,故螺栓群同时受到轴心力F和扭矩T=Fe的联合作用在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受力，即：何创(c-T卄Ai:卄0irJ图：3.5.5偏血受剪的螺栓群例黒工可试3.5.5所示普通

10、螺栓连接。柱翼缘板厚度为lOnun,连接扳厚度为区皿，钢材为Q攀B荷载设计葺F=150kNj.e=25Cmmo若螺栓排歹片为!蓬向排距理i=12lmni,竖向行距”呂Clntnu竖向端距拘冗nm试选G级螺栓规札解螺栓群中受力最大的点为X，二点的剧栓，1点螺栓所受的剪力那计算如下：站十痂十何x押十4应1鬥=1庁4叱加T=F=5计=37.W102%珂十宓f?40_玩+驸1640N=上=空=国凶S一用血俯册隔=J/V(兀十叫十=6.62.+(13.7+15?(=46.57拘求所需螺栓直径，首先宴确定E级螺栓的抗剪和祇压强度垛计值。由附表1.4查得；尤=14曲加乳盘=貳、N仏则可分别由公式德刃和5囱求

11、出所需的螺栓直径：受剪所需直径必匕=Jm：；：=20.6-$算氓A43.14x1140蕨星所需直径比色刃：=4%=191Sk305故取亞卫昨的C發觀栓可满足强度蓼耘團中螺栓排列构造均大干中距3亞酣咖，边距加詡1晒符倉构造宴求。：3.5.3普通螺栓的受拉连接一、普通螺栓受拉的工作性能沿螺栓杆轴方向受拉时，一般很难做到拉力正好作用在螺杆轴线上，而是通过水平板件传递，如图3.5.6所示。若与螺栓直接相连的翼缘板的刚度不是很大，由于翼缘的弯曲，使螺栓受到撬力的附加作用，杆力增加到：Nt=N+Q式中Q称为撬力。撬力的大小与翼缘板厚度、螺杆直径、螺栓位置、连接总厚度等因素有关，准确求值非常困难。为了简化计

12、算，我国规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20%来考虑撬力影响。例如4.6级普通螺栓（3号钢做成），取抗拉强度设计值为：j：=0.8/=0-3215=这相当于考虑了撬力Q=0.25No一般来说，只要按构造要求取翼缘板厚度t20mm，而且螺栓距离b不要过大,这样简化处理是可靠的。如果翼缘板太薄时，可采用加劲肋加强翼缘，如图3.5.7所示。二、单个普通螺栓的受拉承载力采用上述方法考虑撬力之后，单个螺栓的受拉承载力的设计值为:式中卫栓有效截面积；比为螺纹处的有效直径。由于竦奴呈倾斜方向螺栓爱拉时采用的直径，旣环是扣去螺纹片的淨頁径也不是全直径与淨直径的平均直径几，而是由下式计算的有鮫直径；式中f対嫌级的

13、觀矩?-附表殆绪出了普通险栓按有朝直径念算得的嫖栓浄哉面面积址即有效截面面积卫J可直接查卑，三、普通螺栓群受拉1、栓群轴心受拉图3.5.8示栓群轴心受拉，由于垂直于连接板的助板刚度很大，通常假定各个螺栓平均受拉，则连接所需的螺栓数为:團空工$蛭栓群重受轴心拉力2、栓群承受弯矩作用图3.5.9所示为螺栓群在弯矩作用下的受拉连接（图中的剪力V通过承托板传递）。按弹性设计法，在弯矩作用下,离中和轴越远的螺栓所受拉力越大，而压力则由部分受压的端板承受，设中和轴至端板受压边缘的距离为c（图3.5.9c）。这种连接的受力有如下特点：受拉螺栓截面只是孤立的几个螺栓点；而端板受压区则是宽度较大的实体矩形截面（

14、图3.5.9b、c）。当计算其形心位置作为中和轴时，所求得的端板受压区高度c总是很小，中和轴通常在弯矩指向一侧最外排螺栓附近的某个位置。因此,实际计算时可近似地取中和轴位于最下排螺栓0处，即认为连接变形为绕0处水平轴转动，螺栓拉力与0点算起的纵坐标y成正比。在对0点水平轴列弯矩平衡方程时，偏安全地忽略了力臂很小的端板受压区部分的力矩。君虑到；用H=阴伽=巩切=-=呻兀贝|：必=吗戸+阴必+伺X+-宀叫耳=的卜；）弭十例詔旳应十十阳y曲十十的f%衣=的心励螺栓j的拉力为：x-=-/W谀计时荽求受力摄丈的最外排婢栓1的拉力环超过一噸螺栓的按扌立承载力设计值：3、栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉相当于连接

15、承受轴心拉力N和弯知M=Ne的联合作用。按弹性设计法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉两种情况。働洌）3.10戦栓群偏怙竟拉（1）小偏心受拉当偏心较小时，所有螺栓均承受拉力作用，端板与柱翼缘有分离趋势，故在计算时轴心拉力N由各螺栓均匀承受；弯矩M则引起以螺栓群形心O为中和轴的三角形内力分布（图3.5.10a、b）,使上部螺栓受拉，下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均受拉。可推出最大、最小受力螺栓的拉力和满足设计要求的公式如下（yi均自O点算起）：甌N护+7V即J琳兰N；%=N仏-陶詁琢0胚51賢）式中厲一一幌栓群形芯轴至觀栓的最丸距离i販形呛轴上:“下各螺桂至嵌胃轴矩离的平方和，式（3

16、.5.15-式使甲条件，由此式可得昭血=o时的偏&距刼心巩）*s=-=珑血血肯蛭栓有效截n曲组成的核矗甌则当时为小偏心受拉。（2）大偏心受拉当偏心距e较大討,即戸=凉畑时，.在端板底部将出现受压区图3.5.100仿武C3.5.U）近似并僦安全取中利轴位干慑下排螟栓处,按相似步骤列对口点的誓矩平衡方程，可得它刑必自y点算起，還上排爛栓1的拉力最大hNJ陷=儿=nJ捏=NJ=NK+N述+十Ny宀+Nm珂瑪叫+何山丫+（弘第=的2用？叫二补冋：N=NbyJ為?金皿&.：.5.16）517M3-7图2511为一刪接屋架下弦辛点，竖向力由承托承受c螺栓为C级，只承受偏心拉力。设=300kN,LOGim螺

17、栓布置如图3戈11(a)所示。试求所需的C级螺栓规格.解竦栓有嫩截面的核卍距：宓4況&+1导+加乍?=11氐说1OOfflSff?即12x25即偏芯力件用在核心葩以内，属小偏心受拉圏琪应由式(3j.l5d)计爲N300300 xl0.x25?N=I-Y=十11厂=46.4W用即：124减(銅+1宁十附*)需宴的有效面积,46.4x103170=273mmJ由附表查得M兀爛栓的有救网积A_=知加273mm5,故采用CM20螺栓。显弦连接的布置满足构造要求。3.5.4普通螺栓受剪力和拉力的联合作用大量的试验研究结果表明，同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓(图3.5.12)有两种可能破坏形式：一是螺栓

18、杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。厨3怎埠：竝一剪联合作用的蛭栓图3工丄剪力和拉力的相其曲銭于是，规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合下列公式的要求:验算剪1拉作月:验算孔壁滚压：(3.5.1ED式中叫r讯一一一个竭栓所承受的剪力和拉力设计值；代、一一一亍螺栓的螺杆抗剪和杭拉承载力谟计值:嗽一个螺栓的孔壁承压载力设计值。3-83.5.14示一瘵受翔扌立力的螺栓连撰c已知械连板件的厚度均20,钢材均为QD5EI,已知斜拉丈I的二分力并别300kN川切間，偏心沪mm,螺栓采用等距离布置，行距为诃，塢距拘冗mm,共谖两排C级螺栓试选择螺栓规格。3.5.14例遗乩E国解栓群有玻截面的核吧距划討4K(152x152x252)”十，innp=-=11.7c?ti=11了用？71e=l20mm即112x25战按犬偏応求解螺栓中的