关于钢结构高强度螺栓连接技术(PPT,2022)

关于钢结构构高强度螺螺栓连接技技术2022年5月123一、高强螺螺栓相关规规范二、螺栓的种种类普通螺栓高强度螺栓栓摩擦型高强度螺栓栓承压型高强度螺栓栓螺栓种类三、高强度度螺栓相关关概念（1）高强度螺螺栓采用高高强度材料料制造，高高强螺栓的的螺杆、螺螺帽和垫圈圈都由高强强钢材制作作。（2）我国采用用8.8级和10.9级两种强度的的性能等级级高强度螺螺栓。小数数点前面的的数字8或10表示fu≥800或1000N/mm2,小数点后面面0.8或0.9表示屈服比比fy/fu=0.8或0.9；fy-屈服强度；；fu-极限抗拉强强度。S表示螺栓，，H表示螺母。（3）8.8级常用45钢制作；10.9级常用40硼钢（B）、20锰钛硼钢(MnTiB)加工而成，，并经过热热处理。四、高强度度螺栓分类类按受力特征的不同高强度螺栓栓分为两类类：摩擦型高强强度螺栓—通过板件间间摩擦力传传递内力，破坏坏准则为克克服摩擦力力。承压型高强度螺栓栓—受力特征与与普通螺栓栓类似。是以外剪力力达到板件件接触面间间由螺栓拧拧紧力所提提供的可能能最大摩擦擦力作为极极限状态，，也即是保证连接在在整个使用用期间内外外剪力不超超过最大摩摩擦力。板件不会会发生相对对滑移变形形（螺杆和孔壁壁之间始终终保持原有有的空隙量量），被连接接板件按弹弹性整体受受力。高强螺栓承承压型连接接中允许外剪力力超过最大大摩擦力，这时被连连接板件之之间发生相相对滑移变变形，直到到螺栓杆与与孔壁接触触，此后连连接就靠螺螺栓杆身剪剪切和孔壁壁承压以及及板件接触触面间的摩摩擦力共同同传力，最最后以杆身身剪切或孔孔壁承压破破坏作为连连接受剪的的极限状态态。1.并列—简单、整齐齐、紧凑所所用连接板板尺寸小，，但构件截面削弱弱大。B错列A并列中距中距边距边距端距2.错列—排列不紧凑凑，所用连连接板尺寸寸大，但构构件截面削弱小。五、螺栓的排列列（1）受力要求求垂直受力方方向：为了防止螺螺栓应力集集中相互影影响、截面面削弱过多多而降低承载力力，螺栓的边距距和端距不不能太小；；顺力作用方方向：为了防止板板件被拉断断或剪坏，，端距不能太太小；对于受压构构件：为防止连接接板件发生生鼓曲，中距不能太太大。（2）构造要求求螺栓的边距距和中距不不宜太大，，以免板件件间贴合不不密，潮气气侵入腐蚀蚀钢材。六、螺栓的排列要求七、高强度度螺栓孔的的孔径与孔孔型《钢结构高强强度螺栓连连接技术规规程》（JGJ82-2011）注：M24螺栓，M表示其螺纹纹为公制螺螺纹，24是指螺栓的的公称直径径。八、高强度度螺栓的孔孔距、边距距的容许间间距《钢结构高强强度螺栓连连接技术规规程》（JGJ82-2011）九、布置螺螺栓时施工工工具可操操作空间要要求《钢结构高强强度螺栓连连接技术规规程》（JGJ82-2011）《钢结构高强强度螺栓连连接技术规规程》（JGJ82-2011）-要点型钢构件拼拼接采用高高强螺栓连连接时，为为保证接触触面紧密，，应采用钢板板而不能采用用型钢作为为拼接件。。《钢结构高强强度螺栓连连接技术规规程》（JGJ82-2011）-要点《钢结构高强强度螺栓连连接技术规规程》（JGJ82-2011）-要点《钢结构高强强度螺栓连连接技术规规程》（JGJ82-2011）-要点《钢结构高强强度螺栓连连接技术规规程》（JGJ82-2011）-要点《钢结构高高强度螺螺栓连接接技术规规程》（JGJ82-2011）-要点十、高强度螺螺栓抗剪连接接的工作性性能抗剪连接接工作性能能：对图示螺螺栓连接接做抗剪剪试验,即可得到到板件上上a、b两点相对对位移δ和作用力力N的关系曲曲线,该曲线清清楚的揭揭示了抗抗剪螺栓栓受力的的四个阶阶段,即高强度度螺栓受受力过程程与普通通螺栓相相似，分分为四个个阶段：：摩擦传力力的弹性性阶段、滑移阶段段、栓杆传力力的弹性性阶段、弹塑性阶阶段。但比较两两条N—δ曲线可知知，由于于高强度度螺栓因因连接件件间存在在很大的的摩擦力力，故其其第一个个阶段远远远大于于普通螺螺栓。高强度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2NδO12341234高强度螺栓普通螺栓abNN/2N/2高强度螺螺栓摩擦型抗剪连接接：其破坏准准则为板板件发生生相对滑滑移，因因此其极限状态态为1点而不是4点，所以以1点的承载载力即为为一个高高强度螺螺栓摩擦擦型连接接的抗剪剪承载力力。高强度螺螺栓承压型抗剪连接接：允许接触触面发生生相对滑滑移，破破坏准则则为连接接达到其其极限状态态4点，所以高高强度螺螺栓承压压型连接接的单栓栓抗剪承承载力计计算方法法与普通通螺栓相相同。十、高强度螺螺栓抗剪连接接的工作性能能十一、摩擦型高强度螺螺栓单栓抗剪承载载力十二、高强度螺螺栓预拉力的确定高强度螺螺栓预拉拉力是根根据螺栓栓杆的有效抗拉拉强度确定的，，并考虑虑了以下下修正系系数：考虑材料料的不均均匀性的的折减系系数0.9。为防止施施工时超超张拉导导致螺杆杆破坏的的折减系系数0.9。考虑拧紧紧螺帽时时，螺栓栓杆上产产生的剪剪力对抗抗拉强度度的降低低除以系系数1.2。附加安全全系数0.9。因此，预拉力P：Ae—螺纹处有有效截面面积fu—螺栓热处处理后的的最低抗拉拉强度；8.8级，取fu=830N/mm2，10.9级，取fu=1040N/mm2通过拧紧螺帽帽的方法，，螺帽的的紧固方方法：A、转角法法施工方法法：初拧—用普通扳扳手拧至至不动，，使板件件贴紧密密；终拧—初拧基础础上用长长扳手或或电动扳扳手再拧拧过一定定的角度度，一一般般为120o~180o完成终拧拧。特点：预预拉力的的建立简简单、有有效，但但要防止止欠拧、、漏拧和和超拧。。B、扭矩法法施工方法法：初拧—用力矩扳扳手拧至至终拧力力矩的30%~50%，使板件件贴紧密密；终拧—初拧基础础上，按按100%设计终拧拧力矩拧拧紧。特点：简简单、易易实施，，但得到到的预拉拉力误差差较大。。十三、高强度螺螺栓预拉力的建立方方法C、扭断螺螺栓杆尾尾部法（（扭剪型型高强度度螺栓））施工方法法：初拧—拧至终拧拧力矩的的60%~80%；终拧—初拧基础础上，以以扭断螺螺栓杆尾尾部为准准。特点：施施工简单单、技术术要求低低易实施施、质量量易保证证等。十三、高强度螺螺栓预拉力的建立方方法十四、高强度螺螺栓摩擦擦面抗滑移系系数μ摩擦型高高强度螺螺栓是通通过板件件间摩擦擦力传递递内力的的，而摩摩擦力的的大小取取决于板板件间的的挤压力力（P）和板件件间的抗抗滑移系系数μ。板件间的的抗滑移移系数与与接触面面的处理理方法和和构件钢钢号有关关，其大小随板件间间的挤压压力的减小而减减小。规范给出出了不同同钢材在在不同接接触面的的处理方方法下的的抗滑移移系数μ,如下表：：十五、摩擦型高强度螺螺栓单栓抗拉拉承载力力当外拉力力为零，，即N=0时：P=C；当外拉力力为Nt时：板件件有被拉拉开趋势势，板件间的的压力C减小为Cf，栓杆拉力力P增加为Pf，由力及及变形协协调得：NPCP+△P=PfC-△C=CfNtAb—栓杆截面面面积；；Ap—板件挤压压面面积积；当板件即即将被拉拉开时：：Cf=0，有Pf=Nt，因此：：一般板件件间的挤挤压面面面积比栓栓杆截面面面积大大的多，，近似取取AP/Ab=10，得：显然栓杆杆的拉力力增加不不大。另外，试试验证明明，当栓栓杆的外外加拉力力大于P时，卸载载后螺栓栓杆的预预拉力将将减小，，即发生生松弛现象象。但当Nt不大于0.8P时，则无无松弛现现象，这这时Pf=1.07P，可认为为螺杆的的预拉力力不变，，且连接接板件间间有一定定的挤压压力保持持紧密接接触，所所以现行行规范规规定：P+△P=PfC-△C=CfNt十五、摩擦型高强度螺螺栓单栓抗拉拉承载力力上式未考考虑橇力力的影响响，当考考虑橇力力影响时时，螺栓栓杆的拉拉力Pf与Nt的关系曲曲线如图图：Nt≤0.5P时，橇力力Q=0；Nt≥0.5P后，橇力力Q出现，增增加速度度先慢后快快。橇力Q的存在导导致连接接的极限限承载力力由Nu降至Nu’。所以，如如设计时时不考虑虑橇力的的影响,应使Nt≤0.5P或增加连连接板件件的刚度度（如设设加劲肋肋）。30025020015010050050100150200250300Pf(KN)Nu’NuNt(KN)2NNNQQ19518.8级M22P=150KNQ有橇力时的螺栓破坏无橇力时的螺栓破坏十五、摩擦型高强度螺螺栓单栓抗拉拉承载力力（1）高强度度螺栓摩摩擦型连连接尽管当Nt≤P时，栓杆杆的预拉拉力变化化不大，，但由于于μ随Nt的增大而而减小，且随Nt的增大板板件间的的挤压力力减小，，故连接接的抗剪剪能力下下降。规规范规定定在V和N共同作用用下应满满足下式式：十六、摩擦型高高强度螺螺栓在拉拉力、剪剪力共同同作用下下的单栓承载力NNbtt1b1高强度螺螺栓群轴轴心力作作用下,为了防止止板件被被拉断尚尚应进行行板件的的净截面面验算.A、高强度度螺栓摩摩擦型连连接主板的危危险截面面为1-1截面。11考虑孔前前传力50%得：1-1截面的内内力为：：十六、摩擦型高高强度螺螺栓在轴轴力、剪剪力共同同作用下下的单栓承载力十六、摩擦型高高强度螺螺栓在拉拉力、剪剪力共同同作用下下的单栓承载力因其破坏坏准则为为螺栓杆杆被拉断断，故计计算方法法与普通通螺栓相相同，上式的计计算结果果与0.8P相差不多多。十七、承承压型高高强度螺螺栓的单单栓抗拉拉承载力力十八、承承压型高高强度螺螺栓的单单栓抗剪剪、抗压压承载力力系数1.2是考虑由由于外拉拉力的存存在导致致高强度度螺栓的的承压承承载力降降低的修正系数数。是为了防止孔壁壁的承压压破坏。十九、承承压型高强度度螺栓在在轴力、、剪力共共同作用用下的单栓承载力抗剪计算算抗拉计算算1、轴心力力作用下下2、扭矩或或扭矩、、剪力共共同作用用下1、轴心力力作用下下2、弯矩作作用下3、偏心拉拉力作用用下拉力和剪剪力共同同作用下下拉力、弯弯矩和剪剪力共同同作用下下二十、高强度螺螺栓群的的承载力计计算1、轴心力力作用下下：假定各螺螺栓受力力均匀，，故所需需螺栓数数：对于摩擦型连接：对于承压型连接：NN（一）高高强度螺栓群的抗剪计算计算方法法与普通通螺栓相相同，即即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力F作用下：

每个螺栓受力2、扭矩或或扭矩、、剪力共共同作用用下：（一）高高强度螺栓群的抗剪计算由此可得得螺栓1的强度验验算公式式为:（一）高强度度螺栓群的抗剪计算TxyN1TN1TxN1Tyr11扭矩T作用下：1、轴心力作用用下：假定各螺栓均均匀受力，故故所需螺栓数数：N2、弯矩作用下：由于高强度螺螺栓的抗拉承承载力一般总总小于其预拉拉力P，故在弯矩作作用下，连接接板件接触面面始终处于紧紧密接触状态态，弹性性能能较好，可认认为是一个整体,所以假定连接的中和轴轴与螺栓群形形心轴重合，最外侧螺栓栓受力最大。。M（二）高强度度螺栓群的抗拉计算MM1234y1y2N1N2N3N4受压区中和轴由力学可得：因此，设计时时只要满足下下式即可：（二）高强度度螺栓群的抗拉计算偏心力作用下的高强强度螺栓连接接，螺栓最大大拉力不应大大于0.8P，以保证板件件紧密贴合，，端板不会被被拉开，所以以摩擦型和承承压型均可采采用以下方法法（叠加法）计算:Ne1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中和轴M作用下N作用下3、偏心拉力作作用下（二）高强度度螺栓群的抗拉计算NV单个螺栓所受受的剪力：单个螺栓所受受的拉力：1234NVN作用下V作用下（三）高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的连接接计算Ⅱ、对于高强度度螺栓承压型连接应满足：Ⅰ、对于高强度度螺栓摩擦型连接应满足：：所以：（三）高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的的连接计算（四）高强度螺栓群群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的的连接计算采用高强度螺螺栓摩擦型连连接时1号螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述应满满足：MNV1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中和轴M作用下N作用下VV作用下对于高强度螺螺栓摩擦型连连接，在拉力力和剪力共同同作用下，单单栓抗剪承载载力如前所述述为：单个螺栓所受的剪力：上式中:（四）高强度螺栓群群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的的连接计算2、采用高强度度螺栓承压型型连接时螺栓的强度计计算公式：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的最大拉力：MNV1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中和轴M作用下N作用下VV作用下（四）高强度螺栓群群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的的连接计算普通螺栓C级---粗制螺栓，性性能等级为4.6或4.8级；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝1~3mm。A、B级---精制螺栓，性性能等级为5.6或8.8级;5或8表示fu≥500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；fy-屈服强度；fu-极限抗拉强度度；Ⅰ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝0.3~0.5mm。普通螺栓按其加工的精细细程度和强度度分为:A、B、C三个级别。一、普通螺栓连接的构造螺孔需用钻模模钻成，或在在单个零件上上先冲成较小小的孔，然后后在装配好的的构件上再扩扩钻至设计孔孔径（称I类孔）。螺孔制作是一一次冲成或不不用钻模钻成成(称Ⅱ类孔)。FNFA只受剪力B只受拉力C剪力和拉力共共同作用二、螺栓连接的受力形式对图示螺栓连连接做抗剪试试验,即可得到板件件上a、b两点相对位移移δ和作用力N的关系曲线,该曲线清楚的的揭示了抗剪剪螺栓受力的的四个阶段,即：(1)摩擦传力的弹弹性阶段(0~1段)直线段—连接处于弹性性状态；该阶段较短—摩擦力较小。。NδO1234NNabNN/2N/2三、普通螺栓抗剪连接的工作性能(2)滑移阶段(1~2段)克服摩擦力后后，板件间突突然发生水平平滑移，最大大滑移量为栓栓孔和栓杆间间的距离，表表现在曲线上上为水平段。。NδO1234abNN/2N/2(3)栓杆传力的弹弹性阶段(2~3段)该阶段主要靠靠栓杆与孔壁壁的接触传力力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压压。由于材料料的弹性以及及栓杆拉力增大大所导致的板件件间摩擦力的的增大，N-δ关系以曲线状状态上升。三、普通螺栓抗剪连接的工作性能(4)弹塑性阶段(3~4段)达到‘3’后，即使给荷荷载以很小的的增量，连接接的剪切变形迅速增大，直直到连接破坏坏。‘4’点（曲线的最最高点）即为为普通螺栓抗抗剪连接的极限承载力Nu。NδO1234abNN/2N/2Nu三、普通螺栓抗剪连接的工作性能（1）螺栓杆被剪坏坏栓杆较细而板板件较厚时（2）孔壁的挤压压破坏栓杆较粗而板板件较薄时（3）板件被拉断断截面削弱过多多时N/2NN/2NNNN以上破坏形式予以计算解决四、普通螺栓栓抗剪连接的破坏形式（4）板件端部被被剪坏(拉豁)端矩过小时；；端矩不应小小于2dONN（5）栓杆弯曲破破坏螺栓杆杆过长长；栓栓杆长长度不不应大大于5d这两种破坏构造解决N/2NN/2四、普通螺螺栓抗剪连接的破坏形式式由破坏形形式知抗剪螺栓栓的承载载力取决决于螺栓杆受受剪和孔孔壁承压压两种情况况，故单单栓抗剪剪承载力力由以下下两式决决定:nv—剪切面数目目；d—螺栓杆直径径；fvb、fcb—螺栓抗剪和和承压强度度设计值；；∑t—连接接头一一侧承压构构件总厚度度的较小值值。单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：d五、普通螺螺栓抗剪连接的单栓承载力力NNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2六、普通螺栓栓抗剪连接的剪切面数目目nv七、普通螺螺栓群轴心力作用下抗剪剪计算N/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布试验证明,栓群在轴力力作用下各各个螺栓的的内力沿栓栓群长度方方向不均匀匀，两端大,中间小。当l1≤15d0(d0为孔径)时，连接进进入弹塑性工作状态后后，内力重重新分布，，各个螺栓内内力趋于相相同，故设计时假假定N有各螺栓均担担。所以，连接所需螺栓数为：当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入入弹塑性工作状态后，，即使内力重重新分布,各个螺栓内力力也难以均匀，端部螺栓首先先破坏,然后依次破坏坏。由试验可得得连接的抗剪强度折减减系数η与l1/d0的关系曲线。。试验曲线8.8级

M22我国规范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值长连接螺栓的内力分布故，连接所需栓数：七、普通螺栓栓群轴心力作用下抗剪计计算NNbtt1b1普通螺栓群轴心力作用下，为了了防止板件被被拉断尚应进进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为为2-2截面:A、螺栓采用并并列排列时:主板的危险截面为为1-1截面:1122注意拼接板的的数量！七、普通螺栓栓群轴心力作用下抗剪计计算NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用错错列排列时:主板的危险截截面为1-1和1’-1’截面:111’1’七、普通螺栓栓群轴心力作用下抗剪计计算NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危险险截面为2-2和2’-2’截面:222’2’注意拼接板的的数量！七、普通螺栓栓群轴心力作用下抗剪计计算八、普通螺栓栓群偏心力作用下抗剪计计算F作用下每个螺螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下连接按按弹性设计，其假定定为：（1）连接板件绝绝对刚性，螺螺栓为弹性；；（2）T作用下连接板板件绕栓群形形心转动，各各螺栓剪力与与其至形心距离呈线线形关系，方向与与ri垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，T作用下‘1’号螺栓所受剪剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得：所以:由力的平衡条条件得：八、普通螺栓栓群偏心力作用下抗剪计计算TxyN1TN1TxN1Tyr11将N1T沿坐标轴分解解得:八、普通螺栓栓群偏心力作用下抗剪计计算由此可得螺栓栓1的强度验算公公式为:另外,当螺栓布置比比较狭长(如y1≥3x1)时,可进行如下简化计算：令:xi=0，则N1Ty=0八、普通螺栓栓群偏心力作用下抗剪计计算（一）普通螺螺栓抗拉连接接的工作性能能九、普通螺栓的的抗拉连接抗拉螺栓连接接在外力作用用下，连接板件接触触面有脱开趋势，螺栓杆受杆杆轴方向拉力力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式式。（二）单个普通螺栓的的抗拉承载力力设计值式中：Ae--螺栓的有效截截面面积；de--螺栓的有效直直径；ftb--螺栓的抗拉强强度设计值。。dedndmd公式的两点说说明：（1）螺栓的有效效截面面积因栓杆上的螺螺纹为斜方向向的，所以公公式取的是有有效直径de而不是净直径径dn，现行国家标标准取：九、普通螺栓的的抗拉连接de-有效直径dn-净直径d-公称直径dm-中直径（2）螺栓垂直连连接件的刚度度对螺栓抗拉拉承载力的影影响A、螺栓受拉时，，一般是通过过与螺杆垂直直的板件传递递，即螺杆并并非轴心受拉拉，当连接板板件发生变形形时，螺栓有有被撬开的趋趋势（杠杆作用）），使螺杆中的的拉力增加（撬力Q）并产生弯曲现现象。连接件刚度越越小撬力越大大。试验证明影影响撬力的因因素较多，其其大小难以确