普通螺栓连接的构造和计算

7.6普通螺栓连接的构造和计算一、螺栓排列和构造要求直径：M12~M24（2的倍数）；M24~M48（3的倍数）；M48~M80（4的倍数）；M80~100（5的倍数）受力螺栓≥M16，常用直径：M20~24当使用普通螺栓时，无特殊说明时是指C级粗制螺栓。排列和间距（见图7.62）:排列：并排、错列间距：见表7.5。3.当杆件在节点上或拼接接头的一端时，永久性的螺栓（或铆钉）数不宜少于两个。对组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓（或铆钉）。4.表示方法见表7-9。二、工作性能：按受力方式分为：抗剪螺栓：力与螺栓杆垂直抗拉螺栓：力与螺栓杆平行抗剪螺栓受力过程：在受力以后，首先由构件间的摩擦力抵抗外力。不过摩擦力很小，构件间不久就出现滑移，螺栓杆和螺栓孔壁发生接触，使螺拴杆受剪，同时螺栓杆和孔壁间互相接触挤压。受剪极限状态：螺栓杆被剪断或孔壁承压破坏。破坏形式：五种见图7-66。其中对螺栓杆被剪断、孔壁挤压以及板被拉断，要进行计算。钢板剪断和螺栓杆弯曲通过构造要求来保证。计算公式：抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：抗拉螺栓受力过程：：外力趋向于于将被连接接构件拉开开，而使螺螺栓受拉，，最后螺栓栓杆会被拉拉断。受力极限状状态：螺栓栓杆被拉断断。破坏形式：：一种，但但应考虑撬撬力的影响响。计算公式：：式7-29三、螺栓群群的抗剪计计算在轴心力作作用下的抗抗剪计算计算假定：：每个螺栓栓所受剪力力相等。可以直接计计算螺栓的的数量：被连接件净净截面强度度的计算：：规范规定当当l1＞15d0（d0为孔径）时时，应将螺螺栓或铆钉钉的承载力力设计值乘乘以折减系系数β=1.1－－l1/（150d0），当l1＞60d0时，折减系系数β=0.7。。2.在扭矩矩作用下的的抗剪计算算计算假定：：①被连接构构件是绝对对刚性的，，螺栓则是是弹性的；；②各螺栓栓都绕螺栓栓群的形心心O旋转，其受受力大小与与到螺栓群群形心的距距离成正比比，方向与与螺栓到形形心的连线线相垂直。根据假定知知每个螺栓栓受力是不不同的，将将螺栓排列列好后找出出受力最大大的螺栓，，验算螺栓栓的强度。。公式7-36、7-37。。3.在扭扭矩、剪力力、轴心力力作用下的的抗剪计算算：在多种力共共同作用下下，分析每每一种力作作用在螺栓栓群上的情情况，找出出受力最不不利的螺栓栓进行强度度验算。四、螺栓群群的抗拉计计算在轴心力作作用下的抗抗拉计算可以直接计计算螺栓的的数量：式式7-39在弯矩作用用下的抗拉拉计算（见见图7-75）在弯矩作用用下，首先先确定中和和轴位置，，通常近似地地假定螺栓栓群绕最下下边的一排排螺栓旋转转，各排螺螺栓所受的的拉力的大大小与距最最下一排螺螺栓的距离离成正比，，所以离中和轴越越远螺栓受受力越大。。式7-40。五、剪力和和拉力共同同作用拉力的存在在使螺栓承承受剪力的的能力降低低，验算时时采用相关关公式：≤1≤7.7高强强度螺栓连连接的性能能和计算一、高强度度螺栓连接接的工作性性能1、按受力力方式分为为：抗剪螺栓：：摩擦型连连接和承压压型连接抗拉螺栓：：FN2、抗剪螺螺栓受力过过程：（1）摩擦擦型连接：：是依靠被被连接构件件间的摩擦擦力传递外外力，安装装时将螺栓栓拧紧，使使螺杆产生生预拉力压压紧构件接接触面，靠靠接触面的的摩擦力来来阻止其相相互滑移，，以达到传传递外力的的目的。受剪时极限限状态：当剪力等于于摩擦力时时，即为连连接的承载载力极限状状态。NNabNN/2N/2abNN/2N/2NNabNN/2N/2（2）承压压型连接：：是当剪力力超过摩擦擦力时，构构件间产生生相对滑移移，螺杆与与孔壁接触触，使螺杆杆受剪和孔孔壁受压，，破坏形式式与普通螺螺栓相同。。受剪时极限限状态：以螺杆被剪剪坏或孔壁壁承压破坏坏为承载力力极限状态态。从二者传递递剪力时的的极限状态态可以看出：：1)承压压型连接的的抗剪承载载力要高于于摩擦型连连接。2)摩擦擦型连接不不允许板件件之间产生生相对滑移移，抗剪时时其变形就就小，整体体性能好，，抗疲劳能能力强，可可以用在直直接承受动动力荷载的的重要结构构的连接中中。3)承压压型连接允允许板件之之间产生相相对滑移抗抗剪时其变变形较大，，整体性能能差，不得得用在直接接承受动力力荷载的连连接中。3、与普通通螺栓的区区别：1）材料：：高强度螺栓栓的杆身、、螺帽和垫垫圈都要用用抗拉强度度很高的钢钢材制作，性能等级级分8.8级；10.9级；12.9级级2）预拉力P：高强度螺栓栓的预拉力力是通过扭紧螺帽实现的。3）抗滑移移系数μ：使用高强度度螺栓摩擦擦型连接时时，与被连连接构件材材料及其接接触面处理理方法所确确定的摩擦擦面抗滑移移系数μ有关，常用用的处理方方法和规范范规定的摩摩擦面抗滑滑移系数μ值如表7-11。承承压型连接接的板件接接触面只要要求清除油油污及浮锈锈。高强度螺栓栓预拉力的的确定高强度螺栓栓预拉力是是根据螺栓栓杆的有效抗拉强强度确定的，并并考虑了以以下修正系系数：考虑材料的的不均匀性性的折减系系数0.9；为防止施工工时超张拉拉导致螺杆杆破坏的折折减系数0.9；附加安全系系数0.9。考虑拧紧螺螺帽时，螺螺栓杆上产产生的剪力力对抗拉强强度的降低低除以系数数1.2。因此，预拉拉力：Ae—螺纹处有效效截面积；；fu—螺栓热处理理后的抗拉拉强度；实现预拉力力的方法A、转角法施工方法：：初拧—用普通扳手手拧至不动动，使板件件贴紧密；；终拧—初拧拧基础上用用长扳手或或电动扳手手再拧过一一定的角度度，一般为为120o~180o完成终拧。。特点：预拉拉力的建立立简单、有有效，但要要防止欠拧拧、漏拧和和超拧；B、扭矩法施工方法：：初拧—用力矩扳手手拧至终拧拧力矩的30%~50%，使板件贴贴紧密；终拧—初拧基础上上，按100%设计终拧力力矩拧紧。。特点：简单单、易实施施，但得到到的预拉力力误差较大大。C、扭断螺栓杆杆尾部法（（扭剪型高高强度螺栓栓）施工工方方法法：：初拧拧—拧至至终终拧拧力力矩矩的的60%~80%；终拧拧—初拧拧基基础础上上，，以以扭扭断断螺螺栓栓杆杆尾尾部部为为准准。。特点点：：施施工工简简单单、、技技术术要要求求低低易易实实施施、、质质量量易易保保证证等等。。高强强度度螺螺栓栓的的施施工工要要求求：：由于于高高强强度度螺螺栓栓的的承承载载力力很很大大程程度度上上取取决决于于螺螺栓栓杆杆的的预预拉拉力力，，因因此此施施工工要要求求较较严严格格。二、、高高强强度度螺螺栓栓摩摩擦擦型型连连接接抗抗剪剪计计算算单栓栓抗抗剪剪承承载载力力设设计计值值：：式中中：：0.9——抗力力分分项项系系数数γR的倒倒数(γR=1.111);nf—传力力摩摩擦擦面面数数目目;μ--摩擦擦面面抗抗滑滑移移系系数数;P——预拉拉力力设设计计值值.1、轴轴心心力力作作用用假定定各各螺螺栓栓受受力力均均匀匀，，故故所所需需螺螺栓栓数数：：对于于摩摩擦擦型型连连接接：NN注意意：：n为一一侧侧的的螺螺栓栓数数量量。。NNbtt1b1高强强度度螺螺栓栓群群轴轴心心力力作作用用下下,为了了防防止止板板件件被被拉拉断断尚尚应应进进行行板板件件的的净净截截面面验验算算.主板板的的危危险险截截面面为为1-1截面面。。根根据据试试验验结结果果，，孔孔前前传传力力系系数数可可取取0.5，，即即第第一一排排高高强强度度螺螺栓栓所所分分担担的的内内力力，，已已有有50%在在孔孔前前摩摩擦擦面面中中传传递递。。111-1截面面的的内内力力为为：：2、扭矩矩或或扭扭矩矩、、剪剪力力共共同同作作用用下下计算算方方法法与与普普通通螺螺栓栓相相同同，，即即：：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力力F作用用下下每每个个螺螺栓栓受受力力：扭矩矩T作用用下下：：由此此可可得得螺螺栓栓1的强强度度验验算算公公式式为为:三、、高强强度度螺螺栓栓摩摩擦擦型型连连接接的抗抗拉拉计计算算当外外拉拉力力为为零零，，即即N=0时：：P=C；当外外拉拉力力为为Nt时：：板板件件有有被被拉拉开开趋趋势势，，板件件间间的的压压力力C减小小为为Cf，栓杆杆拉拉力力P增加加为为Pf，由力力及及变变形形协协调调得得：：NPCP+△P=PfC-△C=CfNt1、、高高强强度度螺螺栓栓摩摩擦擦型型连连接接的的抗抗拉拉性性能能当板板件件即即将将被被拉拉开开时时：：Cf=0，，有Pf=Nt，因此此：：一般般板板件件间间的的挤挤压压面面面面积积比比栓栓杆杆截截面面面面积积大大的的多多，，近近似似取取AP/Ab=10，，得：：显然然栓栓杆杆的的拉拉力力增增加加不不大大。。另外外，，试试验验证证明明，，当当栓栓杆杆的的外外加加拉拉力力大大于于P时，，卸卸载载后后螺螺栓栓杆杆的的预预拉拉力力将将减减小小，，即即发发生生松弛弛现现象象。但但当当Nt不大大于于0.8P时，，则则无无松松弛弛现现象象，，这这时时Pf=1.07P，可认认为为螺螺杆杆的的预预拉拉力力不不变变，，且且连连接接板板件件间间有有一一定定的的挤挤压压力力保保持持紧紧密密接接触触，，所所以以现现行行规规范范规规定定：：P+△P=PfC-△C=CfNt高强强度度螺螺栓栓摩摩擦擦型型连连接接的的单单栓栓抗抗拉拉承承载载力力为为：上式式未未考虑虑橇橇力力Q的影影响响，，当当考考虑虑橇橇力力影影响响时时，，橇橇力力Q的存存在在导导致致连连接接的的极极限限承承载载力力降降低低。所以以，，如如设设计计时时不不考考虑虑橇橇力力的的影影响响,增加加连连接接板板件件的的刚刚度度（（如如设设加加劲劲肋肋））。。2、、高高强强度度螺螺栓栓群群的的抗抗拉拉计计算算1））轴轴心心力力作作用用假定定各各螺螺栓栓均均匀匀受受力力，，故故所所需需螺螺栓栓数数：：N2））弯弯矩矩作作用用下下由于于高高强强度度螺螺栓栓的的抗抗拉拉承承载载力力总总小小于于其其预预拉拉力力P，，故在在弯弯矩矩作作用用下下，，连连接接板板件件接接触触面面始始终终处处于于紧紧密密接接触触状状态态，，弹弹性性性性能能较较好好，，可可认认为为是是一个个整整体体,所以以假假定定连连接接的的中和和轴轴与与螺螺栓栓群群形形心心轴轴重重合合，最最外外侧侧螺螺栓栓受受力力最最大大。。MM1234y1y2N1N2N3N4受压区中和轴由力力学学可可得得：：因此此，，设设计计时时只只要要满满足足下下式式即即可可：：3））偏偏心心拉拉力力作作用用下下偏心心力力作用用下下的的高高强强度度螺螺栓栓连连接接，，螺螺栓栓最最大大拉拉力力不不应应大大于于0.8P，以保保证证板板件件紧紧密密贴贴合合，，端端板板不不会会被被拉拉开开，，所所以以摩摩擦擦型型连连接接采采用用以以下下方方法法（叠加加法法）计算算:Ne1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中和轴M作用下N作用下四、、摩摩