第19讲第六章第三节钢结构连接2013年新版

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图6-22所示，以便利用多头钻床钻孔。2）施工要求：相邻螺栓孔的中心应保证为拧紧螺栓置放扳手所需的最小间距。3）受力要求：端距过小时，构件端部钢材易剪坏（见图6-23d)，因而要规定一个最小端距。螺栓线上的螺栓距过小，则受力后两螺栓孔间的钢材也易剪坏；而螺栓间距过大，当构件为受压时，两螺栓中心间的板件易局部屈曲。因此，需规定最小螺栓间距和最大螺栓间距。4）构造要求：线距和螺栓距过大时，连接中板件间接触不密实，潮气易侵入而使钢材锈蚀；端距过大，端部板材易翘起等等。因此，需规定最大螺栓间距和最大螺栓端距。规范8.3.4条给出了螺栓或铆钉的最大、最小容许距离，设计时必须遵循。（2）规范规定规范综合考虑上述要求，根据理论和实践经验，规定了排列螺栓时的最大和最小容许距离要求，例如：螺栓的最小中心距（P和g）=3d0，最小端距a=2d0和最小边距（高强度螺栓）c=1.5d0，这里d0是螺栓的孔径。具体规定见规范第8,3,4条，设计时必须遵照采用。热轧型钢上排列螺栓的要求可参阅有关设计手册和钢结构教科书。（2）螺栓和螺栓孔的表示方法螺栓和螺栓孔的表示方法见表6-3（摘自《建筑结构制图标准》GB/T50105-2001）。2．普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的工作性能（1）抗剪螺栓连接中的六种破坏形式普通螺栓连接螺帽的拧紧程度为一般，沿螺栓杆产生的轴向拉力不大，因而在抗剪连接中虽然连接板件接触面有一定的摩擦力，但其值甚小，摩擦力会迅速被克服而主要依靠孔壁承压和螺杆受剪传递荷载；高强度螺栓承压型连接以摩擦力被克服、使螺杆受剪和孔壁承压破坏为承载力极限状态。因此在计算中都不考虑摩擦力的存在。图6-23和图6-24给出了抗剪螺栓连接六种可能的破坏形式。l）螺栓杆被剪断（螺栓直径较小而板件较厚时，图6-23a和b）。2）钢板孔壁承压破坏（螺栓直径较大而板件较薄时，图6-23c）。3）构件被拉断或压坏（螺栓孔对构件截面的削弱过大时，图6-23d）。4）板件块状拉、剪撕裂。5）钢板受剪撕裂（螺栓端距或螺栓孔间距过小时，图6——23e）。6）螺栓弯曲变形（板叠连接厚度∑t过大，图6-23f）。（2）抗拉螺栓连接中的撬力抗拉螺栓连接必须通过T形连接件（或由双角钢组成的T形连接件）传力，如图6-26（a）所示。由于连接件的相对柔性，受力后连接件的翼缘板将发生弯曲变形，如图6-26（b)所示，使螺栓杆承受轴心拉力N，同时连接件翼缘板趾部与横梁下翼缘间产生压力Q。由杠杆作用产生的此压力Q称为撬力。由图6-26（b）可见螺栓所受轴心拉力不是N＝F而为N=F+Q，即螺栓拉力大于所受荷载值设计时应与考虑。3．普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的计算螺栓连接的计算通常按下列“四步曲”进行：（l）计算单个螺栓的承载力设计值；（2）按螺栓最大内力确定所需螺栓数量；（3）按构造要求排列需要的螺栓，这里需注意，每一构件在结点上以及拼接接头的一端，永久性的螺栓数不宜少于两个；（4）进行构件的净截面强度和块状拉剪破坏验算（必要时）。在受力较复杂的螺栓连接中，也可先假定需要的螺栓数进行排列后验算受力最大的螺栓是否小于其承载力设计值；相差过大时，重新假定螺栓数进行排列和验算。螺栓内力分析、构件净截面强度和块状拉剪破坏的验算均可利用材料力学公式进行，不再赘述。因此，对抗剪螺栓连接和抗拉螺栓连接只需介绍单个螺栓承载力设计值的计算方法。（l）抗剪螺栓连接中的螺栓承载力设计值Nb取受剪承载力设计值和孔壁承压承载力设计值中的较小者。一个螺栓的受剪承载力设计值为：式中nv―受剪面数目，图6-23（a）所示为单剪，取nv=1，图6=23（b）所示为双剪，取nv=2;fvb―螺栓抗剪强度设计值（见规范表3.4.1-4)，其值与螺栓的类别有关；d―螺栓杆直径，对高强度螺栓承压型连接，当剪切面处于螺纹处时应取螺纹处的有效直径进行计算，但对普通螺栓，不论剪切面是否处在螺纹处，一律取螺杆的直径进行计算。一个螺栓的孔壁承压承载力设计值为：式中∑t―在同一受力方向承压的构件较小总厚度；fcb―螺栓的孔壁承压强度设计值（见规范表3.4.1~4)，其值与连接件的钢材牌号及螺栓的类别有关。抗剪螺栓连接中一个螺栓的承载力设计值为：式中，ηb是螺栓承载力设计值的折减系数，用于考虑当螺栓沿受力方向的连接长度过大时，螺栓受力不均匀（图6-27）的不利影响。折减系数ηb按下列公式计算：式中l1―从连接一端的第一个螺栓到最末一个螺栓的中心距离； d0―螺栓孔直径。（2）抗拉螺栓连接中的螺栓承载力设计值Ntb一个螺栓的抗拉承载力设计值应按下式计算：式中de―螺栓在螺纹处的有效直径；ftb―螺栓的抗拉强度设计值（见规范表3.4.1-4)，其值与螺栓的性能等级有关。4．高强度螺栓摩擦型连接的计算计算步骤与前面普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接计算中所述“四步曲”相同，但第一步和第四步中的计算方法不同，即计算单个螺栓承载力设计值的计算方法和构件净截面强度的验算方法两者不同，还有螺栓受弯时的内力分析也不尽相同，其余两者完全相同。（1）高强度螺栓中的预拉力和摩擦面的抗滑移系数高强度螺栓摩擦型连接主要是依靠拧紧螺帽使螺杆中产生较高的预拉力，从而使连接处的板叠间产生较高的预压力，而后依靠板件间的摩擦力传递荷载，并以摩擦力将要被克服时作为连接的承载能力极限状态。因此，螺栓中的预拉力值和连接处板件间接触面的摩擦系数产（规范中称为抗滑移系数）是决定高强度螺栓摩擦型连接承载能力的两大关键因素。螺栓中的预拉力是通过专用工具拧紧螺帽产生的。规范中规定了每个高强度螺栓的设计预拉力值P，其大小取决于螺栓的性能等级和螺栓的直径如表6-4所列。表中所示一个螺栓的设计预拉力值P同时适用于摩擦型连接和承压型连接。抗滑移系数μ的大小主要取决于摩擦面的平整度、清洁度和粗糙度。为了增加摩擦面的清洁度和粗糙度，需对连接处构件的接触面进行处理。为了避免板件接触面的不平整，高强度螺栓摩擦连接不应采用冲成孔。μ值的大小除与摩擦面的状况有关外，还与钢材的牌号有关。规范规定的连接处构件接触面的处理方法和摩擦面的抗滑移系数μ值见表6-5所列。（2）高强度螺栓群的摩擦型抗剪连接计算每个高强度螺栓的抗剪承载力设计值Nvb在抗剪连接中，每个高强度螺栓的承载力设计值应按下式计算：式中nf―传力摩擦面数目；μ、P―摩擦面的抗滑移系数（表6-5）和每个高强度螺栓的预拉力（表6-4）。当螺栓沿受力方向的连接长度11>15d0时，式（6-15）确定的螺栓承载力设计值应乘于折减系数ηb。式（6——15）右边的系数0.9为抗力分项系数γR的倒数，即取γR=1.111。（3）高强度螺栓群的抗拉连接计算每个高强度螺栓的抗拉承载力设计值Ntb为了避免发生螺栓的