第3章 连接-7钢结构

钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第3章连接

Chapter3Connections焊缝连接螺栓连接主要内容钢结构的连接对接焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算普通螺栓的构造和计算高强度螺栓的构造和计算螺栓的排列和构造要求普通螺栓的受剪连接普通螺栓的受拉连接剪－拉螺栓群的计算3.5.3普通螺栓的受拉连接1.普通螺栓受拉的工作性能b)试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20％来考虑撬力的影响，取ftb=0.8f（f—螺栓钢材的抗拉强度设值）。a)

螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加（撬力Q）并产生弯曲现象。连接件刚度越小撬力越大。图3.5.6受拉螺栓的撬力§3.5普通螺栓连接的构造和计算c)

在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。加劲肋图3.5.7翼缘加强的措施2.单个普通螺栓受拉承载力（3.5.11）Ntb——单个螺栓抗拉承载力；Ae

——螺栓螺纹处的有效面积；de——螺栓有效直径；附表9.2(P455)

ftb

——螺栓的抗拉强度设计值。ftb

＝0.8f假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均匀分布，则一个拉力螺栓的承载力设计值：§3.5普通螺栓连接的构造和计算dedndmd螺栓的有效截面面积因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：§3.5普通螺栓连接的构造和计算（1）栓群轴心受拉

当外力通过螺栓群形心时，一般假定每个螺栓均匀受力，因此连接所需的螺栓数目为：（3.5.13）（3.5.11）3.普通螺栓群受拉N§3.5普通螺栓连接的构造和计算M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴(2）栓群承受弯矩作用M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：

①连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；

②螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离成正比。§3.5普通螺栓连接的构造和计算M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴显然‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大由力学及假定可得：§3.5普通螺栓连接的构造和计算将式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，设计时只要满足下式即可：螺栓i的拉力:

即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超过一个螺栓的抗拉承载力设计值§3.5普通螺栓连接的构造和计算M1234图3.5.10螺栓群偏心受拉刨平顶紧承托(板)NeV(3）栓群偏心受拉①小偏心受拉

当M/N较小时，所有螺栓均承受拉力作用，构件B绕螺栓群的形心O转动。螺栓群的最大和最小螺栓受力为：（3.5.15a）（3.5.15b）当

Nmin>0

，e<ρ则表示所有螺栓受拉，螺栓群绕形心轴旋转。——螺栓有效截面组成的核心距②大偏心受拉

当Nmin<0

时，由于M/N较大，e>ρ，构件B绕A点（底排螺栓）旋转趋势，偏于安全取中和轴位于最下排螺栓O’处，受拉力最大的螺栓要求满足：（3.5.16）§3.5普通螺栓连接的构造和计算O’例3.14验算如图所示，普通螺栓连接。N=349.5kN，M=17.475kN.m。M22，B级，钢材Q235。单个螺栓抗拉承载力【解】支托505075757575

506010NM强度验算先假设小偏心，以众栓形心计例3.15

验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的连接强度。普通螺栓4.6级，M22，孔径24mm。NMoN1N=245kNa)N=245kNo’柱翼缘节点板端板N1b)

计算模型可能为（a图）或（b图）。

a图弯曲转动中心在螺栓群的形心处称小偏心；b图弯曲转动中心在端板上1号螺栓处，称大偏心。

§3.5高强度螺栓连接的构造和计算[计算]

1.内力计算N=245kN，e=13cm，M=Ne=245×13=3185kN.cm2.单个螺栓的抗拉承载力：查P383附表1.4，ftb=170N/mm2查P455附表9.2，Ae=303mm2（M22螺栓有效截面面积）

3.算危险螺栓拉力一共6排螺栓，螺栓总数12，n=12

判断大小偏心：§3.5高强度螺栓连接的构造和计算此连接属大偏心受拉，构件应绕顶排螺栓转动。满足N=245kNo’柱翼缘节点板端板N1b)3.5.4剪－拉螺栓群的计算同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。图3.5.12剪－拉联合作用的螺栓图3.5.13剪力和拉力的相关曲线试验研究结果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。§3.5普通螺栓连接的构造和计算规范规定：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-拉联合作用：（3.5.17）（3.5.18）验算孔壁承压：Nvb——单个螺栓抗剪承载力设计值；Ncb——单个螺栓承压承载力设计值Ntb——单个螺栓抗拉承载力设计值；Nv

、Nt——单个螺栓承受的最大剪力和拉力设计值。§3.5普通螺栓连接的构造和计算例3.16

验算如图所示普通C级螺栓连接强度。螺栓M20，孔径22mm，材料为Q235。

步骤1计算螺栓上的力

N=100×3/5=60kN

V=100×4/5=80kN

分析螺栓受力状态荷载P通过螺栓截面形心O，分解后得剪力V和拉力N，螺栓处于既受拉又受剪的状态。P=100kN543o[计算]Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN

步骤3用相关公式验算强度

步骤2计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值V=80N=60Nv=20kN＜Ncb=20×20×305×10-3=122kN满足设计要求

Ntb=Aeftb=244.8×170×10-3=41.6kN

Nvb=nv×(d2/4)×fvb=1×3.14×202/4×130×10-3=31.9kN例3.17

验算如图所示，普通螺栓连接。