普通螺栓连接的性能和计算

3.7普通螺栓连接的性能和计算普通螺栓连接按受力情况可分为三类：①螺栓只承受剪力；②螺栓只承受拉力；③螺栓承受拉力和剪力的共同作用。

一、普通螺栓的抗剪连接计算

先研究较简单的单个螺栓抗剪连接问题。以图3-5-5(a)所示的螺栓连接试件作抗剪试验，可测量得到试件上a、b两点之间的相对位移δ与作用力N之间的关系曲线图3-5-5(b)。由此N-δ关系曲线可见，试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，可大致分为以下四个阶段。1.抗剪连接的工作性能1图3-5-5单个螺栓抗剪试验结果(a)试件(b)N-δ曲线2(1)摩擦传力的弹性阶段：在施加荷载之初，荷载较小，连接中的剪力也较小，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(2)滑移阶段：当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间突然产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓杆与孔壁接触(3)栓杆直接传力的弹性阶段：当荷载进一步增加，连接所承受的外力就主要是靠螺栓与孔壁接触传递。

(4)弹塑性阶段：荷载继续增加，在此阶段即使给荷载很小的增量，连接的剪切变形也迅速加大，直到连接的最后破坏。3试验表明，螺栓群受力时每个螺栓的受力大小是不同的，沿长度方向的内力呈现两头大、中间小的分布规律（图3-5-6）。当螺栓连接的长度l1不是很大时，进入塑性阶段后各螺栓的受力逐渐接近，完全可近似假设受力相等。当螺栓连接的长度l1达到一定的程度时，计算时就必须考虑此不利影响：可能端部螺栓首先达到极限承载力而破坏，使中部螺栓内力增加，导致螺栓由外向内依次破坏(解纽扣现象)，因而其承载力较单个螺栓承载力之和低，计算时应考虑折减。图3-5-6螺栓群长度方向的内力分布4因此，如果希望设计计算时尽可能地简便易行，则可考虑将螺栓的抗剪承载力设计值折减降低、仍按平均值计算。根据试验结果，此折减系数可归纳为：当l1≤15d0时，β=1.0当15d0<l1≤60d0时，当l1>60d0时，β=0.751.破坏类型图3-5-4抗剪螺栓连接的破坏形式

抗剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：(1)栓钉杆被剪断

(2)较薄的连接板被挤压破坏

(3)板被拉(压)坏(4)板件端部被剪坏(5)螺栓杆受弯破坏6设计螺栓连接时，要求节点在极限状态下可靠，就不能发生上述任何一种型式的破坏。对于防止栓钉杆被剪断和连接板被挤压破坏，属于连接计算的内容；避免板被拉(压)坏属于构件计算内容；而后两种型式的破坏，需要通过采取构造措施来加以避免：试验和计算表明，在栓钉孔中心到板端的距离超过孔径的两倍后，这种破坏就不会出现；通过限制Σt≤5d(t为连接节点总厚度，d为螺栓杆直径)

可避免螺栓杆弯曲破坏。由此可看出，设计工作不能仅仅满足会计算，构造措施也是不可或缺的，应引起重视。73.单个普通螺栓的抗剪承载力计算普通螺栓的受剪连接中，在满足构造要求的前提下，一个螺栓的承载力设计值应取抗剪和承压(挤压)承载力设计值中的较小值。假定剪应力在螺杆受剪面上均匀分布，则一个螺栓的受剪承载力设计值为：

螺栓孔壁承压应力的实际分布情况很复杂（图3-5-7），难以准确描述和确定，计算时假定承压应力平均分布于螺杆直径平面内。所以单个螺栓的承压承载力设计值为：8图3-5-7螺栓承压的计算承压面积单个抗剪螺栓的承载力设计值为：94.普通螺栓群的抗剪承载力计算(1)普通螺栓群轴心受剪当外力通过螺栓群形心时，在连接长度范围内，计算时假定所有螺栓受力相等，按下式计算所需螺栓数目：a)螺栓数目b)构件净截面强度10(2)普通螺栓群偏心受剪

图3-5-8所示为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。分析发现，每个螺栓实际上只承受剪力，但剪力的方向与螺栓所处的位置有关。11在轴心力F作用下可认为每个螺栓平均受力，则

螺栓群在扭矩T作用下，每个栓钉实际受剪。对连接部分分析计算时作如下假定：被连接构件是绝对刚性的，螺栓是弹性的，在力矩作用下板件绕螺栓群的形心相对旋转，从而使各螺栓受剪，各螺栓受力大小与到栓钉群形心的距离成正比，方向与栓钉至形心的直线垂直。根据力矩平衡可得螺栓i因力矩T而产生的剪力为：12可按下式计算螺栓i在扭矩T作用下的剪力在x、y轴方向的分量：

显然，受力最大的一个螺栓所受的剪力不应大于栓钉抗剪承载力设计值。下面求受力最大的一个螺栓所受的剪力设计值。考虑剪力F和扭矩T作用产生的内力大小及方向，螺栓1是起控制的螺栓之一，由此可得螺栓群偏心受剪时，受力最大的螺栓1所受的合力为13二、普通螺栓的抗拉连接计算

1.单个普通螺栓的抗拉承载力螺栓杆轴方向受拉时，通常不可能将拉力正好作用在螺杆的轴线上，而是通过水平板件传递。抗拉螺栓连接在外力作用下，构件的接触面有脱开趋势。此时螺栓受到沿杆轴方向的抗拉螺栓连接的破坏形式为栓杆被拉断。14如果与螺栓直接相连的翼缘板的刚度不是很大，螺栓就会受到撬开作用使拉力增加为：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。通过加劲肋增加连接刚度，可大幅度降低撬动变形，减小撬力，增加抗拉承载能力。由于确定撬力比较复杂，为了简化计算，规定普通螺栓抗拉强度设计值只取为螺栓钢材抗拉强度设计值的0.8倍，以考虑这一不利的影响。这相当于考虑了撬力Q＝0.25N，一般来说，只要翼缘板厚度满足构造要求、且螺栓间距不要过大，这样的简化处理是可靠的。单个抗拉螺栓的承载力设计值为：

152.普通螺栓群轴心受拉计算螺栓群承受轴心拉力

螺栓群在轴心力作用下的抗拉连接，通常假定每个螺栓平均受力，则连接所需螺栓数为3.普通螺栓群偏心受拉（轴心力和弯矩共同作用）计算螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉力N和弯矩M=Ne的联合作用（剪力V直接通过承托板传递，不对螺栓产生剪力）。按弹性设计法，根据偏心距的大小（或弯矩M与轴心拉力N的相对大小）可能出现小偏心受拉和大偏心受拉两种情况。16螺栓群承受偏心拉力

17在弯矩M作用下，连接中右侧构件有顺M方向旋转的趋势。当弯矩M较小时，构件绕螺栓群的水平形心轴x旋转，假定在弯矩M作用下，螺栓受力大小与其到旋转轴的距离成正比，则：

根据平衡条件：

18显然，在弯矩M作用下，离水平形心轴最远的顶排与底排螺栓受力最大，在轴力N和弯矩M共同作用下，控制点底排与顶排螺栓受力分别为最小和最大：当由上式算得的Nmin≥0时，说明所有螺栓均受拉，构件绕栓钉群形心轴旋转，此时应验算满足条件：19当弯矩M大到一定程度时，计算就会出现Nmin<0的情况，表示该连接的下部螺栓受压，而这是不可能的，说明上述假定的构件绕螺栓群中心轴旋转是错误的。这时应按构件绕底排螺栓连线轴z’一z’转动，即按大偏心计算。顶排螺栓受力最大，同理可推导得出：由此可见，对于普通螺栓连接，在轴心力和弯矩共同作用下的计算，应需判断是小偏心，还是大偏心，然后按有关公式验算危险螺栓受力是否安全。注意，当无轴心力N而只有弯矩M作用时，是这种连接的一个特例，肯定属于大偏心的情况。20三、普仓通螺栓曲受剪力忠和拉力冰联合作艰用的连重接计算兼受剪共力和拉渣力的普拆通螺栓呀,陪应考虑剂两种可费能的破闸坏形式评：一是历螺杆受帖剪受躁拉破坏孝；二是奇孔壁承糠压破坏气。对螺败杆来说嚼，承受贱拉力时萌会降低佣抗剪承英载能力浓，承受艇剪力时壁也会降恰低抗拉索承载力春，将所曲承受的贷剪力和在拉力分日别除以孕各自单庄独作用裳时的承纹载力，午这样无鲜量纲化密后相关犯关系的者试验结经果近似湾为一圆鲜曲线,签所以暗可按下置式验算争：21孔壁承压虹的计算式郊应为：(3.查5.1捎8)式(3.贞5.18遥)是普通避螺栓连接畜的基本公伯式，应用兽时应根据麦受力情况搅分析最不躺利的螺栓柿，求出内奸力后代入稻验算。22【例3鼓-7-妈1】两块截面哈为14m先m×40辉0mm的炕钢板，采标用双拼接博板进行拼价接，拼接夹板厚8m术m，钢材警Q235蓝，板件受削轴向拉力切N＝96亦0kN(鸣图3-5康-15)洗，试用直畜径d＝2宋0mm的之C级普通雪螺栓拼接喉。图3-搂7-1裁5继例3借-7-珍1普通段螺栓盖码板连接枯设计23解：单槽栓抗剪汉承载力放设计值哭：单栓的承勾压承载力草设计值为遥：板件一待侧所需脂螺栓数属：个，取1休2个。布脖置见图3宵-7-1肉5。24【例3-俘7-2】验算如图铜3-7-便16所示色节点是否瓣满足要求烤。采用C钳级普通螺险栓，螺栓期直径d＝择20mm变，孔径副d0＝2塞1.5m申m，钢材酒Q235条，支托板泻上荷载为敢F＝2×贱120k李N。图3-7油-16狗例3台-7-2膊普通螺栓响抗剪扭连茧接设计25解：(1威)分析螺虏栓群受力减，把偏心跟力F向形揪心简化，摆则螺栓群型受力为剪力：瓶V污＝120吹kN扭矩：浪T草＝120棚X500义＝600拦00kN广•mm均对螺施栓产生凶剪力。(2)村计算单信栓承载王力设计哭值单栓抗竿剪承载糠力设计盆值：单栓的产承压承谅载力设喷计值为扶：26(3)似验算受团力最大劳螺栓经分析，懂受力最大辜的螺栓之搁一为“1穗”。剪力作边用下“巾1”号辉螺栓受普力：扭矩作拥用下“馆1”号喉螺栓受记力：27所以，此粱节点满足编要求。28【例3摊-7-刷3】设图3浓-7-谋17为像短横梁号与柱翼义缘的连环接，剪蕉力V＝顺250而kN，蔽e＝1肃20m达m，螺士栓为C表级，梁香端竖板住下有承劲托。钢域材为Q用235贡一B•刷F，手翻工焊，栏焊条E胳43型塔，试按连考虑承父托传递宁全部剪拾V和不昏承受V倍两种情左况设计梅此连接酬。29【解】烤(1)猴承托传谈递全部垃剪力V早＝25越0kN哪，螺栓朗群只承摔受由偏辰心力引膜起的弯辨矩M＝址Ve=样250快×0.敞12=董30k罩N•m拳。按弹够性设计渠法，可贸假定螺章栓群旋谜转中心饭在弯矩奇指向的艳最下排亩螺栓的牵轴线上荐(即属娱大偏心适情况)逐。设螺害栓为M雪20(秩Ae＝244烂.8mm2)，一彻个螺