第5章 钢结构紧固件连接(第4讲高强螺栓连接)定稿

第五章第四讲高强螺栓连接河南城建学院结构工程实验室钢结构的紧固件连接内容回顾1、螺栓连接的构造要求2、普通螺栓连接计算本次课主要内容1、高强螺栓连接计算§5.5高强度螺栓连接计算一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力

按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：

摩擦型高强度螺栓—通过板件间摩擦力传递内力，

破坏准则为克服摩擦力；

承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似。1、高强度螺栓预拉力的建立方法通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：

A、转角法

施工方法：初拧—用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；终拧—初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的

角度，一般为120o~180o完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧；B、扭矩法

施工方法：初拧—用力矩扳手拧至终拧力矩的30%~50%，使板件贴紧密；终拧—初拧基础上，按100%设计终拧力矩拧紧。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：初拧—拧至终拧力矩的60%~80%；终拧—初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等高强度螺栓的施工要求：

由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：1）终拧力矩偏差不应大于±10%；2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。如工字型梁为：上翼缘→下翼缘→腹板。2、高强度螺栓预拉力的确定

高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，并考虑了以下修正系数：考虑材料的不均匀性的折减系数0.9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数1.2。附加安全系数0.9。因此，预拉力：Ae—螺纹处有效截面积；fu—螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu=830N/mm2，

10.9级，取fu=1040N/mm23、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μ摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P）和板件间的抗滑移系数μ

；板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小；规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数μ,如下表喷砂除锈作业4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力(1)抗剪连接工作性能受力过程与普通螺栓相似，分为四个阶段：摩擦传力的弹性阶段、滑移阶段、栓杆传力的弹性阶段、弹塑性阶段。但比较两条N—δ曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。高强度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2A、对于高强度螺栓摩擦型连接，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为1点而不是4点，所以1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：NδO12341234高强度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9—抗力分项系数γR的倒数(γR=1.111);nf—传力摩擦面数目;

μ--摩擦面抗滑移系数;P—预拉力设计值.（2）、抗剪连接单栓承载力B、对于高强度螺栓承压型抗剪连接，允许接触面发生相对滑移，破坏准则为连接达到其极限状态4点，所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。NδO12341234高强度螺栓普通螺栓单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：5、高强螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力螺栓安装完毕后，当外拉力N=0时，螺栓只受到预紧力P作用，板叠受到压力C作用，P=C，螺栓伸长，板叠压缩；当外拉力为Nt时，板件有被拉开趋势，板件间压力C减小为Cf，△C=C-Cf，栓杆拉力P增加为Pf，△P=Pf–P

，且有Pf=Nt+Cf，变形协调条件为：NPCP+△P=PfC-△C=CfNtAb—栓杆截面面积；Ap—板件挤压面面积；δ—板叠厚度。由此式可得下面考察Nt取不同值时Pf和Cf的变化当Nt=0.8P时当Nt=1.1P时显然栓杆的拉力增加不大。另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于P时，卸载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生松弛现象。但当Nt不大于0.8P时，则无松弛现象，这时Pf=1.07P，可认为螺杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持紧密接触，所以现行规范规定：A、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为：上式未考虑橇力的影响，当考虑橇力影响时，螺栓杆的拉力Pf与Nt的关系曲线如图：Nt≤0.5P时，橇力Q=0；Nt≥0.5P后，橇力Q出现，增加速度先慢后快。橇力Q的存在导致连接的极限承载力由Nu降至Nu’。所以，如设计时不考虑橇力的影响,应使Nt≤0.5P或增加连接板件的刚度（如设加劲肋）。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B、承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力，因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同，即：式中：Ae--螺栓杆的有效截面面积；

de--螺栓杆的有效直径；

ftb—高强度螺栓的抗拉强度设计值。上式的计算结果与0.8P相差不多。（1）高强度螺栓摩擦型连接尽管当Nt≤P时，栓杆的预拉力变化不大，但由于μ随Nt的增大而减小，且随Nt的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在V和N共同作用下应满足下式：6、高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和单栓承载力（2）高强度螺栓承压型连接

对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓相同。为了防止孔壁的承压破坏，应满足：系数1.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的承压承载力降低的修正系数。二、高强度螺栓群的抗剪计算1、轴心力作用假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：对于承压型连接：NNNNbtt1b1

高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算.A、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为1-1截面。11考虑孔前传力50%得：1-1截面的内力为：NNbtt1b1拼接板的危险截面为2-2截面。22考虑孔前传力50%