钢框架施工-钢结连接螺栓

钢结构材料

连接材料(螺栓)螺栓的计算4.6.2普通螺栓的受剪连接

螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时受剪力和拉力的共同作用。

FNFA剪力螺栓B拉力螺栓C剪力和拉力共同作用受力垂直螺杆，承剪、承压。连接件有错动趋势受力平行螺杆，承拉连接件有脱开趋势NδO1234NNabNN/2N/2对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上a、b两点相对位移δ与作用力N的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段1.受剪连接的工作性能

(1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)

直线段—连接处于弹性状态；该阶段较短—摩擦力较小。(2)滑移阶段(1~2段)

克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表现在曲线上为水平段。

NδO1234abNN/2N/2(3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)

该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，N-δ关系以曲线状态上升。

(4)弹塑性阶段(3~4段)

达到‘3’后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。‘4’点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。螺杆被剪断；b)连接件孔壁挤压破坏；c)钢板拉断；d)钢板冲剪破坏；e)螺杆弯曲破坏。2.受剪螺栓的破坏形式a)AB栓杆较细而板件较厚时b)BA栓杆较粗而板件较薄时c)A截面削弱过多时d)35º35ºa1A端矩过小时；端矩≥2d0e)A板过厚螺栓杆过长；栓杆长度＜5da)、b)、c)通过计算解决d)、e)通过构造解决单个剪力螺栓的设计承载力：受剪承载力设计值：承压承载力设计值：d3.单个普通螺栓的受剪计算

剪力螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定:（4-35）（4-36）

假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布；假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布验算：受剪承载力设计值：承压承载力设计值：t1<t2

,Σt=t1t1t2t1t2t3t2<t1+t2

,Σt=t2d+b<a+c+e

,Σt=b+d螺栓直径承压设计强度剪面数目螺栓抗剪设计强度承压构件一侧总厚度的较小值N/2Nl1N/2试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿螺栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。

当l1≤15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N由各螺栓平均分担。4.普通螺栓群抗剪连接计算（1）普通螺栓群轴心受剪计算

连接一侧所需螺栓数为：(4-37)平均值螺栓的内力分布弹性阶段塑性阶段平均值长连接螺栓的内力分布当连接长度l1>15d0(d0为孔径)时，各个螺栓内力难以均匀，端部螺栓受力最大首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数

与l1/d0的关系曲线。则连接所需栓数：因此《规范》采用承载力折减系数

考虑螺栓群受力不均。NNbtt1b111轴心受力构件采用螺栓连接时按最危险的净截面计算。NNtt1bc2c3c6c111ⅡⅡt≤2t1螺栓并列布置按最危险的正交截面（Ⅰ－Ⅰ）计算：螺栓错列布置可能沿正交截面（Ｉ－Ｉ）破坏，也可能沿齿状截面（Ⅱ－Ⅱ）破坏，取截面的较小面积计算：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2）普通螺栓群偏心受剪F作用下每个螺栓受力：基本假设①连接件绝对刚性,螺栓弹性；②

T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心的距离ri成正比，方向与它和形心的连线垂直。V=FT=Fe（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大（r1最大）。根据平衡条件得：（c）将（c）式代入（a），得用N1T表达的T式：

由各螺栓剪力与r成正比：（b）由各剪力都用N1表示：螺栓1离形心最远是危险螺栓,最大剪力N1T:将N1T它分解为水平和竖直分力：（4-46）xi—第i个螺栓中心的x坐标，yi—第i个螺栓中心的y坐标yoxx11r1y1(4-45)验算剪力最大螺栓:（4-48）yoxx11r1y1如果y1≥3x1，则可假定xi=0

。由此得N1Ty=0，则计算式为：（4-49*）如果x1≥3y1，则可假定yi=0

。由此得N1Tx=0，则计算式为：（4-50*）4.6.2

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，但螺杆并非轴心受拉，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4-41*

受拉螺栓的撬力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4-41*

翼缘加强的措施2.单个普通螺栓受拉承载力（4-51）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19(P340)ftb

——螺栓的抗拉强度设计值。表4-9（P66)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：（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：（4-52）（4-51）3.普通螺栓群受拉NM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。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：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M1234图4-42

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：（4-55a）（4-55b）当

Nmin>0

则表示所有螺栓受拉，螺栓群绕形心轴旋转。②大偏心受拉

当Nmin<0

时，由于M/N较大，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：（4-56）O’高强螺栓:分大六角头型和扭剪型两种。P高强度螺栓的预拉力(a)大六角头型；(b)扭剪型摩擦型：只靠摩擦阻力传力,以剪力达到接触面的摩擦力作为承载力极限状态承压型：以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力极限状态高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能

Ae–有效截面面积；fu---螺栓材料经热处理后的抗拉强度。0.9、0.9、0.9—材料不均匀性、弥补预拉力损失的超张拉、采用fu作标准值等。1.2—拧紧螺栓时产生的扭矩将降低栓杆的承载力。预拉力的确定表

一个高强度螺栓的设计预拉力值（kN）（1）高强度螺栓摩擦型连接单个螺栓承载力式中0.9—抗力分项系数的倒数，nf

—传力摩擦面数目：单剪nf

=1,双剪nf=2.

P—一个高强度螺栓的设计预拉力；P单个高强度螺栓抗剪连接的工作性能—摩擦面抗滑移系数；摩擦面的粗糙程度有关，与构件接触面的处理方法、钢号有关。高强度螺栓摩擦面抗滑移系数（2）高强度螺栓承压型连接同普通螺栓的计算⑴受剪承载力设计值⑵承压承载力设计值⑶单个螺栓承载力设计值图3.79高强度螺栓承压型连接受拉前：预拉力与接触面上的挤压力相平衡

超张拉实验：当外拉力超过P时，螺栓将发生松弛现象，即栓杆中的预拉力减小，这对抗剪不利。外拉力≤0.8P,无松弛现象4、高强度螺栓抗拉连接的工作性能图3.80高强度螺栓受拉《规范》：施加于栓杆上的外拉力不得大于0.8P,即抗拉承载力设计值(b)(a)(c)图3.81高强度螺栓群受拉（1）高强度螺栓摩擦型连接（2）高强度螺栓承压型连接5、高强度螺栓同时承受剪力和外拉力连接的工作性能螺栓的抗剪承载力设计值为仍采用原抗滑移系数，则适当增加来弥补单个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力：(1)高强度螺栓摩擦型连接受拉后，连接板间的挤压力减小，除此之外，拉力应满足(2)高强度螺栓承压型连接同普通螺栓的计算图3.82高强度螺栓群受剪力和拉力联合作用1.2—折减系数。由于外拉力将减小被连接构件间预压力，因而构件材料的承压强度设计值随之降低。剪拉受拉承压型高强受剪剪拉受拉摩擦型高强受剪剪拉受拉普通螺栓受剪同普通螺栓，只需用高强度螺栓承载力代替普通螺栓承载力。3.8.2高强度螺栓群的抗剪计算[例3.11]试设计一双盖板拼接的钢板连接。钢材Q235B，高强度螺栓为8.8级的M20，连接处构件接触面用喷砂处理，作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N=180kN，试设计此连接。[解]：

（1）采用摩擦型连接时

查得8.8级，M20高强螺栓P=125kN，μ=0.45

单个螺栓承载力设计值：一侧所需螺栓数n:取9个，见图3.78右边所示。图3.83例3.11图（2）采用承压型连接时单个螺栓承载力设计值：一侧所需螺栓数n:取6个，见图3.78左边所示。计算方法同普通螺栓3.8.3高强度螺栓群的抗拉计算（1）轴心力作用时(b)(a)(c)图3.84高强度螺栓群受拉在M作用下，中和轴在螺栓群中心处。（2）高强度螺栓群弯矩受拉图3.85承受弯矩的高强度螺栓连接N≤0.8P,连接板件间接触面始终压的很紧,按小偏心受拉计算。（3）高强度螺栓群偏心受拉（4）高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用a)高强度螺栓摩擦型连接

分开算，先受拉再受剪单个螺栓拉力应满足：单个螺栓抗剪承载力：螺栓群