第3章第6-7节课件

第三章钢结构连接第六节普通螺栓连接一、普通螺栓1、螺栓类型(1)A级、B级和C级三种(2)A级和B级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为8.8级。很少用，已被高强度螺栓代替。第三章钢结构连接(4)小数点前为材料抗拉强度，小数点后为屈强比，刻在螺杆头上。例4.8级表示抗拉强度400N/mm2，屈服强度320N/mm2。(5)常用螺栓直径为d=16，20，24mm，用M表示，如M16(3)C级为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.5~2mm(II类孔)，制作安装方便，螺栓等级为4.6级和4.8级。C级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接(6)普通螺栓的有效截面面积Ae=d2e/4，见下表：第六节普通螺栓连接补充P109表4-1第三章钢结构连接2、螺栓符号(1)普通螺栓，安装螺栓，高强度螺栓(2)孔径do=d+1.5~3，用f表示，如孔径f22(3)设计说明：螺栓类型，等级，直径，孔径第六节普通螺栓连接补充P109图4-49第三章钢结构连接3、螺栓排布(1)并列和错列：规则、统一、紧凑(2)排布参数：端距，边距，间距(3)排布尺寸要求：考虑安装，受力和使用(4)至少要有两个受力螺栓第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接4、最大、最小尺寸要求(1)保证安装要求：用扳手拧紧螺帽—最小间距，节省连接板—最大间距和边(端)距(2)保证受力要求：不过多削弱截面，最小间距和边(端)距(3)保证使用要求：避免锈蚀和变形—最大间距和边(端)距第六节普通螺栓连接补充P109图4-49第三章钢结构连接(4)型钢上的线距表，见下表：第六节普通螺栓连接补充P111表4-2,4-2,4-4第三章钢结构连接5、螺栓连接受力(1)连接可传递弯矩、剪力和轴力，单个螺栓只能受拉或受剪(2)受剪螺栓—作用力与螺杆垂直，受拉螺栓—作用力与螺杆平行第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接二、普通螺栓受剪性能1、单个螺栓受剪破坏试验摩擦传力，滑移，螺杆传力，弹塑性破坏第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接(1)螺栓直径小，连接板厚，螺杆剪切破坏(2)螺栓直径大，连接板薄，孔壁积压破坏(3)螺栓孔径大，连接板削弱多，连接板受拉破坏(4)连接板端距小，冲切破坏(5)连接板厚，螺杆长，螺杆弯曲破坏第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接2、单个螺栓抗剪承载力(1)单剪、双剪(2)螺杆剪切破坏：假设剪应力均匀分布，计算平均剪应力第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接(3)螺杆抗剪承载力单剪双剪第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接(4)孔壁挤压破坏：假设压应力沿直径均匀分布，计算平均压应力(5)孔壁挤压承载力同一方向承压板较小总厚度板件承压强度第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接3、螺栓群拼接(1)螺栓群受拉，单个螺栓受剪(2)螺栓非均匀受剪，连接较长时端部先破坏第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接(3)假设l1≤15do时，剪力均匀分布，螺栓群抗剪承载力(4)假设l1>15do时，剪力非均匀分布，螺栓群抗剪承载力下降h为折减系数要求N≤Nb第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接(1)开孔处受拉破坏面(I，II，III)4、净截面抗拉强度计算(2)净截面积计算螺栓并列排布：直线面积(截面1)第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接螺栓错列排布：锯齿净面积(截面1，截面2)计算净截面强度第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接5、螺栓群牛腿（扭矩和剪力共同作用）(1)螺栓群受扭(扭矩T=Pe)、受剪(剪力N=P)，单个螺栓受剪(2)假设扭矩使连接板绕螺栓群形心o转动，扭矩产生的剪力NTi与螺栓至形心距ri成正比第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接(2)扭矩平衡

扭矩产生螺栓剪力分量第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接(3)P在螺栓群中均匀分配

单个螺栓剪力合成计算受剪力最大的螺栓第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接三、普通螺栓受拉性能1、单个螺栓受拉破坏试验螺杆受拉，连接板脱开，螺纹处拉断或连接板屈服螺杆拉力Nt=N+QQ称为撬力，与连接板厚度和螺栓位置有关第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接增加连接板厚度或设加劲肋可减小撬力计算螺纹处有效截面应力螺栓抗拉强度螺栓抗拉承载力第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接2、螺栓群受拉拉力均匀分布，螺栓个数第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接3、螺栓群受弯螺栓受拉，连接板受压，受拉区连接板脱开，螺栓面积小，拉压平衡，受压区高度小。假设转动中和轴在最下排螺栓处。第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接假设螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比弯矩平衡

弯矩产生螺栓拉力计算受力最大的螺栓(最外排)第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接4、同时螺栓受拉和受弯螺栓所受拉力N和弯矩M

取决于偏心距e=M/N的大小(1)当e较小时(图b，以O点计)第六节普通螺栓连接补充P120图4-64补充P120公式4-47a,4-47b(2)当e较大时(图c，以O’点计)补充P120公式4-48第三章钢结构连接5、同时螺栓受拉受剪螺栓螺栓所受拉力Nt和剪力Nv，试验得破坏近似相关方程螺栓计算孔壁挤压计算第六节普通螺栓连接第三章钢结构连接第七节高强度螺栓连接一、高强度螺栓1、螺栓类型(1)高强度钢材制成。(2)按材料强度分成8.8级和10.9级(3)按传剪力方式分成摩擦型和承压型(4)按施工方式分成大六角头和扭剪型第三章钢结构连接2、受力机理(1)高强度螺栓可以传递剪力和拉力(2)高强度螺栓通过施加预拉力使连接板之间产生预压力，接触面上有摩擦力，依靠摩擦力传递剪力第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接(3)摩擦型连接—在承载能力极限状态最大剪力不能超过板件间摩擦力。(4)承压型连接—在承载能力极限状态允许滑动，但最大剪力不能超过螺栓的抗剪承载力和孔壁的承压强度。(5)高强度螺栓承载力高，变形小，传力可靠，多用于主承重受力构件连接。(6)高强度螺栓的排布要求与普通螺栓相同，摩擦型螺孔直径比螺杆直径大1.5~2mm，也用M表示。第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接3、紧固方法与预拉力P(1)紧固方法—高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭矩法，转角法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力均匀。(2)扭矩法—专用扭矩板手，标定预拉力和扭矩之间的关系，通过施加一定扭矩达到预拉力，大六角螺栓。(3)转角法—手动扳手初拧后，再转动一定角度达到预拉力，不准确性较大，每天标定扳手，大六角螺栓。第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接(4)扭剪法—扭剪型螺栓，特制电动扳手，以扭断梅花头为标志，准确可靠，易检查，成本高。第七节高强度螺栓连接补充P125图4-67第三章钢结构连接(5)螺栓预拉力越大，摩擦力越高，连接传力性能越好，但要避免在拧紧阶段发生破坏，还要保留螺栓具有一定的抗拉承载力。我国预拉力定为第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接4、抗滑移系数m(1)连接板接触面之间摩擦力的大小与摩擦系数有关，称为抗滑移系数，与表面处理方式有关。第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接二、高强度螺栓抗剪计算1、单个螺栓抗剪承载力单个螺栓周围接触面上的摩擦力为mP，考虑安全系数1.11，单个螺栓抗剪承载力取nf为摩擦面数，单剪nf=1，双剪nf=2第七节高强度螺栓连接补充P126图4-68第三章钢结构连接2、摩擦型螺栓抗剪计算(1)单个螺栓传递的最大剪力Nv，要求(2)螺栓群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪，要求螺栓数第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接(3)净截面计算每个螺栓均匀传力，孔前传力系数0.5净截面拉应力净截面拉力第七节高强度螺栓连接补充P127图4-70第三章钢结构连接3、承压型螺栓抗剪计算(1)单个螺栓承载力计算方法与普通螺栓相同n为受剪面，单剪n=1，双剪n=2高强度螺栓抗剪强度第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接(2)螺栓群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪，要求螺栓数(3)净截面计算也可偏安全取与普通螺栓相同高强度螺栓连接时板件承压强度实际上摩擦力仍然传递部分剪力，承压型螺栓承载力高，破坏时变形大第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接三、高强度螺栓抗拉计算1、单个螺栓抗拉承载力由于螺栓预拉力P的存在，接触面产生初始压力C=P，连接板沿厚度方向压缩。外拉力Nt使接触面压力减为C-DC，螺栓拉力增加至P+DP，既要保证螺栓不被拉断，既要保证接触面压力不减为零。第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接根据平衡条件：C-DC+

Nt

=P+

DP或：DP=

Nt

-DC，外拉力Nt并非全部传给螺栓第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接假设螺栓面积为Ab，受压接触面积为Ap外拉力Nt使连接板厚度回弹量为外拉力Nt使螺栓伸长量为变形协调第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接代入前式得由试验和分析知Ap

≈(10~20)Ab，近似取Ap

≈10Ab外拉力Nt只有很小部分直接传给螺栓第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接假设控制剩余接触面压力C-DC不低于初始值的1/4，即设计取高强度度螺栓的抗拉承载力为应控制外拉力Nt第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接2、摩擦型螺栓抗拉计算(1)单个螺栓传递的最大拉力Ntb，要求(2)螺栓群受拉作用时，每个螺栓均匀受拉，要求螺栓数第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接三、高强度螺栓同时受拉受剪1、摩擦型螺栓同时抗剪和抗拉承载力计算用线性相关方程近似表示破坏模式第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接设计要求或即第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接2、对于承压型螺栓用椭圆方程表示破坏模式设计要求同时即第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接同时受拉受剪，一个方向压力减小，板件局部承压强度降低，取高强度螺栓只受剪时，孔壁三向受压，板件局部承压强度，高。则第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接四、摩擦型螺栓群受弯连接1、抗弯连接计算弯矩使螺栓受力呈三角形分布，中和轴在螺栓群形心O处。最大螺栓1受力为：第七节高强度螺栓连接补充P129图4-72补充P129公式4-58第三章钢结构连接2、同时抗拉和抗剪连接计算假设剪力均匀分布，弯矩使中和轴以上连接板间压力减小，中和轴以下连接板间压力增大，但连接板间不分离。中和轴在螺栓群形心O处。第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接假设螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比弯矩产生螺栓拉力第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接计算抗拉承载力(最外排螺栓)计算抗剪承载力(最外排螺栓)或，计算全部螺栓承载力中和轴以下取Nti=0第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接思考题：1．从功能上分类，连接有哪几种基本类型？2．焊缝有两种基本类型—对接坡口焊缝和贴角焊缝，二者在施工、受力、适用范围上各有哪些特点？3．简述焊接残余应力产生的实质，其最大分布特点是什么？4．画出焊接H形截面和焊接箱形截面的焊接残余应力分布图。5．贴角焊缝中，何为端焊缝？何为侧焊缝？二者破坏截面上的应力性质有何区别？

第七节高强度螺栓连接第三章钢结构连接第七节高强度螺栓连接6．规范规定：