钢结构的连接－普通螺栓连接

1、钢结构设计原理,3.5 螺栓连接,螺栓的排列,1.并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；,2.错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；,螺栓排列的要求,（1）受力要求: 垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，螺栓的线距和边距不能太小； 顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小； 对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，栓距不能太大。 （2）构造要求； 螺栓的中距和边距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。,（3）施工要求,为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。

2、,一、螺栓连接的受力形式,A 只受剪力,B 只受拉力,C 剪力和拉力共同作用,3.6.1 普通螺栓的抗剪连接,3.6 普通螺栓连接的工作性能和计算,二、普通螺栓抗剪连接,（一）工作性能和破坏形式 1.工作性能 对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上a、b两点相对位移和作用力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,即： (1)摩擦传力的弹性阶段(01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(12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距离，表现在曲线上为水平段。,(3)栓杆传力的弹性阶段(23段) 该阶段主要靠栓杆与孔

3、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-关系以曲线状态上升。,(4)弹塑性阶段(34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。,螺栓传力动画,2.破坏形式,（1）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时 （2）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时 （3）板件被拉断 截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。,（4）板件端部被剪坏(拉豁) 端矩过小时；端矩不应小于2dO,（5）栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d,（二）抗

4、剪螺栓的单栓承载力设计值,由破坏形式知抗剪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:,nv剪切面数目； d螺栓杆直径； fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值； t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。,单栓抗剪承载力：,抗剪承载力：,承压承载力：,剪切面数目nv,（三）普通螺栓群抗剪连接计算,1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算,试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。 假定螺栓平均分担剪力( P83)。,所以，连接所需螺栓数为：,普通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。,拼接板的危险截面为2

5、-2截面:,A、螺栓采用并列排列时:,主板的危险截面为1-1截面:,B、螺栓采用错列排列时:,主板的危险截面为1-1和 1-1折线截面:,拼接板的危险截面为2-2和2-2截面:,2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算,F作用下每个螺栓受力：,T作用下连接按弹性设计，其假定为： （1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。,显然，T作用下1号螺栓所受剪力最大（r1最大）。,由假定(2)得,由上式得:,由力的平衡条件得：,得:,将N1T沿坐标轴分解得:,x1,y1,由此可得螺栓1的强度验算公式为:,另外,当螺栓布置比

6、较狭长(如y13x1)时,可进行如下简化计算： 令:xi=0，则NiTy=0,x1,y1,（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能,三、普通螺栓的抗拉连接,抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。,（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值,式中：Ae-螺栓的有效截面面积； de-螺栓的有效直径； ftb-螺栓的抗拉强度设计值。,公式的两点说明：,（1）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以抗拉时公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：,(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响,A、螺栓受拉时，一般是通过与螺

7、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。试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取ftb=0.8f（f螺栓钢材的抗拉强度设计值）来考虑其影响。,B、 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。,(三）普通螺栓群的轴拉设计,一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：,(四）普通螺栓群在弯矩作用下的计算,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呈正比。,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：,得:,得:,因此，设计时只要满足下式，即可：,(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下的计算,偏心力作用下普通螺栓连接，根据偏心距大小分为大偏心和小偏心，可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。,四、普通螺栓拉、剪联合作用,因此剪力作用下螺栓受力为：,1、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用