第三章_钢结构的连接螺栓02.ppt

钢结构的连接,第三章,(Connections),§3－6 螺栓连接（bolting）的构造,一、螺栓的种类,1.普通螺栓,C级---粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级；4表示fu≥400N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d) ＝1～3mmA、B级---精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级;5或8表示fu≥500或800N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅰ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝0.3～0.5mm按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别2.高强度螺栓,由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理,45号－8.8级； 40B和20MnTiB－10.9级,（a）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓,二、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；,3.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,螺栓的边距和端距不能太小； 【顺力作用方向】为了防止板件被拉断或剪坏，端距 不能太小； 【受压构件】为防止连接板件发生鼓曲,中距不能太大。

中心距太大,（2）构造要求 螺栓的边距和中距不宜太大，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(do为孔径) 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距根据规范规定（P86表3.5.1）的螺栓最大、最小容许间距，排列螺栓时宜按最小容许间距取用，且宜取5mm的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸最大容许间距一般只在起连系作用的构造连接中采用三、螺栓连接的构造要求,第一，为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外； 第二，直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；,第三，C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接： 1、承受静载或间接动载的次要连接； 2、承受静载的可拆卸结构连接； 3、临时固定构件的安装连接 第四，型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；,四、螺栓符号(1) 普通螺栓，安装螺栓，高强度螺栓；(2) 孔径do=d+1.5~2，用f表示，如孔径f22；(3) 设计说明：螺栓类型，等级，直径，孔径。

孔、螺栓图例,§3－7 普通螺栓连接计算,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,[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δ和作用力N的关系曲线,该曲线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(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距离,表现在曲线上为水平段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。

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）,,,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,,这两种破坏构造解决,（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值,【因为】由破坏形式可知抗剪螺栓承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况.【所以】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——同一方向承压板较小总厚度,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.,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有各螺栓均担所以，连接所需螺栓数为：,,当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。

由试验可得连接的抗剪强度折减系数η与l1/d0的关系曲线故，连接所需栓数：,,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2-2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’截面:,拼接板的危险截面为2--2和2’--2’截面:,例题：设计螺栓盖板拼接，设计拉力N=350kN，钢材Q345B(或16Mn)，拼接板宽b=360mm，厚t1=8mm，采用M20C级螺栓，孔径f22解： 螺栓抗剪强度,板件承压强度,(1)双盖板的厚度t2≥拼接板的厚度t1/2＝8/2=4mm,板件抗拉强度,取t2=6mm,双剪,(2)单个螺栓抗剪承载力,(3)孔壁承压,(4)所需螺栓数n=350/61.6 =5.3个,(6)连接长度验算l1=15do=15×22 =330mm ＝100＋60＋10＋60＋100＝330mm,(7)拼接净截面积An=(360 - 3×22 )×8 =2352mm2,净截面拉应力sn=350000/2352=149N/mm2

11/29/2017,例题: 两钢板截面为—18mm×400mm，两面用盖板连接，钢材Q235，承受轴心力设计值N=1181kN,采用M22普通C级螺栓连接， =23.5mm,按下图连接试验算节点是否安全 ＝130N/mm2, =305N/mm2, f=215N/mm2）11/29/2017,解：①螺栓强度计算：单个螺栓抗剪承载力设计值：NVb=nv =2 =98.8kN单个螺栓承压承载力设计值：NCb= =22×18×305=120.8kN故取Nminb=98.8kN每侧12个螺栓承载力为12×98.8＝1185.6kN>1181kN②被连接板强度计算： >f=215③结论：该节点安全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,由式3-39得:,由力的平衡条件得：,将式3--40代入式3--38得:,将N1T沿坐标轴分解得:,由此可得螺栓1的强度验算公式为:,另外,当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时,可进行如下简化计算：令:xi=0，则N1Ty=0,（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）普通螺栓群在弯炬作用下,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：,由式3--52得:,将式3--54代入式3--53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,偏心力作用下普通螺栓连接，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：,2、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系 曲线近似为一“四分之一圆”1、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现两种破坏形 式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔 壁的承压破坏；,3、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，拉力由受力情况确定{规范规定}普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：,为了防止孔壁的承压破坏，应满足：,,另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：,式中： α—考虑剪力对角焊缝偏心 影响的增大系数， 一般取α=1.25~1.35； 其余符号同前例题：验算牛腿螺栓连接,设计剪力V=200kN,偏心e=150mm,连接板厚t=20mm,Q235B钢材,采用10个M20C级螺栓,孔径f22，分别计算有承托和无承托两种情况。

解： 螺栓抗剪强度:,板件承压强度:,螺栓抗拉强度:,(1)有承托板，螺栓群受弯矩: M=Ve=200×0.15=30kN.m,单个螺栓抗拉承载力:,螺栓最大拉力:,(2)无承托板，螺栓受拉受剪,单个螺栓抗剪承载力:,螺栓平均剪力:,螺栓最大拉力:,螺栓计算:,孔壁承压计算:,,例题：验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的连接强度普通螺栓4.6级，M22，孔径23.5mm2）算危险螺栓拉力设每排螺栓有两列，m=2一共6排螺栓，螺栓总数12，n=12,。