鋼結(jié)構(gòu)第三章_鋼結(jié)構(gòu)的連接(螺栓)

1、 第第3章章 鋼結(jié)構(gòu)的連接鋼結(jié)構(gòu)的連接 3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點(diǎn) 3.2焊縫和焊接連接的形式 3.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 3.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 3.4焊接應(yīng)力和焊接變形 3.6 螺栓連接的排列與構(gòu)造 3.7 普通螺栓連接的工作性能和強(qiáng)度計(jì)算 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和強(qiáng)度計(jì)算 3.6螺栓的構(gòu)造螺栓的構(gòu)造 3.6.1 螺栓的規(guī)格螺栓的規(guī)格 螺栓常見(jiàn)的規(guī)格有螺栓常見(jiàn)的規(guī)格有M12、M16、M20、M24、M30 3.6螺栓的構(gòu)造螺栓的構(gòu)造 3.6.2 螺栓的排列 l排列原則：簡(jiǎn)單 統(tǒng)一 整齊 緊湊 l排列方式： 并列（簡(jiǎn)單整齊，連接板尺寸小， 構(gòu)件截面削弱較大） 錯(cuò)列（可減小螺栓孔

2、對(duì)截面削弱，但排列較復(fù)雜，且連接 構(gòu)件尺寸較大 ） l排列因素： 受力要求：鋼板端部剪斷，端距不應(yīng)小于2d0；受拉時(shí)，栓 距和線(xiàn)距不應(yīng)過(guò)小；受壓時(shí)，沿作用力方向的栓距不宜過(guò)大。 構(gòu)造要求：栓距和線(xiàn)距不宜過(guò)大 施工要求：有一定的施工空間 3.6螺栓的構(gòu)造螺栓的構(gòu)造 3.6.2 螺栓的排列 螺栓排列和最小距離： 3.6螺栓的構(gòu)造螺栓的構(gòu)造 3.6.2 螺栓的排列 螺栓排列最大距離： 對(duì)于角鋼、工字鋼和 槽鋼的螺栓排列見(jiàn)附 錄四（型鋼的螺栓準(zhǔn) 線(xiàn)表） 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 普通螺栓連接按其受力方式分類(lèi)： 抗剪螺栓 抗拉螺栓 同時(shí)抗剪抗拉螺栓 3.7.1普通

3、螺栓的抗剪連接 3.7.1.1抗剪連接工作性能 抗剪螺栓連接的受力性能：靜摩擦力階段、相對(duì)滑移階段、螺桿與 孔壁擠壓傳力的彈塑性階段、破壞階段。 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 3.7.1普通螺栓的抗剪連接 3.7.1.1抗剪連接工作性能 螺栓破壞形式： 螺栓桿剪斷； 孔壁壓壞； 板被拉斷； 板端被剪斷； 螺栓桿彎曲。 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 3.7.1普通螺栓的抗剪連接 3.7.1.1抗剪連接工作性能 一個(gè)抗剪螺栓的設(shè)計(jì)承載力計(jì)算： 抗剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值： 1）.軸心力作用下螺栓群抗剪連接計(jì)算 v螺栓數(shù)

4、目： v板件靜截面強(qiáng)度： min b nN N 3.7.1.23.7.1.2 螺栓群的計(jì)算螺栓群的計(jì)算 力的傳遞及凈截面力的傳遞及凈截面 面積計(jì)算面積計(jì)算 n N Af 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 3.7.1普通螺栓的抗剪連接 2）.扭矩作用下螺栓群的抗剪計(jì)算 3.7.1.2 3.7.1.2 螺栓群的計(jì)算螺栓群的計(jì)算 圖圖7-72 螺栓群受扭矩計(jì)算螺栓群受扭矩計(jì)算 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 基本假定： 被連接構(gòu)件是絕對(duì)剛性的， 而螺栓則是彈性的； 各螺栓繞螺栓群形心o旋轉(zhuǎn)， 其受力大小與其至螺栓群形心o 的距離r成正

5、比，力的方向與其 至螺栓群形心的連線(xiàn)相垂直。 3.7.1普通螺栓的抗剪連接 2）. 螺栓群在扭矩作用下的抗剪計(jì)算 3.7.1.2螺栓群的計(jì)算螺栓群的計(jì)算 1122 TTT nn TN rN rN r 12 12n TTT n NNN rrr 11 1min 222 Tb iii TrTr NN rxy 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 v根據(jù)螺栓受力大小與其至形心o的距離r成正比條件： v得： v平衡條件： 3.7.1普通螺栓的抗剪連接 3）. 螺栓群在扭矩、剪力、軸心力作用下的抗剪計(jì)算 v在扭矩作用下，螺栓1受力： v在剪力V和軸心力N作用下，螺栓均勻受力：

6、v則螺栓1承受的最大剪力N1應(yīng)滿(mǎn)足： v在螺栓群為一狹長(zhǎng)布置時(shí)，當(dāng)ymax3xmax時(shí)，為計(jì)算方便， 上式可近似為 1 11 1 TT x y NN r 3.7.1.2螺栓群的計(jì)算螺栓群的計(jì)算 1 V y NV n 1 11 1 TT y x NN r 1 N x NN n 22 11111min ()() NTVTb xxyy NNNNNN 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 b Vy T x NNN min 2 2 1 4）. 螺栓群在扭矩作用下的抗剪計(jì)算,常需先假定螺 栓數(shù)目及布置，而后進(jìn)行驗(yàn)算。 設(shè)螺栓列數(shù)為m，每列螺栓有n個(gè)，螺栓據(jù)為p，等 間距布置，端

7、距為p/2，每個(gè)螺栓的截面積為A,為 此一確定螺栓數(shù)目的近似公式 或先近似取或先近似取n,n,然后再用上式求然后再用上式求n.n. 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 ) 1 ( 6 n n pmN T n T pmN T n T 6 例題1 兩塊鋼板截面尺寸見(jiàn)圖，采雙蓋板和普通螺栓拼接， C級(jí)螺栓M20，孔徑d0=21.5mm，鋼材為Q235B，承受 軸心拉力設(shè)計(jì)值N=650kN。試設(shè)計(jì)此連接。 解：1.確定拼接蓋板截面尺寸 根據(jù)拼接蓋板與被連接鋼板等強(qiáng)原則， 即拼接蓋板截面面積不小于與被連接鋼板截面面積，拼接蓋板截面 尺寸選為8360（mmmm），鋼材也為Q2

8、35B。 2.單個(gè)普通螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值 單個(gè)螺栓的承剪承載力設(shè)計(jì)值為： 單個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值為： 則單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值取兩者的較小值： l1=160mm15d0=322.5mm，則連接一側(cè)所需要螺栓數(shù)目為： ，取n=9。 kN92.87N87920140 4 2014. 3 2 4 2 b v 2 v b v f d nN kN2 .73N732003051220 b c b c f tdN kN2 .73 b c b min NN 9 . 8 2 .73 650 b min N N n 3.螺栓布置 采用并列布置，按螺栓布置的要求，確定螺栓的中距、 邊距和端距，如圖所示，

9、均滿(mǎn)足構(gòu)造要求。由圖可知蓋板的長(zhǎng)度為 520mm。 連接件的凈截面驗(yàn)算都滿(mǎn)足要求，此處略。 例題2 試驗(yàn)算圖所示C級(jí)普通螺栓連接。荷載設(shè)計(jì)值 F=100kN，螺栓M20，連接板件的鋼材都為Q235B。 解：1.單個(gè)螺栓的抗剪承載力： 單個(gè)螺栓的承剪承載力設(shè)計(jì)值為： kN96.43N43960140 4 2014. 3 1 4 2 b v 2 v b v f d nN 單個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值為： kN0 .61N610003051020 b c b c f tdN 則單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值取兩者的較小值： kN96.43 b v b min NN 2.內(nèi)力計(jì)算 將F平移至螺栓群的中心線(xiàn)，

10、則螺栓群承受軸心剪力 V=F和扭矩T作用。 3.螺栓群強(qiáng)度驗(yàn)算 由前述可知1號(hào)螺栓受力最大，為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)， 則對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 mkN404 . 0100 FeT kN1 .28 102280 1601040 160802210010 1601040 2 3 222 3 22 1 T1 ii x yx Ty N kN5 .17 102280 1001040 2 3 22 1 yT1 ii yx Tx N kN0 .10 10 100 Vy1 n V N 則1號(hào)螺栓承受的合剪力為： kN96.43kN3 .390 .105 .171 .28)( min 2 22 Vy1Ty1 2 Tx1 b

11、NNNN 螺栓群布置安全。 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 3.7.2普通螺栓的抗拉連接 3.7.2.1抗拉螺栓連接破壞形式：螺栓桿拉斷 一個(gè)抗拉螺栓的設(shè)計(jì)承載力計(jì)算： 為考慮撬力的影 響，規(guī)范規(guī)定普 通螺栓抗拉強(qiáng)度 設(shè)計(jì)值ftb取同樣鋼 號(hào)鋼材抗拉強(qiáng)度 設(shè)計(jì)值f的0.8倍 2 4 bbe tt d Nf 1）. 螺栓群在軸心力作 用下的抗拉計(jì)算 2）. 螺栓群在彎矩作用 下的抗拉計(jì)算 v假定：中和軸在最下 排螺栓處 b t nN N 3.7.2普通螺栓的抗拉連接 彎矩作用下抗拉螺栓計(jì)算彎矩作用下抗拉螺栓計(jì)算 1 1 2 Mb t i My NN my 3.7

12、 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 3.7.2.2螺栓群的計(jì)算螺栓群的計(jì)算 J 螺栓群在彎矩作用下的抗拉連接計(jì)算,常需先假定螺栓數(shù)目 及布置，而后進(jìn)行驗(yàn)算。 設(shè)螺栓列數(shù)為m，每列螺栓有n個(gè)，螺栓據(jù)為p，為此一確定 螺栓數(shù)目的近似公式 或先近似取或先近似取n,n,然后再用上式修正求然后再用上式修正求n.n. 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 ) 12 1 ( 6 2 1 n n pmN M n b t pmN M n b t 3 2 1 例題3 試驗(yàn)算圖3-17所示牛腿與柱翼緣用普通螺栓連接。 圖中的荷載均為設(shè)計(jì)值，螺栓M20，連接件采用Q

13、235鋼 材。 504x100=40050 30 210 解：1.受力分析 將集中力 F平移至螺栓群平面，則 產(chǎn)生彎矩M和剪力V。剪力 V由于牛腿的端板與支托 刨平頂緊，則由支托承擔(dān)； 螺栓群僅承受彎矩M： m58.8kN0.21280 FeM 2. 單個(gè)螺栓的抗拉承載力： kN62.41N416201708 .244 b t b t fAN e 3.螺栓群強(qiáng)度驗(yàn)算 由前述可知1號(hào)螺栓受力最大，為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)， 則對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算： kN62.41kN2 .39 4003002001002 )400108 .58( / b t 2222 3 2 11 N ymMyN i 連接強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 3）

14、. 螺栓群同時(shí)承受剪力和彎矩（軸心拉力） 的計(jì)算 3.7.2.2螺栓群的計(jì)算螺栓群的計(jì)算 螺栓群同時(shí)承受剪力和拉力螺栓群同時(shí)承受剪力和拉力 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 3.7.2普通螺栓的抗拉連接3.7.2普通螺栓的抗拉連接 3）. 螺栓群同時(shí)承受剪力和拉力的計(jì)算 v支托僅起安裝作用：螺栓群承受彎矩M和剪力V 螺栓不發(fā)生拉剪破壞 板不發(fā)生承壓破壞 v NV n 3.7.2普通螺栓的抗拉連接 2 11 M ti NNMymy 22 ()()1 vt bb vt NN NN b vc NN 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 2）

15、 螺栓群同時(shí)承受剪力和拉力的計(jì)算 v支托承受剪力：螺栓群只承受彎矩M 支托和柱翼緣的角焊縫驗(yàn)算 為考慮剪力V偏心對(duì)角焊縫的影響，取1.251.35 3.7.2普通螺栓的抗拉連接 2 11 Mb tit NNMymyN w fewf Vhlf 3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和強(qiáng)度計(jì)算 例題4 其他條件同例題3，但牛腿下的支托僅在安裝階段 起作用，正常使用階段不考慮支托承受剪力，即剪力由螺 栓群承擔(dān)。驗(yàn)算螺栓群的強(qiáng)度。 解：1. 單個(gè)螺栓的承載力： 單個(gè)螺栓的承剪承載力設(shè)計(jì)值為： kN96.43N43960140 4 2014. 3 1 4 2 b v 2 v b v f

16、d nN 單個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值為： kN4 .85N854003051420 b c b c f tdN 單個(gè)螺栓的抗拉承載力： kN62.41N416201708 .244 b t b t fAN e 2.螺栓群強(qiáng)度驗(yàn)算 由前述可知1號(hào)螺栓受力最大，為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)， 則對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算： 螺栓的承壓驗(yàn)算： kN4 .85kN0 .28 10 280 b cv1 N n V N 螺栓群受力不安全，需要重新設(shè)計(jì)。 通過(guò)本例題和例題3的計(jì)算結(jié)果比較可知，利用支托承受剪力的方 案具有減少螺栓數(shù)目的優(yōu)點(diǎn)。 0 . 114. 1 62.41 2 .39 96.43 0 .28 22 2 b t t

17、2 b v v N N N N 摩擦型高強(qiáng)度螺栓:抗剪時(shí)以外剪力達(dá)到板件間可能 發(fā)生的最大摩擦力為極限狀態(tài) 3.8 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算 承壓型高強(qiáng)度螺栓:抗剪時(shí)允許超過(guò)摩擦力發(fā)生滑移 ，最后以栓桿抗剪或孔壁承壓破壞為極限狀態(tài) 承壓型高強(qiáng)度螺栓:只允許在承受靜荷或間接動(dòng)荷載 的結(jié)構(gòu)中采用，允許發(fā)生一定滑移變形的連接中， 在抗剪連接中可以減少螺栓數(shù)量。 摩擦型高強(qiáng)度螺栓：有較高的傳力可靠性和連接整 體性，承受動(dòng)力菏載和疲勞的性能較好。 v螺栓螺栓強(qiáng)度強(qiáng)度級(jí)別級(jí)別：10.9級(jí)和8.8級(jí) v螺母螺母: v墊圈墊圈 3.8.13.8.1高強(qiáng)度螺栓連接的一般要求高

18、強(qiáng)度螺栓連接的一般要求 3.8 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算 3.8.1.13.8.1.1高強(qiáng)度螺栓的鋼材高強(qiáng)度螺栓的鋼材 高強(qiáng)度螺栓的螺栓高強(qiáng)度螺栓的螺栓本身、螺母及墊圈均采用高強(qiáng)度本身、螺母及墊圈均采用高強(qiáng)度鋼鋼 材材, ,且成品經(jīng)過(guò)熱處理進(jìn)一步提高其強(qiáng)度且成品經(jīng)過(guò)熱處理進(jìn)一步提高其強(qiáng)度. 3.8.13.8.1高強(qiáng)度螺栓連接的一般要求高強(qiáng)度螺栓連接的一般要求 3.8 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算 3.8.1.2高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力 預(yù)拉力設(shè)計(jì)值：高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力設(shè)計(jì)值按材料強(qiáng)度和螺栓有效 截面積確定，取值時(shí)考慮： 螺栓材質(zhì)不均勻

19、 ，引入折減系數(shù)0.9； 超張拉系數(shù)(補(bǔ)償螺栓預(yù)拉力松弛) ，引入折減系數(shù)0.9； 在扭緊螺栓時(shí)，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載力， 引入折減系數(shù)1.2； 鋼材由于以抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)，引入附加安全系數(shù)0.9。 3.8.13.8.1高強(qiáng)度螺栓連接的一般要求高強(qiáng)度螺栓連接的一般要求 3.8 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算 3.8.1.3高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力控制方法 大六角頭螺栓 扭剪型高強(qiáng)度螺栓 扭剪法 1)扭矩法 2)轉(zhuǎn)角法 3.8.13.8.1高強(qiáng)度螺栓連接的一般要求高強(qiáng)度螺栓連接的一般要求 3.8 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算

20、 3.8.1.4連接處構(gòu)件接觸面的處理和抗滑移系數(shù) 抗滑移系數(shù)影響因素:與及構(gòu)件的鋼號(hào)有關(guān),且試驗(yàn) 證明隨著連接構(gòu)件接觸面接觸面處理方法間的壓緊 力減小而減小. 接觸面處理方法:噴丸優(yōu)于噴砂，涂無(wú)機(jī)富鋅漆 , 1. 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接 2. 高強(qiáng)度螺栓承壓型連接 v破壞狀態(tài)同普通螺栓，極限承載力由桿身抗 剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動(dòng)作 用，計(jì)算方法和普通螺栓相同。 3.8.23.8.2 高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值 b vRf NnP 3.8 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算 1. 軸心力作用時(shí) v螺栓數(shù)： v構(gòu)件凈截面強(qiáng)度：對(duì)

21、于承壓型連接，驗(yàn)算與普通螺栓相 同；對(duì)于摩擦型連接，要考慮孔前傳力的影響（占螺栓 傳力的50%） min b nN N 3.8.33.8.3 高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算 摩擦型高強(qiáng)度螺栓孔前傳力摩擦型高強(qiáng)度螺栓孔前傳力 1 0.5 1 n NN n 3.8 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算 2. 扭矩作用時(shí)，及扭矩、剪力、軸心力共同作 用時(shí) v螺栓群受扭矩T、剪力V和軸心力N共同作用 的高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪計(jì)算與普通螺栓相 同，只是用高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計(jì)值。 3.8.33.8.3 高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算 3.8 3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算 1. 高強(qiáng)度螺栓的抗拉連接性能 v規(guī)范規(guī)定每個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓的抗拉設(shè)計(jì)承載力不得大于 0.8P，螺栓桿內(nèi)原預(yù)拉力基本不變。 1.1 f PP 3.8.43.8.4 高強(qiáng)度螺栓的抗拉連接高強(qiáng)度螺栓的