鋼結構設計原理ppt1演示教學

1、鋼結構設計原理ppt1螺栓和鉚釘在構件上的排列應考慮以下要求： 受力要求 垂直于受力方向：受拉構件各排螺栓的中距及邊距不能過小，以免使螺栓周圍應力集中相互影響，鋼板截面削弱過多，降低其承載能力。在順力作用方向：端距應按被連接件材料的抗擠壓及抗剪切等強度條件確定，以使鋼板在端部不致被螺栓沖剪破壞，端距不應小于2d0；中距不宜過大，否則被連接板件間容易發(fā)生鼓曲現(xiàn)象。 構造要求 中距及邊距不宜過大，否則連接板件間不能緊密貼合，潮氣侵入縫隙使鋼材銹蝕。施工要求 保證一定空間，便于打錨和采用扳手擰緊螺帽。根據(jù)扳手尺寸和工人的施工經(jīng)驗、規(guī)定最小中距為3d0。根據(jù)以上要求規(guī)范規(guī)定了螺栓和鉚釘?shù)娜菰S距離。 3

2、.8.1 普通螺栓的抗剪連接1. 抗剪連接的工作性能 抗剪連接是最常見的螺栓連接?？辜粼囼灴傻迷嚰蟖、b兩點間的相對位移與作用力N的關系曲線。試件由零載一直加載至連接破壞的全過程，經(jīng)歷三個階段。3.8 普通螺栓連接的工作性能和計算 (1)彈性階段 O1斜直線段：加荷之初，連接中剪力較小，荷載靠板件間接觸面的摩擦力傳遞，螺栓桿與孔壁間的間隙保持不變，處于彈性階段，板件間摩擦力大小取決于擰緊螺帽時螺桿中的初始拉力，普通螺栓的初應力很小。此階段很短，可略去不計。 (2)相對滑移階段 12水平線段：荷載增大，剪力達到摩擦力最大值，板件間產(chǎn)生相對滑移，其最大滑移量為螺栓桿與孔壁之間的間隙，直至螺栓桿與

3、孔壁接觸。 (3)彈塑性階段 荷載繼續(xù)增加，連接所承受的外力主要靠螺栓與孔壁接觸傳遞。螺栓桿除主要受剪力外，還承受彎矩和軸向拉力，孔壁受到擠壓。螺桿的伸長受到螺帽的約束，增大了板件間的壓緊力，使板件間的摩擦力隨之增大，所以曲線呈上升狀態(tài)。達到“3”點時，螺栓或連接板達到彈性極限。 荷載繼續(xù)增加，此階段即使給荷載很小的增量，連接的剪切變形也迅速加大，直到連接的最后破壞。曲線的最高點“4”所對應的荷載即為普通螺栓連接的極限荷載。 螺栓抗剪連接達到極限承載力時，可能的破壞形式：栓桿直徑較小時，栓桿可能先被剪斷；栓桿直徑較大、板件較薄時，板件可能先被擠壞，栓桿和板件的擠壓是相對的，也把這種破壞叫做螺栓

4、承壓破壞；板件截面可能因螺栓孔消弱截面太多而被拉斷；端距太小，端距范圍內(nèi)的板件有可能被栓桿沖剪破壞。第種破壞形式屬于構件的強度計算；第種破壞形式由螺栓端距2d0來保證。因此，抗剪螺栓連接的計算只考慮第、種破破形式。 2. 一個普通螺栓的抗剪承載力普通螺栓連接的抗剪承載力，應考慮螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況。假定螺栓受剪面上的剪應力均勻分布，一個抗剪螺栓的抗剪承載力設計值為nv受剪面數(shù)目，單剪nv=1，雙剪nv=2，四剪nv =4；d螺栓桿直徑(螺栓的公稱直徑)； 螺栓抗剪強度設計值。bvvbvfdnN42bvf螺栓的實際承壓應力分布情況難以確定，簡化計算，假定螺栓承壓應力分布于螺栓直徑平面上，

5、且假定該承壓面上的應力為均勻分布，則一個抗剪螺栓的承壓承載力設計值式為 在同一受力方向的承壓構件的較小總厚度； 螺栓承壓強度設計值。 bcbctfdNtbcf3.軸心剪力作用的普通螺栓群計算試驗表明，螺栓群承受軸心剪力時，螺栓群在長度方向各螺栓受力不均勻，兩端大，中間小。當沿受力方向的連接長度l115d0時，連接工作進入彈塑性階段后，內(nèi)力發(fā)生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐漸均勻，故可認為軸心力N由每個螺栓平均分擔，螺栓數(shù)n bNNnminbNmin 一個螺栓抗剪承載力設計值與承壓承載力設計值的 較小值 當l1l5d0時，連接工作進入彈塑性階段后，各螺桿所受內(nèi)力不易均勻，端部螺栓首先達到極限強度而

6、破壞，隨后由外向里依次破壞。為防止端部螺栓提前破壞，因此，當l1l5d0 時，螺栓的抗剪和承壓承載力設計值應乘以折減系數(shù)予以降低：l160d0時，=0.7。則所需抗剪螺栓數(shù)為構件截面驗算 011501 . 1dlbNNnminfANn板件1-1截面 N2-2截面3-3截面1-1截面受力最大拼接板3-3截面受力最大錯列螺栓排列，需驗算正交截面和折線截面的強度 bNNnmin) 1(202222124dneenetAn)(01dnBtAn)(2031dnBtAnNnnN1NnnnN214扭矩作用的普通螺栓群計算首先布置螺栓，然后計算受力最大螺栓所承受的剪力，再和 進行比較。螺栓群在扭矩作用下，每個

7、螺栓均受剪,假設： (1)被連接板件為絕對剛性時，螺栓為彈性的； (2)被連接板件繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)，各螺栓所受剪力大小與該螺栓至形心距離ri成正比，其方向與連線該螺栓至形心垂直。bNminnTnTTTrNrNrNrNT.332211nTnTTTrNrNrNrN.3322111113131212,.,rrNNrrNNrrNNnTTnTTTT211223222111).(iTnTrrNrrrrrNT221211iiiTyxTrrTrN211iTyTyNbTNNmin15.扭矩、剪力和軸心力共同作用的普通螺栓群計算 先布置螺栓，再進行驗算。221211111iiiTTxyxTyrTyryNN2212

8、11111iiiTTyyxTxrTxrxNNnVNVy1nNNNx1bVyTyNxTxNNNNNNmin2112111)(3.8.2 普通螺栓的抗拉連接1. 一個普通螺拴的抗拉承載力 受拉連接中，螺栓所受的拉力和垂直連接件的剛度有關。螺栓受拉時，通常不可能使拉力正作用在螺栓軸線上，通過與螺桿垂直的板件傳遞。如連接件的剛度較小，受力后連接件會變形，形成杠桿作用，螺栓有被撬開的趨勢，使螺桿中的拉力增加并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象?？紤]杠桿作用時，螺桿的軸心力為： Nt=N+Q Q由于杠桿作用對螺栓產(chǎn)生的撬力。 抗拉螺栓連接的破壞形式為栓桿被拉斷，一個抗拉螺栓的承載力設計值為：btebtfdN42撬力大小與連接件

9、的剛度有關，連接件的剛度越小，撬力越大，同時撬力也與螺栓直徑和螺栓所在位置等因素有關。確定撬力比較復雜，為了簡化，規(guī)定普通螺栓抗拉強度設計值取為螺栓鋼材抗拉強度設計值的0.8倍，以考慮撬力的影響。此外，在構造上也可采取一些措施加強連接件的剛度，如設置加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。2、 軸心拉力作用的普通螺栓群計算螺栓群在軸心力作用下的抗拉連接，通常假定每個螺栓平均受力，則連接所需螺栓數(shù)為： btNNn 3.彎矩作用的普通螺栓群計算剪力V通過承托板傳遞。離中和軸越遠的螺栓受拉力越大，壓應力由彎矩指向一側(cè)的部分端板承受，設中和軸至端板受壓邊緣的距離為c。受拉螺栓截面是孤立的幾個螺栓點；端板受

10、壓區(qū)則是寬度較大的實體矩形截面。計算形心位置作為中和軸時，所求得的端板受壓區(qū)高度c總是很小，中和軸通常在彎矩指向一側(cè)最外排螺栓附近的某個位置。實際計算時可近似地取中和軸位于最下排螺栓O處，即認為連接變形為繞O處水平軸轉(zhuǎn)動，螺栓拉力與O點算起的縱坐標y成正比。偏安全忽略力臂很小的端板受壓區(qū)部分的力矩nnyNyNyNyN.3322112233322222111332211.nnnnnyyNyyNyyNyyNyNyNyNyNM2iiiyMyNbtiNyMyN2114、彎矩和拉力共同作用的普通螺栓群計算螺栓群承受軸心拉力N和彎矩MNe的共同作用。按彈性設計法，根據(jù)偏心距的大小可能出現(xiàn)小偏心受拉和大偏心

11、受拉兩種情況。小偏心受拉：所有螺栓均承受拉力作用，軸心力由各螺栓均勻承受；彎矩則引起以螺栓群形心O處水平軸為中和軸的三角形應力分布，使上部螺栓受拉，下部螺栓受壓；疊加后全部螺栓均為受拉?？傻米畲蠛妥钚∈芰β菟ǖ睦?，各y均自O點算起： 0/21min21maxibtiyNeynNNNyNeynNNNmin0時的偏心距 )/(12nyyei(2)大偏心受拉 時，端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)。偏安全取中和軸位于最下排螺栓O處，e和各y自O點算起，最上排螺栓1的拉力最大：)/(12nyyeibtiNyyNeN2 113.8.3普通螺栓連接受剪力和拉力的共同作用承受剪力和拉力共同作用的普通螺栓應考慮兩種可能的

12、破壞形式：螺桿受剪兼受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。根據(jù)試驗，兼受剪力和拉力的螺桿，無量綱化后的相關關系近似為一圓曲線，螺桿計算式為 1 2btt2bvvNNNN孔壁承壓的計算式為bcvNN 3.9高強度螺栓連接的工作性能和計算 3.9.1高強度螺栓連接的工作性能高強度螺栓連接和普通螺栓連接的區(qū)別：普通螺栓連接受剪時依靠栓桿承壓和抗剪傳遞剪力，預拉力很小，可略去不計，高強螺栓除材料強度高外，施加很大的預拉力，板件間存在很大的摩擦力。預拉力、抗滑移系數(shù)和鋼材種類等都直接影響高強度螺栓連接的承載力。高強度螺栓連接按分為摩擦型連接和承壓型連接。摩擦型連接依靠被連接件之間的摩擦阻力傳遞剪力，以剪力等于摩擦

13、力作為承載能力的極限狀態(tài)。1.高強度螺栓的預拉力（1）預拉力的控制方法大六角頭型和扭剪型兩種，都是通過擰緊螺帽使螺桿受到拉伸產(chǎn)生預拉力，使被連接板件間產(chǎn)生壓緊力。大六角頭螺栓的預拉力控制方法：力矩法 采用可直接顯示鈕矩的特定扭矩扳手。目前多采用電動鈕矩扳手。通過控制擰緊力矩來實現(xiàn)控制預拉力。擰緊力矩可由試驗確定，施工時控制的預拉力為設計預拉力的1.1倍。為了克服板件和墊圈等變形，基本消除板件間的間隙，使擰緊力矩系數(shù)有較好的線性度，提高施工控制預拉力值的準確度，應先按擰緊力矩的50進行初擰，然后按100擰緊力矩進行終擰。大型節(jié)點在初擰后，還應按初擰力矩進行復擰，然后再行終擰。優(yōu)點：較簡單、易實施

14、、費用少，但由于連接件和被連接件的表面質(zhì)量和擰緊速度的差異，測得的預拉力值誤差大且分散，一般誤差為25。轉(zhuǎn)角法 先普通扳手進行初擰，被連接板件相互緊密貼合，再以初擰位置為起點，按終擰角度，用長扳手或風動扳手旋轉(zhuǎn)螺母。 扭剪型高強度螺栓具有強度高、安裝簡便和質(zhì)量易于保證、可以單面擰緊、對操作人員沒有特殊要求等優(yōu)點。與普通大六角型高強度螺栓不同。螺栓頭為盤頭，螺紋段端部有一個承受擰緊反力矩的十二角體和一個能在規(guī)定力矩下剪斷的斷頸槽。（2）預拉力的確定 預拉力設計值P（取5kN的整數(shù)倍） uefAP2 . 19 . 09 . 09 . 0 Ae螺栓螺紋處的有效面積；fu螺栓經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度8

15、.8級fu 830MPa；10.9級fu 1040MPa。系數(shù)考慮了以下幾個因素：擰緊螺帽時螺栓同時受到由預拉力引起的拉應力和由扭矩引起的剪應力作用。試驗表明可取系數(shù)1.2考慮扭矩對螺桿的不利影響。施工時為了彌補高強度螺栓預拉力的松弛損失，一般超張拉510，為此考慮一個超張拉系數(shù)0.9?？紤]螺栓材質(zhì)的不均勻性，引進一折減系數(shù)0.9；由于以螺栓的抗拉強度為準，為安全再引入一個附加安全系數(shù)0.9。 2. 抗滑移系數(shù) 抗滑移系數(shù)的大小與構件接觸面的處理方法和構件的鋼號有關。此系數(shù)值隨被連接構件接觸面間的壓緊力減小而降低，故與物理學中的摩擦系數(shù)有區(qū)別。推薦采用的接觸面處理方法有：噴砂、噴砂后涂無機富鋅

16、漆、噴砂后生赤銹和鋼絲刷消除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面等，各種處理方法相應的值詳見表3.9。鋼材表面經(jīng)噴砂除銹后，表面看來光滑平整，實際上金屬表面尚存在著微觀的凹凸不平，高強度螺栓連接在很高的壓緊力作用下，被連接構件表面相互嚙合，鋼材強度和硬度愈高，要使這種嚙合的面產(chǎn)生滑移的力就愈大，因此，值與鋼種有關。試驗證明，摩擦面涂紅丹后0.15，即使經(jīng)處理后仍然很低，故嚴禁在摩擦面上涂刷紅丹。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會降低值，故應采取有效措施保證連接處表面的干燥。3.9.2 一個高強度螺栓的抗剪承載力 1.摩擦型連接 高強度螺栓擰緊時，螺桿中產(chǎn)生很大的預拉力，被連接板件間則產(chǎn)生很大的預壓

17、力。連接受力后接觸面上的摩擦力，能在相當大的荷載下阻止板件間的相對滑移，因而彈性工作階段較長。當外力超過了板間摩擦力后，板件間即產(chǎn)生相對滑動。摩擦型連接是以板件間出現(xiàn)滑動為抗剪承載力極限狀態(tài)。 摩擦型連接的承載力取決于構件接觸面的摩擦力，此摩擦力的大小與螺栓所受預拉力和摩擦面的抗滑移系數(shù)以及連接的傳力摩擦面數(shù)有關。一個摩擦型連接高強度螺栓的抗剪承載力設計值為：PnNfbv9 . 02.承壓型連接 承壓型連接受剪時，允許接觸面滑動并以連接達到破壞的極限狀態(tài)作為設計準則，接觸面的摩擦力只起延緩滑動的作用。連接達到極限承載力時，螺桿伸長，預拉力幾乎全部消失，故高強度螺栓承壓型連接的計算方法與普通螺栓

18、連接相同只是應采用高強度螺栓的強度設計值。當剪切面在螺紋處時，高強度螺栓承壓型連接的抗剪承載力應按螺紋處的有效截面計算。但對于普通螺栓，其抗剪強度設計值是根據(jù)連接的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計而定的，試驗時不分剪切面是否在螺紋處，故計算抗剪強度設計值時用公稱直徑。3.9.3一個高強度螺栓的抗拉承載力 1.摩擦型連接未受拉力前，螺桿中有預拉力P，板層間有壓力C，P與C平衡，PC。螺栓受拉力Nt，栓桿被拉長，栓桿伸長t，此時螺桿中拉力由P增加到Pf，由于栓桿拉長，使板件相應地有一個壓縮恢復量c，板件中的承壓力就由原來的C降為Cf ftfCNPcttEAPPtEbftttEACCtEPfccPfbfACCAPPPC

19、 tffNPC1/bPtfAANPP10/bPAAtfNPP09. 0作用于螺栓的外拉力不超過P時，螺桿內(nèi)的拉力增加很少，可認為此時螺桿的預拉力基本不變。同時螺栓的超張拉試驗表明，當外拉力過大時，卸荷后螺桿中的預拉力會變小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當外拉力小于螺桿預拉力的80時，即無松弛現(xiàn)象發(fā)生。因此，抗拉承載力設計值取為：上式?jīng)]有考慮連接變形產(chǎn)生撬力的影響，可采用增設加勁肋的辦法增大連接的剛度。2.承壓型連接同普通螺栓。PNbt8 . 03.9.4高強度螺栓同時承受剪力和拉力的計算1.摩擦型連接當Nt0.8P時，雖然螺桿中的預拉力P基本不變，但板層間壓力將減小到PNt，試驗研究表明，接觸面的抗滑移

20、系數(shù)也有所降低，且值隨Nt的增大而減小。將Nt乘以1.125的系數(shù)來考慮值降低的不利影響，故一個摩擦型連接高強度螺栓有拉力作用時)25. 1(9 . 0)111. 1125. 1(9 . 0tftfvNPnNPnNPnNfbv9 . 0PNbt8 . 01bttbvvNNNN2.承壓型連接 同時承受剪力和桿軸方向拉力的高強度螺栓承壓型連接的計算方法與普通螺栓相同122bttbvvNNNNbcbcvftdNN2 . 112 . 1剪應力單獨作用下，高強度螺栓對板層間產(chǎn)生強大壓緊力。當摩擦力被克服，螺桿與孔壁接觸時，板件孔前區(qū)形成三向應力場，因而承壓型連接高強度螺栓的承壓強度比普通螺栓高得多，兩者相差約50。當承壓型連接高強度螺栓受有桿軸拉力時，板層間的壓緊力隨外拉力的增加而減小，因而其承壓強度設計值也隨之降低。為了計算簡便，將承壓強度除以1.2予以降低，而末考慮承壓強度設計值變化幅度隨外拉力大小而變化這一因素。3.9.5 高強度螺栓群的連接計算1. 高強度螺栓群的抗剪計算（1）軸心力作用時（2）扭矩或扭矩、剪力共同作用時方法與普通螺栓群相同，但應