第3章鋼結構連接(第4講高強螺栓連接)定稿

第三章鋼結構的連接第四講高強螺栓連接河南城建學院土木工程系內(nèi)容回顧1、螺栓連接的構造要求2、普通螺栓連接計算本次課主要內(nèi)容1、高強螺栓連接計算§3.6

高強度螺栓連接計算一、高強度螺栓的工作性能及單栓承載力

按受力特征的不同高強度螺栓分為兩類：

摩擦型高強度螺栓—通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，

破壞準則為克服摩擦力；

承壓型高強度螺栓—受力特征與普通螺栓類似。1、高強度螺栓預拉力的建立方法通過擰緊螺帽的方法，螺帽的緊固方法：

A、轉角法

施工方法：初擰—用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密；終擰—初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的

角度，一般為120o~180o完成終擰。特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰；B、扭矩法

施工方法：初擰—用力矩扳手擰至終擰力矩的30%~50%，使板件貼緊密；終擰—初擰基礎上，按100%設計終擰力矩擰緊。特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）施工方法：初擰—擰至終擰力矩的60%~80%；終擰—初擰基礎上，以扭斷螺栓桿尾部為準。特點：施工簡單、技術要求低易實施、質(zhì)量易保證等高強度螺栓的施工要求：

由于高強度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預拉力，因此施工要求較嚴格：1）終擰力矩偏差不應大于±10%；2）如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應更換；3）擰固順序先主后次，且當天安裝，當天終擰完。如工字型梁為：上翼緣→下翼緣→腹板。2、高強度螺栓預拉力的確定

高強度螺栓預拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強度確定的，并考慮了以下修正系數(shù)：考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.9；為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強度的降低除以系數(shù)1.2。附加安全系數(shù)0.9。因此，預拉力：Ae—螺紋處有效截面積；fu—螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；8.8級，取fu=830N/mm2，

10.9級，取fu=1040N/mm23、高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)μ摩擦型高強度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（P）和板件間的抗滑移系數(shù)μ

；板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構件鋼號有關，其大小隨板件間的擠壓力的減小而減小；規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數(shù)μ,如下表噴砂除銹作業(yè)4、高強度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力(1)抗剪連接工作性能受力過程與普通螺栓相似，分為四個階段：摩擦傳力的彈性階段、滑移階段、栓桿傳力的彈性階段、彈塑性階段。但比較兩條N—δ曲線可知，由于高強度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個階段遠遠大于普通螺栓。高強度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2A、對于高強度螺栓摩擦型連接，其破壞準則為板件發(fā)生相對滑移，因此其極限狀態(tài)為1點而不是4點，所以1點的承載力即為一個高強度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力：NδO12341234高強度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9—抗力分項系數(shù)γR的倒數(shù)(γR=1.111);nf—傳力摩擦面數(shù)目;

μ--摩擦面抗滑移系數(shù);P—預拉力設計值.（2）、抗剪連接單栓承載力B、對于高強度螺栓承壓型抗剪連接，允許接觸面發(fā)生相對滑移，破壞準則為連接達到其極限狀態(tài)4點，所以高強度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計算方法與普通螺栓相同。NδO12341234高強度螺栓普通螺栓單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：5、高強螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力螺栓安裝完畢后，當外拉力N=0時，螺栓只受到預緊力P作用，板疊受到壓力C作用，P=C，螺栓伸長，板疊壓縮；當外拉力為Nt時，板件有被拉開趨勢，板件間壓力C減小為Cf，△C=C-Cf，栓桿拉力P增加為Pf，△P=Pf–P

，且有Pf=Nt+Cf，變形協(xié)調(diào)條件為：NPCP+△P=PfC-△C=CfNtAb—栓桿截面面積；Ap—板件擠壓面面積；δ—板疊厚度。由此式可得下面考察Nt取不同值時Pf和Cf的變化當Nt=0.8P時當Nt=1.1P時顯然栓桿的拉力增加不大。另外，試驗證明，當栓桿的外加拉力大于P時，卸載后螺栓桿的預拉力將減小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當Nt不大于0.8P時，則無松弛現(xiàn)象，這時Pf=1.07P，可認為螺桿的預拉力不變，且連接板件間有一定的擠壓力保持緊密接觸，所以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：A、摩擦型高強度螺栓的單栓抗拉承載力為：上式未考慮橇力的影響，當考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力Pf與Nt的關系曲線如圖：Nt≤0.5P時，橇力Q=0；Nt≥0.5P后，橇力Q出現(xiàn)，增加速度先慢后快。橇力Q的存在導致連接的極限承載力由Nu降至Nu’。所以，如設計時不考慮橇力的影響,應使Nt≤0.5P或增加連接板件的剛度（如設加勁肋）。30025020015010050050100150200250300Pf(KN)Nu’NuNt(KN)2NNNQQ19518.8級M22P=150KNQ有橇力時的螺栓破壞無橇力時的螺栓破壞B、承壓型高強度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破壞準則為螺栓桿被拉斷，故計算方法與普通螺栓相同，即：式中：Ae--螺栓桿的有效截面面積；

de--螺栓桿的有效直徑；

ftb—高強度螺栓的抗拉強度設計值。上式的計算結果與0.8P相差不多。（1）高強度螺栓摩擦型連接盡管當Nt≤P時，栓桿的預拉力變化不大，但由于μ隨Nt的增大而減小，且隨Nt的增大板件間的擠壓力減小，故連接的抗剪能力下降。規(guī)范規(guī)定在V和N共同作用下應滿足下式：6、高強度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和單栓承載力（2）高強度螺栓承壓型連接

對于高強度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計算方法與普通螺栓相同。為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：系數(shù)1.2是考慮由于外拉力的存在導致高強度螺栓的承壓承載力降低的修正系數(shù)。二、高強度螺栓群的抗剪計算1、軸心力作用假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數(shù)：對于摩擦型連接：對于承壓型連接：NNNNbtt1b1

高強度螺栓群軸心力作用下,為了防止板件被拉斷尚應進行板件的凈截面驗算.A、高強度螺栓摩擦型連接主板的危險截面為1-1截面。11考慮孔前傳力50%得：1-1截面的內(nèi)力為：NNbtt1b1拼接板的危險截面為2-2截面。22考慮孔前傳力50%得：2-2截面的內(nèi)力為：B、高強度螺栓承壓型連接的凈截面驗算與普通螺栓的凈截面驗算完全相同。2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下

計算方法與普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力F作用下每個螺栓受力：扭矩T作用下：由此可得螺栓1的強度驗算公式為:三、高強度螺栓群的抗拉計算1、軸心力作用假定各螺栓均勻受力，故所需螺栓數(shù)：N2、彎矩作用下

由于高強度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預拉力P，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認為是一個整體,所以假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側螺栓受力最大。MMM1234y1y2N1N2N3N4受壓區(qū)中和軸由力學可得：因此，設計時只要滿足下式即可：3、偏心拉力作用下

偏心力作用下的高強度螺栓連接，螺栓最大拉力不應大于0.8P，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用以下方法（疊加法）計算:Ne1234M=N?eNy1y2N1N2N3N4中和軸M作用下N作用下四、高強度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的連接計算NV單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的拉力：1234NVN作用下V作用下Ⅱ、對于高強度螺栓承壓型連接應滿足：Ⅰ、對于高強度螺栓摩擦型連接應滿足：所以：五、高強度螺栓群在拉力、彎矩和剪力共同作用下的

連接計算1、采用高強度螺栓摩擦型連接時

1號螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述應滿足：MNV1234M=N?eNy1y2N1N2N3N4中和軸M作用下N作用下VV作用下

對于高強度螺栓摩擦型連接，在拉力和剪力共同作用下，單栓抗剪承載力如前所述為：單個螺栓所受的剪力：上式中:2、采用高強度螺栓承壓型連接時螺栓的強度計算公式：單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的最大拉力：MNV1234M=N?eNy1y2N1N2N3N4中和軸M作用下N作用下VV作用下三種螺栓的異同點連接可以承