鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接課件

第5章鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)--原理與設計中南大學土木工程學院歐陽震宇第5章鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)--原理與設計中南大學5.1螺栓連接概述2023/10/65.1螺栓連接概述2023/8/4精制螺栓粗制螺栓代號A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.6級和4.8級加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm抗剪性能好較差經(jīng)濟性能價格高價格經(jīng)濟用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機械結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時固定1.普通螺栓連接2023/10/6精制螺栓粗制螺栓代號A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級2.高強度螺栓連接高強度螺栓是高強螺桿和配套螺母、墊圈的合稱。由45號、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過熱處理加工而成。

45號－8.8級；40B和20MnTiB－10.9級（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓2023/10/6

（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓2.高強度螺栓連接高強度螺栓是高強螺桿和配套螺母、墊圈的合高強度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓承壓型連接傳力機理利用預拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的摩擦力，外力通過摩擦力來傳遞允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺孔之間的承壓來傳力栓孔直徑＝螺桿的公稱直徑+1.5～2.0mm＝螺桿的公稱直徑+1.0～1.5mm特點剪切變形小，彈性性能好，特別適用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)2023/10/6高強度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較高強度螺栓摩擦型連接高強鉚釘連接及特點

鉚釘連接是用一端帶有半圓形預制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅迅速插入被連接件的釘孔中，再用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，使連接達到緊固。缺點費工費料、勞動強度高。目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應用。優(yōu)點傳力可靠，塑性、韌性好，動力性能好2023/10/6鉚釘連接及特點鉚釘連接是用一端帶有半圓形預制釘頭連接方法優(yōu)點缺點焊接對幾何形體適應性強，構(gòu)造簡單，省材省工，易于自動化，工效高。焊接殘余應力大且不易控制，焊接變形大。對材質(zhì)要求高，質(zhì)量檢驗工作量大。鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力荷載好。

費鋼、費工。目前很少采用普通螺栓連接裝卸便利，設備簡單螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大。高強螺栓連接加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好。摩擦面處理，安裝工藝略為復雜，造價略高主要連接方法及優(yōu)缺點2023/10/6連接方法優(yōu)點缺點焊接對幾何形體適應性強，構(gòu)造螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.6級和4.8級加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm受力特點抗剪差、抗拉好抗剪抗拉均好經(jīng)濟性能價格高價格經(jīng)濟用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機械設備用）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時固定§5.2普通螺栓連接的構(gòu)造注：A、B兩級的區(qū)別只是尺寸不同。A級用于d≤24mm,l≤150mm的螺栓，B級用于d>24mm,l>150mm

螺栓。

2023/10/6螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類A級和B級C級強度等級5.6級和常用螺栓直徑：d=16，20，24mm，用M表示，如M16。螺栓符號螺栓孔為d0=d+1.5～3mm2023/10/6M12、M16大1.5mm；

M18、M20、M22

、M24大2mm；

M27、M30大3mm常用螺栓直徑：d=16，20，24mm，用M表示，如M16。5.2.1螺栓的排列和構(gòu)造要求

螺栓的排列應簡單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯列排列兩種。圖5.2.1螺栓的排列方式1.螺栓的排列并列方式比較簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對構(gòu)件截面的削弱較大；錯列方式可以減小螺栓孔對截面的削弱，但螺栓空排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大。2023/10/65.2.1螺栓的排列和構(gòu)造要求螺栓的排列應簡單、統(tǒng)(1)受力要求

下限：防止孔間板破裂≥3d0上限：防止板間張口和鼓曲。b）螺孔中心距限制a）端距限制——防止孔端鋼板剪斷，≥2d0

；中心距太大<2d端距過?。?）構(gòu)造要求

螺栓的中距及邊距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。（3）施工要求

要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動扳手，擰緊螺母。2023/10/6(1)受力要求下限：防止孔間板破裂≥3d端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距中距邊距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0邊距規(guī)范規(guī)定：螺栓的最大、最小容許間距，排列螺栓時宜按最小容許間距取用，且宜取5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸；最大容許間距一般只在起連系作用的構(gòu)造連接中采用。2023/10/6端距邊距1.5d02d02d01.5d03d0端距端距端距中2023/10/62023/8/4為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩個永久螺栓；2.螺栓的其它構(gòu)造要求直接承受動荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動；C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：①承受靜載或間接動載的次要連接；②承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；③臨時固定構(gòu)件的安裝連接。沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應適當加大剛度，以減小撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。2023/10/6為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩5.3普通螺栓連接（根據(jù)受力形式）

螺栓連接的受力形式分為：A：只受剪力；B：只受拉力；C:同時受剪力和拉力作用。

FFA剪力螺栓NB拉力螺栓C剪力和拉力共同作用受力垂直螺桿，承剪連接件有錯動趨勢受力平行螺桿，承拉連接件有脫開趨勢2023/10/65.3普通螺栓連接（根據(jù)受力形式）螺栓連接的受力形NδO1234NNabNN/2N/2對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移δ與作用力N的關系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段1.受剪連接的工作性能

(1)摩擦傳力的彈性階段(0~1段)

直線段—連接處于彈性狀態(tài)；該階段較短—摩擦力較小。(2)滑移階段(1~2段)

克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的間隙，表現(xiàn)在曲線上為水平段。

2023/10/6NδO1234NNabNN/2N/2對圖示螺栓連接做抗剪試驗NδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的彈性階段(2~3段)

該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導致的板件間摩擦力的增大，N-δ關系以曲線狀態(tài)上升。

(4)彈塑性階段(3~4段)

達到‘3’后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞?！?’點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。2023/10/6NδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的彈性階段(螺桿被剪斷；b)連接件孔壁擠壓破壞；c)鋼板拉斷；d)鋼板沖剪破壞；e)螺桿彎曲破壞。2.受剪螺栓的破壞形式a)AB栓桿較細而板件較厚時b)BA栓桿較粗而板件較薄時c)A截面削弱過多d)35o35oa1A端矩過小時；端矩≥2d0e)A板過厚螺栓桿過長；栓桿長度＜5da)、b)、c)通過計算解決d)、e)通過構(gòu)造解決2023/10/6螺桿被剪斷；b)連接件孔壁擠壓破壞；c)鋼板拉斷；2.單個剪力螺栓的設計承載力：受剪承載力設計值：承壓承載力設計值：d3.單個普通螺栓的受剪計算

剪力螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:（3.5.1）（3.5.2）

假定螺栓受剪面上的剪應力均勻分布；假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布驗算：2023/10/6nv-----剪面數(shù)目d----螺栓直徑單個剪力螺栓的設計承載力：受剪承載力設計值：承壓承載力設計值受剪承載力設計值：承壓承載力設計值：t1<t2

,Σt=t1t1t2t1t2t3t2<t1+t2

,Σt=t2d+b<a+c+e

,Σt=b+d螺栓直徑承壓設計強度剪面數(shù)目螺栓抗剪設計強度承壓構(gòu)件一側(cè)總厚度的較小值2023/10/6受剪承載力設計值：承壓承載力設計值：t1<t2,Σt=N/2Nl1N/2試驗證明,栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿螺栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。

當l1≤15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力趨于相同，故設計時假定N由各螺栓平均分擔。4.普通螺栓群抗剪連接計算（1）普通螺栓群軸心受剪計算

連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為：(3.5.3)平均值螺栓的內(nèi)力分布彈性階段塑性階段2023/10/6N/2Nl1N/2試驗證明,栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿ECCS我國規(guī)范試驗曲線8.8級

M221.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布當連接長度l1>15d0(d0為孔徑)時，各個螺栓內(nèi)力難以均勻，端部螺栓受力最大首先破壞，然后依次破壞。由試驗可得連接的抗剪強度折減系數(shù)

與l1/d0的關系曲線。則連接所需栓數(shù)：(3.5.5)因此《規(guī)范》采用承載力折減系數(shù)

考慮螺栓群受力不均。2023/10/6ECCS我國規(guī)范試驗曲線1.010203FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2）普通螺栓群偏心受剪F作用下每個螺栓受力：基本假設①連接件絕對剛性,螺栓彈性；②

T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓剪力大小與螺栓至形心的距離ri成正比，方向與它和形心的連線垂直。V=FT=Fe2023/10/6FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2）普（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’號螺栓所受剪力最大（r1最大）。根據(jù)平衡條件得：（c）將（c）式代入（a），得用N1T表達的T式：

由各螺栓剪力與r成正比：（b）由各剪力都用N1表示：2023/10/6（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’螺栓1離形心最遠是危險螺栓,最大剪力N1T:將N1T它分解為水平和豎直分力：（3.5.8）xi—第i個螺栓中心的x坐標，yi—第i個螺栓中心的y坐標yoxx11r1y1(3.5.7)驗算剪力最大螺栓:（3.5.9）此時計算F作用下的螺栓內(nèi)力時，不需考慮長接頭的折減系數(shù)2023/10/6螺栓1離形心最遠是危險螺栓,最大剪力N1T:將N1T它分解為yoxx11r1y1如果y1≥3x1，則可假定xi=0

。由此得N1Ty=0，則計算式為：（3.5.10）如果x1≥3y1，則可假定yi=0

。由此得N1Tx=0，則計算式為：（3.5.10）2023/10/6yoxx11r1y1如果y1≥3x1，則可假定xi=0。5.3.2普通螺栓的受拉連接1.普通螺栓受拉的工作性能b)試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范將螺栓的抗拉強度設計值降低20％來考慮撬力的影響，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強度設值）。a)

螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢（杠桿作用），使螺桿中的拉力增加（撬力Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬力越大。

圖3.5.6受拉螺栓的撬力2023/10/65.3.2普通螺栓的受拉連接1.普通螺栓受拉的工作性能bc)

在構(gòu)造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如設加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。加勁肋圖5.5.7翼緣加強的措施2.單個普通螺栓受拉承載力（5.5.11）Ntb——單個螺栓抗拉承載力；Ae——螺栓螺紋處的有效面積；de——螺栓有效直徑；附表9.2(P455)ftb

——螺栓的抗拉強度設計值。ftb

＝0.8f假定拉應力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，則一個拉力螺栓的承載力設計值：2023/10/6c)在構(gòu)造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用dedndmd螺栓的有效截面面積因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標準?。?023/10/6dedndmd螺栓的有效截面面積2023/8/4NNbtt1b111軸心受力構(gòu)件采用螺栓連接時按最危險的凈截面計算。NNtt1bc2c3c4c111ⅡⅡt≤2t1螺栓并列布置按最危險的正交截面（Ⅰ－Ⅰ）計算：螺栓錯列布置可能沿正交截面（Ｉ－Ｉ）破壞，也可能沿齒狀截面（Ⅱ－Ⅱ）破壞，取截面的較小面積計算：2023/10/6NNbtt1b111軸心受力構(gòu)件采用螺栓連接時按最危險的凈截（1）栓群軸心受拉

當外力通過螺栓群形心時，一般假定每個螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：（3.5.13）（3.5.11）3.普通螺栓群受拉N2023/10/6（1）栓群軸心受拉當外力通過螺栓群形心時，一般假定每M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸(2）栓群承受彎矩作用M作用下螺栓連接按彈性設計，其假定為：

①連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；②螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各螺栓所受拉力與其至中和軸的距離成正比。2023/10/6M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1NM刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸顯然‘1’號螺栓在M作用下所受拉力最大由力學及假定可得：2023/10/6M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設計時只要滿足下式即可：螺栓i的拉力:

即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過一個螺栓的抗拉承載力設計值M12342023/10/6m——螺栓的總列數(shù)yi——第i個螺栓至中和軸的距離其中：將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設計時只要滿足圖3.5.10螺栓群偏心受拉刨平頂緊承托(板)NeV(3）栓群偏心受拉①小偏心受拉

當M/N較小時，所有螺栓均承受拉力作用，我們假定構(gòu)件B繞螺栓群的形心O轉(zhuǎn)動。螺栓群的最大和最小螺栓受力為：（5.5.15a）（5.5.15b）當

Nmin>0

，e<ρ則表示所有螺栓受拉，螺栓群繞形心軸旋轉(zhuǎn)。

——螺栓有效截面組成的核心矩2023/10/6圖3.5.10螺栓群偏心受拉刨平頂緊承托(板)NeV(②大偏心受拉

當Nmin<0

時，由于M/N較大，e>ρ，構(gòu)件B繞A點（底排螺栓）旋轉(zhuǎn)趨勢，偏于安全考慮，我們假定中和軸位于最下排螺栓O’處，受拉力最大的螺栓要求滿足：（5.5.16）O’2023/10/680年代設計方法，考慮N和M共同作用：顯然：

故現(xiàn)行設計方法更為簡單安全②大偏心受拉（5.5.16）O’2023/8/480年代設5.3.3剪－拉螺栓群的計算

同時承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種可能破壞形式：一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。圖5.5.12剪－拉聯(lián)合作用的螺栓圖5.5.13剪力和拉力的相關曲線試驗研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨作用的承載力，所得的相關關系近似為圓曲線。2023/10/65.3.3剪－拉螺栓群的計算同時承受剪規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應分別符合下列公式的要求：

驗算剪-拉聯(lián)合作用：（5.5.17）（5.5.18）驗算孔壁承壓：Nvb——單個螺栓抗剪承載力設計值；Ncb——單個螺栓承壓承載力設計值Ntb——單個螺栓抗拉承載力設計值；Nv

、Nt——單個螺栓承受的最大剪力和拉力設計值。2023/10/6規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應分別符合下例5.7驗算如圖所示，普通螺栓連接。N=349.5kN，M=17.475kN.m。M22，B級，鋼材Q235。單個螺栓抗拉承載力【解】支托505075757575

506010NM強度驗算先假設小偏心，以眾栓形心計2023/10/6例5.7驗算如圖所示，普通螺栓連接。N=349.5kN，例5.8

驗算如圖所示，普通螺栓連接。V=233kN，

N=349.5kN，M=17.475kNm。M22，B級，鋼材Q235。單個螺栓抗拉承載力【解】強度驗算支托505075757575

6010NMV502023/10/6例5.8驗算如圖所示，普通螺栓連接。V=233kN，N=支托505075757575

6010NMV50先假設小偏心，以眾栓形心計2023/10/6支托5050757575756010NMV50先假設小偏查P524附表1.3，ftb=170N/mm2查P524附表1.3，ftb=170N/mm2例5.10

驗算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強度。普通螺栓4.6級，M22，孔徑24mm。NMoN1N=245kNa)N=245kNo’柱翼緣節(jié)點板端板N1b)

計算模型可為（a圖）或（b圖）。

a圖彎曲轉(zhuǎn)動中心在螺栓群的形心處稱小偏心；b圖彎曲轉(zhuǎn)動中心在端板上1號螺栓處，稱大偏心。

2023/10/6例5.10驗算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強度[計算]

1.內(nèi)力計算N=245kN，e=13cm，M=Ne=245×13=3185kN-cm2.單個螺栓的抗拉承載力：查P524附表1.3，ftb=170N/mm2查P525附表1.4，Ae=303mm2（M22螺栓有效截面面積）3.計算危險螺栓拉力設每排螺栓有兩列，m=2一共6排螺栓，螺栓總數(shù)12，n=12

判斷大小偏心（先計算螺栓群有效截面核心距）：2023/10/6[計算]1.內(nèi)力計算2.單個螺栓的抗拉承載故可判斷：此連接屬大偏心受拉。N=245kNo’柱翼緣節(jié)點板端板N1b)故滿足設計要求2023/10/6構(gòu)件應繞頂排螺栓轉(zhuǎn)動！故可判斷：N=245kNo’柱翼緣節(jié)點板端板N1b)故滿足設例5.11

驗算如圖所示普通螺栓連接強度。螺栓M20，孔徑21.5mm，材料為Q235。

步驟1計算螺栓上的力

N=100×3/5=60kN

V=100×4/5=80kN

分析螺栓受力狀態(tài)荷載P通過螺栓截面形心O，分解后得剪力V和拉力N，螺栓處于既受拉又受剪的狀態(tài)。P=100kN543o[計算]Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN2023/10/6例5.11驗算如圖所示普通螺栓連接強度。螺栓M20，孔

步驟3用相關公式驗算強度

步驟2計算螺栓抗拉、抗剪承載力設計值V=80N=60Nv=20kN＜Ncb=20×20×305×10-3=122kN滿足設計要求Ntb=Aeftb=244.8×170×10-3=41.6kN

Nvb=nv×(

d2/4)×fvb=1×3.14×202/4×130×10-3=31.9kN2023/10/6步驟3用相關公式驗算強度步驟2計算螺栓抗拉§5.4高強度螺栓連接的構(gòu)造和計算5.4.1高強度螺栓的工作性能和構(gòu)造要求強度等級采用鋼材8.8級45號鋼、40B鋼10.9級20MnTiB鋼、35VB鋼按材料分類按受力特征分類受力特征承載力極限狀態(tài)安裝孔徑應用特點摩擦型外力達到板件摩擦力d0=d+1.5~2

剪切變形小，耐疲勞，動載下不易松動承壓型外力超過摩擦力栓桿受剪板件承壓d0=d+1.0~1.5承載力比摩擦型大，剪切變形大，一般不用于直接動載情況2023/10/6§5.4高強度螺栓連接的構(gòu)造和計算5.4.1高強度1.高強度螺栓連接工作性能1)抗剪連接工作性能由于高強度螺栓連接有較大的預拉力，從而使被連接件中有很大的預壓力，當連接受剪時，主要依靠摩擦力傳力的高強度螺栓連接的抗剪承載力可達到1點。通過1點后，連接產(chǎn)生了滑移，當栓桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞。高強度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2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，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。對于高強度螺栓承壓型連接，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。2023/10/61.高強度螺栓連接工作性能1)抗剪連接工作性能由于高強度螺2）高強度螺栓的抗拉工作性能圖3.6.1高強度螺栓受拉P+

PC－

Ca)b)高強度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預拉力P，板層之間則有壓力C，而P與C維持平衡C=P

(狀態(tài)a)。加荷載拉力Nt后，螺栓拉力從P增加了

P，板件擠壓力則由C減小了

C(狀態(tài)b)。2023/10/62）高強度螺栓的抗拉工作性能圖3.6.1高強度螺栓受拉P30025020015010050050100150200250300Pf(kN)Nu’NuNt(kN)Q有橇力時的螺栓破壞無橇力時的螺栓破壞計算表明，當螺桿的外拉力Nt為預拉力P的80％時，螺桿內(nèi)的拉力增加很少，可以認為此時螺桿的預拉力基本不變。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）。直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)外拉力不宜超過0.5P2023/10/630050100150200（1）高強度螺栓預拉力的建立方法2.高強度螺栓連接的構(gòu)造要求①大六角頭螺栓的預拉力控制方法有：

a.力矩法

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。為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強度度螺栓的預拉力P的準確控制非常重要。b.轉(zhuǎn)角法

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。2023/10/6（1）高強度螺栓預拉力的建立方法2.高強度螺栓連接的構(gòu)造要求②

扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）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。2023/10/6②扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）初擰——擰至終擰力矩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/mm2（2）高強度螺栓預拉力的確定高強螺栓的預拉力設計值由下式確定

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。由于高強度螺栓材料無明顯的屈服點，用抗拉強度fu代替fy的附加安全系數(shù)0.9。2023/10/6Ae—螺紋處有效截面積；（2）高強度螺栓預拉力的確定高強螺栓螺栓的性能等級螺栓公稱直徑（mm）M16M20M22M24M27M308.8級8012515017523028010.9級100155190225290355表5.6.1高強螺栓的預拉力P(GB50017)表3.6.2高強度螺栓的預拉力P(GB50018)螺栓的性能等級螺栓公稱直徑（mm）M12M14M168.8級45608010.9級55751002023/10/6螺栓的性能等級螺栓公稱直徑（mm）M16M20M2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

；（3）高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)

連接處接觸面處理方法構(gòu)件的鋼號Q235Q345Q420噴砂噴砂后涂無機富鋅漆噴砂后生赤繡鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面0.450.350.450.300.500.400.500.350.500.400.500.40表5.6.3摩擦面抗滑移系數(shù)

值板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號有關，其大小隨板件間的擠壓力的減小而降低；2023/10/6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

試驗證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于0.15，故摩擦面應嚴禁涂紅丹。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。2023/10/6試驗證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數(shù)小于0.15.4.2高強度螺栓摩擦型連接計算1.受剪連接承載力

一個摩擦型連接高強度螺栓抗剪承載力設計值:

0.9—抗力分項系數(shù)

R的倒數(shù)(

R=1.111);

nf—傳力摩擦面數(shù)目;

—摩擦面抗滑移系數(shù);

P—預拉力設計值.2.受拉連接承載力

單個摩擦型連接高強度螺栓抗拉承載力設計值:2023/10/65.4.2高強度螺栓摩擦型連接計算1.受剪連接承載力一3.同時承受剪力和拉力連接的承載力盡管當Nt≤P

時，栓桿的預拉力變化不大，但由于

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。實驗結(jié)果表明，外加剪力和拉力與高強螺栓的受拉、受剪承載力設計值之間為線性關系，故規(guī)范規(guī)定在V和N共同作用下應滿足下式：2023/10/63.同時承受剪力和拉力連接的承載力盡管當Nt≤P時，栓桿的5.4.3高強度螺栓承壓型連接計算1.受剪連接承載力高強度螺栓承壓型連接的計算方法與普通螺栓連接相似。受剪承載力：單栓抗剪承載力：承壓承載力：承壓型連接高強螺栓，Ntb應按普通螺栓的公式計算。但抗拉強度設計值不同，取

ftb=0.48fub。2.受拉連接承載力（3.5.11）2023/10/65.4.3高強度螺栓承壓型連接計算1.受剪連接承載力高強度圖5.2.3摩擦型高強螺栓孔前傳力對于高強螺栓的摩擦型連接，可以認為連接傳力所依靠的摩擦力均勻分布于螺孔四周，故在孔前接觸面已傳遞一半的力（50％），因此最外列螺栓處危險截面的凈截面強度應按下式計算：高強度螺栓摩擦型連接的構(gòu)件，除按上式驗算凈截面強度外，尚需按式(6.2.1)驗算毛截面強度。（6.2.1）2023/10/6圖5.2.3摩擦型高強螺栓孔前傳力對于高強螺栓的摩擦型連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)。3.同時承受剪力和拉力連接的承載力

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。2023/10/6為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：系數(shù)1.2是5.4.4高強螺栓群連接的計算（1）軸心受剪圖3.6.3軸心受剪設一側(cè)的螺栓數(shù)為n，平均受剪，承受外力N。軸力通過螺栓群的形心，所需螺栓數(shù)目：

Nbmin——相應連接類型單個高強螺栓抗剪承載力