钢结构课件：螺栓连接计算学习教案.pptx
钢结构课件：螺栓钢结构课件：螺栓(lushun)连接计算连接计算第一页，共87页。二、螺栓连接的构造(guzo)要求 除了(ch le)螺栓的最大和最小距离外，还应当满足构造要求。 （1）杆件每一拼接端永久螺栓数不宜少于2个。格构式柱除外。 （2）对承受动力荷载的普通螺栓应采用双螺母或其它放松动措施。 （3）C级螺栓主要用于受轴拉或次要连接、可拆卸构件。 （4）不能用型钢作为高强度螺栓的拼接构件。 （5）高强度螺栓的连接范围处理应当加以说明。 （6）当采用法兰连接的构件端板，应当加强其刚度。第1页/共86页第二页，共87页。1 1、单个螺栓、单个螺栓(lushun)(lushun)受剪破坏试验受剪破坏试验受力过程见图：摩擦传力，滑移受力过程见图：摩擦传力，滑移(hu y)，螺杆传力，弹塑性破坏，螺杆传力，弹塑性破坏第2页/共86页第三页，共87页。单个螺栓(lushun)的破坏形态：螺栓(lushun)被剪断第3页/共86页第四页，共87页。单个螺栓的破坏(phui)形态剪断：板被拉断第4页/共86页第五页，共87页。单个螺栓的破坏(phui)形态剪断：板端被拉豁第5页/共86页第六页，共87页。a)ABb)BAc)Ad)a13535Ae)A 单个螺栓的破坏单个螺栓的破坏(phui)形态形态(1)螺栓直径小，连接板厚，螺杆剪切破坏螺栓直径小，连接板厚，螺杆剪切破坏(phui)(2)螺栓直径大，连接板薄，孔壁挤压破坏螺栓直径大，连接板薄，孔壁挤压破坏(phui)(3)螺栓孔径大，连接板削弱多，连接板受拉破坏螺栓孔径大，连接板削弱多，连接板受拉破坏(phui)(4)连接板端距小，冲切破坏连接板端距小，冲切破坏(phui)(5)连接板厚，螺杆长，螺杆弯曲破坏连接板厚，螺杆长，螺杆弯曲破坏(phui)第6页/共86页第七页，共87页。综上所述：在普通螺栓的抗剪连接中需要计算的内容主要有三项：综上所述：在普通螺栓的抗剪连接中需要计算的内容主要有三项：（1）保证螺栓杆不被剪断；）保证螺栓杆不被剪断；（2）保证螺栓孔壁不会因承压而破坏；）保证螺栓孔壁不会因承压而破坏；（3）构件）构件(gujin)有足够的净截面强度，不被拉断。（实质上属于构件有足够的净截面强度，不被拉断。（实质上属于构件(gujin)破坏）破坏） 当有螺栓孔削弱，除上述构件当有螺栓孔削弱，除上述构件(gujin)被拉断外，还有一种使构件被拉断外，还有一种使构件(gujin)破坏的可能性，如图所示：这类破坏方式被成为块状拉剪破坏（破坏的可能性，如图所示：这类破坏方式被成为块状拉剪破坏（block shear failure）。这类破坏在过去并不注意，现在在设计规范中已经明确要求计算。（钢结构设计规范）。这类破坏在过去并不注意，现在在设计规范中已经明确要求计算。（钢结构设计规范）第7页/共86页第八页，共87页。2 2、单个螺栓抗剪承载力、单个螺栓抗剪承载力(1)(1)单剪、双剪单剪、双剪(2)(2)螺杆剪切破坏：假设剪应力均匀分布，计算螺杆剪切破坏：假设剪应力均匀分布，计算(j sun)(j sun)平均剪应力平均剪应力bvbNfA24bdA当为双剪时当为双剪时224bdA d d 螺杆直径（公称直径，常用螺杆直径（公称直径，常用1616、2020、2222、2424等）等） fvb fvb 螺栓螺栓(lushun)(lushun)抗剪设计强度，附表抗剪设计强度，附表1.31.3。第8页/共86页第九页，共87页。图3-70 螺栓(lushun)的承压面实际承压面实际承压面计算承压面计算承压面实际的实际的bc假定的假定的bct1t2螺杆螺杆(lu n)抗剪承载力抗剪承载力24bbbvbvvvdNA fnf(3) 孔壁挤压孔壁挤压(j y)承载力承载力 t连接件最小承压总厚度连接件最小承压总厚度 fcb螺栓承压设计强度，见附表螺栓承压设计强度，见附表1.3 1.3 bbccNdt f(4) 单个螺栓的受剪最大承载能力单个螺栓的受剪最大承载能力minmin,bbbvcNNN即上两式中取较小值为单个螺栓抗剪的最大承载能力。即上两式中取较小值为单个螺栓抗剪的最大承载能力。第9页/共86页第十页，共87页。N/2N/2N/3N/3N/3acbde受剪计算受剪计算(j sun)中：中： Nvb计算计算(j sun)式中的受剪面数式中的受剪面数nv ，即上图中，即上图中nv =4。 承压计算承压计算(j sun)中：中： Ncb计算计算(j sun)式中式中t 取取 a+b+c和和d+e 之间的最小值。之间的最小值。注意注意(zh y)：对于下图所示螺栓连接对于下图所示螺栓连接问题：在受剪计算中，对于螺杆的值问题：在受剪计算中，对于螺杆的值d是否应当按螺纹处的值计算？是否应当按螺纹处的值计算？ 不需要。因为，规范中关于普通螺栓的抗剪强度设计值，是由试验得到的，而在制定规范时，没有区分作用位置。不需要。因为，规范中关于普通螺栓的抗剪强度设计值，是由试验得到的，而在制定规范时，没有区分作用位置。第10页/共86页第十一页，共87页。3 3、螺栓群受轴心、螺栓群受轴心(zhu xn)(zhu xn)力作用力作用NN+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +l1l1NN第11页/共86页第十二页，共87页。 （1 1）基本）基本(jbn)(jbn)假定假定（2 2）目标）目标 确定螺栓确定螺栓(lushun)(lushun)数目数目n n和排列或者已知螺栓和排列或者已知螺栓(lushun)(lushun)数量和排列验算螺栓数量和排列验算螺栓(lushun)(lushun)群。群。 当当l115do时，剪力均匀分布，螺栓时，剪力均匀分布，螺栓(lushun)群抗剪承载力群抗剪承载力N+ + + + + + + + + + + + + + + + l1NminbNnN 不计螺杆弯曲和受拉变形、不计板间磨擦；不计螺杆弯曲和受拉变形、不计板间磨擦； 所有螺栓均匀受力（考虑塑性和连接长度所有螺栓均匀受力（考虑塑性和连接长度l1 11515倍螺孔直径倍螺孔直径d d0 0）；）； 轴心力（外力）通过螺栓群中心。轴心力（外力）通过螺栓群中心。但当螺栓分布较长时，螺栓受力不均匀。但当螺栓分布较长时，螺栓受力不均匀。第12页/共86页第十三页，共87页。 当当l115do时，剪力非均匀分布，螺栓时，剪力非均匀分布，螺栓(lushun)群抗剪承载力下降群抗剪承载力下降为折减系数为折减系数(xh)(xh)minbNnN101.10.7150ld 另外应当注意，在出现下列工作另外应当注意，在出现下列工作(gngzu)状况时，规范规定螺栓的数量应当增加：状况时，规范规定螺栓的数量应当增加： （1）一个构件借助于填板或其他中间板件与另一个构件连接时，其连接螺栓（不包括摩擦型连接的高强度螺栓）应按计算增加）一个构件借助于填板或其他中间板件与另一个构件连接时，其连接螺栓（不包括摩擦型连接的高强度螺栓）应按计算增加10%。 n1.1n第13页/共86页第十四页，共87页。（2）搭接接头或用拼接板单面连接的，由于容易弯曲，螺栓联接数（不包括摩擦）搭接接头或用拼接板单面连接的，由于容易弯曲，螺栓联接数（不包括摩擦(mc)型连接的高强度螺栓），应按计算增加型连接的高强度螺栓），应按计算增加10%。 （3）在构件端部连接中，当利用短角钢与型钢（角钢、槽钢）在构件端部连接中，当利用短角钢与型钢（角钢、槽钢(co n)等）的外伸肢相连以缩短连接长度时，在短角钢两肢中的任一肢上所用的螺栓数目应当增加计算数的等）的外伸肢相连以缩短连接长度时，在短角钢两肢中的任一肢上所用的螺栓数目应当增加计算数的50%。 1.1n1.1n1.1n第14页/共86页第十五页，共87页。（3 3） 净截面净截面(jimin)(jimin)强度计算强度计算nNfA式中：N 为所受的轴力； f 为材料抗拉强度设计值； An 为杆件截面(jimin)的净截面(jimin)面积第15页/共86页第十六页，共87页。NN+ + + + + + + + +NNNN/2连接板受力变化图连接板受力变化图 当螺栓(lushun)为并列排列NN1N2N/nn1N1 =NN2 =N-N/nn1N1NN1 =NN2 =N-N/nn1第16页/共86页第十七页，共87页。验算验算(yn sun)公式公式0()niiAbnd tin iNfA Ni 连接件第i截面上的轴力Ani 连接件第i截面的净截面面积 f 连接板钢材抗拉强度设计值 b 截面宽 ni 截面上的螺栓(lushun)数 d0 螺孔直径 t 板厚 注意注意(zh y)计算截面！计算截面！ 螺栓为错列排列时的验算螺栓为错列排列时的验算NN+ + + + + + + + +e4e46e1e22211第17页/共86页第十八页，共87页。NN+ + + + + + + + +e4e46e1e22211 除对1-1截面(jimin)（绿线）验算外，还应对2-2截面(jimin)（粉红）进行比较验算。因此，在进行该连接的净截面(jimin)强度计算时，其中Ani应取An1和An2中的较小值。2-2分红线总长：2242122(1)eneen2粉红(fnhng)线截面上的螺孔数 扣除螺孔直径后：224212202(1)eneen d2224212202(1)nAeneen d t这样(zhyng)在2-2截面的净截面面积为：第18页/共86页第十九页，共87页。 例3-8 设计(shj)两角钢用C级螺栓拼接，已知角钢L90X6,轴力N=175kN,拼接角钢与构件型号相同，材料Q235A,螺栓直径d =20mm，孔径d0=21.5mm解：22201404444bbVvvdNnfkNn = 175/36.6=4.8个，取不少(b sho)于5个。同时给出角钢的展开形状及螺栓(lushun)孔布置，见右图螺栓布置按错列布置，布置图见上。（1）计算一个螺栓的承载能力设计值90 80 90 90 80 90 50 80 80 80 50 50 80 80 80 50 530 10 56 34 50 53 34 34 53 20 6 30536.6bbccNdtfkN 单个螺栓的最大承载能力：maxmin,36.6bbbccNNNkN（2）需要螺栓数目第19页/共86页第二十页，共87页。 由于本题采用角钢拼接，拼接角钢与构件是相同(xin tn)的，所以计算拼接角钢与计算构件相同(xin tn)。由型钢(xnggng)表查出角钢的毛截面积 A=1064mm2 扣除(kuch)螺孔直径后：A=A-n1d0t=1064-121.56=940mm2在-截面的净截面面积为：56 34 50 53 34 34 53 （3）构件净截面强度计算（严格地说计算凭借角钢时应当将角钢截面打折，想一想为什么？） 第20页/共86页第二十一页，共87页。所以，角钢的净截面(jimin)强度：322175 10210.8/215/830nNN mmfN mmA扣除(kuch)螺孔直径后：()224212202222(1) 2 342 1401062 21.56830IIAeneen dtmm 再计算-截面(jimin)的净截面(jimin)面积为： 53 34 34 53 满足要求第21页/共86页第二十二页，共87页。 4、螺栓群受扭矩、剪力共同作用计算、螺栓群受扭矩、剪力共同作用计算(j sun)（偏心受剪）（偏心受剪） + + + + + +xyiVT+ + + + + +xyi V第22页/共86页第二十三页，共87页。+=+ + + + + +TV+ + + + + +V状态状态+ + + + + +T状态状态1VyVNn状态状态 (1)基本假设基本假设 连接板件绝对刚性连接板件绝对刚性 螺栓弹性螺栓弹性 螺栓绕螺栓群形心转动螺栓绕螺栓群形心转动(zhun dng)，受力大小与螺栓至形心的距离，受力大小与螺栓至形心的距离r成正比，方向与它和形心的连线垂直。成正比，方向与它和形心的连线垂直。状态状态(zhungti)螺栓群受扭螺栓群受扭n123456oTN12r3r1r第23页/共86页第二十四页，共87页。将（b）式代入（a），得用(dyng)N1表达的T式： 1 12 23 3n nTN rN rN rN r（a）312123nnNNNNrrrr3221311111,nnrrrNNNNNNrrr（b） （2）螺栓(lushun)受力特性（3）剪力计算公式每个螺栓(lushun)承受剪力 Ni 如图n123456oTN12r3r1r由平衡条件：（n个螺栓）判定螺栓1和2是危险螺栓（考虑与V共同作用），由于对称只考虑1号最大剪力N1。由假设，于是，222321 1111111nrrrTN rNNNrrr第24页/共86页第二十五页，共87页。2111niiNTrr1112221niiiiTrTrNxyr（3-61）xi第i个螺栓(lushun)中心的x坐标1111xyNNr1111yxNNr将式（3-61）代入，得把N1沿x、y方向(fngxing)分解，有（4）对式（3-61）的简化(jinhu)yi第i个螺栓中心的y坐标图3-75y1TNoxx11TXN1TYN1r1y1第25页/共86页第二十六页，共87页。1122xTiiTyNxy1122yTiiTxNxy这样可以得到螺栓(lushun)群受剪扭时最大螺栓(lushun)1的合力大小()()122221111min2222xTTVbyyiiiiTyTxVNNNNxyxyn当螺栓群分布在一个(y )狭长带内，如y13x1时，可近似取xi=0，这时()()1222211min2xTVbyiTyVNNNyn第26页/共86页第二十七页，共87页。例3.11 设计(shj)两块钢板用普通螺栓连接的盖板拼接，构件受轴拉力设计(shj)值为 N=325kN，钢材Q235A，粗制螺栓直径d=20mm，板宽360mm，盖板厚6mm，杆件板厚8mm。解：解：1、分析、分析(fnx)计算计算(j sun)螺栓所受的力为剪力螺栓所受的力为剪力本题为设计题，所包含的内容包括：所需的螺栓数，螺栓的布置。本题为设计题，所包含的内容包括：所需的螺栓数，螺栓的布置。NN已知条件为：已知条件为：N=325kN，材料即：，材料即：fvb=140N/mm2，fcb=305N/mm2，d=20mm，t1=8，t2=62、计算单个螺栓的承载能力设计值、计算单个螺栓的承载能力设计值抗剪：抗剪：2220214087964.644bbvvvdNnfN抗压：抗压：20 8 30548800bbccNdtfN 668第27页/共86页第二十八页，共87页。3、设计、设计(shj)需螺栓需螺栓(lushun)数：数：NN螺栓数可以螺栓数可以(ky)6.7即可，所以取即可，所以取7个个螺栓布置如图所示。螺栓布置如图所示。minmin,48.8bbbvcNNNkNmin3256.748.8bNnN个净截面强度净截面强度在在1-1断面：断面：11210()(3602 21.5) 82536nABn d tmm 在在2-2断面：断面：22222(2 804 80505 21.5) 83439nAmm 所以，所以，1-1断面起控制作用：断面起控制作用：32325 10128.2/2536nNN mmA第28页/共86页第二十九页，共87页。例例3.9（与教材上稍有差别）图示牛腿用普通螺栓连接（与教材上稍有差别）图示牛腿用普通螺栓连接(linji)，柱翼缘厚度为，柱翼缘厚度为10mm，连接，连接(linji)板厚度为板厚度为8mm，材料，材料Q235B，F=150kN，粗制螺栓为，粗制螺栓为M22。+ + + + + +xyiNi riFT+ + + + + +xyiNi riF解：解：1、分析、分析(fnx)本题本题(bnt)是验算题是验算题计算单个螺栓抗剪的最大承载能力计算单个螺栓抗剪的最大承载能力2、计算螺栓群、计算螺栓群抗剪：抗剪：抗压：抗压：22 8 30553680bbccNdtfN 2221405321844bbvvvdNnfN minmin,53.218bbbvcNNNkN所以所以 螺栓群如图，为扭剪螺栓群如图，为扭剪60 6050504X80250第29页/共86页第三十页，共87页。+=+ + + + + +TF+ + + + + +F受力受力+ + + + + +T受力受力11501510FyFNkNn状态状态 可以可以(ky)将螺栓受力看为两种受力的叠加：将螺栓受力看为两种受力的叠加：在受力在受力n123456oTN12r3r1r在受力状态在受力状态： 螺栓螺栓(lushun)群受扭，可以计算群受扭，可以计算1号螺栓号螺栓(lushun)作为控制作为控制N1yF1号螺栓号螺栓(lushun)所受力的竖向分量所受力的竖向分量1122222150 250 6013.726010804 1604TyiiTxNkNxy 第30页/共86页第三十一页，共87页。112222215025016036.5860108041604TxiiTyNkNxy()()()2222111136.5813.7215TFTxyyNNNN满足要求=46.51kN3x1，可以(ky)不考虑扭矩的竖向分量。第31页/共86页第三十二页，共87页。二、普通二、普通(ptng)(ptng)螺栓受拉性能螺栓受拉性能第32页/共86页第三十三页，共87页。螺杆螺杆(lu n)拉力拉力 Nt=N+QQ称为撬力，与连接板厚度(hud)和螺栓位置有关。1 1、单个螺栓受拉破坏、单个螺栓受拉破坏(phui)(phui)试验试验a)Pf刚度很大时刚度很大时Pf2Ntb)2NtPfPf刚度较小时刚度较小时QQ加劲加劲肋肋a)b)螺杆受拉，连接板脱开，螺纹处拉断或连接板屈服，螺杆的拉力为：螺杆受拉，连接板脱开，螺纹处拉断或连接板屈服，螺杆的拉力为：为了减小撬力可以设置加劲肋第33页/共86页第三十四页，共87页。 n需要的螺栓(lushun)数 N总外拉力btNnN（3-65） 单个螺栓(lushun)承载能力计算公式 24bbbetettdNA ff de、Ae 分别(fnbi)为单个螺栓有效直径和有效截面积 ，见教材p279，附表7。btNN 验算公式 ftb为螺栓的抗拉强度设计值 当需要确定所需螺栓数时 2、普通螺栓群受轴拉计算（3-66）第34页/共86页第三十五页，共87页。螺栓(lushun)群受力：螺栓(lushun)群受拉弯（加托） 3、普通、普通(ptng)螺栓群受弯拉计算螺栓群受弯拉计算第35页/共86页第三十六页，共87页。螺栓螺栓(lushun)群受力：螺栓群受力：螺栓(lushun)群受拉弯（加托）群受拉弯（加托）第36页/共86页第三十七页，共87页。螺栓(lushun)群受力：螺栓(lushun)群受拉剪（不加托）第37页/共86页第三十八页，共87页。 3、普通螺栓群受弯拉计算（注意：教材(jioci)p82，这部分不十分清楚）+VNeVNM=Ve1234NiV=0NiNy1y4y2y3N1MN2MN3MN4M（c）第38页/共86页第三十九页，共87页。111NMNNN 根据受力分析(fnx)，原节点的受力为受拉与受弯的迭加。 在N作用下的螺栓(lushun)力计算较为简单，为均匀受拉：1NNNnm 这里(zhl)n为螺栓排数，m为螺栓的列数。 在M作用下的螺栓力计算，按图（c）所示受力图：N1NN1MN1VNiNy1y4y2y3N1MN2MN3MN4M（c）1234mn由受力图，受力最大的螺栓为1号螺栓，1号螺栓的受竖向力为零，水平力为：第39页/共86页第四十页，共87页。 在M作用(zuyng)下的螺栓力计算，按图（c）所示受力图：由平衡条件：1121MniiMyNmy 这样计算(j sun)是否正确？444NMNNNN4NN4M 注意(zh y)，对于最下面一排螺栓的受力为NiNy1y4y2y3N1MN2MN3MN4M（c） 可以看螺栓受力4440NMNNN 显然，当最下面一排螺栓的受力负，即：表明最下一排螺栓受压！这是不可能的！说明按图c的受力图是错的。MiiMmNy312123MMMMnnNNNNyyyy第40页/共86页第四十一页，共87页。为此假定最不利的情况：在轴力和力矩的作用下，螺栓(lushun)群绕最下面一排螺栓(lushun)转动。同样假定钢板刚性，螺栓(lushun)弹性。()1112212nnniiiyMNN yN yN ymmN y1212nnNNNyyy 由于螺栓不可能受压，所以上述计算有错。主要问题是假定在力矩M作用下，不可能为图（c）受力图。y1y4y2y3N1MN2MN3MN4M（c）第41页/共86页第四十二页，共87页。1212nnNNNyyy2211yNNy3311yNNy11nnyNNy第42页/共86页第四十三页，共87页。 带入（a）式，22221121111111112nniiyyyymNMNNNNmyyyyy()11212niiMNyNmy1btNN第43页/共86页第四十四页，共87页。111NMN NN 例3-11 图示一屋架节点，竖向力由承托板承受(chngshu)。螺栓为C级，螺栓受偏拉。设N=450kN，e=100mm。解： 思路：先假定力矩对于螺栓群形心旋转，判断最上面(shng min)一排螺栓是否受压，如果出现受压，表明假定有错。则：6号螺栓(lushun)受力666NMNNN 1号螺栓受力螺栓群受力 N+Ne 可以计算1号螺栓()()112222250 1002 100 5025020.833 17.8572.9762 62 250150250iNeyNNkNnmy 第44页/共86页第四十五页，共87页。666NMNNN 由于N1大于零，螺栓受力不出现受压，直接(zhji)可以进行叠加计算受力最大的螺栓，则 6号螺栓(lushun)受力最大16220.833 17.85738.69iNeyNNkNnmy 根据(gnj)反查可得，取M20的螺栓。 需要螺栓的大小为：264bbbete ttdNA ffN644 38.69 100017.02170ebtNdmmf第45页/共86页第四十六页，共87页。111NMNNN()112222250250 200 25020.8335.7114.882 62 250150250iNeyNNkNnmy 例3-13 同上题，但e=200mm解： 这里(zhl)计算1号螺栓需要重新假定。所有的外力矩(l j)绕顶排螺栓（1号）转动11121niiNeyNmy()()2222225020025050051.142 100200300400500kN最后(zuhu)根据N1的大小计算所需螺栓。第46页/共86页第四十七页，共87页。 3、普通螺栓群受拉剪联合作用(zuyng)的计算 图示连接受偏拉及剪力作用，由于没有(mi yu)支托板，剪力由螺栓本身承担即要承担拉力，同时要承担剪力，即螺栓受剪和拉。221VtbbVtNNNN或221VtbbVtNNNN 对于螺栓受拉剪同时作用的承载能力，按实验(shyn)结果可用相关关系计算： 或者，螺栓的破坏是拉和剪共同作用下的破坏。另外螺栓的对孔壁的挤压破坏同时可能出现。第47页/共86页第四十八页，共87页。式中：NV和Nt分别为螺栓(lushun)的拉力和剪力； NVb和Ntb分别为螺栓(lushun)的抗拉强度力和抗剪力强度221VtbbVtNNNN应当注意(zh y)同时需满足：bVcNNNcb是螺栓(lushun)的挤压承载能力：第48页/共86页第四十九页，共87页。245 17041.7bbtetNA fkN例3-11 图示牛腿，剪力V=250kN，e=140mm，螺栓C级，钢材Q235B,手工焊。试分别考虑承托传递全部剪力V和不承受(chngshu)剪力V两种情况设计该连接。解： （1）承托承受(chngshu)全部剪力 先计算单个螺栓(lushun)所能承受的拉力设计值。查p279附表7和p257附表1-3：Ae=245mm2，ftb=170N/mm2这时，螺栓群只承受剪力所产生的弯矩M=Ve=2500.14=35kNm。这时应当按螺栓的抵抗弯矩绕最下边一排螺栓转动。设螺栓为M20,螺栓为5排2列，共10个。则计算受力最大的螺栓1号第49页/共86页第五十页，共87页。22201404444bbvvvdNnfkN则满足要求 这时螺栓需要既承受(chngshu)剪力V=250kN, 也承受(chngshu)弯矩M=35kNm产生的拉力。11121niiNeyNmy()3222235 1040023.341.72 100200300400btkNNkN在考虑剪力V对于承托产生的偏心(pinxn)影响时，乘上经验系数（如1.25）。计算承托(chn tu)板，采用两侧边焊，取焊脚高度hf=10mm，则焊缝验算：()22250000111.6/160/0.70.7 10 21802 10wfffwVN mmfN mmhl （2）承托不承受剪力 首先计算单个螺栓的承载能力抗剪承压20 20 305122bbccNdtfkN抗拉23.3btNkN第50页/共86页第五十一页，共87页。计算(j sun)螺栓所受的力所受剪力（均匀(jnyn)受剪）满足要求考虑(kol)在剪力和拉力共同作用下22222523.30.79714441.7vtbbvtNNNN2502512210bvcVNkNNkNn第51页/共86页第五十二页，共87页。 3.8 3.8 高强度螺栓高强度螺栓(lushun)(lushun)连接的计算连接的计算连接板间摩擦力连接板间摩擦力 摩擦型连接摩擦型连接连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。工艺连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。工艺(gngy)(gngy)保证措施：喷砂，使保证措施：喷砂，使=0.3=0.30.500.50。2 2、分类：根据传力方式不同、分类：根据传力方式不同(b tn)(b tn)分为摩擦型连接和承压型连接分为摩擦型连接和承压型连接 1 1、特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达、特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达8080355kN355kN。 高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称（高强度螺栓连接附）；由高强材料（高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称（高强度螺栓连接附）；由高强材料（20MnTiB20MnTiB）经热处理制成，强度等级）经热处理制成，强度等级10.910.9级和级和8.88.8级。级。高强度螺栓的工作性能高强度螺栓的工作性能第52页/共86页第五十三页，共87页。 承压型连接承压型连接其设计准则与摩擦型的不同其设计准则与摩擦型的不同(b tn)(b tn)，连接件间允许相互滑动。，连接件间允许相互滑动。N/2N/2N/3N/3N/3剪力小于剪力小于摩擦阻力摩擦阻力N/3N/3剪力超过剪力超过摩擦阻力摩擦阻力N/2N/2N/3破坏形式和承载力与普通破坏形式和承载力与普通(ptng)(ptng)螺栓相同：（剪切破坏、承压破螺栓相同：（剪切破坏、承压破坏）坏）第53页/共86页第五十四页，共87页。 因此，承压型连接的设计准则：连接件间允许相互因此，承压型连接的设计准则：连接件间允许相互(xingh)(xingh)滑动。滑动。 抗拉时与普通螺抗拉时与普通螺栓栓(lushun)(lushun)相同，相同，但变形小，可减少锈但变形小，可减少锈蚀，改善疲劳性能。蚀，改善疲劳性能。l传力开始时在标准荷载传力开始时在标准荷载(hzi)(hzi)作用下连接件间无滑动，剪力由摩擦力和螺杆抗剪共同传递。作用下连接件间无滑动，剪力由摩擦力和螺杆抗剪共同传递。l当荷载当荷载(hzi)(hzi)很大时，连接件间有较大塑性变形。很大时，连接件间有较大塑性变形。l接近破坏时，连接件间有相对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，其特点与普通螺栓相同。接近破坏时，连接件间有相对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，其特点与普通螺栓相同。l因此，有与普通螺栓相同的极限状态因此，有与普通螺栓相同的极限状态螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。变形大，不适于受动荷载螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。变形大，不适于受动荷载(hzi)(hzi)的连接。的连接。螺杆剪力螺杆剪力N挤压力第54页/共86页第五十五页，共87页。(1)扭矩法扭矩法专用扭矩板手，标定预拉力专用扭矩板手，标定预拉力(ll)和扭矩之间的关系，通过施加一定扭矩达到预拉力和扭矩之间的关系，通过施加一定扭矩达到预拉力(ll)，螺栓为大六角螺栓。，螺栓为大六角螺栓。(2) 扭矩法需要预先对扭矩扳手进行标定。扭矩法需要预先对扭矩扳手进行标定。(2) 转角法转角法先用普通扳手把连接件拧紧密，称初拧。先用普通扳手把连接件拧紧密，称初拧。 以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭1/22/3圈，达到圈，达到(d do)终拧角度。螺栓的拉力即达到终拧角度。螺栓的拉力即达到(d do)预拉力。终拧角度根据螺栓直径，连接件厚度通过实测确定。方法简单，但每天标定扳手，螺栓为大六角螺栓。预拉力。终拧角度根据螺栓直径，连接件厚度通过实测确定。方法简单，但每天标定扳手，螺栓为大六角螺栓。 3 3、紧固、紧固(jn )(jn )方法与预拉力方法与预拉力P P高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭矩法，转角法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力均匀。高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭矩法，转角法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力均匀。第55页/共86页第五十六页，共87页。(3) (3) 扭剪法扭剪法螺栓为扭剪型螺栓，特制电动扳手，以扭断梅花头为标志，准确可靠，易检查螺栓为扭剪型螺栓，特制电动扳手，以扭断梅花头为标志，准确可靠，易检查(jinch)(jinch)，成本高。，成本高。第56页/共86页第五十七页，共87页。(4) 高强度螺栓预拉力的确定高强度螺栓预拉力的确定 螺栓预拉力越大，摩擦力越高，连接传力性能越好，但要避免在拧紧阶段发生破坏，还要保留螺栓具有螺栓预拉力越大，摩擦力越高，连接传力性能越好，但要避免在拧紧阶段发生破坏，还要保留螺栓具有(jyu)一定的抗拉承载力。我国预拉力定为一定的抗拉承载力。我国预拉力定为在式中各个系数的含义：使螺栓中的拉应力接近于所用材料在式中各个系数的含义：使螺栓中的拉应力接近于所用材料(cilio)(cilio)的屈服点（的屈服点（f0.2f0.2）, ,考虑材料考虑材料(cilio)(cilio)不均匀系数不均匀系数0.90.9、超张拉系数、超张拉系数0.90.9和剪应力（拧螺母时产生）引起的承载力降低系数和剪应力（拧螺母时产生）引起的承载力降低系数1.2,1.2,按按5kN5kN的模数，予拉力计算列表的模数，予拉力计算列表0.90.91.2uePf A（3-523-52） fu fu高强螺栓经热处理后的最低抗拉强度；高强螺栓经热处理后的最低抗拉强度； 由于采用材料由于采用材料(cilio)(cilio)极限强度的折减系数（假定屈服点与最低抗极限强度的折减系数（假定屈服点与最低抗 拉强度比值，取拉强度比值，取0.90.9） Ae Ae螺栓有效面积螺栓有效面积yefAP2 . 19 . 09 . 0第57页/共86页第五十八页，共87页。一个高强螺栓(lushun)设计预拉力P值（kN）表3-10 4、高强度螺栓摩擦(mc)面抗滑移系数 连接板接触面之间摩擦力的大小与摩擦系数有关(yugun)，称为抗滑移系数，与表面处理方式有关(yugun)。第58页/共86页第五十九页，共87页。摩擦面抗滑移(hu y)系数值表3-11当表面有水或漆或其它(qt)污物，表面的摩擦系数将大幅下降。第59页/共86页第六十页，共87页。抗滑移(hu y)（摩擦）系数P预拉力nf传力摩擦面数，单剪nf=1 ，双剪nf=2 0.9螺栓受力非均匀系数，考虑安全系数1.11高强度螺栓摩擦型连接(linji)的承载力计算NVb=0.9nfP （3-74）其中(qzhng)： NVb单个高强螺栓抗剪承载力设计值（1）、高强度螺栓的抗剪承载力设计值 摩擦型连接的抗剪承载能力取决于摩擦力的大小，即1、单个高强度螺栓的承载力设计值第60页/共86页第六十一页，共87页。（2） 单个螺栓(lushun)抗拉承载力设计值0.8btNP上式中0.8是避免(bmin)在螺栓杆受拉时应力增大过多。 实际上，由于螺栓受预拉力，当高强度螺栓收到外拉力作用时，首先要克服螺栓预拉力产生的钢板间的挤压力。而螺杆的预拉力基本不变。但当拉力过大时，如达到螺栓的预拉力值，这时螺栓就可能出现松弛的现象。这就达不到摩擦抗剪了。故规定单个高强度螺栓的抗拉承载能力，不得超过预拉力。考虑有一定的安全储备，就乘上0.8系数。 在确定(qudng)抗拉承载能力时没有考虑撬力的影响。要使撬力影响很小，则要求翼缘板的厚度不小于螺栓直径的2倍，这是很难达到的。在设计中应当考虑减小撬力，否则偏于不安全。另外，在直接承受动力荷载的受拉连接中，为了避免疲劳强度的降低过多，要求每个高强度螺栓的外加拉力不宜超过0.6P。第61页/共86页第六十二页，共87页。上式也可以用拉-剪联合作用的相关(xinggun)公式来表示：1VtbbVtNNNN 式中Nvb为一个(y )摩擦型连接高强度螺栓的抗剪承载能力设计值，Ntb为一个(y )高强度螺栓的抗拉承载能力设计值，即Ntb=0.8P，这与前面的公式等价。或：1btVVbtNNNN nf连接的传力摩擦面数 摩擦面的抗滑移(hu y)系数Nvb =0.9nf(P-1.25Nt)(3) 摩擦型连接单个高强螺栓受拉时的抗剪承载力 Nv单个高强螺栓承受的外剪力 Nvb单个高强螺栓承受的外剪力，即=0.9nfP； 每个高强螺栓承受的外剪力小于等于抗剪强度设计值： NvNvb 每个高强螺栓承受的外拉力Nt小于等于抗拉强度设计值： Nt0.8P 摩擦型连接单个高强螺栓受拉时的抗剪承载力第62页/共86页第六十三页，共87页。2 2、摩擦、摩擦(mc)(mc)型连接高强度螺栓群的计算型连接高强度螺栓群的计算（1） 螺栓群受剪力作用（外力(wil)通过螺栓群的形心）其中(qzhng)： Nbmin=NVb=0.9nfPminbNnN第63页/共86页第六十四页，共87页。拼接板拼接板连接件连接件连接件连接件AB N N+ + + + + + + + +NNANNNN+ + + + + + + + +（2） 采用高强度螺栓(lushun)连接的净截面强度验算在计算截面(jimin)（净截面(jimin)）的拉力为： N = N - N式中 N这排螺栓(lushun)所承受的全部 摩擦力之半。 第64页/共86页第六十五页，共87页。拼接板拼接板连接件连接件连接件连接件ABNA+ + + + + + + + + 另一方面，被连接板件上的全部摩擦力应与外力另一方面，被连接板件上的全部摩擦力应与外力(wil)N平衡。有平衡。有n1被验算被验算(yn sun)截面上的螺栓数截面上的螺栓数n连接件一侧上的螺栓总数连接件一侧上的螺栓总数12 NnNn于是于是(ysh) N = N - N = N(1 - 0.5n1/n)10.5NNnn第65页/共86页第六十六页，共87页。nNfA An净截面面积 f 连接件强度(qingd)设计值设计(shj)公式摩擦型高强度螺栓除应满足净截面(jimin)强度外，还需要满足毛截面(jimin)的强度：NfA（2） 螺栓群受拉计算 螺栓群受轴拉力0.8btNNnNP（3）螺栓群扭矩，以及扭矩与剪力的共同作用计算 同普
