钢结构螺栓学习.pptx

螺栓连接螺栓连接 优点优点：安装方便，便于拆卸。缺点缺点：需要在板件上开孔和拼装时对孔，制造工作量大；螺栓孔还使构件截面削弱，被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板，比焊接连接多费钢材分类：分类：1）.普通螺栓连接 2）.高强度螺栓连接 第2页/共104页第1页/共104页螺栓材料的性能统一用螺栓的性能等级来表示。如4.6级、4.8级、5.6级、8.8级、10.9级 小数点前的数字“4”、“5”、“8”表示螺栓材料的抗拉强度不小于400Nmm2、500 N/mm2和800N mm2 小数点及后面的数字“6”、“8”表示螺栓材料的屈强比(屈服点与抗拉强度的比值)为0.6和0.8 第3页/共104页第2页/共104页螺栓等级划分A、B、C三级A、B级精制螺栓，C级粗制螺栓C级4.6级、4.8级 A、B级5.6级、8.8级、10.9级 普通螺栓连接 C级 高强度螺栓连接 A、B级第4页/共104页第3页/共104页 3.5 普通螺栓的连接计算普通螺栓的连接计算普通螺栓连接构造普通螺栓连接构造第5页/共104页第4页/共104页普通螺栓连接构造普通螺栓连接构造螺栓的规格与表示：钢结构一般选用C级（粗制）六角螺母螺栓，标识用M和公称直径表示，例如M16、M20等。第6页/共104页第5页/共104页按螺栓连接构造要求，每个拼接接头一端螺栓数目不宜少于2。螺栓的排列原则：螺栓的排列应尽量简单、统一、紧凑，安装方便、构造合理。方式：有并列（图a）和错列（图b）两种。第7页/共104页第6页/共104页钢板上的螺栓排列钢板上的螺栓排列第8页/共104页第7页/共104页钢板上的螺栓容许间距第9页/共104页第8页/共104页另外还有角钢连接螺栓、工字钢和槽钢翼缘连接另外还有角钢连接螺栓、工字钢和槽钢翼缘连接螺栓及工字钢和槽钢腹板连接螺栓容许最小栓距螺栓及工字钢和槽钢腹板连接螺栓容许最小栓距的要求（见教材的要求（见教材P86表表3-5）。）。型钢的螺栓排列型钢的螺栓排列第10页/共104页第9页/共104页螺栓排列布置基本要求（1 1）受力性能要求受力性能要求：端距过小端距过小冲剪破坏；栓距过小冲剪破坏；栓距过小拉断；栓距过大拉断；栓距过大板件易鼓凸而影响正常板件易鼓凸而影响正常受力。受力。（2 2）施工要求施工要求：留有足够的空间便于板手转动。留有足够的空间便于板手转动。（3 3）构造要求构造要求：栓距过大，连接板件间不密实，潮气容易侵入，造成板件锈蚀。栓距过大，连接板件间不密实，潮气容易侵入，造成板件锈蚀。第11页/共104页第10页/共104页 螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及及拉剪组合作用。作用。第12页/共104页第11页/共104页受剪螺栓连接受剪螺栓连接第13页/共104页第12页/共104页受拉螺栓连接受拉螺栓连接第14页/共104页第13页/共104页拉剪螺栓连接拉剪螺栓连接第15页/共104页第14页/共104页普通螺栓抗剪连接的计算第16页/共104页第15页/共104页一、抗剪螺栓连接的一、抗剪螺栓连接的工作性能工作性能四个阶段（双面）弹性阶段滑移阶段栓杆直接传力 的弹性阶段弹塑性阶段第17页/共104页第16页/共104页四个阶段1.弹性阶段2.滑移阶段3.栓杆直接传力的弹性阶段4.弹塑性阶段第18页/共104页第17页/共104页二、抗剪螺栓连接的破坏形式二、抗剪螺栓连接的破坏形式1、螺栓杆被剪断 （单剪）（双剪2）（螺栓群受剪）栓杆直径较小，板件较厚；2、板件被挤坏 （演示）（螺栓群）栓杆直径较大，板件较薄；第19页/共104页第18页/共104页3、板件被拉断 （演示）（螺栓群）截面因栓孔削弱太大；4、板件端部被冲剪破坏 （演示）（螺栓群）端距太小；5、螺栓杆变弯曲（演示）（螺栓群）栓杆直径小。第20页/共104页第19页/共104页 在上述五种五种破坏形式中：（、）只需要在构造上采取一定的措施既可避免，即构造要求；有些需要根据受力大小来计算，即受力要求；其中是我们在“螺栓连接”这一部分研究的重点。第21页/共104页第20页/共104页三、单个螺栓承载力的计算三、单个螺栓承载力的计算1、螺栓的抗剪承载力 螺栓受剪破坏（单剪）受剪面第22页/共104页第21页/共104页 螺栓双剪破坏（双剪2）受剪面个数 nv=2,第23页/共104页第22页/共104页受剪面练习第24页/共104页第23页/共104页螺栓的抗剪承载力 式中：是螺栓的抗剪强度设计值，可以查表确定。（kN）第25页/共104页第24页/共104页2、螺栓的承压承载力 螺栓连接承压破坏（演示）相互挤压第26页/共104页第25页/共104页 承压面第27页/共104页第26页/共104页螺栓的承压承载力式中：是连接板的承压强度设计值，可以查表确定。第28页/共104页第27页/共104页 3、破坏形式的预判 从受力分析，对于抗剪螺栓，在螺栓杆受到剪力的同时，受到螺栓孔壁的挤压力，且它们的大小相等。螺栓连接究竟能按哪种形式破坏，取决于 与 的相对大小。但无论哪种破坏形式都是由于剪力引起的，没有区分的必要。第29页/共104页第28页/共104页四、螺栓群的抗剪承载力计算四、螺栓群的抗剪承载力计算受轴心剪力作用受轴心剪力作用 轴心剪力作用要点：（螺栓群受剪）外力作用线必须经过螺栓群的中心经过螺栓群的中心 外力作用的结果使得被连接件有相对滑移相对滑移的趋势第30页/共104页第29页/共104页轴心剪力在螺栓群中的分配不均匀，两端大，中间小第31页/共104页第30页/共104页 当 l 1 1 比较小（l l1 115d15d0)时，剪力差异变大；当 l 1很大（l160d0)时，剪力差异变得不明显。第32页/共104页第31页/共104页规范的处理方法：每个螺栓所受的剪力每个螺栓所受的剪力第33页/共104页第32页/共104页当l l1 1 较大时，承载力极限乘以折减系数 第34页/共104页第33页/共104页 螺栓群保证安全的条件 需要螺栓的个数 第35页/共104页第34页/共104页五、应用工程应用分两种情况：1 1、设计类型外力的大小已确定，需要选择螺栓的规格，计算螺栓的个数，将螺栓的排列布置好。2 2、验算类型已知螺栓连接 a、外力也已知，判断连接是否安全 b、求连接所能承受的最大力第36页/共104页第35页/共104页例1，判断螺栓连接是否安全如图所示，C级普通螺栓连接M20，材料为Q235B，已知承受轴心力N=200kN作用，试判断该螺栓连接的安全性第37页/共104页第36页/共104页 解：1、螺栓承载力 kN kN kN 第38页/共104页第37页/共104页 2、每个螺栓受力计算 kN kN 所以，该螺栓连接是安全的。第39页/共104页第38页/共104页例2，求螺栓连接的最大承载力如图所示，双盖板连接。采用C级M20普通螺栓，钢材Q235A，板件厚度为8mm，盖板厚度为6mm。试求该连接所能承受的最大轴心拉力N。（孔径21.5mm）第40页/共104页第39页/共104页 解：1、螺栓承载力 这里要注意，与例1的区别受剪面的个数？kN =20*8*305=48.8 kN kN 第41页/共104页第40页/共104页 2、最大承载力 判断l1=320 mm =15*21.5 =322.5 mm 螺栓个数的计算 n=8?kN 第42页/共104页第41页/共104页轴力、剪力及扭矩共同作用四、螺栓群的抗剪承载力计算 受偏心剪力作用受偏心剪力作用第43页/共104页第42页/共104页1、扭矩作用：假设：假设：、被连接件是刚体，螺栓是弹性体、被连接件是刚体，螺栓是弹性体2 2、被连接件绕螺栓群中心为转、被连接件绕螺栓群中心为转第44页/共104页第43页/共104页1号螺栓所承担的扭转剪力：号螺栓所承担的扭转剪力：第45页/共104页第44页/共104页第46页/共104页第45页/共104页2、轴力及剪力作用下螺栓所受到的剪力：第47页/共104页第46页/共104页 轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓所承担的剪力计算：轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓所承担的剪力计算：第48页/共104页第47页/共104页第49页/共104页第48页/共104页第50页/共104页第49页/共104页扭矩扭矩:水平力水平力:竖向力竖向力:第51页/共104页第50页/共104页第52页/共104页第51页/共104页第53页/共104页第52页/共104页 受拉螺栓连接计算第54页/共104页第53页/共104页受拉螺栓连接受拉螺栓连接破坏形式是在被螺纹削弱的截面处栓杆被拉断第55页/共104页第54页/共104页单个受拉螺栓的承载力设计值单个受拉螺栓的承载力设计值第56页/共104页第55页/共104页一、轴心拉力作用第57页/共104页第56页/共104页抗拉计算：抗拉计算：第58页/共104页第57页/共104页需要指出的是：由于杠杆作用，使得螺栓实际受的力要大于外力N 螺栓连接的杠杆效应通过降低螺栓强度设计值来考虑 第59页/共104页第58页/共104页解决办法：设计时采取措施加强刚度；规范对设计强度进行了适当折减。第60页/共104页第59页/共104页二、二、纯弯矩作用下普通螺栓连接纯弯矩作用下普通螺栓连接第61页/共104页第60页/共104页第62页/共104页第61页/共104页单个螺栓所承担的力：单个螺栓所承担的力：第63页/共104页第62页/共104页三、偏心受拉作用下的计算（MM、N N共同）共同）第64页/共104页第63页/共104页偏心拉力的偏心量，存在2种可能：小偏心：弯曲中心在螺栓群的中心；最下一行的螺栓所受的力不能为压力 大偏心：不符合上述第二条。第65页/共104页第64页/共104页小偏心计算模型第66页/共104页第65页/共104页小偏心：小偏心：条件第67页/共104页第66页/共104页大偏心计算模型第68页/共104页第67页/共104页大偏心：大偏心：第69页/共104页第68页/共104页大、小偏心的本质差异在于：小偏心弯曲中心在螺栓群的中心截面；大偏心弯曲中心在最下一行螺栓杆的中心。由于假定条件不同，计算公式就不同。第70页/共104页第69页/共104页判断大、小偏心的方法两种方法：其一：按小偏心情况计算最小受力判断 其二：按螺栓有效截面的核心距判断（仅对偏心受拉）这里的yi要从螺栓群的中心截面算起。第71页/共104页第70页/共104页第72页/共104页第71页/共104页第73页/共104页第72页/共104页第74页/共104页第73页/共104页拉剪共同作用螺栓连接计算第75页/共104页第74页/共104页1.不考虑支托受力螺栓既受拉又受剪，应满足 2考虑支托受力 M由螺栓承受，V由支托承受 第76页/共104页第75页/共104页剪力计算剪力计算小偏心时，最大拉力小偏心时，最大拉力大偏心时，最大拉力大偏心时，最大拉力第77页/共104页第76页/共104页第78页/共104页第77页/共104页【例题例题】验算双盖板拼接的螺栓连接节点。验算双盖板拼接的螺栓连接节点。钢材钢材Q235Q235，螺栓为，螺栓为B B级级M20M20精制螺栓，孔精制螺栓，孔20.5mm20.5mm。第79页/共104页第78页/共104页第80页/共104页第79页/共104页第81页/共104页第80页/共104页第82页/共104页第81页/共104页第83页/共104页第82页/共104页第84页/共104页第83页/共104页第85页/共104页第84页/共104页3.6 高强度螺栓的连接计算(1)(1)概述概述n n 按受力特性分按受力特性分：摩擦型与承压型摩擦型与承压型 抗剪连接时抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载以板件间最大摩擦力为承载力极限状态；力极限状态；承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏为承载力极限状允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏为承载力极限状态（同普通螺栓）。态（同普通螺栓）。第86页/共104页第85页/共104页 高强螺栓的材料与强度等级:由高强材料经热处理制成，按强度等级分为10.9与8.8级，如10.9级M20螺栓。10.9级一般为20MnTiB、40Cr等材料，fu1000N/mm2；8.8级一般为45钢制成，fu800N/mm2。第87页/共104页第86页/共104页n高强螺栓的预拉力高强螺栓的预拉力:式中二个式中二个0.90.9分别为材料安全系数和超张拉安分别为材料安全系数和超张拉安全系数，全系数，1.21.2为施工时施工扭矩和预拉力同时作用为施工时施工扭矩和预拉力同时作用于螺栓而考虑的折减系数。于螺栓而考虑的折减系数。第88页/共104页第87页/共104页 预拉力的产生可通过预拉力的产生可通过转角法转角法转角法转角法或或扭矩法扭矩法扭矩法扭矩法实现实现实现实现（根据预拉力（根据预拉力P P与施工扭矩间的关系控制，并应按实验确定。）与施工扭矩间的关系控制，并应按实验确定。）第89页/共104页第88页/共104页扭剪型高强螺栓扭剪型高强螺栓第90页/共104页第89页/共104页(2)摩擦型高强螺栓连接计算 受剪连接计算:一个螺栓抗剪承载力 连接所需螺栓数 第91页/共104页第90页/共104页净截面强度：考虑50孔前传力第92页/共104页第91页/共104页受拉连接高强螺栓计算:由于高强螺栓的基本承载力为摩擦力，而摩擦力与正压力有关，为保证板件间保留一定的压紧力规范规定:第93页/共104页第92页/共104页 受弯连接计算:（形心轴在中排，螺栓受力计算同普通螺栓受弯时小偏心情况）第94页/共104页第93页/共104页拉、剪共同作用连接(螺栓群)计算:第95页/共104页第94页/共104页第96页/共104页第95页/共104页第97页/共104页第96页/共104页第98页/共104页第97页/共104页第99页/共104页第98页/共104页第100页/共104页第99页/共104页第101页/共104页第100页/共104页第102页/共104页第101页/共104页第103页/共104页第102页/共104页第104页/共104页第103页/共104页感谢您的观看。第104页/共104页