第三章 钢结构的连接2螺栓连接.ppt
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1、第第3章章钢钢结结构构的的连连接接钢结构是由钢构件经连接而成的结构钢结构是由钢构件经连接而成的结构,因此连接在钢因此连接在钢结构总占有很重要的位置结构总占有很重要的位置,它直接关系钢结构的安全和经它直接关系钢结构的安全和经济济。在受力过程中,连接应有足够的强度,被连接构件之在受力过程中,连接应有足够的强度,被连接构件之间应保持正确的相互位置。间应保持正确的相互位置。螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距构造要求:构造要求:施工要求:施工要求:螺距过小螺距过小螺距过大螺距过大螺距过大螺距过大螺距过小螺距过小螺螺距距间间距距
2、布布置置要要求求受力要求受力要求连接不紧密,潮气侵入腐蚀连接不紧密,潮气侵入腐蚀施工时转动扳手困难施工时转动扳手困难受压时钢板张开受压时钢板张开钢板剪坏钢板剪坏据以上要求,规范给定了螺栓的容许间距据以上要求,规范给定了螺栓的容许间距3.5螺栓连接的构造螺栓连接的构造螺栓最大和最小容许间距螺栓最大和最小容许间距3.6C级普通螺栓连接的工作性能和计算级普通螺栓连接的工作性能和计算一、一、C级普通螺栓连接的工作性能级普通螺栓连接的工作性能2.C级普通螺栓连接的传力方式级普通螺栓连接的传力方式1.普通螺栓的分类及性能普通螺栓的分类及性能二、螺栓群的计算二、螺栓群的计算1)抗拉连接;抗拉连接;2)静力荷
3、载下抗剪连接;静力荷载下抗剪连接;3)加防松措施后受风振作用抗剪加防松措施后受风振作用抗剪4)可拆卸连接;可拆卸连接;5)安装螺栓;安装螺栓;6)与抗剪支托配合抗拉剪联合作用与抗剪支托配合抗拉剪联合作用低低较低较低较低较低类孔类孔粗制粗制(C级级)1)构件精度很高的结构,机械结构;构件精度很高的结构,机械结构;2)连接点仅用一个螺栓或有模具套连接点仅用一个螺栓或有模具套钻的多个螺栓连接的可调节杆件钻的多个螺栓连接的可调节杆件(柔性杆)(柔性杆)高高高高高高I类孔类孔精制精制(A、B)级级使用范围使用范围成本成本抗剪抗剪性能性能加工精度加工精度类别类别注:注:A级用于级用于M24以下,以下,B级
4、用于级用于M24以上。以上。1.1.普通螺栓的分类及性能普通螺栓的分类及性能A 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接FN抗拉螺栓连接抗拉螺栓连接同时抗拉抗剪同时抗拉抗剪螺栓连接螺栓连接2.C2.C级普通螺栓连接的传力方式级普通螺栓连接的传力方式NF工作性能工作性能 (1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段)直线段直线段连接处于弹性状态;连接处于弹性状态;该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。(2)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段)水平段水平段 最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离最大滑移量为栓孔和
5、栓杆间的距离 (3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3段段)栓杆与孔壁的接触传力栓杆与孔壁的接触传力 N-N-关系以曲线状态上升关系以曲线状态上升 (4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4段段)剪切变形迅速增大,直到连接破坏剪切变形迅速增大,直到连接破坏 44点(曲线的最高点)即为点(曲线的最高点)即为NuNuNO1234NNabNN/2N/2抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接Nua、b两点相对位移两点相对位移(1)(1)螺栓杆被剪坏螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时(2)(2)孔壁的挤压破坏孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时(3)(
6、3)板件被拉断板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN 破坏形式破坏形式抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接(4 4)板件端部被剪坏板件端部被剪坏(拉豁拉豁)端矩过小时;端矩不应小于端矩过小时;端矩不应小于2d2dO ONN(5 5)栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏(螺栓杆过长;栓杆长度不应大于螺栓杆过长;栓杆长度不应大于5d5d)这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2 破坏形式破坏形式抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接 抗剪螺栓的承载力取决于抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪螺栓杆受剪和和孔壁承孔壁承压压两种情况,故两种情况,故单栓单栓
7、抗剪承载力由以下两式决抗剪承载力由以下两式决定定:nv剪切面数目剪切面数目;d螺栓杆直径;螺栓杆直径;fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值;螺栓抗剪和承压强度设计值;t t同一受力方向同一受力方向承压构件总厚度承压构件总厚度的较小值。的较小值。单栓抗剪承载力:单栓抗剪承载力:抗剪承载力:抗剪承载力:承压承载力:承压承载力:d连接计算连接计算抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接单个普通螺栓的抗拉承载力设计值单个普通螺栓的抗拉承载力设计值破坏形式:栓杆被拉断破坏形式:栓杆被拉断式中:式中:A Ae e-螺栓的螺栓的有效截面面积(附表有效截面面积(附表8-1);d de e-螺栓的螺栓的有效直径有效直径;f
8、ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。抗拉螺栓连接抗拉螺栓连接工作性能和承载力工作性能和承载力产生撬力的原因产生撬力的原因 角钢抗弯刚度不足,水平肢有较大变形角钢抗弯刚度不足,水平肢有较大变形对螺栓受力影响对螺栓受力影响 使螺栓拉力增大使螺栓拉力增大减小撬力的措施减小撬力的措施 增强角钢抗弯刚度,加大厚度或增设加劲肋增强角钢抗弯刚度,加大厚度或增设加劲肋螺栓拉力:螺栓拉力:Pf=N/2+V 刚度越小,撬力越大刚度越小,撬力越大NN撬力撬力加劲肋加劲肋拉力螺栓撬力的概念拉力螺栓撬力的概念1.1.螺栓群轴心力作用下抗剪计算螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nll1 1N/2平
9、均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明,栓群在轴栓群在轴力作用下各个螺栓的内力力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀,沿栓群长度方向不均匀,两端大两端大,中间小。中间小。当当ll1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径)时,时,连接进入弹塑性工作状态后,连接进入弹塑性工作状态后,内力重新分布,各个螺栓内内力重新分布,各个螺栓内力趋于相同,故设计时假定力趋于相同,故设计时假定N有各螺栓均担。有各螺栓均担。所以,连接所需螺栓数为:所以,连接所需螺栓数为:二、二、螺栓群的计算螺栓群的计算 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径)时,端部螺栓首先破
10、坏时,端部螺栓首先破坏,然后依次破然后依次破坏。由试验可得连接的坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与ll1 1/d/d0 0的关系曲线。的关系曲线。1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80ll1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布故,连接所需栓数:故,连接所需栓数:1.1.螺栓群轴心力作用下抗剪计算螺栓群轴心力作用下抗剪计算 试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范NNbt tt t1 1b1螺栓群在轴心力作用下,为了防止螺栓群在轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面板
11、件被拉断尚应进行板件的净截面验算。验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面:A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面:11221.1.螺栓群轴心力作用下抗剪计算螺栓群轴心力作用下抗剪计算 NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面:11112222拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和22-2截面截面:受扭矩受扭矩T螺栓受力分析假定螺栓受力分析假定(1)板件为刚体,螺栓为弹性体)板件为刚体,螺栓为弹性体(2)各螺栓绕
12、螺栓群形心旋转)各螺栓绕螺栓群形心旋转(3)产生的剪力与形心距离正比)产生的剪力与形心距离正比力矩平衡:力矩平衡:(a)各螺栓剪力与各螺栓剪力与r正比:正比:各剪力都用各剪力都用N1表示:表示:(b)(b)代入代入(a)得:得:验算剪力最大的螺栓:验算剪力最大的螺栓:2.螺栓群在扭矩作用时的螺栓群在扭矩作用时的抗剪抗剪计算计算剪力剪力V轴力轴力N扭矩扭矩T剪力剪力V轴力轴力N扭矩扭矩T螺栓所受的最大合剪力螺栓所受的最大合剪力1234567891013.螺栓群在扭矩、剪力和轴向力共同作用下的抗剪计算螺栓群在扭矩、剪力和轴向力共同作用下的抗剪计算 一般假定每个螺栓均匀受力,因此,连接所需的螺栓数一
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