第三章钢结构的连接螺栓连接.pptx

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1、抗剪连接板件之间有相互错动的趋势抗拉连接板件之间有相互脱开的趋势第1页/共71页螺栓的排列分为并列和错列两种形式。并列：比较简单整齐，布置紧凑，连接板尺寸小，螺栓孔对构件截面削弱较大。错列：可以减小对截面的削弱，但螺栓排列松散，连接板尺寸较大。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第2页/共71页螺栓排列考虑的因素：螺栓排列考虑的因素：受力要求受力要求 垂直于受力方向：受拉构件各排螺栓的垂直于受力方向：受拉构件各排螺栓的中距中距及及边距边距不不能过小，以免螺孔导致钢板能过小，以免螺孔导致钢板截面削弱过多截面削弱过多，降低其承，降低其承载能力。在顺力作用方向：载

2、能力。在顺力作用方向：端距端距应按被连接件材料的应按被连接件材料的抗挤压及抗剪切等强度条件确定，以使钢板在端部不抗挤压及抗剪切等强度条件确定，以使钢板在端部不致被螺栓冲剪破坏，端距不应小于致被螺栓冲剪破坏，端距不应小于2 2d d0 0；中距中距不宜过大，不宜过大，否则被连接板件间容易发生鼓曲现象。否则被连接板件间容易发生鼓曲现象。构造要求构造要求 中距及边距不宜过大，否则连接中距及边距不宜过大，否则连接板件间不能紧密贴合板件间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。施工要求施工要求 保证一定空间，便于打锚和采用扳手拧紧螺帽。根据保证一定空间，便于打锚和采用扳手拧紧螺帽。

3、根据扳手尺寸和工人的施工经验、规定最小中距为扳手尺寸和工人的施工经验、规定最小中距为3d3d0 0。第3页/共71页螺栓的最大、最小容许距离螺栓的最大、最小容许距离第4页/共71页螺栓的构造要求：螺栓的构造要求：为连接可靠，连接的一端永久螺栓不得少于两个；对承受动力荷载的，必须要求防螺栓松动措施，如加弹簧垫圈、焊死螺帽和螺杆；C级螺栓有较大孔隙，只适用于杆轴方向受拉的连接；采用高强度螺栓进行拼接，为保证摩擦面紧密贴合，不采用型钢，而采用钢板；沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板，应采取增强刚度的措施。第5页/共71页第七节第七节 普通螺栓连接的性能和计普通螺栓连接的性能和计算算抗剪连接的工作性能

4、抗剪连接是最常见的螺栓连接。抗剪试验可得试件上a a、b b两点间的相对位移与作用力N N的关系曲线。试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历三个阶段。abNN/2N/2第6页/共71页(1)(1)摩擦传力弹性阶段 O O1 1斜直线段：加荷之初，连接中剪力较小，荷载靠板件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁间的间隙保持不变，处于弹性阶段，板件间摩擦力大小取决于拧紧螺帽时螺杆中的初始拉力、板面处理方式，普通螺栓的初应力很小。此阶段很短，可略去不计。(2)(2)相对滑移阶段 1212水平线段：荷载增大，剪力达到摩擦力最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓杆与孔

5、壁接触。第7页/共71页(3)(3)弹塑性阶段 荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠螺栓与孔壁接触传递。螺栓杆除主要受剪力外，还承受弯矩和轴向拉力，孔壁受到挤压。螺杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压紧力，使板件间的摩擦力随之增大，所以曲线呈上升状态。达到“3”3”点时，螺栓或连接板达到弹性极限。(4)(4)破坏阶段 荷载继续增加，此阶段即使给荷载很小的增量，连接的剪切变形也迅速加大，直到连接的最后破坏。曲线的最高点“4”4”所对应的荷载即为普通螺栓连接的极限荷载。第8页/共71页栓杆直径较小时，栓杆可栓杆直径较小时，栓杆可能先被剪断；能先被剪断；单个螺栓的破坏形式栓杆直径较大、板件较薄时

6、，栓杆直径较大、板件较薄时，板件可能先被挤坏，这种破坏板件可能先被挤坏，这种破坏叫做螺栓承压破坏；叫做螺栓承压破坏；板件截面可能因螺栓孔板件截面可能因螺栓孔消弱截面太多而被拉断；消弱截面太多而被拉断；N/2NN/2NNNN以上三种破坏形式通过强度计算避免。第9页/共71页措施：措施：栓杆长度不应大于5d0端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏NN栓杆弯曲破坏N/2NN/2措施：端距不应小于2d2dO O以上两种破坏形式通过构造避免。第10页/共71页单螺栓承载力设计值t t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。f fc cb b螺栓孔壁承压强

7、度设计值；单螺栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：d dn nv v剪切面数目；d d螺栓杆直径；f fv vb b螺栓抗剪强度设计值；N/2N/2N NN/2N/2第11页/共71页剪切面数目剪切面数目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2第12页/共71页普通螺栓群抗剪连接计算：轴心力普通螺栓群抗剪连接计算：轴心力N/2Nll1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 当当l11515d0(d0为孔径为孔径)时，时，假定假定N N由各螺栓均匀承担。由各螺栓均匀承担。螺栓群承受轴心剪力时，螺栓群在长度方向各螺栓受力不均匀，两端大，中间小。当沿受力方向的连接长度15d

8、0时，连接工作进入弹塑性阶段后，内力发生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐渐均匀。第13页/共71页当当l1 1l5l5d d0 0后，各螺杆所受内力不易均匀，端部螺栓后，各螺杆所受内力不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，随后由外向里依次破坏。首先达到极限强度而破坏，随后由外向里依次破坏。为防止端部螺栓提前破坏，当为防止端部螺栓提前破坏，当l1 1l5l5d d0 0 时，螺栓的时，螺栓的抗剪和承压承载力设计值应乘以折减系数抗剪和承压承载力设计值应乘以折减系数予以降低：予以降低：普通螺栓群长连接螺栓数确定：第14页/共71页 普通螺栓群轴心受剪的计算流程第15页/共71页340第16页/共71

9、页120 120 5050340第17页/共71页普通螺栓群偏心力受剪F F作用下：FeTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT T作用下：2 2个假定连接件为绝对刚体，螺栓为弹性体T T作用下螺栓所受剪力与距形心的距离成正比第18页/共71页TxyN1TN1TxN1Tyr11第19页/共71页TxyN1TN1TxN1Tyr11第20页/共71页螺栓1 1的强度验算公式为:当螺栓布置比较狭长(如y y1 13x3x1 1)时,可令:x:xi i=0=0，则N N1Ty1Ty=0=0第21页/共71页5050100100第22页/共71页第23页/共71页第24页/共71页1 1、破坏形式

10、：单普通螺栓抗拉连接栓杆被拉断2 2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；d de e-螺栓的有效直径；f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。第25页/共71页公式的两点说明：a a、螺栓的有效截面面积A Ae e因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径d de e而不是净直径d dn n，现行国家标准取：dedndmd有效有效直径直径净直径净直径平均平均直径直径最大最大直径直径第26页/共71页b b、螺栓的抗拉强度f ft tb b 当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加（撬力Q Q）并产生弯曲现象。影响撬力的

11、因素较多，大小难确定，规范采取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（ff螺栓钢材的抗拉强度设计值）。第27页/共71页受轴心拉力普通螺栓群的设受轴心拉力普通螺栓群的设计计N假定各螺栓受力均匀！第28页/共71页普通螺栓群弯矩受拉计算普通螺栓群弯矩受拉计算M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受拉力与其至中

12、和轴的距离呈正比。受拉力与其至中和轴的距离呈正比。M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)VV：承托板承受，M：螺栓群承受第29页/共71页假定假定2 2：1 1号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴假定1、2：第30页/共71页第31页/共71页普通螺栓群在偏心拉力作用普通螺栓群在偏心拉力作用可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)Fe1234FMN1FFy1N1MN2MN3MM=FeN4M第32页/共71页小偏心受拉，螺栓全部受拉，e e和y yi i均从形

13、心O O处取值。大偏心受拉，下（最外部）螺栓受压，e e和y yi i均从最下排（最外部）螺栓处取值。第33页/共71页例题：如下图所示螺栓群连接，竖直向力由承托板承受，连接只承受偏心水平拉力，拉力设计值为N=250kNN=250kN，偏心距e=100mme=100mm，螺栓布置如图，试选用合适的螺栓。第34页/共71页解：连接属于小偏心受拉：单螺栓有效截面面积：选用螺栓的规格为M20M20，其有效截面为Ae=245mmAe=245mm2 2。查表得 f ft tb b=170N/mm=170N/mm2 2第35页/共71页拉、剪联合作用拉、剪联合作用破坏形式破坏形式a a、螺杆受剪兼受拉破坏

14、b b、孔壁承压破坏eM=NeVN为防止为防止螺杆螺杆受剪兼受拉受剪兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：为防止孔壁的承压破坏，应满足：011a ab b四分之一圆：园内安全、园外破坏实际承受荷载理论能承受荷载第36页/共71页例 如图示螺栓连接，采用M20M20，承受设计荷载V=250kNV=250kN，e=120mme=120mm，螺栓为C C级（布置如图），结构为Q235BQ235B钢材，试按考虑承托板传递全部V V（此时h hf f=10mm=10mm）和不承受V V两种情况验算此连接。N N1t1tN N2t2tN N3t3tN N4t4ty y1 1y y1 1y y2 2y y1 1

15、y y3 3第37页/共71页解：1.1.承托板传递全部剪力V,V,螺栓群受弯矩作用（1 1）单个螺栓抗拉承载力（2 2）单个螺栓最大拉力（3 3）承托焊缝验算第38页/共71页2.2.不考虑承托传递剪力V V（2 2）一个螺栓受力（1 1）一个螺栓承载力（3 3）螺栓验算第39页/共71页第八节第八节 高强度螺栓连接计算高强度螺栓连接计算摩擦型高强度螺栓的预拉力P摩擦型连接是依靠被连接件之间的摩擦力传递内力，以荷载设计值引起的剪力不超过摩擦阻力为设计原则。影响高强度螺栓摩擦型连接承载力的因素：螺栓的预拉力P、摩擦面的抗滑移系数、钢材种类。高强度螺栓：摩擦型、承压型第40页/共71页 （a a

16、）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓预应力P施加基本思路：拧紧螺帽、使螺杆受拉而产生预应力，从而对连接板件压紧。第41页/共71页初拧:用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；预拉力施加方法：预拉力施加方法：大六角头螺栓 a a、转角法终拧:初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度，一般为120120o o-240-240o o完成终拧。预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧；简单、易实施，但得到的预拉力误差较大b b、扭矩法初拧:用力矩扳手拧至终拧力矩的30%30%50%50%，使板件贴紧终拧:初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。第42页/共71

17、页C C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）初拧拧至终拧力矩的60%-80%60%-80%；终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。施工简单、技术要求低、易实施、质量易保证等预拉力施加方法：扭剪型螺栓第43页/共71页预拉力P的确定P P根据螺杆的有效抗拉强度确定：考虑材料的不均匀性的折减系数0.90.9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.90.9；考虑拧紧螺帽时螺杆上产生的扭矩对螺杆的不利影响1.21.2附加安全系数0.90.9。系数的确定：第44页/共71页抗滑移系数抗滑移系数与接触面的与接触面的处理方法处理方法和和构件钢号构件钢号有关；有关；抗滑移系数的确定注意：钢材表面涂红丹

18、后0.15，环境潮湿也降低，因此严格禁止钢材表面涂红丹及雨天施工。第45页/共71页高强度高强度螺栓螺栓NO1234abNN/2N/2高强度螺栓抗剪连接工作性能第46页/共71页a a、摩擦型高强度螺栓：、摩擦型高强度螺栓：设计原则：通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力高强度螺栓NO1234抗剪连接单栓承载力抗剪连接单栓承载力式中：0.90.9抗力分项系数R R的倒数(R R=1.111)1.111)；n nf f传力摩擦面数目；-摩擦面抗滑移系数；P P预拉力设计值。要求：处理表面、限制温度。第47页/共71页b b、承压型高强度螺栓：设计原则：容许接触面相对滑动，以连接破坏为准则

19、。高强度螺栓NO1234要求：清理表面。单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：第48页/共71页a a、摩擦型高强度螺栓单栓承载力b b、承压型高强度螺栓高强度螺栓抗拉连接当外拉力大于预应力时，卸荷后螺杆中的预应力变小，发生螺杆松弛现象，当外拉力小于预应力的80%80%时，无松弛现象。第49页/共71页高强度螺栓同时受拉（轴心）、剪力单个螺栓所受的剪力：NV单个螺栓所受的拉力：1234NVN N作用下作用下V作用下作用下高强度螺栓摩擦型连接单个螺栓所受的拉力、剪力验算：或第50页/共71页高强度螺栓承压型连接为了防止孔壁的承压破坏，应满足：系数1.21.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓

20、的承压承载力降低的修正系数。螺栓承受剪力、拉力验算：第51页/共71页第52页/共71页高强度螺栓群的抗剪计算轴心力作用对于摩擦型连接：对于承压型连接：NN假定各螺栓受力均匀，所需螺栓数：在受剪、受拉共同作用下的计算与普通螺栓相同，但采用高强度螺栓的设计值进行计算！第53页/共71页例：设计一双盖板拼接的连接，钢材为Q235BQ235B，高强度螺栓采用M20M20，8.88.8级，拼接的钢板厚为20mm20mm，盖板厚为12mm12mm，连接承受的荷载为轴心拉力N=800kNN=800kN，试分别采用摩擦型（表面采用喷砂后生赤锈处理）和承压型设计。第54页/共71页解 ：查得8.88.8级，M

21、20M20高强螺栓P=125kNP=125kN，=0.45=0.45 一个螺栓受剪承载力一侧所需螺栓数n:n:取9 9个 （1 1）采用摩擦型连接第55页/共71页承载力设计值一侧所需螺栓数n:n:取6 6个（2 2）采用承压型连接第56页/共71页螺栓布置图第57页/共71页5050100100第58页/共71页第59页/共71页高强度螺栓群的抗拉a a、轴心力作用Nb b、弯矩作用下假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合M假定各螺栓均匀受力第60页/共71页MM1234y1y2N1N2N3N4受压区受压区中中和和轴轴因此，设计时只要满足下式即可：第61页/共71页c c、偏心拉力作用下偏心力作

22、用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于0.8P0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，因此认为中和轴在螺栓群形心上。所以摩擦型和承压型均可采用以下方法（叠加法）计算:Ne1234M=NeNy1y y2 2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下第62页/共71页高强度螺栓群受拉力、弯矩和剪力共同作用MNV1234MNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下第63页/共71页摩擦型连接1 1号螺栓在N N、M M作用下所受拉力如前所述应满足：单螺栓抗剪力螺栓群剪力应满足：第64页/共71页承压型连接强度计算公式：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的最大拉力：第65页/共71页第66页/共71页80808080第67页/共71页80808080第68页/共71页80808080第69页/共71页80808080第70页/共71页感谢您的观看！第71页/共71页