钢结构螺栓连接.ppt

1 普通螺栓 普通螺栓又分A、B、C三级。A级：杆径d24mm，杆长l150mm和10d；B级：杆径d24mm，杆长l150mm和10d。 A、B级（精制螺栓）：栓杆由车床加工而成，表面光滑，尺寸准确，用类孔。其材料性能等级为8.8级.制作安装复杂,价格较高,很少采用。 （ ） C级（粗制螺栓）：用未加工的圆钢制成，尺寸不够精确，、只需类孔。其材料性能等级为4.6级或4.8.抗剪连接变形大,但安装方便,能有效地传递拉力,故多用于抗拉连或安装时的临时固定. 注意:类孔：孔精确对准，内壁光滑，孔轴垂直于被连接 板，钻孔, 0.30.5 mm 类孔：达不到类孔要求的，冲孔 1.53mm,3.6 螺栓连接的构造 3.6.1 螺栓分类,2 高强螺栓 按材料性能等级可分为： 8.8级 （ ） 10.9级 （ ） 按计算、设计方法又可分为： 摩擦型连接只靠挤压力产生的摩擦阻力传递剪力,并以剪力不超过摩擦阻力(不允许接触面滑移)作为设计准则.剪切变形小,耐疲劳,特别适于承受动力荷载的结构. 1.5-2.0mm。 承压型连接允许接触面滑移,以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则.其承载力高于摩擦型,连接紧凑,但剪切变形比摩擦型大，故不得用于承受动力荷载的结构。 1.0-1.5mm。,3.6.1 螺栓分类,3.6.2 螺栓的排列 螺栓的排列可分为：并列和错列两种形式。,1受力要求：对于受拉构件，螺栓的栓距和线距过小时，对钢板截面削弱太多，构件有可能沿直线或折线发生净截面破坏，两螺栓孔间的钢材被剪坏。对于受压构件，沿作用力方向螺栓间距过大，被连接的板件间容易发生凸曲现象。 2构造要求：若栓距和线距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易于侵入缝隙而产生腐蚀。 3施工要求：为便于转动螺栓扳手，就要保证一定的作业空间。,3.6.3 螺栓排列时应考虑的因数,螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求： (1)为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。 (2)对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽和螺杆焊死等方法。,3.6.4 螺栓连接的构造要求,(3)由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如：制动梁或吊车梁上冀缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支承反力，同时受到反复动力荷载作用，不得采用C级螺栓。柱间支撑与柱的连接，以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘的连接，承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。 (4)当型钢构件的拼接采用高强度螺栓连接时，由于型钢的抗弯刚度较大，不能保证摩擦面紧密贴合，故不能用型钢作为拼接件，而应采用钢板。 (5)在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明。,3.6.4 螺栓连接的构造要求,3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算,普通螺栓连接按传力方式可分为： 抗剪连接依靠螺杆承压和抗剪来传递垂直于杆轴方向 的外力。板件之间有相对错动的趋势； 抗拉连接依靠螺杆抗拉来传递平行于杆轴方向的外力。板件之间有相互脱开的趋势； 抗拉、剪联合作用的连接依靠螺杆既传递垂直于杆轴 方向的外力，又传递平行于杆轴方向的外力。板件之间既有相对错动又有相互脱开的趋势。,1. 单个螺栓的受剪工作性能 1）弹性段（01）：板件间相互挤压，靠摩擦阻力传力； 2）相对滑移段（12）：摩擦阻力被克服后，板件间产生滑移，栓杆与孔壁相接触，滑移量取决于栓杆与孔的间距； 3）弹性工作阶段（23）：主要靠螺杆与孔壁接触来传递外力。图中“3”点为螺栓或连接板达到弹性极限。,3.7.1普通螺栓抗剪连接 3.7.1.1抗剪连接的工作性能,4）弹塑性工作阶段（34）：螺栓杆既受剪又受弯直到连接破坏为止。图中“4”点所对应的荷载为螺栓连接极限荷载。,2. 螺栓连接可能的破坏形式 1）栓杆被剪断，螺栓剪切破坏（图a）； 计算 2）被连接板被挤压破坏，螺栓承压破坏（图b）； 计算 3）被连接板被拉（压）破坏（图c）； 计算 4）被连接板端部剪坏（图d）；构造措施（端距 ） 5）栓杆受弯破坏（图e）。构造措施（栓杆长度 ）,3.7.1.1抗剪连接的工作性能,3.7.1.2 单个螺栓的抗剪承载力,基本假定：螺栓受剪面上的剪应力均匀分布。 1、一个螺栓的抗剪承载力设计值： 式中 受剪面数目，单剪取1，双剪取2，四剪取4 ； 螺栓杆直径； 螺栓抗剪强度设计值。 2、一个螺栓承压承载力设计值： 式中 同一受力方向承压构件的较小总厚度； 螺栓承压强度设计值。,3.7.1.2 单个螺栓的抗剪承载力,1. 螺栓群的轴心受剪 抗剪螺栓群承受轴心力时，沿螺栓群长度方向受力不均，呈两端大中间小的受力状态。 但当螺栓分布长度 时，可认为每个螺栓均匀受力。当螺栓分布长度 时，会出现较严重的传力不均匀现象，故采用强度折减系数 对螺栓的承载能力进行折减：,3.7.1.3 螺栓群抗剪连接计算,3.7.1.3 螺栓群抗剪连接计算,（1）所需螺栓数目n为: 式中 一个螺栓抗剪承载力设计值与承压承载力 设计值的较小值。,（2） 板件净截面强度 式中 An构件净截面面积。计算方法如下 并列 A1= A2= A3=t1(b3d0) N1=N； N2=N(N/9)3 ；N3 = N(N/9)6 错列 正截面 A1= A3 =t1(b2d0) 齿形截面 A2 =t1(l3d0)； 其中l为折线长度。 N1=N； N2 =N ；N3 = N(N/8)3,3.7.1.3 螺栓群抗剪连接计算,3.7.1.3 螺栓群抗剪连接计算,2. 螺栓群偏心受剪 螺栓群在扭矩TFe作用下，每个螺栓均受剪，连接按弹性设计法的计算基于下列假设： 连接板件为绝对刚性，螺栓为弹性体； 连接板件绕螺栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大小与该螺栓至形心距离ri成正比，其方向则与连线ri垂直。,3.7.2 普通螺栓抗拉连接 3.7.2.1 抗拉连接的工作特点,考虑杠杆效应时，螺杆的轴心拉力为,由于被连接件的刚度不够，在连接中产生杠杆效应，在螺栓中产生附加拉力。,规范中考虑杠杆效应的方法： 1）降低螺栓的抗拉强度，即取 ； 2）设计中采取构造措施以减少不利影响，如设置加劲肋。 抗拉连接螺栓的破坏形式：螺杆被拉断。 3.7.2.2 单个螺栓的抗拉承载力 单个螺栓的抗拉承载力设计值为： 式中 螺栓的有效面积，可查表； 螺栓的有效直径； 螺栓抗拉强度设计值（已考虑杠杆效应的不利 影响）。,3.7.2 普通螺栓抗拉连接,3.7.2 普通螺栓抗拉连接,3.7.2.3 螺栓群抗拉连接计算 1、螺栓群轴心受拉 螺栓群在轴心拉力作用下， 假定每个螺栓平均受力，则 每个螺栓拉力 应满足下式 2、螺栓群弯矩受拉 基本假定： 1）在弯矩作用下，板件绕最边缘的螺栓旋转 ； 2）每个螺栓受力大小与其到旋转中心的距离成正比。,假定有m列螺栓，则 式中 1个“1”号螺栓在弯矩M作用下产生的拉力； 第 个螺栓距旋转中心的距离。,3.7.2 普通螺栓抗拉连接,3、螺栓群偏心受拉 螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉力和弯矩的联合作 用，根据偏心距大小可能出现大偏心和小偏心。,3.7.2 普通螺栓抗拉连接,根据图b情况可得 式中 每个螺栓到中心的 距离（以形心“ ” 为旋转 中心）。 有两种可能性： 1）当 0时，为小偏心。要求 2）当 0时，大偏心。此时，应绕边缘螺栓“ ”点旋转，力臂及螺栓位置均应以该点为基准。要求 式中 1号螺栓到“ ”点的距离。,3.7.3 普通螺栓抗拉、剪联合作用的连接,承受剪力和拉力联合作用的螺栓，应考虑两种可能的破 坏形式：1）螺杆受剪兼受拉破坏；2）孔壁承压破坏。 计算公式为： 且 式中 最危险螺栓所 受剪力和拉力； 螺栓的抗剪和 抗拉承载力设计值。,3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算,高强度螺栓连接按传力方式可分为： 抗剪连接传递垂直于杆轴方向的外力。板件之间有相对错动的趋势。 摩擦型连接只靠挤压力产生的摩擦阻力传递剪力,并以剪力不超过摩擦阻力(不允许接触面滑移)作为设计准则。 承压型连接允许接触面滑移,以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则。 抗拉连接依靠螺杆抗拉来传递平行于杆轴方向的外力。板件之间有相互脱开的趋势。 抗拉、剪联合作用的连接既传递垂直于杆轴方向的外力，又传递平行于杆轴方向的外力。板件之间既有相对错动又有相互脱开的趋势。,3.8.1 高强度螺栓的预拉力,1.高强度螺栓预拉力的控制方法 预拉力是通过拧紧螺帽来实现的。其常用的控制方法为： 转角法（用于大六角型螺栓）：通过工艺试验，确定满足预拉力要求所需角度，在实际工程中采用固定转角，不精确； 扭矩法（用于大六角型螺栓）：通过工艺试验，确定满足预拉力要求所需扭矩，制做特殊扳手，如机械扳手，光电扳手等； 扭剪法（用于扭剪型螺栓）：用特殊扳手拧断其梅花头为止预拉力建立完成。,2 . 预拉力设计值的确定 高强度螺栓预拉力设计值由下式确定： 式中 螺栓的有效截面面积； 螺栓材料的最低抗拉强度； 0.9考虑螺栓材料的不定性系数； 0.9考虑预拉力松弛损失的超张拉系数； 0.9考虑 作为标准值增加的系数； 1.2考虑拧紧螺栓时扭矩对螺杆的不利影响系数。,3.8.1 高强度螺栓的预拉力,3. 摩擦面抗滑移系数的确定,高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的大小与连接处构件接触面的处理方法和构件的钢号有关。试验表明，此系数值有随被连接构件接触面间的压紧力减小而降低的现象，故与物理学中的摩擦系数有区别。,3.8.1 高强度螺栓的预拉力,钢材强度和硬度愈高，连接构件表面相互啮合使产生滑移的力就愈大，因此值与钢种有关。 试验证明，摩擦面涂红丹后0.15，即使经处理后仍然很低，故严禁在摩擦面上涂刷红丹。另外，连接在潮湿或淋雨条件下拼装，也会降低值，故应采取有效措施保证连接处表面的干燥。,3.8.1 高强度螺栓的预拉力,1.高强度螺栓抗剪连接的工作性能 单个螺栓的受剪工作性能如图,3.8.2 高强度螺栓的抗剪连接,3.8.2 高强度螺栓的抗剪连接,2 单个高强度螺栓的抗剪承载力 高强度螺栓的摩擦型连接,摩擦型连接的承载力取决于构件接触面的摩擦力，而此摩擦力的大小与螺栓所受预拉力和摩擦面的抗滑移系数以及连接的传力摩擦面数有关。一个摩擦型连接高强度螺栓的抗剪承载力设计值为：,式中 0.9抗力分项系数R的倒数，即1/R =1/1.111=0.9； nf传力的摩擦面数； 高强度螺栓摩擦面抗滑移系数； P 每个高强度螺栓的预拉力。 试验证明，低温对摩擦型高强度螺栓抗剪承载力无明显影响，但当温度t100150时，螺栓的预拉力将产生温度损失，故应将摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值降低10；当t 150时，应采取隔热措施，以使连接温度在150或100C以下。,高强度螺栓的承压型连接,在抗剪连接中，每个承压型高强度螺栓的设计值的计算方 法与普通螺栓相同，但当剪切面在螺纹处时，其受剪承载力 设计值应按螺纹处的有效面积进行计算。因此有 一个螺栓的抗剪承载力设计值： 一个螺栓承压承载力设计值： 其最小承载力设计值：,3.8.2 高强度螺栓的抗剪连接,3、高强度螺栓群的抗剪计算 (1)轴心力作用时 螺栓数目,3.8.2 高强度螺栓的抗剪连接,高强度螺栓群受扭矩T、剪力V和轴心力N共同作用的抗剪计算与普通螺栓相同，只是用高强度螺栓的承载力设计值。,3、高强度螺栓群的抗剪计算 (1)轴心力作用时 螺栓数目,净截面强度 孔前传力占螺栓传力的50%。这样截面11净截面传力为 式中：n 连接一侧的螺栓总数； n1计算截面上的螺栓数。,3.8.2 高强度螺栓的抗剪连接,1、单个高强度螺栓的抗拉承载力 连接受力之前，根据平衡条件得：C=P 连接受拉之后，螺栓伸长 ，被连接板压缩量恢复 ，此时，螺栓内拉力从 P 增加为 ，而被连接板间的压力从 C 减小为 。计算发现，当 时，螺栓内拉力增加很小，实验发现，当 超过0.8P 时，卸载后螺栓将产生应力松弛现象预拉力变小。当 时，无松弛现象。 故规范规定：,3.8.3 高强度螺栓的抗拉连接,3.8.3 高强度螺栓的抗拉连接,事实上，由于被连接件的刚度不够，在连接中产生杠杆效应，在螺栓中产生附加拉力。 不出现撬力。上式中未考虑杠杆效应的影响。设计中采取构造措施以减少其不利影响，如设置加劲肋。,在直接承受动力荷载的结构中，由于高强度螺栓连接受拉时的疲劳强度较低，每个高强度螺栓的外拉力不宜超过0.6P。当需考虑撬力影响时，外拉力还得降低。,3.8.3 高强度螺栓的抗拉连接,（2）高强度螺栓群在弯矩作用下 由于被连接构件的接触面一直保持紧密结合，可以认为受力时中和轴在螺栓群的形心轴上。,2、 高强度螺栓群的抗拉计算 （1）轴心拉力作用下 因力通过螺栓群中心，每个螺栓所受外拉力相同，一个螺栓所受拉力为,yi各螺栓到螺栓群中和轴的距离； y1受力最大的螺栓到中和轴的距离。,（2）高强度螺栓群在弯矩和轴力作用下（偏心受拉） 被连接构件的接触面一直保持紧密结合，中和轴在螺栓群的形心轴上。,3.8.3 高强度螺栓的抗拉连接,承压型连接的高强度螺栓，应按下式计算 式中，1.2为折