第三章-钢结构连接(6-7节).ppt

3.6普通螺栓连接的构造和计算,一、普通螺栓的种类,A、B级,-精制螺栓,-粗制螺栓,C级,类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大0.30.5mm；性能等级为8.8级。,类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大1.53mm；性能等级为4.6或4.8级。,二、螺栓的排列,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，用M表示，例如M16、M20等。,螺栓的排列应满足：,构造要求,施工要求,受力要求,防止钢板截面过度削弱而承载力不足；防止连接板件发生鼓曲。,以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。,为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。,螺栓的最大、最小容许距离,三、普通螺栓连接的受力性能,1、受力分类,螺栓根据受力不同分为：受剪、受拉及拉剪型螺栓,受剪型,受拉型,拉剪型,2、普通螺栓抗剪连接工作性能,1)弹性阶段,2)滑移阶段,3)栓杆传力的弹塑性阶段,4)破坏阶段,破坏形式,1）螺栓杆被剪坏,2）孔壁的挤压破坏,3）板件被拉断,4）板件端部被剪坏,5）栓杆弯曲破坏,端矩不应小于2dO,栓杆长度不应大于5d,以上1、2、3三种破坏形式通过强度计算避免。,4、5破坏由构造解决。,3、单个普通螺栓的抗剪承载力设计值,抗剪承载力：,其中：nv剪切面数目；d螺栓杆直径；fvb螺栓抗剪强度设计值；,剪切面数目nv,其中：t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。fcb螺栓孔壁承压强度设计值；,单栓抗剪承载力：,承压承载力：,（一）普通螺栓群抗剪连接计算,1）轴心力作用下抗剪计算,当l115d0(d0为孔径)时，假定N由各螺栓均匀承担。,连接所需螺栓数量：,四、普通螺栓连接的计算,说明：当l1过大时，受力分配不均，两端大中间小，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数，当l115d0时：当l160d0时，0.7连接所需螺栓数量：,板件的净截面验算：,A、螺栓采用并列排列时,B、螺栓采用错列排列时:,拼接板强度验算:,2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算,F作用下,T作用下满足假定：连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。,T作用下1号螺栓所受剪力最大,1、普通螺栓抗拉连接的工作性能,（二）普通螺栓的抗拉连接计算,抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。,2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值,式中：Ae-螺栓的有效截面面积；de-螺栓的有效直径；ftb-螺栓的抗拉强度设计值。,公式的两点说明：,（1）螺栓的有效截面面积因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：,(2）螺栓的抗拉强度ftb,规范采取简化计算的方法，取ftb=0.8f（f螺栓钢材的抗拉强度设计值）,3、普通螺栓群的受轴拉力作用的计算,一般假定每个螺栓均匀受力。,连接所需的螺栓数为：,4、普通螺栓群在弯炬作用下,M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：（1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2）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和轴的距离呈正比。,显然1号螺栓在M作用下所受拉力最大,由力学及假定可得：,因此，设计时只要满足下式，即可：,5、普通螺栓在偏心拉力作用下,偏心力作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。,（三）普通螺栓拉剪型计算,2、兼受剪力和拉力的螺杆，其承载力无量纲关系曲线近似为“四分之一圆”-拉剪相关曲线,1、普通螺栓在拉力和剪力的共同作用下，可能出现两种破坏形式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔壁的承压破坏；,为了防止孔壁的承压破坏，应满足：,拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当有承托时，承托承受全部剪力，螺栓群按受拉连接计算。,承托与柱翼缘的连接角焊缝计算：,式中：考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，一般取=1.251.35,3-7高强度螺栓连接的构造和计算,高强度螺栓分为大六角头型和扭剪型两种,高强材料经热处理制成，按强度等级分10.9与8.8级。,一、高强度螺栓的分类,按受力特征分类：,高强度螺栓摩擦型连接靠板件间摩擦力传递剪力；摩擦型连接的剪切变形小，适用于动荷载的结构。,高强度螺栓承压型连接允许板件间摩擦力被克服，出现相对滑移后，依靠螺栓杆的抗剪和孔壁承压传递剪力；承压型连接的承载力高于摩擦型，但剪切变形大，不适用于承受动力荷载的结构中。,1、预拉力的施加方法,二、高强螺栓的预拉力,转角法,扭矩法施工方法：初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的30%50%，使板件贴紧密；终拧初拧基础上，按100%设计终拧力矩拧紧。,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%；终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。,2、高强度螺栓预拉力的确定,说明：折减系数0.9考虑材料的不均匀性；折减系数0.9防止施工时超张拉导致螺杆破坏；系数1.2考虑拧紧螺帽时，扭矩对螺杆的不利影响；附加安全系数0.9。,三、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数,高强度螺栓摩擦型连接：板件间摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P）和板件间的抗滑移系数；板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关。,四、高强度螺栓摩擦型连接的计算,1、单个高强螺栓摩擦型连接的抗剪承载力设计值：,式中：0.9抗力分项系数R的倒数(R=1.111);nf传力摩擦面数目;摩擦面抗滑移系数;P预拉力设计值.,2、单个高强螺栓摩擦型连接的抗拉承载力设计值,理论分析当作用于螺杆上的拉力不超过P的80%时，螺杆的预拉力基本不变；试验结果当作用于螺杆上的拉力大于P的80%时，被连接板之间会出现松弛现象。,3、高强度螺栓群的抗剪计算,a、受轴心力作用,假定各螺栓受力均匀。,所需螺栓数：,螺栓的连接强度满足：,高强度螺栓群轴心力作用下,尚应进行板件的净截面验算。,主板的危险截面为1-1截面。,考虑孔前传力50%得：,1-1截面的内力为：,b、在偏心剪力作用下,螺栓1的强度验算公式为:,4、高强螺栓群的抗拉计算,1、轴心力作用假定各螺栓均匀受力。,2、弯矩作用下,假定：连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力最大。,或,满足：,3、偏心拉力作用下,1号螺栓所受最大拉力应满足：,5、高强螺栓群在拉力和剪力共同作用下的计算,单个螺栓所受的剪力：,单个螺栓所受的拉力：,6、在拉力