钢结构第三章螺栓连接ppt课件

3.7螺栓连接和铆钉连接排列和构造要求,一、螺栓和铆钉的排列,排列,并列,错列,优点：简单、紧凑、连接板的尺寸小,缺点：截面削弱大,优点：减少截面削弱,缺点：排列松散、连接板尺寸大,受力要求构造要求施工要求,最小中距为,最小端距为(顺力方向),螺栓或铆钉的最大、最小容许距离见表3-3,螺栓连接除了容许距离外，还应满足下列构造要求：,1、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2个；2、直接承受动力荷载的普通螺栓应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施；3、C级螺栓宜用于杆轴方向的受拉连接，以下情况可以用于受剪：承受静力荷载的次要连接；可拆卸结构的连接；临时固定构件；4、型钢采用高强螺栓连接时，采用钢板作为拼接件；5、高强螺栓连接范围内，接触面的处理方法应在施工图中说明,3.8普通螺栓连接的工作性能和计算,一、抗剪连接二、抗拉连接三、受剪力和拉力共同作用,普通螺栓受力,一、抗剪连接,1、普通螺栓抗剪连接的主要性能,测试值：a、b两点的相对位移；外力N；,时间：零载连接破坏,(1)弹性阶段荷载靠板件间接触面的摩擦力传递，此阶段很短，可略去不计。0-1,三个阶段：,(2)相对滑移阶段从开始滑移到螺栓与孔壁接触。1-2,(3)弹塑性阶段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。,弹性极限,极限承载力状态,螺栓抗剪连接可能的破坏形式：,栓杆直径较小时，栓杆可能先被剪断；,抗剪螺栓连接的计算只考虑第、种破破形式。,栓杆直径较大、板件较薄时，板件可能先被挤坏，栓杆和板件的挤压是相对的，也把这种破坏叫做螺栓承压破坏；,板件截面可能因螺栓孔削弱截面太多而被拉断；,端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏。,2.一个普通螺栓的抗剪承载力,螺栓杆受剪,孔壁承压,一个螺栓抗剪承载力设计值,一个螺栓抗压承载力设计值,一个螺栓抗剪的承载力设计值:,=,螺栓杆受剪,受剪面数目，单剪=1，双剪=2，四剪=4；螺栓杆直径(螺栓的公称直径)；螺栓抗剪强度设计值。,在同一受力方向的承压构件的较小总厚度；螺栓承压强度设计值。,孔壁承压,3.轴心剪力作用的普通螺栓群计算,1150,轴心力N由每个螺栓平均分担，螺栓数n：,当1150时，,当1600时，=0.7,轴心力N由每个螺栓平均分担，螺栓数n：,由于螺栓孔削弱了板件的截面，为防止板件在净截面处被拉断，需要验算净截面的强度：,净截面,板件,连接板,、,力的传递：,左边板件,螺栓,右边板件,拼接板,板件承受全部的力N,板件承受2/3N,板件承受1/3N,板件在截面1-1处受力最大N,拼接板在截面3-3处受力最大,净截面面积：,板件,拼接板,错列螺栓排列,需验算正交截面和折线截面的强度,例题3-14,设计两角钢用C级普通螺栓的拼接，已知角钢型号为906，所承受的轴心拉力的设计值为N=160KN，采用拼接角钢的型号与构件的相同，钢材为Q235A，螺栓直径d=20mm，孔径为21.5mm。,160KN,160KN,4.扭矩作用的普通螺栓群计算,n个螺栓；,形心为O；,外力T；,第i个螺栓到形心的距离；,受力最大的那个螺栓的剪力,两个假设前提：(1)被连接板件为绝对刚性时，螺栓为弹性的；(2)被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成正比，其方向与连线该螺栓至形心垂直。,要找到受力最大的螺栓并求出其力的大小,求出每个螺栓上所受的力的大小,n个未知量，需要n个方程,力的平衡方程：,假设条件：,n个方程,最大剪力,受力最大的一个螺栓所承受的剪力应不大于其抗剪承载力设计值，即：,5.扭矩、剪力和轴力共同作用的普通螺栓群计算,受力最大的螺栓,而轴力、剪力下螺栓受力均匀,取1处的螺栓进行验算,扭矩作用下1螺栓的受力：,剪力作用下1螺栓的受力：,轴力作用下1螺栓的受力：,扭矩、剪力和轴力作用下的叠加：,例题3-15试设计钢板的对接接头，钢板为-18600，钢材为Q235A，承受的荷载设计值为：扭矩T=48kN.m，剪力V=250kN，轴心力N=320kN，采用C级螺栓，螺栓直径d=20mm，孔径=.。,设计拼接板尺寸和螺栓布置,拼接板尺寸：长、宽、厚度,螺栓布置：水平距离和竖向距离,验算螺栓受力以及净截面强度,1、拼接板尺寸：长、宽、厚度,600mm,厚度的确定原则：拼接板的截面面积大于被连接钢板的截面面积。,被连接钢板的截面面积：18600拼接板的截面面积：2600t,取10mm,长度的确定：与螺栓的布置间距有关,布置螺栓,2、螺栓布置：水平距离和竖向距离,距离的选取原则：在容许距离范围之内，水平距离取较小值；竖向距离取较大值。,水平距离,端距,水平中距,最小容许距离,中距的最小容许距离取,端距取,43mm，取45mm,64.5mm，取70mm,竖向距离,边距,竖向中距,最大容许距离,中距的最大容许距离取或12t,172mm或120mm，取120mm,边距=（600-1204）/2=60mm,3、验算螺栓受力,扭矩T,剪力V,轴心力N,1,1,1,1,合力：,=1+1,=1+1,=,4、净截面强度验算：1-1截面,1,1,作用力：轴力、剪力和扭矩,作用力在截面产生的应力：轴力：=剪力：=扭矩：=,需要验算的点：,正应力最大的点：最外纤维处,剪应力最大的点：靠近形心处,只有正应力,既有正应力又有剪应力,二、抗拉连接,1.一个普通螺拴的抗拉承载力,螺栓的抗拉承载力设计值；螺栓的有效直径；螺栓的抗拉强度设计值。,其中,=.(螺栓钢材的抗拉强度设计值）,2.轴心拉力作用普通螺拴群的计算,螺栓群在轴心力作用下的抗拉连接，通常假定每个螺栓平均受力，则连接所需螺栓数为：,3.弯矩作用的普通螺栓群计算,中和轴,受拉区受压区,由螺栓承担,由整个受压板承担,近似地取最下排螺栓中心处,假设：1、螺栓拉力与O点算起的纵坐标y成正比；2、偏安全忽略力臂很小的端板受压区部分的力矩。,由假设1可知：,n-1个方程,由假设2可知：,要求：受力最大的最外排螺栓的拉力不超过一个螺栓的抗拉承载力设计值，即：,4.弯矩和拉力共同作用的普通螺栓群计算,根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉两种情况,（1）小偏心受拉：全部螺栓均为受拉,轴心力：由各螺栓均匀承受；,弯矩：螺栓群以形心O处水平轴为中和轴的三角形应力分布，使上部螺栓受拉，下部螺栓受压；,=,=2,（2）大偏心受拉：,偏安全取中和轴位于最下排螺栓O处，e和各y自O点算起，最上排螺栓1的拉力最大：,例题3-16,牛腿与柱采用C级普通螺栓和承托连接，如图，承受竖向荷载设计值F=220KN，偏心距e=200mm。试设计其螺栓连接。钢材为Q235A，螺栓为，M20，孔径d0=21.5mm。,例题3-17,如图，刚接屋架下弦节点，竖向力由承托承受。螺栓为C级，承受偏心拉力，其设计值为N=250KN，e=100mm，螺栓布置如图所示，设计此连接。,大小偏心的确定：,小偏心,截面的有效面积,三、普通螺栓受剪力和拉力共同作用,受剪,螺栓被剪坏,孔壁承压破坏,受拉,螺栓被拉坏,螺杆受剪兼受拉破坏,孔壁承压破坏,A.第一种破坏形式,所受的剪力为,所受的拉力为,B.第二种破坏形式,根据作用力与反作用力，由剪力V产生的螺栓上的力，同时作用在孔壁上。,3.9高强螺栓连接的工作性能和计算,一、高强度螺栓连接的工作性能,普通螺栓：材料强度较小，预拉力小；,高强螺栓：材料强度较高，预拉力大；,可忽略,产生较大摩擦力,摩擦型连接,承压型连接,特点：只依靠被连接件之间的摩擦阻力传递剪力；,摩擦型连接,极限状态：剪力等于最大静摩擦力时；,特点：受剪时与普通螺栓相同；受拉时首先克服预拉力产生的压紧力。,承压型连接,极限状态：破坏形式和普通螺栓相同；,预拉力的控制方法,扭矩法,转角法,初拧,终拧,初拧,终拧,50%拧紧力矩,100%拧紧力矩,普通扳手拧紧,用长扳手或风动扳手拧至终拧角度,预拉力的确定预拉力设计值P,Ae螺栓螺纹处的有效面积；fu螺栓经热处理后的最低抗拉强度；,（取5kN的整数倍）,预应力损失,材质不均匀的折减系数,安全系数,同时受拉和受剪的不利影响,二、高强度螺栓连接的计算,1、一个高强螺栓的抗剪承载力,2、一个高强螺栓的抗拉承载力,3、高强螺栓同时受拉和受剪的计算,4、螺栓群的连接计算,1、一个高强螺栓的抗剪承载力,摩擦型：,抗力分项系数的倒数,抗滑移系数,与普通螺栓相同,承压型：,=,2、一个高强螺栓的抗拉承载力,摩擦型：,承压型：,与普通螺栓相同,无松弛现象,3.9.3一个高强度螺栓的抗拉承载力,3、高强螺栓同时受拉和受剪的计算,摩擦型：,承压型：,保证安全,4、螺栓群的连接计算,a抗剪计算,b抗拉计算,c偏心拉力作用,d拉力、弯矩和剪力共同作用,3.9.4高强度螺栓同时承受剪力和拉力的计算,a抗剪计算,=,3.9.4高强度螺栓同时承受剪力和拉力的计算,b抗拉计算,轴心力：,弯矩：,c偏心拉力作用,按小偏心计算,d拉力、弯矩和剪力共同作用,