《螺栓连接》PPT课件.ppt

项目三普通螺栓连接,一、普通螺栓连接的构造,1、螺栓的规格,(1)普通螺栓的形式为六角头型。其代号用M和公称直径数表示。工程中常见的有M16、M20、M22和M24。,(3)分为A级、B级和C级三种,(2)常用螺栓直径为d=16，20，22，24mm,(4)C级为粗制螺栓，单个零件上一次冲成，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.5-3mm，制作安装方便。C级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。,(3)A级和B级为精制螺栓，在车床上经过切削而成,螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为8.8级。很少用，已被高强度螺栓代替。,2、螺栓的排列(简单、统一、整齐、紧凑）,(1)基本形式：并列和错列,并列简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大。,错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。,（2）螺栓排列的要求,受力要求,在垂直于受力方向：对于受拉构件，各排螺栓的中距及边距不能过小，以免使螺栓周围应力集中相互影响，且使钢板的截面削弱过多，降低其承载能力。,平行于受力方向：端距应按被连接钢板抗挤压及抗剪切等强度条件确定，以便钢板在端部不致被螺栓冲剪撕裂，规范规定端距不应小于2d0；受压构件上的中距不宜过大，否则在被连接板件间容易发生鼓曲现象。,因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距。,构造要求边距和中距不宜过大，中距过大，连接板件间不密实，潮气容易侵入，造成板件锈蚀。规范规定了螺栓的最大容许间距。,施工要求要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。因此规范规定了螺栓的最小容许间距。,为什么要限制中心距？(3d0)太小：连接中易沿螺孔间折线或直线破坏；不便施工太大：不紧密易锈蚀，受压时局部失稳。,最大、最小距离限值见下页表。,为什么限制边距、端距？(2d0、1.5d0、1.2d0)太小：栓钉至边（端）钢板易被子剪断。太大：不紧密，易锈蚀和变形。,(3)具体排布尺寸要求,螺栓连接的构造要求,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）为了证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端，永久螺栓不宜少于两个，但组合构件的缀条除外。,（2）直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动。,（3）C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，可用于抗剪连接情况有：承受静载或间接动载的次要连接；承受静载的可拆卸结构连接；临时固定构件的安装连接。,（4）型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件。,上两排螺栓受拉,2、受拉螺栓连接外力于栓干平行通过螺栓抗拉保持连接。,1、受剪螺栓连接外力与栓杆垂直以螺栓抗剪形式使连接件紧密连接。,二、普通螺栓连接的受力性能和计算,3、同时受拉剪螺栓连接,一、受剪的普通螺栓连接,1、五种破坏形式,栓杆被剪坏破坏条件：栓杆直径较小而板件较厚时。,孔壁被挤压破坏破坏条件：栓杆直径较大而板件较薄时。,板件被拉断破坏条件：截面削弱过多时。,由于拴杆和扳件的挤压是相对的，故也常把这种破坏叫做螺栓承压破坏。,板件端部被剪坏破坏条件：端矩a过小时。构造保证措施：端矩不应小于2d0,栓杆弯曲破坏破坏条件：螺栓杆过长时。构造保证措施：栓杆长度不应大于5d,前三种破坏形式通过计算解决，后两种则通过构造要求保证。第种破坏属于构件强度破坏，因此，抗剪螺栓连接的计算只考虑和两种形式破坏。,螺栓剪断,2、单个螺栓受剪时的工作性能,弹塑性工作阶段(2后)螺杆与孔壁接触、挤压，剪切变形迅速加大，直到连接最后破坏。,相对滑移阶段(1-2)传递的剪力大于摩擦力，连接板间相对滑移，最大滑移量为栓杆和孔壁之间的间隙。,弹性工作阶段(0-1)传递的剪力小于板间的摩擦阻力，连接板间相对位置保持不变。,螺栓工作分以下三阶段,3、单个普通螺栓的抗剪承载力计算,受剪力作用螺栓群剪力分布,螺栓的承压面,由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压（即螺栓承压）两种情况。,（1）假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布，一个剪力螺栓的抗剪承载力设计值为：,式中：nv受剪面数目，单剪=1；双剪=2。d螺栓杆公称直径；fvb螺栓的抗剪强度设计值。,（2）螺杆受剪的同时，孔壁与螺杆柱面发生挤压，挤压应力分布在半圆柱面上。当螺杆较粗，板件相对较薄，薄板的孔壁可能发生挤压破坏。承压计算时，假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布，则单栓承压设计承载力：,一个抗剪普通螺栓的承载力设计值：,（1）受剪螺栓连接受轴心力作用的计算,目标：确定螺栓数目n和排列。,4、受剪螺栓连接的计算,a、连接所需螺栓数目（假设每个螺栓的受力相同）,此时，螺栓剪力分布明显不均，距外力N最近的一排螺栓受力最大，会首先破坏并依次逐排朝内破坏。为保证其安全，将单个螺栓承载力乘降低系数。,l115d0情况,n所需螺栓数N轴心力NbminNvb和Ncb中之较小值,l115d0情况,b、构件净截面强度验算排列设计,验算公式,N连接件或构件验算截面上的轴心力设计值An连接件或构件在验算截面上的净截面面积f钢材的抗拉（或抗压）强度设计值,螺栓并列排列,连接构件的不利截面为I-I,盖板的不利截面为II-II,An=(b-n1d0)t,An=2(b-n2d0)t1,螺栓错列排列,除对1-1截面（绿线）验算外，还应对2-2截面（粉红）进行比较验算。,2-2粉红线总长：,扣除螺孔直径后：,n2粉红线截面上的螺孔数,例2-6两截面为14x400的钢板，采用双盖板和C级普通螺栓连接。螺栓M20，钢材Q235，承受轴心拉力设计值N960KN。试设计此连接。,分析,设计此连接应按等强度考虑，即设计的连接除能承受N力外，还应使被连接钢板、拼接盖板、螺栓的承载力均接近，这样才能做到经济省料。因此，连接盖板的截面面积可取与被连接的钢板的截面面积相同。这样，当螺栓采用并列布置时，只要计算被连接钢板的强度满足即可，不必再验算连接盖板。具体设计步骤可根据已知的轴心力设计值先确定需要的螺栓数目，并按构造要求进行排列，然后验算构件的净截面强度。,解：（1）确定连接盖板截面,采用双盖板拼接，截面尺寸选7400，与被连接钢板截面面积相等，钢材亦为Q235,（2）确定所需螺栓数目和螺栓排列,采用下图的排列方式,（3）验算连接板件的净截面强度,二、受拉螺栓连接,1、受力性能和承载力,2、受拉螺栓连接的计算,（1）受轴力作用的抗拉螺栓,受轴向拉力作用的抗拉螺栓群,验算公式n需要的螺栓数N总外拉力,假定,由几何关系，有,由平衡条件,危险螺栓上的拉力,上排螺栓（1号）最危险。,连接板件绝对刚性，螺栓为弹性，螺栓群绕最下一排螺栓轴线（O点）旋转（上部易脱开，转动中心下移）。设螺栓布置有m列，一列螺栓受到的弯矩为M/m。,（2）弯矩作用下的抗拉螺栓,得,设计条件,式中，N1由弯矩M产生的1号螺栓上的轴心拉力；y11号螺栓到旋转中心O的距离；yi第i号螺栓到O点的距离；yi2各排螺栓到O点距离的平方和。,（3）普通螺栓群偏心受拉,螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉力N和弯矩MNe的联合作用。按弹性设计法，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。,先按小偏心受拉计算当M较小，N较大时，所有螺栓均承受拉力作用，此时被连板件绕螺栓群形心O转动。螺栓群受力最小的螺栓拉力为：,若成立,则小偏心成立,此时要求受力最大的螺栓拉力满足条件：,若，则小偏心假设不成立,应按大偏心计算。这时，偏于安全取中和轴位于最下排螺栓形心O处，根据平衡可得受拉力最大螺栓分担的拉力,即要求其满足：,注意与小偏心时e和yi的区别。,偏拉，受弯，P50例题2-6、2-7,高强度螺栓连接的计算,摩擦型连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂，使=0.30.55。,分类：,特点：预拉力很大，依直径等级不同，可达80355kN。,高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强度等级10.9s和8.8s级。,承压型连接件间允许相互滑动。传力开始时在标准荷载作用下动连接件间无滑动，剪力由摩擦力和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接件间有较大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，其特点与普通螺栓相同。因此，有与普通螺栓相同的极限状态螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。变形大，不适于受动荷载的连接。,抗拉时与普通螺栓相同，但变形小，可减少锈蚀，改善疲劳性能。,1、高强度螺栓的类型,按设计准则的不同，高强度螺栓分为两类：摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为摩擦力被克服；承压型高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似。在外力的作用下螺栓承受剪力和拉力。,螺栓的预拉力P(即板件间的法向压紧力)、摩擦面间的抗滑移系数和钢材种类等都直接影响到高强度螺栓摩擦型连接的承载力。,一、高强螺栓的预拉力的建立,2、高强度螺栓的预拉力,预拉力是通过拧紧螺帽，使螺杆受到拉伸作用而使被连接板件间产生压紧力。,高强度螺栓分大六角头型和扭剪型两种，二者预拉力控制方法各不相同。,（1）高强度螺栓预拉力的建立方法,为了保证通过摩擦力传递剪力，高强度度螺栓的预拉力P的准确控制非常重要。,A、力矩法（控制拧紧力矩）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。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。,大六角头螺栓的预拉力控制方法有：,B、转角法初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；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120180完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要注意防止欠拧、漏拧和超拧。,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。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等。,（2）高强度螺栓预拉力的确定,高强螺栓的预拉力设计值P由下式确定,式中：,Ae螺纹处有效截面积；fu螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu=830N/mm2，10.9级,取fu=1040N/mm2,系数1.2考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低；,系数0.9为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数；考虑材料的不均匀性的折减系数；附加安全系数。,一个高强度螺栓的设计预拉力P,3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数,按公式计算出的P值以5kN的倍数取整就形成规范规定的设计预拉力。,高强度螺栓摩擦面抗滑移系数大小与接触面的处理方法和构件钢号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而降低。不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数见下表。,摩擦面抗滑移系数值,1、单个高强螺栓抗剪承载力设计值NVb=0.9nfPNVb单个高强螺栓抗剪承载力设计值P预拉力抗滑移（摩擦）系数nf传力摩擦面数0.9螺栓受力非均匀系数,二、摩擦型高强螺栓的计算,抗剪承载力由摩擦力确定。,设：一侧的螺栓数为n，平均受剪，承受外力N。,分析方法和计算公式与普通螺栓同。,2、摩擦型高强螺栓群的抗剪计算,每个螺栓承受的剪力为：,单个螺栓承载力设计条件：,(1).所需螺栓数：,(2).构件净截面强度验算,孔前传力分析,受剪连接计算一个螺栓抗剪承载力连接所需螺栓数净截面强度：考虑50孔前传力,为什么取0.8P呢？研究表明：连接件刚好被松开时的外力N=1.05-1.19P，那么取Ntb=0.8P时可以保证连接件不被松开。,P预拉力,（1）一个高强螺栓的抗拉承载力设计值,3、高强螺栓承受拉力时的计算,规