《结构设计原理教学课件》ch3 钢结构连接计算 - 螺栓连接

第3章 钢结构的连接,3.1 对接焊缝的构造和计算3.2 角焊缝的构造和计算3.3 普通螺栓连接的受力性能和计算3.4 高强度螺栓连接的受力性能和计算,螺栓连接形式,三、螺栓连接的构造和计算,螺栓连接的构造要求,搭接,T形连接,盖板对接,3,普通螺栓,三、螺栓连接的构造和计算,三、螺栓连接的构造和计算,高强度螺栓,普通螺栓和高强度螺栓的区别,三、螺栓连接的构造和计算,高强度螺栓的设计准则,外力可超过摩擦力，经滑移后由螺杆承剪承压,三、螺栓连接的构造和计算,三、螺栓连接的构造和计算,简单、整齐、紧凑,螺栓孔的排列,三、螺栓连接的构造和计算,并列排列,错列排列,受力要求 受力方向的端矩太小，构件端部被剪断；受拉构件中距太小，拉断；对受压构件沿外力方向的中距过大，构件易发生张口或鼓曲现象,三、螺栓连接的构造和计算,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,施工要求 留有足够的空间便于板手转动,螺栓孔的排列,三、螺栓连接的构造和计算,螺栓连接中，螺栓的受力形式有三种情况：螺栓只受剪力作用；螺栓只受拉力作用；螺栓受剪力、拉力共同作用。,拉,剪,剪拉,三、螺栓连接的构造和计算,螺栓的受力形式,剪力螺栓的破坏形式,三、螺栓连接的构造和计算,受剪螺栓受剪面上的平均剪应力和连接的变形间的关系曲线可划分为以下四个阶段：,三、螺栓连接的构造和计算,受剪螺栓的工作性能及承载力,摩擦传力的弹性阶段滑移阶段螺杆受剪面传力的弹性阶段弹塑性阶段,平均剪应力,连接变形,假定螺杆被剪断时，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：,三、螺栓连接的构造和计算,普通和承压型高强度螺栓的受剪承载力,式中： nv 受剪面数目，单剪1；双剪2。 d 螺栓杆公称直径； 螺栓的抗剪强度设计值。,一个剪力螺栓的抗压承载力设计值为：式中 在同一受力方向的承压构件的较小总厚度； 螺栓的承压强度设计值，取决于构件材料。,15,三、螺栓连接的构造和计算,普通和承压型高强度螺栓的承压承载力,综上，螺栓的受剪承载力应为,16,三、螺栓连接的构造和计算,摩擦型连接高强度螺栓的承压承载力,其中，被连接板间接触表面的抗滑移系数为 传力的摩擦面数目为 P为螺栓拧紧时施加的预拉力,摩擦型连接高强度螺拴的受剪承载力设计值：,高强度螺栓的抗剪承载力承压型连接： min , 摩擦型连接：,对比分析,17,三、螺栓连接的构造和计算,受拉螺栓的承载力,三、螺栓连接的构造和计算,采用双角钢构成的T形连接来传递拉力时，通常角钢的刚度不大，受拉后，垂直于拉力作用方向的角钢肢会发生较大的变形，并起杠杆作用，在该肢外侧端部产生撬力Q。因此，螺栓实际所受拉力N+Q，由于确定Q值比较复杂，在计算中不计Q力，而是采用降低螺栓强度设计值的方法解决，即取 ；并采取构造措施加强角钢的刚度。,19,三、螺栓连接的构造和计算,根据连接要求选择螺栓类型和排列方式初选螺栓的公称直径，按构造要求布置螺栓孔根据连接承受的荷载，计算螺栓群中各螺栓的受力情况确定所需的螺栓数或验算螺栓的承载力。若受力构件的截面有削弱，还需对构件截面进行强度验算,20,三、螺栓连接的构造和计算,螺栓连接的设计、验算,三、螺栓连接的构造和计算,普通螺栓和高强度螺栓承压型连接,螺栓连接的设计、验算,21,例题：设计两角钢用C级普通螺栓的拼接，已知角钢型号为10010，所承受的轴心拉力的设计值为N=300kN，采用拼接角钢型号与构件的相同，钢材为Q235-A，螺栓直径d=22mm,孔径d0=23.5mm。,解,思路:计算1个螺栓承载力按=1计算螺栓数排列螺栓并复核 验算净截面强度,一个螺栓的承载力设计值,抗剪,承压,，取6个螺栓，排列如下图；因l115d0，故=1,连接一边所需螺栓数,构件净截面强度验算,角钢的毛截面面积为A=19.26cm2,将角钢按中线展开,II正交截面净面积,IIII折线截面净面积,螺栓连接的设计、验算,高强度螺栓摩擦型连接,三、螺栓连接的构造和计算,如图所示，轴力作用在螺栓群形心，可认为螺栓群均匀受拉，无论采用那种螺栓，每个螺栓的拉力为：,可确定螺栓数或验算螺栓的抗拉承载力,26,三、螺栓连接的构造和计算,螺栓群连接的设计、验算,剪力螺栓群的不均匀受力,三、螺栓连接的构造和计算,图示T型连接，在弯矩M作用下，被连接件有顺弯矩M作用方向旋转的趋势，螺栓受拉。普通螺栓，可偏安全地认为被连接构件是绕底排螺栓轴线转动并设各螺栓所受拉力的大小与转动中心O的距离成正比。高强度螺栓，可认为被连接构件是绕螺栓群形心轴O转动。,28,螺栓群受弯矩M作用,三、螺栓连接的构造和计算,如图所示搭接连接，在扭矩T作用下，连接板件有绕螺栓群形心旋转的趋势，使螺栓受剪。各螺栓所受的剪力方向与螺栓群形心的连线垂直，剪力大小与距离r成正比。,29,三、螺栓连接的构造和计算,螺栓群受扭矩T作用,采用叠加原理：单独作用 效应叠加,30,螺栓群受剪、拉、弯作用,如果Nmin 3x1=350=150mm,Nv1y= V/n=230/14=16.4 kN,1,1,y1,x1,Nv1x,NT1y,三、螺栓连接的构造和计算,高强度螺栓摩擦型连接的强度计算,三、螺栓连接的构造和计算,36,高强度螺栓摩擦型连接的强度计算,三、螺栓连接的构造和计算,37,例1 试设计一双盖板拼接的钢板连接。钢材Q235B，高强度螺栓为8.8级的M20，连接处构件接触面用喷砂处理，作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N800kN，试设计此连接。,三、螺栓连接的构造和计算,解,由表查得每个8.8级的M20高强度螺栓的预拉力P125kN;由表查得对于Q235钢材接触面作喷砂处理时，0.45。 一个螺栓的承载力设计值为：,Nvb0.9nfP0.920.45125101.3kN,所需螺栓数,nN/ Nvb =7.9，取9个,（1）采用摩擦型连接,（2）采用承压型连接,一个螺栓的承载力设计值：查表fvb=250 N/mm2, fcb=465N/mm2,Nvb nvfvbd24=22503.14202/4157kN,Ncbdtfcb2020465186kN,则所需螺栓数 nN/ Nminb =5.1，取6个。,三、螺栓连接的构造和计算,例2如图所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构件的钢材为Q235B。螺栓为10.9级，直径20mm，接触面采用喷砂处理。试验算此连接的承载力。图中内力均为设计值。,三、螺栓连接的构造和计算,由表查得抗滑移系数0.45，预拉力P155kN。一个螺栓的最大拉力,解,连接的受剪承载力设计值 Nvb=0.9nf (nP-1.25Nti),按比例关系可求得： Nt255.6kN，Nt342.9kN， Nt430.3kN， N