钢结构第三章钢结构连接螺栓

1、钢结构第三章钢结构连接螺栓 第第3章章 钢结构的连接钢结构的连接 3.1钢结构的连接方法和特点 3.2焊缝和焊接连接的形式 3.3对接焊缝的构造和计算 3.4角焊缝的构造和计算 3.4焊接应力和焊接变形 3.6 螺栓连接的排列与构造 3.7 普通螺栓连接的工作性能和强度计算 3.8 高强度螺栓连接的工作性能和强度计算 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.6螺栓的构造螺栓的构造 3.6.1 螺栓的规格螺栓的规格 螺栓常见的规格有螺栓常见的规格有M12、M16、M20、M24、M30 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.6螺栓的构造螺栓的构造 3.6.2 螺栓的排列 l排列原则：简单 统一 整齐 紧凑 l

2、排列方式： 并列（简单整齐，连接板尺寸小， 构件截面削弱较大） 错列（可减小螺栓孔对截面削弱，但排列较复杂，且连接 构件尺寸较大 ） l排列因素： 受力要求：钢板端部剪断，端距不应小于2d0；受拉时，栓 距和线距不应过小；受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大。 构造要求：栓距和线距不宜过大 施工要求：有一定的施工空间 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.6螺栓的构造螺栓的构造 3.6.2 螺栓的排列 螺栓排列和最小距离： 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.6螺栓的构造螺栓的构造 3.6.2 螺栓的排列 螺栓排列最大距离： 对于角钢、工字钢和 槽钢的螺栓排列见附 录四（型钢的螺栓准 线表） 钢结构第三章

3、钢结构连接螺栓 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 普通螺栓连接按其受力方式分类： 抗剪螺栓 抗拉螺栓 同时抗剪抗拉螺栓 3.7.1普通螺栓的抗剪连接 3.7.1.1抗剪连接工作性能 抗剪螺栓连接的受力性能：静摩擦力阶段、相对滑移阶段、螺杆与 孔壁挤压传力的弹塑性阶段、破坏阶段。 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 3.7.1普通螺栓的抗剪连接 3.7.1.1抗剪连接工作性能 螺栓破坏形式： 螺栓杆剪断； 孔壁压坏； 板被拉断； 板端被剪断； 螺栓杆弯曲。 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.7 普通螺栓连接的

4、构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 3.7.1普通螺栓的抗剪连接 3.7.1.1抗剪连接工作性能 一个抗剪螺栓的设计承载力计算： 抗剪承载力设计值：承压承载力设计值： 钢结构第三章钢结构连接螺栓 1）.轴心力作用下螺栓群抗剪连接计算 v螺栓数目： v板件静截面强度： min b nN N 3.7.1.2 3.7.1.2 螺栓群的计算螺栓群的计算 力的传递及净截面力的传递及净截面 面积计算面积计算 n N Af 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 3.7.1普通螺栓的抗剪连接 钢结构第三章钢结构连接螺栓 2）.扭矩作用下螺栓群的抗剪计算 3.7.1.2 3.

5、7.1.2 螺栓群的计算螺栓群的计算 图图7-72 螺栓群受扭矩计算螺栓群受扭矩计算 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 基本假定： 被连接构件是绝对刚性的， 而螺栓则是弹性的； 各螺栓绕螺栓群形心o旋转， 其受力大小与其至螺栓群形心o 的距离r成正比，力的方向与其 至螺栓群形心的连线相垂直。 3.7.1普通螺栓的抗剪连接 钢结构第三章钢结构连接螺栓 2）. 螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算 3.7.1.2螺栓群的计算螺栓群的计算 1122 TTT nn TN rN rN r 12 12n TTT n NNN rrr 11 1min 222 Tb iii TrTr N

6、N rxy 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 v根据螺栓受力大小与其至形心o的距离r成正比条件： v得： v平衡条件： 3.7.1普通螺栓的抗剪连接 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3）. 螺栓群在扭矩、剪力、轴心力作用下的抗剪计算 v在扭矩作用下，螺栓1受力： v在剪力V和轴心力N作用下，螺栓均匀受力： v则螺栓1承受的最大剪力N1应满足： v在螺栓群为一狭长布置时，当ymax3xmax时，为计算方便， 上式可近似为 1 11 1 TT x y NN r 3.7.1.2螺栓群的计算螺栓群的计算 1 V y NV n 1 11 1 TT y x NN r 1 N x

7、 NN n 22 11111min ()() NTVTb xxyy NNNNNN 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 b Vy T x NNN min 2 2 1 钢结构第三章钢结构连接螺栓 4）. 螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算,常需先假定螺 栓数目及布置，而后进行验算。 设螺栓列数为m，每列螺栓有n个，螺栓据为p，等 间距布置，端距为p/2，每个螺栓的截面积为A,为 此一确定螺栓数目的近似公式 或先近似取或先近似取n,n,然后再用上式求然后再用上式求n.n. 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 ) 1 ( 6 n n pmN T n

8、 T pmN T n T 6 钢结构第三章钢结构连接螺栓 例题1 两块钢板截面尺寸见图，采双盖板和普通螺栓拼接， C级螺栓M20，孔径d0=21.5mm，钢材为Q235B，承受 轴心拉力设计值N=650kN。试设计此连接。 钢结构第三章钢结构连接螺栓 解：1.确定拼接盖板截面尺寸 根据拼接盖板与被连接钢板等强原则， 即拼接盖板截面面积不小于与被连接钢板截面面积，拼接盖板截面 尺寸选为8360（mmmm），钢材也为Q235B。 2.单个普通螺栓的抗剪承载力设计值 单个螺栓的承剪承载力设计值为： 单个螺栓的承压承载力设计值为： 则单个螺栓的抗剪承载力设计值取两者的较小值： l1=160mm15d0

9、=322.5mm，则连接一侧所需要螺栓数目为： ，取n=9。 kN92.87N87920140 4 2014. 3 2 4 2 b v 2 v b v f d nN kN2 .73N732003051220 b c b c f tdN kN2 .73 b c b min NN 9 . 8 2 .73 650 b min N N n 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.螺栓布置 采用并列布置，按螺栓布置的要求，确定螺栓的中距、 边距和端距，如图所示，均满足构造要求。由图可知盖板的长度为 520mm。 连接件的净截面验算都满足要求，此处略。 钢结构第三章钢结构连接螺栓 例题2 试验算图所示C级普通螺栓

10、连接。荷载设计值 F=100kN，螺栓M20，连接板件的钢材都为Q235B。 解：1.单个螺栓的抗剪承载力： 单个螺栓的承剪承载力设计值为： kN96.43N43960140 4 2014. 3 1 4 2 b v 2 v b v f d nN 钢结构第三章钢结构连接螺栓 单个螺栓的承压承载力设计值为： kN0 .61N610003051020 b c b c f tdN 则单个螺栓的抗剪承载力设计值取两者的较小值： kN96.43 b v b min NN 2.内力计算 将F平移至螺栓群的中心线，则螺栓群承受轴心剪力 V=F和扭矩T作用。 3.螺栓群强度验算 由前述可知1号螺栓受力最大，为设

11、计控制点， 则对其进行强度验算。 mkN404 . 0100 FeT kN1 .28 102280 1601040 160802210010 1601040 2 3 222 3 22 1 T1 ii x yx Ty N kN5 .17 102280 1001040 2 3 22 1 yT1 ii yx Tx N kN0 .10 10 100 Vy1 n V N 钢结构第三章钢结构连接螺栓 则1号螺栓承受的合剪力为： kN96.43kN3 .390 .105 .171 .28)( min 2 22 Vy1Ty1 2 Tx1 b NNNN 螺栓群布置安全。 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.7 普通

12、螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 3.7.2普通螺栓的抗拉连接 3.7.2.1抗拉螺栓连接破坏形式：螺栓杆拉断 一个抗拉螺栓的设计承载力计算： 为考虑撬力的影 响，规范规定普 通螺栓抗拉强度 设计值ftb取同样钢 号钢材抗拉强度 设计值f的0.8倍 2 4 bbe tt d Nf 钢结构第三章钢结构连接螺栓 1）. 螺栓群在轴心力作 用下的抗拉计算 2）. 螺栓群在弯矩作用 下的抗拉计算 v假定：中和轴在最下 排螺栓处 b t nN N 3.7.2普通螺栓的抗拉连接 弯矩作用下抗拉螺栓计算弯矩作用下抗拉螺栓计算 1 1 2 Mb t i My NN my 3.7 普通螺栓连

13、接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 3.7.2.2螺栓群的计算螺栓群的计算 钢结构第三章钢结构连接螺栓 J 螺栓群在弯矩作用下的抗拉连接计算,常需先假定螺栓数目 及布置，而后进行验算。 设螺栓列数为m，每列螺栓有n个，螺栓据为p，为此一确定 螺栓数目的近似公式 或先近似取或先近似取n,n,然后再用上式修正求然后再用上式修正求n.n. 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 ) 12 1 ( 6 2 1 n n pmN M n b t pmN M n b t 3 2 1 钢结构第三章钢结构连接螺栓 例题3 试验算图3-17所示牛腿与柱翼缘用普通螺栓连接。 图

14、中的荷载均为设计值，螺栓M20，连接件采用Q235钢 材。 504x100=40050 30 210 解：1.受力分析 将集中力 F平移至螺栓群平面，则 产生弯矩M和剪力V。剪力 V由于牛腿的端板与支托 刨平顶紧，则由支托承担； 螺栓群仅承受弯矩M： m58.8kN0.21280 FeM 2. 单个螺栓的抗拉承载力： kN62.41N416201708 .244 b t b t fAN e 3.螺栓群强度验算 由前述可知1号螺栓受力最大，为设计控制点， 则对其进行强度验算： 钢结构第三章钢结构连接螺栓 kN62.41kN2 .39 4003002001002 )400108 .58( / b

15、t 2222 3 2 11 N ymMyN i 连接强度满足要求。 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3）. 螺栓群同时承受剪力和弯矩（轴心拉力） 的计算 3.7.2.2螺栓群的计算螺栓群的计算 螺栓群同时承受剪力和拉力螺栓群同时承受剪力和拉力 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 3.7.2普通螺栓的抗拉连接3.7.2普通螺栓的抗拉连接 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3）. 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算 v支托仅起安装作用：螺栓群承受弯矩M和剪力V 螺栓不发生拉剪破坏 板不发生承压破坏 v NV n 3.7.2普通螺栓的抗拉连接 2 11 M ti NNMymy 22

16、()()1 vt bb vt NN NN b vc NN 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 钢结构第三章钢结构连接螺栓 2） 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算 v支托承受剪力：螺栓群只承受弯矩M 支托和柱翼缘的角焊缝验算 为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响，取1.251.35 3.7.2普通螺栓的抗拉连接 2 11 Mb tit NNMymyN w fewf Vhlf 3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算 钢结构第三章钢结构连接螺栓 例题4 其他条件同例题3，但牛腿下的支托仅在安装阶段 起作用，正常使用阶段不考虑支托承受剪力，即剪力由螺 栓

17、群承担。验算螺栓群的强度。 解：1. 单个螺栓的承载力： 单个螺栓的承剪承载力设计值为： kN96.43N43960140 4 2014. 3 1 4 2 b v 2 v b v f d nN 单个螺栓的承压承载力设计值为： kN4 .85N854003051420 b c b c f tdN 单个螺栓的抗拉承载力： kN62.41N416201708 .244 b t b t fAN e 2.螺栓群强度验算 由前述可知1号螺栓受力最大，为设计控制点， 则对其进行强度验算： 螺栓的承压验算： 钢结构第三章钢结构连接螺栓 kN4 .85kN0 .28 10 280 b cv1 N n V N 螺

18、栓群受力不安全，需要重新设计。 通过本例题和例题3的计算结果比较可知，利用支托承受剪力的方 案具有减少螺栓数目的优点。 0 . 114. 1 62.41 2 .39 96.43 0 .28 22 2 b t t 2 b v v N N N N 钢结构第三章钢结构连接螺栓 摩擦型高强度螺栓:抗剪时以外剪力达到板件间可能 发生的最大摩擦力为极限状态 3.8 3.8 高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算 承压型高强度螺栓:抗剪时允许超过摩擦力发生滑移 ，最后以栓杆抗剪或孔壁承压破坏为极限状态 承压型高强度螺栓:只允许在承受静荷或间接动荷载 的结构中采用，允许发生一定滑移变形的连接中，

19、 在抗剪连接中可以减少螺栓数量。 摩擦型高强度螺栓：有较高的传力可靠性和连接整 体性，承受动力菏载和疲劳的性能较好。 钢结构第三章钢结构连接螺栓 v螺栓螺栓强度强度级别级别：10.9级和8.8级 v螺母螺母: v垫圈垫圈 3.8.13.8.1高强度螺栓连接的一般要求高强度螺栓连接的一般要求 3.8 3.8 高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算 3.8.1.13.8.1.1高强度螺栓的钢材高强度螺栓的钢材 高强度螺栓的螺栓高强度螺栓的螺栓本身、螺母及垫圈均采用高强度本身、螺母及垫圈均采用高强度钢钢 材材, ,且成品经过热处理进一步提高其强度且成品经过热处理进一步提高其强度. 钢结

20、构第三章钢结构连接螺栓 3.8.13.8.1高强度螺栓连接的一般要求高强度螺栓连接的一般要求 3.8 3.8 高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算 3.8.1.2高强度螺栓的预拉力 预拉力设计值：高强度螺栓预拉力设计值按材料强度和螺栓有效 截面积确定，取值时考虑： 螺栓材质不均匀 ，引入折减系数0.9； 超张拉系数(补偿螺栓预拉力松弛) ，引入折减系数0.9； 在扭紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪力将降低螺栓的抗拉承载力， 引入折减系数1.2； 钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数0.9。 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.8.13.8.1高强度螺栓连接的一般要求高强度螺栓连接的

21、一般要求 3.8 3.8 高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算 3.8.1.3高强度螺栓的预拉力控制方法 大六角头螺栓 扭剪型高强度螺栓 扭剪法 1)扭矩法 2)转角法 钢结构第三章钢结构连接螺栓 3.8.13.8.1高强度螺栓连接的一般要求高强度螺栓连接的一般要求 3.8 3.8 高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算 3.8.1.4连接处构件接触面的处理和抗滑移系数 抗滑移系数影响因素:与及构件的钢号有关,且试验 证明随着连接构件接触面接触面处理方法间的压紧 力减小而减小. 接触面处理方法:喷丸优于喷砂，涂无机富锌漆 , 钢结构第三章钢结构连接螺栓 1. 高强

22、度螺栓摩擦型连接 2. 高强度螺栓承压型连接 v破坏状态同普通螺栓，极限承载力由杆身抗 剪和孔壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动作 用，计算方法和普通螺栓相同。 3.8.2 3.8.2 高强度螺栓的抗剪承载力设计值高强度螺栓的抗剪承载力设计值 b vRf NnP 3.8 3.8 高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算 钢结构第三章钢结构连接螺栓 1. 轴心力作用时 v螺栓数： v构件净截面强度：对于承压型连接，验算与普通螺栓相 同；对于摩擦型连接，要考虑孔前传力的影响（占螺栓 传力的50%） min b nN N 3.8.3 3.8.3 高强度螺栓群的抗剪计算高强度螺栓群的抗剪计算 摩擦型高强度螺栓孔前传力摩擦型高强度螺栓孔前传力 1 0.5 1 n NN n 3.8 3.8 高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算 钢结构第三章钢结构连接螺栓 2. 扭矩作用时，及扭矩、剪力、轴心力共同作 用时 v螺栓群受扭矩T、剪力V和轴心力N共同作用 的高强度螺栓连接的抗剪计算