螺栓连接[务实运用]

1、螺栓连接目录第一节：螺栓的分类1第二节：普通螺栓连接的构造和计算2一、螺栓的排列和构造2二、普通螺栓连接的受力性能3(一)、普通螺栓连接按照螺栓传力方式分为三种形式3(二)、螺栓连接的破坏形式和解决方法3三、单个螺栓的承载力设计值4(一)、一个抗剪螺栓的承载力设计值4(二)、一个抗拉螺栓的承载力设计值4(三)、一个受剪受拉螺栓的设计值4四、螺栓群计算5(一)、螺栓群在板件轴心拉力作用下的抗剪计算5(二)、螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算7(三)、螺栓群在扭矩、剪力和轴心拉力共同作用下的抗剪计算8(四)、螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算9(五)、螺栓群在弯矩和剪力共同作用下的抗拉和抗剪计算11(六)、螺

2、栓群在弯矩和轴心拉力作用下的抗拉计算11(七)、螺栓群在弯矩、轴心拉力和剪力共同作用下的抗拉和抗剪计算12第三节：高强度螺栓连接的构造和计算13一、高强度螺栓的排列和构造13二、高强度螺栓的受力性能13(一)、高强度螺栓连接从受力特征分为三种形式13(二)、高强度螺栓的预拉力和连接表面的抗滑移系数13三、高强度螺栓的承载力设计值15(一)、高强度螺栓摩擦型连接的承载力设计值15(二)、高强度螺栓承压型连接的承载力设计值16四、高强度螺栓摩擦型螺栓群计算17(一)、螺栓群在板件轴心拉力作用下的抗剪计算17(二)、螺栓群在扭矩、剪力和轴心拉力共同作用下的抗剪计算18(三)、螺栓群在弯矩作用下的抗拉

3、计算19(四)、螺栓群在弯矩和轴心拉力作用下的抗拉计算19(五)、螺栓群在轴心拉力和剪力共同作用下的抗拉和抗剪计算20(六)、螺栓群在弯矩、轴心拉力和剪力共同作用下的抗拉和抗剪计算20第一节：螺栓的分类螺栓的分类：普通螺栓和高强度螺栓两种，两者的区别为：普通螺栓拧紧螺帽时产生的预拉力很小，由板面挤压产生的摩擦力可以忽略不计。普通螺栓抗剪连接是依靠孔壁承压和螺栓杆抗剪来传力。高强度螺栓除了其材料强度高之外，施工时还给螺栓杆施加很大的预拉力，使板面间产生挤压力，因此垂直于螺栓杆方向受剪时有很大的摩擦力。依靠摩擦力阻止板面间相对滑移，达到传力的目的，因而变形较小。普通螺栓优点是施工简单，拆卸方便；缺

4、点是用钢量多；适用于安装连接和需要经常拆卸的结构。普通螺栓的规格：类别 钢材强度等级孔径类别孔径差加工精度受力使用范围A级B级精制螺栓优质碳素钢45号钢35号钢8.8级I 类孔0.3-0.5 精度高尺寸准确成本高抗剪抗拉均好主要应用于构件精度很高的结构，如机械结构；C级粗制螺栓普通碳素钢Q2354.6级4.8级II类孔1.5-3.0 粗糙尺寸不准成本低抗剪差抗拉好1承受拉力的安装连接； 2静力荷载下抗剪连接； 4可拆卸的或临时连接；5与抗剪支托配合抗拉剪联合作用 注1：A级B级区别：仅尺寸不同，A级d24mm，L 150mm；B级d24，L150mm。注2：4表示fu400N/mm2, 0.6

5、或0.8表示fy /fu=0.6或0.8；高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别是：高强度螺栓抗剪连接承载力极限状态传力方式优点使用范围摩擦型连接以滑移作为承载力极限状态只利用摩擦传力连接紧密、受力良好、耐疲劳、可拆卸、安装简单以及动力荷载作用下不易松动栓焊桁架桥、重级工作制厂房的吊车梁系统、重要建筑物的支持连接承压型连接承载力极限状态和普通螺栓相同起初由摩擦传力后期则依靠栓杆抗剪和孔壁承压传力连接紧密、可拆换、安装简单；摩擦力被克服后变形较大，不能用于直接产生动力荷载的结构第二节：普通螺栓连接的构造和计算一、 螺栓的排列和构造：螺栓在构件上的排列时应考虑受力要求、构造要求、施工要求。 1、受

6、力要求：对于受拉构件，螺栓的栓距和线距不应过小，否则对钢板截面削弱太多，构件有可能沿直线或折线发生净截面破坏。对于受压构件，沿作用力方向螺栓间距不应过大，否则被连接的板件间容易发生凸曲现象。因此，从受力角度应规定螺栓的最大和最小容许间距。 a）端距限制防止孔端钢板剪断 b）螺孔中距限制下限：防止孔间板发生净截面破坏 上限：防止板翘曲 2、构造要求：若栓距和线距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易于侵入缝隙而产生腐蚀，所以，构造上要规定螺栓的最大容许间距。 3、施工要求：为便于拧紧螺栓，栓距和线距不应过小，留适当间距（不同的工具有不同要求）。施工上要规定螺栓的最小容许间距。小结：螺栓间距布置要求受

7、力要求 螺距过小：截面削弱太多，净截面破坏。 螺距过大：受压时钢板张开。构造要求 螺距过大：连接不紧密，潮气侵入腐蚀。施工要求 螺距过小：施工时转动扳手困难。 钢板上的螺栓排列（并列排列；错列排列；容许距离） 角钢上的螺栓排列二、普通螺栓连接的受力性能：(一)、普通螺栓连接按照螺栓传力方式分为三种形式：抗剪螺栓连接受力垂直螺栓杆，靠孔壁承压和螺栓杆抗剪传力；抗拉螺栓连接受力平行螺栓杆，靠螺栓杆承载拉力；既受剪又受拉，称为拉剪共同作用两者兼有；如下图：左为抗剪螺栓连接；右为抗拉螺栓连接。(二)、螺栓连接的破坏形式和解决方法1、剪力螺栓可能发生的破坏形式有：（1）螺栓剪断（2）钢板孔壁挤压破坏（3

8、）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断（4）钢板因螺栓孔端距过小而剪坏（5）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生受弯破坏 （1）螺栓杆剪断（板较厚，螺栓较细）；（2）钢板孔壁挤压破坏（板较薄，螺栓较粗）（3）钢板拉断 （4）钢板剪坏 （5）螺栓弯曲破坏（板开孔，截面削弱） （螺栓端距过小） （板过厚，螺栓细长）2、防止上述几个螺栓破坏的措施：(1)(2)(3) 通过计算解决；(4)可以通过限制端距2d。的构造解决；(5)可以通过限制板叠厚度不超过5d的构造解决。三、一个螺栓的承载力设计值(一)、一个抗剪螺栓的承载力设计值按下面两式计算，并取其中的较小者。 抗剪承载力设计值： （按螺栓抗剪） 承压承载力设

9、计值： （按孔壁承压）一个螺栓的抗剪承载力： 一个螺栓所受剪力应满足： (二)、一个抗拉螺栓的承载力设计值按下式计算 受力特点：外力使被连接构件的接触面有脱开的趋势，而使螺栓杆受拉。 破坏形式：螺栓杆拉断(三)、一个受剪受拉螺栓的设计值应满足下列要求 ； 受力特点：螺栓群承受剪力和拉力的联合作用。破坏形式：、螺栓杆受剪兼受拉破坏；、孔壁承压破坏。四、螺栓群计算(一)、螺栓群在板件轴心拉力作用下的抗剪计算1、受力分析（1）当螺栓连接处于弹性阶段时，螺栓群中各螺栓受力并不相等，两端大而中间小(图3-15a)；当螺栓群连接长度l1不太大时，随着外力增加连接超过弹性变形而进入塑性阶段后，因内力重分布使

10、各螺栓受力趋于均匀(图3-15b) 。（2）当构件沿受力方向的连接长度l1过大时，端部的螺栓会因受力过大而首先发生破坏，随后依次向内逐排破坏（即所谓解钮扣现象）。 （3）当外力通过螺栓群中心时，可认为所有的螺栓受力相同。 2、抗剪连接计算分两个步骤第一步：根据已知的轴心力设计值，求出螺栓个数当受力方向连接长度时，认为轴心力由各螺栓平均分担。当受力方向连接长度时，内力不易均匀。考虑修正承载力 ；当时，取 ；当时,取修正系数。第二步：由于螺栓孔削弱了板件的截面，为了防止板件在削弱截面上被拉断，需要验算净截面的强度。根据构件大小布置螺栓（并列排列；错列排列），求出主板和拼接盖板的最大受力部分的截面的

11、净截面面积的最小值。然后以最小净截面面积验算强度。（1）并列构件的净截面强度验算：被连接件：危险截面1-1：，受力为N；盖板：危险截面3-3：，受力为N；（2）错列构件的净截面强度验算：可能破坏的截面1-1，2-2（折线截面）被连接件：截面1-1：，受力为N；截面2-2：，受力为N；盖板：截面3-3，4-4（折线截面）净截面面积计算方法同上。 (二)、螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算：承受扭矩的螺栓群，一般先布置好螺栓，再计算出受力最大螺栓所承受的剪力和一个抗剪螺栓的承载力设计值，然后两种进行比较。1、计算时的假定（1）被连接板件为刚体的，螺 栓为弹性的；（2）各螺栓绕螺栓群形心旋 转；（3）各螺

12、栓产生的剪力与螺栓 群形心距离正比。2、推导过程如下：由力矩平衡：各螺栓剪力关系：得： 带入平衡式有： 3、设计时，受力最大的一个螺栓所承受的设计剪力不应大于一个抗剪螺栓的承载力设计值即：(三)、螺栓群在扭矩、剪力、轴心拉力共同作用下的抗剪计算：123456789101设计时，通常先布置好螺栓，再进行验算。在扭矩作用下，螺栓1、6、5、10受力最大，为在X、Y两个方向的分力为 在剪力V和轴心力N作用下，螺栓均匀受力，每个螺栓受力为 ； 以上各力均为剪力，故受力最大螺栓1承受的合力应满足下式 (四)、螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算：普通C级螺栓在如上图所示弯矩M的作用下，上部螺栓受拉，与螺栓群相平

13、衡的压力产生与牛腿和柱的接触面上，精确确定中和轴的位置比较复杂，通常近似假定在最下边一排螺栓轴线xx上(如中图)，且忽略压力所提供的力矩（因为力臂很小）。因此有：采用（二）中关于扭矩作用下的抗剪计算相同的方法可得螺栓的最大内力为：其中m-螺栓排列的纵列数。(五)、螺栓群在弯矩和剪力的共同作用下的抗拉和抗剪计算：如图所示，螺栓群同时承受剪力和拉力，这种连接可以有两种计算方法。（1）假设支托仅在安装时起到临时支撑作用，正常使用阶段，剪力V不通过支托传递。此时螺栓群承受弯矩和剪力。在剪力作用下， ；在弯矩作用下， 计算方法同本节第（四）部分中关于螺栓群在弯矩作用的抗拉计算：螺栓在弯矩和剪力的共同作用

14、下，应满足规范公式： 满足上式时，说明螺栓不会因为受拉和受剪破坏，担当板件较薄时，可能承压破坏，故还需要满足下式：（2）假设牛腿与支托刨平顶紧，剪力V由支托焊缝承受（需要进行焊缝验算）。此时螺栓承受弯矩。在弯矩作用下， 计算方法同本节第（四）部分中关于螺栓群在弯矩作用的抗拉计算：支托与柱翼缘的连接，用角焊缝连接，按下式进行焊缝强度验算：其中为考虑剪力对焊缝的偏心影响，其值取1.25-1.35。(六)、螺栓群在弯矩和轴心拉力作用下的抗拉计算：螺栓群绕形心线旋转时内力分布螺栓群绕最下排螺栓旋转时内力分布形心线最下排螺栓线先假设螺栓群绕形心线转动（小偏心受拉），得下式：（1）小偏心受拉：当时，为小偏

15、心受拉，所有螺栓都受拉，原假定正确，验算：要求；（2）大偏心受拉：当时，为大偏心受拉，最下排螺栓受压，则螺栓群绕最底排螺栓中心转动，重新计算螺栓的最大拉力，此时最上排螺栓受力最大：注：大偏心受拉的情况和（四）螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算相同。(七)、螺栓群在弯矩、轴心拉力和剪力共同作用下的抗拉和抗剪计算：螺栓群在弯矩、剪力和轴心力作用下的连接有两种计算方法。（1）假设支托仅在安装时起到临时支撑作用，正常使用阶段，剪力V不通过支托传递。此时螺栓承受弯矩、剪力和轴心力。在剪力作用下， 在弯矩和轴心拉力作用下， 计算方法同本节第（六）部分中关于螺栓群在弯矩和轴心力作用的抗拉计算螺栓在弯矩、剪力和轴心

16、力共同作用下，应满足规范公式： 满足上式时，说明螺栓不会因为受拉和受剪破坏，担当板件较薄时，可能承压破坏，故还需要满足下式：（2）假设牛腿与支托刨平顶紧，剪力V由支托焊缝承受（需要进行焊缝验算）。此时螺栓承受弯矩和轴心力。在弯矩和轴心拉力作用下， 计算方法同本本节第（六）部分中关于螺栓群在弯矩和轴心力作用的抗拉计算支托与柱翼缘的连接，用角焊缝连接，按下式进行焊缝强度验算：其中为考虑剪力对焊缝的偏心影响，其值取1.25-1.35。第三节：高强度螺栓连接的构造和计算一、 高强度螺栓的排列和构造：高强度螺栓的排列和构造与普通螺栓相同，应符合相关栓距、线距的相关表格构造要求。其沿受力方向的连接长度l1

17、,同样要考虑时承载力设计值的不利影响。二、高强度螺栓的受力性能：(一)、高强度螺栓连接从受力特征分为三种形式:高强度螺栓摩擦型连接；高强度螺栓承压型连接；承受拉力的高强度螺栓连接。按材质分类螺栓强度等级螺栓采用钢材8.8 级45号钢，40B钢10.9 级20MnTiB钢，35VB钢按受力性能分类受力特征承载力极限状态设计原则安装孔孔径 d0（mm)应用特点摩擦型连接外力达到最大摩擦力，有相对滑移的趋势外力不超过摩擦力，无滑移d0d1.5 2.0剪切变形小，耐疲劳，动载下不易松动承压型连接外力超过最大静摩擦力，发生相对滑移，螺栓承剪，孔壁承压外力可超过摩擦力，经滑移后由螺栓杆承压承剪d0d1.0

18、 1.5承载力比摩擦型大，剪切变形大，一般不用于直接动载情况抗拉型连接螺栓杆的拉力增量是其预拉力的10%规范规定，螺栓杆的抗拉承载力设计为预拉力的80%(二)、高强度螺栓的预拉力和连接表面的抗滑移系数高强度螺栓连接中板件间的挤压力和摩擦力对外力的传递有很大影响。螺栓预拉力，连接表面的抗滑移系数和钢材种类都直接影响到高强度螺栓连接的承载力。 高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。 1、 高强度螺栓的预拉力系数含义：考虑螺栓材料抗力的变异性，引入折减系数0.9；施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉5%10%，引入折减系

19、数0.9；钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数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1/1.2 。 2、 高强度螺栓的抗滑移系数三、高强度螺栓的承载力设计值 (一)、高强度螺栓摩擦型连接的承载力设计值1、一个高强度螺栓摩擦型抗剪连接的抗剪承载力设计值其中一个螺栓的传力摩擦面数目；为抗滑移系数；为预拉力一个高强度螺栓所受到的剪力应满足： 2、一个高强度螺栓摩擦型抗拉连接的抗拉承载力设计值： 一个高强度螺栓所受到的拉力应满足： 高强度螺栓连接由于螺栓中的预拉力作用，构件间在承受外力作用前已经有较大的挤压力，高强度螺栓受到外拉力作用时，首先要抵消这种挤压

20、力。分析表明，当高强度螺栓达到规范规定的承载力0.8P时，螺栓杆的拉力仅增大7%左右，可以认为基本不变。3、一个高强度螺栓摩擦型连接的同时承受抗拉和抗剪时承载力设计值：式中、为一个高强度螺栓所承受的剪力和拉力；、为每个高强度螺栓的抗剪、抗拉承载力设计值。 (二)、高强度螺栓承压型连接的承载力设计值：1、一个高强度螺栓承压型抗剪连接的抗剪承载力设计值： 其计算方法和普通螺栓相同，只是式中、的取高强度螺栓承压型连接的强度设计值。抗剪承载力设计值： （按螺栓抗剪）（当剪切面在螺纹处时，使用该计算式） 承压承载力设计值： （按孔壁承压）一个螺栓的抗剪承载力： 一个螺栓所受剪力应满足： 高强度螺栓承压型

21、连接受剪时，为了充分利用高强度螺栓的潜力，高强度螺栓承压型连接的极限承载力由螺栓杆抗剪和孔壁承压决定，摩擦力只起到延缓滑动的作用。2、一个高强度螺栓承压型抗剪连接的抗拉承载力设计值： 一个螺栓所受到的拉力应满足： 3、一个高强度螺栓承压型连接的同时承受抗拉和抗剪时承载力设计值： 且应满足： 式中、为每个高强度螺栓的抗剪、抗拉、承压承载力设计值。四、螺栓群计算（高强度螺栓承压型螺栓群计算同普通螺栓）(一)、高强度螺栓摩擦型螺栓群在板件轴心拉力作用下的抗剪计算：分两个步骤第一步：根据已知的轴心力设计值，求出螺栓个数当受力方向连接长度时，认为轴心力由各螺栓平均分担。当受力方向连接长度时，内力不易均匀。考虑修正承载力 ；当时，取 ；当时,取修正系