第3章 连接-6钢结构

1、第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第3 3章章 连连 接接Chapter 3 Connections 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections主要内容主要内容 钢结构的连接钢结构的连接 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 普通螺栓的构造和计算普通螺栓的构造和计算 高强度螺栓的构造和计算高强度螺栓的构造和计算 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求

2、普通螺栓的受剪连接普通螺栓的受剪连接 普通螺栓的受拉连接普通螺栓的受拉连接 剪拉螺栓群的计算剪拉螺栓群的计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections螺栓规格螺栓规格精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓分类分类A A级和级和B B级级C C级级强度等级强度等级5.65.6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级加工方式加工方式车床上经过切削而成车床上经过切削而成单个零件上一次冲成单个零件上一次冲成加工精度加工精度螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为0.250.250.5mm0.5mm螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为1.51.53mm3mm

3、受力特点受力特点抗剪抗拉均好抗剪抗拉均好抗剪差、抗拉好抗剪差、抗拉好经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构（机械构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采用用沿螺栓杆轴受拉的连接；次沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时要的抗剪连接；安装的临时固定固定3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 注：注：A、B两级的区别只是尺寸不同。两级的区别只是尺寸不同。 A级用于级用于d24mm, l150mm的螺的螺栓，栓，B级用于级用于d24mm, l150mm 螺栓。螺栓。 3.5 3.5 普通螺栓连接的构造

4、和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections常用螺栓直径为常用螺栓直径为d=16，20，24mm，用，用M表示，如表示，如M16。螺栓符号螺栓符号螺栓孔为螺栓孔为d0=d+1.53mmM12、 M16大大1.5mm， M18、 M20 、 M22 、M24大大2mm， M27、 M30大大3mm第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.5.1 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求 螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的

5、方式有并列排列和错列排列两种。又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。图图3.5.1 螺栓的排列方式螺栓的排列方式1.1.螺栓的排列螺栓的排列并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件并列比较简单整齐，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，但螺栓空排列不截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。如并列紧凑，连接板尺寸较大。3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections(1)(1

6、)受力要求受力要求 下限：下限：防止孔间板破裂防止孔间板破裂3d0上限：上限：防止板间张口和鼓曲防止板间张口和鼓曲。b）螺孔中心距限制螺孔中心距限制a）端距限制端距限制防止孔端钢板剪断防止孔端钢板剪断，2d0 ；中心距太大中心距太大2d端距过小端距过小（2 2）构造要求）构造要求 螺栓的中距及边距过大，则构件接触面不够紧密，螺栓的中距及边距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。（3 3）施工要求）施工要求 要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和

7、计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections端距端距边距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距端距端距端距中距中距边距边距线距线距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0边距边距 根据规范规定（根据规范规定（P86P86表表3.5.13.5.1）的螺栓最大、最小容许间）的螺栓最大、最小容许间距，排列螺栓时宜按最小容许间距取用，且宜取距，排列螺栓时宜按最小容许间距取用，且宜取5mm5mm的倍数，的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连

8、接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections 为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓；不宜少于两个永久螺栓；2.2.螺栓的其它构造要求螺栓的其它构造要求 直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措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；施以防螺帽松动； C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用

9、于级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：抗剪连接： 承受静载或间接动载的次要连接；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；承受静载的可拆卸结构连接； 临时固定构件的安装连接。临时固定构件的安装连接。 沿杆轴方向受拉螺栓连接的端板，应适当加大刚度，以减沿杆轴方向受拉螺栓连接的端板，应适当加大刚度，以减小撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。小撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.5.2 普通螺栓的受剪连接普通螺栓的受剪连接 螺栓连接

10、的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时受剪力和拉力的共同作用。受剪力和拉力的共同作用。 FNFA A 剪力螺栓剪力螺栓B B 拉力螺栓拉力螺栓C C 剪力和拉力共剪力和拉力共同作用同作用受力垂直螺杆，承受力垂直螺杆，承剪、承压。剪、承压。连接件有错动趋势连接件有错动趋势受力平行螺杆，承拉受力平行螺杆，承拉连接件有脱开趋势连接件有脱开趋势3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 ConnectionsNO1234NNabNN/2N/2对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗

11、剪试验, ,即可得到板即可得到板件上件上a a、b b两点相对位移两点相对位移与作用力与作用力N N的关的关系曲线系曲线, ,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段力的四个阶段1. 1. 受剪连接的工作性能受剪连接的工作性能 (1) 摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(01段段) 直线段直线段连接处于弹性状态；连接处于弹性状态； 该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。(2) 滑移阶段滑移阶段(12段段) 克服摩擦力后，板件间突然发生水平克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表现在曲线上为水平

12、段。隙，表现在曲线上为水平段。 抗剪螺栓连接受力后，首先由抗剪螺栓连接受力后，首先由构件间的摩擦力来传递外力。当外构件间的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限摩擦力后，构件间力增大超过极限摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触构件的孔相对滑移，螺杆开始接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。壁而受剪，孔壁则受压。图图3.5.2 单个螺栓抗剪试验结果单个螺栓抗剪试验结果3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 ConnectionsNO1234abNN/2N/2(3) 栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(23段段) 该阶段主要靠

13、栓杆与孔壁的接触传力。该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，大所导致的板件间摩擦力的增大，N-关关系以曲线状态上升。系以曲线状态上升。 (4) 弹塑性阶段弹塑性阶段(34段段) 达到达到33后，即使给荷载以很小的后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。连接破坏。44点（曲线的最高点）即点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。3.5

14、 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections图图3.5.3 受剪螺栓的破坏情况受剪螺栓的破坏情况a) 螺杆被剪断；螺杆被剪断； b) 连接件孔壁挤压破坏；连接件孔壁挤压破坏；c) 钢板拉断；钢板拉断；d) 钢板冲剪破坏；钢板冲剪破坏；e) 螺杆弯曲破坏螺杆弯曲破坏 。 2.2.受剪螺栓的破坏形式受剪螺栓的破坏形式 a)AB栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时b)BA栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时c)A截面削弱过多时截面削弱过多时d)3535a1A端矩过小时；端矩端矩过小时；端矩2d0e)A板过厚

15、螺栓杆过长；栓杆长度板过厚螺栓杆过长；栓杆长度5da)、b)、c)通过计算解决通过计算解决d)、e) 通过构造解决通过构造解决3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections单个剪力螺栓的设计承载力：单个剪力螺栓的设计承载力：受剪承载力设计值：受剪承载力设计值：承压承载力设计值：承压承载力设计值：d3.3.单个普通螺栓的受剪计算单个普通螺栓的受剪计算 剪力螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单剪力螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定栓抗剪承载力由以下两

16、式决定: :bv2vbv4fdnN（3.5.1）bcbcf tdN（3.5.2）bvbcbmin,minNNNp 假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布 ；p 假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于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）均匀分布栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布验算：验算：bvminNN3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections受剪承载力设计值：受剪承载力设计值：bv2vbv4fdnN承压承载力设计值：承压承载力设计值：bcbcf t

17、dNt1 t2 ,t= t1t1t2t1t2t3t2 t1+ t2 ,t= t2d+b15d0(d0为孔径为孔径)时，各个螺栓内力难以均匀，端部螺时，各个螺栓内力难以均匀，端部螺栓受力最大首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的栓受力最大首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强抗剪强度折减系数度折减系数 与与l1/d0的关系曲线。的关系曲线。0101015601.1(3.5.4*)150dldld当时：7 .06001 时时：当当dl则连接所需栓数：则连接所需栓数：bminNNn(3.5.5)3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 因此因此规范规范采用承载力折减

18、系数采用承载力折减系数 考虑螺栓群受力不均。考虑螺栓群受力不均。第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 ConnectionsFeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2 2）普通螺栓群偏心受剪）普通螺栓群偏心受剪F作用下每个螺栓受力：作用下每个螺栓受力：)6 . 5 . 3(1nFNF基本假设基本假设 连接件绝对刚性连接件绝对刚性, , 螺栓弹性；螺栓弹性； T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心的距离螺栓至形心的距离ri成正比，方向与它和形心的连线垂直。成正比，方向与它和形心的连线垂直。3.5 3.5 普

19、通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 V=FT=Fe第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections1T 12T 2T T TTiinnN rN rN rN rT（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，显然，T作用下作用下1号螺栓所受剪力最大（号螺栓所受剪力最大（r1最大）。最大）。3.5 3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 根据平衡条件得：根据平衡条件得：1T1nnT1T133T1T122T,NrrNNrrNNrrN（c） 将将（c）式代入式代入（a），），得用得用N1T表达的表达的T式：式： TrrNrrrrrNnii12i11T223222111T由各螺栓剪力与由各螺栓剪力与r成正比：成正比：nnT3322T11TrNrNrNrNT（b）由各剪力都用由各