第三章3普通螺栓连接new

1、第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 普通螺栓连接：粗制螺栓、精制螺栓普通螺栓连接：粗制螺栓、精制螺栓 粗制螺栓（C级）： 精制螺栓（B、A级）： Q235F锻压而成，栓杆直径较孔径小锻压而成，栓杆直径较孔径小1.01.5mm；成本低，连接变形大。成本低，连接变形大。 车制，栓杆直径较孔径小车制，栓杆直径较孔径小0.30.5mm；连接；连接 变形小，造价高，变形小，造价高，安装困难。安装困难。 3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算1、螺栓的排列、螺栓的排列1.1.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板

2、尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小； 第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 钢板上螺栓容许距离钢板上螺栓容许距离钢规钢规 最小容许间距：施工和受力要求，保证施工空间，避免截面削弱过大；施工和受力要求，保证施工空间，避免截面削弱过大；最大容许间距：维修养护要求，防止板间离隙。维修养护要求，防止板间离隙。 2螺栓的容许间距螺栓的容许间距第三章 钢结构的连接3.6 普通螺

3、栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 线距和腹板第一孔距 3 型钢的螺栓排列型钢的螺栓排列线距线距角钢线距图例角钢线距图例角钢连接节点角钢连接节点 4螺栓的连接长度螺栓的连接长度螺栓连接副注意：外露丝扣不少于扣栓杆长度不应大于注意：外露丝扣不少于扣栓杆长度不应大于5d5d螺栓的数量螺栓的数量永久性螺栓连接：螺栓不少于个，永久性螺栓连接：螺栓不少于个，连接是以连接是以螺栓群螺栓群的形式出现的形式出现普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式 二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接三、普通螺栓的抗拉连接三、普通螺栓的抗拉连接四、普通螺栓的拉剪联合作用四、普

4、通螺栓的拉剪联合作用一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用 二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式（一）工作性能和破坏形式 1.1.工作性能工作性能 对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗剪试验, ,即可得到板件上即可得到板件上a、b两点相对位两点相对位移移和作用力和作用力N的关系曲线的关系曲线, ,该曲该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段四个阶段, ,即：即： (1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段) ) 直线段

5、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。NO1234NNabNN/2N/2 (2) (2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段) ) 克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。NO1234abNN/2N/2 (3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3段段) ) 该阶段主要靠栓杆与孔壁的该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、接触传力。栓杆受剪力、拉力拉力、弯矩作用弯矩作用，孔壁受挤压

6、。由于材，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及料的弹性以及栓杆拉力增大栓杆拉力增大所导所导致的板件间摩擦力的增大，致的板件间摩擦力的增大，N-N-关系以曲线状态上升。关系以曲线状态上升。 (4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4段段) ) 达到达到3后，即使给荷载后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。形迅速增大，直到连接破坏。 4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为普通螺栓抗剪连接的极限承载力载力Nu。NO1234abNN/2N/2Nu2.2.破坏形式破坏形式（1 1）螺栓杆被剪坏）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板

7、件较厚时栓杆较细而板件较厚时（2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时（3 3）板件被拉断）板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN（4 4）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏( (拉豁拉豁) ) 端矩过小时；端矩不应小于端矩过小时；端矩不应小于2d2dO ONN（5 5）栓杆弯曲破坏）栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值 由破坏

8、形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，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故单栓抗剪承载力由以下两式决定: :nv剪切面数目剪切面数目； d螺栓杆直径；螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；螺栓抗剪和承压强度设计值；tt连接接头连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。一侧承压构件总厚度的较小值。 )343(minmin bcbvbNNN，单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：)323(42 bvvbvfdnN 抗剪承载力：抗剪承载力：)333(bcbc ftdN承压承载力：承压承载力：d剪切面数目剪切面数目n n

9、v vNN1 vn单单剪剪：NN/2N/22 vn双双剪剪：4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪连接计算（三）普通螺栓群抗剪连接计算1 1、普通螺栓、普通螺栓群群轴心力作用下抗剪计算轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明, ,栓群在轴栓群在轴力作用下各个螺栓的内力力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，沿栓群长度方向不均匀，两端大两端大, ,中间小。中间小。 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，时，连接进入弹塑性工作状态后，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新

10、分布，各个螺栓内内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担。有各螺栓均担。bNNnmin 所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为： 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，连接进入弹塑性工作状时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏, ,然后依次破坏。由试验可得连接的然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。)353(1501 .

11、 1601501010 dldld 时时：当当ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布7 .06001 时时：当当dl)363(min bNNn 故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 1）螺栓群在轴力作用下的抗剪计算螺栓群在轴力作用下的抗剪计算 （1 1）确定螺栓数目，并结合构造要求排）确定螺栓数目，并结合构造要求排列螺栓：列螺栓： bm

12、in/ NNn （2 2）钢板净截面验算：）钢板净截面验算： fANn危险截面危险截面：力的传递及净截面面积计算：力的传递及净截面面积计算 ?3 螺栓群的计算螺栓群的计算NNbt tt t1 1b11122NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面: :022412001 1;1121;nnAbm dtAcmccm dtfdmbt对于截面：对于 截面：式中：钢材强度设计值；螺栓孔直径；危险截面上的螺栓数；主板宽度；主板厚度。1111nNfANNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板

13、的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面: : 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：截截面面：对对于于截截面面：对对于于 1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 2222第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 1 2 3b1=14， =4， 5； n1n32nn抗剪双拼接板对接接头抗剪双拼接板对接接头对于基材对于基材： NN 1NNN1410)1441 (2n1n10AAn

14、t d n2n20AAnt d 对于拼接板：对于拼接板： NN 3n33102nAAnt d第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 构件检算：以下强度条件需同时满足 基材：基材： 拼板：拼板： fANn111n222ANfANn333错列布置，且线距较大、栓距较小时，钢板可能沿之字形截面破坏错列布置，且线距较大、栓距较小时，钢板可能沿之字形截面破坏 1）螺栓群在轴力作用下的抗剪计算螺栓群在轴力作用下的抗剪计算2 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr1

15、1F1N1F)373(1 nFNFT作用下连接按弹性设计，其假定为作用下连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与力与其至形心距离呈线形关系，方向与r ri垂直。垂直。第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 力矩平衡条件力矩平衡条件： 各螺栓的剪力对螺栓群形心各螺栓的剪力对螺栓群形心O力矩总和力矩总和=T则：则： nTnTTTrNrNrNrNT332211由螺栓受力与其距由螺栓

16、受力与其距O点距离成正比点距离成正比： 得得： nTnTTTrNrNrNrN/332211所以：所以： 1212/rrNNTT1313/rrNNTT11/rrNNnTTn得：得： 211223222111)(iTnTrrNrrrrrNT221T1yxrTNTxyN1TN1TxN1Tyr11轴力和剪力作用下轴力和剪力作用下剪力剪力： nVN/V1ynNN/N1x轴力轴力：第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 扭矩作用下： X方向的分力方向的分力： 221T1xyxyTN Y方向的分力：方向的分力： 221T1yyxxTNT、V、N共同作用下共同作用下，合力

17、合力N1应满足：应满足： bVyNxNNNNNNmin21T1y21T1x1)()(螺栓群狭长布置时，螺栓群狭长布置时，可忽略短方向的坐可忽略短方向的坐标值：标值： 若若y y1 13x3x1 1时：时： 若若x x1 13y3y1 1时：时： 222yyx222xyx2）螺栓群在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算螺栓群在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算T1xNT1yN第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 螺栓的抗拉承载力设计值：螺栓的抗拉承载力设计值： bt2ebt4fdN螺栓有效直径；螺栓有效直径；螺栓抗拉设计强度螺栓抗拉设计强度 edbtf3）螺栓群

18、在轴力作用下的抗拉计算螺栓群在轴力作用下的抗拉计算NdedndmdbtNNn( (四）普通螺栓群在弯矩作用下四）普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。显然显然11号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最

19、大作用下所受拉力最大)533(2211 nnyNyNyNM由力学及假定可得：由力学及假定可得：)523(332211 nnyNyNyNyNM刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴( (五）普通螺栓群在偏心拉力作用下五）普通螺栓群在偏心拉力作用下 偏心力偏心力作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的设计方法，即设计方法，即叠加法叠加法。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)FeN1F)583(121111 btniiMFNyyMnFNNN1 2 3 4FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和轴中和轴N4

20、M第三章 钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 M1tN1tM1tN1tiM1tMNN1t1t1t第1种情况第2种情况1i1螺栓群在弯矩螺栓群在弯矩 M M 和轴力和轴力 N N 共同作用下的抗拉计算共同作用下的抗拉计算大小偏心问题大小偏心问题先假定构件先假定构件B在弯矩作用下绕螺栓群形心转动，在弯矩作用下绕螺栓群形心转动，上、下两排螺栓受力最大上、下两排螺栓受力最大 2i1M1tyyMN：最外排螺栓至栓群形心轴的距离，：最外排螺栓至栓群形心轴的距离，：第：第i i个螺栓至栓群形心轴的距离个螺栓至栓群形心轴的距离 1yiy轴力作用轴力作用： nNNN1t第三章

21、钢结构的连接3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 根据根据 与与 之间大小关系，螺栓群受力分两种情况：之间大小关系，螺栓群受力分两种情况：M1tNN1tNN1tM1tNN此时栓群的所有螺栓受拉，与初始假定相同，最上排螺栓的内力为此时栓群的所有螺栓受拉，与初始假定相同，最上排螺栓的内力为bt2i11tNyyMnNNM1tN1tM1tN1tiM1tMNN1t1t1t第1种情况第2种情况1i1情况1N1tM1tNN此时最下端螺栓受压。螺栓群在弯矩与轴力的共同作用下绕最下端螺栓转此时最下端螺栓受压。螺栓群在弯矩与轴力的共同作用下绕最下端螺栓转动，最上排螺栓内力按下式计算动，最上排螺栓内力按下式计算 bt2i11t)(NyyeNMNM1tN1tM1tN1tiM1tMNN1t1t1t第1种情况第2种情况1i1情况