钢结构连接2螺栓连接PPT课件

1、螺栓最大和最小容许间距第1页/共41页 3.6 C级普通螺栓连接的工作性能和计算一、C级普通螺栓连接的工作性能2.C级普通螺栓连接的传力方式1.普通螺栓的分类及性能二、螺栓群的计算第2页/共41页1)抗拉连接； 2)静力荷载下抗剪连接； 3)加防松措施后受风振作用抗剪 4)可拆卸连接； 5)安装螺栓；6)与抗剪支托配合抗拉剪联合作用 低 较低 较低类孔粗制 (C级) 1)构件精度很高的结构，机械结构；2)连接点仅用一个螺栓或有模具套钻的多个螺栓连接的可调节杆件（柔性杆） 高 高 高I类孔 精制 (A、B)级 使用范围 成本 抗剪 性能 加工精度 类别 注：A级用于M24以下，B级用于M24以上

2、。 1.普通螺栓的分类及性能第3页/共41页A 只受剪力B 只受拉力C 剪力和拉力共同作用抗剪螺栓连接FN抗拉螺栓连接同时抗拉抗剪螺栓连接2.C级普通螺栓连接的传力方式NF第4页/共41页 工作性能工作性能 (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)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段) ) 水平段水平段 最大滑移量为栓孔和栓杆间的距最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离离 (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) ) 栓杆与孔壁的接触传

3、力栓杆与孔壁的接触传力 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) ) 剪切变形迅速增大，直到连接破剪切变形迅速增大，直到连接破坏坏 4 4点（曲线的最高点）即为点（曲线的最高点）即为NuNuNO1234NNabNN/2N/2抗剪螺栓连接Nu a、b两点相对位移第5页/共41页(1)(1)螺栓杆被剪坏螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板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

4、计算解决。N/2NN/2NNNN 破坏形式抗剪螺栓连接第6页/共41页（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）栓杆弯曲破坏（螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d）这两种破坏构造解决N/2NN/2 破坏形式抗剪螺栓连接第7页/共41页 抗剪螺栓的承载力取决于抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪螺栓杆受剪和和孔壁孔壁承压承压两种情况，故两种情况，故单栓单栓抗剪承载力由以下两抗剪承载力由以下两式决定式决定: : nv剪切面数目； d螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；t同一受力方向承压构件总厚度的较小

5、值。bcbvbNNN，minmin单栓抗剪承载力：bvvbvfdnN42抗剪承载力：bcbcf tdN承压承载力：d 连接计算抗剪螺栓连接第8页/共41页单个普通螺栓的抗拉承载力设计值 破坏形式：栓杆被拉断 btebtebtfdfAN42式中：Ae-螺栓的有效截面面积（附表8-1）； de-螺栓的有效直径； ftb-螺栓的抗拉强度设计值。抗拉螺栓连接 工作性能和承载力第9页/共41页第10页/共41页产生撬力的原因 角钢抗弯刚度不足，水平肢有较大变形对螺栓受力影响 使螺栓拉力增大减小撬力的措施 增强角钢抗弯刚度，加大厚度或增设加劲肋螺栓拉力： Pf = N / 2+V 刚度越小，撬力越大NN撬

6、力加劲肋拉力螺栓撬力的概念第11页/共41页1. 1. 螺栓群轴心力作用下抗剪计算螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布 试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。 当l115d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担。bNNnmin所以，连接所需螺栓数为：二、螺栓群的计算第12页/共41页 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，端部螺栓首先破坏时，端部螺栓首先破坏, ,然后依然后依次破坏。由试验可得连接的次破坏。由试验可得连接的抗

7、剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l l1 1/d/d0 0的关的关系曲线。系曲线。010101501 . 16015dldld时：当1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l1/d0平均值长连接螺栓的内力分布7.06001时：当dlbNNnmin故，连接所需栓数：1. 螺栓群轴心力作用下抗剪计算 试验曲线8.8级 M22我国规范第13页/共41页NNbtt1b1螺栓群在轴心力作用下，为了防螺栓群在轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。截面验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面: :A、螺栓采

8、用并列排列时:主板的危险截面为1-1截面:1122tdmbAfANnn01 ,1 ,1012,2,5 . 0tdmbAfANnn1. 螺栓群轴心力作用下抗剪计算 第14页/共41页NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为1-1和1-1截面:;1211;110222140tdmccmcAtdmbAfANnnn截面：对于截面：对于11112222fANn5.0拼接板的危险截面为2-2和2-2截面:第15页/共41页受扭矩 T螺栓受力分析假定（1）板件为刚体，螺栓为弹性体（2）各螺栓绕螺栓群形心旋转（3）产生的剪力与形心距离正比力矩平衡：(a)各螺栓剪力与 r 正比：各剪

9、力都用N1表示：(b)(b) 代入 (a)得：验算剪力最大的螺栓：bminN2. 螺栓群在扭矩作用时的抗剪计算第16页/共41页剪力V轴力N扭矩 T剪力V轴力N扭矩T螺栓所受的最大合剪力1234567891013. 螺栓群在扭矩、剪力和轴向力共同作用下的抗剪计算第17页/共41页 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：btNNn N4. 螺栓群在轴力作用下的抗拉计算btebtebtfdfAN42第18页/共41页M刨平顶紧承托(板)M1 2 3 4受压区y1y2y3N1N2N3N4中性轴 M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2）螺栓群的

10、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。5. 螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算第19页/共41页1号螺栓在M作用下所受拉力最大)(2211nMnMMyNyNyNmMMnMnMMMMMMyNyNyNyN332211M刨平顶紧承托(板)M1 2 3 4受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴btNniiMymyMN1211第20页/共41页6.螺栓群同时受剪力和拉力的计算支托仅起安装作用： 螺栓群受力为M=Ve和剪力V，则M2t11/()iNNMymy第21页/共41页v/NVn螺栓不发生拉剪破坏： 22vtbbvt()()1NNNN板不发生承压破坏： bvcNN支托承

11、受剪力： 螺栓群只承受弯矩M=Ve作用，则M2bt11t/()iNNMymyN支托和柱翼缘的角焊缝验算： wfewf()V hlf为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响，取1.251.35第22页/共41页 3.7 高强螺栓连接的工作性能和计算一、高强螺栓的抗剪工作性能二、高强螺栓连接的抗剪计算三、高强螺栓连接的抗拉计算第23页/共41页强度等级强度等级采用钢材采用钢材8.88.8级级3535号钢，号钢，4545号钢，号钢，40B40B钢钢10.910.9级级20MnTiB20MnTiB钢，钢，30VB30VB钢钢受力特征受力特征承载力极限状态承载力极限状态安装孔孔径安装孔孔径d0(mm)应用特点应用

12、特点摩擦型摩擦型外力达到最大摩擦力外力达到最大摩擦力d0=d+1.52.0剪切变形小，耐剪切变形小，耐疲劳，动载下不疲劳，动载下不易松动易松动承压型承压型螺栓剪坏螺栓剪坏承压破坏承压破坏d0=d+1.01.5承载力比摩擦型承载力比摩擦型大，剪切变形大，大，剪切变形大，一般不用于直接一般不用于直接动载情况动载情况1. 按材质分类2.按受力状况分类一、高强螺栓的抗剪工作性能第24页/共41页 3.高强度螺栓预拉力的建立方法A、转角法 施工方法： 初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 角度，一般为120o180o完成终拧。 特点： 预拉力的建立简单有效

13、，但要防止欠拧、漏拧和超拧； 螺帽的紧固方法： 通过拧紧螺帽的方法第25页/共41页B、扭矩法 施工方法： 初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的30%50%，使板件贴紧； 终拧初拧基础上，按100%设计终拧力矩拧紧。 特点： 简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。 施工方法： 初拧拧至终拧力矩的60%80%； 终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。 特点： 施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等第26页/共41页 4. 高强螺栓的预拉力计算eAfPu608. 09 . 02 . 19 . 09 . 0 fu高强螺栓的抗拉强度； Ae螺栓有效面积；0.9考虑材料不均匀性的折减系数；0.9为防止施工时超

14、张拉导致螺杆破坏的折减系数；1.2考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度 的降低表3.6第27页/共41页5、高强螺栓连接摩擦面抗滑移系数 对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈；对于摩擦型连接，要求见表3-7：6、高强螺栓的排列 要求同普通螺栓，同样要考虑连接长度对承载力的不利影响。第28页/共41页二、高强度螺栓连接的抗剪计算1. 高强螺栓摩擦型连接的抗剪承载力设计值bvRfNnP R-抗力分项系数R的倒数，一般取0.9，最小板厚t6mm的冷弯薄壁型钢结构取0.8 nf传力摩擦面数目,同nv -摩擦面抗滑移系数，表3-7; P预拉力设计值，表3-6.第29页/共41页bvfbvfdnN

15、42 bcbcf tdNbcbvbNNN，minmin单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：2、高强螺栓承压型连接的抗剪承载力设计值 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。第30页/共41页1)1)轴心力作用轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：bvNNn 对于承压型连接：bNNnmin NN3. 高强度螺栓群的抗剪计算第31页/共41页NNbtt1b1 高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下, ,为了防止板件被拉断尚应为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验

16、算进行板件的净截面验算. .A、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为1-1截面。11 主板厚度。主板厚度。主板宽度；主板宽度；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值钢材强度设计值其中：其中： tbdftdnbAfANnn0011 ,1 ,; 考虑孔前传力50%得： 连接一侧的螺栓总数。连接一侧的螺栓总数。计算截面上的螺栓数；计算截面上的螺栓数； nnnnNN115 . 011-1截面的内力为：第32页/共41页连接一侧的螺栓总数。连接一侧的螺栓总数。计算截面上的螺栓数；计算截面上的螺栓数； nnnnNN225 . 015 . 0NNbtt1b1拼接板的危险截面为2-2截面。22 拼接板厚度。拼

17、接板厚度。拼接板宽度；拼接板宽度；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值钢材强度设计值其中：其中： 11010212,2,;tbdftdnbAfANnn 考虑孔前传力50%得： 2-2截面的内力为：B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完全相同。第33页/共41页2)扭矩作用时，及扭矩、剪力和轴心力共同作用时 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与普通螺栓相同，只是用高强度螺栓的承载力设计值。第34页/共41页PNbt8.0btebtebtfdfAN42式中：Ae-螺栓杆的有效截面面积； de-螺栓杆的有效直径； ftb高强度螺栓的抗拉强度设计

18、值。上式的计算结果与0.8P相差不多。三、高强螺栓连接的抗拉计算保证连接件不被松驰第35页/共41页 高强度螺栓群的抗拉计算1 1）轴心力作用）轴心力作用 假定各螺栓均匀受力，故所需螺假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：栓数：btNNn N2）弯矩作用下中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力最大。M第36页/共41页MM1 2 3 4y1y2N1N2N3N4受压区中性轴nnyNyNyNM2211由力学可得：nnyNyNyNyN332211niiymyMN1211因此，设计时只要满足下式即可：btNN 1第37页/共41页3）同时承受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算高强度螺栓摩擦型连接由于外拉力的作用，板件间的挤压力降低；每个螺栓的抗剪承载力也随之减少；抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低。 vtbbvt1NNNN高强度螺栓承压型连接22vtbbvt()()1NNNNbvc/1.2NN且 当剪切面在螺纹处时，取 b2bvev/4Nd f第38页/共41页本章小结本章小结 本章主要讲述了焊接