土木栓钉连接PPT教案

1、土木栓钉连接土木栓钉连接传力途径： 摩擦型依靠被连板件间摩擦力传力，以摩擦阻力被克服作为承载能力极限状态（设计准则）。承压型依靠螺栓杆与孔壁承压传力，以螺栓杆被剪坏或孔壁被压坏作为承载能力极限状态（破坏时的极限承载力）。孔径：摩擦型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径大1.5-2.0mm；承压型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径大1.0-1.5mm。第1页/共96页二、螺栓的排列1.并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；B 错列A 并列栓距线距边距边距端距2.错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小； 第2页/共96页单,双排螺栓(铆钉)的排列2.螺栓排列应考

2、虑的因素（1）受力要求（规定了最大最小值）A.端距2d0(为孔径),防止钢板被剪断。（顺力方向）C.受压时，中距不宜太大，防止板件间发生张口或鼓曲现象。（顺力方向）B.受拉时,中距不宜太小,防止截面削弱过多,钢板发生强度破坏。（垂直力方向）第3页/共96页(2)构造要求 （规定了最大值） 螺栓的中距及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。(3)施工要求（规定最小值） 要保证有一定空间，便于用扳手拧紧螺帽。根据扳手尺寸和工人的施工经验。根据上述三方面的要求，规范规定了螺栓排列的最大、最小容许距离。（见P61表4-2）第4页/共96页端距端距中距边距线距3d02d03d01

3、.5d01.5d03d03d02d0端距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距并列错列第5页/共96页（2）构造要求 螺栓距和线距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。第6页/共96页螺栓排列的最大、最小容许距离第7页/共96页第8页/共96页一、螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力B 只受拉力C 剪力和拉力共同作用第9页/共96页NO1234NNabNN/2N/2第10页/共96页NO1234abNN/2N/2 (3)栓杆传力的弹性阶段(23段) 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，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板

4、件间摩擦力的增大，N-关系以曲线状态上升。 第11页/共96页NO1234abNN/2N/2Nu结论：1.抗剪普通螺栓的极限状态：以弹塑性阶段的末尾阶段作为计算的极限状态。在此阶段靠螺栓杆抗剪和孔壁承压共同传力。第12页/共96页剪力作用下螺栓群受力状态2.螺栓受力特点：各螺栓受力两端大，中间小；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。第13页/共96页N/2NN/2NNNN第14页/共96页NN（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第15页/共96页 （6）块状拉剪破坏 当角钢、被切角后的槽钢或工字钢腹板等

5、板件厚度较薄且边缘有栓孔削弱时，有可能出现图示斜线钢材0123整块被拉剪而破坏。第16页/共96页（二）单个普通螺栓的抗剪设计承载力计算应使单个螺栓承受的荷载小于等于单个螺栓的设计承载力。1.栓杆本身的抗剪承载力设计值（1）计算假定：剪应力在螺栓杆截面上均匀分布。（2）计算公式：24bbvvvdNnfnv受剪面数；Chapter03inside_03_07_03.htm d螺杆直径；螺栓杆剪切破坏24bbvvvdNnf24bbvvvdNnf24bbvvvdNnf第17页/共96页t2t12.孔壁承压承载力设计值（1）计算假定：承压面在直径面上且应力均匀分布。（2）计算公式：bbccNdt f同

6、一方向承压构件较小总厚度； t,bbvcff螺栓抗剪、抗压强度设计值。孔壁承压破坏bbccNdt fbbccNdt f第18页/共96页minmin(444)bbbvcNNN，一个抗剪普通螺栓的承载力设计值：2(442)4bbvvvdNnf单栓抗剪设计承载力：bbcc(443)Ndtf单栓承压设计承载力：d第19页/共96页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连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。 对双剪：取t1与t2+t3中较小者 对单剪：取t1与t2中较小者2(442)4bbvvvdNnfbbcc(443)Ndtf第20页/共96页4 vn四四剪剪：N/2

7、N/3N/3N/3N/2思考：左边情况与上面两种情况有何不同？注意不能用4-42计算，为什么NN/2N/22 vn双双剪剪：t2t1t3NN1 vn单单剪剪：t2t1第21页/共96页N/2Nl1N/2计算思路：将螺栓群受力在单个栓钉上进行分配，求得一个栓钉所受的外剪力N1求一个栓钉所具有的抗力即校核： N1bminVNbminVN第22页/共96页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由各螺栓均担，即bN

8、Nnmin 设计：求连接所需螺栓数为求一个栓钉所受的外剪力N1nNN1 bminVN校核： N1bminVN第23页/共96页0101015601.1(445)150dldld：ECCS试验曲线8.8级 M22我国规范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：时：当当dl第24页/共96页校核： N1bminVN 设计：求连接所需螺栓数为min(446)bNnN板件的净截面验算 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。第25页/共96页截面-截面-截面-轴心力净面积9396NN

9、N9396NNN9396NNN连接板强度计算问：拼接盖板的危险截面？v螺栓为并列布置第26页/共96页当连接盖板截面面积被连接构件截面面积时,连接盖板强度不必验算。v螺栓为错列布置，净截面破坏可能有：a)沿孔12的直线净截面；b)沿孔3125的锯齿净截面；c)沿孔31425的锯齿净截面；第27页/共96页NNbtt1b1A、螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为1-1截面:1122 主板厚度。主板厚度。主板宽度；主板宽度；危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值钢材强度设计值 tbmdftdmbAfANnn001 ,1 ,; 拼接板厚度。拼接板厚度。危险截面

10、上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；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 1101012,2,;5 . 0tmbdftdmbAfANnn 第28页/共96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: 主板厚度。主板厚度。主板宽度；主板宽度；危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值；钢材强度设计值；式中：式中：截面：截面：对于对于截面：截面：对于对于 tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11 1111第29页/共96页NNbtt1b1c2

11、c3c4c1拼接板的危险截面为2-2和2-2截面: 拼接板厚度。拼接板厚度。拼接板宽度；拼接板宽度；危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值；钢材强度设计值；式中：式中：截面：截面：对于对于截面：截面：对于对于 1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 2222 拼接板厚度。拼接板厚度。拼接板宽度；拼接板宽度；危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值；钢材强度设计值；式中：式中：截面：截面：对于对于截面：截面：对于对于 1101022214101;1222;2

12、25 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 第30页/共96页2.扭矩作用下螺栓群的抗剪计算1.计算每个螺栓承受扭矩引起的剪力2.计算假定：被连接件为绝对刚性，螺栓为弹性体；在扭矩作用下各螺栓均绕栓群中心O旋转，各螺栓所受剪力方向与该螺栓和中心O的连线垂直，大小则与该连接线的距离r成正比。扭矩平衡条件:Toyx312第31页/共96页根据假定有:代入上式得：1324oyx第32页/共96页在X、Y轴方向的分量为，1122TxTyNxy1122TyTxNxy1122TyTxNxy，当当和即时，时121122TyTxNxy1122TyTxNxy3oyx1y1x第33页/共96页3

13、.偏心剪力作用下螺栓群的抗剪计算1.力向栓群形心简化剪力V=F、扭矩T=Fe2.求单栓受力扭矩T作用1122TxTyNxy1122TyTxNxy=+12oyx1122TyTxNxy1122TyTxNxy剪力F作用判断危险栓：1或3号3第34页/共96页TxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FFeFT第35页/共96页4.验算；3.求单栓承载力设计值min,bbbvvcNNN思考题：若轴力、剪力和扭矩同时作用在连接上，如何验算连接强度？N危险栓1合力2211111TNTvbxxyyvNNNNNN12oyx1122TyTxNxy1122TyTxNxy2211111TNTvbxxyyvNNNNN

14、N第36页/共96页1.普通螺栓抗拉连接的工作性能 抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。2.单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：Ae-螺栓的有效截面面积； de-螺栓的有效直径； ftb-螺栓的抗拉强度设计值。btN24eedA btf24eedA btf第37页/共96页dedndmd133()(459)24eddtt螺距第38页/共96页2NQQNtNt螺栓实际所受拉力第39页/共96页B.规范中采取的措施：试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，将螺栓的抗拉强度设计值取 =0.8f（f螺栓钢材

15、的抗拉强度设计值）来考虑其影响。btfC.设计中采取的措施：采取一些构造措施,如适当加厚钢板或设置加劲肋，加强连接件的刚度,以减小螺栓中的附加力。第40页/共96页（1）设计螺栓数：一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：(461)btNnNN（2）验算连接的强度：nNbtN（3）轴心受拉的几种情况第41页/共96页a图中构件拉力N垂直于端板并通过螺栓群形心。b图中构件拉力N通过螺栓形心但与端板成角，其竖向分力由承托板传递，而水平分力使螺栓群受拉。第42页/共96页4.弯矩作用下螺栓群的抗拉计算受力分析并分析转动轴位置：螺栓群承受弯矩时，各个螺栓均为受拉。OOO第43页/共96页求

16、螺栓上的最大拉力计算假定：假定螺栓群的转动轴在弯矩指向一侧最外排螺栓处，每个螺栓所受拉力与它到转动轴的距离成正比。弯矩平衡条件：第44页/共96页最顶排螺栓（1号）所受的拉力最大，由计算假定得将它们代入平衡条件得第45页/共96页验算btN？第46页/共96页受力分析：轴心拉力NF，弯矩MFe假定形心轴位置：计算时先假定螺栓群的转动轴在栓群中心位置O处，按小偏心计算出弯矩指向一侧最外排螺栓的拉力：五、偏心拉力作用下螺栓群的抗拉计算y1Oy2y3y4第47页/共96页情况一：当Nmin0时,说明全部螺栓受拉,按小偏心计算结果有效，说明形心轴位置假定正确。求螺栓群中所受最大拉力Ntmax并验算y1

17、Oy2y3y4第48页/共96页当Nmin0拉力栓群单栓受力：判断大小偏心（N，M）2222221max22 (40032024016080 )70400080000 40045.5704000iiyMyNKNy 2222221m a x22( 4 0 03 2 02 4 01 6 08 0)7 0 4 0 0 08 0 0 0 04 0 04 5 .57 0 4 0 0 0iiyM yNK Ny 2222221m a x22( 4 0 03 2 02 4 01 6 08 0)7 0 4 0 0 08 0 0 0 04 0 04 5 .57 0 4 0 0 0iiyM yNK Ny 2iy 注意：摩擦型高强度螺栓与普通螺栓的区别PNyyMnNNbtniit8 . 01211 第93页/共96页思考题：1.简要说明常用的焊接方法和各自的优缺点。2.请说明角焊缝有效截面的确定方法和原因。3.请说明角焊缝焊脚尺寸的确定方法？4.如何区分脚焊缝是受弯还是受扭，请推导围焊缝受扭时的检算公式。5.简述焊接残余应力的类型和产生焊接残余应力的