第三章 连接-螺栓

§3-5普通螺栓的构造与计算一、构造1、分类（种类）普通螺栓按质量可分为：A、B、C级三级。A、B级属于精制螺栓，制作精度、孔壁表面粗糙度等要求都比较严格，成本高；C级属于粗制螺栓，其制作精度和螺栓的允许偏差、孔壁表面粗糙度等要求都比A、B级螺栓低，成本低。从受力性能来讲，A、B级螺栓受力变形小，既可用于受拉连接，又可用于受剪连接；而C级螺栓受力变形大，一般只用于受剪连接。从使用情况来讲，由于C级螺栓的拆装比较方便，常用于安装连接及可拆卸的结构中，有时也用于次要结构中的受剪连接。C级螺栓使用的较多，A、B级螺栓逐渐被高强度螺栓取代。开孔要求方面，A、B级螺栓的孔径比螺栓直径要大0.3~0.5㎜，属于Ⅰ类孔；C级螺栓1~1.5㎜，属于Ⅱ孔。※※※孔壁质量属于下列情况着为Ⅰ类孔：eq\o\ac(○,1)在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；eq\o\ac(○,2)在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成孔；eq\o\ac(○,3)在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。2、排列方式（见图3-7）并列式和错列式两种。※端距，构造要求≥2；边距，构造要求≥1.5；中距，构造要求≥3。3、螺栓布置的原则（1）受力要求对于受拉构件，各排螺栓的中距、边距不能过小，图3-7螺栓布置图（1）并列式，（2）错列式以免使螺栓周围应力集中相互影响，截面削弱过多，降低承载力。端距应按被连接件材料的抗挤压及抗剪切等强度条件确定，以使钢板在端部不致被螺栓撕裂，规范规定端距不应小于2；受压构件上的中距不宜过大，防止发生鼓曲。（2）构造要求 螺栓的中距及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密连接，受潮锈蚀。螺栓连接构造要求螺栓数量不少于4个。（3）施工要求 要保证有一定的空间，便于用扳手拧紧螺栓，规定最小中距为3。4、破坏形式抗剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：（1）栓杆被剪断（板厚杆细）；（2）孔壁承压破坏（板薄杆粗）；（3）板件净截面破坏（螺孔对钢板削弱较大）；（4）板端撕裂（端距过小）；（5）栓杆弯曲（螺栓锚固的板过厚）。※三个直径问题、、，各自的含义、适用情况。5、符号图3-8螺栓及螺栓孔的标注例：M24：螺栓的公称直径=24㎜（孔径；公称直径；有效直径（螺纹根部））二、计算类型类型一：均匀受剪（纯剪）（1）求单个螺栓的承载力式中—抗剪面的数目；—螺栓的公称直径；—螺栓抗剪强度设计值；式中—同一受力方向板厚之和的最小值；—螺栓承压强度设计值。（2）验算螺栓（3）验算板的净截面验算第一排螺栓；其中：—母材抗拉强度设计值。；；；其中：——Ⅰ－Ⅰ截面螺栓个数；——Ⅱ－Ⅱ截面螺栓个数。※※※构件的节点处或拼接接头的某一侧，当螺栓沿受力方向的连接长度过大时，各螺栓的受力将很不均匀，端部螺栓受力最大。规范对此种连接螺栓的承载力设计值乘以折减系数予以降低：当时，取；当时，；当时，取。※※※普通螺栓、高强螺栓连接长度过大时都要进行承载力折减。类型二：偏心受剪=1\*GB3①力F向螺栓群形心简化得：V、T；=2\*GB3②验算危险螺栓※当﹥时，，。※净截面强度不需算。类型三：普通螺栓受拉计算1.均匀受拉假定：通过螺栓群形心拉力作用下，螺栓均匀受拉。（1）单个螺栓抗拉承载力其中：——螺栓抗拉强度设计值。（2）螺栓验算：2.仅有M作用时当仅有M作用时，旋转点位于最下排螺栓处。危险螺栓：3.偏心受拉☆判断大小偏心☆eq\o\ac(○,1)当（截面核心距），为小偏心，M旋转中心位于螺栓群的形心（O点）；eq\o\ac(○,2)当（截面核心距），为大偏心，M旋转中心位于最下排螺栓螺栓处（B点）。（1）小偏心注：螺栓群的形心（O点）为弯矩旋转点；拉力T向螺栓群形心O点简化，得：此时A点处螺栓受力最大，（2）大偏心注：最下排螺栓（B点）为弯矩旋转点；拉力T向旋转点B点简化，得：此时A点处螺栓受力最大，类型四：拉剪计算最上排螺栓受力最大，验算：，同时；其中：；；、、分别为单个普通螺栓的抗剪、抗拉、承压承载力设计值。§3-6高强度螺栓的构造和计算高强度螺栓连接按其受力特征分为摩擦型连接和承压型连接两种类型。摩擦型连接是以摩擦阻力刚被克服、连接即将产生相对滑移作为承载能力极限状态。一、构造1、等级常见的有8.8S和10.9S。数字含义：“·”前的数字表示公称抗拉强度的1/100，“·”后数字表示条件屈服强度与之比——屈强比——的十倍，S表示高强度螺栓。如8.8S，则螺栓，即常用的材料有35#，45#，35VB，40B，20MnTiB。2、受力性能或特点由于有较大的预拉力P，则被连接件的整体工作性能提高，可实现铰接、刚接。3、极限状态对于摩擦型高强度螺栓在极限状态下，滑动瞬间，摩擦力消失。承压型高强度螺栓与普通螺栓工作情况相似，计算方法与普通螺栓类似。4、开孔直径对于摩擦型高强度螺栓比螺栓直径要大1.5~2.0㎜；对于承压型高强度螺栓比螺栓直径要大1.0~1.5㎜，以便于安装。5、预应力P的施施加方法：：（1）转角法（初拧拧，终拧）由于施工工人员的差差异，拧紧紧程度也不不同。（2）扭矩扳手法采用可直直接显示扭扭矩的特制制扳手，根根据事先测测定的扭矩矩和螺栓拉拉力之间的的关系施加加扭矩。优优点是较简简单、宜实实施、费用用少，但拧拧紧速度的的不同，引引起误差较较大。（3）拧断螺栓尾部部法是采用扭扭剪型高强强度螺栓，其其端部设有有梅花头，拧拧紧螺帽时时，靠拧断断螺栓梅花花头切口处处截面来控控制预拉应应力值。具具有强度高高、安装简简便和质量量易于保证证、可以单单面拧紧、对对操作人员员没有特殊殊要求等优优点。6、摩擦面的处理理高强度螺栓摩擦擦面抗滑移移系数的大大小与连接接处构件接接触面的处处理方法和和构件的钢钢号有关。实验表明，此系数值有随被连接构件接触面间的压紧力减小而降低的现象，故与物理学中的摩擦系数（定值）有区别。对于Q235钢，采用钢丝刷除浮锈或未经处理的干净轧制表面，抗滑移系数μ＝0.3；喷砂后涂无机富锌漆，μ＝0.35；喷砂或喷砂后生赤锈，μ＝0.45。※摩擦面严禁涂红红丹；※摩擦面拼装时，应应采取有效效措施防潮潮或淋雨。二、摩擦型高强强度螺栓的的计算类型一：螺栓群群轴心受剪剪(1)螺栓验算算：(2)净截面验验算：式中—连接副中中一端（半半边结构）螺螺栓数；——第一排螺螺栓数；—摩擦面数量；——摩擦面的的抗滑移系系数；P—高强度螺螺栓的预拉拉力。(3)毛截面验验算：类型二：偏心受受剪（V、T作用）其中：※扭矩T作用下距螺栓群群形心最远远处的螺栓栓所受剪力力最大。类型三：受拉：：（1）均匀受拉；其中中（2）偏心受拉※弯矩的旋转中心心位于螺栓栓群的形心心处。类型四：拉剪摩擦型高强度螺螺栓的拉剪剪计算仍以以抗剪验算算为主线，拉拉力相当于于减少预拉拉力，但与与摩擦力的的正压力的的减小不同同（线性与与非线性的的区别）。（1）初步设计———简便、偏偏保守。其中※通过对最大受拉拉螺栓(即抗剪承承载力最低低的)的验算，判判别连接有有效否。（2）一般设计方法法——合理、经经济。每个螺栓所受的的拉力：；；每个螺栓的抗剪剪承载力：：；螺栓群的总的抗抗剪承载力力：螺栓验算：类型五：带有支支托的计算算（1）有效支支托（2）无效支支托设置有效支托时时，V直接由支支托来承担担，螺栓不不受剪。计计算时，注注意剪力方方向及支托托放置的位位置，如（2）图所示示支