钢结构辅导资料八

大连理工大学网络教育学院第1页共16页钢结构辅导资料八主题：第三章钢结构的连接第六节普通螺栓连接构造与计算第七节高强螺栓连接构造与计算学习时间：5月21日－5月27日内容：这周我们将学习本门课的第三章钢结构的连接。第三章钢结构的连接第六节普通螺栓连接构造与计算第七节高强螺栓连接构造与计算一、学习要求1、熟悉螺栓连接的构造要求；2、掌握普通螺栓连接、高强螺栓连接的方法、设计与计算。二、主要内容基本概念：普通螺栓和高强螺栓。知识点：剪切螺栓、抗拉螺栓、剪切加拉的螺栓群的受力计算；各类螺栓的单栓承载力计算及其校核；摩擦型高强螺栓的设计与计算。普通螺栓连接构造与计算（一）普通螺栓连接与构造螺栓规格：1、普通螺栓分a、b级（精制螺栓）和c级（粗制螺栓），后者应用最多，主要用于安装连接中。2、用普通螺栓连接两块或三块钢板，钢板受拉，螺栓以抗剪切传递钢板内力。这是最常用的螺栓连接。图（a）为螺栓单剪传力，图（b）为双剪传力。传力过程可表示为：图8.1螺栓剪切传力螺栓的排列：螺栓在构件上的排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式。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，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。螺栓在构件上的排列应考虑以下要求：（1）受力要求在垂直于受力方向：对于受拉构件，各排螺栓的中距及边距不能过小，以免使螺栓周围应力集中相互影响，且使钢板的截面削弱过多，降低其承载能力。在顺力作用方向：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，以便钢板在端部不致被螺栓撕裂；受压构件上的中距不宜过大，否则在被连接板件间容易发生鼓曲现象。（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贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。（3）施工要求要保证有一定空间，便于用扳手拧紧螺帽。图8.2钢板的螺栓（铆钉）排列图8.3型钢的螺栓（铆钉）排列（二）普通螺栓抗剪连接计算1、传力方式依靠螺栓杆的抗剪及螺栓杆对孔壁的承压传递垂直于螺栓杆方向的剪力。2、破坏形式（1）栓杆被剪断（栓杆直径较细）；（2）孔壁承压破坏（被连接板较薄）；（3）构件被拉（或压）坏（栓孔削弱太多）；（4）板件端部被剪坏(端距过小)——应限制端距(为栓孔直径)；（5）栓杆弯曲破坏(栓杆较长)——应限制板叠厚度(为栓杆直径)。前三种破坏形式，通过计算加以防止；后两种破坏形式，可通过构造措施加以防止。图8.4抗剪螺栓连接的破坏形式3、单个螺栓的抗剪设计承载力（1）栓杆本身的抗剪承载力设计值为（2）孔壁承压承载力设计值为式中——栓杆受剪面数目。单剪取，双剪取，四剪取等；——在同一受力方向的承压构件的较小总厚度；，——分别为螺栓的抗剪和承压设计值。图8.5受剪螺栓连接（a）单剪（b）双剪（c）四剪（3）单个抗剪普通螺栓承载力设计值为注意：①当构件在节点处或接头一侧的螺栓沿受力方向的连接长度太长时，各螺栓受力严重不均匀，两端的受力最大，会首先破坏，并将依次逐个破坏。当时，螺栓的承载力设计值应乘以折减系数予以降低。②轴心受力单角钢构件单面连接时，考虑不对称截面单面连接的不利影响，螺栓承载力设计值应按0.85系数折减。③钢板搭接或用单面拼接板连接，以及一个构件借助填板或其它中间板件与另一构件的连接，其承载力设计值应按0.9系数折减（摩擦型高强度螺栓除外）。4、轴心力作用下螺栓群的抗剪计算受力特点：外力通过栓群形心，栓杆受剪。图8.6轴心力作用下螺栓抗剪计算简图计算假定：每个螺栓受力相同。设计步骤：①选定螺栓直径；②计算单个螺栓的承载力设计值；③计算抗剪连接所需螺栓数；（取整）④布置螺栓，若首尾螺栓之间距离，则应予以折减；⑤验算构件净截面强度；——钢材的抗拉强度设计值，N/mm2——构件的净截面面积，mm2注意：净截面强度验算应选择最不利截面，即内力最大或净截面面积较小的截面。5、扭矩作用下螺栓群的抗剪计算如图所示螺栓连接受扭矩作用，每个螺栓承受扭矩引起的剪力。图8.7扭矩作用下螺栓抗剪计算简图计算假定：①被连接件为绝对刚性，螺栓为弹性体；②在扭矩作用下各螺栓均绕栓群中心旋转，各螺栓所受剪力方向与该螺栓和中心的连线垂直，大小则与该连接线的距离成正比。扭矩平衡条件：设为最大旋转半径，因而也为最大剪力，根据假定②有：设计时，先布置好螺栓，然后计算出最大剪力，并应满足。在X、Y轴方向的分量为和，即6、偏心剪力作用下螺栓群的抗剪计算如图所示牛腿与柱翼缘的连接，螺栓群偏心受剪。图8.8偏心剪力作用下螺栓抗剪计算简图计算时，将偏心力F向螺栓群截面形心O简化，则螺栓群同时受剪力F和扭矩T=Fe作用，二者都使各螺栓受剪。在剪力F作用下，每个螺栓受力为在扭矩作用下，代入公式求得受力最大的螺栓所承受剪力为，再分解为X轴和Y轴方向的剪力和。利用叠加原理，求出最危险螺栓的力，并应满足强度条件：7、扭矩和轴心剪力共同作用下螺栓群的抗剪计算图8.9扭矩和轴心剪力共同作用下螺栓群的抗剪计算计算时，将F移至螺栓群截面形心O，产生扭矩T=Fe及竖向轴心力V=F。扭矩T、竖向轴心力V及水平轴心力N均使各螺栓受剪。在轴心力N和V作用下，每个螺栓受力相等，即利用叠加原理，求出最危险的螺栓的力，并应满足强度条件：（三）普通螺栓抗拉连接计算1、传力方式：螺栓杆受拉。图8.10普通螺栓栓杆受拉示意图2、破坏形式螺栓杆被拉断。拉断部位通常在螺母下螺纹削弱处。在抗拉螺栓连接中，外力趋于使被连接构件接触面脱开，于是被连接构件对与其接触的螺栓头和螺母产生承压而使螺栓杆受拉。最不利截面在螺母下螺纹削弱处，破坏时在这里被拉断。设计时应根据螺纹处削弱后的有效直径和相应的有效截面面积。3、单个螺栓的抗拉设计承载力4、轴心拉力作用下螺栓群的抗拉计算当外力N作用于螺栓群形心时，假定每个螺栓受力相等，则所需螺栓数为：5、弯矩作用下螺栓群的抗拉计算如图是牛腿或梁端部用螺栓的连接。螺栓群承受弯矩时，各个螺栓均为受拉。图8.11弯矩作用下螺栓群的抗拉计算计算假定：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。图中最顶排螺栓（1号）所受的拉力最大，由计算假定得出：设计时，先布置好螺栓，然后计算受力最大的最外排螺栓的拉力，并应满足强度条件。6、同时抗拉和抗剪普通螺栓连接的计算如图是螺栓连接中螺栓同时受剪和受拉的常用型式。图8.12受剪和受拉共同作用的螺栓连接常用形式这种螺栓的强度条件应满足：高强螺栓连接构造与计算（一）高强度螺栓连接的受力性能高强度螺栓的预拉力前已述及，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。摩擦型连接是依靠被连接件之间的摩擦阻力传递内力，并以荷载设计值引起的剪力不超过摩擦阻力这一条件作为设计准则。螺栓的预拉力（即板件间的法向压紧力）、摩擦面间的抗滑移系数和钢材种类等都直接影响到高强度螺栓连接的承载力。（1）预拉力的控制方法高强度螺栓分大六角头型和扭剪型两种，虽然这两种高强度螺栓预拉力的具体控制方法各不相同，但对螺栓施加预拉力总的思路都是一样的。它们都是通过拧紧螺帽，使螺杆受到拉伸作用，产生预拉力，面被连接板件间则产生压紧力。图8.13高强度螺栓图8.14扭剪型高强度螺栓连接副的安装过程（2）预拉力的确定高强度螺栓的预拉力应尽可能高一些，但需保证螺栓不会在拧紧过程中屈服或断裂。预拉力设计值按下式确定：（二）高强度螺栓受剪连接计算1、传力方式：通过被连接板间的摩擦传力。图8.15摩擦高强度螺栓连接的传力方式2、设计准则：外剪力≤摩擦力。3、单个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值为孔前接触面传力占高强度螺栓传力的一半，设连接一侧的螺栓数为，计算截面处的螺栓数为，则构件净截面处的为：净截面强度计算公式为：还应验算毛截面强度，即（三）高强度螺栓受拉连接计算1、传力方式：通过减少被连接板之间的正压力传力。图8.16高强度螺栓连接受拉传力方式2、单个摩擦型高强度螺栓的抗拉承截力设计值为（1）受轴心拉力N作用，假定每个螺栓均匀受力，则连接所需的螺栓数n为：（2）受弯矩M作用时，认为螺栓群转动轴在螺栓群形心位置处。最外排螺栓所受拉力最大，为：三、典型习题计算题验算下图所示的柱与牛腿间摩擦型高强螺栓连接是否安全，螺栓M20，10.9级，摩擦面的抗滑移