普通螺栓连接的性能和计算

3.7普通螺栓连接的性能和计算普通螺栓连接按受力情况可分为三类：①螺栓只承受剪力；②螺栓只承受拉力；③螺栓承受拉力和剪力的共同作用。

一、普通螺栓的抗剪连接计算

先研究较简单的单个螺栓抗剪连接问题。以图3-5-5(a)所示的螺栓连接试件作抗剪试验，可测量得到试件上a、b两点之间的相对位移δ与作用力N之间的关系曲线图3-5-5(b)。由此N-δ关系曲线可见，试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，可大致分为以下四个阶段。1.抗剪连接的工作性能1图3-5-5单个螺栓抗剪试验结果(a)试件(b)N-δ曲线2(1)摩擦传力的弹性阶段：在施加荷载之初，荷载较小，连接中的剪力也较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段(2)滑移阶段：当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间突然产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓杆与孔壁接触(3)栓杆直接传力的弹性阶段：当荷载进一步增加，连接所承受的外力就主要是靠螺栓与孔壁接触传递。

(4)弹塑性阶段：荷载继续增加，在此阶段即使给荷载很小的增量，连接的剪切变形也迅速加大，直到连接的最后破坏。3试验表明，螺栓群受力时每个螺栓的受力大小是不同的，沿长度方向的内力呈现两头大、中间小的分布规律（图3-5-6）。当螺栓连接的长度l1不是很大时，进入塑性阶段后各螺栓的受力逐渐接近，完全可近似假设受力相等。当螺栓连接的长度l1达到一定的程度时，计算时就必须考虑此不利影响：可能端部螺栓首先达到极限承载力而破坏，使中部螺栓内力增加，导致螺栓由外向内依次破坏(解纽扣现象)，因而其承载力较单个螺栓承载力之和低，计算时应考虑折减。图3-5-6螺栓群长度方向的内力分布4因此，如果希望设计计算时尽可能地简便易行，则可考虑将螺栓的抗剪承载力设计值折减降低、仍按平均值计算。根据试验结果，此折减系数可归纳为：当l1≤15d0时，β=1.0当15d0<l1≤60d0时，当l1>60d0时，β=0.751.破坏类型图3-5-4抗剪螺栓连接的破坏形式

抗剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：(1)栓钉杆被剪断

(2)较薄的连接板被挤压破坏

(3)板被拉(压)坏(4)板件端部被剪坏(5)螺栓杆受弯破坏6设计螺栓连接时，要求节点在极限状态下可靠，就不能发生上述任何一种型式的破坏。对于防止栓钉杆被剪断和连接板被挤压破坏，属于连接计算的内容；避免板被拉(压)坏属于构件计算内容；而后两种型式的破坏，需要通过采取构造措施来加以避免：试验和计算表明，在栓钉孔中心到板端的距离超过孔径的两倍后，这种破坏就不会出现；通过限制Σt≤5d(t为连接节点总厚度，d为螺栓杆直径)

可避免螺栓杆弯曲破坏。由此可看出，设计工作不能仅仅满足会计算，构造措施也是不可或缺的，应引起重视。73.单个普通螺栓的抗剪承载力计算普通螺栓的受剪连接中，在满足构造要求的前提下，一个螺栓的承载力设计值应取抗剪和承压(挤压)承载力设计值中的较小值。假定剪应力在螺杆受剪面上均匀分布，则一个螺栓的受剪承载力设计值为：

螺栓孔壁承压应力的实际分布情况很复杂（图3-5-7），难以准确描述和确定，计算时假定承压应力平均分布于螺杆直径平面内。所以单个螺栓的承压承载力设计值为：8图3-5-7螺栓承压的计算承压面积单个抗剪螺栓的承载力设计值为：94.普通螺栓群的抗剪承载力计算(1)普通螺栓群轴心受剪当外力通过螺栓群形心时，在连接长度范围内，计算时假定所有螺栓受力相等，按下式计算所需螺栓数目：a)螺栓数目b)构件净截面强度10(2)普通螺栓群偏心受剪

图3-5-8所示为螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力F的作用线至螺栓群中心线的距离为e，故螺栓群同时受到轴心力F和扭矩T＝Fe的联合作用。分析发现，每个螺栓实际上只承受剪力，但剪力的方向与螺栓所处的位置有关。11在轴心力F作用下可认为每个螺栓平均受力，则

螺栓群在扭矩T作用下，每个栓钉实际受剪。对连接部分分析计算时作如下假定：被连接构件是绝对刚性的，螺栓是弹性的，在力矩作用下板件绕螺栓群的形心相对旋转，从而使各螺栓受剪，各螺栓受力大小与到栓钉群形心的距离成正比，方向与栓钉至形心的直线垂直。根据力矩平衡可得螺栓i因力矩T而产生的剪力为：12可按下式计算螺栓i在扭矩T作用下的剪力在x、y轴方向的分量：

显然，受力最大的一个螺栓所受的剪力不应大于栓钉抗剪承载力设计值。下面求受力最大的一个螺栓所受的剪力设计值。考虑剪力F和扭矩T作用产生的内力大小及方向，螺栓1是起控制的螺栓之一，由此可得螺栓群偏心受剪时，受力最大的螺栓1所受的合力为13二、普通螺栓的抗拉连接计算

1.单个普通螺栓的抗拉承载力螺栓杆轴方向受拉时，通常不可能将拉力正好作用在螺杆的轴线上，而是通过水平板件传递。抗拉螺栓连接在外力作用下，构件的接触面有脱开趋势。此时螺栓受到沿杆轴方向的抗拉螺栓连接的破坏形式为栓杆被拉断。14如果与螺栓直接相连的翼缘板的刚度不是很大，螺栓就会受到撬开作用使拉力增加为：Nt=N+Q，式中Q称为撬力。撬力的大小与翼缘板厚度、螺杆直径、螺栓位置、连接总厚度等因素有关，准确求值非常困难。通过加劲肋增加连接刚度，可大幅度降低撬动变形，减小撬力，增加抗拉承载能力。由于确定撬力比较复杂，为了简化计算，规定普通螺栓抗拉强度设计值只取为螺栓钢材抗拉强度设计值的0.8倍，以考虑这一不利的影响。这相当于考虑了撬力Q＝0.25N，一般来说，只要翼缘板厚度满足构造要求、且螺栓间距不要过大，这样的简化处理是可靠的。单个抗拉螺栓的承载力设计值为：

152.普通螺栓群轴心受拉计算螺栓群承受轴心拉力

螺栓群在轴心力作用下的抗拉连接，通常假定每个螺栓平均受力，则连接所需螺栓数为3.普通螺栓群偏心受拉（轴心力和弯矩共同作用）计算螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉力N和弯矩M=Ne的联合作用（剪力V直接通过承托板传递，不对螺栓产生剪力）。按弹性设计法，根据偏心距的大小（或弯矩M与轴心拉力N的相对大小）可能出现小偏心受拉和大偏心受拉两种情况。16螺栓群承受偏心拉力

17在弯矩M作用下，连接中右侧构件有顺M方向旋转的趋势。当弯矩M较小时，构件绕螺栓群的水平形心轴x旋转，假定在弯矩M作用下，螺栓受力大小与其到旋转轴的距离成正比，则：

根据平衡条件：

18显然，在弯矩M作用下，离水平形心轴最远的顶排与底排螺栓受力最大，在轴力N和弯矩M共同作用下，控制点底排与顶排螺栓受力分别为最小和最大：当由上式算得的Nmin≥0时，说明所有螺栓均受拉，构件绕栓钉群形心轴旋转，此时应验算满足条件：19当弯汉矩M丧大到鼻一定狂程度销时，饱计算助就会轰出现饲Nm莲in拼<0堆的情岂况，纱表示慨该连很接的顽下部暑螺栓喘受压乒，而冈这是计不可衡能的忙，说肿明上铁述假邪定的械构件夏绕螺切栓群悬中心储轴旋即转是农错误图的。胜这时丸应按汪构件怜绕底木排螺啊栓连熔线轴前z’残一z蛮’转静动，贤即按逢大偏双心计属算。卧顶排两螺栓望受力宫最大毯，同勿理可岸推导粒得出愁：由此会可见乞，对便于普摘通螺帜栓连酸接，伍在轴蔬心力蒸和弯筋矩共誉同作备用下饿的计值算，吉应需趋判断祥是小喷偏心君，还催是大燥偏心角，然夫后按尖有关危公式顺验算字危险浸螺栓煎受力傅是否示安全突。注意，当有无轴除心力研N而炉只有材弯矩毛M作嫌用时李，是海这种量连接汽的一雅个特摩例，毕肯定引属于究大偏阶心的斜情况法。20三、尽普通锦螺栓退受剪薄力和故拉力感联合币作用夸的连共接计舞算兼受猛剪力杨和拉昼力的穗普通竟螺栓壤,音应葛考虑译两种绞可能龟的破思坏形都式：卧一是围螺杆勾受剪压受抛拉破谱坏；咸二是忌孔壁罚承压章破坏告。对吧螺杆袄来说张，承畏受拉港力时誓会降与低抗桨剪承奸载能惑力，享承受萍剪力津时也号会降决低抗督拉承制载力他，将伍所承然受的胳剪力充和拉图力分院别除伪以各请自单管独作杆用时沉的承乳载力凶，这男样无俩量纲诊化后竟相关讽关系械的试凶验结骡果近贫似为柔一圆高曲线这,惠所以缩慧可按孩下式饼验算欠：21孔壁顶承压弯的计援算式图应为翠：(3萄.5决.1乒8)式(妹3.姥5.秘18电)是弟普通语螺栓促连接变的基步本公饺式，危应用曲时应甘根据浪受力拨情况申分析汗最不逼利的丝式螺栓斑，求矿出内哄力后翅代入积验算咏。22【例视3-萍7-土1】两块霉截面匹为1导4m揪m×毒40汪0m弟m的谈钢板占，采往用双轰拼接兴板进容行拼忧接，绘拼接怎板厚辨8m香m，筐钢材廊Q2翼35丹，板破件受僻轴向恳拉力键N＝贺96都0k阻N(咏图3屿-5邪-1颤5)英，试驶用直盾径d旷＝2坊0m鹊m的饭C级而普通云螺栓舞拼接距。图3技-7思-1帖5畅例洲3-疤7-续1普蜻通螺溜栓盖挖板连冈接设蒸计23解：跌单栓渔抗剪狡承载亦力设劣计值趋：单栓拒的承丑压承腥载力躺设计井值为坑：板件右一侧那所需竖螺栓块数：个，法取1醒2个惹。布贿置见虚图3温-7啊-1沈5。24【例虽3-淡7-纷2】验算迟如图辞3-雄7-屡16掩所示绪节点誉是否泛满足断要求壁。采梯用C扰级普慈通螺合栓，醋螺栓妇直径唱d＝刚20蛋mm钻，育孔径惧d0辜＝2堤1.剑5m盈m，铸钢材笔Q2榜35仔，支齐托板穗上荷锤载为餐F＝储2×晶12揉0k才N。图3锦-7脱-1惜6唐例3龟-7营-2窑普通窄螺栓四抗剪秋扭连汪接设仔计25解：魂(1答)分婆析螺疏栓群彻受力成，把百偏心举力F祖向形倾心简嫌化，级则螺苦栓群迷受力葛为剪力缠：辈V括＝1鞭20尾kN扭矩期：尖T迈＝1帆20尾X5棚00冻＝6轿00象00粥kN夫•m畜m均对判螺栓揭产生稻剪力揭。(2喉)计过算单淹栓承膛载力丘设计音值单栓享抗剪用承载贤力设别计值跳：单栓贵的承求压承冻载力丢设计师值为聚：26(3岸)验释算受焦力最捧大螺凯栓经分刷析，醋受力扒最大扯的螺擦栓之意一为比“1蜘”。剪力卖作用衣下“启1”席号螺悉栓受员力：扭矩染作用挡下“口1”蚂号螺奏栓受皂力：27所以驱，此壤节点线满足资要求锁。28【例莲3-书7-尿3】设图特3-尾7-都17险为短污横梁陕与柱牲翼缘桌的连煮接，跪剪力园V＝父25猛0k秋N，珍e＝按12邮0m字m，座螺栓挨为C克级，掏梁端丢竖板袋下有勿承托锯。钢扔材为槽Q2真35畅一B禾•F虫，手兔工焊树，焊触条E械43候型，川试按岭考虑花承托付传递耍全部首剪V限和不小承受其V两瓜种情委况设开计此淡连接栗。29【解塔】(傅1)袭承托胶传递