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可按估下式焰计算荐螺栓翼i在凭扭矩罚T作堂用下妇的剪谅力在摔x、喊y轴夸方向造的分捕量：显然溉，受培力最完大的馆一个荡螺栓可所受弦的剪运力不犬应大凤于栓夺钉抗昂剪承弓载力拴设计殿值。连下面什求受赚力最奋大的登一个喇螺栓皆所受逝的剪破力设晶计值壤。考投虑剪猛力F价和扭辞矩T迹作用龄产生征的内夹力大挨小及朗方向妙，螺绣栓1秩是起镇控制拒的螺桶栓之眼一，反由此宅可得畜螺栓扫群偏增心受膊剪时趋，受公力最挑大的肥螺栓宫1所春受的侍合力奶为13二、开普通思螺栓钩的抗爱拉连江接计皮算1.限单个嚼普通逃螺栓扔的抗膨拉承脖载力螺栓予杆轴敏方向飞受拉悟时，莫通常渗不可牲能将柏拉力漆正好懂作用茄在螺膛杆的盈轴线婚上，矛而是方通过叹水平篇板件寄传递回。抗哪拉螺兴栓连怕接在复外力袖作用倘下，厌构件缎的接韵触面记有脱洗开趋隔势。玩此时近螺栓制受到这沿杆缸轴方泻向的刻抗拉磨螺栓评连接姓的破显坏形辱式为罚栓杆取被拉闸断准。14如果粒与螺扫栓直南接相崖连的逼翼缘柿板的问刚度单不是肾很大滔，螺蓄栓就党会受作到撬亚开作性用使红拉力军增加石为：谊Nt久=N宰+Q奴，针式中呢Q称秆为撬海力。螺撬力洞的大公小与弱翼缘柜板厚科度、荣螺杆绸直径梯、螺连栓位妇置、乔连接摆总厚梦度等集因素岛有关祸，准雨确求膛值非锦常困西难。楼通过固加劲才肋增且加连四接刚剩度，待可大臂幅度胳降低雹撬动令变形厕，减匠小撬尝力，烛增加昆抗拉继承载顽能力物。由于疏确定准撬力危比较敞复杂泳，为泊了简瞒化计辽算，跨规定营普通铃螺栓镰抗拉查强度境设计觉值只嘉取为龙螺栓征钢材市抗拉傍强度侦设计兄值的宏0.压8倍攀，以循考虑溜这一永不利假的影害响。罚这相近当于洒考虑歉了撬滋力Q绘＝0孩.2振5N废，一选般来岔说，肢只要暗翼缘抬板厚禁度满沟足构捧造要锤求、运且螺赞栓间笔距不秧要过撕大，麻这样乞的简绸化处轰理是化可靠跑的。单个杂抗拉息螺栓过的承翼载力屋设计谢值为惜：152.订普通友螺栓山群轴恢心受专拉计技算螺栓酒群承病受轴末心拉打力螺栓红群在愧轴心困力作捷用下革的抗奶拉连腾接，担通常洪假定润每个拐螺栓流平均夏受力炊，则忽连接嫩所需映螺栓款数为3.圾普通绣螺栓优群偏适心受匪拉（储轴心鞋力和膨弯矩裕共同牧作用成）计职算螺栓挤群偏如心受处拉相范当于努连接泡承受奥轴心挤拉力租N和打弯矩首M=玩Ne出的联针合作夫用（达剪力繁V直隶接通惧过承惠托板挥传递狭，不货对螺糕栓产纪生剪漠力）政。按脖弹性镰设计主法，附根据监偏心婆距的呀大小扛（或伙弯矩换M与宏轴心殖拉力腐N的左相对筒大小矛）可掉能出创现小资偏心咱受拉暖和大左偏心循受拉微两种动情况叉。16螺栓疤群承立受偏洽心拉吵力17在弯微矩M涌作用魔下，殖连接菊中右仰侧构悟件有坚顺M尚方向岁旋转册的趋惯势。罗当弯痒矩M业较小汗时，壶构件翼绕螺侄栓群汪的水歇平形餐心轴任x旋痒转，纸假定纽奉在弯撒矩M遮作用缓下，沙螺栓导受力兴大小拜与其隶到旋域转轴阔的距帽离成内正比惊，则深：根据供平衡测条件高：18显然裂，在覆弯矩沈M作蔽用下窜，离螺水平碌形心瓜轴最完远的欧顶排覆与底腿排螺本栓受喊力最络大，件在轴百力N销和弯填矩M直共同夜作用受下，腰控制遇点底锣排与壳顶排侮螺栓查受力裙分别拆为最者小和守最大谦：当由炕上式恶算得次的N艇mi坡n≥融0时坚，说汉明所现有螺迈栓均质受拉条，构感件绕泽栓钉姑群形稀心轴翅旋转茂，此季时应毅验算比满足淋条件曾：19当弯欲矩M呜大到窑一定期程度葛时，鸭计算愈就会需出现躬Nm假in敏<0假的情毯况，才表示片该连唐接的抬下部房诚螺栓屠受压雷，而靠这是醒不可球能的仪，说李明上嘴述假归定的驶构件女绕螺微栓群张中心妨轴旋碧转是本错误穴的。放这时散应按泄构件终绕底歉排螺缩慧栓连捕线轴傲z’悉一z崖’转列动，嫂即按液大偏茶心计及算。看顶排貌螺栓宇受力烂最大誉，同寇理可盐推导请得出客：由此昂可见泄，对挂于普脖通螺右栓连烦接，叮在轴援心力飞和弯哈矩共杂同作鹊用下湖的计姑算，惭应需揉判断涝是小谋偏心技，还就是大定偏心撞，然扭后按千有关堪公式惯验算私危险大螺栓触受力浇是否际安全颤。注意，当爽无轴脖心力我N而饿只有柿弯矩还M作贿用时独，是忽这种贵连接蒸的一决个特敬例，望肯定脾属于巡寿大偏挽心的机情况赏。20三、岂普通由螺栓登受剪雪力和守拉力诱联合撞作用尤的连交接计蝴算兼受喂剪力暴和拉么力的职普通向螺栓叼,戴应缠考虑榜两种药可能茎的破偏坏形弹式：锁一是食螺杆晕受剪慈受墓拉破草坏；稠二是隙孔壁霞承压量破坏等。对巩螺杆坊来说柔，承佩受拉盒力时蕉会降山低抗炸剪承泼载能苹力，迫承受下剪力分时也录会降裙低抗胆拉承传载力嫌，将原所承桶受的僻剪力划和拉翅力分棉别除戏以各美自单魂独作拥用时栽的承涉载力登，这答样无任量纲奸化后顽相关嫩关系前的试氧验结汗果近颜似为某一圆帽曲线纹,姓所以细可按待下式怒验算虹：21孔壁窄承压旋的计菜算式浙应为扰：(3虽.5尸.1败8)式(躲3.年5.藏18造)是汁普通短螺栓绑连接慨的基密本公伤式，为应用闹时应请根据锹受力诸情况扯分析座最不疏利的没螺栓祖，求辱出内沫力后疤代入植验算名。22【例旦3-清7-偿1】两块痛截面鱼为1框4m答m×违40翁0m帖m的快钢板牢，采熟用双昌拼接哥板进乳行拼本接，读拼接降板厚杏8m继m，旁钢材谈Q2勒35播，板倘件受轨轴向蛮拉力旧N＝膨96伯0k饲N(枪图3滑-5束-1像5)谋，试哀用直扬径d角＝2雷0m授m的针C级符普通南螺栓驾拼接谷。图3哑-7死-1民5垮例找3-姨7-王1普宴通螺条栓盖僚板连症接设砍计23解：干单栓系抗剪辣承载快力设株计值悔：单栓分的承零压承厘载力悉设计炊值为腊：板件仁一侧闯所需域螺栓强数：个，滑取1府2个掠。布疏置见耀图3昨-7翻-1莲5。24【例峰3-终7-敌2】验算蛮如图注3-洒7-兰16晋所示钱节点己是否运满足蕉要求投。采读用C迷级普纹通螺办栓，锋螺栓洽直径圈d＝辛20具mm济，户孔径启d0肺＝2僻1.糕5m乎m，敌钢材津Q2拾35翠，支掌托板拾上荷调载为违F＝萄2×电12痛0k腥N。图3呈-7嫁-1蜡6确例3优-7丑-2位普通插螺栓染抗剪币扭连奴接设柱计25解：得(1冻)分湖析螺侨栓群衡受力章，把驶偏心界力F挺向形骆心简规化，猎则螺圆栓群熊受力萌为剪力持：退V裕＝1苗20屯kN扭矩某：残T锈＝1逗20丘X5咬00魄＝6步00剥00剂kN侍•m渗m均对蛮螺栓琴产生树剪力胳。(2驾)计覆算单炮栓承油载力窃设计拘值单栓援抗剪骗承载桐力设押计值痒：单栓潜的承狡压承套载力员设计扯值为骗：26(3陶)验蜡算受今力最棋大螺粱栓经分策析，贵受力划最大倍的螺贵栓之对一为玩“1批”。剪力鞠作用黄下“冰1”配号螺蔽栓受融力：扭矩愿作用框下“诉1”删号螺确栓受苗力：27所以概，此唉节点盆满足程要求打。28【例佳3-揉7-躬3】设图为3-裕7-些17誓为短话横梁章与柱魄翼缘崖的连胳接，纪剪力蛛V＝请25璃0k钓N，浴e＝欺12柄0m令m，业螺栓趣为C虎级，乡丰梁端民竖板抓下有卧承托陪。钢隶材为蔑Q2对