第3章 连接3——普通螺栓.ppt

1、3.2 钢结构连接计算和构造 3.2.1 对接焊缝的构造和计算 3.2.2 角焊缝的构造和计算 3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算 3.2.4 高强度螺栓连接的构造和计算,本章 重点,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,3.2.3.3 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3.4 拉剪螺栓连接的计算,3.2.3.1 普通螺栓连接的排列和其它构造要求,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,一、螺栓的排列,3.2.3.1 普通螺栓连接的排列和其它构造要求,并列,错列,一、螺栓的排列,排列原则：简单、统一、整齐而紧凑,排列形式：,并列简单整齐，连接板尺寸小，但对构件截面

2、削弱较大； 错列可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。,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,3.2.3.1 普通螺栓连接的排列和其它构造要求,排列要求： 受力要求：受力方向螺栓的端距2d0(d0为螺栓孔径)，防止钢材被剪断或撕裂； 构造要求：满足最大、最小容许距离 施工要求：便于转动螺栓扳手,一、螺栓的排列,3.2.3.1 普通螺栓连接的排列和其它构造要求,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,表3-4 螺栓或铆钉的最大、最小容许间距,3.2.3.1 普通螺栓连接的排列和其它构造要求,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久

3、性螺栓数不宜少于两个； 对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用防止螺帽松动的有效措施；,二、螺栓的其它构造要求,3.2.3.1 普通螺栓连接的排列和其它构造要求,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,C级螺栓只宜用于沿其杆轴方向受拉，或承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件的安装连接；在重要的连接或受反复动力荷载作用的不得采用C级螺栓； 沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法兰板），应适当加强其刚度（如加设加劲肋），以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。,二、螺栓的其它构造要求,3.2.3.1 普通螺栓连接的排列和其它构造要求,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,抗拉螺栓,

4、抗剪螺栓,剪拉螺栓,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,一、抗剪螺栓的破坏形式,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,二、单个抗剪螺栓的设计承载能力,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,0-1段：摩擦传力弹性阶段,1-2段：滑移阶段,2-3段：栓杆传力弹性阶段,3-4段：极限阶段,单个螺栓抗剪试验结果,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,一、抗剪螺栓的破坏形式,一、抗剪螺栓的破坏形式：,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,钢板被拉断：钢板螺孔削弱过多

5、时发生； （属于板件净截面验算）,螺栓杆剪断：螺栓直径较小而钢板较厚时发生（抗剪）,孔壁挤压：螺栓直径较大而钢板较薄时发生；（承压）,一、抗剪螺栓的破坏形式：,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,螺栓弯曲：当螺栓过长时发生，通过限制板厚度t5d （d为螺栓直径）,可避免螺杆弯曲过大；,钢板剪断：当钢板沿受力方向的端距过小时发生，通过限制端距2d0（d0为螺栓的孔径）,可避免；,一、抗剪螺栓的破坏形式：,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,普通螺栓的受剪计算只需要考虑、 两种破坏形式。,d 螺栓杆直径，对铆接取孔径。,式

6、中：,螺栓抗剪强度设计值；,二、单个抗剪螺栓的设计承载能力：,（1） 受剪承载力设计值：,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,式中：nv螺栓受剪面数， 单剪面nv=1， 双剪面nv=2， 四剪面nv=4；,二、单个抗剪螺栓的设计承载能力：,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,t在同一方向承压的构件较小总厚度；,式中：d螺栓杆直径，对铆接取孔径；,（2） 承压承载力设计值：,螺栓构件承压强度设计值。,二、单个抗剪螺栓的设计承载能力：,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,（2） 承压承

7、载力设计值：,二、单个抗剪螺栓的设计承载能力,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,普通螺栓的受剪承载力主要由栓杆受剪和孔壁承压两种破坏模式控制，因此应分别计算，取其较小值进行设计。,特点： 长度方向各螺栓受力不均匀，两端受力大，中间受力小,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,确定螺栓数目（接头一边）：当连接长度l115d0时，认为轴心力N由每个螺栓平均承担：,（ Nminb取Nvb、 Ncb的最小值 ）,1、螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2

8、抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,当连接长度l115d0时，进入弹塑性阶段后，各螺杆所受内力仍不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，随后依次向里破坏。 我国规范规定，当l115d0时，应将承载力Nvb、 Ncb中较小值乘以折减系数：,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,螺栓群轴心抗剪计算,l115d0,l115d0,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算, 由于螺栓孔削弱了板件截面，为了防止板件在净截面处被拉断，需要验算各板件在受力

9、较大处净截面的强度：,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,An板件净截面面积,（1）并列螺栓的排列： 对板件(1-1截面)：An=t(b - n1d0),An(净截面面积)的计算方法：,对拼接板(3-3截面)：An=2t1(b n3d0),3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,对拼接板:部位应为拼接板受力最大处（正交、折线）,An(净截面面积)的计算方法：,（2）错列螺栓的排列：,折线截面2-2：,对板件： 正交截面1-1：An=t(b - n1d0),3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,

10、3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,例1：设计两角钢用C级普通螺栓的拼接，已知角钢型号为10010，所承受的轴心拉力的设计值为N=300kN，采用拼接角钢型号与构件的相同，钢材为Q235-A.F，螺栓直径d=22mm,孔径d0=23.5mm。,解：,判断为受剪螺栓群 思路:计算螺栓数 验算净截面强度,（1）计算螺栓数：,一个螺栓的承载力设计值为,承压承载力设计值,抗剪承载力设计值,取6个,（1）计算螺栓数：,一个螺栓的承载力设计值为,承压承载力设计值,抗剪承载力设计值,连接一边所需螺栓数,（2）构件净截面强度验算,角钢的毛截面面积为A=19.26cm2（查附表）, 将角钢按中线展开，,截面1

11、1（正交截面）净面积,截面22（折线截面）净面积为,（2）构件净截面强度验算,（2）构件净截面强度验算,角钢的净截面强度为,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,轴心剪力F和扭矩T=Fe的联合作用,螺栓群偏心抗剪计算,轴心剪力F作用,扭矩Fe作用,在三者共同作用下，受力最大螺栓承载力满足要求即可,除了受力最大的螺栓外，其余多数螺栓均有承载力潜力，因此为偏安全的弹性设计法,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺

12、栓连接的构造和计算,轴力N作用,假定：被连接构件是绝对刚性的，而螺栓是弹性的；,各螺栓绕螺栓群形心o旋转，其受力的大小与其至螺栓群形心的距离r的大小成正比，力的方向与其和螺栓群形心的连线相垂直。,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,螺栓受力的大小与其至螺栓群形心的距离r的大小成正比。,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,（1）在扭矩T作用下,当y13x1时，r1趋近于y1，公式中xi=

13、0，可简化为：,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,（1）在扭矩T作用下,y方向分力：,x方向分力：,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,（1）在扭矩T作用下,每个螺栓受力均匀:,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,（2）在剪力F作用下,（3）在轴心力N作用下：,三、一群抗剪螺栓的

14、设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,每个螺栓受力均匀:,三、一群抗剪螺栓的设计承载能力,2、螺栓群在偏心力作用下的抗剪计算,3.2.3.2 抗剪螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,受力最大螺栓所承受的合力Nx的计算式为：,此为通用公式，若无轴力N，则N1xN为零。,不考虑l115d0时的折减效应。,例2：校核用C级普通螺栓的搭接接头，已知所承受作用力的设计值为F=230kN，偏心距为e=300mm，钢材为Q235-A.F，螺栓直径d=20mm,孔径d0=21.5mm。,解,：判断为受剪力、

15、扭矩的螺栓群,（1）计算一个螺栓的承载力设计值：,抗剪承载力设计值,承压承载力设计值,思路: 计算受力最大螺栓承载力设计值验算1号螺栓强度,因y1=300mm 3x1=350=150mm,N1F= F/n=230/14=16.4 kN, Nbmin=40.84 kN (满足要求),1,1,y1,x1,Nv1x,NT1y,例3：设计如图普通螺栓连接。柱翼缘板厚度为10mm，连接板厚度为8mm，钢材为Q235-B，荷载设计值F=150kN，偏心距e250mm。若螺栓排列为竖向排距2x1120mm，竖向行距y180mm，竖向端距为50mm，试选C级螺栓规格。,1、确定螺栓群几何参数,2、计算螺栓所受

16、最大力,3、确定受力最大螺栓规格,d,4、验算构造要求,螺栓中距要求，边距要求,普通螺栓群偏心受剪计算思路,1、抗拉螺栓的受力性能,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,螺栓在受力过程中可能受到附加撬力的作用，其准确值难以求得。,1、抗拉螺栓的受力性能,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,为简化计算，规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20%来考虑撬力影响： ftb0.8f 一般当翼缘板厚度 不小于20mm且 螺栓间距b较小时，此种简化是可靠的。 若翼缘板太薄，可采用加劲肋加强翼缘,2、单个抗拉螺栓的受拉承载力,假定：拉应力在

17、螺栓螺纹处截面上均匀分布。,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,直径取有效直径：,P螺纹的螺距，附表8-1可查螺栓净截面。,3、一群抗拉螺栓的承载能力计算,（1）螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,由于垂直于连接板的助板刚度很大，通常假定各螺栓平均受拉,所需螺栓数,弯矩作用下，离中和轴越远的螺栓受拉力越大，压力由部分受压的端板承受。,3、一群抗拉螺栓的承载能力计算,（2）螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,假定：在弯矩作

18、用下牛腿绕最底排螺栓旋转，使螺栓受拉；各排螺栓受拉力的大小与该排螺栓转动轴的距离y成正比，并偏安全的不考虑力臂很小的端板受压区部分的力矩。,3、一群抗拉螺栓的承载能力计算,（2）螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,3、一群抗拉螺栓的承载能力计算,（2）螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,3、一群抗拉螺栓的承载能力计算,（2）螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,螺栓i的拉力为：,螺栓群偏心受拉相

19、当于受轴心拉力N和弯矩M=Ne联合作用，按弹性设计方法，根据偏心距的大小，分为小偏心和大偏心。,3、一群抗拉螺栓的承载能力计算,（3）螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,a)小偏心偏心距e不大,弯矩M不大，螺栓均受拉,假定：中和轴的位置取在螺栓群的形心轴O处，螺栓内力按三角形分布。,3、一群抗拉螺栓的承载能力计算,（3）螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,最大、最小受力螺栓的拉力应满足下列公式要求：,a)小偏心偏心距e不大,弯矩M不大，螺栓均受拉,3、一群

20、抗拉螺栓的承载能力计算,（3）螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,小偏心：er,大偏心：er,Nmin=0时,螺栓有效截面组成的核心距,a)小偏心偏心距e不大,弯矩M不大，螺栓均受拉,3、一群抗拉螺栓的承载能力计算,（3）螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,判别大小偏心的依据,3.2.3.2 抗拉螺栓连接的计算,3.2.3 普通螺栓连接的构造和计算,b)大偏心,螺栓i拉力为：,保证受力最大螺栓安全：,偏心距e较大，即e，端板底部将出现受压区；近似取中和轴位于最下排螺栓O处（偏安全）；e和yi均自O点算起，最上排螺