1、普通螺栓连接,高强螺栓连接,一、普通螺栓连接的构造,1、螺栓的规格,(1)普通螺栓的形式为六角头型。其代号用M和公称直径数表示。如M16、M20等。,(3)分为A级、B级和C级三种,(2)常用螺栓直径为 d=16，20，24mm,1 普通螺栓连接,(4) C级为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.52mm，制作安装方便。 C级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。,(3)A级和B级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为8.8级。很少用，已被高强度螺栓代替。,2、螺栓的排列(简单、统一、整齐、紧凑）,(1)基本形式：并列和错列,(2)排布参数：端距，边距，中距,最
2、大、最小距离限值见P54表3.5。,(3)排布尺寸要求,为什么要限制中心距？(3d0) 太小：连接中易沿螺孔间折线或直线破坏；不便施工 太大：不紧密易锈蚀，受压时局部失稳。,为什么限制边距、端距？(2d0、1.5d0、1.2d0) 太小：栓钉至边（端）钢板易被剪断。 太大：不紧密，易锈蚀和变形。,上两排螺栓受拉,2、受拉螺栓连接外力与栓杆平行通过螺栓抗拉保持连接。,1、受剪螺栓连接外力与栓杆垂直以螺栓抗剪形式使连接件紧密连接。,二、普通螺栓连接的受力性能,3、同时受拉剪螺栓连接,a、螺杆被剪断 b、连接件半孔壁挤压破坏 c、钢板拉（压）断 d、端部钢板剪坏 e、螺杆弯曲破坏,4、受剪螺栓连接五
3、种破坏形式,螺栓剪断,5、单个螺栓受剪时的工作性能, 弹塑性工作阶段(2后)螺杆与孔壁接触、挤压。, 相对滑移阶段(1-2)传递的剪力大于摩擦 力，连接板间相对滑移。, 弹性工作阶段(0-1)传递的剪力小于板间的摩擦阻力，连接板间相对位置保持不变。,螺栓工作分以下三阶段,课前提问,1、受剪螺栓连接的五种破坏形式分别是什么？,a、螺杆被剪断 b、连接件半孔壁挤压破坏 c、钢板拉（压）断 d、钢板剪坏 e、螺杆弯曲破坏,（1）螺栓剪断 （板较厚，螺栓较细）,（2）钢板孔壁挤压破坏 （板较薄，螺栓较粗）,受剪螺栓连接,螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件相对滑动，在相反的方向螺杆靠紧孔壁
4、，导致螺杆受剪切作用，孔壁受压力作用，直至螺杆剪断或孔壁受压破坏,二、普通螺栓连接的计算,1、普通受剪螺栓的传力机理,单个螺栓的承载力计算,分螺栓抗剪和螺栓承压两种情况：,图 受轴力作用螺栓群剪力分布,图3-54 螺栓的承压面,二、普通螺栓连接的计算,t连接件最小承压总厚度fcb螺栓承压设计强度,（3-37）,（3-38）, 螺杆抗剪,NVb一个螺栓的抗剪设计承载力nv 受剪面数目。单剪nv=1，双剪nv=2d 螺杆直径（公称直径，附录三表3-5。常用16、20、22、24等，最常用16、20）fvb 螺栓抗剪设计强度，由附表1.3给出。, 螺杆承压, 式（3-37）、（3-38）说明,d)
5、上述承载力未计入摩擦。,c ) Nvb和Ncb计算式中的受剪面数nv ，上图中nv =4。,a) 螺栓承载力是Nvb和Ncb中之最小值，Nbmin 。,b) t 取 a+b+c和d+e 之间的最小值。,（3-37）,（3-38）,（1）受剪螺栓连接受轴心力作用的计算,目标：确定螺栓数目n和排列。,1、受剪螺栓连接的计算,a、连接所需螺栓数目（假设每个螺栓的受力相同）,n 所需螺栓数N 轴心力Nbmin Nvb和Ncb中之较小值, l115d0情况,调整,1、超长调整, l115d0情况,此时，螺栓剪力分布明显不均，距外力N最近的一排螺栓受力最大，会首先破坏并依次逐排朝内破坏。为保证其安全，将承
6、载力乘降低系数。,2.1 一个构件借助填板或其他中间板与另一构件连接 的螺栓（摩擦型高强螺栓除外），应按计算增加10。,2、其他调整,2.2 当采用搭接或拼接板（盖板）的单面连接传递轴 心力，因偏心引起连接部位发生弯曲时，螺栓（摩擦型 高强螺栓除外）数目应按计算增加10。,2.3 在构件的端部连接中，当利用短角钢连接型钢 (角钢或槽钢)的外伸肢以缩短连接长度时，在短角钢 两肢中的一肢上，所用的螺栓数目应按计算增加50。,b、构件净截面强度验算排列设计,验算公式,N 连接件或构件验算截面上的轴心力设计值 An 连接件或构件在验算截面上的净截面面积 f 钢材的抗拉（或抗压）强度设计值,螺栓并列排列
7、,连接构件的不利截面为I-I,盖板的不利截面为II-II,An=(b-n1d0)t,An=2(b-n2d0)t1,螺栓错列排列,除对1-1截面（绿线）验算外，还应对2-2截面（粉红）进行比较验算。,2-2粉红线总长：,扣除螺孔直径后：,n2粉红线截面上的螺孔数,例题3.8 两截面为18x400的钢板，采用双盖板和C级普通螺栓连接。螺栓M20，钢材Q235，承受轴心拉力设计值N940KN.试设计此连接。,分析,设计此连接应按等强度考虑，即设计的连接除能承受N力外，还应使被连接钢板、拼接盖板、螺栓的承载力均接近，这样才能做到经济省料。因此，连接盖板的截面面积可取与被连接的钢板的截面面积相同。这样，
8、当螺栓采用并列布置时，只要计算被连接钢板的强度满足即可，不必再验算连接盖板。具体设计步骤可根据已知的轴心力设计值先确定需要的螺栓数目，并按构造要求进行排列，然后验算构件的净截面强度。,解：（1）确定连接盖板截面,采用双盖板拼接，截面尺寸选9400，与被连接钢板截面面积相等，钢材亦为Q235,（2）确定所需螺栓数目和螺栓排列,采用下图的排列方式,（3）验算连接板件的净截面强度,练习： 两截面为16x400的钢板，采用双盖板和C级普通螺栓连接。螺栓M20，钢材Q235，承受轴心拉力设计值N940KN.试设计此连接。,（2）受剪螺栓连接受扭矩作用计算, 连接件绝对刚性 螺栓弹性 螺栓绕螺栓群形心转动
9、的，受力大小与螺栓至形心的距离r成正比，方向与它和形心的连线垂直。,基本假设,（a）,（b）,螺栓受力特性,剪力的计算,承受剪力 N。,由平衡条件和基本假定：,将（b）式代入（a）， 得用N1表达的T式：,可以判定螺栓1是危险螺栓,则：最大剪力N1。,xi第i个螺栓中心的x坐标,yi第i个螺栓中心的y坐标,把 沿x、y方向分解（右图）,是 和 中的较小值（单个螺栓承载力）。,当y13x1时，略去x的所有项，有近似的简化式:,设计条件要求,螺栓群偏心受剪就属此类。这类状态在工程中多见。,（3）螺栓群受扭矩、剪力、轴心力共同作用计算,合成后，得,例题3.10 试验算一受斜向拉力设计值F120kN作
10、用的C级普通螺栓练的的强度。螺栓M20，钢材Q235。,解：(1)单个螺栓的承载力：,（2）换算作用外力（轴力和剪力的作用）,在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受力,（3）计算由扭矩产生的剪力,（4）受力最大的螺栓1所受的合力,所以该连接满足要求,1、受力性能和承载力,2、受拉螺栓连接,（1）受轴力作用的抗拉螺栓,2、受拉螺栓连接的计算,受轴向拉力作用的抗拉螺栓群,验算公式n需要的螺栓数N总外拉力, 假定,由几何关系，有,由平衡条件, 危险螺栓上的拉力,上排螺栓（1号）最危险。,螺栓群绕最下一排螺栓轴线（O点）旋转（上部易脱开，转动中心下移）。设螺栓布置有m列，一列螺栓受到的弯矩为M/m。,（2
11、）弯矩作用下的抗拉螺栓,得,式中，N1由弯矩M产生的1号螺栓上的轴心拉力；y11号螺栓到旋转中心O的距离；yi第i号螺栓到O点的距离； yi2各排螺栓到O点距离的平方和。, 设计条件,例题：一梁和柱的连接，承受弯矩和剪力设计值为M=70kN.m,V=360kN，剪力有设在柱翼缘上的支托承受，验算梁柱间的螺栓连接。钢材Q235。,(3)偏心拉力的计算,如下图所示。螺栓群受到偏心拉力F作用，根据偏心距的大小分为小偏心受拉和大偏心受拉两种情况。,1）判断大小偏心的依据,小偏心受拉,大偏心受拉,注意：上式中假定螺栓群绕其中心位置处的中心轴发生弯曲，所以其偏心距e为拉力到螺栓群形心的距离。,2）小偏心受
12、拉的情况,其发生弯曲时的转动轴在螺栓群中心位置处。,3）大偏心受拉的情况,当螺栓群大偏心受拉时，螺栓群转动轴位置下移，近似取转动轴在第一排螺栓处。,力矩M作用下，1号螺栓受到的拉力：,3、同时受拉、受剪的螺栓计算,剪力V作用下1号螺栓受到的剪力,满足上式时，保证螺栓本身不会被剪坏和拉坏。但不一定能保证螺栓不承压破坏。因此，还需满足,用相关公式（右图）作近 似验算,NvNcb,例1：如下图示屋架下弦端节点连接，用螺栓与柱连接成整体。钢材Q235，C级普通螺栓M22，试验算该连接的螺栓是否安全。,练习1：如下图示屋架下弦端节点连接，用螺栓与柱连接成整体。钢材Q235，C级普通螺栓M24，试验算该连
13、接的螺栓是否安全。 练习2：条件同上题，仅取消端节点板下的支托，试验算该连接的螺栓是否安全。,例题：验算图3-66所示普通螺栓连接强度。螺栓M20，孔径21.5mm，材料为Q235。,图3-66, 计算螺栓上的力N=1003/5=60kNV=1004/5=80kN, 分析螺栓受力状态荷载P通过螺栓截面形 心O，分解后得剪力V和拉 力N，螺栓处于既受拉又受 剪的状态。,解, 用相关公式验算强度满足要求。,Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN, 计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值Ntb=Aeftb=245170 10-3=41.7kNNvb=nv(d2/4) fvb=13.
14、14202/413010-3=31.9kN,及 Nv=20kN Ncb =2020305 10-3=122kN,满足要求。,练习3：验算右图所示C级普通螺栓连接强度。螺栓M22，孔径23.5mm，材料为Q235。,练习4：条件同上题，仅集中力作用点与螺栓群中心之间存在25mm的偏心距，试验算此螺栓的连接强度。,2 高强螺栓连接,连接板间摩擦力,摩擦型连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂等，使抗滑移系数=0.30.5。,分类：,特点：预拉力很大，依直径不同，可达80355kN。,高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、
15、垫圈的合称，强度等级10.9级和8.8级。,承压型连接件间允许相互滑动。传力开始时在标准荷载作用下动连接件间无滑动，剪力由摩擦力和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接件间有较大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，其特点与普通螺栓相同。因此，有与普通螺栓相同的极限状态螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。变形大，不适于受动荷载的连接。,抗拉时与普通螺栓相同，但变形小，可减少锈蚀，改善疲劳性能。,1、确定预拉力P数值使螺栓中的拉应力接近于所用材料的屈服点（f0.2）,考虑材料不均匀系数0.9、超张拉系数0.9和剪应力（拧螺母时产生）引起的承载力降低系数1.
16、2,，预拉力计算式为：,（3-46）,fu高强螺栓经热处理后的最低抗拉强度；屈强比（假定屈服点与最低抗拉强度比值）Ae螺栓有效面积,一、高强螺栓的预拉力的建立,高强螺栓设计予拉力P值（kN）,表3-3,结果按5kN的模数取整得表3-3。摩擦型、承压型均适用。,（2）转角法,先用普通扳手把连接件拧紧密，称初拧。以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭1/22/3圈，达到终拧角度。螺栓的拉力即达到预拉力。终拧角度根据螺栓直径，连接件厚度通过实测确定。方法简单，但常常出现预拉力比设计值高。,（3）扭掉螺栓尾部梅花卡法,2、预拉工艺扭螺帽,（1）扭矩法 扭矩扳手能显示扭矩的搬手。,a、单个高强螺栓抗
17、剪承载力设计值,二、摩擦型高强螺栓的计算,抗剪承载力由摩擦力确定。,NVb=0.9nfPNVb单个高强螺栓抗剪承载力设计值P预拉力抗滑移（摩擦）系数，见表3-4nf传力摩擦面数0.9螺栓受力非均匀系数,1、抗剪承载力计算,摩擦面抗滑移系数值,表3-4,设，一侧的螺栓数为n，平均受剪，承受外力N。,分析方法和计算公式与普通螺栓同。,b、摩擦型高强螺栓群的抗剪计算,每个螺栓承受的剪力为：,单个螺栓承载力设计条件：,(1).所需螺栓数：,(2).构件净截面强度验算,孔前传力分析,n1单列螺栓数量 n 一侧螺栓总数量,扭矩作用：高强螺栓群在扭矩作用下的计算公式与普通螺栓同。构造要求：高强螺栓的直径系列
18、（少一个M18）、连接中螺栓的排列及有关构造要求与普通螺栓同。,例题3-14如图示，截面为30016的轴心受拉钢板，用双盖板(厚度分别为10mm)和摩擦型高强螺栓连接，已知钢材为Q345钢，螺栓为10.9级M20，接触面喷砂后涂无机富锌漆，承受轴力N=1200KN，试验算连接的强度。,解（1）验算螺栓连接的强度,实际单个螺栓承受的内力为：,（2）验算钢板强度 构件厚度t=16mm2t1=20mm,故应验算构件截面。查表得f=310N/mm2 构件得毛截面强度为构件得静截面强度为：,为什么取0.8P呢？研究表明：连接件刚好被松开时的外力N=1.051.19P，Ntb=0.8P时可以保证连接件不被
19、松驰。,P预拉力,（1）一个高强螺栓的抗拉承载力设计值,2、摩擦型高强螺栓承受拉力时的计算,规范规定：,（2）受拉力作用的摩擦型高强螺栓群计算,所需螺栓个数,3、受弯矩作用的摩擦型高强螺栓群计算,1号螺栓受到最大拉力，验算：,4、受剪力与拉力同时作用的摩擦型高强螺栓群计算,nt连接的传力摩擦面数 摩擦面的抗滑移系数,单个高强螺栓的抗剪承载力：,保证连接安全的要求：,单个高强螺栓的受拉验算：,例3-16 设计图3-76所示高强螺栓连接的强度。被连接板件的钢材为Q235，高强螺栓10.9级，M20，孔径22，连接接触面喷砂后生赤锈。按摩擦型计算。,图3-76,外力P=768kN对螺栓形心有一偏心距
20、e=15cm，形成剪力、拉力、弯矩三种状态。,已知外力P、螺栓数、螺栓类别、直径、钢材类型，验算螺栓强度。,例题3-16,解（1）计算作用在螺栓群形心处的力素, 抗拉验算 “1”点受到的拉力为：,（2）验算强度连接收M、V、N共同作用， 形心轴过“o”点，“1”点是最危险点。,o,剪力：V=Psin60=7680.866=665kN 轴心拉力：N=Pcos60=7680.5=384kN弯矩：M=Ne=38415=5760kN.cm,1,Ntb=0.8P=0.8155=124kNNt Ntb (可), 抗剪验算l1=700mm15d0=1522=330mm=1.1-700/(15022)=0.8
21、9,一个摩擦型高强螺栓的抗剪设计承载力按式（3-55）并引入后计算，Nvb= 0.9nt(P-1.25Nt)=0.890.910.45(155-1.2548)=34kN,一个螺栓承受的剪力Nv=V/n=665/16=41.6kNNvb= 34kN (不可),改用M22，孔24，P=190kN， 于是=0.906，这样：Nvb= 0.9nt(P-1.25Nt)=0.9060.910.45(190-1.2548)=48kNNv=41.6kNNvb= 48kN (可),(可), 验算相关公式是否满足,1、承压型高强螺栓的受剪承载力，受拉承载力，,三、承压型高强螺栓的计算,拉剪共同作用：,与普通螺栓相同,与普通螺栓系数不同,与普通螺栓相同,
