1、4.6 普通螺栓连接的构造和计算 普通螺栓连接的构造和计算 一、普通螺栓的种类 A、B级-精制螺栓 类孔 孔径(d )比栓杆直径(d)大03 05 C级-粗制螺栓 类孔，孔径(d o )比栓杆直径(d)大0.30.5mm。 类孔，孔径(d o )比栓杆直径(d)大1.53mm。 性能等级为46 或48 级； M16、M20、M24 性能等级为4.6或4.8级； 4表示f u 400N/mm 2 , 0.6或0.8表示f y /f u =0.6或0.8；二、螺栓的排列 二、螺栓的排列 中距 端距 距 边距 中距 边距 B 错列 A 并列 边 螺栓的排列应满足： 受力要求 构造要求 施工要求1）受
2、力要求 1）受力要求 任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防 止钢板截面过度削弱而承载力不足； 对于受压构件 中距不能太大 以防止连接板 对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板 件发生鼓曲。 2）构造要求 螺栓的边距和中距不宜太大 以免板件间贴合 螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合 不密，潮气侵入腐蚀钢材。 3）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3d o 。螺栓的最大 最小容许距离 螺栓的最大、最小容许距离 名称 位置和方向 最大容许距离 （取两者的较小值） 最小容许距离 外排( 垂直内力或顺内力方向) 8d 0 或 12 t 垂直内力方向 16d 0 或 24 t 中
3、 构件受压力 12d 0 或 18 t 间 排 顺内力方向 构件受拉力 16d 0 或 24 t 中心间距 沿对角线方向 3d 0 沿对角线方向 顺内力方向 2d 0剪切或手工气割边 15 d 中心至构件 垂直 剪切或手工气割边 1.5d 0高强度螺栓 1.5d 0中心至构件 边缘距离 垂直 内力 方向 轧制边、 自动气 割或锯割边 其它螺栓 4d 0 或 8 t 12 d 0 方向 割或锯割边 其它螺栓 1.2d 0三 普通螺栓连接的受力性能和计算 三、 普通螺栓连接的受力性能和计算 （一）螺栓连接的受力形式 （一）螺栓连接的受力形式 F F N F N A 只受剪力 B 只受拉力 C 剪力
4、和拉 剪力和拉 力共同作用（二）普通螺栓抗剪连接 N 4 N N 1.工作性能 3 N/2 1 2 a b N N/2 N/2 1)摩擦传力的弹性阶段(0 1段) O 1 b 1)摩擦传力的弹性阶段(01段) 2)滑移阶段(1 2段) a N N/2 N/2 2)滑移阶段(12段) 3)栓杆传力的弹性阶段(23段) a b N/2 )栓杆传力的弹性阶段( 段) 4)破坏阶段(34段)2.破坏形式 破坏形式 N/2 N/2 N N/2 N N N/2 ）孔壁的挤压破坏 1）螺栓杆被剪坏 2）孔壁的挤压破坏 以上三种破坏形式通过 N N 以上三种破坏形式通过 强度计算避免。 件被拉断 3）板件被拉
5、断N N N N 这 这 两 种 4）板件端部被剪坏(拉豁) 种 破 坏 端矩不应小于2d O 坏 构 造 N N/2 造 解 决 N/2 决 5）栓杆弯曲破坏 栓杆长度不应大于5d3、抗剪螺栓的单栓承载力设计值 b v v b v f d n N 4 2 抗剪承载力： v v v f 4 n v 剪切面数目；d螺栓杆直径； b b f t d N 承压承载力 d f v b 螺栓抗剪强度设计值； t 连接接头一侧承压构件总厚度的较小值 b c b c f t d N 承压承载力： t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。 f c b 螺栓孔壁承压强度设计值； b c b v b N N N ，
6、 min min 单栓抗剪承载力： 剪切面数目n 剪切面数目n v N N N N/2 N/2 1 n 单剪 ： 2 n 双剪 ： 1 v n 单剪 ： 2 v n 双剪 ： N/3 N/2 N/3 N/3 N/3 N/2 4 四剪 N/3 4 v n 四剪 ：4、普通螺栓群抗剪连接计算 4、普通螺栓群抗剪连接计算 1）普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2 N l N/2 当l 15d (d 为孔径)时 l 1 平均值 当l 1 15d 0 (d 0 为孔径)时， 假定N由各螺栓均匀承担。 螺栓的内力分布 N b N N n min 板件的净截面验算： N N t t 1 A、螺栓采用并列排
7、列时 1 2 N N b b 1 主板： f A N 1 2 螺栓孔直 径 钢材强度设计值 d f t d n b A A n n ; ; 0 0 1 1 , 1 , 主板厚度。 主板宽度； 截面上的螺栓数； t b n f n 1 1 1 0 0 1 1 , 拼接板： 2 , 5 . 0 f A N n 拼接板厚度 截面上的螺栓数 拼接板宽度 螺栓孔直径； 钢材强度设计值 0 1 0 2 1 2 , 2 2 ; ; t b d f t d n b A n 拼接板厚度 。 截面上的螺栓数 ； 拼接板宽度 ； 1 2 1 2 2 t n bN N t t 1 B、螺栓采用错列排列时: 1 1 N
8、 N b c 1 主板 ： f N c 2 c 3 c 4 截面 ： 对于 主板 t d m b A f A n n 0 ; 1 1 1 1 截面： 对于 截面 ： 对于 t d m c c m c A t d m b A n n 0 2 2 2 1 4 0 ; 1 2 1 1 ; 1 1 危险截面上的螺栓数 螺栓孔直径； 钢材强度设计值； 式中： d f 0 主板宽度； 危险截面上的螺栓数 ； b m 主板厚度。 t拼接板强度验算: N N t t 1 拼接板强度验算: 2 2 N N b b 1 c 1 5 . 0 f A N c 2 c 3 c 4 截面： 对于 1 0 1 ; 2 2
9、t d m b A A n n 2 2 截面： 对于 1 0 2 2 2 1 4 ; 1 2 2 2 t d m c c m c A n 危险截面上的螺栓数 ； 螺栓孔直径； 钢材强度设计值； 式中： 0 d f 拼接板宽度； 危险截面上的螺栓数 ； 1 b m 拼接板厚度。 1 1 t2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算 F e y N 1Tx 1 F 1 N 1F F N 1T 1Tx N r 1 T T x N 1Ty F作用下 F N F作用下 n N F 1 T作用下：2个假定 T作用下1号螺栓所受剪力最大 T作用下 1 号螺栓所受剪力最大y N 1 n nT T T r N r N
10、r N T 2 2 1 1 N 1T N 1Tx r 1 1 nT T T T N N N N 3 2 1 T x N 1Ty n r r r r 3 2 1 n T nT T T T T r r N N r r N N r r N N 1 3 1 3 2 1 2 ； ； r r r 1 1 1 n T T N N 2 1 2 2 2 1 i i T n T r r N r r r r N T 1 2 1 1 2 2 2 2 1 1 1 r T r T 1 1 nn i i n i T y x r T r r T N 2 2 1 2 1 1 ii i i i i y x r 11 1 T y
11、T y r T N 1 1 1 1 y N 1Tx 1 n i n i i i n i n i i i Tx y x r y x N 11 2 2 1 11 2 2 1 x N 1T N r 1 n n n n Ty x T x r T N 1 1 1 1 T x N 1Ty n i n i i i n i n i i i Ty y x r y x 11 2 2 1 11 2 2 1螺栓1的强度验算公式为: 螺栓 的强度验算公式为 b F Ty Tx N N N N min 2 1 1 2 1 F Ty Tx min 1 1 1 当螺栓布置比较狭长(如y 1 3x 1 )时, 1 1 可令:x
12、 i =0，则N 1Ty =0 n n Tx y T y r T N 1 1 1 1 n i i n i i Tx y r y 1 2 1 1 2 1 i i 1 1 b N N N 2 2 b F Tx N N N min 1 2 1 （三）普通螺栓抗拉连接 1、破坏形式 （三）普通螺栓抗拉连接 破坏形式 栓杆被拉断 2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值 d 2 b t e b t e b t f d f A N 4 2 4 式中：A e -螺栓的有效截面面积； d 螺栓的有效直径 d e -螺栓的有效直径； f t b -螺栓的抗拉强度设计值。公式的两点说明： 公式的两点说明： （1）螺栓的
13、有效截面面积 螺 的有效截 积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是 有效直径d 而不是净直径d 现行国家标准取 有效直径d e 而不是净直径d n， 现行国家标准取： ) ( 3 24 13 螺距 t t d d e 24 d e d n d m d(2）螺栓的抗拉强度f t b 当连接板件发生变形时， 螺栓有被撬开的趋势 螺栓有被撬开的趋势 （杠杆作用），使螺 杆中的拉力增加（撬 杆中的拉力增加（撬 力Q）并产生弯曲现象。 连接件刚度越小撬力越大 影响撬力的因素较多，其 大小难以确定 规范采取 2 2 Q N N t 大小难以确定，规范采取 简化计算的方法，取 f b 08f （f 螺
14、栓钢材 2 2 f t b =0.8f（f螺栓钢材 的抗拉强度设计值）。在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法， 来减小杠杆作用引起的撬力 如设加劲肋 可 来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可 以减小甚至消除撬力的影响。3、普通螺栓群的轴拉设计 N b N N n N t N4、普通螺栓群在弯矩作用下 1 N M M 1 2 3 y 1 y 2 y N 1 N 2 N 3 刨平顶紧 4 受压区 y 2 y 3 N 4 中和轴 刨平顶紧 承托( 板) 作用下螺栓连接按弹性设计 其假定为 M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： 1）连接板件绝对刚性 螺栓为弹性； 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹
15、性； 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处， 各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。1号螺栓在M作用下所受拉力最大 1 N M M 1 2 3 y 1 y 2 y N 1 N 2 N 3 刨平顶紧 4 受压区 y 2 y 3 N 4 中和轴 N N N N 刨平顶紧 承托( 板) n n y N y N y N y N 3 3 2 2 1 1 y N y N y N M n y y y y 3 2 1 n n y N y N y N M 2 2 1 1N N N n n y y N N y y N N y y N N 1 1 3 1 1 3 2 1 1 2 ； ； y y y 1 1 1
16、 n y N y y y N M 2 1 2 2 2 1 i i n y y y y y y M 1 1 2 1 1 M n y M N 2 1 1 i i y 1 2 b t N N 1 1 号螺栓强度验算： t 15、普通螺栓群在偏心拉力作用下 F N 1F 1 N 1M e 1 2 3 4 F y 1 y 2 y 3 N 1M N 2M N 3M N 刨平顶紧 承托 板 4 M y 3 M=F e 中和轴 N 4M 可采用偏于安全的设计方法 即叠加法 承托( 板) M=F e 可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。 M F b t n M F N y y M n F N N N 2 1 1
17、 1 1 i i y n 1（四）普通螺栓拉 剪联合作用 （四）普通螺栓拉、剪联合作用 V e V V V 1、两种破坏形式 螺杆受剪兼受拉破坏 M=Ve 螺杆受剪兼受拉破坏 孔壁承压破坏； 孔壁承压破坏； b V N 2、拉剪相关曲线 “四分之 圆” b V N 1 b “四分之一圆” b t t N N 0 1 a为防止螺杆受剪兼受拉破坏 应满足 为防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足： V N 1 2 2 t v N N b V V N 1 b 1 b t b v N N b N N 0 1 a 为防止孔壁的承压破坏 应满足 t t N N 0 1 为防止孔壁的承压破坏，应满足： b b c
18、v N N V 3、当有承托承担全部剪 力时 螺栓群按受拉连接计算 M 力时，螺栓群按受拉连接计算。 M 刨平顶紧 承托( 板) 连接角焊缝 连接角焊缝4.7 高强度螺栓连接计算 由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经热处理 度算 45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级 （a）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓一、高强度螺栓的预拉力 、高强度螺栓的预拉力 1 高强度螺栓预拉力的建立方法 1、高强度螺栓预拉力的建立方法 A、转角法 初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； A、转角法 终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 o o 角度，一般为120 o -240 o 完成
19、终拧。 预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、 漏拧和超拧； 漏拧和超拧；B 扭矩法 B、扭矩法 初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的30%50% ， 使 初拧 用力矩扳手拧至终拧力矩的30% 50% ， 使 板件贴紧密； 终拧初拧基础上 ， 按 100%设计终拧力矩拧紧 。 简单、易实施，但得到的预拉力误差较大 终拧 初拧基础上 ， 按 100%设计终拧力矩拧紧 。 C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓） C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓） 初拧拧至终拧力矩的60% - 80% ； 初拧 拧至终拧力矩的60% - 80% ； 终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。 施工简单、技术要求低易实施
20、、质量易保证等2、高强度螺栓预拉力P的确定 P根据螺杆的有效抗拉强度确定，并考虑以下修正 考虑材料的不均匀性的折减系数0.9； 为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9 为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9 考虑拧紧螺帽时 ， 螺栓杆上产生的剪力对抗拉 考虑拧紧螺帽时 ， 螺栓杆上产生的剪力对抗拉 强度的降低除以系数1.2。 附加安全系数0.9 。 附加安全系数0.9 。 u e f A P 2 1 9 . 0 9 . 0 9 . 0 u e f 2 . 1二、高强度螺栓抗剪连接 高强度 N 4 （一）抗剪连接工作性能 螺栓 4 1 2 3 摩擦型高强度螺栓 3 1 普通螺栓
21、通过板件间摩擦力传递内力， 破坏准则为克服摩擦力 O 1 2 承压型高强度螺栓 破坏准则为克服摩擦力 O N/2 承压型高强度螺栓 受力特征与普通螺栓类似 a b N N/2 N/2 受力特征与普通螺栓类似 b（二）抗剪连接单栓承载力 A、对于高强度螺栓摩擦型连接 （二）抗剪连接单栓承载力 高强度 螺栓 N 4 、对于高强度螺栓摩擦型连接 P n N f b 9 . 0 螺栓 4 1 2 3 P n N f v 9 . 0 式中 ： 0.9 抗力分项系数 的倒 3 1 普通螺栓 式中 ： 0.9抗力分项系数 R 的倒 数( R =1.111); O 1 2 R n f 传力摩擦面数目; -摩擦
22、面抗滑移系数 ; O N/2 -摩擦面抗滑移系数 ; P预拉力设计值. a b N N/2 N/2 b摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内 摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内 力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力 （ ）和板件间的抗滑移系数 （P）和板件间的抗滑移系数 ； 板件间的抗滑移系数 与接触面的处理方法和构 板件间的抗滑移系数 与接触面的处理方法和构 件钢号有关； 不同钢材在不同的接触面处理方法下的抗滑 不同钢材在不同的接触面处理方法下的抗滑 移系数 ,如下表B、对于高强度螺栓承压型连接 N b b d 2 高强度 螺栓 N 4 2 3 4 b v e v b v f d
23、 n N 4 抗剪承载力 ： 3 4 1 2 普通螺栓 b c b c f t d N 承压承载力 ： 1 2 单栓抗剪承载力： O 1 b c b v b N N N ， min min a N N/2 N/2 c v ， min a b N/2（三）高强度螺栓群的抗剪计算 高强度螺 群的抗剪 算 1、轴心力作用 对于摩擦型连接 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数： 对于摩擦型连接： N b v N N n N N 对于承压型连接： b N N n b N min板件的净截面验算： t t 1 1 A、高强度螺栓摩擦型连接 主板 N N b t b 1 主板： 考虑孔前传力50%得1-1 1
24、截面的内力为： n 5 0 ： 连接一侧的螺栓总数 。 计算截面上的螺栓数 ； n n N N 1 5 . 0 1 其中 ： t d n b A f N 0 1 1 ; 连接一侧的螺栓总数 。 计算截面上的螺栓数 ； n n 1 螺栓孔直径 ； 钢材强度设计值 其中 ： d f t d n b A f A n n 0 0 1 1 , 1 , ; ; 主板厚度。 主板宽度； 螺栓孔直径 ； 钢材强度设计值 t b f 0 ;拼接板： N N t t 1 拼接板： 2 考虑孔前传力50%得 2 2截面的内力为 n N N 2 5 . 0 1 5 . 0 N N b b 1 2-2截面的内力为： 连
25、接一侧的螺栓总数 。 计算截面上的螺栓数； n n n N N 2 5 . 0 2 2 其中： 1 0 2 1 2 , 2 ; t d n b A f A N n 螺栓孔直径； 钢材强度设计值 0 2 , ; d f A n 拼接板厚度。 拼接板宽度； 1 1 t b B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通 B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通 螺栓的净截面验算完全相同。2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下 计算方法与普通螺栓相同，即： F e y N 1 F 1 N N 1T N 1Tx r 1 1 1 N 1F T x N 1Ty F 剪力F作用下每个螺栓受力： n F N F 1扭矩
26、T作用下： nn i i nn i i Tx y x y T r y y x r T N 2 2 1 1 1 2 2 1 1 ii i i ii i i x T x r T N y x y x 1 1 1 11 1 11 n i n i i i n i n i i i Ty y x r y x N 1 1 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1 1 i i i i 1 1 1 1 螺栓1的强度验算公式为: b v F Ty Tx N N N N 2 1 1 2 1 摩擦型连接： y b N N N N 2 2 承压型连接 F Ty Tx N N N N min 1 1 1 承压型连接 ：三、高
27、强度螺栓抗拉连接 （一）高强度螺栓抗拉连接单栓承载力 三、高强度螺栓抗拉连接 A 摩擦型高强度螺栓 （ ）高强度螺栓抗拉连接单栓承载力 A、摩擦型高强度螺栓 P N b t 8 . 0 P N t 8 . 0 B、承压型高强度螺栓 b e b b f d f A N 2 t t e t f f A N 4 （二）高强度螺栓群的抗拉计算 高强度螺栓群的抗拉计算 1、轴心力作用 N N N 假定各螺栓均匀受力， b t N N n t 2、弯矩作用下 假定连接的中和轴 假定连接的中和轴 与螺栓群形心轴重合 M1 N 1 M M 1 2 3 4 y 1 y 2 N 1 N 2 N 3 N 中 和 4
28、 N 4 受压区 和 轴 N N N N 受压区 n n y N y N y N y N 3 3 2 2 1 1 n n y N y N y N M 2 2 1 1 y M n i y y M N 2 1 1 i i y 1 因此，设计时只要满足下式即可： b t N N 13、偏心拉力作用下 N 1 N 1 e 2 3 4 M=N e N y 1 y y 2 2 N 2 N 3 N 4 中 和 M=N e N 4 和 轴 M作用下 N作用下 偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉 力不应大于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不 力不应大于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不 会被拉开，所以
29、摩擦型和承压型均可采用以下方 法（叠加法）计算: 法（叠加法）计算: b t M N y M N N N N 1 1 1 t n i i M y n n 1 2 1 1四、高强度螺栓群受拉、剪力共同作用 四 高强度螺栓群受拉 剪力共同作用 （一）高强度螺栓在拉、剪共同作用下的工作性能 1 高强度螺栓摩擦型连接 1 v t N N 1、高强度螺栓摩擦型连接 V V 1 b v v b t t N N 1 2 N V 3 4 N N作用下 V作用下 n V N v 单个螺栓所受的剪力： 单个螺栓所受的拉力 ： N 单个螺栓所受的拉力 ： n N N t 2、高强度螺栓承压型连接 2 2 1 b t
30、 b v N N N N t v N N 为了防止孔壁的承压破坏 ， 应满足 ： b c N N 为了防止孔壁的承压破坏 ， 应满足 ： 2 . 1 v N 系数12 是考虑由于外拉力的存在导致高强度 系数1.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度 螺栓的承压承载力降低的修正系数。（二）高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作 用下的连接计算 用下的连接计算 V V 1 2 y 1 N 1 N 2 M N 2 3 4 M=N e N y 2 N 3 N 4 中 和 轴 作用下 N作用下 V作用下 1 、采用高强度螺栓摩擦型连接时 轴 M作用下 N作用下 V作用下 1 、采用高强度螺栓摩擦型连接时 M
31、N 1号螺栓在N 、M作用下所受拉力如前所述应满足： n t y M n N N 2 1 1 i i y n 1 2V N N 单个螺栓所受的剪力： n N N v v 1 单个螺栓所受的剪力： 1 1 1 b v b t N N N N b v b t N N P n N f b v 9 . 0 P N b t 8 . 0 V 1 N V N 1 2 3 N y 1 y 2 N 1 N 2 N 3 中 采用高强度螺栓 压型连接时 M 4 M=N e N N 4 和 轴 M作用下 N作用下 V作用下 2、采用高强度螺栓承压型连接时 V N 单个螺栓所受的剪力 n N v 1 单个螺栓所受的剪力： 单个螺栓所受的最大拉力： y M N N 1 强度计算公式： 单个螺栓所受的最大拉力： n i i t y n N 1 2 1 i 1 1 2 1 2 1 t v N N : b c N N 且 1 b t b v N N 2 . 1 : 1 v N 且
