第四章钢结构连接(螺栓)刘福顺(1)详解

综合考虑各种影响因素后，高强度螺栓预拉力值由下式计算： P＝0.9×0.9×0.9×fu×Ae／1.2
式中 fu ——螺栓经热处理后的最低抗拉强度； Ae ——螺纹处的有效面积。
二、螺栓的工作性能及承载力
设被连接板间接触表面的抗滑移系数为u，传力的摩擦面数目为nf。则一个摩 擦型连接高强度螺拴的受剪承载力标准值＝nfuP ；除以抗力分项系数1.111， 得一个摩擦型连接高强度螺拴的受剪承载力设计值：
得一个剪力螺栓的抗压承载力设计值为：
N
b c
d t
f
b c
式中 t —— 在同一受力方向的承压构件的较小总厚度；
f
b c
—— 螺栓的承压强度设计值，取决于构件材料。
一般情况下，一个螺栓的抗剪承载力和抗压承载力不同，那一种承 载力较小，螺栓就发生那一种破坏。因此，一个受剪螺栓的承载力应取 上两式中的较小值。即：
第四章 钢结构连接-螺栓
本章内容：
4.1 螺栓连接的构造要求 4.2 螺栓的工作性能及承载力 4.3 螺栓连接的设计、验算
一、螺栓连接的构造要求 螺栓连接形式
一、螺栓连接的构造要求
螺栓孔制作
1）在装配好的构件上按设计孔径钻成；
2）在单个构件上分别用钻模按设计孔径钻成；
3）在单个构件上先钻成或冲成较小孔径，装配好 后再扩钻至设计孔径； 4）在单个构件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔 径。
N
b v
0.9nf
μP
二、螺栓的工作性能及承载力
受拉螺栓
(1)普通螺栓和承压型连接高强度螺栓受拉承载力
螺栓杆受到沿杆轴方向的拉力作用，受拉螺栓的破坏形式为螺栓杆 被拉断。因此，一个普通螺栓或承压型连接高强度螺栓的抗拉承载力设 计值为：
N
b t
f
b t
Ae
f
b t
π
de2
4
式中 de——螺栓在螺纹处的有效直径。
N
b v
nv
fvbπd 2
4
式中： nv ——受剪面数目，单剪＝1；双剪＝2。
d ——螺栓杆公称直径；
f
b v
——螺栓的抗剪强度设计值。
二、螺栓的工作性能及承载力
板端冲剪破坏
假定承压面为半圆柱面的投影面，即螺栓的直径面d×t，且压应 力均匀分布。
d
螺栓孔压坏
压应力简化分布
二、螺栓的工作性能及承载力
三、螺栓连接的设计、验算
基本步骤
1) 根据连接要求选择螺栓类型和排列方式； 2) 初选螺栓的公称直径，按构造要求布置螺栓孔； 3) 根据连接承受的荷载，计算螺栓群中各螺栓的受力 情况； 4) 确定所需的螺栓数或验算螺栓的承载力。若受力构 件的截面有削弱，还需对构件截面进行强度验算。
三、螺栓连接的设计、验算
I类孔：制作费工，成本高；螺杆直径比螺栓孔直径小0.3－0.5mm。 II类孔：允许加工偏差较大，但成本低。螺杆直径比螺栓孔径小1.0－ 1.5mm。 高强螺栓的孔为II类孔，采用钻成孔，不能用冲成孔；
一、螺栓连接的构造要求
螺栓孔的排列
思考：抗剪螺栓连接破坏形式
原则：螺栓的排列形式应简单、整齐、紧凑。
二、螺栓的工作性能及承载力
螺栓的受力形式
Байду номын сангаас①螺栓只受剪力作用； ②螺栓只受拉力作用； ③螺栓受剪力、拉力共同作用。
拉
思考：螺栓设计？ ①单个螺栓承载力； ②螺栓群的整体受力；
剪
剪拉
二、螺栓的工作性能及承载力
螺栓的破坏形式
板端冲剪破坏
➢ 一种是螺杆剪切破坏； ➢一种是钢板孔壁挤压破坏； ➢一种是构件本身还有可能由于截面开孔削弱过多而破坏； ➢一种是由于钢板端部螺孔端距太小而被剪坏； ➢一种是由于钢板太厚，螺杆直径太小，发生螺杆弯曲破坏。
二、螺栓的工作性能及承载力
受剪螺栓 (1)受剪螺栓的工作性能
τ
4 高强度螺栓
3
12 3
4 C级螺栓
1）摩擦传力的弹性阶段； 2）滑移阶段； 3）螺杆受剪面传力的弹性阶段； 4）弹塑性阶段。
12
0
δ
二、螺栓的工作性能及承载力
（2）普通螺栓和承压型连接高强度螺栓的抗剪承载力
单剪
双剪
假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布，一个剪力螺栓的抗剪承载力设计 值为：
min[
N
b v
,
N
b c
]
二、螺栓的工作性能及承载力
（3）摩擦型连接高强度螺栓的抗剪承载力
与普通螺栓和承压型连接高强度螺栓不同，摩擦型连接高强度螺栓抗剪不是通 过螺栓杆受剪，而是通过紧固螺帽在螺栓杆内产生很大的预拉力使被连接件压 紧获得摩擦力，由摩擦力抵抗剪力。因此，要确定摩擦型连接高强度螺栓的抗 剪承载力（摩擦力），必须先确定高强度螺栓的预拉力。
N
b t
＝0.8P
二、螺栓的工作性能及承载力
受拉+受剪
a）承压型连接高强度螺栓
我国设计规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力时，普通螺栓和 承压型连接的高强度螺栓的承载能力必须满足：
Nv
Nvb 2
Nt
N
b t
2
1
二、螺栓的工作性能及承载力
受拉+受剪 b）摩擦型连接高强度螺栓
1.0
0
1.0
f
b t
——螺栓的抗拉强度设计值。
二、螺栓的工作性能及承载力
采用双角钢构成的T形连接来传递拉力时，通常角钢的刚度不大，受拉后， 垂直于拉力作用方向的角钢肢会发生较大的变形，并起杠杆作用，在该肢外侧 端部产生撬力Q。因此，螺栓实际所受拉力＝N+Q，由于确定Q值比较复杂，
在并计采算取中构不造计措施Q力加，强而角是钢采的用刚降度低。螺栓强度设计值的方法解决，即；ftb 0.8 f
端距 线距 线距 端距
端距
端距
边距
边距线距 线距 边距
边距
线距
并列排列
错列排列
螺栓在构件上的排列应符合最小距离要求，以便用扳手拧紧螺帽时有一定的 空间，并避免受力时钢板在孔之间以及孔与板端、板边之间发生剪断、截面 过分削弱等现象。
螺栓在构件上的排列也应符合最大距离要求，以避免受压时被连接的板件间发 生张口、鼓出或被连接的构件因接触面不够紧密、潮气进入缝隙而产生腐蚀等 现象。
螺栓群均匀受剪
螺栓群
平均值
双盖板螺栓连接
试验证明，沿连接的长度方向分布的各螺栓，其所受剪力并不 均匀，两端大，中间小。当l1≤15d0时，考虑连接进入弹塑性阶段后， 内力发生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐渐接近，可认为轴力N由每 个螺栓平均分担。
角钢变形
焊加劲肋
二、螺栓的工作性能及承载力
2）摩擦型连接高强度螺栓受拉承载力
由于高强度螺栓的预拉力作用，被连接构件间在外力作用前已经 有较大的挤压力。当连接受拉时，构件间有松开的趋势，挤压力逐步 变小。经分析，当构件刚好被拉开时
Pf＝1.1P 为了避免外拉力大于预拉力而使板件松开，《规范》规定：每个 高强度螺栓的抗拉承载力设计值：