普通螺栓连接的构造和计算

4.6普通螺栓连接的构造和计算一、普通螺栓的种类C级--粗制螺栓A、B级--精制螺栓Ⅰ类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大0.3～0.5mm。Ⅱ类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大1.5～3mm。性能等级为4.6或4.8级；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；M16、M20、M24二、螺栓的排列B错列A并列中距中距边距边距端距螺栓的排列应满足：受力要求构造要求施工要求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3do。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)8d0或12t垂直内力方向16d0或24t构件受压力12d0或18t中间排顺内力方向构件受拉力16d0或24t中心间距沿对角线方向——3d0顺内力方向2d0剪切或手工气割边1.5d0高强度螺栓1.5d0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4d0或8t1.2d0三、普通螺栓连接的受力性能和计算（一）螺栓连接的受力形式FNFA只受剪力B只受拉力C剪力和拉力共同作用（二）普通螺栓抗剪连接1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)NδO1234NNabNN/2N/21.工作性能2)滑移阶段(1~2段)3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)4)破坏阶段(3~4段)abNN/2N/22.破坏形式以上三种破坏形式通过强度计算避免。N/2NN/2NNNN1）螺栓杆被剪坏2）孔壁的挤压破坏3）板件被拉断NN这两种破坏构造解决N/2NN/24）板件端部被剪坏(拉豁)5）栓杆弯曲破坏端矩不应小于2dO栓杆长度不应大于5d3、抗剪螺栓的单栓承载力设计值∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。fcb—螺栓孔壁承压强度设计值；bcbvbNNN，minmin单栓抗剪承载力：bvvbvfdnN42抗剪承载力：bcbcftdN承压承载力：dnv—剪切面数目；d—螺栓杆直径；fvb—螺栓抗剪强度设计值；剪切面数目nvNN1vn单剪：NN/2N/22vn双剪：4vn四剪：N/2N/3N/3N/3N/24、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/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布当l1≤15d0(d0为孔径)时，假定N由各螺栓均匀承担。bNNnminNNbtt1b1板件的净截面验算：A、螺栓采用并列排列时1122主板厚度。主板宽度；截面上的螺栓数；螺栓孔直径；钢材强度设计值主板：tbndftdnbAfANnn11;;10011,1,拼接板厚度。截面上的螺栓数；拼接板宽度；螺栓孔直径；钢材强度设计值拼接板：121010212,2,22;;5.0tnbdftdnbAfANnnNNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用错列排列时:主板厚度。主板宽度；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；钢材强度设计值；式中：截面：’’对于截面：对于主板：tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11111’1’NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板强度验算:拼接板厚度。拼接板宽度；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；钢材强度设计值；式中：截面：’’对于截面：对于1101022214101;1222;225.0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn222’2’2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算★F作用下FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FnFNF1★T作用下：2个假定T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大nnTTTrNrNrNT2211nnTTTTrNrNrNrN332211nTnTTTTTrrNNrrNNrrNN1131132112；；TxyN1TN1TxN1Tyr11niiTnTrrNrrrrNT12112222111niniiiniiTyxrTrrTN112211211niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN11221111122111122111112211TxyN1TN1TxN1Tyr11螺栓1的强度验算公式为:bFTyTxNNNNmin21121当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时,可令:xi=0，则N1Ty=0niiniiTxyyTryyrTN121111211bFTxNNNmin21211、破坏形式（三）普通螺栓抗拉连接栓杆被拉断2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值btebtebtfdfAN42式中：Ae--螺栓的有效截面面积；de--螺栓的有效直径；ftb--螺栓的抗拉强度设计值。dedndmd公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积)(32413螺距ttdde因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：(2）螺栓的抗拉强度ftb当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加（撬力Q）并产生弯曲现象。22QNNt影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取ftb=0.8f（f—螺栓钢材的抗拉强度设计值）。连接件刚度越小撬力越大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，可以减小甚至消除撬力的影响。3、普通螺栓群的轴拉设计btNNnN4、普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴☻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；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nnyNyNyNM2211nnyNyNyNyN332211M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴nnyyNNyyNNyyNN1131132112；；niinyyNyyyyNM12112222111niiyyMN1211btNN11号螺栓强度验算：5、普通螺栓群在偏心拉力作用下可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。刨平顶紧承托(板)FeN1FbtniiMFNyyMnFNNN1211111234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=F·e中和轴N4M（四）普通螺栓拉、剪联合作用VeM=VeV2、拉剪相关曲线1、两种破坏形式螺杆受剪兼受拉破坏孔壁承压破坏；“四分之一圆”bVVNNbttNN011ab为防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：为防止孔壁的承压破坏，应满足：122bttbvvNNNNbcvNNbVVNNbttNN011ab3、当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。M刨平顶紧承托(板)V连接角焊缝由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经热处理45号－8.8级；40B和20MnTiB－10.9级（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓4.7高强度螺栓连接计算初拧—用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；一、高强度螺栓的预拉力1、高强度螺栓预拉力的建立方法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角度，一般为120o-240o完成终拧。预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧；简单、易实施，但得到的预拉力误差较大B、扭矩法初拧—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。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%；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、质量易保证等2、高强度螺栓预拉力P的确定uefAP2.19.09.09.0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；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。二、高强度螺栓抗剪连接高强度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2摩擦型高强度螺栓—承压型高强度螺栓—（一）抗剪连接工作性能通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力受力特征与普通螺栓类似A、对于高强度螺栓摩擦型连接PnNfbv9.0式中：0.9—抗力分项系数γR的倒数(γR=1.111);nf—传力摩擦面数目;μ--摩擦面抗滑移系数;P—预拉力设计值.（二）抗剪连接单栓承载力高强度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2不同钢材在不同的接触面处理方法下的抗滑移系数μ,如下表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（P）和板件间的抗滑移系数μ；板件间的抗滑移系数μ与接触面的处理方法和构件钢号有关；B、对于高强度螺栓承压型连接bvevbvfdnN42bcbcftdNbcbvbNNN，minmin单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：高强度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2（三）高强度螺栓群的抗剪计算1、轴心力作用对于摩擦型连接：bvNNn对于承压型连接：bNNnminNN假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：板件的净截面验算：A、高强度螺栓摩擦型连接主板：主板厚度。主板宽度；螺栓孔直径；钢材强度设计值其中：tbdftdnbAfANnn0011,1,;;考虑孔前传力50%得1-1截面的内力为：连接一侧的螺栓总数。计算截面上的螺栓数；nnnnNN115.01NNbtt1b111：连接一侧的螺栓总数。计算截面上的螺栓数；nnnnNN225.015.0NNbtt1b1拼接板：22拼接板厚度。拼接板宽度；螺栓孔直径；钢材强度设计值其中：11010212,2,;;tbdftdnbAfANnn考虑孔前传力50%得2-2截面的内力为：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：剪力F作用下每个螺栓受力：nFNF1FeTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F扭矩T作用下：niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN11221111122111122111112211bvFTyTxNNNN21121摩擦型连接：螺栓1的强度验算公式为:bFTyTxNNNNmin21121承压型连接：A、摩擦型高强度螺栓PNbt8.0（一）高强度螺栓抗拉连接单栓承载力B、承压型高强度螺栓btebtebtfdfAN42三、高强度螺栓抗拉连接（二）高强度螺栓群的抗拉计算1、轴心力作用btNNnN2、弯矩作用下假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合M假定各螺栓均匀受力，MM1234y1y2N1N2N3N4受压区中和轴nnyNyNyNM2211nnyNyNyNyN332211niiyyMN1211因此，设计时只要满足下式即可：btNN13、偏心拉力作用下偏心力作用下的高强度螺栓连接