高强度螺栓连接的计算

3.7高强度螺栓连接的计算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，使=0.3～0.55。分类：特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达80～355kN。高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强度等级10.9h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。螺杆剪力N1、确定予拉力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1.2,，予拉力计算式为：euAfP2.19.09.0（3-46）结果按5kN的模数取整得表3-3。摩擦型承压型均适用。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、高强螺栓的予拉力的建立2、予拉工艺——扭螺帽螺栓的性能等级螺栓公称直径（mm）M16M20M22M24M27M308.87011013515520525010.9100155190225290355高强螺栓设计予拉力P值（kN）表3-3（1）扭矩法工具—能显示扭矩的搬手。（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1/2～2/3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，但常常出现予拉力比设计值高。（3）扭掉螺栓尾部梅花卡法1、单个高强螺栓抗剪承载力设计值NVb=0.9nfPNVb——单个高强螺栓抗剪承载力设计值P——予拉力——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二、摩擦型高强螺栓的计算抗剪承载力由摩擦力确定。连接处接触面处理方法构件的钢号3号钢16锰钢或16锰桥钢15锰钒钢或15锰钒桥钢喷砂喷砂后涂无机富锌漆喷砂后生赤绣用钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面0.450.350.450.300.550.400.550.350.550.400.550.35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。++++++++++++++++NNl1分析方法和计算公式与普通螺栓同。2、摩擦型高强螺栓群的抗剪计算nNNv每个螺栓承受的剪力为：bvvNnNN单个螺栓承载力设计条件：bvNNn(1).所需螺栓数：(2).构件净截面强度验算NN++++++++++++NNAN′N′孔前传力分析fAN)nn5.01(ANn1n受剪连接计算一个螺栓抗剪承载力连接所需螺栓数净截面强度：考虑50％孔前传力fANnnANn1n,5.01）＝（σ＝PnNμ9.0fbVbVNNn高强螺栓群在扭矩作用下的计算公式与普通螺栓同。高强螺栓的直径系列、连接中螺栓的排列及有关构造要求与普通螺栓同。•例题3-1375757070e=300V=60KN,选用10.9级M20摩擦型高强螺栓，钢材选用Q235钢，接触面采用喷砂处理。验算此连接强度解：（1）计算单个摩擦型高强螺栓的承载能力：KN75.6015545.09.0Pμn9.0N＝＝fbV（2）计算单个螺栓在外力作用下承受的最大荷载KN106kn60nVNVY1MKN183.060eVTKN01.26754706751018yxyTN2262i2i1TX1KN3.24754706701018yxxTN2262i2i1TY1KN75.60NKN04.4301.26)3.2410(N)NN(NbV22TX12TY1VY1所以该连接满足强度要求例题3-14如图示，截面为－300×16的轴心受拉钢板，用双盖板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。KN6.1111554.029.0Pμn9.0N＝＝fbV解（1）验算螺栓连接的强度实际单个螺栓承受的内力为：满足要求）(kN6.111NkN100kN121200nNbV（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：223mm/N310fmm/N25016300101200AN＝223N1mm/N310fmm/N8.29416)224300(101200)1245.01(AN)nn5.01－＝（PNbt8.0为什么取0.8P呢？研究表明：连接件刚好被松开时的外力N=1.05~1.19P，Ntb=0.8P时可以保证连接件不被松驰。P—预拉力（1）一个高强螺栓的抗拉承载力设计值3、高强螺栓承受拉力时的计算《规范》规定：（2）受拉力作用的高强螺栓群计算PNn8.0N所需螺栓个数(3)受弯矩作用的高强螺栓群计算yiMy1x1i1号螺栓受到最大拉力，验算：PymMyNit8.0211与普通螺栓连接的区别：（a）中性轴置于形心轴上由于有很大的予拉力，连接件间紧密贴合，可认为是一个截面，且符合平面假设。（b）Ntb=0.8P（普通螺栓Ntb=Aeftb）(4)受剪力与拉力同时作用的高强螺栓群计算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oP=768kN1)25.1(9.01)(iitifbNPnNtiV考虑会减小，将Nti放大25％nitifnitifnibtiVNnPnNPnNV111)()25.1(9.0)25.1(9.0保证连接安全的要求：•P90例题3.15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A3F，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。oP=768kN1[解]（1）计算作用在螺栓群形心处的力素)52152252352(2355760163842222221ityMynNN①抗拉验算“1”点受到的拉力为：（2）验算强度连接手M、V、N共同作用，形心轴过“o”点，“1”点是最危险点。oNVMP60oN剪力：V=Psin60°=768×0.866=665kN轴心拉力：N=Pcos60°=768×0.5=384kN弯矩：M=Ne=384×15=5760kNcm=48kNNtb=0.8P=0.8×155=124kNNt＜Ntb(可)②抗剪验算l1=700mm＞15d0=15×22=330mm=1.1-700/(150×22)=0.89oP=768kN1一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)=0.89×0.9×1×0.45(155-1.25×48)=34kN一个螺栓承受的剪力Nv=V/n=665/16=41.6kN＞Nvb=34kN(不可)改用M22，孔24，P=190kN，于是=0.906，这样：Nvb=0.9nt(P-1.25Nt)=0.906×0.9×1×0.45(190-1.25×48)=48kNNv=41.6kN＜Nvb=48kN(可)以上计算偏于保守。因各排螺栓受力不同本应采用不用强度的螺栓。这里，采用了与最危险螺栓相同的强度。122bttbvvNNNN1949.012448486.4122(可)③验算相关公式是否满足3.10高强度螺栓的施工工艺和检验一、施工工艺应符合的相关规范：•《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB1228－19•《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB1231－84•《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接件型式与尺寸》GB3632－83•《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接件技术条件》GB3633－85出厂前试验：（1）钢材的炉号、制作批号、化学性能与机械性能证明或试验。（2）螺栓的楔负荷试验。（3）螺母的保证荷载试验。（4）螺母和垫圈的硬度试验。（5）连接件的扭矩系数试验（注明试验温度）。大六角头连接件的扭矩系数平均值和标准偏差；扭剪形连接件的紧固轴力平均值和变异系数。（6）紧固轴力系数试验。（7）产品规格、数量、出厂日期、装箱单。•清理接头摩擦面，不允许有毛刺、铁屑、油污、焊接飞溅物，用钢丝刷延受力垂直方向除去浮锈。•摩擦面应干燥，没有结露、积霜、积雪。•雨天不得进行安装。安装前注意点：二、高强度螺栓的检验•终拧检验（一）扭剪型外观全数检查（二）大六角头扭矩法：（1）将螺母退回600左右，用表盘式定扭扳手测定拧回至原来位置时的扭矩值，若测定的扭矩值较施工扭矩值低10％以内即为合格。（2）用表盘式定扭扳手继续拧紧螺栓，测定螺母开始转动时的扭矩值，若测定的扭矩值较施工扭矩值大10％以内即为合格。转角法(1)检查初拧后人螺母与螺尾端头相对价置所划的终拧起始线和终止线所夹的角度是否在规定的范围内。(2)在螺尾端头和螺母相对位置划线，然后完全卸松螺母，再按规定的初拧扭矩和终拧角度重新拧紧螺栓，观察与原划线是否重合，一般角度误差正负10度为合格。(3)高强度螺桂连接副终拧后应检验螺栓丝扣外露长度，要求螺栓丝扣外露2—3扣为宜，其中允许有10％的螺栓丝扣外露1扣或4扣，对同一个节点，螺栓丝扣外露应力求一致，便于检查。(4)共他检验项目。1)高强度螺栓连接摩擦面应保持干燥、整洁，不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢和不应有的涂料等。2)高强度螺栓应自由穿入螺栓孔、不应气割扩孔，遇到必须扩孔时，最大扩孔量不应超过1．2d(d为螺栓公称直径)。