钢结构的紧固件连接

第5章钢结构紧固件连接5.1.2螺栓连接第5章钢结构紧固件连接精制螺栓粗制螺栓代号A级和B级C级强度等级5.6级和8.8级4.6级和4.8级加工方式车床上经过切削而成单个零件上一次冲成加工精度螺杆与栓孔直径之差为0.25～0.5mm螺杆与栓孔直径之差为1.5～3mm抗剪性能好较差经济性能价格高价格经济用途构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采用沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时固定1.普通螺栓连接第5章钢结构紧固件连接2.高强度螺栓连接高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。由45号、40B和20MnTiB钢经过热处理加工而成。45号－8.8级；40B和20MnTiB－10.9级（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓第5章钢结构紧固件连接高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接传力机理利用预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承压来传力栓孔直径＝螺杆的公称直径+1.5～2.0mm＝螺杆的公称直径+1.0～1.5mm特点剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动力荷载的结构连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构第5章钢结构紧固件连接铆钉连接及特点铆钉连接是用一端带有半圆形预制钉头的铆钉，将钉杆烧红迅速插入被连接件的钉孔中，再用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，使连接达到紧固。缺点费工费料、劳动强度高。目前承重钢结构连接中已很少应用。优点传力可靠，塑性、韧性好，动力性能好第5章钢结构紧固件连接连接方法优点缺点焊接对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于自动化，工效高。焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大。对材质要求高，质量检验工作量大。铆接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好。费钢、费工。目前很少采用普通螺栓连接装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大。高强螺栓连接加工方便，对结构削弱少，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好。摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高主要连接方法及优缺点第5章钢结构紧固件连接螺栓规格精制螺栓粗制螺栓分类A级和B级C级强度等级5.6级和8.8级4.6级和4.8级加工方式车床上经过切削而成单个零件上一次冲成加工精度螺杆与栓孔直径之差为0.25～0.5mm螺杆与栓孔直径之差为1.5～3mm受力特点抗剪差、抗拉好抗剪抗拉均好经济性能价格高价格经济用途构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采用沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时固定§5.5普通螺栓连接的构造和计算注：A、B两级的区别只是尺寸不同。A级用于d≤24mm,l≤150mm的螺栓，B级用于d24mm,l150mm螺栓。第5章钢结构紧固件连接常用螺栓直径为d=16，20，24mm，用M表示，如M16。螺栓符号螺栓孔为d0=d+1.5～3mmM12、M16大1.5mm，M18、M20、M22、M24大2mm，M27、M30大3mm第5章钢结构紧固件连接5.5.1螺栓的排列和构造要求螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。图3.5.1螺栓的排列方式1.螺栓的排列并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。第5章钢结构紧固件连接(1)受力要求下限：防止孔间板破裂≥3d0上限：防止板间张口和鼓曲。b）螺孔中心距限制a）端距限制——防止孔端钢板剪断，≥2d0；中心距太大端距过小（2）构造要求螺栓的中距及边距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。（3）施工要求要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。第5章钢结构紧固件连接端距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d0端距端距端距中距边距线距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0边距根据规范规定（P86表3.5.1）的螺栓最大、最小容许间距，排列螺栓时宜按最小容许间距取用，且宜取5mm的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。最大容许间距一般只在起连系作用的构造连接中采用。第5章钢结构紧固件连接第5章钢结构紧固件连接为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓；2.螺栓的其它构造要求直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：①承受静载或间接动载的次要连接；②承受静载的可拆卸结构连接；③临时固定构件的安装连接。沿杆轴方向受拉螺栓连接的端板，应适当加大刚度，以减小撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。第5章钢结构紧固件连接5.5.2普通螺栓的受剪连接螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时受剪力和拉力的共同作用。FNFA剪力螺栓B拉力螺栓C剪力和拉力共同作用受力垂直螺杆，承剪、承压。连接件有错动趋势受力平行螺杆，承拉连接件有脱开趋势第5章钢结构紧固件连接NδO1234NNabNN/2N/2对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上a、b两点相对位移δ与作用力N的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段1.受剪连接的工作性能(1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)直线段—连接处于弹性状态；该阶段较短—摩擦力较小。(2)滑移阶段(1~2段)克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表现在曲线上为水平段。第5章钢结构紧固件连接NδO1234abNN/2N/2(3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，N-δ关系以曲线状态上升。(4)弹塑性阶段(3~4段)达到‘3’后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。‘4’点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。第5章钢结构紧固件连接a)螺杆被剪断；b)连接件孔壁挤压破坏；c)钢板拉断；d)钢板冲剪破坏；e)螺杆弯曲破坏。2.受剪螺栓的破坏形式a)AB栓杆较细而板件较厚时b)BA栓杆较粗而板件较薄时c)A截面削弱过多时d)35º35ºA端矩过小时；端矩≥2d0e)A板过厚螺栓杆过长；栓杆长度＜5da)、b)、c)通过计算解决d)、e)通过构造解决第5章钢结构紧固件连接单个剪力螺栓的设计承载力：受剪承载力设计值：承压承载力设计值：d3.单个普通螺栓的受剪计算剪力螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定:bv2vbv4fdnN（3.5.1）bcbcftdN（3.5.2）bvbcbmin,minNNN假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布；假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布验算：bvminNN第5章钢结构紧固件连接受剪承载力设计值：bv2vbv4fdnN承压承载力设计值：bcbcftdNt1t2,Σt=t1t1t2t1t2t3t2t1+t2,Σt=t2d+ba+c+e,Σt=b+d螺栓直径承压设计强度剪面数目螺栓抗剪设计强度承压构件一侧总厚度的较小值第5章钢结构紧固件连接N/2Nl1N/2试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿螺栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。当l1≤15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N由各螺栓平均分担。4.普通螺栓群抗剪连接计算（1）普通螺栓群轴心受剪计算bminNNn连接一侧所需螺栓数为：(3.5.3)平均值螺栓的内力分布弹性阶段塑性阶段第5章钢结构紧固件连接ECCS我国规范试验曲线8.8级M221.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值长连接螺栓的内力分布当连接长度l115d0(d0为孔径)时，各个螺栓内力难以均匀，端部螺栓受力最大首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数与l1/d0的关系曲线。0101015601.1(3.5.4*)150dldld当时：7.06001时：当dl则连接所需栓数：bminNNn(3.5.5)因此《规范》采用承载力折减系数考虑螺栓群受力不均。第5章钢结构紧固件连接FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2）普通螺栓群偏心受剪F作用下每个螺栓受力：)6.5.3(1nFNF基本假设①连接件绝对刚性,螺栓弹性；②T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心的距离ri成正比，方向与它和形心的连线垂直。V=FT=Fe第5章钢结构紧固件连接1T12T2TTTTiinnNrNrNrNrT（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大（r1最大）。根据平衡条件得：1T1nnT1T133T1T122T,,,NrrNNrrNNrrN（c）将（c）式代入（a），得用N1T表达的T式：TrrNrrrrrNnii12i11T223222111T由各螺栓剪力与r成正比：nnT3322T11TrNrTNrNrN（b）由各剪力都用N1表示：第5章钢结构紧固件连接221211iiiTyxTrrTrN螺栓1离形心最远是危险螺栓,最大剪力N1T:将N1T它分解为水平和竖直分力：221111T1TyiiyxTxrxNN（3.5.8）xi—第i个螺栓中心的x坐标，yi—第i个螺栓中心的y坐标y1TNoxx11TxN1TyN1r1y11FN221111T1TxiiyxTyryNN(3.5.7)验算剪力最大螺栓:bmin21F1Ty21Tx1NNNNN（3.5.9）此时计算F作用下的螺栓内力时，不需考虑长接头的折减系数)6.5.3(1nFNF第5章钢结构紧固件连接y1TNoxx11TxN1TyN1r1y11FN如果y1≥3x1，则可假定xi=0。由此得N1Ty=0，11Tx2iTyNy则计算式为：bmin22211NnFyTyNi（3.5.10）如果x1≥3y1，则可假定yi=0。由此得N1Tx=0，11Ty2iTxNx则计算式为：2b11min2iTxFNNxn（3.5.10）第5章钢结构紧固件连接5.5.3普通螺栓的受拉连接1.普通螺栓受拉的工作性能b)试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20％来考虑撬力的影响，取ftb=0.8f（f—螺栓钢材的抗拉强度设值）。a)螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，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。连接件刚度越小撬力越大。图3.5.6受拉螺栓的撬力QNNt第5章钢结构紧固件连接c)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。加劲肋图3.5.7翼缘加强的措施2.单个普通螺栓受拉承载力bt2ebtebt4fdfAN（3.5.11）Ntb——单个螺栓抗拉承载力；Ae——螺栓螺纹处的有效面积；de——螺栓有效直径；附表9.2(P455)ftb——螺栓的抗拉强度设计值。ftb＝0.8f假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均匀分布，则一个拉力螺栓的承载力设计值：第5章钢结构紧固件连接dedndmd)12.5.3()(32413螺距PPdde螺栓的有效截面面积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：第5章钢结构紧固件连接NNbt