第三章 钢结构的连接(螺栓)02

显然，T作用下‘1’号螺 栓所受剪力最大（r1最大）。
由力的平衡条件得：
T N 1T r1 N 2T r2 N nT rn (3 38)
y
1 r1
N1Tx N1T
x
N1Ty
T
由假定‘(2)’得 N nT N 1T N 2T N 3T r1 r2 r3 rn
( 3 39)
c1
1 1’
t1 t
1’--1’截面:
N
b
N
c4
c3 c2
对于1 1截面：An b m d 0 t ;
1 1’
2 2 对于1’ 1’ 截面：An 2c 4 m 1 c1 c 2 m d 0 t; 式中：f 钢材强度设计值； d 0 螺栓孔直径；
由式3-39得: N 1T N 1T N 1T N 2T r2；N 3T r3； N nT rn r1 r1 r1
C级
4.6级和4.8级 单个零件上一次冲成 螺杆与栓孔直径之差为 1.5～3mm
抗剪性能 经济性能 用途
好 价格高
较差 价格经济
构件精度很高的结构(机械 沿螺栓杆轴受拉的连接 结构);在钢结构中很少采 ；次要的抗剪连接；安 用,已被高强钢替代。 装的临时固定
2.高强度螺栓 由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理 45号－8.8级； 40B和20MnTiB－10.9级 （a）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓
N/3 N/3 N/3
N/2
N/2
N
双剪：nv 2
N/2
N/2
四剪：nv 4
（三）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 试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力 沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。
N
l1 N/2 N/2
螺栓的内力分布 平均值
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有各螺栓均担。 所以，连接所需螺栓数为：


(3 34)
nv—剪切面数目； d—螺栓杆直径； fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值； ∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。
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.
t
——同一方向承压板较小总厚度
d
fc
b
剪切面数目nv
N N
单剪：nv 1
fv 2
b
202
4
140 88.0kN
Nc dfc
b
b
2 6) 61.6kN t 20 385 min( 8，
(4)所需螺栓数n=350/61.6 =5.3个
(5)6个螺栓3排 布臵，中间距 100（90）mm， 端距60mm， 边距80mm。 (6)连接长度验算l1=15do=15〓22 =330mm ＝100＋60＋10＋60＋100＝330mm l
承压两种情况.
【因为】由破坏形式可知抗剪螺栓承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁
【所以】单栓抗剪承载力由以下两式决定: 抗剪承载力：
N vb nv
b c
d 2
4
f vb
b c
(3 32)
承压承载力：
N d t f
(3 33)
b 【单栓抗剪承载力】 N min min N vb，N cb
椭圆形螺栓孔
备注：“十”线表示定位线；必须注明孔、螺栓直径。
§3－7 普通螺栓连接计算
一、螺栓连接的受力形式
F N F
A 只受剪力
B 只受拉力
C 剪力和拉力共同作用
[螺栓连接受力] 1)连接可传递弯矩、剪力和轴力,单个螺栓只能受拉或受剪; 2)受剪螺栓—作用力与螺杆垂直,受拉螺栓—作用力与螺 杆平行。
N n b N min
当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状 态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀， 端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的 抗剪强度折减系数η与l1/d0的关系曲线。
当15d 0 l1 60d 0时： l1 1.1 150d 0 (3 35)
C级---粗制螺栓，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；Ⅱ 类孔，孔径(do)-栓杆直径(d) ＝1～3mm。
精制螺栓
粗制螺栓
代号
强度等级 加工方式 加工精度
A级和B级
5.6级和8.8级 车床上经过切削而成 螺杆与栓孔直径之差为 0.25～0.5mm
100
I
50 80 80 50
10 50 80 80 50
10
50
100
100
N
N
N
N
18 10
5/10/2014
解：①螺栓强度计算： 单个螺栓抗剪承载力设计值： 2 2 22 d NVb=nv 130 =98.8kN f bv =2 4 4 单个螺栓承压承载力设计值： NCb= d t f cv =22〓18〓305=120.8kN 故取Nminb=98.8kN 每侧12个螺栓承载力为12〓98.8＝ 1185.6kN>1181kN N 1181 10 N / m m2 ②被连接板强度计算： 214.4 N / m m A 400 18 4 23.5 18 >f=215 5/10/2014
N 计 算 解 (2)孔壁的挤压破坏（栓杆较粗而板件较薄时） 决 N N
(3)板件被拉断（截面削弱过多时） N/2
N
N
（4）板件端部被剪坏(拉豁) 端矩过小时；端矩不应小于2dO 这 N N 两 种 破 坏 （5）栓杆弯曲破坏 构 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d 造 解 N/2 决 N
N/2
（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值
【受压构件】为防止连接板件发生鼓曲,中距不能太大。
中心距太大
（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(do为孔径)。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。
1.5d0 1.5d0 3d0 2d0 3d0 3d0 2d0
3 2 n
2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算
e
F T F
F
1
N1F
y
1 N 1Tx
r1
N1T
x
N1Ty
T
N 1F F n ( 3 37)
★F作用下每个螺栓受力：
★T作用下连接按弹性设计，其假定为： （1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪 力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。
解： 螺栓抗剪强度 f 140 N/mm 2 v
b
板件承压强度 fc 385N/mm 2 板件抗拉强度 f 310 N/mm 2
(1)双盖板的厚度t2≥拼接板的厚度t1/2＝8/2=4mm 取t2=6mm (2)单个螺栓抗剪承载力 双剪 N 2 v (3)孔壁承压
b
b
d 2
4
第一，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，但组合构件的缀条除外； 第二，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；
第三，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；
端 距 中距 端距
边距
边距
2d0 端距
2d0
端距
1.5d0 (1.2d0)
1.5d0
3d0
线距
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。
三、螺栓连接的构造要求
二、螺栓的排列
1.并列—简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构
件截面削弱大； 2.错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截
面削弱小；
端距 中距
中距 边距 边距
A 并列

B 错列
3.螺栓排列的要求
（1）受力要求
【垂直受力方向】为了防止螺栓应力集中相互影响、截 面削弱过多而降低承载力,螺栓的边距和端距不能太小； 【顺力作用方向】为了防止板件被拉断或剪坏，端距 不能太小；
＝ 1.1
1
(7)拼接净截面积An=(360 - 3〓22 )〓8 =2352mm2 净截面拉应力n=350000/2352=149N/mm2<f （毛截面拉应力=350000/(360〓8) =121N/mm2 ）
150d 0
1.1 0.1 1.0
例题: 两钢板截面为—18mm〓400mm，两面用盖板连接 ，钢材Q235，承受轴心力设计值N=1181kN,采用M22 普通C级螺栓连接，d 0 =23.5mm,按下图连接。试验算节 b b 点是否安全。（ f v ＝130N/mm2, f c =305N/mm2, f=215N/mm2）。 I
3、临时固定构件的安装连接。
第四，型钢构件拼接采用高强螺栓连接时， 为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型 钢作为拼接件；
四、螺栓符号
(1) 普通螺栓，安装螺栓，高强度螺栓； (2) 孔径do=d+1.5~2，用f表示，如孔径f22； (3) 设计说明：螺栓类型，等级，直径，孔径。