第5章钢结构连接素材

三、轻钢结构的紧固件连接
在冷弯薄壁型钢结构中经常采用自攻螺钉（self drilling screws）、钢拉铆钉（steel blind rivets）、射 钉（powder-actuated fasteners）等机械式紧固件连接 方式，主要用于压型钢板之间和压型钢板与冷弯型 钢等支承构件之间的连接。 自攻螺钉有两种类型，一类为一般的自攻螺钉， 需先行在被连板件和构件上钻一定大小的孔后，再 用电动板子或扭力板子将其拧入连接板的孔中；一 类为自钻自攻螺钉，无需预先钻孔，可直接用电动 板子自行钻孔和攻入被连板件。
扭剪型高强螺栓
（二）高强螺栓施工的机具
① 手动扭矩扳手：高强螺栓以手动紧固时，要使用 有示明扭矩值的扳手施拧，以达到高强螺栓连接副规定 的扭矩和剪力值。常用的手动扭矩扳手有指针式、音响 式和扭剪型三种。
响声式扭矩扳手
手动扭矩扳手
德国Wera可调控扭力扳手
② 电动扳手
定扭矩、定转角电动扳手适用 于大六角头高强螺栓的紧固，可自 动控制扭矩和转角，适用于钢结构 桥梁、厂房建设安装大六角头高强 螺栓施工的初拧、终拧和扭剪型高 强螺栓的初拧。 扭剪型电动扳手适用于 扭剪型高强度螺栓的终拧 紧固，常用的扭剪型电动 扳手有6922型和6924型两 种。


（b）转角法施工 利用螺母旋转角度以控制螺杆弹性伸长 量来控制螺栓轴向力的方法。分初拧和终拧 （必要时复拧）。初拧要求比扭矩法严（因 为起初连接板间隙的影响，螺母的转角大都 消耗于板缝，转角与螺栓轴力关系不稳定）。 一般初拧扭矩同扭矩法，初拧应该使连接板 缝密贴为准。

终拧是在初拧的基础上（初拧后在螺母和螺栓杆上面 通过圆心画一条直线），再将螺母拧转一定的角度 （转动角度的大小在施工前由实验确定，一般为 120~180°），使螺栓轴向力达到施工预拉力。






（二）普通螺栓安装施工 1．一般要求（P116） 普通螺栓作为永久性连接螺栓时，应符合下列要求： （1）对一般的螺栓连接，螺栓头和螺母下面应放置 平垫圈，以增大承压面积。 （2）螺栓头下面放置的垫圈一般不应多于2个，螺 母头下的垫圈一般不应多于1个。 （3）对于设计有要求防松动的螺栓、锚固螺栓应采 用有防松装置的螺母或弹簧垫圈，或用人工方法采 取防松措施。 （4）对于承受动荷载或重要部位的螺栓连接，应按 设计要求放置弹簧垫圈，弹簧垫圈必须设置在螺母 一侧。 （5）对于工字钢、槽钢类型应尽量使用斜垫圈，使 螺母和螺栓头部的支承面垂直于螺杆。
（一）基本知识 1．普通螺栓 （1）螺栓按照性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、 5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等十个等级。小 数点前的数字表示螺栓材料的最低抗拉强度fu,4即 为400N/mm2；小数点及后面的数字（0.6、0.8 等）则表示材料的屈强比。
（2）螺栓的代号用字母M与公称直径的毫 米数表示，如M16、M18等，常用的螺栓 是M16，M20和M24。 （3）普通螺栓按产品质量和制作公差的不 同，分为A级和B级（精制螺栓）、C级 （粗制螺栓）。钢结构用连接螺栓，除特 殊注明外，一般即为普通粗制C级螺栓。
2）扭剪型高强度螺栓 紧固施工比大六角头简便。 也分初拧和终拧二 次进行。初拧用定扭矩扳手，以终拧扭矩的50%～ 80%进行，使接头各层钢板达到充分密贴，再用电 动扭剪型扳子把梅花头拧掉，使螺栓杆达到设计要 求的轴力。

电动扭剪型扳子一般有大小两各套管，大套管卡住 螺母，小套管卡住梅花头，接通电源后，两个套管 按反向旋转，螺母逐渐拧紧，梅花头切口受剪力逐 渐加大，螺母达到所需要的扭矩时，梅花头切口剪 断，梅花头掉下。这时螺栓达到要求的轴力。
定扭矩电动扳手
6924扭剪扳手 电动扭剪扳手


（三）高强度螺栓连接施工 1．一般规定（ P125施工作业条件+ P127表） （1）施工前对高强螺栓连接副实物和摩擦面 进行检验和复验，合格后方可进行施工。 （2）对每一个连接接头，应先用临时螺栓或 冲钉定位。为防止损伤螺纹引起扭矩系数的变 化，严禁将高强度螺栓作为临时螺栓使用。对 一个接头来说，临时螺栓和冲钉的数量原则上 应根据该接头可能承担的荷载计算确定。
5.防松办法及措施（P117 ） （1）摩擦防松（By Supplementary Friction ）
A、对顶螺母（jam nut ）
原理：两螺母对顶拧紧后，上下两螺母与螺栓螺纹接触面相 反，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。
特点：结构简单，适用于平稳、低速和重载的固定装置的联接。
B、弹簧垫圈（spring washer）
钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接 （connections ）构成的，各构件再通过安装连接架 构成整个结构。在进行连接的设计时，必须遵循安 全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢 材的原则。 钢结构的连接方法可分为焊接连接、铆钉连接、 螺栓连接以及轻型钢结构用的紧固件连接等。
目前以焊接连接应用最为广泛，螺栓其次。
双头螺栓
六角头螺栓
沉头螺栓
地脚螺栓
2．螺母 公称高度应≥0.8D，螺母的螺纹应和 螺栓相一致，一般应为粗牙螺纹。 螺母的机械性能主要是螺母的保证 应力和硬度。 3．垫圈 常用钢结构螺栓连接的垫圈，按形状 及其使用功能可以分成以下几类： 1）圆平垫圈。一般放置于紧固螺栓 头及螺母的支承面下面，用以增加 螺栓头及螺母的支承面。
高强度螺栓从外形上可分为大六角头和扭剪型 两种：按性能等级可分为8.8级、10.9级、12.9级 等，目前我国使用的大六角高强度螺栓有8.8级和 10.9级两种，扭剪型高强度螺栓只有10.9级一种。
一个连接 副 为一个螺 栓、 一个螺母 和 大六角头高强螺栓 二个垫圈
一个连接 副 为一个螺 栓、 一个螺母 和 一个垫圈
2）方形垫圈。一般置于地脚螺栓头及 螺母支承面下、用以增加支承面及遮 盖较大螺栓孔眼。 3）斜垫圈。主要用于工字钢、槽钢翼 缘倾斜面的垫平，使螺母支承面垂直 于螺杆，避免紧固时造成螺母支承面 和被连接的倾斜面局部接触。 4）弹簧垫圈。防止螺栓拧紧后在动荷 载作用下的振动和松动，依靠垫圈的 弹性功能及斜口摩擦面防止螺栓的松 动，一般用于有动荷载（振动）或经 常拆卸的结构连接处。在螺母拧紧之 后给螺母一个力，增大螺母和螺栓之 间的摩擦力。
C、自锁螺母
（2）机械防松
A、开槽螺母与开口销
split cotter pin
By Special Locking Devices
原理： 六角开槽螺母拧紧后，将开 口销穿入螺栓尾部小孔和螺母 的槽内，并将开口销尾部掰开 与螺母侧面贴紧。 特点： 适用于有较大冲击、振动的 高速机械中运动部件的联接。

初拧：目的就是使连接接触面密贴，初拧扭矩一般为 终拧扭矩的50%左右（对于一般常用规格螺栓M20、 M22、M24的在200~300N· m，螺栓轴力达到10~50kN即 可）。
复拧：扭矩一般等于或略大于初拧。

终拧：扭矩M与轴力(预拉力)P的关系换算：
M=K· D· P 式中： M—终拧扭矩 K—扭矩系数，复验测得 P—高强度螺栓施工预拉力 D—高强度螺栓螺杆直径 初拧、复拧及终拧一般都应从中间向两边或四周对称 进行，初拧和终拧的螺栓都应做不同的标记，避免漏 拧、超拧等不安全隐患，同时也便于检查人员检查紧 固质量。


（6）高强度螺栓连接板螺栓孔的孔距及边距 除应符合要求外，还应考虑专用施工机具的可 操作空间。 （7）高强度螺栓在终拧以后，螺栓丝扣外露 应为2~3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露 1扣或4扣。

2.高强度螺栓的施工（P126螺栓紧固）
1）大六角头高强度螺栓
（a）扭矩法施工
使用可直接显示扭矩值的专用扳手，分初拧和终 拧二次拧紧。在采用扭矩法终拧前，应首先进行初拧， 对螺栓多的大接头，还需进行复拧。
原理： 螺母拧紧后，靠垫圈压平而 产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧 。同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与 被联接件的支承面也有防松作用。 特点：结构简单，使用方便，但在 振动冲击载荷作用下，防松效果较 差，一般用于不甚重要的联接。
C、自锁螺母 原理：螺母一端制成非圆形 收口或开封后径向收口。当 螺母拧紧后，收口涨开，利 用收口的回弹力使旋合螺纹 间压紧。 特点：结构简单，防松可靠 ，可多次装卸而不降低防松 性能。
B、止动垫圈
原理： 螺母拧紧后，将单耳或双耳止动垫 圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯 贴紧，即可将螺母锁住。若两个螺栓 需要双联锁紧时，可采用双联止动垫 圈，使两个螺母相互制动。
特点： 结构简单，使用方便，防松可靠。
B、止动垫圈
C、串联钢丝 原理： 用钢丝穿入各螺钉头部的 孔内，将各螺钉串联起来， 使其相互制动。但需注意钢 丝的穿入方向。 特点： 适用于螺钉组联接，但是拆 卸不方便。

2．螺栓直径和长度的选择（P114）
（1）螺栓直径的确定原则上应由设计人员按等强 度原则通过计算确定，但对某一个工程来讲，螺 栓直径规格应尽可能少，有的还需要适当归类， 便于施工和管理；一般情况螺栓直径应与被连接 件的厚度相匹配。
（2）螺栓长度通常是指螺栓螺头内侧面到螺杆端 头的长度，一般都是以5mm进制。从螺栓的标准 规格上可以看出，螺纹的长度基本不变。显而易 见，影响螺栓长度的因素主要有：被连接件厚度、 螺母高度、垫圈的数量及厚度等。
铆钉连接由于费工费料，在建筑结构中基本已
经不采用。
(a)焊缝连接；
(b)铆钉连接；
(c)螺栓连接；
(d)紧固件连接
钢结构的连接方法
任务一
螺栓连接
螺栓连接分普通螺栓连接（bolted connections） 和高强度螺栓连接（high-strength bolted connections ）两种。 一、普通螺栓连接 普通螺栓连接的连接件包括螺栓杆、螺母和垫圈。