钢结构第三章螺栓连接
钢结构螺栓连接

3.6.1 螺栓分类
2 高强螺栓
按材料性能等级可分为:
8.8级 ( fu 800N / mm2 按计10算.9、级设计(方f法u 又10可00N分/为mm:2
f y / fu 0.8 ) f y / fu 0.9 )
摩擦型连接——只靠挤压力产生的摩擦阻力传递剪力,并以剪 力不超过摩擦阻力(不允许接触面滑移)作为设计准则.剪切变
(a)
(b)
N1 N2 N
N3 o'
中和轴
(c)
螺栓群承受弯矩和拉力
3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算
根据图b情况可得
N1max
min
N n
My1 myi2
式中 yi——每个螺栓到中心的 距离(以形心“O
中心)。
” 为旋转
有两种可能性:
1)当 N1min >0时,为小偏心。要求
N1m a x
N
b t
m in
f
b c
——螺栓承压强度设计值。
3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算
第三章 钢结构的连接
3.7.1.2 单个螺栓的抗剪承载力
a
b
a
b
c
c
d
e
(a )单剪
(b)双剪
(c)四剪面
抗剪螺栓连接的受剪面数
3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算
第三章 钢结构的连接
3.7.1.3 螺栓群抗剪连接计算
1. 螺栓群的轴心受剪 抗剪螺栓群承受轴心力时,沿螺栓群长度方向受力不均,呈
3.6 螺栓连接的构造
第三章 钢结构的连接 3.6 螺栓连接的构造
第三章 钢结构的连接 3.6 螺栓连接的构造
钢结构螺栓连接.pdf

第三章钢结构螺栓连接第一节概述螺栓作为钢结构主要连接紧固件,通常用于钢结构中构件间的连接、固定、定位等,钢结构中使用的连接螺栓一般分普通螺栓和高强度螺栓两种。
选用普通螺栓作为连接的紧固件,或选用高强度螺栓但不施加紧固轴力,该连接即为普通螺栓连接,也即通常意义下的螺栓连接;选用高强度螺栓作为连接的紧固件,并通过对螺栓施加紧固轴力而起到连接作用的钢结构连接称高强度螺栓连接。
图!"#"$为两种螺栓连接工作机理的示意,其中图!"#"$(%)为摩擦型高强度螺栓连接的工作机理,通过对高强度螺栓施加紧固轴力,将被连接的连接钢板夹紧产生摩擦效应,当连接节头受外力作用时,外力靠连接板层接触面间的摩擦来传递,应力流通过接触面平滑传递,无应力集中现象。
普通螺栓连接在受外力后,节点连接板即产生滑动,外力通过螺栓杆受剪和连接板孔壁承压来传递,如图!"#"$(&)。
图!"#"$螺栓连接工作机理示意图!"#"’为典型螺栓连接拉伸曲线,从曲线上可以把螺栓连接工作过程分为四个阶段:阶段$为静摩擦抗滑移阶段,即为摩擦型高强度螺栓连接的工作阶段,对普通螺栓连接,阶段$不明显,可忽略不计,连接接头直接进入阶段’;阶段’为荷载克服摩擦阻力,接头产生滑移,螺栓杆与连接板孔壁接触进入承压状态,此阶段为摩擦型高强度螺栓连接的极限破坏状态;阶段#为螺栓和连接板处于弹性变形阶段,荷载—变形曲线呈现线性关系;阶段!为螺栓和连接板处于弹塑性变形阶段,最后螺栓剪断或连接板破坏(拉脱、承压和净截面拉断),整个连接接头破坏,曲线的终点即为普通螺栓连接的极限破坏状态;若采用高强度螺栓,则为承压型高强度螺栓连接的极限破坏状态。
图!"#"$螺栓连接的典型拉伸曲线对于高强度螺栓连接,阶段#和阶段!中连接板面间的摩擦效应仍然存在,该两阶段通称摩擦—承压型高强度螺栓连接,连接的设计计算应采用变形准则方法进行,即给定一个连接接头变形量(!),可以通过连接拉伸曲线(%&’(!))得到相应接头承载力,对于允许连接接头有一定变形的结构,可以采用摩擦—承压型高强度螺栓连接,其优点是比摩擦型连接提高了连接的承载力,避免了接头发生极限破坏(承压型连接)。
第3章钢结构连接1(2011)PPT课件

2、高强度螺栓
高强度螺栓一般采用45号钢,40B 钢和20MnTB钢加工制作, 经热处理后,螺栓抗拉强度应分别不低于8 00 n/mm2和1 000n/mm2 , 且屈强比分别为0 . 8 和0 . 9 ,因此,其性能等级分别 称为8.8 级和10 .9级。
及构造要求; 3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作
的影响; 4.了解螺栓连接的工作性能,掌握螺栓连接的计算和构
造要求。
重点: 掌握焊接连接的特性和计算 普通螺栓连接、高强度螺栓连接的性能和计算
§3.1 钢结构的连接方法
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。因此,连接在钢结构中处于重要的枢纽地位。 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。
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。
C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成。由于螺栓表面粗糙, 一般采用在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成的孔(Ⅱ类 孔)。螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.5~3mm。对于采用C 级螺栓的连接,由于螺杆与栓孔之间有较大的间隙,受剪力作 用时,将会产生较大的剪切滑移,连接的变形大。但安装方便, 且能有效地传递拉力,故一般可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中, 以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。
第三章钢结构的连接螺栓连接PPT课件

N1Vy
V n
100 6
16.7kN
N1Tx 2 N1Ty N1Vy 2
54.52
27.3 16.7
2
70kN
Nb min
44kN
此连接不满足要求
第23页/共71页
将螺栓数目增加到10 个,并加大牛腿板尺寸, 如图所示排列
验算1 号螺栓的强度
y
y1 160m m,x1 50m m, y1 3x1
第10页/共71页
单螺栓承载力设计值
N/2
抗剪承载力:
N
b v
d 2
nv 4
f
b v
N/2
N
nv—剪切面数目;d—螺栓杆直径; fvb—螺栓抗剪强度设计值;
承压承载力:
Ncb
d
tf
b c
d
∑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;
单螺栓抗剪承载力: Nmbin min(Nvb, Ncb )
x
可近似取x1 0,xi 0,可以忽略N1Ty
N1Tx
T
y1 yi2
3104 160 41602 4802
37.5kN
y
N1Vy
V n
100 10
10kN
N1Tx 2 N1Vy 2
37.52
102
38.8kN
Nb min
44kN
满足要求
第24页/共71页
N1Tx N1Ty N1T
第29页/共71页
假定2:‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大
1
2
M
3 4
刨平顶紧 承托(板)
N1
M
N2 N3 N4
第三章 钢结构连接(螺栓)

但在重要的连接中,例如:制动梁或吊车梁上翼缘与
施工图中螺栓及其孔眼图例
螺栓及其孔眼图例见表3.3,
3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算
普通螺栓连接按受力情况可分为三类
①螺栓只承受剪力; ②螺栓只承受拉力; ③螺栓承受拉力和剪力的共同作用。
:
下面将分别论述这三类连接的工作性能和计算
方法。
3 钢结构的连接
3.6 螺栓连接的构造
3.6.1 螺栓的排列
规范规定的钢板上螺栓的容许距离见表3.5(p62)。 在角钢、普通工字钢、槽钢截面上排列螺栓的线距应满 足表3.6、表3.7、表3.8的要求。
螺栓或铆钉的最大、最小容许距离 名称 位置和方向
表 3.4 最大容许距离 (取两者的较小值) 最小容许 距 离
1
外排(垂直内力方向或顺内力方向) 中 垂直内力方向 压力 顺内力方向 排 拉力
8d0 或 12t 16d0 或 24t 12d0 或 18t 16d0 或 24t 3d0
中 心 间 间 距 顺内力方向 中心至 垂直 构件边 内力 缘距离 方向 气割或锯割边 其他螺栓或铆钉 1.2d0 注:(1) d0 为螺栓或铆钉孔直径,t 为外层较薄板件的厚度; (2)钢板边缘与刚性构件(如角钢、槽钢等)相连的螺栓或铆钉的最大间距,可按 中间排的数值采用。 轧制边自动精密 高强度螺栓 剪切边或手工气割边 4d0 或 8t 1.5d0
距≥2d0来保证,第⑤种破坏形式通过限制夹紧长度在(4~6)d内 来保证。因此,抗剪螺栓连接的计算只考虑第①、②种破坏形式。
1 1
(a) e
(b)
(c)
(d)
1-1 剖面 图 3-12 抗剪螺栓的破坏性式
(e)
钢结构第三章 钢结构的连接(螺栓)

排列因素:
受力要求:钢板端部剪断,端距不应小于2d0;受拉时,栓
距和线距不应过小;受压时,沿作用力方向的栓距不宜过大。 构造要求:栓距和线距不宜过大 施工要求:有一定的施工空间
3.6螺栓的构造
3.6.2 螺栓的排列
螺栓排列和最小距离:
3.6螺栓的构造
3.6.2 螺栓的排列
螺栓排列最大距离: 对于角钢、工字钢和 槽钢的螺栓排列见附 录四(型钢的螺栓准 线表)
3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算
普通螺栓连接按其受力方式分类:
抗剪螺栓 抗拉螺栓 同时抗剪抗拉螺栓
3.7.1普通螺栓的抗剪连接
3.7.1.1抗剪连接工作性能
抗剪螺栓连接的受力性能:静摩擦力阶段、相对滑移阶段、螺杆与 孔壁挤压传力的弹塑性阶段、破坏阶段。
3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算
3.7.1普通螺栓的抗剪连接
4x100=400 50 30 50
M Fe 280 0.21 58.8kN m
2. 单个螺栓的抗拉承载力:
N tb Ae f t b 244 .8 170 41620 N 41.62 kN
3.螺栓群强度验算 由前述可知1号螺栓受力最大,为设计控制点, 则对其进行强度验算:
3). 螺栓群同时承受剪力和弯矩(轴心拉力) 的计算
螺栓群同时承受剪力和拉力
3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算
3.7.2普通螺栓的抗拉连接
3). 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算 支托仅起安装作用:螺栓群承受弯矩M和剪力V
N t N1M My1
m y
2 i
Nv V n
螺栓不发生拉剪破坏
20 12 305 73200 N 73.2 kN
钢结构第3章(螺栓连接计算)

2
2
当螺栓群分布在一个狭长带内,如y1>3x1时,可近似取xi=0,这时
N N
T 2
1x
V 1y
2
Ty1 y2 i
V 2 b N min n
2
例3.11 设计两块钢板用普通螺栓连接的盖板拼接,构件受轴拉力设计值 为 N=325kN,钢材Q235A,粗制螺栓直径d=20mm,板宽360mm,盖板 厚6mm,杆件板厚8mm。
n
1.1n
(2)搭接接头或用拼接板单面连接的,由于容易弯曲,螺栓联接 数(不包括摩擦型连接的高强度螺栓),应按计算增加10%。 1.1n
1.1n 1.1n (3)在构件端部连接中,当利用短角钢与型钢(角钢、槽钢等)的外 伸肢相连以缩短连接长度时,在短角钢两肢中的任一肢上所用的螺栓数 目应当增加计算数的50%。
连接处接触面连接处接触面处理方法处理方法q235q235钢钢q345q345和和q390q390钢钢q420q420喷喷喷砂后涂无机富锌漆喷砂后涂无机富锌漆喷砂后生赤绣喷砂后生赤绣用钢丝刷清除浮锈或未用钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面经处理的干净轧制表面045045035035045045030030050050040040050050035035050050040040050050040040摩擦面抗滑移系数值表311当表面有水或漆或其它污物表面的摩擦系数将大幅下降
a) B A b) B A c)
A
d) e)
35º 35º
A
A
综上所述:在普通螺栓的抗剪连接中需要计算的内容主要有三项: (1)保证螺栓杆不被剪断; (2)保证螺栓孔壁不会因承压而破坏; (3)构件有足够的净截面强度,不被拉断。(实质上属于构件破坏 ) 当有螺栓孔削弱,除上述构件被拉断外,还有一种使构件破坏的可能 性,如图所示:这类破坏方式被成为块状拉剪破坏(block shear failure )。这类破坏在过去并不注意,现在在设计规范中已经明确要求计算。 (《钢结构设计规范》7.5.1)
钢结构螺栓连接方式

钢结构螺栓连接方式一、引言钢结构是一种广泛应用于建筑物、桥梁、塔架等领域的结构体系。
在钢结构中,螺栓连接是一种常见的连接方式,具有良好的可靠性和经济性。
本文将对钢结构螺栓连接方式进行详细介绍。
二、螺栓连接概述1. 螺栓连接定义螺栓连接是指通过螺纹配合将两个或多个零件紧密固定在一起的一种机械连接方式。
2. 螺栓材料常见的螺栓材料有碳素钢、合金钢和不锈钢等。
选用何种材料应考虑到使用环境和力学要求。
3. 螺纹形状常见的螺纹形状有普通螺纹和高强度螺纹两种。
高强度螺纹具有更大的抗拉强度和抗疲劳性能。
4. 轴向预紧力在安装过程中,通过施加轴向预紧力可以使得零件之间产生压力,从而使得整个连接更加牢固。
三、螺栓连接分类1. 普通型式螺栓连接普通型式螺栓连接是指在螺栓两端加上螺母,通过旋转螺母使得零件之间产生压力,从而实现连接。
这种连接方式适用于一般的静载荷和低频振动。
2. 高强度型式螺栓连接高强度型式螺栓连接是指在普通型式螺栓的基础上,增加了防松装置和预紧力控制装置。
这种连接方式适用于高强度、高频振动和重要结构。
3. 偏心双头螺栓连接偏心双头螺栓连接是指在一端增加了偏心套筒,并且采用了特殊的接触面设计。
这种连接方式适用于承受剪切力和扭矩的结构。
4. 膨胀锚固螺栓连接膨胀锚固螺栓连接是指通过在孔洞中插入带有可伸缩套筒的锚固体,并且通过旋转锚固体使得套筒展开,从而实现固定。
这种连接方式适用于混凝土墙体或地面的钢结构。
四、螺栓连接设计1. 设计原则在进行螺栓连接设计时,应考虑到以下原则:(1)满足结构强度和刚度要求;(2)保证螺栓的可靠性和安全性;(3)考虑到预紧力对于连接的影响。
2. 设计步骤进行螺栓连接设计时,应按照以下步骤进行:(1)确定连接零件的材料、尺寸和形状;(2)选择适当的螺栓型号和数量,并且计算出所需的轴向预紧力;(3)确定螺栓的布置方式和间距;(4)进行强度、刚度和稳定性计算,并且检查是否满足要求。
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由假设1可知:
Nn N1 N 2 N 3 ... y1 y2 y3 yn
n-1个方程
由假设2可知:
M N1 y1 N 2 y 2 N 3 y3 ... N n y n N N1 2 N 2 2 N 3 2 y1 y2 y3 ... n y n2 y1 y2 y3 yn
3.8 普通螺栓连接的工作性能 和计算
普通螺栓受力
一、抗剪连接
二、抗拉连接 三、受剪力和拉力共同作用
一、抗剪连接
1、普通螺栓抗剪连接的主要性能 测试值: a、b两点的相对 位移δ; 外力N; 时间: 零载→连接破坏
极限承载力状态
弹性极限
三个阶段: (1)弹性阶段 荷载靠板件间接触面 的摩擦力传递,此阶段 很短,可略去不计。0-1 (2)相对滑移阶段 从开始滑移到螺栓与 孔壁接触。1-2 (3)弹塑性阶段 连接所承受的外力主 要靠螺栓与孔壁接触传 递。螺栓杆除主要受剪 力外,还承受弯矩和轴 向拉力。
2、螺栓布置:水平距离和竖向距离 距离的选取原则:在容许距离范围之内,水 平距离取较小值;竖向距离取较大值。 端距 最小容许距离 水平距离 水平中距
端距取������������������
43mm,取45mm 中距的最小容许距离取������������������ 64.5mm,取70mm
边距 竖向距离 竖向中距 中距的最大容许距离取������������������ 或12t 172mm或120mm,取120mm 边距=(600-120×4)/2=60mm 最大容许距离
Myi Ni 2 y i
要求:受力最大的最外排螺栓的拉力不超过一 个螺栓的抗拉承载力设计值,即:
My1 b N1 N t 2 yi
4. 弯矩和拉力共同作用的普通螺栓群计算
根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏 心受拉两种情况
(1)小偏心受拉:全部螺栓均为受拉 轴心力:由各螺栓均匀承受;
剪力V
轴心力N
合力:
������������ =
������ ������1������
������ + ������1������
N 1 ( N1x N1x ) N1 y N1 y N min
T N 2 T V 2 b
������ ������ ������������ = ������������������ ������ , ������ ������ ������ ������������������
160KN
160KN
确定螺栓数量
• 一个螺栓的抗 剪承载力设计 ������ 值������min
������ ������ • ������������ ������������������ = ������������������ ������������ , ������������
验算净截面的 强度
N
扭矩、剪力和轴力作用下的叠加:
N 1 ( N1x N1x ) N1 y N1 y N min
T N 2 T V 2 b
例题3-15
试设计钢板的对接接头,钢板为 -18×600 ,钢 材 为 Q235A , 承 受 的 荷 载 设 计 值 为 : 扭 矩 T=48kN.m ,剪力 V=250kN ,轴心力 N=320kN , 采用 C 级螺栓,螺栓直径 d=20mm ,孔径 ������������ = ������������. ������������������。 设计拼接板尺寸和螺栓布置
3、验算螺栓受力
扭矩T
������ ������1������ ������ ������1������ ������ ������1������ ������ ������1������ ������ ������ ������������ = ������1������ + ������1������
净截面面积:
板件
An t (B n1d0 )
拼接板 An 2t1 (B n3d0 )
错列螺栓排列
需验算 正交截 面和折 线截面 的强度
An t[2e4 (n2 1) e e n2 d 0 ]
2 1 2 2
例题3-14 设计两角钢用C级普通螺栓的拼接,已知角 钢型号为∟90×6,所承受的轴心拉力的设计 值为N=160KN,采用拼接角钢的型号与构件 的相同,钢材为Q235A,螺栓直径d=20mm, 孔径为21.5mm。
螺栓抗剪连接可能的破坏形式: ①栓杆直径较小时,栓杆可能先被剪断; ②栓杆直径较大、板件较薄时,板件可能先被挤坏, 栓杆和板件的挤压是相对的,也把这种破坏叫做螺 栓承压破坏; ③板件截面可能因螺栓孔削弱截面太多而被拉断; ④端距太小,端距范围内的板件有可能被栓杆冲 剪破坏。
抗剪螺栓连接的计算只考虑第①、②种破破形式。
3.7 螺栓连接和铆钉连接
排列和构造要求
一、螺栓和铆钉的排列
优点:简单、紧凑、连接 板的尺寸小 缺点:截面削弱大
并列
排列 错列
优点:减少截面削弱
缺点:排列松散、连接板 尺寸大
受力要求 构造要求 施工要求
最小中距为������������������ 最小端距为������������������ (顺力方向)
拼接板尺寸:长、宽、厚度 螺栓布置:水平距离和竖向距离 验算螺栓受力以及净截面强度
1、拼接板尺寸:长、宽、厚度
600mm
厚度的确定原则:拼接板的截面面积大于被 连接钢板的截面面积。 被连接钢板的截面面积:18×600 拼接板的截面面积:2×600×t
取10mm
长度的确定:与螺栓的布置间距有关 布置螺栓
N n b N min
������������>������������������������ 轴心力N由每个螺栓平均分担,螺栓数n:
N n b N min
l1 当������1>15������0时, 1.1 150d 0
当������1>60������0时,������=0.7
螺栓或铆钉的最大、最小容许距离见表3-3
螺栓连接除了容许距离外,还应满足下列构造要求: 1、每一杆件在节点上以及拼接接头的一端,永久性 螺栓数不宜少于2个; 2、直接承受动力荷载的普通螺栓应采用双螺帽或其 他防止螺帽松动的有效措施; 3、C级螺栓宜用于杆轴方向的受拉连接,以下情况 可以用于受剪:承受静力荷载的次要连接;可拆卸 结构的连接;临时固定构件; 4、型钢采用高强螺栓连接时,采用钢板作为拼接件; 5、高强螺栓连接范围内,接触面的处理方法应在施 工图中说明
n个方程
r2 T T r3 T T rn N 2 N1 , N 3 N1 ,..., N n N1 r1 r1 r1
T T
N N 2 2 2 2 T (r1 r2 r3 ...rn ) r1 r1
T 1
T 1
2 r i
Tr1 T N1 2 ri
Tr1 2 2 x y i i
2. 一个普通螺栓的抗剪承载力
螺栓杆受剪
������������ ������ ������������ ������
一个螺栓抗剪 承载力设计值
一个螺栓抗压 承载力设计值
孔壁承压
一个螺栓抗剪的承载力设计值:
������ ������ ������������ = ������������������ ������ , ������ ������ ������ ������������������
只有正应力
需要验 算的点: 剪应力最大的点:靠近形心处 1
既有正应力又有剪应力
正应力最大的点:最外纤维处
二、抗拉连接
1. 一个普通螺拴的抗拉承载力
N tb
d e
4
2
ftb
������������������ —螺栓的抗拉承载力设计值; ������������ —螺栓的有效直径; ������������������ —螺栓的抗拉强度设计值。 其中,������������ ������ = ������. ������������(螺栓钢材的抗拉强度设计值)
最大 剪力
受力最大的一个螺栓所承受的剪力应不大于 ������ 其抗剪承载力设计值������������������������ ,即:
N N
T 1
b min
5. 扭矩、剪力和轴力共同作用的普通螺栓 群计算
受力最大的螺栓 而轴力、剪力下螺栓受力均匀
取1处的螺栓进行验算
扭矩作用下1螺栓的受力:
������ ������ ������ = ������
弯矩:螺栓群以形心O处水平轴为中和轴 的三角形应力分布,使上部螺栓受拉,下 部螺栓受压; ������������������������ ������ ������������ = ������������2
N max = N / n + Ney1 /∑y ≤ N N min = N / n Ney1 /∑y ≥ 0
• 正交截面������������1 • 折线截面������������2 • ������ =
������ ������������
4. 扭矩作用的普通螺栓群计算
n个螺栓;
形心为O;
外力T;
第i个螺栓 到形心的 距离������������ ; 受力最大的那个螺栓的剪力
两个假设前提: (1)被连接板件为绝对刚性时,螺栓为弹性的; (2)被连接板件绕螺栓群形心旋转,各螺栓所 受剪力大小与该螺栓至形心距离������������成正比,其 方向与连线该螺栓至形心垂直。
螺栓杆受剪
������������ ������
2 π d b b N v = nv fv 4