普通螺栓连接构造和计算
钢结构基础第五章 钢结构的紧固件连接
( N1y N1y )
V T
2
N m in
b
第五章 钢结构的紧固件连接
5.2 普通螺栓连接的构造和计算
5.2.3 螺栓群的计算
4. 螺栓群在轴心力作用下 的抗拉计算
n N Nt
b
5. 螺栓群在轴心力作用下 的抗拉计算 假定：中和轴在最下排 螺栓处
N
M 1
M y1 m y
第五章 钢结构的紧固件连接
5.2 普通螺栓连接的构造和计算
5.2.1 螺栓的排列和构造要求
排列要求
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
第五章 钢结构的紧固件连接
图5-3 螺栓连接的 破坏情况
第五章 钢结构的紧固件连接
5.2 普通螺栓连接的构造和计算
5.2.2 普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能
1. 抗剪螺栓连接 受力状态：弹性时两端大而 中间小，进入塑性阶段后， 因内力重分布使各螺栓受力 趋于均匀。 为防止“解钮扣”破坏，当 连接长度l1较大时，应将螺栓 的承载力乘以折减系数。
第五章 钢结构的紧固件连接
5.3 高强度螺栓连接的性能和计算
5.3.1 高强度螺栓连接的性能
2. 高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数 对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈 对于摩擦型连接，对摩擦面抗滑移系数有要求 3. 高强度螺栓的排列 要求同普通螺栓，同样要考虑连接长度对承载力的不 利影响。
N t N1
M
M y1
m
yi
2
Nt
普通螺栓的构造和计算
§3-5 普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。
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，对构件截面削弱较大。
错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
图3.5.1 钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。
各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。
对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。
（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。
（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。
根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。
螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。
表3.5.1 螺栓或铆钉的最大、小最容许距离注：1 d0为螺栓或铆钉的孔径，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。
二、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（1）为了使连接可靠，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两个。
但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。
（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。
例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。
（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。
承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。
36普通螺栓和铆钉连接的构造和计算
§3.6 普通螺栓和铆钉连接的构造和计算抗剪连接——板件之间有相对错动的趋势；抗拉连接——板件之间有相互脱开的趋势。
一．普通螺栓（铆钉）的计算1．抗剪螺栓（铆钉）的计算（1）单个螺栓（铆钉）的受剪工作性能1）弹性段（0～1）：板件间相互挤压，靠摩擦阻力传力；2）相对滑移段（1～2）：摩擦阻力被克服后，板件间产生滑移，栓（钉）杆与孔壁相接触，滑移量取决于栓（钉）杆与孔的间距；3）弹塑性工作阶段（2～3）：螺栓杆既受剪又受弯直到破坏为止。
（2）对一组螺栓连接，有五种可能的破坏形式1）栓杆被剪断；2）被连接板被挤压破坏；3）被连接板被拉（压）破坏；4）被连接板被剪破坏——拉豁；5）栓杆受弯破坏。
tc)（3）针对如上情况，应避免所有破坏的可能性1）栓（钉）杆长度（t ∑）≤05d ——防止受弯破坏； 2）1a ≥02d ，栓距≥03d ——避免拉豁； 3）通过计算保证螺栓（铆钉）抗剪； 4）通过计算保证螺栓（铆钉）抗挤压；5）通过计算保证被连接构件具有足够的拉压强度。
（4）螺栓群受剪计算1）轴心受力基本假定：螺栓群均匀受力。
一个螺栓的抗剪承载能力：bv 2v b v4πn f d N =v n ——剪切面数；d ——螺栓直径；b v f ——螺栓抗剪设计强度。
一个螺栓抗挤压承载能力：b c m in b c f t d N ⋅∑⋅=d ——螺栓直径；m in t ∑——被连接板中受力一侧的总厚度的较小值；b c f ——螺栓承压设计强度。
当受力一边螺栓分布长度0115d l >时，会出现较严重的传力不均匀现象，故采用强度折减系数对螺栓的承载能力进行折减：11501.1d l -=β当0160d l >时，取0.7=β这样，设计计算时，对受力最大的螺栓进行验算：max N ≤{}bcb v ,min N N ⋅β2）螺栓群受扭 基本假定：① 被连接板是刚性的； ② 螺栓是弹性的；③ 在扭矩作用下，绕螺栓群中心旋转，每个螺栓受力大小与其到形心的距离成正比，方向垂直于矢径。
普通螺栓连接的构造和计算
二、螺栓的排列
端距 中距 中距 边距 边距
A 并列
B 错列
螺栓的排列应满足： 受力要求 构造要求 施工要求
1）受力要求 任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防 止钢板截面过度削弱而承载力不足； 对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板 件发生鼓曲。
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
拼接板强度验算:
N
0.5 N An f
c1 b1 c 3 c2
2 2’ b 2 2’
t1 t
N
对于2 2截面：An b1 m d 0 t 1 ;
2 2 对于2’2’ 截面：An 2c 4 m 1 c1 c 2 m d 0 t 1 ;
i 1 n 2 yi
b Nt
（四）普通螺栓拉、剪联合作用
1、两种破坏形式 螺杆受剪兼受拉破坏 孔壁承压破坏；
NV
e V V
M=Ve
2、拉剪相关曲线 “四分之一圆”
NV
b
1
b a
1 N t N tb
0
为防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：
NV
Nv Nt 1 Nb Nb v t
☻M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：
1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处， 各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。
‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大
1 2 3 4
M
刨平顶紧 承托(板)
M
N1 N2 y N3 y2 1 y N4 3 中和轴
普通螺栓连接
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4、弯矩和拉力共同作用的普通螺栓群计算螺栓群承受轴心拉力N和弯矩M＝Ne的共同作用。按弹性设计法，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。
小偏心受拉：所有螺栓均承受拉力作用，轴心力由各螺栓均匀承受；弯矩则引起以螺栓群形心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；叠加后全部螺栓均为受拉。可得最大和最小受力螺栓的拉力，各y均自O点算起：
孔壁承压的计算式为
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第4页/共21页
螺栓抗剪连接达到极限承载力时，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消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。
第③种破坏形式属于构件的强度计算；第④种破坏形式由螺栓端距≥2d0来保证。因此，抗剪螺栓连接的计算只考虑第①、②种破破形式。
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2、 轴心拉力作用的普通螺栓群计算螺栓群在轴心力作用下的抗拉连接，通常假定每个螺栓平均受力，则连接所需螺栓数为：
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3.弯矩作用的普通螺栓群计算剪力V通过承托板传递。离中和轴越远螺栓受拉力越大，压应力由弯矩指向一侧的部分端板承受，设中和轴至端板受压边缘的距离为c。受拉螺栓截面是孤立的几个螺栓点；端板受压区则是宽度较大的实体矩形截面。计算形心位置作为中和轴时，所求得的端板受压区高度c总是很小，中和轴通常在弯矩指向一侧最外排螺栓附近的某个位置。实际计算时可近似地取中和轴位于最下排螺栓O处，即认为连接变形为绕O处水平轴转动，螺栓拉力与O点算起的纵坐标y成正比。偏安全忽略力臂很小的端板受压区部分的力矩
钢结构第3章(螺栓连接计算)
e4
+
+ + +
+
+2 1 e2
+
+
+
+
6e1 e4
+
N
+
+
+
+
+
+
除对1-1截面 （绿线）验算外，还 N 应对2-2截面（粉红） 进行比较验算。因此， 在进行该连接的净截 面强度计算时，其中 Ani应取An1和An2中的 较小值。 2-2分红线总长： 扣除螺孔直径后：
1 + + + +2 1 e2 2 + + + + + + +
202
4
140 44kN
90 80 90
90 80 90
50 56 34
b 单个螺栓的最大承载能力：N max min N cb , N cb 36.6kN
b Nc d tfcb 20 6 305 36.6kN
（2）需要螺栓数目 n = 175/36.6=4.8个，取不少于5个。 螺栓布置按错列布置，布置图见上。 同时给出角钢的展开形状及螺栓孔布置，见右图
e4
+
+ + + + + + +
6e1 e4
+ + +
N
2e4 ( n2 1) e12 e2 2
2e4 (n2 1) e12 e2 2 n2 d 0
n2——粉红线截面上的螺孔数
螺栓连接的构造和计算
三、螺栓连接的构造和计算(一)螺栓的种类在钢结构中应用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两大类。
普通螺栓又分A级、B级(精制螺栓)和C级(粗制螺栓)两种。
高强度螺栓按连接方式分为摩擦型连接和承压型连接两种。
此外，还有用于钢屋架和钢筋混凝土柱或钢筋混凝土基础处的锚固螺栓(简称锚栓)。
A、B级螺栓采用5.6级和8.8级钢材，C级螺栓采用4.6级和4.8级钢材。
高强度螺栓采用8.8级和10.9级钢材。
10.9级中10表示钢材抗拉极限强度为f u=1000N／mm2，0.9表示钢材屈服强度f y=0.9f u，其他型号以此类推。
锚栓采用Q235或Q345钢材。
A级、B级螺栓(精制螺栓)由毛坯经轧制而成，螺栓杆表面光滑，尺寸较准确，螺孔需用钻模钻成，或在单个零件上先冲成较小的孔，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径(称I类孔)。
螺杆的直径与孔径间的空隙甚小，只容许0.3mm左右，安装时需轻轻击人孔，既可受剪又可受拉。
但A级、B级螺栓(精制螺栓)制造和安装都较费工，价格昂贵，在钢结构中只用于重要的安装节点处，或承受动力荷载的既受剪又受拉的螺栓连接中。
C级螺栓(粗制螺栓)用圆钢辊压而成，表面较粗糙，尺寸不很精确，其螺孔制作是一次冲成或不用钻模钻成(称Ⅱ类孔)，孔径比螺杆直径大1--2mm，故在剪力作用下剪切变形很大，并有可能个别螺栓先与孔壁接触，承受超额内力而先遭破坏。
由于c级螺栓(粗制螺栓)制造简单，价格便宜，安装方便，常用于各种钢结构工程中，特别适宜于承受沿螺杆轴线方向受拉的连接、可拆卸的连接和临时固定构件用安装连接中。
如在连接中有较大的剪力作用时，考虑到这种螺栓的缺点而改用支托等构造措施以承受剪力，让它只受拉力以发扬它的优点。
C级螺栓亦可用于承受静力荷载或间接动力荷载的次要连接中作为受剪连接。
对直接承受动力荷载的螺栓连接应使用双螺帽或其他能防止螺栓松动的有效措施。
(二)普通螺栓的计算和构造1．普通螺栓连接的工作性能和破坏情况普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为受拉螺栓、受剪螺栓和受拉兼受剪螺栓三种。
普通螺栓的构造和计算概要
§3-5 普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。
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，对构件截面削弱较大。
错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
图3.5.1 钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。
各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。
对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。
（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。
（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。
根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。
螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。
表3.5.1 螺栓或铆钉的最大、小最容许距离注：1 d0为螺栓或铆钉的孔径，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。
二、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（1）为了使连接可靠，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两个。
但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。
（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。
例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。
（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。
承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。
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排
构件受拉力
16d0 或24t
沿对角线方向
——
顺内力方向
中心至构件 垂直
剪切或手工气割边
边缘距离 内力 轧制边、 自动气 高强度螺栓
方向 割或锯割边 其它螺栓
4d0 或8t
2d0 1.5d0 1.5d0 1.2d0
普通螺栓连接构造和计算
三、 普通螺栓连接的受力性能和计算
（一）螺栓连接的受力形式
F
F
★T作用下：2个假定
T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大
普通螺栓连接构造和计算
y
T N 1 T r 1 N 2 T r 2 N n r n Tr1
1
N1Tx N1T
N1TN2TN3TNnT
r1 r2 r3
rn
x N1Ty
T
N 2 T N r 1 1 T r 2 ； N 3 T N r 1 1 T r 3 ； N n T N r 1 1 T r n
4 3
δ
N
b
2.破坏形式
N/2
N
N
N
N/2
1）螺栓杆被剪坏
2）孔壁的挤压破坏
N
N
以上三种破坏形式通过
强度计算避免。
3）板件被拉断 普通螺栓连接构造和计算
N
N
这
4）板件端部被剪坏(拉豁)
两
种
端矩不应小于2dO
破
坏
N/2
构
N
造
N/2
解
决
5）栓杆弯曲破坏
栓杆长度不应普通大螺栓连于接构5造d和计算
3、抗剪螺栓的单栓承载力设计值
4.6 普通螺栓连接的构造和计算
一、普通螺栓的种类
A、B级--精制螺栓
Ⅰ类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大0.3～0.5mm。 C级--粗制螺栓
Ⅱ类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大1.5～3mm。 M16、M20、M24 性能等级为4.6或4.8级； 4表示fu≥400N/mm2, 0.6或0.8表示普通螺fy栓/连接fu构=造0和.计算6或0.8；
b1拼接板宽 n2度 2； 2截面上的螺 t1栓 拼数 接； 板
普通螺栓连接构造和计算
B、螺栓采用错列排列时:
1 1’
t1t
N
N
c4 c1
主板： N f
b
An
c3 c2
对于1 1截面：An b m d0 t; 1 1’
对于1’1’截面：An 2c4 m 1 c12 c22 m d0 t;
3）施工要求
为了便于扳手拧紧普螺通螺栓母连接，构造螺和计栓算 中距应不小于3do。
螺栓的最大、最小容许距离
名称
位置和方向
最大容许距离 最小容许距离
（取两者的较小值）
外排(垂直内力或顺内力方向)
8d0 或12t
中
垂直内力方向
16d0 或24t
中心间距 间 顺内力方向
构件受压力
12d0 或18t
3d0
N
N/2
N
N
N/2
单剪nv： 1
N/3 N/3 N/3
双剪nv： 2
N/2 N/2
四剪n： 4 v 普通螺栓连接构造和计算
4、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
N
当l1≤15d0(d0为孔径)时， 假定N由各螺栓均匀承担。
N/2
N/2 l1
平均值
n N Nb
min
普通螺栓连接构造和计算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、螺栓的排列
端距 中距
边距 中距 边距
A 并列
B 错列
螺栓的排列应满足： ➢受力要求
➢构造要求
➢施工要求
普通螺栓连接构造和计算
1）受力要求
任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防止 钢板截面过度削弱而承载力不足；
对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板 件发生鼓曲。
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。
抗剪承载力：
Nvb
nv
d2
4
fvb
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： Ncbdtfcb
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；
单栓抗剪承载力：N m b im nN v b ， iN n c b
普通螺栓连接构造和计算
剪切面数目nv
T r1
n
xi2
n
yi2
x1 r1
T x1
n
xi2
n
yi2
i1 i1
i1
i1
普通螺栓连接构造和计算
y1 r1
N1Tx N1T
x N1Ty
T
螺栓1的强度验算公式为:
N 1 2 T xN 1 T yN 1F2N m b in
当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时, 可令:xi=0，则N1Ty=0
N1TxT nyri12
y1 r1
T nyyi21
i1
i1
N N N 2
1Tx
2b 1F min 普通螺栓连接构造和计算
（三）普通螺栓抗拉连接
1、破坏形式 栓杆被拉断
2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值
NtbAeftbd4e2 ftb
N
A 只受剪力
B 只受拉力
普通螺栓连接构造和计算
C 剪力和拉 力共同作用
（二）普通螺栓抗剪连接 1.工作性能 N
NN
N/2 N/2 a
N
b
2 1
O
1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)
N/2
2)滑移阶段(1~2段)
N/2 a
3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)
4)破坏阶段(3~4段普通)螺栓连接构造和计算
式中：f 钢材强度设计值； d0 螺栓孔直径；
m 危险截面上的螺栓数；
b 主板宽度；
t 主板厚度。普通螺栓连接构造和计算
拼接板强度验算:
2 2’
t1t
N
N
c4 c1
0.5N f
b1
b
An
对于2 2截面：An
b1 m d0
c3 c2
t1;
2 2’
对于2’2’截面：An 2c4 m 1
螺栓的内力分布
板件的净截面验算：
A、螺栓采用并列排列时
主板： N f
An,1
12
N
b1
12
t1t
N
b
An,1bn1d0t; f 钢材强度设 ;d0计 螺值 栓孔
n111截面上的螺b栓 主数板；宽t度 主 ；板厚度
拼接板 ： 0.5Nf
An,2
An,2b1n2d0t1;f 钢材强度;d设 0计 螺值 栓孔直
T N r 1 1 T r 1 2 r 2 2 r n 2 N r 1 1 T i n 1 r i2
普通螺栓连接构造和计算
N1TT nrri21 nxT i2 r1 nyi2
i1 i1 i1
N1Tx
T r1
n
xi2
n
yi2
y1 r1
T y1
n
xi2
n
yi2
i1
i1
i1
i1
N1Ty
c1 2
c22
m
d
0
t
1
;
式中：f 钢材强度设计值；d0 螺栓孔直径； m 危险截面上的螺栓数；
b1 拼接板宽度； t1 拼 接 板 厚 度 。 普通螺栓连接构造和计算
2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算
eF F
F
1 N1F
y1 r1
N1Tx N1T
x N1Ty
T
T
★F作用下
N1F
F n