螺栓连接

拼接板的危险截面为2--2和2’-
-2’截面:
2 2’
t1t
N
N
b1
b
c1
0.5N f
An
c4
c3 c2
2 2’
对于2 2截面：An b1 m d0 t1;
对于2’2’截面：An 2c4 m 1
c12
c
2 2
m
d
0
t1
;
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；
令:xi=0，则N1Ty=0
N1Tx
T r1
n
yi2
y1 r1
T y1
n
yi2
i 1
i 1
N
2 1Tx
N1F 2
N
b min
三、普通螺栓的抗拉连接
（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能 抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面
有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被 拉断为其破坏形式。
（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值
孔径比螺栓的公称直径大1~1.5mm， 其连接承载力比摩擦型连接高，但是 摩擦力被克服后，变形较大。
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
边距 中距 边距
A 并列
B 错列
3.螺栓排列的要求 （1）受力要求:
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 N1T r1 N2T r2 NnT rn
y1 r1
N1Tx N1T
x N1Ty
T
由假定‘(2)’得
N1T N2T N3T NnT
r1
r2
r3
rn
所以:
N 2T
N1T r1
r2；N3T
N1T r1
r3； NnT
终拧—初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 角度，一般为120o~180o完成终拧。
特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧 和超拧；
B、扭矩法 施工方法： 初拧—用力矩扳手拧至终拧力矩的30%~50%，使 板件贴紧密； 终拧—初拧基础上，按100%设计终拧力矩拧紧。
特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。
为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。
三、螺栓连接的构造要求 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；
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 1’
t1t
1’--1’截面:
N
b
N
c1
N f
An
c4
c3 c2
1 1’
对于1 1截面：An b m d0 t;
对于1’1’截面：An 2c4 m 1
c12
c22
m
d
0
t;
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。
N
b t
Ae
ftb
de2
4
ftb
式中：Ae--螺栓的有效截面面积；
de--螺栓的有效直径； ftb--螺栓的抗拉强度设计值。
公式的两点说明：
（1）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：
13 de d 24 3 p
( p 螺距)
钢结构的连接
螺栓连接
湖南科技学院土建系 黄林华
螺栓连接的构造
一、螺栓的种类 1.普通螺栓
按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。
A、B级---精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级; 5或8表示fu≥500或800N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6 或0.8；Ⅰ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝0.3~0.5mm。
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。
2.高强度螺栓
高强度 螺栓连接
摩擦型连接 承压型连接
摩擦型连接 摩擦型连接
孔径比螺栓的公称直径大1.5~2mm， 其连接紧密，变形小，传力可靠，抗 疲劳性能较好。
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。
剪切面数目nv
N
N
N/2
N
N/2
单 剪 ：nv 1
双剪：nv 2
N/3 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
承托与柱翼缘的连接角焊
V
缝按下式计算：
M
f
N
l w he
f
w f
式中：
刨平顶紧
承托(板) 连接角焊缝
α—考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，
一般取α=1.25~1.35；
其余符号同前。
高强度螺栓连接计算
一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力
按受力特征的不同高强度螺栓分为两类： 擦型高强度螺栓—通过板件间摩擦力传递内力， 破坏准则为克服摩擦力； 承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似。 1、高强度螺栓预拉力的建立方法 通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： A、转角法 施工方法： 初拧—用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；
沿栓群长度方向不均匀， N
N/2
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，
N/2 l1
平均值
内力重新分布，各个螺栓内 力趋于相同，故设计时假定N
螺栓的内力分布
有各螺栓均担。 所以，连接所需螺栓数为：
n N Nb
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，
i 1
i 1
N1Ty
n
T r1
n
xi2
x1 yi2 r1
n
T x1
n
xi2
yi2
i 1
i 1
i 1
i 1
y1 r1
T
N1Tx
N1T x N1Ty
由此可得螺栓1的强度验算公式为:
N
2 1Tx
N1Ty N1F
2
N
b min
另外,当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时,可进行 如下简化计算：
N1F
N1M
F n
M
n
y1 yi2
N
b t
i 1
四、普通螺栓拉、剪联合作用
1、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现两种破坏形 式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔 壁的承压破坏；
2、由试验可知，兼受剪力和拉力
的螺杆，其承载力无量纲关系
NV
曲线近似为一“四分之一圆”。
N
b V
3、计算时，假定剪力由螺栓群均
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15d0
l1
60d
时
0
：
1.1 l1
150d0
当l1
60d
时
0
：
η
1.0
0.7
0.75
故，连接所需栓数：
0.5
N
0.25
n
N
b min
0
平均值
长连接螺栓的内力分布
ECCS 我国规范
试验曲线
8.8级 M22
b1 拼接板宽度； t1 拼接板厚度。
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
T
x N1Ty
T
★ F作用下每个螺栓受力：
N1F
F n
(4 37)
★ 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。
m 危险截面上的螺栓数；b 主板宽度；t 主板厚度。
拼接板的危险截面为2-2截面:
0.5N f
An,2
An,2 b1 m d0 t1; f 钢材强度设计值;d0 螺栓孔直径；
b1 拼接板宽度；m 危险截面上的螺栓数；t1 拼接板厚度。
B、螺栓采用错列排列时:
主板的危险截面为1--1和
N/2
N/2
N 螺栓杆被剪坏
栓杆较细而板件较厚时
以
上
破
坏
N
N 孔壁的挤压破坏
形 式
栓杆较粗而板件较薄时 予
以
计
算
N
N 板件被拉断
解
截面削弱过多时
决
二.抗剪螺栓连接的破坏形式
N
N
件端部被剪坏(拉豁) 端矩过小时；端矩不应小
于2dO
以 上 破 坏
形
N/2
式
N 栓杆弯曲破坏
公
螺栓杆过长；栓杆长度不 国
N/2
1
匀承担，拉力由受力情况确定。
因此：
NV
V n
0
Ve V
M=Ve
1 Nt
N