高强螺栓连接等强连接计算
【钢结构课程】3.8高强螺栓的受力性能和连接计算
【钢结构课程】3.8高强螺栓的受力性能和连接计算第三章钢结构的连接3.8 高强螺栓的受力性能和连接计算3.8.1 高强度螺栓连接的特点按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：摩擦型高强度螺栓—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施加１）通过拧紧螺帽施加预拉力，螺帽的紧固方法有如下几种：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；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120度~180度完成终拧。
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。
C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：初拧—拧至终拧力矩的60%~80%；终拧—初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。
特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等２）高强度螺栓的施工要求由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：ａ）终拧力矩偏差不应大于±10%；ｂ）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；ｃ）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。
３）高强度螺栓的施拧顺序高强度螺栓在初拧、复拧和终拧时，连接处的螺栓应按一定顺序施拧，确定施拧顺序的原则为由螺栓群中央顺序向外拧紧，和从接头刚度大的部位向约束小的方向拧紧。
几种常见接头螺栓施拧顺序应符合下列规定：a）一般接头应从接头中心顺序向两端进行(图a)；b）箱形接头应按A、C、B、D的顺序进行(图b)；c）工字梁接头栓群应按①～⑥顺序进行(图c)；如工字型梁为：上翼缘→下翼缘→腹板。
d）工字形柱对接螺栓紧固顺序为先翼缘后腹板；两个或多个接头栓群的拧紧顺序应先主要构件接头，后次要构件接头。
梁的等强拼接节点计算(3)
等强度设计法计算梁的拼接接点设计型号H450x300x10x20工字钢梁高h=450mm工字钢腹板厚t w=10mm f=310f V=工字钢上翼缘宽b1=300mm工字钢上翼缘厚t f1=20mm f=295f V=工字钢下翼缘宽b2=300mm工字钢下翼缘厚t f2=20mm f=295f V=工字钢腹板高度h w=410mm截面面积A0b=16100mm2中和轴位置h1=225mm h2=225惯性矩I0x b=612534166.7mm4截面抵抗矩W0x1b=2722374.074mm3W0x2b=2722374腹板连接板的高度h wm=340mm初定螺栓型号:M22(腹板)P=180KN孔径23.5M22(翼缘) P=180KN孔径23.5接触面处理方法:μ=0.4传力摩擦面个数:n=22.拼接连接计算1) 梁单侧翼缘和腹杆的净截面面积估算和相应的连接螺栓数目估算:a=5100mm2净截面面积估算:Anf1A nf2a=5100mm2A nw a=3485mm2连接螺栓估算:采用n fb1a=10.4479166712n fb2a=10.4479166712n wb a= 4.3562542)翼缘外侧拼接连接板的厚度t11=13mm22(-22x450x840)t12=13mm22(-22x450x840)翼缘内侧拼接连接的宽度b为:b1=145mm130b2=145mm130翼缘内侧拼接连接板厚度:t21=15.53846154mm25(-25x220x840)t22=15.53846154mm25(-25x220x840)腹板两侧拼接连接板的厚度,t3=7.029411765mm12(-18x190x840)3)梁的截面特性(1)梁上的螺栓孔截面惯性矩:I rR b=94528926.25mm4(2)扣除螺栓孔后的净截面惯性矩:I nx b=518005240.4mm4(3)梁的净截面抵抗矩:W nx b=2302245.513mm3(4)梁单侧翼缘的净截面面积A nF b=4120mm2(5)梁腹板的净截面面积A nw b=1985mm24)梁的拼接连接按等强设计法的设计内力值弯矩M n b=679162426.3N*mm剪力V n b=357300N5)校核在初开始估计的螺栓数目n fb1a=10.96838544<12ok!n fb2a=10.96838544<12ok!n wb= 2.48125<4ok!6)拼接连接板的校核(1)净截面面积的校核单侧翼缘拼接连接板的净截面面积A oF PL=8682>4120ok!腹板拼接连接板的净截面面积A oW PL=7032>1985ok!(2)拼接连接板刚性的校核拼接连接板的毛截面惯性矩I ox PL=1055531767cm4拼接连接板上的螺栓孔截面惯性矩I xR PL=473665984.3cm4拼接连接板扣除螺栓孔后的净截面惯性矩I nx PL=581865782.3cm4拼接连接板的净截面抵抗矩W nx PL=2355731.912>2302246ok!7)按抗震设计要求对拼接连接节点的最大承载力的校核(1)梁的全塑性弯矩M px b=810955000N*mm(2)拼接连接节点的最大承载力的校核对弯矩梁翼缘拼接连接般的净截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩M u1=1756321380梁翼缘连接高强度螺栓的抗剪最大承载力的相应最大弯矩M u2=2439028800梁翼缘板的边端截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩M u3=2425200000> 1.76E+09翼缘拼接连接板边端截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩M u4=5642538000> 1.76E+09M u=1756321380>8.92E+08ok!对剪力梁腹板净截面面积的抗剪最大承载力:V u1=538638.9336梁腹板拼接连接板净截面面积的抗剪最大承载力:V u2=1908165.734>538638.9腹板连接高强度螺栓的抗剪最大承载力V u3=1890720>538638.9V u=538638.9336>87853.46ok!(3)螺栓孔对梁截面的削弱校核梁的毛截面面积A0=16100mm2螺栓孔的削弱面积:A R=2820mm2螺栓孔对梁截面的削弱率μr=18%<25%ok!180 170 170。
BH500×300等强连接计算表格
Vu2 = AnWPL×fu/ 1.732
= 89.6 * 37.5 / 1.732
= 1940.0
梁腹板高强度连接螺栓抗剪最大承载力：
Vu3 = 0.58×nf×n×AebH×fubH = 0.58 * 2 * 20 * = 7310.8
3.03 * 104
Vu = min (
1143.2 ,
1940.0
BH500X300X16X25
1.设计条件：
(除非另有注明，长度单位为厘米，力的单位为千牛，强度单位为千牛/平方厘米）
梁截面 H = 50 B = 30 Tw = 1.6 Tf = 2.5
净截面系数: 0.85
高
强
螺
栓
f=
=
抗
=
=
滑
移
系
梁材
数
质:
Байду номын сангаас
Q235
20.5 fv
12
fu
38
fy
22.5
＝
螺栓: 直径 M22 孔径 2.4 等级 10.9 P= 190
高强螺=栓19的8.受0 剪承载力
为:
198.0
4.2.2.弯矩产生的最大螺栓剪力
37.5 * 1.5
∑r2 = 8 * ( + 2* (
+ 10 * (
15 * 0* 11.25 *
15 +
0
+
11.25 +
7.5 * 7.5 +
0
*
0
* 0+
0
*
3.75 * 3.75 )
0 + 0 *0 0 + 0 *0
普通螺栓和高强度螺栓连接的构件强度计算
An = ( b − n1d0 ) t
2 An 2 = 2e3 + ( n3 − 1) e12 + e2 − n3d 0 t
其中：
b — — 被连接构件的板宽；
n1 、n 2 、 n3 — — 分别是截面Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ、Ⅲ－Ⅲ上
的螺栓数目； d 0 — — 螺栓的孔径； t — — 被连接构件的板厚；
普通螺栓和高强度螺栓连接的构件强度计算
普通螺栓或承压型和受拉型高强度螺栓连接的轴心受拉构件，其连接处的强 度应按下式计算：
σ = N ≤ f An
其中： N — — 作用于构件的轴心拉力； An — — 构件净截面面积，可按下列情况确定： （1） 并列布置时，构件在截面 I-I 处受力最大，其净截面面积 为 An = ( b − n1d0 ) t ; （2） 错列布置时， 构件可能沿截面Ⅱ－Ⅱ或锯齿形截面Ⅲ－Ⅲ破 坏，此时净截面面积取按下列公式计算结果中之较小者：
e1 、 e3 — — 分别为在垂直作用力 N 方向的螺栓边距
和中距；
e2 — — 错列布置的螺栓列距。
图（钢结构节点连接手册 Ｐ３０） 摩擦型高强度螺栓连接的轴心受拉构件，其连接处的强度应按下列公式计算 n N N σ = 1 − 0.5 s ≤ f ；σ = ≤ f n An A
式中： n s — — 所计算截面（最外列螺栓处）上高强度螺栓的数目；
n — — 在节点或拼接处，构件一侧连接的高强度螺栓数目；
An — — 构件的净截面面积；
A — — 构件的毛截面面积。
承压高强螺栓的连接计算
承压型高强螺栓的连接计算
（1） 受剪连接
抗剪：
b v 2v b v )4/(p n f d N ⋅⋅=≤P µv 0.9n 1.3×
抗压：
b c min b c f t d N ⋅Σ⋅=；},{min b c b v b vmin N N N β=
要求：
vmax N ≤b vmin N
其中：
v n ——剪切面数；
d ——螺栓直径；当剪切面在螺纹处时，取螺栓的有效直径； b v f ——螺栓抗剪设计强度；
min t Σ——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 螺栓的有效直径：t d d e 32413−
=，其中t 是螺距； （2） 螺栓杆轴方向受拉的连接
t N ≤0.8P
（3） 同时承受剪力和杆轴方向拉力的连接
2b t t 2b v v )()(N N N N +≤1 且 v N ≤ 1.2/b c N
其中：t v ,N N ——每个承压型高强螺栓所受剪力和拉力；
b c b t b v ,,N N N ——螺栓的抗剪、抗拉和承压承载力设计值。
（4） 强度折减系数
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
011501.1d l −=β 当0160d l >时， 取0.7=β。
这样，设计计算时，对受力最大的
螺栓检验max N ≤{}b c b v ,min N N ⋅β。
高强度螺栓连接的构造和计算
第三章连接§3-6高强度螺栓连接的构造和计算3.6.1高强度螺栓连接的工作性能和构造要求一、高强度螺栓连接的工作性能1、高强度螺栓的抗剪性能由图3.5.2中可以看出，由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。
通过1点后，连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。
如果连接的承载力只用到1点，即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用到4点，即为高强度螺栓承压型连接。
2、高强度螺栓的抗拉性能高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P，板层之间则有压力C，而P与C维持平衡（图3.6.1a）。
当对螺栓施加外拉力N t，则栓杆在板层之间的压力未完全消失前被拉长，此时螺杆中拉力增量为ΔP，同时把压紧的板件拉松，使压力C减少ΔC（图3.6.1b）。
计算表明，当加于螺杆上的外拉力N t为预拉力P的80%时，螺杆内的拉力增加很少，因此可认为此时螺杆的预拉力基本不变。
同时由实验得知，当外加拉力大于螺杆的预拉力时，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，即发生松弛现象。
但当外加拉力小于螺杆预拉力的80%时，即无松弛现象发生。
也就是说，被连接板件接触面间仍能保持一定的压紧力，可以假定整个板面始终处于紧密接触状态。
但上述取值没有考虑杠杆作用而引起的撬力影响。
实际上这种杠杆作用存在于所有螺栓的抗拉连接中。
研究表明，当外拉力N t≤0.5P时，不出现撬力，如图3.6.2所示，撬力Q大约在N t达到0.5P时开始出现，起初增加缓慢，以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而又有所下降。
由于撬力Q的存在，外拉力的极限值由N u下降到N'u。
因此，如果在设计中不计算撬力Q，应使N≤0.5P；或者增大T形连接件翼缘板的刚度。
分析表明，当翼缘板的厚度t1不小于2倍螺栓直径时，螺栓中可完全不产生撬力。
实际上很难满足这一条件，可采用图3.5.7所示的加劲肋代替。
高强度螺栓连接的构造和计算
高强度螺栓连接的构造和计算一、高强度螺栓连接的工作性能1、高强度螺栓的抗剪性能由图3.5.2中可以看出，由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。
通过1点后，连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。
如果连接的承载力只用到1点，即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用到4点，即为高强度螺栓承压型连接。
2、高强度螺栓的抗拉性能高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P，板层之间则有压力C，而P与C维持平衡（图3.6.1a）。
当对螺栓施加外拉力Nt，则栓杆在板层之间的压力未完全消失前被拉长，此时螺杆中拉力增量为ÄP，同时把压紧的板件拉松，使压力C减少ÄC（图3.6.1b）。
计算表明，当加于螺杆上的外拉力Nt为预拉力P的80%时，螺杆内的拉力增加很少，因此可认为此时螺杆的预拉力基本不变。
同时由实验得知，当外加拉力大于螺杆的预拉力时，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，即发生松弛现象。
但当外加拉力小于螺杆预拉力的80%时，即无松弛现象发生。
也就是说，被连接板件接触面间仍能保持一定的压紧力，可以假定整个板面始终处于紧密接触状态。
但上述取值没有考虑杠杆作用而引起的撬力影响。
实际上这种杠杆作用存在于所有螺栓的抗拉连接中。
研究表明，当外拉力Nt≤0.5P时，不出现撬力，如图3.6.2所示，撬力Q大约在Nt达到0.5P 时开始出现，起初增加缓慢，以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而又有所下降。
由于撬力Q的存在，外拉力的极限值由Nu下降到N'u。
因此，如果在设计中不计算撬力Q，应使N≤0.5P；或者增大T 形连接件翼缘板的刚度。
分析表明，当翼缘板的厚度t1不小于2倍螺栓直径时，螺栓中可完全不产生撬力。
实际上很难满足这一条件，可采用图3.5.7所示的加劲肋代替。
在直接承受动力荷载的结构中，由于高强度螺栓连接受拉时的疲劳强度较低，每个高强度螺栓的外拉力不宜超过0.5P。
第3节 高强度螺栓连接的性能和计算
第六节高强度螺栓连接的性能和计算一、高强度螺栓连接的构造和性能高强度螺栓的形状、连接构造(如构造原则、连接形式、直径选择及螺栓排列要求等)和普通螺栓基本相同。
高强度螺栓的螺杆、螺母和垫圈均采用高强度钢材制成，这些制品再经热处理以进一步提高强度。
目前，我国采用8.8 级和10.9级两种强度性能等级的高强度螺栓。
级别划分的小数点的前的数字8和10分别代表材料以热处理后的最低抗拉强度f U 800n / mm2 (实际为f U 830n / mm2 ) 或1000n / mm2 (实际2 )。
小数部分代表屈强比(屈服强度与最低抗拉强度的比值)。
1040n / mmf y f u f y f u如10.9 级螺栓材料的抗拉强度 f u = 1000n / mm2 ，f y / f u=0.9 ，则f y =0.9f u =900n / mm2 。
推荐采用的钢号：大六角高强度螺栓8.8 级的有45 号和35 号钢。
10.9级的有20MnTiB、40B 和35VB 钢。
扭剪型高强度螺栓只有10.9级，推荐钢号为20MnTiB 钢。
垫圈常用45 号或35 号钢制造，并经过热处理。
高强度螺栓应采用钻成孔。
摩擦型高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径d大1.5～2.0mm；承压型高强度螺栓的孔径比d大1.0～1.5mm。
高强度螺栓和普通螺栓连接受力的主要区别是：普通螺栓连接的螺母拧紧的预应力很小，受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。
而高强度螺栓是靠拧紧螺母，对螺杆施加强大而受控制的预拉力，此预拉力将被连接的构件夹紧，这种靠构件夹紧而使接触面间的摩擦阻力来承受连接内力是高强度螺栓连接受力的特点。
高强度螺栓连接按设计和受力要求可分为摩擦型和承压型两种。
高强度螺栓摩擦型连接在承受剪切时，以外剪力达到板件间可能发生的最大摩擦阻力为极限状态；当超过时板件间发生相对滑移，即认为连接已失效而破坏。
高强度螺栓承压型连接在受剪时，则允许摩擦力被克服并发生板件间相对滑移，然后外力可以继续增加，并以此后发生的螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极限状态。
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等强度设计法计算梁的拼接接点设计
型号H900x550x20x30
工字钢梁高h=900mm
工字钢腹板厚t w=20mm f=295f V=工字钢上翼缘宽b1=550mm
工字钢上翼缘厚t f1=30mm f=265f V=工字钢下翼缘宽b2=550mm
工字钢下翼缘厚t f2=30mm f=265f V=工字钢腹板高度h w=840mm
截面面积A0b=49800mm2
中和轴位置h1=450mm h2=450
惯性矩I0x b=7234740000mm4
截面抵抗矩W0x1b=16077200mm3W0x2b=16077200
腹板连接板的高度h wm=680mm
初定螺栓型号:M24P=190KN孔径26
接触面处理方法:μ=0.45
传力摩擦面个数:n=2
2.拼接连接计算
1) 梁单侧翼缘和腹杆的净截面面积估算和相应的连接螺栓数目估算:
a=14025mm2
净截面面积估算:A
nf1
A nf2a=14025mm2
A nw a=14280mm2
连接螺栓估算:采用
n fb1a=21.7346491224
n fb2a=21.7346491224
n wb a=14.1964912316
2)翼缘外侧拼接连接板的厚度
t11=18mm22(-22x550x1000)
t12=18mm22(-22x550x1000)翼缘内侧拼接连接的宽度b为:
b1=265mm260
b2=265mm260
翼缘内侧拼接连接板厚度:
t21=19.86538462mm25(-25x260x1000)
t22=19.86538462mm25(-25x260x1000)腹板两侧拼接连接板的厚度,
t3=13.35294118mm16(-18x190x670)
3)梁的截面特性
(1)梁上的螺栓孔截面惯性矩:
I rR b=1321242347mm4
(2)扣除螺栓孔后的净截面惯性矩:
I nx b=5913497653mm4
(3)梁的净截面抵抗矩:
W nx b=13141105.9mm3
(4)梁单侧翼缘的净截面面积
A nF b=13380mm2
(5)梁腹板的净截面面积
A nw b=12120mm2
4)梁的拼接连接按等强设计法的设计内力值
弯矩M n b=3482393063N*mm
剪力V n b=2060400N
5)校核在初开始估计的螺栓数目
n fb1a=23.40789852<24ok!
n fb2a=23.40789852<24ok!
n wb=12.04912281<16ok!
6)拼接连接板的校核
(1)净截面面积的校核
单侧翼缘拼接连接板的净截面面积
A oF PL=20212>13380ok!
腹板拼接连接板的净截面面积
A oW PL=15104>12120ok!
(2)拼接连接板刚性的校核
拼接连接板的毛截面惯性矩
I ox PL=8141877933cm4
拼接连接板上的螺栓孔截面惯性矩
I xR PL=1937869232cm4
拼接连接板扣除螺栓孔后的净截面惯性矩
I nx PL=6204008701cm4
拼接连接板的净截面抵抗矩
W nx PL=13144086.23>13141106ok!
7)按抗震设计要求对拼接连接节点的最大承载力的校核
(1)梁的全塑性弯矩
M px b=4122207500N*mm
(2)拼接连接节点的最大承载力的校核
对弯矩
梁翼缘拼接连接般的净截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩
M u1=8235652080
梁翼缘连接高强度螺栓的抗剪最大承载力的相应最大弯矩
M u2=9869558400
梁翼缘板的边端截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩
M u3=14720400000>8.24E+09翼缘拼接连接板边端截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩
M u4=22931676000>8.24E+09
M u=8235652080> 4.53E+09ok!
对剪力
梁腹板净截面面积的抗剪最大承载力:
V u1=3288818.073
梁腹板拼接连接板净截面面积的抗剪最大承载力:
V u2=4098540.279>3288818
腹板连接高强度螺栓的抗剪最大承载力
V u3=7562880>3288818
V u=3288818.073>446572.5ok!
(3)螺栓孔对梁截面的削弱校核
梁的毛截面面积A0=49800mm2
螺栓孔的削弱面积:
A R=10400mm2
螺栓孔对梁截面的削弱率
μr=21%<25%ok!
170 155 155。