高强螺栓连接

（2）钢板强度验算 按附表 4-1，Q235 钢的允许应力为[ ]=140MPa。因被连接板件承受拉 力，钢板受螺栓孔削弱后的净截面面积为
An =12×（340－3×23） 3250mm2
N N (1 0.5
n1 3 ) 420000(1 0.5 ) 315000N n 6
1 N nf P K
1 O
2
δ
N/2 N/2 a
b
N
2.高强度螺栓抗拉连接单栓允许承载力
N P C
Nt
C-△C=Cf P+△P=Pf
当外拉力为零，即N=0时：P=C； 当外拉力为Nt时： Nt>0.9P时，螺栓可能屈服或连接出 现松弛。 偏安全地取：
N 0.6P
1 1 [ N V ] n f P K = 1.7 2 0.35 190000 78235 N 连接所需高强度螺栓数量为 N 420000 n 5.4 b [ N V ] 78235 ，采用 6 个。
b
在外力的作用方向，螺栓按最小间距 3 d 和最小端距 1.5 d 排列，以减小连 接板的长度，节省钢材。垂直于外力的作用方向，螺栓间距和边距根据钢 板宽度布置，螺栓排列如图 20-40 所示。
N An An 构件在螺栓孔削弱处的净截面面积; t 主板厚度。 f 钢材强度设计值; d 0 螺栓孔直径；m 危险截面上的螺栓数；b 主板宽度；
3、摩擦型高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下单栓允许承 载力
N
b v
且
1 n f P 1.4 N t k
50 80 80 50 10 50 80 80 50
=72kN
40 Ⅱ Ⅰ
30 (45+45-5=85)
35
45 30
Ⅱ Ⅰ
30
85
解： 螺栓预拉力 P=155kN； 按表 20-6， 抗滑移系数 =0.3； 同例题 20.6， 最不利螺栓受剪力 N1 =40.5kN。单个摩擦型高强螺栓双摩擦面抗剪容许承 载力为
N t 0.6 P
2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下 计算方法与普通螺栓相同，即：
e V V
1
V N T N
N1x N1y
y
r1
T
1 N 1Tx N1T
x
N1Ty
允许承载力： N v

例 20-8 条件与例 20-5 相同，但改用 M20 高强度螺栓摩擦型连接， 孔径为 22mm，构件接触面用钢丝刷清除浮锈，试验算连接是否满足设计 要求。 两角钢拼接采用普通螺栓连接， 如图 20-32 所示。 角钢截面为 L75 × 5。 轴心拉力 N= 72kN，拼接角钢采用与构件相同的截面。材料用 Q235 钢。 螺栓直径 d=20 mm，孔径 d0=21.5 mm。试对该连接进行设计。
§20.3 高强度螺栓连接
高强度螺栓与普通螺栓的不同点 抗剪时: 普通螺栓连接在依靠杆身承压和螺栓抗剪来传递剪 力，在扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小，其影响 可以忽略; 高强度螺栓连接除了材料强度高之外，还要求在扭 紧螺帽时给螺栓施加很大的预拉力，使被连接构件 的接触面之间产生挤压力，从而沿接触面上产生很 大的摩擦力，这种摩擦力对外力的传递有很大的影 响。
N 315000 96.9 3250 被连接钢板净截面强度 An MPa＜[ ]=140MPa， 满足要求。 连接板的厚度之和（16mm）大于被连接板的厚度（12mm） ，故不需验算 连接板强度。
被连接板毛截面强度 求。

N 420000 103 A 12 340 MPa＜[ ]=140 MPa，满足要
b V
1 1 [ N ] nf P k = 1.7 2 0.30 155000 54.706kN N1 =40.495 kN ， 满足要求。 考虑螺栓孔前传力时净截面应力将更低， 由例题 20-5 的计算结果可知， 钢板的净截面强度也能满足设计要求（计算从略） 。
3、高强度螺栓群的抗拉计算
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
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：
1）终拧力矩偏差不应大于±10%； 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换； 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 如工字型梁为：上翼缘→下翼缘→腹板。
20.3.2摩擦型高强螺栓单栓承载力（承压型与普通的同）
抗剪连接工作性能 受力过程与普通螺栓相似， 分为四个阶段：摩擦传力的弹性 阶段、滑移阶段、栓杆传力的弹
1
N
3 2 3
4 4
高强度 螺栓
普通螺栓
性阶段、弹塑性阶段。
但比较两条N—δ曲线可知，
O
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
δ
N
由于高强度螺栓因连接件间存在
很大的摩擦力，故其第一个阶段 远远大于普通螺栓。
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。
b t
20.3.3 摩擦型高强度螺栓连接计算
1、轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：
N n b Nv

N N
例 20-7 有一计算截面为 340mm×l2mm 的钢板，采用高强度螺栓和 两块尺寸为 340mm × 8mm 的连接板连接（图 20-40 ） 。承受轴向拉力 N=420kN， 钢材为 Q235 号钢， 螺栓材料为 40 硼钢。 试对该连接进行设计。
轴力作用下：计算方法与普通螺栓相同
N
允许承载力：
弯矩作用下
N 0.6P
b t
由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力P， 故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态， 弹性性能较好，可认为是一个整体,所以假定连接的中和轴 与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力最大。
M
M
1 2 3 4
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。
2.高强度螺栓材料
由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理
45号－8.8级； 40B和20MnTiB－10.9级
（a）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓
2、构件表面处理（高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μ） 摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，
而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P）和板
件间的抗滑移系数μ ；
板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢
号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小；
规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数μ,如表20-6
高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进行板件 的净截面验算.
主板的危险截面为1-1截面。 认为孔前已传50%力(摩擦力克服)，得： 1-1截面的内力为： N
1
b1
t1 t
N
b
0.5n1 N N 1 n 1 n1 计算截面上的螺栓数； n 连接一侧的螺栓总数。
N/2 N/2 a
b
1.抗剪连接单栓允许承载力
对于高强度螺栓摩擦型连接，其破坏准则 为板件发生相对滑移，因此其极限状态为 1点而不是4点，所以1点的承载力即为一 个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：
N
3 1
4
高强度 螺栓
2
3
4
普通螺栓

b v
式中：K—安全系数（1.7）; nf—传力摩擦面数目; μ--摩擦面抗滑移系数; P—预拉力设计值.
2 310×340×8
N
N
340×12
N
N
解： （1）高强度螺栓连接设计 选用螺栓的直径 d 22mm， 孔径 d0 23mm； 钢板接触面采用喷砂后涂 无机富锌漆，按表 20-6，μ=0.35；按表 20-5，一个 M22 高强度螺栓的设计 预拉力 P=190kN；摩擦面数 nf =2。 一个高强度螺栓的容许承载力为
20.3.1高强度螺栓连接的施工 1、高强度螺栓预拉力与的施拧方法 预拉力： 0.9 0.9 0.9 P Ae f u 1.2
Ae—螺纹处有效截面积； fu—螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu =830N/mm2， 10.9级，取fu =1040N/mm2
施拧方法： 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；
M
N1 N2 N3 N4
y1 y2 中 和 轴 受压区
由力学可得：
N3 Nn N1 N 2 y1 y2 y3 yn

N1
M N1 y1 N 2 y2 N n yn M y1
2 y i i 1 n
因此，设计时只要满足下式即可：
N1 Ntb

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