钢结构螺栓连接计算例题
钢结构的连接-螺栓连接
刨平顶紧 承托(板)
N1 M NNN34中2 y和3 y轴2 y1
受压区
☻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。
显然‘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)
x1 r1
N1T r1
n
T x1 rx3；i2 NnnTy
2
i
Nr11(T3rn44)
(3 40)
i 1
i 1
i 1
i 1
由此可得螺栓1的强度验算公式为:
N
2 1Tx
N 1Ty N 1F
2
N
b min
(3 45)
另外,当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时,可进行如下 简化计算：
令:xi=0，则N1Ty=0
由力学及假定可得：
N1 M NNN34中2 y和3 y轴2 y1
受压区
N1 N2 N3 Nn
y1
y2
y3
yn
(3 52)
M N 1 y1 N 2 y2 N n yn (3 53)
由式3--52得:
N2
N1 y1
y2；N 3
N1 y1
y3；
Nn
N1 y1
yn
(3 54)
将式3--54代入式3--53得:
(3 42)
y 1 N1Tx
r1
N1T
N1Tx
T r1
n
n
x
2 i
y1
y
2 i
r1
T y1
n
钢筋结构螺栓连接_附答案
钢结构练习四螺栓连接一、选择题（××不做要求）1．单个螺栓的承压承载力中，[N]= d∑t·f y，其中∑t为（ D ）。
A）a＋c＋e B）b＋dC）max{a+c+e，b+d}D）min{a+c+e，b+d}2．每个受剪拉作用的摩擦型高强度螺栓所受的拉力应低于其预拉力的（ C ）。
A）1.0倍B）0.5倍C）0.8倍D）0.7倍3．摩擦型高强度螺栓连接与承压型高强度螺栓连接的主要区别是（ D ）。
A）摩擦面处理不同B）材料不同C）预拉力不同D）设计计算不同4．承压型高强度螺栓可用于（ D ）。
A）直接承受动力荷载B）承受反复荷载作用的结构的连接C）冷弯薄壁型钢结构的连接D）承受静力荷载或间接承受动力荷载结构的连接5．一个普通剪力螺栓在抗剪连接中的承载力是（ D ）。
A）螺杆的抗剪承载力B）被连接构件（板）的承压承载力C）前两者中的较大值D）A、B中的较小值6．摩擦型高强度螺栓在杆轴方向受拉的连接计算时，（ C ）。
A）与摩擦面处理方法有关B）与摩擦面的数量有关C）与螺栓直径有关D）与螺栓性能等级无关7．图示为粗制螺栓连接，螺栓和钢板均为Q235钢，则该连接中螺栓的受剪面有（ C ）个。
A ）1B ）2C ）3D ）不能确定8．图示为粗制螺栓连接，螺栓和钢板均为Q235钢，连接板厚度如图示，则该连接中承压板厚度为（ B ）mm 。
A ）10B ）20C ）30D ）409．普通螺栓和承压型高强螺栓受剪连接的五种可能破坏形式是：I ．螺栓剪断；Ⅱ．孔壁承压破坏；Ⅲ．板件端部剪坏；Ⅳ．板件拉断；Ⅴ．螺栓弯曲变形。
其中（ B ）种形式是通过计算来保证的。
A ）I 、Ⅱ、ⅢB ）I 、Ⅱ、ⅣC ）I 、Ⅱ、ⅤD ）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ10．摩擦型高强度螺栓受拉时，螺栓的抗剪承载力（ B ）。
A ）提高B ）降低C ）按普通螺栓计算D ）按承压型高强度螺栓计算11．高强度螺栓的抗拉承载力（ B ）。
钢结构计算题(焊接、螺栓连接、稳定性)
Q235用。
由于翼缘处的剪应力很小，假定剪力全部由腹板的竖向焊缝均匀承受，而弯矩由整个T 形焊缝截面承受。
分别计算a 点与b 点的弯矩应力、腹板焊缝的剪应力及b 点的折算应力，按照各自应满足的强度条件，可以得到相应情况下焊缝能承受的力F i ，最后，取其最小的F 值即为所求。
1．确定对接焊缝计算截面的几何特性 (1)确定中和轴的位置()()()()8010102401020160)10115(1010240510201601≈⨯-+⨯-+⨯⨯-+⨯⨯-=ymm160802402=-=y mm(2)焊缝计算截面的几何特性()623231068.22)160115(230101014012151602301014023010121mm I x ⨯=-⨯⨯+⨯⨯++-⨯⨯+⨯⨯=腹板焊缝计算截面的面积：230010230=⨯=w A mm 22．确定焊缝所能承受的最大荷载设计值F 。
将力F 向焊缝截面形心简化得：F Fe M 160==（KN·mm） F V =（KN ）查表得：215=w c f N/mm 2，185=w t f N/mm 2，125=wv f N/mm 2点a 的拉应力M a σ，且要求M a σ≤wt f 18552.01022688010160431===⨯⨯⨯==w t x M af F F I My σ N/mm 2 解得：278≈F KN点b 的压应力Mb σ，且要求Mb σ≤wc f 215129.110226816010160432===⨯⨯⨯==wc x Mbf F F I My σ N/mm 2 解得：5.190≈F KN由F V =产生的剪应力V τ，且要求V τ≤wV f125435.010231023===⨯⨯=wV V f F F τ N/mm 2 解得：7.290≈F KN点b 的折算应力，且要求起步大于1.1wt f ()()()w t V M bf F F 1.1435.03129.132222=⨯+=+τσ解得：168≈F KN缝的距离不相等，肢尖焊缝的受力小于肢背焊缝的受力，又题中给出了肢背、肢尖焊缝相同的长度和焊脚尺寸，所以，只要验算肢背焊缝的强度，若能满足，肢尖焊缝的强度就能肯定满足。
钢结构例题(1)
1.验算柱与牛腿间高强螺栓摩擦型连接是否安全，螺栓M20，10.9级，摩擦面的抗滑移系数μ=0.5，高强螺栓的设计预拉力
P=155kN。
2. 如图所示悬伸板，采用直角角焊缝连接，钢材为Q235，焊条为E43型。
手工焊，已知：斜向力F 为250kN ，160 w f
f N/mm 2，试确定此连接焊缝所需要的最小焊脚尺寸。
3. 工字形截面梁，H540X200X10X20，绕强轴受力，截面尺寸如图，当梁某一截面所受弯矩M=400kN·m、剪力V=580kN时，试验算梁在该截面处的强度是否满足要求。
已知钢材为Q235B，f=215N/mm2, f v=125N/mm2。
4. 验算如图所示轴心受压柱的整体稳定性和局部稳定性能否满足要求。
已知轴向荷载设计值为N=1500kN，Q235B级钢f =215N ／mm2，截面绕x轴为b类截面、绕y轴为c 类截面。
λ35 40 45 50 55
b类0.918 0.899 0.878 0.856 0.833
c类0.871 0.839 0.807 0.775 0.742
5．图示连接中，焊脚尺寸h f =8mm，钢材为Q235B级，板厚小于16mm时f =215N／mm2，板厚大于16mm时f=205N／mm2，手工焊，焊条为E43系列，w
f=160N／mm2，
f
试计算此连接承受静力荷载时的设计承载能力。
第八章(焊缝、螺栓连接)--钢结构习题参考解答
8.4 有一工字形钢梁，采用I50a （Q235钢），承受荷载如图8-83所示。
F=125kN ，因长度不够而用对接坡口焊缝连接。
焊条采用E43型，手工焊，焊缝质量属Ⅱ级，对接焊缝抗拉强度设计值2205/w t f N mm =，抗剪强度设计值2120/w v f N mm =。
验算此焊缝受力时是否安全。
图8-83 习题8.4解：依题意知焊缝截面特性：A=119.25cm 2，Wx ＝1858.9cm 3,Ix=46472cm 4,Sx=1084.1cm 3,截面高度h=50cm ，截面宽度b=158mm ，翼缘厚t=20mm ，腹板厚tw=12.0mm 。
假定忽略腹板与翼缘的圆角，计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S 1=20×158×（250－10）=7.584×105mm 3。
对接焊缝受力：125V F kN ==；2250M F kN m =⨯=⋅ 焊缝应力验算：最大正应力：622325010134.5/205/1858.910w t x M N mm f N mm W σ⨯===<=⨯ 最大剪应力：33224125101084.11024.3/120/464721012w x v x w VS N mm f N mm I t τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯ 折算应力：22127.2/205/w zs t N mm f N mm σ=<= 故焊缝满足要求。
8.5 图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。
钢材为Q235钢，焊条用E43型，手工焊，角焊缝强度设计值2f 160/w f N mm =。
T=350kN ，验算焊缝的受力。
图8-84 习题8.5 图8-84-1 焊缝截面计算简图解：（注：焊缝上下翼缘长度114mm 有些问题，应取2130210110l tmm -=-⨯=，黄钜枝06年6月19日）如图8-84-1，截面特性计算如下：2(11425242882)0.75667.2f A h mm =⨯+⨯+⨯⨯= 228820.73225.6w f A h mm =⨯⨯=32741288288[2882114(16)252()4]0.77.913101222f f I h mm =⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=⨯焊缝受力：247.52N kN ==；247.52V kN ==； 49.5M V e kN m =⋅=⋅ 应力验算：危险点为a 、b 两点，下面分别验算： 对a 点： 32247.51043.67/5667.2N aN N mm A σ⨯===62749.510160100.09/7.91310M a af My N mm I σ⨯⨯===⨯ 2243.67100.09143.76/195.2/N Mw a a f f N mm f N mm σσβ+=+=<=对b 点：32247.51076.73/3225.6V bw V N mm A τ⨯=== 243.67/N Nb a N mm σσ==62749.51014490.16/7.91310M b bf My N mm I σ⨯⨯===⨯22133.87/160/w f N mm f N mm =<=故焊缝强度满足要求。
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
钢结构的螺栓连接-附答案
钢结构练习四螺栓连接一、选择题（××不做要求）f y，其中∑t为（ D ）。
1．单个螺栓的承压承载力中，[N]= d∑t·A）a＋c＋e B）b＋dC）max{a+c+e，b+d}D）min{a+c+e，b+d}2．每个受剪拉作用的摩擦型高强度螺栓所受的拉力应低于其预拉力的（ C ）。
A）1.0倍B）0.5倍C）0.8倍D）0.7倍3．摩擦型高强度螺栓连接与承压型高强度螺栓连接的主要区别是（ D ）。
A）摩擦面处理不同B）材料不同C）预拉力不同D）设计计算不同4．承压型高强度螺栓可用于（ D ）。
A）直接承受动力荷载B）承受反复荷载作用的结构的连接C）冷弯薄壁型钢结构的连接D）承受静力荷载或间接承受动力荷载结构的连接5．一个普通剪力螺栓在抗剪连接中的承载力是（ D ）。
A）螺杆的抗剪承载力B）被连接构件（板）的承压承载力C）前两者中的较大值D）A、B中的较小值6．摩擦型高强度螺栓在杆轴方向受拉的连接计算时，（ C ）。
A）与摩擦面处理方法有关B）与摩擦面的数量有关C）与螺栓直径有关D）与螺栓性能等级无关7．图示为粗制螺栓连接，螺栓和钢板均为Q235钢，则该连接中螺栓的受剪面有（ C ）个。
A）1 B）2 C）3 D）不能确定8．图示为粗制螺栓连接，螺栓和钢板均为Q235钢，连接板厚度如图示，则该连接中承压板厚度为（ B ）mm。
A）10 B）20 C）30 D）409．普通螺栓和承压型高强螺栓受剪连接的五种可能破坏形式是：I ．螺栓剪断；Ⅱ．孔壁承压破坏；Ⅲ．板件端部剪坏；Ⅳ．板件拉断；Ⅴ．螺栓弯曲变形。
其中（B ）种形式是通过计算来保证的。
A ）I 、Ⅱ、ⅢB ）I 、Ⅱ、ⅣC ）I 、Ⅱ、ⅤD ）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ10．摩擦型高强度螺栓受拉时，螺栓的抗剪承载力（B ）。
A ）提高B ）降低C ）按普通螺栓计算D ）按承压型高强度螺栓计算11．高强度螺栓的抗拉承载力（B ）。
同济大学第八章(焊缝、螺栓连接)--钢结构习题参考解答
8.4 有一工字形钢梁，采用I50a （Q235钢），承受荷载如图8-83所示。
F=125kN ，因长度不够而用对接坡口焊缝连接。
焊条采用E43型，手工焊，焊缝质量属Ⅱ级，对接焊缝抗拉强度设计值2205/w t f N mm =，抗剪强度设计值2120/w v f N mm =。
验算此焊缝受力时是否安全。
图8-83 习题8.4解：依题意知焊缝截面特性：A=119.25cm 2，Wx ＝1858.9cm 3,Ix=46472cm 4,Sx=1084.1cm 3,截面高度h=50cm ，截面宽度b=158mm ，翼缘厚t=20mm ，腹板厚tw=12.0mm 。
假定忽略腹板与翼缘的圆角，计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S 1=20×158×（250－10）=7.584×105mm 3。
对接焊缝受力：125V F kN ==；2250M F kN m =⨯=⋅ 焊缝应力验算：最大正应力：622325010134.5/205/1858.910w t x M N mm f N mm W σ⨯===<=⨯ 最大剪应力：33224125101084.11024.3/120/464721012w x v x w VS N mm f N mm I t τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯ 折算应力：22127.2/205/w zs t N mm f N mm σ=<= 故焊缝满足要求。
8.5 图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。
钢材为Q235钢，焊条用E43型，手工焊，角焊缝强度设计值2f 160/w f N mm =。
T=350kN ，验算焊缝的受力。
图8-84 习题8.5 图8-84-1 焊缝截面计算简图解：（注：焊缝上下翼缘长度114mm 有些问题，应取2130210110l t mm -=-⨯=，黄钜枝06年6月19日）此注错误，应取消。
罗烈08年10月28日如图8-84-1，截面特性计算如下：2(11425242882)0.75667.2f A h mm =⨯+⨯+⨯⨯= 228820.73225.6w f A h mm =⨯⨯=32741288288[2882114(16)252()4]0.77.913101222f f I h mm =⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=⨯焊缝受力：247.5N kN =；247.5V kN =； 49.5M V e kN m =⋅=⋅ 应力验算：危险点为a 、b 两点，下面分别验算： 对a 点： 32247.51043.67/5667.2N aN N mm A σ⨯===62749.510160100.09/7.91310M a af My N mm I σ⨯⨯===⨯ 2243.67100.09143.76/195.2/N Mw a a f f N mm f N mm σσβ+=+=<=对b 点：32247.51076.73/3225.6V bw V N mm A τ⨯=== 243.67/N Nb a N mm σσ==62749.51014490.16/7.91310M b bf My N mm I σ⨯⨯===⨯22133.87/160/w f N mm f N mm =<=故焊缝强度满足要求。
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+ F+ T ++ ++ ++ ++
=
+ +
F+ +
N1yF
++
++
++
+
+ +T ++ ++ ++ ++
受力
受力
Ⅰ
Ⅱ
在受力 状态Ⅰ
N1y F
?
F n
?
150 ? 15kN 10
n
1
在受力状态Ⅱ： 螺栓群受扭，可以计算1号 螺栓作为控制
r1
2
N
T 1
r2
o r3 3
1号螺栓所受力的竖向分
4
量
6
5
? N1
2? ?
? 202 4
?140 ? 87964.6N
? 抗压： Ncb ? d tfcb ? 20? 8? 305? 48800N
N 6
6
? ? Nb min
?
min
Nvb , Ncb
? 48.8kN
3、设计
21
需螺栓数：
n?
N Nb
min
?
325 ? 48.8
6.7个
N
螺栓数可以≥6.7即可，所以取7 个螺栓布置如图所示。
?１?
?
? 2２2 4
?
140
?
53218N
+ + + +60 60 +
+
? 抗压： Ncb ? d tfcb ? 22? 8? 305? 53680N
yF
? ? 所以
Nb min
? min
Nvb , Ncb
? 53.218kN
2、计算螺栓群
螺栓群如图，为扭剪
+ + +
iT ri Ni
+
x
+
+
+
可以将螺栓受力看为两种受力的叠加：
n2——粉红线截面上的螺孔
这数样在2-2截面的净截面面积为：
An2 ? [2e4 ? (n2 ? 1) e12 ? e22 ? n2d0]t
例 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。
T y
?
Tx1 xi2 ?
yi2
?
150? 250? 60 602 ?10 ? 802 ? 4 ? 1602 ? 4
? 13.72kN
y
y1
r1
?
o
N 1
T
1X
N1TY
N1T
NF 1y
x1
x
? N1Tx ?
Ty 1 xi2 ?
yi2
?
150 ? 250 ? 160 602 ? 10 ? 80 2 ? 4 ? 160 2 ?
单个螺栓的破坏形态：螺栓被剪断
单个螺栓的破坏形态剪断：板被拉断
单个螺栓的破坏形态剪断：板端被拉豁
注意：
对于下图所示螺栓连接
N/3
a
N/3
b
N/3
c
d
N/2
e
N/2
①受剪计算中： Nvb计算式中的受剪面数nv ，即上图中nv =4。 ② 承压计算中： Ncb计算式中∑t 取 a+b+c 和d+e 之间的最小值 问题：在受剪计算中，对于螺杆的值 d 是否应当按螺纹处的值计算？
表7。
ftb为螺栓的抗拉强度设计值
2、普通螺栓群受轴拉计算
验算公式
N
?
N
b t
当需要确定所需螺栓数时
n——需要的螺栓数 N——总外拉力
N
n?
N 21
净截面强度
在1-1断面： An ? (B ? n1d0 )t ? (360? 2? 21.5)? 8 ? 2536mm2 在2-2断面：An ? (2? 80? 4 802 ? 502 ? 5? 21.5)? 8 ? 3439mm2 所以，1-1断面起控制作用：N ? 325? 103 ? 128.2N / mm2
4
?
36.58 kN
? ? ? ? ? ? N1 ?
N
T 1x
2
?
N1Fy
?
N
T 1y
2
?
36.58 2 ? 13.72 ? 15 2
=46.51kN<Nminb=53.2kN 满足要求
二、普通螺栓受拉性能
1、单个螺栓受拉破坏试验 螺杆受拉，连接板脱开，螺纹处拉断或连接板屈服，螺杆的拉 力为：
a)
Pf Pf
b)
Pf Q
Pf Q
a)
刚度很大时
刚度较小时
b)
加劲 肋
2Nt
2Nt
螺杆拉力 Nt=N+Q Q称为撬力，与连接板厚度和螺栓位置有关。
为了减小撬力可以设置加劲肋
单个螺栓承载能力计算公式
N
b t
?
Ae ftb ?
?
d
2 e
4
ftb
（3-65）
de、Ae 分别为单个螺栓有效直径和有效截面积 ，见教材p279，附
① 当螺栓为并列排列
N
++ ++
++ ++
N
++ ++
++ ++接板受力变化 图
N
N1 N2
N1 =NN2 =N-N/n×n1
N
N/n ×n1 N1
N=NN12 =N-N/n×n1
验算公式
Ni ? f A ni
注意计算截面！
Ani ? (b ? nid0 )t
Ni ——连接件第i截面上的轴力 Ani ——连接件第i截面的净截面面积
+
6e +
+
+ 1+
+
（粉红）进行比较 验算。因此，在进
+
+
+2
1 e2
+ e4 +
+
行该连接的净截面
强度计算时，其中
Ani应取An1和An2中
的2较-小2分值红。线总长： 扣除螺孔直径后：
2 e 4 ? ( n 2 ? 1) e1 2 ? e 2 2
2e4 ? (n2 ? 1) e12 ? e2 2 ? n2d 0
f ——连接板钢材抗拉强度设计值
b ——截面宽
ni ——截面上的螺栓数
d0 ——螺孔直径
t ——板厚
1
2 +
+ e4 +
+
② 螺栓为错列排 N
+
+
+
+
+
+
N
列时的验算
+
6e +
+
+ 1+
+
+
+
+2
1 e2
+ e4 +
+
1
除对1-1截面
2 +
+ e4 +
+
（绿线）验算外， N
+
+
+
+
+
+
N
还应对2-2截面
An 2536
例 图示牛腿用普通螺栓连接，柱翼缘厚度为 10mm ，连接板厚度为 8mm ，材料Q235B，F=150kN ，粗制螺栓为M22。
解：1、分析
y 250 F
①本题是验算题 ②计算单个螺栓抗剪的最大承载能力
50 4X80
+ + +
i ri Ni
+
x
50
抗剪：
Nvb
?
nv
?
d2 4
f
b v
解：1、分析
①计算螺栓所受的力为剪力
②本题为设计题，所包含的内容 N
包括：所需的螺栓数，螺栓的布
置③。已知条件为：N=325kN，材料 8
即：f
b v
=140N/mm
2，
fcb=305N/mm 2，d=20mm ，t1=8，
t22、=6计算单个螺栓的承载能力设计
值抗剪：
Nvb
?
nv
?
d 4
2
fvb
?
不需要。因为，规范中关于普通螺栓的抗剪强度设计值，是由 试验得到的，而在制定规范时，没有区分作用位置。
（3） 净截面强度计算
由于螺栓孔削弱了板件的截面，为了防止板件在削弱截面的破 坏需验算净截面的强度。对于外力通过螺栓群形心的杆件，应当满 足强度计算公式
??N?f An
式中：N 为所受的轴力； f 为材料抗拉强度设计值； An 为杆件截面的净截面面积