5紧固件连接钢结构

一、单个螺栓的承载力设计值计算(P109-110)
单个螺栓的承载力设计值的方法，适用 于普通螺栓连接和高强度螺栓的承压型连接。
(1). 抗剪螺栓承载力设计值(P109)
nv 1
nv 2
抗剪螺栓连接
nv ?
b • 螺杆抗剪承载力设计值：Nv nv
d2
4
f vb
nv为受剪面数目
Σt为在同一受力方向承
压的构件较小总厚度
• 孔壁承压承载力设计值：Ncb d t fcb f vb , fcb (P524表1.3)
一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值。
t
问题讨论（P110）
1）普通螺栓受剪面处有可能遇有螺纹，也可能无螺纹
我国设计规范中规定：对高强度螺栓承压型连接，当剪切面处于螺纹 处时应按螺纹处的有效截面积进行计算；但对普通螺栓，不论剪切面是否 处在螺纹处，一律以螺杆杆身的截面积进行计算。
摩擦力
N 2
N
N 2
螺栓中预拉力
板叠中预压力
图5.2 高强度螺栓摩擦型连接
2.高强度螺栓

• •
承压型连接
对螺栓材质、预拉力大小和施工安装等的要求与摩擦型的完全相同； 以摩擦力被克服、节点板件发生相对滑移后孔壁承压和螺栓受剪破坏 作为承载能力极限状态； 承载能力高于高强度螺栓摩擦型连接，可节省连接材料； 在摩擦力被克服后将产生一定的滑移变形，因而其应用受到限制；
2）螺栓的承压面积事实上为半个圆柱面面积
按假定承压应力均布在通过螺栓直径的截面dt上来计算。因为承压设 计值是按假定截面积=dt计算的。
பைடு நூலகம்
d
d d
3）复杂情况下的∑t，nv取值问题（P111）
较复杂的螺栓连接时，剪切面数nv究竟是几个，Σt取多大，应通过 分析确定，不能硬套公式。 如图：板1与板2 间剪切面需传递荷载 N/3，板2与板 3间剪切面只传 递荷载N/6。因而从螺杆受剪强度来计算所需螺栓数目n1时，宜按最大 受剪面的荷载由下式得出（1个剪切面）：

按计算增加50％的情况：(P116)
节点板 角钢
N
节点板
短角钢
N l1
（b）
l1
（a ）
P112
>=1.5d0
>=3d0
>=2d0
解：
b 螺栓抗剪承载力设计值：Nv 2
d2
4 孔壁承压承载力设计值：Ncb d t fcb 97.6kN
需要螺栓个数：n N / N b 6.08 取n=8
则需螺栓数： n N b
hN
n
4．螺栓数目因连接的工作情况较差而需增加：

按计算增加10％的情况：(P115-116)
n
1.1n 填板
a. 借助填板或其他中间板件
与另一构件连接；
1.1n
b. 搭接接头；
1.1n 拼接板
1.1n
c. 用拼接板的单面连接。
（ a ）中所需 6 个螺栓，但 连接长度太长。（b）中缩 短连接长度，保留4个，其 余2个螺栓则利用短角钢与 节点板相连，此时可以在 短角钢的外伸肢安放2个， 连接肢上安放 2×1.5 ＝ 3 个； 也可以对换布臵。
净截面面积An和受力除考虑1-1截面破坏外，还要考虑2-2截面的破坏。
l1 N N 平均值
3.当l1>15d0时，应将Nb承载力设计值乘以折减系数h(P114)
l h 1.1 1 0.7 150d0
此时 , 即便连接进入了弹塑性阶段， 各螺杆所受内力仍不易均匀，端部螺 栓首先达到极限强度而破坏，随后由 外向里依次破坏。 折减系数不适用于高强度螺栓摩 擦型连接。
5.4 普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的计算（P109） 主要内容 一、单个螺栓的承载力设计值计算(P109-110) 二、轴心力作用下螺栓群的抗剪连接计算(P111) 三、偏心力作用下螺栓群的抗剪连接计算（P116）
（需验算是否满足强度条件式P117，5.8）
四、轴心力作用下螺栓群的抗拉连接计算（P121） 五、弯矩作用下螺栓群的抗拉连接计算（P122-123）
N
N
5螺栓弯曲变形 (∑t≤5d以避免)
6块状拉剪破坏
在普通螺栓和承压型高强度螺栓抗剪连接中需进 行计算的主要三项（P107） 1.保证螺杆不剪断 2.保证孔壁不因承压而破坏 3.要求构件具有足够的净截面积，不使板件拉断。
二、抗拉螺栓连接
1.破坏形式：螺栓杆拉断 2.撬力的影响（P109图5.9）
b
a
3×p = 3p
工字钢或槽钢的翼缘和腹板上的最大开孔直径以及图中emin、 cmin 和hmax均与它们的型号相关。
g1
g2
hmax
hmax
b＜125mm仅可设单排孔 g、最大开孔直径与b相关 p≥3d0，a≥3d0
b
g
cmin
5.3 普通螺栓连接和高强度螺栓承压型 连接的工 作性能（P107）
（3）按构造要求排列需要的螺栓.
（ 4 ）验算净截面强度、验算复杂应力是否满足强度条件式。
在受力较复杂的螺栓连接中，也可先假定需要的螺栓数进行排列后验 算受力最大的螺栓是否小于其承载力设计值；相差过大时，重新假定 螺栓数进行排列和复算。 单个螺栓的承载力设计值的方法，适用于普通螺栓连接和高强度螺栓 的承压型连接。
钢结构——
原理与设计
第5章 钢结构的紧固件连接
第5章 钢结构的螺栓连接
主要内容：

螺栓的种类和螺栓孔类别 螺栓的排列 普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的工作性能 普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的计算

高强度螺栓摩擦型连接的计算
普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的计算 高强度螺栓摩擦型连接的计算
t1
N/3
d
(2). 抗拉螺栓承载力设计值(P111)
N tb
de2
4
ftb
f t b (P524表1.3)
de为螺栓在螺纹处的有效直径，较螺杆直径为小但大于螺纹根部直径，
其大小与螺距有关，按螺栓的国家标准确定（P525，表1.4）。
螺栓直径 d（mm） 螺 距 p（mm） 螺栓有效直径 螺栓有效面积 de（mm） Ae（mm2）

2. 高强度螺栓

性能等级：10.9级和8.8级； 栓孔： Ⅱ类孔，钻成孔(不能冲成孔)； 制作材料：高强度钢。
二、螺栓孔的类别（P102）
1. Ⅰ类孔

在装配好的构件上按设计孔径钻成；
在单个构件上分别用钻模按设计孔径钻成；
在单个的构件上先钻成或冲成较小孔径，装配好后再扩 钻至设计孔径；
螺栓线距g
螺栓距p
端距a 边距c 边距c
二、热轧型钢上排列螺栓的要求（P106-107）
emin
a
3×p = 3p
a
b≥125mm可双排交错排孔 g1、g2和最大开孔直径与b相关 p≥3d0，a≥2d0
g1 g2
emin cmin
b
b≥140mm可双排并列排孔 g1、g2和最大开孔直径与b相关 p≥3d0，a≥2d0
重点：

紧固件连接包括螺栓、铆钉、销钉等连接，目前后二 者已不在新建钢结构上使用。 销钉连接
铆钉连接
螺栓连接
一、螺栓的种类（P101）
1. 普通螺栓
产品等级：A、B级（精制） 、C级（粗制） ； 栓孔：A、B级采用Ⅰ类孔，C级采用Ⅱ类孔； 建筑钢结构中主要采用C级，性能等级：4.6级和4.8级； 4.6级表示抗拉强度不小于400N/mm2，屈强比0.6，屈服点不 小于240N/mm2 制作材料：C级螺栓可采用Q235钢。
=外力设计值/螺栓承载力设计值
｛N 取
b
Ncb和Nvb中较小者
排列螺栓时应注意：要使所连接构件的截面削弱为最少，要使连接长 度为最短，以节省钢材。 拼接接缝处，一般应留空隙10mm
块状拉剪撕裂
端距a≥2d0， 螺栓距p≥2d0， 边距c≥1.5d0，
b
a
p
p
a 10
l
p
p
a
c
g
g
N
N
c
2.验算连接板件的净截面强度和块状拉剪强度(P113例) N / An f
抗拉螺栓连接总是通过T形连接件传 力，螺栓杆沿其轴线承受拉力。连 接不当时，由杠杆作用使翼缘端部 将产生撬力 Q ，导致螺栓实际拉力 N(=F+Q)大于所受荷载F。为了减少 撬力影响，可以通过设臵加劲肋等 方式增加连接件的刚度。 计算中并不具体计算撬力，而是通过螺栓轴心受拉强 度折减，即取设计值的0.8倍来予以考虑,即ftb=0.8f。
• • • •
采用Ⅱ类孔，孔径比杆径大1.0-1.5mm
目前应用还不多，设计规范规定它只能用于承受静力荷载或间接承受 动力荷载的结构中。
5.2 螺栓的排列 5.2.1 螺栓排列方式
并列
错列
钢板和角钢上的螺栓排列
5.2 螺栓排列 （P104、105）
一、钢板板叠上排列 螺栓的要求
螺栓距、螺栓线 距、端距、边距 的最大和最小允 许距离 （P105表5.1）
精制 (A、B)级
高
高
粗制 (C级)
较低
低
1）抗拉连接； 2）静力荷载下抗剪连接； 3）加防松措施后受风振作用抗剪； 4）可拆卸连接； 5）安装螺栓； 6）与抗剪支托配合抗拉剪联合作用
其中A级公称孔径d≤24mm，螺杆公称长度l≤150mm与10d中的较小值。 其余为B级
三、螺栓连接的种类（P103）
六、剪力与弯矩同时作用下螺栓群的连接计算（P125）
（需验算是否满足强度条件式P125 ， 5.21）