第7章第四节

A、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为： 、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为：
N = 0.8 P
b t
(73)
Q N
2N 51 19 N Q
当考虑橇力影响时，螺栓杆的 当考虑橇力影响时， 拉力P 的关系曲线如图： 拉力 f与Nt的关系曲线如图： Nt≤0.5P时，橇力Q=0； 时 橇力Q=0； Q=0 Nt≥0.5P后，橇力Q出现，增加 后 橇力Q出现， 速度先慢后快。 速度先慢后快。 先慢后快 橇力Q 橇力Q的存在导致连接的极限承 载力由Nu降至Nu’。 载力由N 降至N 。 故设计时不考虑橇力的影响, 故设计时不考虑橇力的影响,应 使Nt≤0.5P或增加连接板件的 或增加连接板件的 刚度（如设加劲肋）。 刚度（如设加劲肋）。
N
3 1 2 3 4
普通螺栓
4
高强度 螺栓
N = 0.9n f ⋅ µ ⋅ P
b ：0.9 抗力分项系数 式中：0.9—抗力分项系数γR的倒 数(γR=1.111); 传力摩擦面数目; nf—传力摩擦面数目; 传力摩擦面数目
N/2 N/2 a
b
N
μ--摩擦面抗滑移系数; --摩擦面抗滑移系数 摩擦面抗滑移系数;
f − 钢材强度设计值 d 0 − 螺栓孔直径； ; 螺栓孔直径； b − 主板宽度；t − 主板厚度。 主板宽度； 主板厚度。
δ—板叠厚度。 板叠厚度。 板叠厚度
当板件即将被拉开时： =0， 因此： 当板件即将被拉开时： Cf=0，有Pf=Nt，因此：
Pf = P + Pf Ap Ab + 1 (70)
Nt C-△C=Cf P+△P=Pf +
近似取A =10， 近似取AP/Ab=10，得：
Pf = P + Pf 10 + 1 (71)
2、高强度螺栓预拉力的确定 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度 有效抗拉强度确 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确 定的，并考虑了以下修正系数： 定的，并考虑了以下修正系数： 材料的不均匀性的折减系数0.9； 材料的不均匀性的折减系数0.9； 0.9 防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9； 防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数 ； 考虑拧紧螺帽时， 考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度 的降低除以系数1.2。 的降低除以系数1.2。 附加安全系数0.9。 附加安全系数 。 因此，预拉力： 因此，预拉力： 0.9 × 0.9 × 0.9 P= Ae f u (62) 1.2
1、轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数： 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数： 对于摩擦型连接： 对于摩擦型连接：
N n≥ b Nv
对于承压型连接： 对于承压型连接：
N
N
N n≥ b N min
为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算. 为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算.
1 t1 t b 1
N
3 1 2 3 4
普通螺栓
4
高强度 螺栓
N/2 N/2 a
b
N
2 1 O
δ
（2）抗剪连接单栓承载力 A、高强度螺栓摩擦型连接，其极限 、高强度螺栓摩擦型连接， 摩擦型连接 状态为1点而不是 点 状态为 点而不是4点，因此一个高强 点而不是 度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力： 度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：
为了防止孔壁的承压破坏，应满足： 为了防止孔壁的承压破坏，应满足：
2
2
(76)
N cb Nv ≤ 1.2
(77)
系数1.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的 系数1.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的 1.2 承压承载力降低的修正系数。 承压承载力降低的修正系数。
二、高强度螺栓群的抗剪计算
预拉力设计值。 P—预拉力设计值。 预拉力设计值
N
4 3 1 2 3 4
普通螺栓 高强度 螺栓
B、对于高强度螺栓承压型抗剪 、对于高强度螺栓承压型抗剪 连接，其极限状态为4点 连接，其极限状态为 点，故其单 栓抗剪承载力计算方法与普通螺 栓相同。 栓相同。
2 1 O
δ
抗剪承载力： 抗剪承载力： 承压承载力： 承压承载力：
N = nv
b v
πd e2
4
f
b v
(64)
b N c = d ∑ t f cb
(65)
b b b 单栓抗剪承载力： 单栓抗剪承载力： N min = min N v ，N c
{
}
(66)
5、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力 N
P C
Nt
C-△C=Cf P+△P=Pf +
当外拉力N=0时 当外拉力 =0时：P=C； =0 ； 当外拉力N= 板件间的压力C减小为 减小为C 当外拉力 =Nt时：板件间的压力 减小为 f，栓杆拉力 P增加为 f，由力及变形协调得： 增加为P 由力及变形协调得： 增加为 Pf − P C −Cf Pf = N t + C f (3 − 67) (68) ⋅δ = ⋅δ EAb EAp Nt 栓杆截面面积； Ab—栓杆截面面积； 栓杆截面面积 (69) ∴ Pf = P + 板件挤压面面积； Ap—板件挤压面面积； 板件挤压面面积 Ap Ab + 1
螺纹处有效截面积； Ae—螺纹处有效截面积； 螺纹处有效截面积 螺栓热处理后的最抵抗拉强度； fu—螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu =830N/mm2， 螺栓热处理后的最抵抗拉强度 8.8级 10.9级，取fu =1040N/mm2 10.9级
3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μ 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， 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（ ） 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 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； 号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小；
6、高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下的工作 性能和单栓承载力 （1）高强度螺栓摩擦型连接 Nt≤P时栓杆的预拉力变化不大 μ随Nt的增大而减小 随Nt的增大板件间的挤压力减小 连接的 抗剪能 力下降
Nt Nv + b ≤1 b Nt Nv
(75)
N t、N v − 外力作用下每个螺栓承 担的拉力和剪力设计值 ；
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 摩擦型高强度螺栓—通过板件间摩擦力传递内力， 摩擦型高强度螺栓 通过板件间摩擦力传递内力， 通过板件间摩擦力传递内力 破坏准则为克服摩擦力； 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。 承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似 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方法 A、转角法 、 施工方法： 施工方法： 初拧—用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 初拧 用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 用普通扳手拧至不动
∴ P f = 1.1P
(72)
显然栓杆的拉力增加不大。 显然栓杆的拉力增加不大。 试验证明: 松弛现象， 试验证明: Nt＞P时，卸载后将发生松弛现象， 时 卸载后将发生松弛现象 Nt≤0.8P时，则无松弛现象。 时 则无松弛现象。 Nt=0.8P时， Pf=1.07P，可认为螺杆的预拉力不变。 时 ，可认为螺杆的预拉力不变。 所以规范规定： 所以规范规定：
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,如下表
一个高强螺栓的预拉力P（kN） 一个高强螺栓的预拉力 （kN）
螺栓的公称直径（mm） 螺栓的公称直径（ ） 螺栓的性能等级 8.8级 级 10.9级 级 M16 80 100 M20 125 155 M22 150 190 M24 175 225 M27 230 290 M30 280 355
4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力 (1)抗剪连接工作性能 (1)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： 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、栓杆传力的弹性阶段、 传力的弹性阶段、滑移阶段、栓杆传力的弹性阶段、 弹塑性阶段。 弹塑性阶段。
摩擦面的抗滑移系数μ
在连接处构件接触面的处理 方法 喷砂（ 喷砂（丸） 喷砂（ 喷砂（丸）后涂无机富锌漆 喷砂（ 喷砂（丸）后生赤锈 钢丝刷清除浮锈或未经处理 的干净轧制表面 构件的钢号 Q235钢 钢 0.45 0.35 0.45 0.3 Q345钢、Q390钢 钢 钢 0.50 0.40 0.50 0.35 Q420钢 钢 0.50 0.40 0.50 0.40
N = Ae f t =
b t b
πd e2
4
ft
b
(74)
式中： 螺栓杆的有效截面面积； 式中：Ae--螺栓杆的有效截面面积； 螺栓杆的有效截面面积 螺栓杆的有效直径； de--螺栓杆的有效直径； 螺栓杆的有效直径 高强度螺栓的抗拉强度设计值。 ftb—高强度螺栓的抗拉强度设计值。 高强度螺栓的抗拉强度设计值 上式的计算结果与0.8P相差不多。 相差不多。 上式的计算结果与 相差不多
b N tb、N v − 单个高强度螺栓的抗拉 和抗剪承载力设计值。 和抗剪承载力设计值。
（2）高强度螺栓承压型连接 高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计 算方法与普通螺栓相同。 算方法与普通螺栓相同。
Nv Nt b + b ≤1 N N v t
C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓） 、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓） 施工方法： 施工方法： 初拧—拧至终拧力矩的60% 80%； 初拧 拧至终拧力矩的60% 80%； 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。 终拧 初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。 初拧基础上 特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等 特点：施工简单、技术要求低易实施、 高强度螺栓的施工要求： 高强度螺栓的施工要求： 终拧力矩偏差不应大于±10%； 1）终拧力矩偏差不应大于±10%； 如发现欠、漏和超拧螺栓应更换； 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换； 拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 腹板。 如工字型梁为：上翼缘→ 如工字型梁为：上翼缘→下翼缘→腹板。