摩擦型高强度螺栓抗剪连接实验
高强度螺栓连接的计算
1
o
P=768kN
图3-76
[ 解]
（1）计算作用在螺栓群形心处的力素
60o
剪力：V=Psin60°=768×0.866=665kN o 轴心拉力：N=Pcos60°=768×0.5=384kN 弯矩：M=Ne=384×15=5760kNcm P V （2）验算强度 连接手M、V、N共同作用，形心轴过“o”点， “1”点是最危险点。
实际单个螺栓承受的内力 为：
N 1200 kN 100 kN N b V 111 .6kN (满足要求） n 12
（2）验算钢板强度 构件厚度t=16mm<2t1=20mm,故应验算构件截面。查表得 f=310N/mm2
构件得毛截面强度为
N 1200103 ＝ 250N / mm2 f 310N / mm2 A 30016
• 例题3-13
解：（1）计算单 个摩擦型高强螺栓 的承载能力：
75
Nb V 0.9n f μ P ＝0.9 0.45 155 ＝60.75KN
70 70
75
（2）计算单个螺栓在外力作用下承受的最大荷载
N
V 1Y
V 60 kn 10 KN n 6
T V e 60 0.3 18KN M
高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、 垫圈的合称，强度等级10.9h和8.8级。
特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达80～ 355kN。 分类： 摩擦型——连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。 以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许 相互滑动，变形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂， 连接板间摩擦力 使=0.3～0.55。
N
T 1X
T y1 18106 75 26.01KN 2 2 2 2 xi yi 6 70 4 75
高强度螺栓连接抗剪性能研究
28
( a) H BS1
图 5 文献 [ 3]试验模型示意图 F ig. 5 T est deta ils o f reference[ 3]
试件 施加 单调 位移 荷 载, 直 至结 构 破坏。试 验 和有限元计算得到的试件荷载 变形曲线对比 以及组 件变形如图 6所示。由图可知, 有限元分析结果与试 验结果吻合良好。
27
0 引言
钢结构高强度螺栓 连接在 加工制作 和安装 方面 具有明显的 经济 优越 性, 在 国 内外 钢框 架结 构 中被 大量采用。其 中, 高强 度螺 栓 摩擦 型连 接应 用 更为 广泛 [ 1]。但是, 高强度螺 栓连接 由于自 身特点, 其抗 剪性能的影响因素 繁多, 例如 抗滑移 系数, 高强 度螺 栓预拉力值, 高强螺栓等级 ( 10 9级或 8 8 级 ) , 螺栓 直径, 钢板厚度以 及强度等 级等。目前, 国内外 部分 学者多是利 用试 验 手段 [ 1 4] 或 是建 立实 体有 限 元模 型进行研究 [ 5 8] , 但由于试 验成本 高, 同 时, 高强 度螺 栓连接的实体有限元 模型涉 及材料接 触高度 非线性 行为, 导致计算代价 过高, 往往 局限于 对结构节 点的 模拟, 难以应 用 到整 体结 构之 中, 因此, 本文 试 图寻 找一种简单准确的高强度螺栓连接抗剪简化模型。
高强度螺栓连接抗 剪模型 中的接触 主要有 几个 方面: 盖板与 芯 板接 触, 螺 栓 与盖 板上 表面 接 触, 螺 栓与芯板、盖板孔壁接触, 具体形式如图 1 a所示。接 触面切线方 向采 用库 伦摩 擦, 抗滑 移系 数根 据 试验 选取, 法 向 方 向 为 硬 接 触。 在 螺 栓 中 面 利 用 Bo lt Load 命令施加螺栓预紧力 ( 图 1b )。
高强螺栓试验作业指导书
高强螺栓试验作业指导书一、背景介绍高强螺栓是一种常用于建造、桥梁、机械设备等领域的紧固件，具有高强度、耐腐蚀等特点。
为了确保高强螺栓的质量和可靠性，需要进行试验作业。
本指导书旨在提供高强螺栓试验作业的标准格式，以确保试验过程的准确性和一致性。
二、试验目的本次试验的目的是验证高强螺栓的性能和可靠性，确保其满足设计和使用要求。
具体试验项目包括拉伸试验、剪切试验、扭转试验和冲击试验。
三、试验设备和材料1. 试验设备：- 拉伸试验机- 剪切试验机- 扭转试验机- 冲击试验机2. 试验材料：- 高强螺栓样品（规格：M20）- 螺母和垫圈四、试验步骤1. 拉伸试验：a. 准备高强螺栓样品，并清洁表面。
b. 将样品安装到拉伸试验机上，并调整试验机的参数。
c. 开始拉伸试验，并记录载荷-位移曲线。
d. 根据试验结果计算高强螺栓的抗拉强度和屈服强度。
2. 剪切试验：a. 准备高强螺栓样品，并清洁表面。
b. 将样品安装到剪切试验机上，并调整试验机的参数。
c. 开始剪切试验，并记录载荷-位移曲线。
d. 根据试验结果计算高强螺栓的剪切强度。
3. 扭转试验：a. 准备高强螺栓样品，并清洁表面。
b. 将样品安装到扭转试验机上，并调整试验机的参数。
c. 开始扭转试验，并记录载荷-位移曲线。
d. 根据试验结果计算高强螺栓的扭转强度。
4. 冲击试验：a. 准备高强螺栓样品，并清洁表面。
b. 将样品安装到冲击试验机上，并调整试验机的参数。
c. 开始冲击试验，并记录载荷-位移曲线。
d. 根据试验结果评估高强螺栓的抗冲击性能。
五、试验结果分析与判定根据试验结果，对高强螺栓的性能进行分析与判定。
具体判定标准可参考相关国家标准或者设计要求。
六、试验安全注意事项1. 操作人员应熟悉试验设备的使用方法，并穿戴好相关的个人防护装备。
2. 试验过程中，应注意设备的稳定性和试验样品的安全性。
3. 如发生意外情况或者异常现象，应即将住手试验并采取相应的安全措施。
抗剪型高强螺栓连接工艺标准
抗剪型高强螺栓连接工艺标准一、工艺流程二、操作工艺1、螺栓长度的选择：抗剪型高强螺栓的长度为螺栓头根部至螺栓梅花卡头切口处的长度。
选用螺栓的长度应为禁固连接板厚度加上一个螺母和垫圈的厚度，并且紧固后要露出不少于两扣螺纹的余长，一般按连接板厚加下表的增加长度，并取5mm的整倍数；2、接头组装（1）连接处的钢板或型钢应平整，板边、孔边无毛刺；接头处有翘曲、变形必须进行校正，比防止损伤摩擦面，保证摩擦面紧贴；（2）装配前检查摩擦面，试件的摩擦系数是否达到设计要求，浮锈用钢丝刷除掉，油污、油漆清除干净；（3）板叠接触面间应平整，当接触有间隙时，应按规定处理，见下表3、安装临时螺栓：连接处采用临时螺栓固定，其螺栓个数为接头螺栓总数的1/3以上；并每个接头不少于两个，冲钉穿入数量不宜多于临时螺栓的30%。
组装时先用冲钉对准孔位，在适当位置插入临时螺栓，用扳手拧紧。
不准用高强螺栓兼作临时螺栓，以防螺纹损伤；4、安装高强螺栓：（1）安装时高强螺栓应自由穿入孔内，不得强行敲打，扭剪型高强螺栓的垫圈安在螺母一侧，垫圈孔有倒角的一侧应和螺母接触，不得装反（大六角头、高强螺栓的垫圈应安装在螺栓头一侧和螺母一侧，垫圈孔有倒角一侧应和螺栓头接触，不得装反）；（2）螺栓不能自由穿入时，不得用气割扩孔，要用绞刀绞孔，修孔时需使板层紧贴，以防铁屑进入板缝，绞孔后要用砂轮机清除孔边毛刺，并清除铁屑；（3）螺栓穿入方向应一致，穿入高强螺栓用扳手紧固后，再卸下临时螺栓，以高强螺栓替换。
不得在雨天安装高强螺栓，且摩擦面应处于干燥状态；5、高强螺栓的紧固：必须分两次进行，第一次为初拧。
初拧紧固到螺栓标准轴力（即设计预拉力）的60%~80%，初拧的扭短值不得小于终拧扭矩值的30%。
第二次紧固为终拧，终拧时抗剪型高强螺栓应将梅花卡头拧掉。
为使螺栓群中所有螺栓均匀受力，初拧、终拧都应按一定顺序进行；（1）一般接头：应从螺栓群中间顺序向外侧进行紧固；（2）从接头刚度大的地方向不受约束的自由端进行；（3）从螺栓群中心向四周扩散的方式进行。
最新-螺栓群受拉力、弯矩、剪力共同作用
（2）高强度螺栓承压型连接
与普通螺栓计算类似，需满足vb NNtbt 1
1
N
Nb N c
v 1.2
M
b
b
b
Nv 、Nc 、Nt —
一个承压型高强螺栓的
抗剪、承压、抗拉承载力设
计值；
Nv、Nt— 最危险螺栓受到的剪力、
拉力，即：
N N M y1 ;
n
V
Nb vi
0.9nf
(P
1.25Nti )
1
n
即： V 0.9nf (nP 1.25Nti)
1
式中， Nti ≤ 0 时，取 Nti =0
V 1 N M
同时, 对于螺栓的抗拉，需满足：
N t1
N n
M y1
y
2 i
N
b t
0.8P
计算中，只考虑螺栓拉力对抗剪承载力的不利影响，未考虑 受压区板层间压力增加的有利作用，故按该式计算的结果是略 偏 安全的；同时，计及了螺栓拉力不同对抗剪强度的影响， 因此更 为经济合理。
3、螺栓群受拉力、弯矩、剪力共同作用
（1）高强度螺栓摩擦型连接
各螺栓承担的拉力：
Nti
N n
M
yi yi2
拉力、剪力共同作用下，单个螺栓 抗剪承载力：
Nb vi
0.9nf
(P
1.25Nti )
单个螺栓抗剪承载力随拉力的增加而 Nv 减小。
V 1 N M
Nt
Nv
Nt
因此对于螺栓群的抗剪，需满足：
t n
yi2
Nv
V n
注意： 在弯矩 M 作用下，中和轴位于螺栓群形心 O 处。因此偏心受
高强螺栓连接
长度=连接板层总厚+紧固长度加长值+螺母公称厚度+垫圈个数*垫圈厚度+3*螺纹螺距高强度螺栓就是可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大．普通螺栓的材料是Ｑ２３５（即Ａ３）制造的．高强度螺栓的材料３５＃钢或其它优质材料，制成后进行热处理，提高了强度．两者的区别是材料强度的不同．从原材料看：高强度螺栓采用高强度材料制造。
高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作，常用 45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢。
普通螺栓常用Q235钢制造。
从强度等级上看：高强螺栓，使用日益广泛。
常用和两个强度等级，其中级居多。
普通螺栓强度等级要低，一般为级、级、级和级。
从受力特点来看：高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。
普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，拧紧螺帽时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计，而高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加很大预拉力，使连接构件间产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力，而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。
根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同。
高强螺栓最小规格M12，常用M16~M30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。
高强度螺栓摩擦型和承压型连接的区别：高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。
在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。
板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件按弹性整体受力。
在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。
浅谈高强度螺栓连接形式与施工要求
浅谈高强度螺栓连接形式与施工要求高强度螺栓连接具有受力性能好、耐疲劳、抗震性能好、连接刚度高、施工简便等优点，被广泛应用于建筑钢结构和桥梁钢结构现场拼装节点等重要连接中，成为钢结构安装的主要手段之一。
按受力状况主要分为摩擦型连接、承压型连接，其中摩擦型高强度螺栓是目前我国主要采用的连接形式。
本文结合现行相关规范和技术规程，对其进行分析比较。
一、受力性能摩擦型连接：连接接头处用高强度螺栓紧固，使连接板层夹紧，利用产生于连接板接触面间的较大摩擦力来传递外荷载。
板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），高强度螺栓在连接接头中不受剪，只受拉并由此给连接件之间施加接触压力，这种连接应力传递圆滑，接头刚性好（图1）。
承压型连接：当外力超过最大摩擦阻力时，接头发生明显的滑移，高强度螺栓杆与连接板孔壁接触并受力，这时外力靠连接接触面间的摩擦力、螺栓杆剪切及连接板孔壁承压三方共同传递。
该种连接承载力高，但连接变形大。
其工作性能与普通螺栓完全相同，只是由于螺杆预拉力的作用和高强度钢的应用使连接的性能优于普通螺栓连接（图2）。
（一）设计极限状态摩擦型连接：在荷载设计值下，连接件之间产生相对滑移，作为其承载力极限状态，即板件间的摩擦力刚要被克服的极限状态。
摩擦型连接绝对不允许连接件滑移，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态。
承压型高强螺栓连接设计本意是充分螺栓的承载能力，节约螺栓，所以《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取消了"高强螺栓承压型连接关于摩擦面抗滑移系数的具体要求和承压型高强螺栓连接的高强螺栓的受剪承载力设计值不得大于按摩擦型连接计算的1.3 倍"之规定。
为统一标准，现行的《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（GJG82-90）也应取消上述有关规定和"承压型连接在荷载标准值下，连接件间产生相对滑动，作为其正常使用极限状态。
"的规定。
每个受剪拉作用的摩擦型高强度螺栓
每个受剪拉作用的摩擦型高强度螺栓
在工程领域中，摩擦型高强度螺栓广泛应用于各种不同的结构中，如桥梁、建筑、机械等。
这种螺栓通常被设计用于承受扭矩负载、剪力和拉力，因此具有优异的力学性能和耐久性。
在这篇文章中，我们将对每个受剪拉作用的摩擦型高强度螺栓进行详细介绍。
1. 前压型摩擦型高强度螺栓
前压型摩擦型高强度螺栓是一种常用的结构连接件，在桥梁、建筑和其它类型的构造中均有应用。
该螺栓的设计是为了承受扭矩负载、剪力和拉力，因此通常用于需要高强度连接的结构。
具有良好的预紧力，使之在使用过程中具有良好的紧固性能。
拉伸型摩擦型高强度螺栓也是一种广泛应用于结构连接件的螺栓。
该螺栓主要用于承受拉力和弯曲力等力学负载。
拉伸型摩擦型高强度螺栓具备高强度和耐久性，因此在不同类型的构造中有着广泛的应用，可以确保结构的稳定性和安全性。
总之，上述每个受剪拉作用的摩擦型高强度螺栓都各有特点和优势，但它们的共同点就是保障结构的无故障运行和安全性。
在结构设计和施工过程中，正确选择和使用正确的连接件至关重要，以确保整个结构的顺利进行和经济效益。
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摩擦型高强度螺栓 抗剪连接实验
实验名称：摩擦型高强度螺栓抗剪连接实验 实验日期：2015年12月5日 实验目的：
① 了解摩擦型高强度螺栓抗滑移系数的计算方法；
② 了解摩擦型高强度螺栓连接不同阶段的受力性能和破坏过程； ③ 掌握摩擦型高强度螺栓抗剪连接的承载力计算方法。
实验原理
摩擦型高强螺栓连接是将高强度螺栓拧紧，使螺杆产生预拉力压紧构件接触面，靠接触面的摩擦力阻止其相对滑移，达到传力目的，并以板件间的摩擦力被外力克服作为极限状态。
因此，接触面抗滑移系数是重要的计算参数。
即
N
P μ=
（其中N 为滑动外力，P 为螺栓预拉力）
单个剪力螺栓的承载力计算： 受剪承载力：
b f 0.9n v N P
μ=
承压承载力：b c c tf d N ∑=b
注：实验给定参考数f 2
n =、
实验器材
实验器材统计表
双摩擦面双栓拼接拉力试件
155kN P =
图1 双摩擦面双栓拼接拉力试件平面图
图2 双摩擦面双栓拼接拉力试件图
图3 拉力试件零件① 图4 拉力试件零件②
注：拉力试件摩擦面采用抛丸、除锈处理 图中所示单位均为mm 实验过程及结果
Step1 试件组装：将一片100×15×310钢板放置在最底层，将两片100×10×325放置在第二层，两块钢板间距为5mm,将一片100×15×310钢板放置在最顶层，竖直方向四块钢板螺栓孔径垂直。
Step2 螺栓初拧、终拧：设置扭矩扳手设置值为760N.M, 将螺栓套入，用手进行初拧，初拧完成后用设置好扭矩值的扭矩扳手进行终拧直到终拧完成。
Step3 试件加载：将组装好的构建安装在万能试验机上进行加载，观察螺栓滑移情况和粉笔线错动情况在电脑上观察曲线变化。
加载工况及结果记录 实验结果及思考
1、 由实验过程求取摩擦系数；
b f 0.9n v N P
μ=
f 2n =
μ= 0.50035
2、 由实验过程理解预拉力的加载原理；
高强螺栓通过螺栓的抗剪能力和螺帽与母板之间的摩擦力来提供抗力，而摩擦力的大小与压力成正比，压力正是施加在高强螺栓上的预拉力，因此必须控制预拉力达到一定限值。
高强度螺栓是用特制的扳手上紧螺帽，使螺栓产生巨大而又受控制的预拉力，通过螺帽和垫板，对被连接件也产生了同样大小的预压力。
在预压力作用下，沿被连接件表面就会产生较大的摩擦力，显然，只要轴力小于此摩擦力，构件便不会滑移，连接就不会受到破坏，这就是高强度螺栓连接的原理
3、 描述高强摩擦型螺栓不同阶段的受力性能及破坏过程；
摩擦传力的弹性阶段 在施加荷载之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段，在n -δ图上呈现出0，1斜直线段。
但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。
滑移阶段 当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于n -δ曲线上的1，2水平段。
栓杆传力的弹性阶段 荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。
栓杆除主要受剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。
由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以n -δ曲线呈上升状态。
达到“3”点时，曲线开始明显弯曲，表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。
受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：①当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断；②当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏，由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏叫做螺栓承压破坏；③端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏；④板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断。
4、比较三种螺栓安装和工作中的优缺点，并思考其各自适合的工作环境。
高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力最为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内，外剪力不超过最大摩擦力。
板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件安弹性整体受力。
高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触。
此后，连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。
普通螺栓：成本低，装卸方便，可以承受拉，剪力，但承受拉力能力较弱，而且对开孔截面有一定削弱。
适合在承载力不是很大的构件上使用
实验心得：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，最为一个验证性实验也是我们对课本上知识进行外延和拓展的好机会。
在这个实验中，我理解了预拉力的加载原理和扭矩扳手的使用方法。
实验的过程可能会很漫长但是我们也要虚心进行等待，螺栓滑移变形量很小也需要等待，所以在实验中我们要耐心观察粉笔画的变化。
试验过后，面对发生的现象我们要进行认真分析，比如螺栓滑移后，钢板摩擦面被破坏，我们应该清楚认识到虽然它已经不能在摩擦型中使用但是作为承压型仍可以使用。
155kN
P =。