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1、钢结构螺栓连接本讲稿第一页，共十八页螺栓的代号用字母M与公称直径的毫米数表示，如M16、M18等，常用的螺栓是M16，M20和M24。C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成。由于螺栓表面粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成的孔（类孔）。螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.53mm。对于采用C级螺栓的连接，由于螺杆与栓孔之间有较大的间隙，受剪力作用时，将会产生较大的剪切滑移，连接的变形大。但安装方便，且能有效地传递拉力，故一般可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。本讲稿第二页，共十八页A、B级精制螺栓是由毛坯在车床上经过切削加工精制而成。表面光滑，尺寸准确，螺
2、杆直径与螺栓孔径相同，但螺杆直径仅允许负公差，螺栓孔直径仅允许正公差，对成孔质量要求高。由于有较高的精度，因而受剪性能好。但制作和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中采用。2.2.普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接的连接件包括螺栓杆、螺母和垫圈。普通螺栓用普通碳素结构钢或低合金结构钢制成；分粗制螺栓和精制螺栓两种。本讲稿第三页，共十八页粗制螺栓由未经加工的圆杆制成，螺栓孔径比螺栓杆径大1.01.5毫米，制作简单，安装方便，但受剪切时性能较差，只用于次要构件的连接或工地临时固定，或用在借螺栓传递拉力的连接上。精制螺栓由棒钢在车床上切削加工制成，杆径比孔径小0.30.5毫米，其受剪力的性能优于粗
3、制螺栓，但由于制作和安装都比较复杂，很少应用。普通螺栓连接按受力情况可分为抗剪连接和抗拉连接，也有同时抗剪和抗拉的。抗剪连接又有单面受剪和双面受剪以及多面受剪等不同情况。本讲稿第四页，共十八页3、高强度螺栓连接高强度螺栓连接件亦由螺栓杆、螺母和垫圈组成。由强度较高的钢（如20锰钛硼、40硼、45号钢）经过热处理制成。高强度螺栓连接用特殊扳手拧紧高强度螺栓，对其施加规定的预拉力。高强度螺栓抗剪连接按其传力方式分为摩擦型和剪压型（或称承压型）两类。本讲稿第五页，共十八页高强度螺栓分大六角头型和扭剪型两种。安装时通过特别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺杆产生很大的预拉力。高强螺栓的预拉力把被连接的
4、部件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递。这种连接称为高强度螺栓摩擦型连接。它的优点是施工方便，对构件的削弱较小，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，韧性和塑性好，包含了普通螺栓和铆钉连接的各自优点，目前已成为代替铆接的优良连接形式。另外，高强度螺钉也可同普通螺栓一样，允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺栓孔之间的承压来传力。这种连接称为高强度螺栓承压型连接。本讲稿第六页，共十八页扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓本讲稿第七页，共十八页摩擦型高强度螺栓抗剪连接（图3.38）,依靠被夹紧板束接触面的摩擦力传力,一旦摩擦力被克服,被连接的构件发生相对滑移,即认为达到破坏状态。而剪压型高
5、强度螺栓抗剪连接，则假设板束接触面间的摩擦力被克服后，栓杆与孔壁(孔径比杆径大1.01.5毫米）接触,借螺栓抗剪和孔壁承压来传力（图3.35a）。大大六六角角高高强强度度螺螺栓栓本讲稿第八页，共十八页二、螺栓的排列1.并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；B 错列A 并列中距中距边距边距端距2.错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；本讲稿第九页，共十八页三、螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时
6、，被连板间易发生鼓曲和张口现象。（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。本讲稿第十页，共十八页四、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（1）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。本讲稿第十一页，共十八页（3
7、）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如：制动梁或吊车梁上翼缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支承反力，同时受到反复动力荷载作用，不得采用C级螺栓。柱间支撑与柱的连接，以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘的连接，因承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。（4）沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法兰板），应适当加强其刚度（如加设加劲肋），以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。本讲稿第十二页，共十八页五、轻钢结构的紧固件连接在冷弯薄壁型钢结构中经常采用自
8、攻螺钉（self drilling screws）、钢拉铆钉（steel blind rivets）、射钉（powder-actuated fasteners）等机械式紧固件连接方式，主要用于压型钢板之间和压型钢板与冷弯型钢等支承构件之间的连接。自攻螺钉有两种类型，一类为一般的自攻螺钉，需先行在被连板件和构件上钻一定大小的孔后，再用电动板子或扭力板子将其拧入连接板的孔中；一类为自钻自攻螺钉，无需预先钻孔，可直接用电动板子自行钻孔和攻入被连板件。本讲稿第十三页，共十八页拉铆钉有铝材和钢材制作的二类，为防止电化学反应，轻钢结构均采用钢制拉铆钉。射钉由带有锥杆和固定帽的杆身与下部活动帽组成，靠射钉枪
9、的动力将射钉穿过被连板件打入母材基体中。射钉只用于薄板与支承构件（如檩条、墙梁等）的连接。五、轻钢结构紧固件连接的构造和计算1、紧固件连接的构造要求用于薄壁型钢结构中的紧固件应满足下述构造要求：本讲稿第十四页，共十八页（1）抽芯铆钉（拉铆钉）和自攻螺钉的钉头部分应靠在较薄的板件一侧。连接件的中距和端距不得小于连接件直径的3倍，边距不得小于连接件直径的1.5倍。受力连接中的连接件不宜少于2个。（2）抽芯铆钉的适用直径为2.66.4mm，在受力蒙皮结构中宜选用直径不小于4mm的抽芯铆钉；自攻螺钉的适用直径为3.08.0mm，在受力蒙皮结构中宜选用直径不小于5mm的自攻螺钉。本讲稿第十五页，共十八页
10、（3）自攻螺钉连接的板件上的预制孔径d0应符合下式要求：(3.6)且 (3.7)式中 d 自攻螺钉的公称直径（mm）；tt 被连接板的总厚度（mm）。本讲稿第十六页，共十八页（4）射钉只用于薄板与支承构件（即基材如檩条）的连接。射钉的间距不得小于射钉直径的4.5倍，且其中距不得小于20mm，到基材的端部和边缘的距离不得小于15mm，射钉的适用直径为3.76.0mm。射钉的穿透深度（指射钉尖端到基材表面的深度，如图3.39所示）应不小于10mm。图3.39 射钉的穿透深度本讲稿第十七页，共十八页（5）在抗拉连接中，自攻螺钉和射钉的钉头或垫圈直径不得小于14mm；且应通过试验保证连接件由基材中的拔出强度不小于连接件的抗拉承载力设计值。本讲稿第十八页，共十八页