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1、钢结构课件第三章连接第1页，本讲稿共52页简单、统一、整齐而紧凑并列和错列两种形式：并列比较简单整齐，连接板尺寸小，但对构件截面削弱较大错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大3-6螺栓连接的构造n3.6.1螺栓的排列第2页，本讲稿共52页螺栓的排列要求：受力要求：垂直于受力方向：螺孔中距和边距限制顺力作用方向：端距限制防止孔端钢板剪断，2d0；构造要求：防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中矩最大值；施工要求：为便于拧紧螺栓，留适当间距（不同的工具有不同要求）最小中距为3d0；第3页，本讲稿共52页螺栓或铆钉的最大、最小容许长度第4页，本讲稿共52页每一杆件在
2、节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用防止螺帽松动的有效措施C级螺栓只宜用于沿其杆轴方向受拉，或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的受剪连接；在重要的连接或受反复动力荷载作用的不得采用C级螺栓型钢构件的拼接采用高强度螺栓连接时，应采用钢板作为拼接件在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明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n3.6.1螺栓连接的构造第5页，本讲稿共52页n按受力情况分：n螺栓只承受剪力n螺栓只承受拉力n螺栓承
3、受拉力和剪力共同作用3-7普通螺栓连接的工作性能和计算第6页，本讲稿共52页单个螺栓抗剪性能：摩擦传力的弹性阶段：01段，普通螺栓可略去不计滑移阶段：12段栓杆直接传力的弹性阶段：23段弹塑性阶段：34段n3.7.1普通螺栓的抗剪连接n3.7.1.1抗剪连接的工作性能第7页，本讲稿共52页抗剪螺栓的破坏形式：螺栓杆被剪断板件被挤坏（孔壁承压破坏）板件被拉断板件冲剪破坏螺栓杆弯剪破坏螺栓双剪破坏第8页，本讲稿共52页螺栓杆弯剪弯剪和双剪双剪两种破坏形式不常见，计算不考虑，一般靠构造满足；板件被拉断板件被拉断破坏形式属于构件的强度计算；板件被冲剪板件被冲剪破坏形式由螺栓端距2d0来保证；抗剪螺栓连
4、接计算只考虑螺栓杆被剪断螺栓杆被剪断和孔壁承压破坏孔壁承压破坏两种破坏形式；第9页，本讲稿共52页普通螺栓受剪承载力主要由栓杆受剪栓杆受剪和孔壁承压孔壁承压两种破坏模式控制，分别计算，取其小值进行设计n3.7.1.2单个普通螺栓的抗剪承载力Y单个螺栓抗剪承载力设计值（3.32）式中:nv受剪面数目 d 螺杆直径 fvb螺杆直径第10页，本讲稿共52页Y单个螺栓承压承载力设计值（3.33）式中:t在同一受力方向的承压构件 的较小总厚度 fcb螺杆承压强度设计值第11页，本讲稿共52页n普通螺栓群轴心受剪n3.7.1.3普通螺栓群抗剪连接计算在长度方向各螺栓受力不均匀，两端受力大，中间受力小第12
5、页，本讲稿共52页连接长度l115d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，内力发生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐渐接近，可认为轴心力N由每个螺栓平均分担，即螺栓数n为：（3.34）n连接长度l115d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，各螺杆所受内力仍不易均匀，应将承载力设计值乘以折减系数：（3.35）则：（3.36）第13页，本讲稿共52页剪力F的作用线至螺栓群中心线的距离为e，故螺栓群同时受到轴心力F和扭矩T=Fe的联合作用n普通螺栓群偏心受剪第14页，本讲稿共52页n在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受力，即：（3.37）n在扭距TFe作用下有如下假定：n连接板件为绝对刚性，螺栓为弹性体n连接板件绕螺
6、栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大小与该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线ri垂直第15页，本讲稿共52页螺栓1所受剪力最大N1T为：（3.38）n将N1T分解为水平分力N1Tx和垂直分力N1Ty：（3.39）（3.40）第16页，本讲稿共52页受力最大螺栓1所受的合力N1计算式：（3.41）n当y13x1时，可取xi0简化得：（3.42）第17页，本讲稿共52页n例例3.10设计如图普通螺栓连接。柱翼缘板厚度为10mm，连接板厚度为8mm，钢材为Q235-B，荷载设计值F=150kN，偏心距e250mm。若螺栓排列为竖向排距2x1120mm，竖向行距y180mm，竖向端距为50mm，试选C级
7、螺栓规格。第18页，本讲稿共52页为求螺栓直径，首先确定为求螺栓直径，首先确定C级螺栓的抗剪和承压强度设计值。由附表级螺栓的抗剪和承压强度设计值。由附表1.3得：得：fvb140N/mm2,fcb=305N/mm2则分别由公式（则分别由公式（3.32）和（）和（3.33）求出所需螺栓直径：）求出所需螺栓直径：第19页，本讲稿共52页抗拉螺栓连接破坏形式为螺栓杆被拉断单个抗拉螺栓的承载力设计值：n3.7.2普通螺栓的抗拉连接n3.7.2.1单个普通螺栓的抗拉承载力（3.43）第20页，本讲稿共52页螺栓有效直径：螺栓抗拉计算采用的直径既不是净直径dn，也不是全直径与净直径的平均值dm而是有效直径
8、de以及由有效直径计算的有效面积Ae（3.44）第21页，本讲稿共52页撬力的大小与翼缘板厚度、螺杆直径、螺栓位置、连接总厚度等因素有关，准确求值非常困难我国规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20%来简化考虑撬力影响即:ftb0.8f一般来说，只要翼缘板厚度t20mm，且螺栓距离b不要过大，该简化处理是可靠的。若翼缘板太薄，可采用加劲肋加强翼缘n连接件刚度对螺栓抗拉承载力的影响：若与螺栓直接相连的翼缘板的刚度不是很大，由于翼缘的弯曲，使螺栓受到撬力的附加作用，杆力增加到：Nt=N+Q第22页，本讲稿共52页对螺栓群轴心受拉情况，由于垂直于连接板的助板刚度很大，通常假定各个螺栓平均受拉，则连接所需的
9、螺栓数为：n3.7.2.2普通螺栓群轴心受拉（3.45）第23页，本讲稿共52页剪力V通过承托板传递按弹性设计法，弯矩作用下，离中和轴越远的螺栓所受拉力越大，而压力则由部分受压的端板承受，设中和轴至端板受压边缘的距离为cn3.7.2.3普通螺栓群弯距受拉第24页，本讲稿共52页近似地取中和轴位于最下排螺栓O处（偏安全），即认为连接变形为绕O处水平轴转动，螺栓拉力与O点算起的纵坐标y成正：设计时要求受力最大的最外排螺栓1的拉力不超过单个螺栓的抗拉承载力设计值：（3.46）（3.47）第25页，本讲稿共52页相当于承受轴心拉力N和弯知M=Ne的联合作用按弹性设计法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受
10、拉和大偏心受拉两种情况n3.7.2.4普通螺栓群偏心受拉第26页，本讲稿共52页Y小偏心受拉：轴心拉力N由各螺栓均匀承受弯矩M则引起以螺栓群形心O为中和轴的三角形内力分布（上部螺栓受拉，下部螺栓受压）叠加后，所有螺栓均承受拉力作用计算公式如下（yi均自O点算起）：（3.48a）（3.48b）式（3.48b）为公式使用条件第27页，本讲稿共52页n大偏心受拉：n偏心距e较大，即eyi/(ny1)n端板底部将出现受压区n近似取中和轴位于最下排螺栓o处（偏安全）按弯距平衡，计算公式如下（e和yi均自O点算起）：（3.49）第28页，本讲稿共52页n例例3.12设计刚接屋架下弦节点，竖向力由承托承受。
11、螺栓为C级，承受偏心拉力。设N=300kN，e100mm，螺栓布置如图所示。试求所需的C级螺栓规格第29页，本讲稿共52页由附表8.1第30页，本讲稿共52页承受剪力V和偏心拉力N（即轴心拉力N和弯距MNe）联合作用n3.7.3普通螺栓受剪力和拉力的联合作用第31页，本讲稿共52页普通螺栓受剪力和拉力作用两种可能破坏形式：螺栓杆受剪受拉破坏；孔壁承压破坏；剪力和拉力无量纲化相关关系曲线得（3.50b）（3.51）第32页，本讲稿共52页n例例如图承受斜拉力的螺栓连接。已知被连板件的厚度均为20mm，钢材均为Q235B，已知斜拉力两个分力分别为V=300kN，N=200kN，偏心e120mm，螺
12、栓采用等距离布置，行距为100mm，端距为50mm，共设两排C级螺栓，试选择螺栓规格。第33页，本讲稿共52页试选用M20C级螺栓，查附表8.1知，其有效面积Ae245mm2，查附表1.3式（3.49）第34页，本讲稿共52页n【作业题目】两钢板截面为18410，钢材Q235，承受轴心力N=1250KN（设计值），采用M20普通粗制螺栓拚接，孔径d 0=21.5mm，试设计此连接n分析：设计此连接应按等强度考虑，即设计的连接除能承受N 力外，还应使被连接钢板、拚接盖板、螺栓的承载力均接近，这样才能做到经济省料。因此，连接盖板的截面面积可取与被连接钢板的截面面积相同。这样，当螺栓采用并列布置时，
13、只要计算被连接钢板的强度满足即可，不必再验算连接盖板。具体设计步骤可根据已知的轴心力设计值先确定需要的螺栓数目，并按构造要求进行排列，然后验算构件的净截面强度。第35页，本讲稿共52页Y高强度螺栓摩擦型连接抗剪不容许接触面出现滑移，以出现滑动为抗剪承载力极限状态承载力取决于构件接触面的摩擦力，与螺栓所受预拉力、摩擦面滑移系数、连接的传力摩擦面数有关3-8高强度螺栓连接的工作性能和计算n3.8.1高强度螺栓连接的工作性能n3.8.1.3高强度螺栓抗剪连接的工作性能第36页，本讲稿共52页摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值为：（3.54）一个螺栓的抗剪承载力设计值；传力摩擦面数；摩擦面抗滑移系数；每
14、个高强度螺栓的预拉力第37页，本讲稿共52页n高强度螺栓承压型连接抗剪n容许接触面出现滑移，以连接达到破坏为抗剪承载力极限状态n达到极限承载力时预拉力几乎完全消失，故其连接计算方法与普通螺栓连接相同：（3.32）（3.33）第38页，本讲稿共52页螺杆中预拉力P与板层间则存在预压力C维持平衡外界Nt作用下螺杆中拉力增加P P，板件中压力减少C C外界Nt达到预拉力P的80时，螺杆内拉力增加很少，且卸载后无松弛现象。n3.8.1.4高强度螺栓抗拉连接的工作性能第39页，本讲稿共52页单个高强度螺栓抗拉承载力设计值取为：一个螺栓的抗拉承载力设计值；n考虑杠杆作用而引起的撬力影响：当外拉力Nt0.5
15、P时，不出现撬力，撬力Q大约在Nt达到0.5P时开始出现，起初增加缓慢，以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而又有所下降第40页，本讲稿共52页Y高强度螺栓摩擦型连接抗剪拉螺栓所受外拉力NtP时，螺杆中的预拉力P基本不变，但板层间压力将减少到P-Nt，接触面的抗滑移系数随Nt的增大而减小外加剪力Nv和拉力Nt与高强螺栓的受拉、受剪承载力设计值之间具有线性相关关系高强度螺栓摩擦型连接有拉力作用时，其抗剪承载力应按下式计算：n3.8.1.5高强度螺栓同时承受剪力和外拉力的工作性能（3.56）第41页，本讲稿共52页Y高强度螺栓承压型连接抗剪拉同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型连接高强度螺栓的计
16、算方法与普通螺栓相同，即：（3.57）（3.58）第42页，本讲稿共52页轴心力作用抗剪摩擦型连接Nminb：承压型连接Nminb：n3.8.2高强度螺栓群的抗剪计算（3.34）（3.54）（3.32）（3.33）取较小值第43页，本讲稿共52页n扭距、剪力共同作用与普通螺栓群相同，但应采用高强度螺栓承载力设计值计算第44页，本讲稿共52页n轴心力作用抗拉所需螺栓数目：式中：Ntb在杆轴方向受拉情况下单个高强螺栓（摩擦型或承压型）的承载力设计值n3.8.3高强度螺栓群的抗拉计算（3.45）第45页，本讲稿共52页n弯距作用受拉n中和轴在螺栓群形心轴上，最外排螺栓受拉力最大n最大拉力及其验算式：
17、（3.59）第46页，本讲稿共52页n偏心受拉n由于高强度螺栓偏心受拉时，螺拉的最大拉力不得超过0.8P，能够保证板层之间始终保持紧密贴合，故高强度螺栓均可按普通螺栓小偏心受拉计算，即：（3.60）第47页，本讲稿共52页摩擦型连接高强度螺栓承受拉力、弯矩和剪力共同作用时其连接板层间的压紧力和接触面的抗滑移系数，随外拉力的增加而减小摩擦型连接高强度螺栓承受剪力和拉力联合作用时，单个螺栓的抗剪承载力设计值：n拉力、弯距、剪力共同作用（3.61）第48页，本讲稿共52页在弯矩和拉力共同作用下，高强螺栓群中的拉力各不相同，且螺栓最大拉力应满足：摩擦型高强螺栓剪力V的验算应满足：或（3.63）第49页，本讲稿共52页承压型高强螺栓抗拉抗剪计算公式：（3.57）（3.58）1.2为承压强度设计值降低系数计算Ncb采用无拉力状态fcb值第50页，本讲稿共52页n例例3.16如图所示高强度螺栓摩擦型连接。被连接构件钢材为Q235-B，螺栓为10.9级，直径20mm，接触面采用喷砂处理。试验算此连接的承载力。图中内力均为设计值第51页，本讲稿共52页由表3.9和表3.8按公式（3.63）第52页，本讲稿共52页