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1、337 7 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算螺栓连接按受力形式可分为三类：螺栓连接按受力形式可分为三类：FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力共同作用剪力和拉力共同作用抗剪连接抗剪连接板件之间有相对错动的趋势；板件之间有相对错动的趋势；抗拉连接抗拉连接板件之间有相互脱开的趋势；板件之间有相互脱开的趋势；拉剪共同作用拉剪共同作用 普通螺栓抗剪连接普通螺栓抗剪连接（一）抗剪连接的工作性能（一）抗剪连接的工作性能 对图示连接做抗剪试验对图示连接做抗剪试验,可可a、b两点相对位移两点相对位移和作用力和作用力N的关的关系曲线系曲线:（a a）摩擦传力的弹性阶
2、段）摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段)（b b）相对滑移阶段）相对滑移阶段（1 12 2）（c c）栓杆直接传力的弹性阶段）栓杆直接传力的弹性阶段 （2 23 3）（d d）弹塑性阶段）弹塑性阶段 （3 3 ）NNabNN/2N/2abNN/2N/2抗剪螺栓计算极限状态的确定：抗剪螺栓计算极限状态的确定：（a a）普通螺栓连接，以）普通螺栓连接，以4 4点作为承载力的极限。点作为承载力的极限。（b b）摩擦型高强度螺栓连接，以）摩擦型高强度螺栓连接，以1 1点点（c c）承压型）承压型，以，以4 4点点v普通螺栓和承压型高强度螺栓普通螺栓和承压型高强度螺栓抗剪连接的破坏形式抗剪连接的破坏形
3、式栓杆被剪断；栓杆被剪断；板件被挤压破坏；板件被挤压破坏；构件净截面被拉断破坏；构件净截面被拉断破坏；构件端部被冲剪破坏；构件端部被冲剪破坏；有四种可能的破坏形式有四种可能的破坏形式v 设计方法设计方法 对后一种破坏形式，规范是通过采取对后一种破坏形式，规范是通过采取构造措施的方法来防止的。即要求：构造措施的方法来防止的。即要求：端距端距对前三种破坏形式，通过计算来防止。对前三种破坏形式，通过计算来防止。v 净截面抗拉净截面抗拉v 一个螺栓抗剪承载力一个螺栓抗剪承载力剪切面数；剪切面数；螺栓直径；螺栓直径；螺栓抗剪设计强度。螺栓抗剪设计强度。（二）单个抗剪普通螺栓的承载力（二）单个抗剪普通螺栓
4、的承载力N/2NN/242=bvvbvfdnNp p剪切面数目剪切面数目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2v 一个螺栓的承压承载力一个螺栓的承压承载力栓杆直径；栓杆直径；同一受力方向承压构件的较小总厚度；同一受力方向承压构件的较小总厚度；螺栓承压设计强度螺栓承压设计强度。t 取取 2t1和和 t2中较小者中较小者d抗剪螺栓的单栓承载力抗剪螺栓的单栓承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压取决于螺栓杆受剪和孔壁承压一个抗剪螺栓的承载力：一个抗剪螺栓的承载力：抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：承压承载力：（三）普通螺栓群抗剪连接计算（三）普通螺栓群抗剪连接计算1 1、普通螺栓群受轴心力
5、作用、普通螺栓群受轴心力作用l1N/2NN/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布栓群在轴力作用下，各个栓群在轴力作用下，各个螺栓的内力沿栓群长度方螺栓的内力沿栓群长度方向不均，两端大向不均，两端大,中间小。中间小。设计时，当设计时，当l115d0（d0为孔为孔径）径）时，假定时，假定N有各螺栓均有各螺栓均担：担：所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为：当当l115d0(d0为孔径为孔径)时，由试验可得连接的时，由试验可得连接的抗剪强度折抗剪强度折减系数减系数与与l1/d0的关系曲线的关系曲线。平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布l1受力方向连接的长度受力方向连接的
6、长度故，连接一侧所需螺栓个数：故，连接一侧所需螺栓个数：2 2、普通螺栓群受偏心力作用、普通螺栓群受偏心力作用V 作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：FeVTTxyN1TN1xTN1yTr11V1N1VT T 作用下连接按弹性设计，其假定为作用下连接按弹性设计，其假定为：（1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2 2）T 作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离成正比，方向与与其至形心距离成正比，方向与 ri 垂直。垂直。显然，显然，T 作用下作用下1号螺栓号螺栓所受剪力最大所受剪力最大（r1最大）。最大）
7、。由假定由假定(2)(2)得得由式由式3-393-39得得:由力的平衡条件得：由力的平衡条件得：TxN1TN1xTN1yTr11TxyN1TN1xTN1yTr11将式将式3-40代入式代入式3-38得得:将将N1T沿坐标轴分解得沿坐标轴分解得:由此可得螺栓由此可得螺栓1的强度验算公式为的强度验算公式为:当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长(如如y1 13x1 1)时时,可如下简化计算：可如下简化计算：令令:xi =0=0，则，则N1yT=0=0（3 3）螺栓群受扭矩、剪力、轴力共同作用）螺栓群受扭矩、剪力、轴力共同作用1 1）将荷载向螺栓群形心简化；将荷载向螺栓群形心简化；2 2）分析每一种力
8、作用下螺栓）分析每一种力作用下螺栓的受力情况；的受力情况；3 3）确定受力最不利螺栓；确定受力最不利螺栓；4 4）计算该螺栓的受力计算该螺栓的受力。设计时，先按构造要求布置螺栓，验算最危险螺栓强度，设计时，先按构造要求布置螺栓，验算最危险螺栓强度，若不满足可调整螺栓直径或螺栓数量。若不满足可调整螺栓直径或螺栓数量。（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能3.7.2 普通螺栓的抗拉连接普通螺栓的抗拉连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，以抗拉螺栓连接在外力作用下，以螺栓杆被拉断螺栓杆被拉断为为其破坏形式。其破坏形式。（二）（二）单单个普通螺栓的抗拉承载力个普通螺栓的抗拉承载力式
9、中：式中：Ae-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积；de-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径；ftb-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径效直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家标准取：，现行国家标准取：查表查表(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响连接件刚度越小撬力越大连接件刚度越小撬力越大规范采取简化方法规范采取简化方法予以考虑：予以考虑
10、：ftb=0.8 ff螺栓钢材的抗拉强度设计值螺栓钢材的抗拉强度设计值。连接板件发生变形连接板件发生变形螺杆中的拉力增加螺杆中的拉力增加（撬力撬力Q）且弯曲且弯曲杠杆杠杆作用作用 B、在构造上可以通过加强连接件刚度的方法，来在构造上可以通过加强连接件刚度的方法，来减小甚至消除杠杆作用引起的撬力，如减小甚至消除杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋。(三）普通螺栓群受轴心拉力三）普通螺栓群受轴心拉力 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：的螺栓数为：N(四）普通螺栓群受弯矩作用四）普通螺栓群受弯矩作用M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)OM12
11、34受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：（1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处 （旋转中心为（旋转中心为OO），），各螺栓所受拉力与其至各螺栓所受拉力与其至 中和轴的距离成正比。中和轴的距离成正比。O显然显然1 1号螺栓号螺栓在在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大由力学及假定可得：由力学及假定可得：M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴
12、中和轴由式由式3-52得得:将式将式3-54代入式代入式3-53得得:因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可：受压区受压区 是近似算法，不满足平衡是近似算法，不满足平衡条件。实际受力情况如图，忽条件。实际受力情况如图，忽略了压力产生的弯矩。略了压力产生的弯矩。(五）普通螺栓群受偏心拉力五）普通螺栓群受偏心拉力 A、偏心距较小，即：、偏心距较小，即：刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)NeN1MN2MN3MN4MNe1234Ne或或yi 各螺栓到各螺栓到O点的距离点的距离e 外力到外力到O点的距离点的距离刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)Ne1234N B、偏心距较大时，即：、
13、偏心距较大时，即：N1MN2MN3M中和轴中和轴N4MN或当按或当按O点计算点计算yi 各螺栓到各螺栓到O点的距离点的距离e 外力到外力到O点的距离点的距离3.7.3 普通螺栓受拉力、剪力联合作用普通螺栓受拉力、剪力联合作用011VeM=VeV因此：因此：2 2、兼受剪力和拉力的螺杆，由试、兼受剪力和拉力的螺杆，由试 验知，其承载力无量纲关系验知，其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆四分之一圆”。1 1、在拉、剪共同作用下，普通螺、在拉、剪共同作用下，普通螺 栓的破坏形式：栓的破坏形式：螺杆受剪兼受拉破坏螺杆受剪兼受拉破坏 孔壁的承压破坏孔壁的承压破坏3 3、计算时，假定剪
14、力由螺栓群均、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，匀承担，拉力由受力情况确定。拉力由受力情况确定。规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺螺杆杆受剪兼受拉破坏受剪兼受拉破坏，应满足：，应满足：为了防止孔壁的为了防止孔壁的承压破坏承压破坏，应满足：，应满足：011a ab b 另外另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。承托与柱翼缘的连接角焊承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：缝按下式计算：式中：式中：考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，一般取一般取；其余符号同前。其余符号同前。M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)V连接角焊缝连接角焊缝