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1、7.6 普通螺栓连接的构造和计算一、螺栓排列和构造要求1.直径：M12M24（2的倍数）；M24M48（3的倍数）；M48M80（4的倍数）；M80100（5的倍数）2.受力螺栓M16，常用直径：M20243.当使用普通螺栓时，无特殊说明时是指C级粗制螺栓。2.排列和间距（见图7.62）:3.排列：并排、错列4.间距：见表7.5。3.当杆件在节点上或拼接接头的一端时，永久性的螺栓（或铆钉）数不宜少于两个。对组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓（或铆钉）。4.表示方法见表7-9。二、工作性能：按受力方式分为：抗剪螺栓：力与螺栓杆垂直抗拉螺栓：力与螺栓杆平行抗剪螺栓受力过程：在受力以后，首先由
2、构件间的摩擦力抵抗外力。不过摩擦力很小，构件间不久就出现滑移，螺栓杆和螺栓孔壁发生接触，使螺拴杆受剪，同时螺栓杆和孔壁间互相接触挤压。受剪极限状态：螺栓杆被剪断或孔壁承压破坏。破坏形式：五种见图7-66。其中对螺栓杆被剪断、孔壁挤压以及板被拉断，要进行计算。钢板剪断和螺栓杆弯曲通过构造要求来保证。计算公式：抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：抗拉螺栓受力过程：外力趋向于将被连接构件拉开，而使螺栓受拉，最后螺栓杆会被拉断。受力极限状态：螺栓杆被拉断。破坏形式：一种，但应考虑撬力的影响。计算公式：式7-29三、螺栓群的抗剪计算1.在轴心力作用下的抗剪计算2.计算假定：每个螺栓所受剪力相等。3.可以
3、直接计算螺栓的数量：4.被连接件净截面强度的计算：规范规定当l115d0（d0为孔径）时，应将螺栓或铆钉的承载力设计值乘以折减系数=1.1l1/（150 d0），当l160d0时，折减系数=0.7。2.在扭矩作用下的抗剪计算计算假定：被连接构件是绝对刚性的，螺栓则是弹性的；各螺栓都绕螺栓群的形心O旋转，其受力大小与到螺栓群形心的距离成正比，方向与螺栓到形心的连线相垂直。根据假定知每个螺栓受力是不同的，将螺栓排列好后找出受力最大的螺栓，验算螺栓的强度。公式7-36、7-37。3.在扭矩、剪力、轴心力作用下的抗剪计算：在多种力共同作用下，分析每一种力作用在螺栓群上的情况，找出受力最不利的螺栓进行强
4、度验算。四、螺栓群的抗拉计算1.在轴心力作用下的抗拉计算2.可以直接计算螺栓的数量：式7-392.在弯矩作用下的抗拉计算（见图7-75）3.在弯矩作用下，首先确定中和轴位置，通常近似地假定螺栓群绕最下边的一排螺栓旋转，各排螺栓所受的拉力的大小与距最下一排螺栓的距离成正比，所以离中和轴越远螺栓受力越大。式7-40。五、剪力和拉力共同作用拉力的存在使螺栓承受剪力的能力降低，验算时采用相关公式：1 7.7高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算一、高强度螺栓连接的工作性能1、按受力方式分为：抗剪螺栓：摩擦型连接和承压型连接抗拉螺栓：FN2、抗剪螺栓受力过程：（1）摩擦型连接：是依靠被连接
5、构件间的摩擦力传递外力，安装时将螺栓拧紧，使螺杆产生预拉力压紧构件接触面，靠接触面的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的。受剪时极限状态受剪时极限状态：当剪力等于摩擦力时，即为连接的承载力极限状态。NNabNN/2N/2abNN/2N/2NNabNN/2N/2（2）承压型连接：是当剪力超过摩擦力时，构件间产生相对滑移，螺杆与孔壁接触，使螺杆受剪和孔壁受压，破坏形式与普通螺栓相同。受剪时极限状态受剪时极限状态：以螺杆被剪坏或孔壁承压破坏为承载力极限状态。从二者传递剪力时的极限状态 可以看出：1)承压型连接的抗剪承载力要高于摩擦型连接。2)摩擦型连接不允许板件之间产生相对滑移，抗剪时其变形
6、就小，整体性能好，抗疲劳能力强，可以用在直接承受动力荷载的重要结构的连接中。3)承压型连接允许板件之间产生相对滑移抗剪时其变形较大，整体性能差，不得用在直接承受动力荷载的连接中。3、与普通螺栓的区别：1）材料：高强度螺栓的杆身、螺帽和垫圈都要用抗拉强度很高的钢材制作，性能等级分8.8级；10.9级；12.9级2）预拉力P：高强度螺栓的预拉力是通过扭紧螺帽实现的。3）抗滑移系数：使用高强度螺栓摩擦型连接时，与被连接构件材料及其接触面处理方法所确定的摩擦面抗滑移系数有关，常用的处理方法和规范规定的摩擦面抗滑移系数值如表7-11。承压型连接的板件接触面只要求清除油污及浮锈。高强度螺栓预拉力的确定高强
7、度螺栓预拉力的确定 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强有效抗拉强度度确定的，并考虑了以下修正系数：确定的，并考虑了以下修正系数：考虑材料的不均匀性的折减系数考虑材料的不均匀性的折减系数0.90.9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.90.9；附加安全系数附加安全系数0.90.9。考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数的降低除以系数1.21.2。因此，预拉力：因此，预拉力：Ae e螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积；fu u螺栓热处理后的抗拉强度；
8、螺栓热处理后的抗拉强度；实现预拉力的方法 A A、转角法、转角法 施工方法：施工方法：初拧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，使板件贴紧密；终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度，一般为过一定的角度，一般为120120o o180180o o完成终拧。完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧；拧、漏拧和超拧；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法：初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的30%30%50%50%，使板件贴紧密；，使板件贴紧密；终
9、拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%设计终拧设计终拧力矩拧紧。力矩拧紧。特点：简单、易实施，但得到的预拉力特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大误差较大。C 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：初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%60%80%80%；终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等。保证等。高强度螺栓的施工要求：高强度螺栓的施工要求：由于高强度螺栓的承载力很大程度上取由于高强度螺栓
10、的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格。二、高强度螺栓摩擦型连接抗剪计算二、高强度螺栓摩擦型连接抗剪计算单栓抗剪承载力设计值：式中：式中：0.90.9抗力分项系数抗力分项系数R R的倒的倒 数数(R R=1.111);=1.111);n nf f传力摩擦面数目传力摩擦面数目;-摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数;P P预拉力设计值预拉力设计值.1 1、轴心力作用、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：NN注意：n为一侧的螺栓数量。NNbt tt t1 1b1 高强度螺
11、栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算尚应进行板件的净截面验算.主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面。截面。根据试验结果，孔前传力系数根据试验结果，孔前传力系数可取可取0.50.5，即第一排高强度螺，即第一排高强度螺栓所分担的内力，已有栓所分担的内力，已有50%50%在在孔前摩擦面中传递。孔前摩擦面中传递。111-1截面的内力为：截面的内力为：2 2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下扭矩或扭矩、剪力共同作用下 计算方法与普通螺栓相同，即：计算方法与普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力剪力F作用下每
12、个螺栓受力作用下每个螺栓受力：扭矩扭矩T作用下：作用下：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:三、三、高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接的抗拉计算的抗拉计算当外拉力为零，即当外拉力为零，即N=0=0时：时：P=C；当外拉力为当外拉力为Nt时：板件有被拉开趋势，时：板件有被拉开趋势，板件间的压力板件间的压力C减小为减小为Cf，栓杆拉力栓杆拉力P增加为增加为Pf，由力及变形协调由力及变形协调得：得：NPCP+P=Pf fC-C=Cf fNt1、高强度螺栓摩擦型连接的抗拉性能当板件即将被拉开时：当板件即将被拉开时：Cf=0=0，有有Pf=Nt，因此：因此：一般板件间的挤压
13、面面积比一般板件间的挤压面面积比栓杆截面面积大的多，近似栓杆截面面积大的多，近似取取A AP P/A/Ab b=10=10，得：，得：显然栓杆的拉力增加不大。显然栓杆的拉力增加不大。另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于P时，卸载时，卸载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生后螺栓杆的预拉力将减小，即发生松弛现象松弛现象。但当。但当Nt不不大于大于0.8P0.8P时，则无松弛现象，这时时，则无松弛现象，这时Pf=1.07P，可认为螺，可认为螺杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持紧杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持紧密接触，所以现行规范规定：密接触
14、，所以现行规范规定：P+P=Pf fC-C=Cf fNt高强度螺栓摩擦型连接的单栓抗拉承载力为高强度螺栓摩擦型连接的单栓抗拉承载力为：F上式未上式未考虑橇力考虑橇力Q Q的影响，当考虑橇力的影响，当考虑橇力影响时，橇力影响时，橇力Q Q的存在导致连接的极限的存在导致连接的极限承载力降低承载力降低。F所以，如设计时不考虑橇力的影响所以，如设计时不考虑橇力的影响,增增加连接板件的刚度（如设加劲肋）。加连接板件的刚度（如设加劲肋）。2、高强度螺栓群的抗拉计算1 1）轴心力作用）轴心力作用 假定各螺栓均匀受力，故所需假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：螺栓数：N2 2）弯矩作用下）弯矩作用下 由于高强度
15、螺栓的抗拉承载力总小于其预拉力由于高强度螺栓的抗拉承载力总小于其预拉力P P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认为是状态，弹性性能较好，可认为是一个整体一个整体,所以假定连所以假定连接的接的中和轴与螺栓群形心轴重合中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力最，最外侧螺栓受力最大。大。MM1234y1y2N1N2N3N4受压区受压区中中和和轴轴由力学可得：由力学可得：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：3 3）偏心拉力作用下）偏心拉力作用下 偏心力偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应
16、大作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型连接采用以下方法摩擦型连接采用以下方法（叠加法叠加法）计算计算:Ne1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下四、摩擦型连接同时受剪和受拉四、摩擦型连接同时受剪和受拉拉力的存在使螺栓承受剪力的能力降低，考虑这个影响，规范规定，当高强度螺栓摩擦型连接同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力时，其承载力按下式计算：NVNV单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的拉力：单个螺栓所受的拉力：1234N
17、VN作用下作用下V作用下作用下1 1、在拉力和剪力共同作用下的连接计算、在拉力和剪力共同作用下的连接计算2 2、在拉力、弯矩和剪力共同作用下的连接计算、在拉力、弯矩和剪力共同作用下的连接计算1号螺栓在号螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述应满足：作用下所受拉力如前所述应满足：MNV1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下 对于高强度螺栓摩擦型连接，在拉力和剪力共同对于高强度螺栓摩擦型连接，在拉力和剪力共同作用下，单栓抗剪承载力如前所述为：作用下，单栓抗剪承载力如前所述为：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：上式中上式中:五、高强度螺栓承压型连接计算1.抗剪承载力设计值：同普通螺栓2.抗拉承载力设计值：同普通螺栓连接3.同时受拉受剪：1 4 4、采用高强度螺栓承压型连接时、采用高强度螺栓承压型连接时螺栓的强度计算公式：螺栓的强度计算公式：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的最大拉力：单个螺栓所受的最大拉力：MNV1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下