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1、第三章(Connections)36 螺栓连接（bolting）的构造一、螺栓的种类一、螺栓的种类1.1.普通螺栓普通螺栓C C级级-粗制螺栓，性能等级为粗制螺栓，性能等级为4.64.6或或4.84.8级；级；4 4表示表示fu400N/mm2,0.60.6或或0.80.8表示表示fy/fu=0.6或或0.80.8；类孔，孔径类孔，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)13mm。A A、B B级级-精制螺栓，性能等级为精制螺栓，性能等级为5.65.6或或8.88.8级级;5 5或或8 8表示表示fu500或或800N/mm2,0.60.6或或0.80.8表示表示fy/fu=0.6或或
2、0.80.8；类孔，孔径类孔，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为:A A、B B、C C三个级别。三个级别。精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代号代号A A级和级和B B级级C C级级强度等级强度等级5.65.6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级加工方式加工方式车床上经过切削而成车床上经过切削而成单个零件上一次冲成单个零件上一次冲成加工精度加工精度螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为0.250.250.5mm0.5mm螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为1.51.53m
3、m3mm抗剪性能抗剪性能好好较差较差经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构构件精度很高的结构(机械机械结构结构););在钢结构中很少采在钢结构中很少采用用,已被高强钢替代。已被高强钢替代。沿螺栓杆轴受拉的连接；沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装次要的抗剪连接；安装的临时固定的临时固定2.2.高强度螺栓高强度螺栓由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理45号8.8级；40B和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓扭剪型螺栓二、螺栓的排列二、螺
4、栓的排列1.1.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小；3.3.螺栓排列的要求螺栓排列的要求 （1 1）受力要求）受力要求 【垂直受力方向垂直受力方向】为了防止螺栓应力集中相互影响、截为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力面削弱过多而降低承载力,螺栓的边距和端距不能太小；螺栓的边距和端距不能太小；【顺力作用方向顺力作用方向
5、】为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距 不能太小；不能太小；【受压构件受压构件】为防止连接板件发生鼓曲为防止连接板件发生鼓曲,中距不能太大。中距不能太大。15d0(d0为孔径为孔径)时，连接进入弹塑性工作状时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范1.00.7
6、50.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l1 1/d/d0 0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故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。应进行板件的净截面验算。应进行板件的净截面验算。应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-22-2截面截面:A A、螺栓采用并列排列时螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为主板
7、的危险截面为1-11-1截面截面:1122NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为主板的危险截面为1-11-1和和1 1-1-1截面截面:1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面:2222设设计计螺螺栓栓盖盖板板拼拼接接，设设计计拉拉力力N=350kN，钢钢材材Q345B(或或 16Mn)，拼拼 接接 板板 宽宽 b=360mm，厚厚t1=8mm，采用，采用M20C级螺栓，孔径级螺栓，孔径f f22。例例题：题：解：解：螺栓抗剪强度螺栓抗剪强度板件承压强度板件承
8、压强度(1)双盖板的厚度双盖板的厚度t2拼接板的厚度拼接板的厚度t1/28/2=4mm板件抗拉强度板件抗拉强度取取t2=6mm双剪双剪(2)单个螺栓抗剪承载力单个螺栓抗剪承载力(3)孔壁承压孔壁承压(4)所需螺栓所需螺栓数数n=350/61.6=5.3个个(6)连接长度验算连接长度验算l1=15do=1522=330mm 100601060100330mm(7)拼接净截面积拼接净截面积An=(360-322)8=2352mm2净截面拉应力净截面拉应力s sn=350000/2352=149N/mm21181kN185.6kN1181kN被连接板强度计算：被连接板强度计算：f=215f=215结
9、论：该节点安全。结论：该节点安全。2.2.普通螺栓普通螺栓群群偏心力作用下偏心力作用下抗剪抗剪计算计算F F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT 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 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呈线形关系，方向与与其至形心距离呈线形关系，方向与r ri i垂直。垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，显然，T T作用下作用下11号螺号螺栓
10、所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1 1最大）。最大）。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：TxyN1TN1TxN1Tyr11将式将式3-40代入式代入式3-38得得:将将N1T1T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由此可得螺栓由此可得螺栓1 1 1 1的强度验算公式为的强度验算公式为的强度验算公式为的强度验算公式为:另外另外,当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长(如如y y1 13x3x1 1)时时,可进行可进行如下简化计算：如下简化计算：令令:x:xi i=0=0，则，则N1Ty1Ty=0=0（一）普通螺栓抗拉连
11、接的工作性能一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、普通螺栓的抗拉连接三、普通螺栓的抗拉连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式。断为其破坏形式。（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：式中：Ae e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 1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效
12、截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径d de e而不是净直径而不是净直径d dn n，现行国家标准取：现行国家标准取：普通螺栓规格公共直径12（14）16（18）20（22）24（27）30螺距1.752.02.02.52.52.53.03.03.5中径10.86312.70114.07116.37618.37620.37622.05225.05227.727内径10.10611.83513.83715.29417.29419.29420.75226.211螺栓有效截面0.841151.571.922.453.033.534
13、.595.61(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 A A、螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉即螺杆并非轴心受拉,当连接板件发生变形时，螺栓有当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势被撬开的趋势（杠杆作用）（杠杆作用）,使螺杆中的拉力增加使螺杆中的拉力增加（撬（撬力力Q Q）并产生弯曲现象。并产生弯曲现象。连接件刚度越小撬力越大。连接件刚度越小撬力越大。【试验证明试验证明】影响撬力的因素较多影响撬力的因素较多,其大小难以确定其大小难以确定,规范采取简化计算的方法，
14、取规范采取简化计算的方法，取ftb=0.8f（f螺栓钢螺栓钢材的抗拉强度设计值材的抗拉强度设计值）来考虑其影响。来考虑其影响。B B、在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来、在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减小甚至，可以减小甚至消除撬力的影响。消除撬力的影响。(三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计 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）普通螺栓群在弯矩作用下四）普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M12
15、34受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M 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，各）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。显然显然显然显然1111号螺栓在号螺栓在号螺栓在号螺栓在M M M M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大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
16、区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴由式由式由式由式3-523-523-523-52得得得得:将式将式3-543-54代入式代入式3-533-53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：(五）五）普通螺栓群在偏心拉力作用下普通螺栓群在偏心拉力作用下 偏心力偏心力作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的设计方法，即设计方法，即叠加法叠加法。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)FeN1F1234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和轴中和轴N4M四、四、普通螺栓拉、剪联合作用普通螺栓拉、剪联合作用011VeM=VeV因此
17、：因此：2 2、由试验可知，兼受剪力和拉力、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系的螺杆，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、普通螺栓在拉力和剪力的共同、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现两种破坏形作用下，可能出现两种破坏形 式：式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔螺杆受剪兼受拉破坏、孔 壁的承压破坏；壁的承压破坏；3 3、计算时，假定剪力由螺栓群均、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。规范规定规范规定规范规定规范规定 普通螺栓拉、剪联合作用为了防止普通螺栓拉、剪联合作用为了防止普通螺栓拉
18、、剪联合作用为了防止普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺杆螺杆螺杆螺杆受剪受剪受剪受剪兼受拉兼受拉兼受拉兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：破坏，应满足：破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：011a ab b 另外另外另外另外，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，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有承托承担全部剪力时有承托承担全部剪力时有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。，螺栓群按受拉连接计算。，螺栓群按受拉连接计算。，螺栓群按受拉连接计算。承
19、托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：式中：式中：考虑剪力对角焊缝偏心考虑剪力对角焊缝偏心 影响的增大系数，影响的增大系数，一般取一般取=1.25=1.251.351.35；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例例题题：验验算算牛牛腿腿螺螺栓栓连连接接,设设计计剪剪力力V=200kN,偏偏心心e=150mm,连连接接板板厚厚t=20mm,Q235B钢钢材材,采采用用10个个M20C级螺栓级螺栓,孔径孔径f f22，分别计算有承托和无承托两种情况。，分别计算有承托和无承托两种情况。解：解：螺栓抗剪强度螺栓抗剪强度:板
20、件承板件承压强度压强度:螺栓抗拉强度螺栓抗拉强度:(1)有承托板，螺栓群有承托板，螺栓群受弯矩受弯矩:M=Ve=2000.15=30kN.m 单个螺栓抗单个螺栓抗拉承载力拉承载力:螺栓螺栓最大拉力最大拉力:(2)无承托板，螺栓受拉受剪无承托板，螺栓受拉受剪单个螺栓抗单个螺栓抗剪承载力剪承载力:螺栓螺栓平均剪力平均剪力:螺栓螺栓最大拉力最大拉力:螺栓计算螺栓计算:孔壁承孔壁承压计算压计算:例题：例题：验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的连接强度。普通螺栓连接强度。普通螺栓4.64.6级，级，M22M22，孔径孔径23.5mm23.5mm。NMoN1N=245k
21、Na)N=245kNo柱翼缘柱翼缘节点板节点板端板端板N1b)NMoN1N=245kNa)12）算危险螺栓拉力）算危险螺栓拉力设每排螺栓有两列，设每排螺栓有两列，m=2一共一共6排螺栓，螺栓总数排螺栓，螺栓总数12，n=12解：解：1）算荷载算荷载N=245kN，e=13cm，M=Ne=24513=3185kN-cm 计算模型可为（计算模型可为（a a图）或（图）或（b b图）。图）。a a图弯曲转动中心在图弯曲转动中心在螺栓群的形心处称小偏心；螺栓群的形心处称小偏心；b b图弯曲转动中心在端板上图弯曲转动中心在端板上1 1号螺栓处，称大偏心。号螺栓处，称大偏心。假定转动中心在螺栓群的形心处，
22、则假定转动中心在螺栓群的形心处，则 y1=20cm,yi2=2202+2122+242=1120cm。N1M=My1/(m yi2)=318520/（21120）=28.44kNN引起的引起的1点拉应力：点拉应力：N1N=N/n=245/12=20.42kN最外排的螺栓拉力：最外排的螺栓拉力：Nmin=20.42-28.440 MM引起的引起的1 1点拉应力：点拉应力：N N1 1MM=MyMy1 1/(/(m m y yi i2 2)计算结果连接上部受压，构件应绕顶排螺计算结果连接上部受压，构件应绕顶排螺栓转动，则栓转动，则1 1点所受的最大拉力为点所受的最大拉力为N=245kNo柱翼缘柱翼
23、缘节点板节点板端板端板N1b)e=33cm，m=2，y1=40cmyi2=402+322+242+162+82 =3520cm24）强度判断）强度判断 Nmax1 Ntb （45.9kNP时，卸载后螺栓杆的预拉力时，卸载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生将减小，即发生松弛现象松弛现象。当当Nt0.8P时，则无松弛现象，这时时，则无松弛现象，这时Pf=1.07P，可认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密接触，持紧密接触，现行规范规定：现行规范规定：A A A A、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为
24、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为：（未考虑橇力的影响）（未考虑橇力的影响）FNt0.5P时，橇力时，橇力Q=0；FNt0.5P后，橇力后，橇力Q出现，出现，增加速度先慢后快。增加速度先慢后快。F橇力橇力Q的存在导致连接的极的存在导致连接的极限承载力由限承载力由Nu降至降至Nu。F故，如设计时不考虑橇故，如设计时不考虑橇力的影响力的影响,应使应使Nt0.5P或增加连接板件的刚度或增加连接板件的刚度(如设加劲肋如设加劲肋)。300 250 200 150 100 50 050 100 150 200 250 300Pf(KN)(KN)Nu u Nu uNt(KN
25、)(KN)2NNNQQ191951518.8级级 M22P=150KNQ Q有橇力时的螺栓破坏无橇力时的螺栓破坏F当考虑橇力影响时当考虑橇力影响时,螺栓杆的拉力螺栓杆的拉力P Pf f与与N Nt t的关系曲线图：的关系曲线图：B B、承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力,因其破坏准则因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同,即：即：式中：式中：Ae-螺栓杆的有效截面面积；螺栓杆的有效截面面积；de-螺栓杆的有效直径；螺栓杆的有效直径；ftb 高强度螺栓的抗拉强度设计值。高强度螺栓的抗拉强度设计值。上式的计算结果与
26、上式的计算结果与0.8P相差不多。相差不多。6.6.高强度螺栓连接在拉力和剪力高强度螺栓连接在拉力和剪力 共同作用下的工作性能和单栓承载力共同作用下的工作性能和单栓承载力（1 1）高强度螺栓摩擦型连接）高强度螺栓摩擦型连接 当当N Nt tPP时，栓杆的预拉力变化不大，但由于时，栓杆的预拉力变化不大，但由于随随N Nt t的增大而减小，且随的增大而减小，且随N Nt t的增大板件间的挤压的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在V V和和N N共同作用下应满足下式：共同作用下应满足下式：或或即即（2 2 2 2）高强度螺栓承压型连接）高强
27、度螺栓承压型连接）高强度螺栓承压型连接）高强度螺栓承压型连接 对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓相同。作用下计算方法与普通螺栓相同。为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：系数系数1.21.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的承压承载力降低的修正系数。承压承载力降低的修正系数。二、高强度螺栓群的抗剪计算二、高强度螺栓群的抗剪计算1.1.轴心力作用轴心力作用对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：对于承压型连接：对于承压型连接：NN1.1.轴心力作用轴心力作用 假定各螺
28、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：高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉为了防止板件被拉为了防止板件被拉为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算断尚应进行板件的净截面验算断尚应进行板件的净截面验算断尚应进行板件的净截面验算.A A、高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接NNbt tt t1 1b1主板的危险截面为主板的危险截面为1-11-1截面。截面。考虑孔前传力考虑孔前传力50%50%得：得：1-11-1截面的内力为：截面的内力为：拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面。截面。考
29、虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得：2-2截面的内力为：截面的内力为：B B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完全相同。净截面验算完全相同。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 F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：扭矩扭矩扭矩扭矩T T T T作用下：作用下：作用下：作用下：由此可得螺栓由此可得螺栓由此可得螺栓由此可得螺栓1 1 1 1的强度验算公式为的强度验算公式为的强度验算公式为的强
30、度验算公式为:三、高强度螺栓群的抗拉计算三、高强度螺栓群的抗拉计算1.轴心力作用轴心力作用 M2.弯矩作用下弯矩作用下 由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力力P P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体,所以所以假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧，最外侧螺栓受力最大。螺栓受力最大。假定各螺栓均匀受力假定各螺栓均匀受力,故所需螺栓数：故所需螺栓数：MM1234y1y2N1N2N3
31、N4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Ne1 2 3 4M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下 偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于于0.8P0.8P，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，所以摩擦型和承压型均可采用以下方法摩擦型和承压型均可采用以下方法（叠加法叠加法）计算计算:四、高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的连四、高强度螺栓群在拉力和剪力共同
32、作用下的连接计算接计算NV1 2 3 4NVV作用下作用下N作用下作用下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：所以：所以：、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓摩擦型摩擦型摩擦型摩擦型连接应满足：连接应满足：连接应满足：连接应满足：、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓承压型承压型连接应满足：连接应满足：连接应满足：连接应满足：五、高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作五、高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的连接计算用下的连接计算MNV1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下
33、作用下N作用下作用下VV作用下作用下1 1号螺栓在号螺栓在N N、M 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：1.1.采用高强度螺栓摩擦型连接时采用高强度螺栓摩擦型连接时 单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：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：上式中上式中:2.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作用下作用下单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：
34、单个螺栓所受的最大拉力：单个螺栓所受的最大拉力：解：解：1、查取有关参数、查取有关参数 预拉力：预拉力：P=155kN;摩擦系数：摩擦系数：=0.45 2、确定控制点、确定控制点 受力分析控制点为最上排螺栓受力分析控制点为最上排螺栓。例题例题:图示摩擦型高强螺栓连图示摩擦型高强螺栓连接，接，Q235B钢材，钢材，M20，10.9级，喷砂生赤锈，验级，喷砂生赤锈，验算连接强度。已知：算连接强度。已知：M=106kN.m；N=384kN；V=450kN。3、最上排螺栓分项受力、最上排螺栓分项受力 轴力轴力N：各螺栓均匀受拉：各螺栓均匀受拉 弯矩弯矩M作用：最上排受最大拉力作用：最上排受最大拉力 其
35、中其中总拉力：总拉力：剪力剪力V：各螺栓均匀受剪：各螺栓均匀受剪4、承载力验算、承载力验算5、结论：连接承载力满足要求、结论：连接承载力满足要求 3.9 混合连接(自学内容自学内容)小结：小结：主要主要连接连接方法方法及优及优缺点缺点方法方法优优 点点缺缺 点点焊焊 接接对几何形体适应性强，构造简对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于自动化，单，省材省工，易于自动化，工效高工效高 。焊接残余应力大且不易控制焊接残余应力大且不易控制,焊焊接变形大。对材质要求高接变形大。对材质要求高,质量质量检验工作量大。检验工作量大。铆铆 接接传力可靠，韧性和塑性好，质传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查
36、，抗动力荷载好。量易于检查，抗动力荷载好。费钢、费工费钢、费工 。目前很少采用。目前很少采用普通普通螺栓螺栓装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，精度螺栓精度低时不宜受剪，精度高时加工和安装难度较大高时加工和安装难度较大 。高强高强螺栓螺栓加工方便，对结构削弱少，能加工方便，对结构削弱少，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好韧性好 。摩擦面处理，安装工艺略为复摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高杂，造价略高 例例题题：验验算算梁梁端端梁梁柱柱连连接接,设设计计弯弯距距M=40kN.m，剪剪力力V=160kN，Q235B钢钢材材，采采用用8个个M
37、20、8.8级螺栓，摩擦型连接，连接板钢刷除锈。级螺栓，摩擦型连接，连接板钢刷除锈。解：解：螺栓预力螺栓预力P=110kN,抗滑移系数抗滑移系数=0.35,0.8P=88kN弯矩产生螺栓拉力弯矩产生螺栓拉力(最外排螺栓最外排螺栓)螺栓平均剪力螺栓平均剪力Nv=160/8=20kN计算最外排螺栓抗剪计算最外排螺栓抗剪计算全部螺栓抗剪计算全部螺栓抗剪例题：例题：设计下图所示轴心受拉钢板的高强螺栓连接。设计下图所示轴心受拉钢板的高强螺栓连接。钢板的钢材为钢板的钢材为Q235，高强螺栓高强螺栓10.9级，摩擦型级，摩擦型,M20,孔孔径径d0=22mm。连接处截面用喷砂处理。连接处截面用喷砂处理。M2
38、0、10.9级定孔径级定孔径22符合规范要求（符合规范要求（+1.52.0mm)由钢种、喷砂处理定由钢种、喷砂处理定。NN拼接板拼接板连接板连接板连接板连接板 验算内容验算内容 作为设计，需要验算所需作为设计，需要验算所需高强螺栓数目（强度）高强螺栓数目（强度）、连接板件强度连接板件强度和和拼接板强度拼接板强度。但因。但因规范规范规定：规定：拼接板面积应与被连接板件的截面面积相同，所以不拼接板面积应与被连接板件的截面面积相同，所以不再验算拼接板。再验算拼接板。题目给出了螺栓数目、直径、排列，未给荷载题目给出了螺栓数目、直径、排列，未给荷载N的数值。意味着，需验算连接件能承受的最大荷载和的数值。
39、意味着，需验算连接件能承受的最大荷载和在此荷载下螺栓强度（数目）是否满足规范要求。在此荷载下螺栓强度（数目）是否满足规范要求。分析分析1 1、连接验算、连接验算 1 1）净截面承载力计算）净截面承载力计算:将将 n=28，n1=4，An=(450-422)20=7240mm2，f=215N/mm2,代入上式得代入上式得 N=1676.3kNNN拼接板拼接板连接板连接板连接板连接板解解查表得预拉力：查表得预拉力：P=155kN。（。（10.9,M20）查表得抗滑移系数：查表得抗滑移系数：=0.45。（。（3号钢，喷砂）号钢，喷砂）单面摩擦：单面摩擦：nf=1。单个高强螺栓抗剪承载力设计值单个高强
40、螺栓抗剪承载力设计值:Nvb=0.9nf P 但在螺栓群中可能出现螺栓剪力分布不均情况。但在螺栓群中可能出现螺栓剪力分布不均情况。因此引入非均匀分布系数因此引入非均匀分布系数:Nvb=0.9nf P 按净截面承载力按净截面承载力N=1676.kN计算所需螺栓数目。计算所需螺栓数目。（2）螺栓数计算）螺栓数计算 2）毛截面承载力计算）毛截面承载力计算 N=Af=4502021510-2=1935kN原用原用47=28个正好。个正好。所需高强螺栓数目所需高强螺栓数目:计算螺栓抗剪强度设计值计算螺栓抗剪强度设计值:Nvb=0.9550.910.45155=60kN计算计算:先计算顺力向连接长度先计算
41、顺力向连接长度l1，判断是否大于判断是否大于15d0。l1=806=48015d0=1522=330mm 应根据顺力方向螺栓连接长度应根据顺力方向螺栓连接长度l1确定。确定。例题例题:设计图示梁腹板设计图示梁腹板拼接接头的高强螺栓拼接接头的高强螺栓连接。腹板接头所受连接。腹板接头所受弯矩弯矩M=600kN.m,剪力剪力V=230kN。腹板钢材腹板钢材为为Q235,高强螺栓高强螺栓10.9级级,摩擦型，摩擦型，M20，孔孔径径22。连接的接触面。连接的接触面处理：喷砂后生赤锈。处理：喷砂后生赤锈。MMVV11 孔径比公称直径大孔径比公称直径大1.52.0mm。腹板厚腹板厚14 mm，用两块截面为
42、用两块截面为138010mm拼接拼接钢板（上下各留了钢板（上下各留了20mm）。由于拼接板总厚度大于）。由于拼接板总厚度大于被连接腹板厚度。拼接板本身可不验算。螺栓受剪。被连接腹板厚度。拼接板本身可不验算。螺栓受剪。M对梁而言是弯矩，对螺栓群是扭矩。对梁而言是弯矩，对螺栓群是扭矩。解解螺栓强度验算螺栓强度验算 最危险螺栓判定上下最危险螺栓判定上下“1”1”号螺栓。号螺栓。M110130=1300mm80mml1 1螺栓沿受力向的连接长度，受力方向基本上是水平的。螺栓沿受力向的连接长度，受力方向基本上是水平的。l1=80mm15d0=1522=330mm取取 =1.0查表：查表：=0.45 P=
43、155kN，双面摩擦：双面摩擦：nf=2 Nvb=1.00.920.45155=125.6kN 单个摩擦型高强螺栓抗剪承载力单个摩擦型高强螺栓抗剪承载力NVb=0.9nf PM1V1 剪力剪力V产生的螺栓剪力产生的螺栓剪力一个螺栓承受的剪力一个螺栓承受的剪力 1 1号螺栓承载力验算号螺栓承载力验算 弯矩弯矩M产生的螺栓剪力产生的螺栓剪力因为因为y13x1满足设计要求。满足设计要求。设计下图所示轴心受拉钢板的设计下图所示轴心受拉钢板的承压型高强螺栓承压型高强螺栓连接。钢板连接。钢板的钢材为的钢材为Q235，高强螺栓，高强螺栓10.9级，级，M20,孔径孔径d0=21.5mm。连接处截面用喷砂处理
44、。连接处截面用喷砂处理。剪切面在螺纹处。剪切面在螺纹处。NN思考题思考题 连接是组成钢结构的重要部分，是本课程的基连接是组成钢结构的重要部分，是本课程的基本知识和基本技能。本知识和基本技能。通过本章的学习，要了解钢通过本章的学习，要了解钢结构采用的焊接连接和螺栓连接两种常用的连接方结构采用的焊接连接和螺栓连接两种常用的连接方法及其特点；深刻理解对接焊缝及角焊缝的工作性法及其特点；深刻理解对接焊缝及角焊缝的工作性能；熟练掌握各种内力作用下，连接的构造、传力能；熟练掌握各种内力作用下，连接的构造、传力过程和计算方法；了解焊缝缺陷对其承载力的影响过程和计算方法；了解焊缝缺陷对其承载力的影响及质量检验
45、方法；理解焊接应力和焊接变形的种类、及质量检验方法；理解焊接应力和焊接变形的种类、产生原因、影响以及减小和消除的方法；深刻理解产生原因、影响以及减小和消除的方法；深刻理解普通螺栓和高强螺栓的工作性能和破坏形式，熟练普通螺栓和高强螺栓的工作性能和破坏形式，熟练掌握螺栓连接在传递各种内力时连接的构造、传力掌握螺栓连接在传递各种内力时连接的构造、传力过程和计算方法，理解螺栓排列方式和构造要求。过程和计算方法，理解螺栓排列方式和构造要求。（本章完）（本章完）思考题思考题（一（一)填空题填空题1 1在普通螺接连接计算中，受剪螺栓考虑的两在普通螺接连接计算中，受剪螺栓考虑的两种破坏形式为：种破坏形式为：(
46、1)(1)当当()()时，相应的单个螺栓抗剪承载力时，相应的单个螺栓抗剪承载力计算公式为计算公式为()()；(2)(2)当当()()时，相应的单个螺栓承载力计算时，相应的单个螺栓承载力计算公式为公式为()()。因此、单个螺栓的承载力取。因此、单个螺栓的承载力取()。2 2摩擦摩擦型高强螺栓受型高强螺栓受剪连接对应的破坏形式为剪连接对应的破坏形式为()；承压型高强螺栓受剪连接对应的破坏形式为；承压型高强螺栓受剪连接对应的破坏形式为()。3 3对于普通螺栓连接当对于普通螺栓连接当()()时，可防止时，可防止端部钢板剪坏，端部钢板剪坏，当当()()时，可防止栓扦受时，可防止栓扦受弯弯破坏。破坏。1
47、1摩擦型与承压型高强螺栓的主要区别摩擦型与承压型高强螺栓的主要区别是是()。施加预拉力的大小和方法不同施加预拉力的大小和方法不同 所采用的材料不同所采用的材料不同 破坏时的极限状态不同破坏时的极限状态不同 板件接触面的处理方式不同板件接触面的处理方式不同（二（二)选择题选择题2 2螺栓连接采用限制端距是为防止螺栓连接采用限制端距是为防止()。钢板校冲剪破坏钢板校冲剪破坏 螺栓杆被剪坏螺栓杆被剪坏 踞栓杆被压坏踞栓杆被压坏 螺桂产生过大的弯曲变形螺桂产生过大的弯曲变形 3 3摩擦型高强摩擦型高强螺栓连接的轴心拉杆的验螺栓连接的轴心拉杆的验算净截面强度公式为算净截面强度公式为=N/A=N/An n
48、f fy y,其中其中的的NN与杆件所受拉力与杆件所受拉力N N相比相比()()。NNN N NNN N NNNN 视具体情况而定视具体情况而定4 4摩擦型高强螺栓抗剪时依靠摩擦型高强螺栓抗剪时依靠()承载承载。螺栓的预拉力螺栓的预拉力 孔壁承压孔壁承压 螺拴杆的抗剪螺拴杆的抗剪 板件间的摩阻力板件间的摩阻力（三）计算题（三）计算题例：验算如图所示摩擦型高强度螺栓连接例：验算如图所示摩擦型高强度螺栓连接是否安全？已知：荷载是否安全？已知：荷载N=300KN,螺栓螺栓M20,10.9级，级，u=0.5,预紧力预紧力P=155KN。解答：解答：解：螺栓群行心解：螺栓群行心o处内力有：处内力有：轴心
49、力：轴心力：T=3N/5=3300/5=180kN 剪力：剪力：V=4N/5=4300/5=240kN弯矩：弯矩：M=Te=18035=6300kN.mm在在 N、M的作用下，最上面一排的螺栓最的作用下，最上面一排的螺栓最不利，每个螺栓所受的最大拉力为：不利，每个螺栓所受的最大拉力为：N1=My1/2 yi2+T1/n =6300(35+65)/(212352+21002)+180/8 =36.5kN0.8P=0.8156=124kNNBV=0.9nu(P-1.25N1)=0.91(155-1.2536.5)=49.2kNNV=V/n=240/8=30kNNVb=49.2kN结论：此螺栓连接安全。结论：此螺栓连接安全。