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1、 第第3章章 钢结构的连接钢结构的连接3.1钢结构的连接方法和特点3.2焊缝和焊接连接的形式3.3对接焊缝的构造和计算3.4角焊缝的构造和计算3.4焊接应力和焊接变形3.6 螺栓连接的排列与构造3.7 普通螺栓连接的工作性能和强度计算3.8 高强度螺栓连接的工作性能和强度计算3.6螺栓的构造螺栓的构造 3.6.1 螺栓的规格螺栓的规格螺栓常见的规格有螺栓常见的规格有M12、M16、M20、M24、M30 3.6螺栓的构造螺栓的构造3.6.2 螺栓的排列 l排列原则：简单 统一 整齐 紧凑 l排列方式：并列（简单整齐，连接板尺寸小，构件截面削弱较大）错列（可减小螺栓孔对截面削弱，但排列较复杂，且
2、连接构件尺寸较大）l排列因素：受力要求：钢板端部剪断，端距不应小于2d0；受拉时，栓距和线距不应过小；受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大。构造要求：栓距和线距不宜过大施工要求：有一定的施工空间3.6螺栓的构造螺栓的构造3.6.2 螺栓的排列 螺栓排列和最小距离：3.6螺栓的构造螺栓的构造3.6.2 螺栓的排列 螺栓排列最大距离：对于角钢、工字钢和槽钢的螺栓排列见附录四（型钢的螺栓准线表）3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接按其受力方式分类：抗剪螺栓 抗拉螺栓 同时抗剪抗拉螺栓 普通螺栓的抗剪连接抗剪连接工作性能抗剪螺栓连接的受力性能：静摩擦力阶段、相对滑
3、移阶段、螺杆与孔壁挤压传力的弹塑性阶段、破坏阶段。3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓的抗剪连接抗剪连接工作性能螺栓破坏形式：螺栓杆剪断；孔壁压坏；板被拉断；板端被剪断；螺栓杆弯曲。3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓的抗剪连接抗剪连接工作性能一个抗剪螺栓的设计承载力计算：抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：1）.轴心力作用下螺栓群抗剪连接计算v螺栓数目：v板件静截面强度：螺栓群的计算螺栓群的计算力的传递及净截面力的传递及净截面面积计算面积计算3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓的抗剪连
4、接2）.扭矩作用下螺栓群的抗剪计算3.7.1.2 3.7.1.2 螺栓群的计算螺栓群的计算图图7-72 螺栓群受扭矩计算螺栓群受扭矩计算3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算基本假定：被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的；各螺栓绕螺栓群形心o旋转，其受力大小与其至螺栓群形心o的距离r成正比，力的方向与其至螺栓群形心的连线相垂直。普通螺栓的抗剪连接2）.螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算螺栓群的计算螺栓群的计算3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算v根据螺栓受力大小与其至形心o的距离r成正比条件：v得：v平衡条件：普通螺栓的抗剪连接3）.螺栓群在
5、扭矩、剪力、轴心力作用下的抗剪计算v在扭矩作用下，螺栓1受力：v在剪力V和轴心力N作用下，螺栓均匀受力：v则螺栓1承受的最大剪力N1应满足：v在螺栓群为一狭长布置时，当ymax3xmax时，为计算方便，上式可近似为螺栓群的计算螺栓群的计算3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算4）.螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算,常需先假定螺栓数目及布置，而后进行验算。设螺栓列数为m，每列螺栓有n个，螺栓据为p，等间距布置，端距为p/2，每个螺栓的截面积为A,为此一确定螺栓数目的近似公式或先近似取或先近似取n,n,然后再用上式求然后再用上式求n.n.3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普
6、通螺栓连接的构造和强度计算例题1 两块钢板截面尺寸见图，采双盖板和普通螺栓拼接，C级螺栓M20，孔径d0=21.5mm，钢材为Q235B，承受轴心拉力设计值N=650kN。试设计此连接。解：1.确定拼接盖板截面尺寸 根据拼接盖板与被连接钢板等强原则，即拼接盖板截面面积不小于与被连接钢板截面面积，拼接盖板截面尺寸选为8360（mmmm），钢材也为Q235B。2.单个普通螺栓的抗剪承载力设计值 单个螺栓的承剪承载力设计值为：单个螺栓的承压承载力设计值为：则单个螺栓的抗剪承载力设计值取两者的较小值：l1=160mm15d0=322.5mm，则连接一侧所需要螺栓数目为：，取n=9。3.螺栓布置 采用并
7、列布置，按螺栓布置的要求，确定螺栓的中距、边距和端距，如图所示，均满足构造要求。由图可知盖板的长度为520mm。连接件的净截面验算都满足要求，此处略。例题2 试验算图所示C级普通螺栓连接。荷载设计值F=100kN，螺栓M20，连接板件的钢材都为Q235B。解：1.单个螺栓的抗剪承载力：单个螺栓的承剪承载力设计值为：单个螺栓的承压承载力设计值为：则单个螺栓的抗剪承载力设计值取两者的较小值：2.内力计算 将F平移至螺栓群的中心线，则螺栓群承受轴心剪力V=F和扭矩T作用。3.螺栓群强度验算 由前述可知1号螺栓受力最大，为设计控制点，则对其进行强度验算。则1号螺栓承受的合剪力为：螺栓群布置安全。3.7
8、 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓的抗拉连接抗拉螺栓连接破坏形式：螺栓杆拉断一个抗拉螺栓的设计承载力计算：为考虑撬力的影响，规范规定普通螺栓抗拉强度设计值ftb取同样钢号钢材抗拉强度设计值f的0.8倍1）.螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算2）.螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算v假定：中和轴在最下排螺栓处普通螺栓的抗拉连接弯矩作用下抗拉螺栓计算弯矩作用下抗拉螺栓计算3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算螺栓群的计算螺栓群的计算J 螺栓群在弯矩作用下的抗拉连接计算,常需先假定螺栓数目及布置，而后进行验算。设螺栓列数为m，每列螺栓有n个，螺栓据为p
9、，为此一确定螺栓数目的近似公式或先近似取或先近似取n,n,然后再用上式修正求然后再用上式修正求n.n.3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算例题3 试验算图3-17所示牛腿与柱翼缘用普通螺栓连接。图中的荷载均为设计值，螺栓M20，连接件采用Q235钢材。解：1.受力分析 将集中力F平移至螺栓群平面，则产生弯矩M和剪力V。剪力V由于牛腿的端板与支托刨平顶紧，则由支托承担；螺栓群仅承受弯矩M：2.单个螺栓的抗拉承载力：3.螺栓群强度验算 由前述可知1号螺栓受力最大，为设计控制点，则对其进行强度验算：连接强度满足要求。3）.螺栓群同时承受剪力和弯矩（轴心拉力）的计算螺栓群的
10、计算螺栓群的计算螺栓群同时承受剪力和拉力螺栓群同时承受剪力和拉力3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓的抗拉连接普通螺栓的抗拉连接3）.螺栓群同时承受剪力和拉力的计算v支托仅起安装作用：螺栓群承受弯矩M和剪力V 螺栓不发生拉剪破坏 板不发生承压破坏普通螺栓的抗拉连接3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算2）螺栓群同时承受剪力和拉力的计算v支托承受剪力：螺栓群只承受弯矩M 支托和柱翼缘的角焊缝验算 为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响，取1.251.35普通螺栓的抗拉连接3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算普通螺栓连接的构造和强度计算例题4
11、其他条件同例题3，但牛腿下的支托仅在安装阶段起作用，正常使用阶段不考虑支托承受剪力，即剪力由螺栓群承担。验算螺栓群的强度。解：1.单个螺栓的承载力：单个螺栓的承剪承载力设计值为：单个螺栓的承压承载力设计值为：单个螺栓的抗拉承载力：2.螺栓群强度验算 由前述可知1号螺栓受力最大，为设计控制点，则对其进行强度验算：螺栓的承压验算：螺栓群受力不安全，需要重新设计。通过本例题和例题3的计算结果比较可知，利用支托承受剪力的方案具有减少螺栓数目的优点。摩擦型高强度螺栓:抗剪时以外剪力达到板件间可能发生的最大摩擦力为极限状态 3.8 3.8 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承压型高强度螺
12、栓:抗剪时允许超过摩擦力发生滑移，最后以栓杆抗剪或孔壁承压破坏为极限状态 承压型高强度螺栓:只允许在承受静荷或间接动荷载的结构中采用，允许发生一定滑移变形的连接中，在抗剪连接中可以减少螺栓数量。摩擦型高强度螺栓：有较高的传力可靠性和连接整体性，承受动力菏载和疲劳的性能较好。v螺栓螺栓强度强度级别级别：10.9级和8.8级v螺母螺母:v垫圈垫圈高强度螺栓连接的一般要求高强度螺栓连接的一般要求3.8 3.8 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高强度螺栓的钢材高强度螺栓的钢材高强度螺栓的螺栓高强度螺栓的螺栓本身、螺母及垫圈均采用高强度本身、螺母及垫圈均采用高强度钢材钢材,且成品经过
13、热处理进一步提高其强度且成品经过热处理进一步提高其强度.高强度螺栓连接的一般要求高强度螺栓连接的一般要求3.8 3.8 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高强度螺栓的预拉力预拉力设计值：高强度螺栓预拉力设计值按材料强度和螺栓有效截面积确定，取值时考虑：螺栓材质不均匀，引入折减系数0.9；超张拉系数(补偿螺栓预拉力松弛)，引入折减系数0.9；在扭紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪力将降低螺栓的抗拉承载力，引入折减系数1.2；钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数0.9。高强度螺栓连接的一般要求高强度螺栓连接的一般要求3.8 3.8 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
14、算高强度螺栓的预拉力控制方法 大六角头螺栓 扭剪型高强度螺栓扭剪法 1)扭矩法2)转角法高强度螺栓连接的一般要求高强度螺栓连接的一般要求3.8 3.8 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连接处构件接触面的处理和抗滑移系数抗滑移系数影响因素:与及构件的钢号有关,且试验证明随着连接构件接触面接触面处理方法间的压紧力减小而减小.接触面处理方法:喷丸优于喷砂，涂无机富锌漆,1.高强度螺栓摩擦型连接2.高强度螺栓承压型连接v破坏状态同普通螺栓，极限承载力由杆身抗剪和孔壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动作用，计算方法和普通螺栓相同。高强度螺栓的抗剪承载力设计值高强度螺栓的抗剪承载力设计值3.
15、8 3.8 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1.轴心力作用时v螺栓数：v构件净截面强度：对于承压型连接，验算与普通螺栓相同；对于摩擦型连接，要考虑孔前传力的影响（占螺栓传力的50%）高强度螺栓群的抗剪计算高强度螺栓群的抗剪计算摩擦型高强度螺栓孔前传力摩擦型高强度螺栓孔前传力3.8 3.8 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2.扭矩作用时，及扭矩、剪力、轴心力共同作用时v螺栓群受扭矩T、剪力V和轴心力N共同作用的高强度螺栓连接的抗剪计算与普通螺栓相同，只是用高强度螺栓的承载力设计值。高强度螺栓群的抗剪计算高强度螺栓群的抗剪计算3.8 3.8 高强度螺栓连接的
16、性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算1.高强度螺栓的抗拉连接性能v规范规定每个摩擦型高强度螺栓的抗拉设计承载力不得大于0.8P，螺栓杆内原预拉力基本不变。高强度螺栓的抗拉连接高强度螺栓的抗拉连接高强度螺栓受拉高强度螺栓受拉3.8 3.8 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1.高强度螺栓的抗拉连接性能v撬力的影响：限制抗拉承载力在0.8P以内 高强度螺栓的抗拉连接高强度螺栓的抗拉连接图图7-83 高强度螺栓拉力变化高强度螺栓拉力变化3.8 3.8 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2.高强度螺栓抗拉连接计算v抗拉承载力：v轴心拉力的螺栓数：v弯矩作用时 高强度
17、螺栓的抗拉连接高强度螺栓的抗拉连接3.8 3.8 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高强度螺栓受弯连接高强度螺栓受弯连接2.高强度螺栓抗拉连接计算v承载力极限状态 板不被拉开时，中和轴在螺栓群形心处；板可被拉开时，与普通螺栓一样，中和轴在最外排 受压螺栓形心处。高强度螺栓的抗拉连接高强度螺栓的抗拉连接3.8 3.8 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1.高强度螺栓摩擦型连接v由于外拉力的作用，板件间的挤压力降低v每个螺栓的抗剪承载力也随之减少v抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低 2.高强度螺栓承压型连接 同时受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算同时受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算3.8 3.8 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