1、 第3章 钢结构的连接钢结构-原理与设计 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接螺栓连接 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接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1.51.53mm3mm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
2、高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构（机械构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采用用沿螺栓杆轴受拉的连接；次沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时要的抗剪连接；安装的临时固定固定1.1.普通螺栓连接普通螺栓连接 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接2.2.高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。合称。由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢经过热处理加工而成。钢经过热处理加工而成。4545号号8.88.8级；级；40B40B和和20MnTiB2
3、0MnTiB10.910.9级级（a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓（a）大六角头螺栓）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接Q235Q235钢和4545号钢的区别用途不同，Q235是普通结构钢，属工程用钢，主要用作钢构件，如角钢、槽钢、工字钢、钢板等；45号钢是优质碳素结构钢，属机械用钢，主要用作机械零件，如轴类、齿轮、高强度螺栓等。钢号表示方法不同，Q235钢号表示的是钢的力学性能-强度（屈服强度不低235MPa）；45号钢好表示钢的化学成分（钢的含碳量为0.45%左右）。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接Q235
4、Q235钢和4545号钢的区别钢的性能不同，Q235属于低碳钢，其塑性较高，但强度较低，适合于拉伸、压延加工，如制作型材、板材等；45号钢属于中碳钢，可进行淬火处理，其热处理后强度和硬度高，故适合于制作机械零件，用于要求受力大及耐磨性好的场合。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接传力机理传力机理利用预拉力把被连接的部利用预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传
5、递力通过摩擦力来传递允许接触面滑移，依靠螺栓杆允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承压来传力和螺孔之间的承压来传力栓孔直径栓孔直径螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.5+1.52.0mm2.0mm螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.0+1.01.5mm1.5mm特点特点剪切变形小，弹性性能好，剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动力荷载特别适用于承受动力荷载的结构的结构连接紧凑，但剪切变形大，不连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构得用于承受动力荷载的结构 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接铆钉连接及特点铆钉连接及特点 铆钉连接铆钉连接是用一端带有半圆形预制钉头的铆是用一端带
6、有半圆形预制钉头的铆钉，将钉杆烧红迅速插入被连接件的钉孔中，钉，将钉杆烧红迅速插入被连接件的钉孔中，再用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，使连接达再用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，使连接达到紧固。到紧固。缺点缺点费工费料、劳动强度高。费工费料、劳动强度高。目前承重钢结构连接中已很少应用。目前承重钢结构连接中已很少应用。优点优点传力可靠，塑性、韧性好，传力可靠，塑性、韧性好，动力性能好动力性能好 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接连接方法连接方法优优 点点缺缺 点点焊焊 接接对几何形体适应性强，构对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于造简单，省材省工，易于自动化，工效高自动化，工效高 。焊接
7、残余应力大且不易控制，焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大。对材质要求高，焊接变形大。对材质要求高，质量检验工作量大。质量检验工作量大。铆铆 接接传力可靠，韧性和塑性好，传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷质量易于检查，抗动力荷载好。载好。费钢、费工费钢、费工 。目前很少采用目前很少采用普通螺栓普通螺栓连接连接装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度栓精度高时加工和安装难度较大较大 。高强螺栓高强螺栓连接连接 加工方便，对结构削弱少，加工方便，对结构削弱少，能承受动力荷载，耐疲劳，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好
8、塑性、韧性好 。摩擦面处理，安装工艺略为摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高复杂，造价略高 主要连接方法及优缺点主要连接方法及优缺点 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓规格螺栓规格精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓分类分类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1.51.53mm3mm受
9、力特点受力特点抗剪差、抗拉好抗剪差、抗拉好抗剪抗拉均好抗剪抗拉均好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（机械构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采用用沿螺栓杆轴受拉的连接；次沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时要的抗剪连接；安装的临时固定固定3.6 3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算注：注：A、B两级的区别只是尺寸不同。两级的区别只是尺寸不同。A级用于级用于d24mm,l150mm的的螺栓，螺栓，B级用于级用于d24mm,l150mm 螺栓。螺栓。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接常用螺
10、栓直径为常用螺栓直径为d=16，20，24mm，用，用M表示，如表示，如M16。螺栓符号螺栓符号螺栓孔为螺栓孔为d0=d+1.53mmM12、M16大大1.5mm，M18、M20、M22、M24大大2mm，M27、M30大大3mm 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接5.5.1 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求 螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。图图3.5.1 螺栓的排列方式螺栓的排列方式1.1.螺栓的排列螺栓的排列并
11、列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。如并列紧凑，连接板尺寸较大。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接(1)(1)受力要求受力要求 下限：下限：防止孔间板破裂防止孔间板破裂3d0上限：上限：防止板间张口和鼓曲防止板间张口和鼓曲。b）螺孔中心距限制）螺孔中心距限制a）端距限制）端距限制防止孔端钢板剪断防止孔端钢板剪断，2d0；中心距太大中心距太大2d端距过小端
12、距过小（2 2）构造要求）构造要求 螺栓的中距及边距过大，则构件接触面不够紧密，螺栓的中距及边距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。（3 3）施工要求）施工要求 要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接端距端距边距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距端距端距端距中距中距边距边距线距线距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0边距边距根据规范规定（根据规范规定（P52P52表表3.43.4）的螺栓最大、最小容许间距，排
13、列螺栓时宜）的螺栓最大、最小容许间距，排列螺栓时宜按最小容许间距取用，且宜取按最小容许间距取用，且宜取5mm5mm的倍数，并按等距离布置，以缩小连的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。最大容许间距一般只在起连系作用的构造连接中采用。接的尺寸。最大容许间距一般只在起连系作用的构造连接中采用。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接 为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两两个个永久螺栓；永久螺栓；2.2.螺栓的其它构造要求螺栓的其它构造要求 直接承受动荷载的普通螺栓连接应采
14、用直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽双螺帽，或其他措施以防螺帽，或其他措施以防螺帽松动；松动；C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：承受静载或间接动载的次要连接；承受静载或间接动载的次要连接；承受静载的可拆卸结构连接；承受静载的可拆卸结构连接；临时固定构件的安装连接。临时固定构件的安装连接。沿杆轴方向受拉螺栓连接的端板，应适当加大刚度，以减小撬力对螺沿杆轴方向受拉螺栓连接的端板，应适当加大刚度，以减小撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。栓抗拉承载力的不利影响。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接3.7 普
15、通螺栓的工作性能和计算普通螺栓的工作性能和计算 螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时受剪力和拉力的共同作用。受剪力和拉力的共同作用。FNFA A 剪力螺栓剪力螺栓B B 拉力螺栓拉力螺栓C C 剪力和拉力共剪力和拉力共同作用同作用受力垂直螺杆，承受力垂直螺杆，承剪、承压。剪、承压。连接件有错动趋势连接件有错动趋势受力平行螺杆，承拉受力平行螺杆，承拉连接件有脱开趋势连接件有脱开趋势 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接NO1234NNabNN/2N/2对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板即可得到板件上件上a
16、a、b b两点相对位移两点相对位移与作用力与作用力N N的关的关系曲线系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段力的四个阶段1.1.受剪连接的工作性能受剪连接的工作性能 (1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(01段段)直线段直线段连接处于弹性状态；连接处于弹性状态；该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。(2)滑移阶段滑移阶段(12段段)克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表现在曲线上为水平段。现在曲线上为水平段。第第3 3章章 钢结构的连接钢结
17、构的连接NO1234abNN/2N/2(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(23段段)该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，板件间摩擦力的增大，N-关系以曲线状态关系以曲线状态上升。上升。(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(34段段)达到达到3 3后，即使给荷载以很小的增量，后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。4 4点（曲线的
18、最高点）即为普通螺栓抗剪点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力连接的极限承载力Nu。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接a)螺杆被剪断；螺杆被剪断；b)连接件孔壁挤压破坏；连接件孔壁挤压破坏；c)钢板拉断；钢板拉断；d)钢板冲剪破坏；钢板冲剪破坏；e)螺杆弯曲破坏螺杆弯曲破坏。2.2.受剪螺栓的破坏形式受剪螺栓的破坏形式a)AB栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时b)BA栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时c)A截面削弱过多时截面削弱过多时d)3535a1A端矩过小时；端矩端矩过小时；端矩2d0e)A板过厚螺栓杆过长；栓杆长度板过厚螺栓杆过长；栓杆长度5da)、b)、c
19、)通过计算解决通过计算解决d)、e)通过构造解决通过构造解决 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接单个剪力螺栓的设计承载力：单个剪力螺栓的设计承载力：受剪承载力设计值：受剪承载力设计值：承压承载力设计值：承压承载力设计值：d3.3.单个普通螺栓的受剪计算单个普通螺栓的受剪计算 剪力螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单剪力螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定栓抗剪承载力由以下两式决定:bv2vbv4fdnN（3.5.1）bcbcf tdN（3.5.2）bvbcbmin,minNNNp 假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布假定螺栓受剪面上的
20、剪应力均匀分布；p 假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接受剪承载力设计值：受剪承载力设计值：bv2vbv4fdnN承压承载力设计值：承压承载力设计值：bcbcf tdNt1 t2,t=t1t1t2t1t2t3t2 t1+t2,t=t2d+b15d0(d0为孔径为孔径)时，各个螺栓内力难以均匀，端部时，各个螺栓内力难以均匀，端部螺栓受力最大首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的螺栓受力最大首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪抗剪强度折减系
21、数强度折减系数 与与l1/d0的关系曲线。的关系曲线。0101015601.1(3.5.4*)150dldld当时：7.06001 时时：当当dl则连接所需栓数：则连接所需栓数：bminNNn(3.5.5)因此因此规范规范采用承载力折减系数采用承载力折减系数 考虑螺栓群受力不均。考虑螺栓群受力不均。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2 2）普通螺栓群偏心受剪）普通螺栓群偏心受剪F作用下每个螺栓受力：作用下每个螺栓受力：)6.5.3(1nFNF基本假设基本假设 连接件绝对刚性连接件绝对刚性,螺栓弹性；螺栓弹性；T作用下连接板件绕栓群形心
22、转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心的距离的距离ri成正比，方向与它和形心的连线垂直。成正比，方向与它和形心的连线垂直。V=FT=Fe 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接1T 12T 2T T TTiinnN rN rN rN rT（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，显然，T作用下作用下1号螺栓所受剪力最大（号螺栓所受剪力最大（r1最大）。最大）。根据平衡条件得：根据平衡条件得：1T1nnT1T133T1T122T,NrrNNrrNNrrN（c）将将（c）式代入式代入（a），），得用得用N1T表达的表达的T式：式：TrrNrr
23、rrrNnii12i11T223222111T由各螺栓剪力与由各螺栓剪力与r成正比：成正比：nnT3322T11TrNrTNrNrN（b）由各剪力都用由各剪力都用N1表示：表示：第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接221211iiiTyxTrrTrN螺栓螺栓1离形心最远是危险螺栓离形心最远是危险螺栓,最大剪力最大剪力N1T:将将N1T它分解为水平和竖直分力：它分解为水平和竖直分力：221111T1TyiiyxTxrxNN（3.5.8）xi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的x坐标，坐标，yi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的y坐标坐标y1TNoxx11TxN1TyN1r1y11FN 221111T1
24、TxiiyxTyryNN(3.5.7)验算剪力最大螺栓验算剪力最大螺栓:bmin21F1Ty21Tx1NNNNN（3.5.9）此时计算此时计算F作用下的螺栓内力时，不需考虑长接头的折减系数作用下的螺栓内力时，不需考虑长接头的折减系数)6.5.3(1nFNF 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接y1TNoxx11TxN1TyN1r1y11FN如果如果y13x1，则可假定，则可假定xi=0 。由此得由此得N1Ty=0，则计算式为：则计算式为：bmin22211NnFyTyNi（3.5.10）如果如果x13y1，则可假定，则可假定yi=0 。由此得由此得N1Tx=0，则计算式为则计算式为11Ty
25、2iTxNx2b11min2iTxFNNxn（3.5.10）第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接5.5.3 普通螺栓的受拉连接普通螺栓的受拉连接1.1.普通螺栓受拉的工作性能普通螺栓受拉的工作性能b)试验证明影响撬力的因素试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规较多，其大小难以确定，规范将螺栓的抗拉强度设计值范将螺栓的抗拉强度设计值降低降低2020来考虑撬力的影响，来考虑撬力的影响，取取ftb=0.8f（f螺栓钢材的抗螺栓钢材的抗拉强度设值）拉强度设值）。a)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，当连接板
26、件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加（撬力用），使螺杆中的拉力增加（撬力Q Q）并产生弯曲现象。连接件刚）并产生弯曲现象。连接件刚度越小撬力越大。度越小撬力越大。图图3.5.6 受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力 QNNt 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接c)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，如设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。用引起的撬力，如设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。加劲肋加劲肋翼缘加强的措施翼缘加强的措施
27、 2.2.单个普通螺栓受拉承载力单个普通螺栓受拉承载力bt2ebtebt4fdfAN（3.5.11）Ntb单个螺栓抗拉承载力；单个螺栓抗拉承载力；Ae 螺栓螺纹处的有效面积；螺栓螺纹处的有效面积；de 螺栓有效直径；附表螺栓有效直径；附表9.2(P455)ftb 螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。ftb 0.8f假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均匀分布，则一个拉力螺栓的承载力匀分布，则一个拉力螺栓的承载力设计值：设计值：第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接dedndmd)12.5.3()(32413螺距PPdde螺栓的有效截面面积螺栓的有效截面面积 因栓
28、杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径径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：第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接（1 1）栓群轴心受拉）栓群轴心受拉 当外力通过螺栓群形心时，当外力通过螺栓群形心时，一般假定每个螺栓均匀受一般假定每个螺栓均匀受力，力，因此连接所需的螺栓数目为：因此连接所需的螺栓数目为：btNNn（3.5.13）bt2ebtebt4fdfAN（3.5.11）3.3.普通螺栓群受拉普通螺栓群受拉N 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受
29、压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴(2(2）栓群承受弯矩作用）栓群承受弯矩作用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：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；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成正比。中和轴的距离成正比。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴显然显然1号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大)(2211by
30、NyNyNMnn由力学及假定可得：由力学及假定可得：)(332211ayNyNyNyNnn 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接将式将式(c)代入式代入式(b)得得:)(1131132112cyyNNyyNNyyNNnn；)(12112222111dyyNyyyyNMniin由式由式(a)得得:)(12eyyMNniiii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：)14.5.3(211btNyMyNi螺栓螺栓i 的拉力的拉力:即受力最大的最外排螺即受力最大的最外排螺栓栓1 1的拉力不超过一个螺栓的拉力不超过一个螺栓的抗拉承载力设计值的抗拉承载力设计值M1 2 3 4 第第
31、3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接图图3.5.10 螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)NeV V(3(3）栓群偏心受拉）栓群偏心受拉小偏心受拉小偏心受拉当当M/N较小时，所较小时，所有螺栓均承受拉力有螺栓均承受拉力作用，构件作用，构件B绕螺绕螺栓群的形心栓群的形心O转动。转动。螺栓群的最大和最小螺栓受力为：螺栓群的最大和最小螺栓受力为：b1maxt2iMyNNNny（3.5.15a）01min2iyMynNN（3.5.15b）当当 Nmin0，e 则表示所有螺栓受则表示所有螺栓受拉，螺栓群绕形心拉，螺栓群绕形心轴旋转。轴旋转。2ee1iyWnAny 螺栓有效截面组成
32、的核心矩螺栓有效截面组成的核心矩 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接大偏心受拉大偏心受拉当当Nmin，构件构件B绕绕A点（底排螺栓）点（底排螺栓）旋转趋势，偏于安全取中和轴位旋转趋势，偏于安全取中和轴位于最下排螺栓于最下排螺栓O处，受拉力最大处，受拉力最大的螺栓要求满足：的螺栓要求满足：b1t2iiNe yNNy（3.5.16）O 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接5.5.4 剪拉螺栓群的计算剪拉螺栓群的计算 同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式：同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是
33、孔壁承压破坏。试验研究结果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用试验研究结果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：符合下列公式的要求：验算剪验算剪-拉联合作用：拉联合作用：12btt2bvvNNNN（3.5.17）bvcVNNn（3.5.18）验算孔壁承压：验算孔壁承压：Nvb单个螺栓抗剪承载力设计值；单个螺栓抗剪承载力设计值；Ncb单个
34、螺栓承压承载力设计值单个螺栓承压承载力设计值Ntb单个螺栓抗拉承载力设计值；单个螺栓抗拉承载力设计值；Nv、Nt单个螺栓承受的最大剪力和拉力设计值。单个螺栓承受的最大剪力和拉力设计值。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接例例5.7 5.7 验算如图所示，普通螺栓连接。验算如图所示，普通螺栓连接。N=349.5kNN=349.5kN，M=17.475kN.mM=17.475kN.m。M22M22，B B级，钢级，钢材材Q235Q235。1.单个螺栓抗拉承载力单个螺栓抗拉承载力2bbbttt303.4 2163.7kN4eedNfA f【解】2btN/mm210f支托支托50507575757
35、5 50 60 10NM2.强度验算强度验算先假设小偏心，以众栓形心计先假设小偏心，以众栓形心计 2iymMynNNmaxminmax)75150(2215010475.1710105.3492263小偏心满足0kN65.11,kN7.63kN25.58btN 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接例例5.85.8 验算如图所示，普通螺栓连接。验算如图所示，普通螺栓连接。V=233V=233kN，N=349.5kNN=349.5kN，M=17.475kNmM=17.475kNm。M22M22，B B级，钢材级，钢材Q235Q235。1.单个螺栓抗拉承载力单个螺栓抗拉承载力2bbbttt303
36、.4 2163.7kN4eedNfA f【解】2bc2btN/mm405,N/mm210ffbbcc22 20 305134.2kNNdtf2.强度验算强度验算支托支托505075757575 60 10NMV5022bbvvv221305115.94kN44dNnf 23323.3kN10VVNn 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接支托支托505075757575 60 10NMV5022 bttbVVNNNNmax,先假设小偏心，以众栓形心计先假设小偏心，以众栓形心计2maxmin,max,ittymMynNN)75150(2215010475.1710105.3492263小偏心,
37、0kN65.11kN25.58227.6325.5894.1153.22192.0，所以满足要求且，kN2.134kN3.22bcvNN 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接例例5.10 验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的连接强度。验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的连接强度。普通螺栓普通螺栓4.6级，级，M22，孔径，孔径24mm。NMoN1N=245kNa)N=245kNo柱翼缘柱翼缘节点板节点板端板端板N1b)计算模型可为（计算模型可为（a图）或（图）或（b图）。图）。a图弯曲转动中心在螺栓群的形图弯曲转动中心在螺栓群的形心处称小偏心；心处
38、称小偏心；b图弯曲转动中心在端板上图弯曲转动中心在端板上1号螺栓处，称大偏心。号螺栓处，称大偏心。第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接计算计算 1.内力计算内力计算N=245kN，e=13cm，M=Ne=24513=3185kN-cm2.单个螺栓的抗拉承载力：单个螺栓的抗拉承载力：bb3tet303 170 1051.51kNNA f查查P383附表附表1.4，ftb=170N/mm2查查P455附表附表9.2，Ae=303mm2 （M22螺栓有效截面面螺栓有效截面面积）积）3.计算危险螺栓拉力计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
39、总数12，n=12 判断大小偏心：判断大小偏心：2222122 20+2 12+2 4=9.33cm13cm12 20imyeny 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接此连接属大偏心受拉，此连接属大偏心受拉，构件应绕顶排螺栓转动。构件应绕顶排螺栓转动。11max2bt22222245 33 4045.9kN51.51kN2403224168iNe yNmyN N=245kNo柱翼缘柱翼缘节点板节点板端板端板N1b)满足满足 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接例例5.11 验算如图所示普通螺栓连接强度。螺栓验算如图所示普通螺栓连接强度。螺栓M20，孔径，孔径21.5mm，材料为，材料为
40、Q235。步骤步骤1 计算螺栓上的力计算螺栓上的力 N=1003/5=60kN V=1004/5=80kN 分析螺栓受力状态分析螺栓受力状态 荷载荷载P通过螺栓截面形心通过螺栓截面形心O，分解，分解后得剪力后得剪力V和拉力和拉力N，螺栓处于既，螺栓处于既受拉又受剪的状态。受拉又受剪的状态。P=100kN543o计算计算Nv=V/n=80/4=20kNNt=N/n=60/4=15kN 第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接 步骤步骤3 用相关公式验算强度用相关公式验算强度172.06.41159.3120222btt2bvvNNNN 步骤步骤2 计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值V=80N=60Nv=20kN Ncb=2020305 10-3=122kN满足设计要求满足设计要求 Ntb=Aeftb=244.8170 10-3=41.6kN Nvb=nv(d2/4)fvb =13.14202/413010-3=31.9kN
