1、3 钢结构的连接设计 3.9普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算3.9.1普通螺栓的规格普通螺栓的规格类别类别 加工精度加工精度 成本成本 使用范围使用范围 A级级B级级精制精制螺栓螺栓加工精度高，栓径与孔径加工精度高，栓径与孔径之差为之差为0.30.5mm，I类孔类孔 高高 主要应用于构件精度很高主要应用于构件精度很高的结构，如机械结构；的结构，如机械结构；C级级粗制粗制螺栓螺栓加工精度较低，栓径与孔加工精度较低，栓径与孔径之差为径之差为11.5mm 低低 1）抗拉连接；）抗拉连接；2）静力荷载下抗剪连接）静力荷载下抗剪连接；4）可拆卸连接；）可拆卸连接；5）安装螺栓；）安装螺栓
2、；6）与抗剪支托配合抗拉）与抗剪支托配合抗拉剪联合作用剪联合作用 扭剪型高强度螺栓具有强度高、安装简便和质量易于保证、可以单面拧紧、对操作人员没有特殊要求等优点。扭剪型高强度螺栓螺纹端部有一个承受拧紧反力矩的十二交体（“梅花头”）和一个能在规定力矩下剪断的断颈槽。安装时用特制的电动扳手，有两个套头，一个套在螺母六角体上，另一个套在螺栓的十二角体上。拧紧时，对螺母施加顺时针力矩M1，对螺栓十二角体施加大小相等的逆时针力矩M2，使螺栓断颈部分承受扭剪，其初拧力矩为拧紧力矩的50，复拧力矩等于初拧力矩，终拧至断颈剪断为止，安装结束后，相应的安装力矩即为拧紧力矩。3 钢结构的连接设计3 钢结构的连接设
3、计A级级B级区别：级区别：仅尺寸不同，仅尺寸不同，A级级d24，L 150mm；B级级d24，L150mm分类分类钢材钢材强度强度等级等级孔径孔径d0与与栓径栓径d之差之差(mm)加工加工受力受力特点特点安装安装C级级粗制粗制螺栓螺栓普通普通碳素钢碳素钢Q2354.64.81.0 1.5粗糙粗糙尺寸不准尺寸不准成本低成本低抗剪差抗剪差抗拉好抗拉好方便方便A级级B级级精制精制螺栓螺栓优质优质碳素钢碳素钢45号钢号钢35号钢号钢8.80.30.5精度高精度高尺寸准确尺寸准确成本高成本高抗剪抗剪抗拉抗拉均好均好精度精度要求高要求高 I 类孔：类孔：孔壁粗糙度小，对应孔壁粗糙度小，对应A、B级螺栓级螺
4、栓II类孔：类孔：孔壁粗糙度大，对应孔壁粗糙度大，对应C级螺栓级螺栓3.9.1普通螺栓的规格普通螺栓的规格3 钢结构的连接设计 钢结构用高强度大六角头螺栓：High Strength Bolts with Large Hexagon Head for Steel Structures 钢结构设计规范钢结构设计规范3.8.3条条：3.9.2螺栓的排列和构造要求 螺栓在构件上的排列时应考虑受力要求受力要求、构造要求构造要求、施工要求施工要求。1受力要求：对于受拉构件，螺栓的栓距栓距和线距线距不应过小，否则对钢板截面削弱太多，构件有可能沿直线或折线发生净截面破坏。对于受压构件，沿作用力方向螺栓间距螺
5、栓间距不应过大，否则被连接的板件间容易发生凸曲现象。因此，从受力角度应规定螺栓的最大和最小容许间距。a）端距端距限制防止孔端钢板剪断 b）螺孔中距限制下限：防止孔间板发生净截面破坏 上限：防止板翘曲 2构造要求：若栓距和线距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易于侵入缝隙而产生腐蚀，所以，构造上要规定螺栓的最大容许间距。3施工要求：为便于拧紧螺栓，留适当间距（不同的工具有不同要求）。施工上要规定螺栓的最小容许间距。3 钢结构的连接设计3.9.2螺栓的排列和构造要求 3 钢结构的连接设计受力要求受力要求 螺距过小：螺距过小：截面削弱太多，净截面破坏截面削弱太多，净截面破坏。螺距过大：受压时钢板张开。
6、螺距过大：受压时钢板张开。构造要求构造要求 螺距过大：连接不紧密，潮气侵入腐蚀。螺距过大：连接不紧密，潮气侵入腐蚀。施工要求施工要求 螺距过小：施工时转动扳手困难。螺距过小：施工时转动扳手困难。螺栓螺栓间距间距布置布置要求要求3 钢结构的连接设计钢板上螺栓排列钢板上螺栓排列角钢上螺栓排列角钢上螺栓排列并列螺栓并列螺栓错列螺栓错列螺栓螺栓容许间距螺栓容许间距3.9.2螺栓的排列和构造要求3 钢结构的连接设计根据以上要求，规范规定螺栓的最大和最小容许间距见下表。名称 位置和方向 最大容许距离（取两者的较小值）最小容许距离 外排(垂直内力或顺内力方向)8d0 或 12 t 垂直内力方向 16d0 或
7、 24 t 构件受压力 12d0 或 18 t 中间排 顺内力方向 构件受拉力 16d0 或 24 t 中心间距 沿对角线方向 3d0 顺内力方向 2d0 剪切或手工气割边 1.5d0 高强度螺栓 1.5d0 中心至构件边缘距离 垂直内力方向 轧制边、自动气割或锯割边 其它螺栓 4d0 或 8 t 1.2d0 注注:1.d0 为螺栓孔径，为螺栓孔径，t 为外层薄板件厚度。为外层薄板件厚度。2.钢板边缘与刚性构件钢板边缘与刚性构件(如角钢、槽钢如角钢、槽钢)相连的螺栓最大间距，可按中间排数值采用。相连的螺栓最大间距，可按中间排数值采用。螺栓的最大和最小容许间距螺栓的最大和最小容许间距3 钢结构的
8、连接设计剪力螺栓剪力螺栓 受力垂直螺杆，螺杆承剪、孔壁承压。受力垂直螺杆，螺杆承剪、孔壁承压。连接件有错动趋势连接件有错动趋势拉力螺栓拉力螺栓 受力平行螺杆，螺杆承拉。受力平行螺杆，螺杆承拉。连接件有脱开趋势。连接件有脱开趋势。依据依据受力受力方式方式剪剪力力螺螺栓栓拉拉力力螺螺栓栓3.10普通螺栓连接的受力性能普通螺栓连接的受力性能 普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为抗剪螺栓连接和抗拉螺栓连接。还可能既受剪有受拉，称为拉剪共同作用。3 钢结构的连接设计3.10.1 普通受剪螺栓的传力机理普通受剪螺栓的传力机理 工作性能：剪力螺栓受力后，当受力不大时：剪力螺栓靠连接板间的摩擦力传力 当受力较大
9、时：剪力螺栓靠孔壁承压、螺杆抗剪传力（当外力增大超过极限摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。）当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受力不等，两端大，中间小；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。剪力螺栓可能发生的破坏形式有：（1）螺栓剪断（2）钢板孔壁挤压破坏（3）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断（4）钢板因螺孔端距剪坏（5）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生受弯破坏3 钢结构的连接设计3.10.1 普通受剪螺栓的传力机理普通受剪螺栓的传力机理防止螺栓破坏措施防止螺栓破坏措施(1)(2)(3)通过计算解决通过计算解决(4)(
10、5)通过构造解决通过构造解决3 钢结构的连接设计（1）螺栓剪断螺栓剪断（板较厚，螺栓较细）（板较厚，螺栓较细）（2）钢板孔壁挤压破坏钢板孔壁挤压破坏（板较薄，螺栓较粗）（板较薄，螺栓较粗）3.10.1 普通受剪螺栓的传力机理普通受剪螺栓的传力机理 螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件相对滑动，螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件相对滑动，在相反的方向螺杆靠紧孔壁，导致螺杆受剪切作用，孔壁受压力作用，在相反的方向螺杆靠紧孔壁，导致螺杆受剪切作用，孔壁受压力作用，直至螺杆剪断或孔壁受压破坏。直至螺杆剪断或孔壁受压破坏。螺栓剪断3 钢结构的连接设计钢板孔壁挤压破坏3 钢结构的
11、连接设计3 钢结构的连接设计（1）螺栓剪断螺栓剪断（板较厚，螺栓较细）（板较厚，螺栓较细）（2）钢板孔壁挤压破坏钢板孔壁挤压破坏（板较薄，螺栓较粗）（板较薄，螺栓较粗）（3）钢板拉断钢板拉断（板开孔，截面削弱）（板开孔，截面削弱）（4）钢板剪坏钢板剪坏（螺栓端距过小）（螺栓端距过小）（5）螺栓弯曲破坏螺栓弯曲破坏（板过厚，螺栓细长）（板过厚，螺栓细长）防止螺栓破坏措施防止螺栓破坏措施(1)(2)(3)通过计算解决通过计算解决(4)(5)通过构造解决通过构造解决端距端距 2d。螺杆长度螺杆长度 5d3.10.1 普通受剪螺栓的破坏模式普通受剪螺栓的破坏模式钢板由于螺孔削弱而净截面拉断3 钢结构的
12、连接设计钢板因螺孔端距而剪坏3 钢结构的连接设计螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生受弯破坏3 钢结构的连接设计3 钢结构的连接设计bv2vbv4fdnN单剪面单剪面 nv=1四剪面四剪面 nv=4 双剪面双剪面 nv=2 一个螺栓受剪承载力设计值一个螺栓受剪承载力设计值剪面数剪面数螺杆直径螺杆直径螺栓抗剪螺栓抗剪设计强度设计强度bcbc)(ftdN一个螺栓承压承载力设计值一个螺栓承压承载力设计值同一受力方向的承压同一受力方向的承压构件的较小总厚度构件的较小总厚度螺栓承压螺栓承压设计强度设计强度一个剪力螺栓的设计承载力一个剪力螺栓的设计承载力bcbvbmin,minNNN一个螺栓所受剪力一个螺栓
13、所受剪力bminv NN 验算验算NvNv公式条件：各剪公式条件：各剪面上剪力相同面上剪力相同3.10.2剪力螺栓的设计承载力剪力螺栓的设计承载力3 钢结构的连接设计螺栓连接的强度设计值螺栓连接的强度设计值 3 钢结构的连接设计3.10.2 受拉螺栓的破坏模式受拉螺栓的破坏模式 螺杆净截面达到设计承载力而被拉坏控制螺杆净截面达到设计承载力而被拉坏控制 螺纹滑牙破坏构造控制螺纹滑牙破坏构造控制 3 钢结构的连接设计螺栓拉力：螺栓拉力：Pf=N/2+V 刚度越小，刚度越小，V 越大越大NN撬力撬力加劲肋加劲肋3.10.2 受拉螺栓的破坏模式受拉螺栓的破坏模式拉力螺栓撬力的概念拉力螺栓撬力的概念思考
14、：撬力产生的原因？思考：撬力产生的原因？对螺栓拉力的影响？对螺栓拉力的影响？减少撬力的措施？减少撬力的措施？N剪力螺栓剪力螺栓拉力螺栓拉力螺栓拉力螺栓拉力螺栓3 钢结构的连接设计在受拉的连接接头中，普通螺栓所受拉力的大小与连接板件的刚度有关。假如连接板件的刚度很大，连接板件无变形，所以一个螺栓所受拉力为：所以一个螺栓所受拉力为：Pf=N/2实际被连板件的刚度常较小，受拉后和拉力垂直的角钢水平肢发生较大的变形，因而在角钢水平肢的端部因杠杆作用而产生反力V。由于杠杆作用的存在，使抗拉螺栓的负担加重了，所以一个螺栓所受拉力为：所以一个螺栓所受拉力为：Pf=N/2 +V为了简化计算，规范中把普通螺栓的
15、抗拉设计强度定得规范中把普通螺栓的抗拉设计强度定得比较低，比较低，以考虑螺栓负担加重这一不利影响。而且，设计中应设加劲肋等构造措施设加劲肋等构造措施来提高角钢的刚度。3 钢结构的连接设计产生撬力的原因产生撬力的原因 角钢抗弯刚度不足，存在较大变形角钢抗弯刚度不足，存在较大变形对螺栓受力影响对螺栓受力影响 使螺栓拉力增大使螺栓拉力增大减小撬力的措施减小撬力的措施 增强角钢抗弯刚度，加大厚度或增设加劲肋增强角钢抗弯刚度，加大厚度或增设加劲肋螺栓拉力：螺栓拉力：Pf=N/2+V 刚度越小，刚度越小，V 越大越大NN撬力撬力加劲肋加劲肋3.10.2 受拉螺栓的破坏模式受拉螺栓的破坏模式拉力螺栓撬力的概
16、念拉力螺栓撬力的概念3 钢结构的连接设计一个螺栓的抗拉承载力设计值一个螺栓的抗拉承载力设计值抗拉验算抗拉验算btt NN 一个螺栓所受的拉力一个螺栓所受的拉力bt2ebt4fdN螺栓有效直径螺栓有效直径螺栓抗拉设计强度螺栓抗拉设计强度 3.10.3 一个一个拉力螺栓的设计承载力拉力螺栓的设计承载力3.10.4 剪力螺栓群计算：剪力螺栓群计算：典型典型节点（节点（1）剪力螺栓群在轴剪力螺栓群在轴力作用下的计算：力作用下的计算：（1）当螺栓连接处于弹性阶段时，螺栓群中各螺栓受力并不相等，两端大而中间小(图3-15a)；当螺栓群连接长度l1不太大时，随着外力增加连接超过弹性变形而进入塑性阶段后，因内
17、力重分布使各螺栓受力趋于均匀(图3-15b)。（2）当构件沿受力方向的连接长度l1过大时，端部的螺栓会因受力过大而首先发生破坏，随后依次向内逐排破坏（即所谓解钮扣现象）。（3）当外力通过螺栓群中心时，可认为当外力通过螺栓群中心时，可认为所有的螺栓受力相同。所有的螺栓受力相同。3 钢结构的连接设计 3 钢结构的连接设计弹性弹性阶段受力状态阶段受力状态l 1塑性塑性阶段受力状态阶段受力状态当当 l115d时，采用时，采用承载力折减系数考虑承载力折减系数考虑螺栓群受力不均螺栓群受力不均剪力螺栓群的不均匀受力剪力螺栓群的不均匀受力3.10.4典型节点（典型节点（1）剪力螺栓群在轴力作用下的计算：剪力螺
18、栓群在轴力作用下的计算：引入折减系数后,就可以按螺栓群中所有的螺栓受力相同来计算了：计算螺栓群在轴心力作用下的螺栓群所需螺栓数目：bvNNn此时应验算板的净截面强度式中：f 连接板材料设计强度；An 节点板净截面积。3 钢结构的连接设计3.10.4典型节点（典型节点（1）剪力螺栓群在轴力作用下的计算：剪力螺栓群在轴力作用下的计算：对于对于An说明如下：说明如下：当螺栓并列布置时：当螺栓错列布置时：构件有可能沿II或IIII截面破坏。取II、IIII净截面的较小者来验算钢板净截面强度。3 钢结构的连接设计3.10.4典型节点（典型节点（1）剪力螺栓群在轴力作用下的计算：剪力螺栓群在轴力作用下的计
19、算：3 钢结构的连接设计螺栓总数螺栓总数 n（1）螺栓抗剪计算）螺栓抗剪计算bcbv,minNNbmin vnN NN求求 n 时，取整数时，取整数（2）钢板强度计算）钢板强度计算f AN n钢材抗拉或钢材抗拉或抗压设计强度抗压设计强度钢板净截面积钢板净截面积bI 截面截面AnI螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓错列布置螺栓错列布置atdn -bA0In螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓错列布置螺栓错列布置nIInInA,Amin A tdnea)1n(e2A0II22II1nIIII 截面截面AnII3.10.4典型节点（典型节点（1）剪力螺栓群在轴力作用下的计算：剪力螺栓群在轴力作用下的计算：轴力轴力
20、 N3 钢结构的连接设计受扭矩受扭矩 T螺栓受力分析假定螺栓受力分析假定（1）板件为刚体，螺栓为弹性体）板件为刚体，螺栓为弹性体（2）各螺栓绕螺栓群形心旋转）各螺栓绕螺栓群形心旋转（3）产生的剪力与形心距离正比）产生的剪力与形心距离正比力矩平衡：力矩平衡：(a)各螺栓剪力与各螺栓剪力与 r 正比：正比：各剪力都用各剪力都用N1表示：表示：(b)(b)代入代入(a)得：得：验算剪力最大的螺栓：验算剪力最大的螺栓：bminN3.10.4典型节点（典型节点（2）受螺栓群分布平面内扭矩的剪切作用受螺栓群分布平面内扭矩的剪切作用 3 钢结构的连接设计剪力剪力V轴力轴力N扭矩扭矩 T剪力剪力V轴力轴力N扭
21、矩扭矩T螺栓所受的最大合剪力螺栓所受的最大合剪力1234567891013.10.4典型节点（典型节点（3）受螺栓群分布平面内受螺栓群分布平面内N、V、T剪切作用剪切作用 3 钢结构的连接设计螺栓的螺栓的最大拉力最大拉力btmaxNN验算验算123452列列 5排排螺栓群绕最低排螺栓群绕最低排螺栓轴线旋转螺栓轴线旋转3.10.43.10.4典型节点（典型节点（4 4）螺栓群受弯矩螺栓群受弯矩M M的作用的作用 构件构件A构件构件Bn1i2i11maxyMyNN3 钢结构的连接设计螺栓群绕形心线螺栓群绕形心线旋转时内力分布旋转时内力分布螺栓群绕最低排螺螺栓群绕最低排螺栓旋转时内力分布栓旋转时内力
22、分布形心线形心线最低最低排螺排螺栓线栓线先假定：螺栓群绕形心线转动先假定：螺栓群绕形心线转动0mint,N（1）当）当 ，螺栓都受拉，原假定正确，螺栓都受拉，原假定正确，验算：要求验算：要求btmaxt,NN（2）当）当 ，最低排螺栓受压，则螺栓群绕最低排螺栓中心转动，最低排螺栓受压，则螺栓群绕最低排螺栓中心转动 重新计算螺栓的最大拉力重新计算螺栓的最大拉力0mint,Nbtmaxt,NN验算：要求验算：要求654321 yy nn1i2i1mint,MNNn1i2i6maxt,yy nMNNn1i2imaxt,yy 6NeMN3.10.53.10.5典型节点（典型节点（5 5）螺栓群受弯矩螺
23、栓群受弯矩M M和轴拉力和轴拉力N N的作用的作用 3 钢结构的连接设计(1)采用支托承剪采用支托承剪C级螺栓承拉弯级螺栓承拉弯剪力剪力V 支托焊缝承受支托焊缝承受 进行焊缝验算进行焊缝验算弯矩弯矩M、轴拉力、轴拉力N 螺栓承受螺栓承受 进行螺栓验算进行螺栓验算 方法同前方法同前剪力剪力V Nv=V/n弯矩弯矩M、轴拉力、轴拉力N Nt,max 计算方法同计算方法同前前验算验算1)()(2btmaxt,2bvvNNNNbcvNN(2)未采用支托未采用支托3.10.6典型节点（典型节点（6）螺栓群受弯矩螺栓群受弯矩M、剪力、剪力V和轴拉力和轴拉力N的的作用作用 3 钢结构的连接设计3.11高强度
24、螺栓连接高强度螺栓连接分类钢材强度等级孔径孔径d0与与栓径栓径d之差之差(mm)加工受力特点安装应用C级粗制螺栓普通普通碳素钢碳素钢Q2354.64.81.0 1.5粗糙尺寸不准成本低抗剪差抗拉好方便承拉应用多临时固定A级B级精制螺栓优质碳素钢45号钢35号钢8.80.30.5精度高尺寸准确成本高抗剪抗拉均好精度要求高目前应用减少复习复习普通螺栓的分类：普通螺栓的分类：3 钢结构的连接设计连接方法优 点缺 点焊 接对焊件几何形体适应性强，构造简单，省材省工，工效高，连接连续性强,可达到气密和水密要求，节点刚度大质量检验工作量大,要求高;存在有焊接缺陷的可能，产生焊接应力和焊接变形，导致材料脆化
25、，对构件的疲劳强度和稳定性产生影响;对焊工技术等级要求较高。铆 接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力性能好费钢、费工，开孔对构件截面有一定削弱。普通螺栓连 接装拆便利，设备简单粗制螺栓不宜受剪，受力后变形大；精制螺栓加工和安装难度较大，开孔对构件截面有一开孔对构件截面有一定削弱。定削弱。高强螺栓高强螺栓连连 接接加工方便，可拆换，能承受加工方便，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好韧性好造价略高，造价略高，开孔对构件截面削开孔对构件截面削弱相对较小，弱相对较小，质量检验要求高质量检验要求高3 钢结构的连接设计螺栓强度等级螺栓强度等级螺栓采用钢材螺栓采用
26、钢材8.8 级级45号钢，号钢，40B钢钢10.9 级级20MnTiB钢，钢，35VB钢钢按按材质材质分类分类受力受力特征特征承载力承载力极限状态极限状态安装孔安装孔孔径孔径 d0（mm)应用应用特点特点摩擦型摩擦型连接连接外力达到最大摩擦力，外力达到最大摩擦力，有相对滑移的趋势有相对滑移的趋势d0d1.5 2.0剪切变形小，耐疲劳，剪切变形小，耐疲劳，动载下不易松动动载下不易松动承压型承压型连接连接外力超过最大静摩擦外力超过最大静摩擦力，螺栓承剪，孔壁力，螺栓承剪，孔壁承压，发生相对滑移承压，发生相对滑移d0d1.0 1.5承载力比摩擦型大，承载力比摩擦型大，剪切变形大，一般不剪切变形大，一
27、般不用于直接动载情况用于直接动载情况按按受力状况分类受力状况分类3.11.1高强度螺栓的分类高强度螺栓的分类3 钢结构的连接设计螺栓螺栓高强度螺栓高强度螺栓普通螺栓普通螺栓材料材料材质好，强度高材质好，强度高材质一般，强度低材质一般，强度低传力方式传力方式依靠连接板件摩擦传力依靠连接板件摩擦传力螺栓直接传力螺栓直接传力变形变形连接变形小，螺栓不易松连接变形小，螺栓不易松动动连接变形大，螺栓易松动连接变形大，螺栓易松动安装安装需专门扳手施加预拉力需专门扳手施加预拉力一般常用扳手，手感拧紧一般常用扳手，手感拧紧外力外力N预拉力预拉力P挤压力挤压力Q摩擦力摩擦力F拧紧螺母产生预拉力拧紧螺母产生预拉力
28、3.11.2高强度螺栓的传力机理高强度螺栓的传力机理控制外力不超过控制外力不超过摩擦力，无滑移。摩擦力，无滑移。摩擦型螺栓设计准则摩擦型螺栓设计准则:承压型螺栓设计准则承压型螺栓设计准则:外力可超过摩擦力，经外力可超过摩擦力，经滑移后由螺杆承剪承压。滑移后由螺杆承剪承压。3 钢结构的连接设计剪力剪力N变形变形NNNN摩擦型螺栓摩擦型螺栓设计准则设计准则承压型螺栓承压型螺栓设计准则设计准则控制外力不超过控制外力不超过摩擦力，无滑移。摩擦力，无滑移。外力可超过摩擦力，经外力可超过摩擦力，经滑移后由螺杆承剪承压。滑移后由螺杆承剪承压。3.11.2高强度螺栓的传力机理高强度螺栓的传力机理3 钢结构的连
29、接设计摩擦系数摩擦系数1、高强螺栓的预拉力、高强螺栓的预拉力:高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。3.11.3摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓承载力高强度螺栓承载力计算计算3 钢结构的连接设计一个摩擦型高强度一个摩擦型高强度螺栓的螺栓的抗剪抗剪承载力设承载力设计值计值P 9.0bvfnN 摩擦摩擦面数面数摩擦摩擦系数系数预拉力预拉力一个螺栓所受剪力一个螺栓所受剪力bvv NN 验算验算3.11.3摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓承载力高强度螺栓承载力计算计算单剪面单剪面 nf=1双剪面双剪面 nf=2 NvNvpp
30、pp3 钢结构的连接设计eueuAfAfP608.02.19.09.09.0 式中 fu螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，对于 8.8 级螺栓，fu=830 N/mm2；对于10.9级螺栓，fu=1040 N/mm2；Ae高强度螺栓螺纹处的有效截面积。规范规定的高强度螺栓预拉力设计值按上式计算，并取5kN的倍数，见表3-3。一个高强度螺栓的预拉力P(kN)表3-3 螺 栓 的 公 称 直 径(mm)螺栓的性能等级 M16 M20 M22 M24 M27 M30 8.8级 80 125 150 175 230 280 10.9级 100 155 190 225 290 355 规范给出的高强螺栓
31、预拉力设计值为：规范给出的高强螺栓预拉力设计值为：3.11.3摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓承载力高强度螺栓承载力计算计算3 钢结构的连接设计被连接板件之间的摩擦力大小，不仅和螺栓的预拉力有关，还与被连接板件材料及其接触面的表面处理有关。规范规定的高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数值见表3-4。摩擦面的抗滑移系数 表3-4 构 件 的 钢 号 连接处构件接触面的处理方法 Q235钢 Q345钢、Q390钢 Q420钢 喷砂(丸)0.45 0.50 0.50 喷砂(丸)后涂无机富锌漆 0.35 0.40 0.40 喷砂(丸)后生赤锈 0.45 0.50 0.50 钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制
32、表面 0.30 0.35 0.40 高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数 3.11.3摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓承载力高强度螺栓承载力计算计算3 钢结构的连接设计系数含义：系数含义：考虑螺栓材料抗力的变异性，引入折减系数0.9；施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉5%10%，引入折减系数0.9；钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数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1/1.2。3.11.3摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓承载力高强度螺栓承载力计算计算 对于高强度螺栓承压型连接承载力设计值，对于高强度螺栓承压型连接承载力设
33、计值，极限承载力由螺栓杆身抗剪和孔壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动作用，计算方法与普通螺栓相同。3 钢结构的连接设计3.11.3摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓承载力高强度螺栓承载力计算计算一个摩擦型高强度一个摩擦型高强度螺栓的螺栓的抗拉抗拉承载力承载力设计值设计值P 8.0btN预拉力预拉力防止受拉后防止受拉后出现脱开松动出现脱开松动一个螺栓所受拉力一个螺栓所受拉力btt NN 验算验算可控制连接贴紧，不松动可控制连接贴紧，不松动2、摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓高强度螺栓抗拉抗拉承载力承载力抗拉承载力设计值：抗拉承载力设计值：高强度螺栓连接由于螺栓中的预拉力作用，构件间在承受外力作用前已经有较
34、大的挤压力，高强度螺栓受到外拉力作用时，首先要抵消这种挤压力。分析表明，当高强度螺栓达到规范规定的承载力0.8P时，螺栓杆的拉力仅增大7%左右，可以认为基本不变。3 钢结构的连接设计3.11.3摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓承载力高强度螺栓承载力计算计算承压型连接高强度螺栓的承载力设计值：承压型连接高强度螺栓的承载力设计值：受剪：受剪：螺杆抗剪螺杆抗剪 孔壁承压孔壁承压 受拉：受拉：螺杆抗拉螺杆抗拉（1）计算方法与普通精制螺栓相同，但材料强度参数不同；）计算方法与普通精制螺栓相同，但材料强度参数不同；（2）典型连接节点的验算方法也与普通精制螺栓相同，不再赘述。）典型连接节点的验算方法也与普通精
35、制螺栓相同，不再赘述。3、承压型连接高强度螺栓的承载力设计值承压型连接高强度螺栓的承载力设计值bcNbVNbtNbcbvbmin,minNNN（1）每个高强螺栓受力为：所需螺栓数目为：所需螺栓数目为：bvNnNbvNNn 3 钢结构的连接设计3.11.4典型节点（典型节点（1）摩擦型连接高强度螺栓群受）摩擦型连接高强度螺栓群受“剪力剪力”作用时作用时3 钢结构的连接设计)5.01(5.011nnNnnNNN （3-24）式中：n 连接一侧的螺栓总数；n1计算截面上的螺栓数。（2）净截面验算NNNfANn净截面强度：3.11.4典型节点（典型节点（1）摩擦型连接高强度螺栓群受）摩擦型连接高强度螺
36、栓群受“剪力剪力”作用作用时时（开孔对构件截面削弱相对较小）（开孔对构件截面削弱相对较小）钢板搭接，承受剪力钢板搭接，承受剪力 N假设共假设共 2n 个螺栓个螺栓3 钢结构的连接设计受剪力受剪力V、轴力轴力N、扭矩、扭矩 T剪力剪力V轴力轴力N扭矩扭矩T螺栓所受的螺栓所受的最大合剪力最大合剪力123456789101P n 0.9Nfbv3.11.4典型节点（典型节点（2）摩擦型连接高强度螺栓群受摩擦型连接高强度螺栓群受剪力剪力V、轴力轴力N、扭矩、扭矩T作用作用3 钢结构的连接设计形心线形心线12345承受弯矩承受弯矩 M连接保持不松动，所有螺栓均处于受拉状态连接保持不松动，所有螺栓均处于受
37、拉状态螺栓群绕形心线旋转！螺栓群绕形心线旋转！验算最上一排受拉螺栓验算最上一排受拉螺栓3.11.4典型节点（典型节点（3）摩擦型连接高强度螺栓群受摩擦型连接高强度螺栓群受弯矩弯矩M作作用用P 0.8NyMyNbtn1i2i1maxt1N3 钢结构的连接设计3.11.4典型节点（典型节点（4）摩擦型连接高强度螺栓群受拉力、弯）摩擦型连接高强度螺栓群受拉力、弯矩作用时的计算矩作用时的计算 对于高强度螺栓通常认为螺栓群绕螺栓群形心轴旋转，即中性轴位于形心轴。螺栓中受到的最大拉力计算如下：e eP 0.8NyMyNbtn1i2i1maxnNt3 钢结构的连接设计一个摩擦型高强度螺栓一个摩擦型高强度螺栓
38、同时受剪、受拉时同时受剪、受拉时承载力计算承载力计算外剪力外剪力Nv外拉力外拉力Nt2003版版钢结构规范钢结构规范相关公式相关公式1bttbvvNNNNPnNfbv9.0PN8.0bt3.11.4摩擦型摩擦型连接连接高强度螺栓高强度螺栓受剪、拉作用的受剪、拉作用的承载力承载力验算验算3 钢结构的连接设计钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003）相关公式相关公式:3 钢结构的连接设计无论有否拉力无论有否拉力N N，总是绕螺栓群形心线旋转！总是绕螺栓群形心线旋转！123456nVNv1剪力剪力V弯矩弯矩M拉力拉力N1btt1bvv1NNNNPnNfbv9.0PN8.0bt验算验算3.11.4典型节点（典型节点（5）摩擦型连接高强度螺栓群受摩擦型连接高强度螺栓群受弯矩弯矩M、剪力剪力V、拉力、拉力N作用作用P 0.8NyMynNNbtn1i2i1maxt1N
