1、4.6 4.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算一、普通螺栓的种类一、普通螺栓的种类C C级级-粗制螺栓粗制螺栓A A、B B级级-精制螺栓精制螺栓类孔，孔径类孔，孔径(d do o)比栓杆直径比栓杆直径(d)(d)大大0.30.30.50.5mmmm。类孔，孔径类孔，孔径(d do o)比栓杆直径比栓杆直径(d)(d)大大1.53mm3mm。性能等级为性能等级为4.64.6或或4.84.8级；级；4 4表示表示fu400N/mm400N/mm2 2,0.60.6或或0.80.8表示表示fy/fu=0.6=0.6或或0.80.8；M16M16、M20M20、M24M24二、螺栓
2、的排列二、螺栓的排列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螺栓的排列应满足：螺栓的排列应满足：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 1）受力要求）受力要求任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防止钢板截面过度削弱而承载力不足；止钢板截面过度削弱而承载力不足；对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板件发生鼓曲。件发生鼓曲。2 2）构造要求）构造要求螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。不密，潮气侵入腐蚀钢
3、材。3 3）施工要求）施工要求为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3 3d do o。螺栓的最大、最小容许距离螺栓的最大、最小容许距离名称 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 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
4、或 8 t 1.2d0 三、三、普通螺栓连接的受力性能和计算普通螺栓连接的受力性能和计算（一）螺栓连接的受力形式（一）螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉剪力和拉力共同作用力共同作用（二）普通螺栓抗剪连接（二）普通螺栓抗剪连接1)1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段)NO1234NNabNN/2N/21.1.工作性能工作性能2)2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段)3)3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3段段)4)4)破坏阶段破坏阶段(3(34 4段段)abNN/2N/22.2.破坏形式破坏形式以上三种破坏形式通
5、过以上三种破坏形式通过强度计算避免。强度计算避免。N/2NN/2NNNN1 1）螺栓杆被剪坏）螺栓杆被剪坏2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏3 3）板件被拉断）板件被拉断NN这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/24 4）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏(拉豁拉豁)5 5）栓杆弯曲破坏）栓杆弯曲破坏端矩不应小于端矩不应小于2 2d dO O栓杆长度不应大于栓杆长度不应大于5 5d d3 3、抗剪螺栓的单栓承载力设计值、抗剪螺栓的单栓承载力设计值t连接接头连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。一侧承压构件总厚度的较小值。fcb螺栓孔壁承压强度设计值；螺栓孔壁承压强度设计值；bcbvbN
6、NN，minmin单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：bvvbvfdnN42抗剪承载力：抗剪承载力：bcbcf tdN承压承载力：承压承载力：dnv剪切面数目剪切面数目；d螺栓杆直径；螺栓杆直径；fvb螺栓抗剪强度设计值；螺栓抗剪强度设计值；剪切面数目剪切面数目nvNN1vn单剪：NN/2N/22vn双剪：4vn四剪：N/2N/3N/3N/3N/24 4、普通螺栓群抗剪连接计算、普通螺栓群抗剪连接计算1 1）普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算）普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 当当l11515d0(d0为孔径为孔径)时，时，假定假定N
7、N由各螺栓均匀承担。由各螺栓均匀承担。bNNnmin NNbt tt t1 1b1板件的净截面验算：板件的净截面验算：A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时1122 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值主主板板：tbndftdnbAfANnn11;10011,1,拼拼接接板板厚厚度度。截截面面上上的的螺螺栓栓数数；拼拼接接板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值拼拼接接板板：121010212,2,22;5.0tnbdftdnbAfANnn NNt tt t1 1bc2c3c4c1B
8、 B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时:主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：截截面面：对对于于截截面面：对对于于主主板板：tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11 1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板强度验算拼接板强度验算:拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：截截面面：对对于于截截面面：对对于于 1101022214101
9、;1222;225.0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 22222 2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F F作用下作用下FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FnFNF 1T T作用下：作用下：2 2个假定个假定T T作用下作用下11号螺栓所受剪力最大号螺栓所受剪力最大nnTTTrNrNrNT 2211nnTTTTrNrNrNrN 332211nTnTTTTTrrNNrrNNrrNN 1131132112；TxyN1TN1TxN1Tyr11 niiTnTrrNrrrrNT12112222111 niniiiniiTyxrTrrTN11
10、2211211 niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN11221111122111122111112211TxyN1TN1TxN1Tyr11螺栓螺栓1 1的强度验算公式为的强度验算公式为:bFTyTxNNNNmin21121 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,可可令令:x:xi i=0=0，则，则N N1Ty1Ty=0=0 niiniiTxyyTryyrTN121111211bFTxNNNmin2121 1 1、破坏形式、破坏形式（三）普通螺栓抗拉连接（三）普通螺栓抗拉连接栓杆被拉断栓杆被拉
11、断2 2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值btebtebtfdfAN42 式中：式中：Ae-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）螺栓的有效截面面积 )(32413螺螺距距 ttdde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：(2(2）螺栓的抗拉强度）螺栓的抗拉强度f
12、tb 当连接板件发生变形时，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺，使螺杆中的拉力增加杆中的拉力增加（撬（撬力力Q Q）并产生弯曲现象。并产生弯曲现象。22QNNt 影响撬力的因素较多，其影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（f f螺栓钢材螺栓钢材的抗拉强度设计值）的抗拉强度设计值）。连接件刚度越小撬力越大连接件刚度越小撬力越大 在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，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，如来减小
13、杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可，可以减小甚至消除撬力的影响。以减小甚至消除撬力的影响。3 3、普通螺栓群的轴拉设计、普通螺栓群的轴拉设计btNNn N4 4、普通螺栓群在弯矩作用下、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)M1 2 3 4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，）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各螺栓所受
14、拉力与其至中和轴的距离呈正比。11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nnyNyNyNM 2211nnyNyNyNyN 332211M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nnyyNNyyNNyyNN 1131132112；niinyyNyyyyNM12112222111 niiyyMN1211btNN 11号号螺螺栓栓强强度度验验算算：5 5、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可采用偏于安全的设计方法，即可采用偏于安全的设计方法，即叠加法叠加法。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)FeN1Fbtni
15、iMFNyyMnFNNN 1211111 2 3 4FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和轴中和轴N4M（四）普通螺栓拉、剪联合作用（四）普通螺栓拉、剪联合作用VeM=VeV2 2、拉剪相关曲线、拉剪相关曲线1 1、两种破坏形式、两种破坏形式螺杆受剪兼受拉破坏螺杆受剪兼受拉破坏孔壁承压破坏；孔壁承压破坏；“四分之一圆四分之一圆”bVVNNbttNN011a ab b为防止为防止螺杆螺杆受剪兼受拉受剪兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：为防止为防止孔壁的承压破坏孔壁的承压破坏，应满足：，应满足：122 bttbvvNNNNbcvNN bVVNNbttNN011a ab b 3 3、当有承托
16、承担全部剪当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。力时，螺栓群按受拉连接计算。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由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经热处理钢加工而成，并经热处理4545号号8.88.8级；级；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9级级 （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4.7 4.7 高强度螺栓连接计算高强度螺栓连接计算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；一、高强度螺栓的预拉力一、高强度螺栓的预拉力1 1、高强度螺
17、栓预拉力的建立方法、高强度螺栓预拉力的建立方法A A、转角法、转角法终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度，一般为角度，一般为120120o o-240-240o o完成终拧。完成终拧。预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧；漏拧和超拧；简单、易实施，但得到的预拉力误差较大简单、易实施，但得到的预拉力误差较大B B、扭矩法、扭矩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，使 板件贴紧密；板件贴紧密；终拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%
18、设计终拧力矩拧紧。设计终拧力矩拧紧。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）初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%-80%60%-80%；终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等2 2、高强度螺栓预拉力、高强度螺栓预拉力P P的确定的确定uefAP2.19.09.09.0 P P根据螺杆的根据螺杆的有效抗拉强度有效抗拉强度确定，并考虑以下修正确定，并考虑以下修正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
19、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；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数强度的降低除以系数1.21.2。附加安全系数附加安全系数0.90.9。二、高强度螺栓抗剪连接二、高强度螺栓抗剪连接高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓承压型承压型高强度螺栓高强度螺栓（一）抗剪连接工作性能（一）抗剪连接工作性能通过板件间摩擦力传递内力，通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力破坏准则为克服摩擦力受力特征与普通螺栓类似受
20、力特征与普通螺栓类似A A、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓摩擦型连接摩擦型连接PnNfbv 9.0式中：式中：0.90.9抗力分项系数抗力分项系数R的倒的倒 数数(R=1.111);1.111);nf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预拉力设计值预拉力设计值.（二）抗剪连接单栓承载力（二）抗剪连接单栓承载力高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2不同钢材在不同的接触面处理方法下的抗滑不同钢材在不同的接触面处理方法下的抗滑移系数移系数,如下表如下表摩擦型高强度螺栓是通过摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力板件间摩擦力传递内传递内力
21、的，而摩擦力的大小取决于力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力板件间的挤压力（P）和和板件间的抗滑移系数板件间的抗滑移系数 ；板件间的抗滑移系数板件间的抗滑移系数与与接触面的处理方法接触面的处理方法和和构构件钢号件钢号有关；有关；B B、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓承压型连接承压型连接bvevbvfdnN42 bcbcftdN bcbvbNNN，minmin 单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力抗剪承载力：承压承载力承压承载力：高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2（三）高强度螺栓群的抗剪计算（三）高强度螺栓群的抗剪计算1 1、轴心力作用、轴心力作
22、用对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：bvNNn 对于承压型连接：对于承压型连接：bNNnmin NN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：板件的净截面验算：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主板：主板：主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值其其中中：tbdftdnbAfANnn0011,1,;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：连连接接一一侧侧的的螺螺栓栓总总数数。计计算算截截面面上上的的螺螺栓栓数数；nnnnNN115.01NNbt tt
23、t1 1b111：连连接接一一侧侧的的螺螺栓栓总总数数。计计算算截截面面上上的的螺螺栓栓数数；nnnnNN225.015.0NNbt tt t1 1b1拼接板：拼接板：22 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值其其中中：11010212,2,;tbdftdnbAfANnn 考虑孔前传力考虑孔前传力50%50%得得2-22-2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、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。通螺栓的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
24、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：剪力剪力F F作用下每个螺栓受力：作用下每个螺栓受力：nFNF 1FeTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F扭矩扭矩T T作用下：作用下：niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN11221111122111122111112211 bvFTyTxNNNN 21121摩摩擦擦型型连连接接：螺栓螺栓1 1的强度验算公式为的强度验算公式为:bFTyTxNNNNmin21121 承承压压型型连连接接：A、摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓PNbt8.0（一）高强度螺栓抗
25、拉连接单栓承载力（一）高强度螺栓抗拉连接单栓承载力B B、承压型高强度螺栓承压型高强度螺栓btebtebtfdfAN42 三、高强度螺栓抗拉连接三、高强度螺栓抗拉连接（二）高强度螺栓群的抗拉计算（二）高强度螺栓群的抗拉计算1 1、轴心力作用、轴心力作用btNNn N2 2、弯矩作用下、弯矩作用下假定连接的中和轴假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合与螺栓群形心轴重合M假定各螺栓均匀受力，假定各螺栓均匀受力，MM1 2 3 4y1y2N1N2N3N4受压区受压区中中和和轴轴nnyNyNyNM 2211nnyNyNyNyN 332211 niiyyMN1211因此，设计时只要满足下式即可：因此，设计时
26、只要满足下式即可：btNN 13 3、偏心拉力作用下、偏心拉力作用下 偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于力不应大于0.8P0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不，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会被拉开，所以摩擦型和承压型均可采用以下方法法（叠加法叠加法）计算计算:btniiMNyyMnNNnNN 12111Ne1 2 3 4M=NeNy1N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下四、高强度螺栓群受拉、剪力共同作用四、高强度螺栓群受拉、剪力共同作用NVnVNv 单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所
27、受的剪力：单个螺栓所受的拉力：单个螺栓所受的拉力：nNNt 1 2 3 4NVN作用下作用下V作用下作用下（一）高强度螺栓在拉、剪共同作用下的工作性能（一）高强度螺栓在拉、剪共同作用下的工作性能1 bvvbttNNNN1 1、高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓摩擦型连接2 2、高强度螺栓承压型连接、高强度螺栓承压型连接122 bttbvvNNNN2.1bcvNN 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。螺栓的承压承载力降低的修正系数。（二）高强度螺栓群在拉力
28、、弯矩和剪力共同作（二）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MNV niityyMnNN12111 2 3 4M=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：nVNNvv 1单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：111 bvvbttNNNNPnNfbv 9.0PNbt8.0 2 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强度计算公式：强度计算公式：nVNv 1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：niityyMnNN121112121 bttbvvNNNN2.1:1bcvNN 且且MNV1 2 3 4M=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
