钢结构A-3.钢结构的连接(普通螺栓)

螺栓的种类：普通螺栓—六角头，Q235钢制造。分为精制螺栓、粗制螺栓。精制螺栓（A、B级）：加工精度高，栓径与孔径之差为0.5~0.8mm，I类孔。其抗剪性能好，但成本较高。材料性能等级为5.6S、8.8S。A级d≤24mm，B级d24mm。粗制螺栓（C级）：加工精度低，栓径与孔径之差为1~1.5mm，II类孔。其抗剪性能较差，但成本较低。材料性能等级为4.6S、4.8S。注：4.6级（4.6S),4表示螺栓抗拉强度为400MPa，.6表示屈服强度与抗拉强度之比。高强螺栓—中碳钢或合金钢经热处理（淬火并回火），强度较高。材料性能等级为8.8S和10.9S。材质一般为45号钢、20MnTiB、40B。分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接螺栓连接的构造和计算螺栓孔的类别I类孔—在装配好的构件上按设计孔径钻成；在单个构件上分别用钻模按设计孔径钻成；在单个构件上先钻成或冲成较小孔径，装配好后再扩钻至设计孔径。II类孔—在单个的构件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径。精制螺栓连接要求I类孔，孔径比栓径大0.5~0.8mm。粗制螺栓连接可用II类孔，孔径比栓径大1.0~1.5mm。高强螺栓孔应采用钻成孔，不能为冲成孔。摩擦型高强螺栓孔径比栓径大1.5~2.0mm。承压型高强螺栓孔比栓径大1.0~1.5mm。常用螺栓直径：M16，M18，M20，M22，M24,M27,M30mm螺栓排列：1.最小容许距离中距s3d0确定原则—在垂直于受力方向，保证钢材净截面抗拉强度大于或等于螺栓孔壁钢材的承压强度；在顺受力方向，保证孔间钢材净截面抗剪强度大于或等于螺栓孔壁的承压强度。端距s2d0确定原则—保证端部钢材的抗剪强度大于等于螺栓孔壁钢材的承压强度。边距轧制边s1.2d0；切割边s1.5d0（考虑切割尺寸误差）确定原则—保证净截面抗拉强度大于或等于毛截面的屈服强度。端距端距中距边距线距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0端距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d0端距2.最大容许距离中距受压时s12d0或18t（保证不失稳）受拉时s16d0或24t（保证钢材间紧密贴合，防止潮气侵入引起锈蚀）外排s8d0或12t端距、边距s4d0或8t3.排列方式并列布置—紧凑、整齐、简单，接头尺寸小错列布置—松散，接头尺寸大，但可减少螺栓孔对截面的削弱程度。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个永久螺栓；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用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；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：①承受静载或间接动载的次要连接；②承受静载的可拆卸结构连接；③临时固定构件的安装连接。型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆垂直于力线按受力情况分为拉力螺栓（抗拉螺栓）：螺栓杆平行于力线既受剪又受拉的螺栓NNNNNNF3.7普通螺栓连接的性能和计算普通螺栓连接抗剪连接抗拉连接抗剪连接——板件之间有相互错动的趋势抗拉连接——板件之间有相互脱开的趋势抗剪连接与抗拉连接普通螺栓的受剪连接1受剪螺栓的工作性能及破坏形式四个阶段：摩擦传力0~1;滑移阶段1~2栓杆传力2~3;破坏3以后剪力螺栓破坏的5种形式⑴抗剪承载力设计值bvvbvfdnN4242dnv---受剪面数目,单剪nv=1.0,双剪nv=2.0,四剪nv=4.0。d---螺栓杆直径。NNNNNNFNN2）单个普通螺栓抗剪连接的承载力N/2NN/2抗剪螺栓连接⑶单个螺栓承载力设计值bcbvbNNN,minmin⑵承压承载力设计值bcbcftdN∑t---同一受力方向承压板较小总厚度。N/2N/2N螺栓承压3普通螺栓群受剪连接计算（1）普通螺栓群轴心受剪所需螺栓数目假定所有螺栓受力相等（）沿受力方向螺栓中心间的总距离l115d0（孔径）时，螺栓受力不均匀，端部螺栓受力最大，先破坏，然后依次向内逐个破坏（“解纽扣现象”）。规范对此予以折减：当l115d0时当l160d0时当采用搭接或拼接板的单面连接传递轴心力，考虑偏心影响，应将螺栓数目按计算增加10%。bNNnmin011501.1dl7.00115dlbNNnmin被螺栓孔削弱的构件净截面强度验算：fANn①并列（图3-53a）013213dbtAAANN1392NNN693NNN②错列（图3-53b）正截面01312dbtAA齿形截面0123dltAl为折线长度NN1NN2383NNN[例]设计两块钢板用普通螺栓的盖板拼接。已知轴心拉力的设计值N=325kN，钢材为Q235A，螺栓直径d=20mm（粗制螺栓）。⑴受剪承载力设计值kNNfdnNbvvbv9.878790014042014.32422⑵承压承载力设计值kNNftdNbcbc8.4848800305820⑶一侧所需螺栓数n:7.68.48325minbNNn取8个。[解]：螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算基本假定：①被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的；②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。（2）普通螺栓群受扭平衡条件：根据螺栓受力大小与其至形心o的距离r成正比条件：得：1122TTTnnTNrNrNr1212nTTTnNNNrrr111min222TbiiiTrTrNNrxy（3）普通螺栓群偏心受剪（同时受剪和受扭）由扭矩T=F·e引起的剪力：由轴心力F引起的剪力：22112211iiTyiiTxyxxTNyxyTNbFTyTxNNNNmin21121)()(nFNF1（4）普通螺栓群在扭矩、剪力、轴心力作用下的抗剪计算1111TTxyNNr1VyNVn在扭矩作用下，螺栓1受力：1111TTyxNNr在剪力V和轴心力N作用下，螺栓均匀受力：1NxNNn则螺栓1承受的最大剪力N1应满足：2211111min()()NTVTbxxyyNNNNNN例题3.7工作性能:①连接角钢刚度大时tNN②连接角钢刚度小时QNNt设计时不计算撬力，降低螺栓的强度。3.7.2普通螺栓的抗拉连接受拉螺栓的撬力T形连接中螺栓受拉bt0.8ff取(a)(b)2.单个螺栓的承载力轴心受拉btebtebtfdfAN42dedndmd133()24eddPP螺距螺栓的有效截面面积因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：3.普通螺栓群抗拉的计算轴心受力时，假定各螺栓均匀受拉：btNNn倾斜受力时，通常由承托板分担竖向分力cosNVbtbtNNNHnsin（1）轴心受拉承托板与柱翼缘角焊缝连接wfwefAV35.1（2）螺栓群受弯矩受力特点：螺栓间距很大(中距＞3d0)，受拉螺栓只是孤立的几个螺栓点，而钢板受压区则是宽度较大的实体矩形面积。中和轴通常在最下排螺栓之下的某个位置(负弯矩情况)。因此,实际计算时可近似并偏安全地取中和轴位于最下排螺栓O处，即认为连接变形为绕O处水平轴转动，螺栓拉力与O点算起的纵坐标yi成正比。（弯矩方程中，忽略端板受压区的影响）螺栓i的拉力最大拉力nniinniiyNyNyNyNMyNyNyNyN221122112iiiyMyNbtiNyMyN211（3）螺栓群偏心受拉偏心较小，即弯矩较小，全部螺栓受拉。偏心较大，即弯矩较大，在端板底部将出现受压区。大小偏心判别21min//iyNeynNN021min21maxibtiyNeynNNNyNeynNN偏心较小偏心较大中和轴位于最下排螺栓O′处btiNyyNeN2''1'1)(12nyyei[例]设图3.70为一刚接屋架支座节点，竖向力由承托承受。螺栓为C级，只承受偏心拉力。设N=250kN，e=100mm。螺栓布置如图3.70(a)所示。图3.70螺栓有效截面的核心距：即偏心力作用在核心距以内，属小偏心受拉[图3.70(c)].kNyyeNnNNi7.3825015050425010025012250222121[解]：222214(50150250)116.7mm100mm12250iyenyb32e1t/38.710/170228mmANf2e245mmA需要的有效面积：采用M20螺栓:同上题，但取e＝200mm。由于e＝200mm117mm，应按大偏心受拉计算螺栓的最大拉力。假设螺栓直径为M22(Ae=303mm2),并假定中和轴在上面第一排螺栓处，则以下螺栓均为受拉螺栓[图3.70(d)].kNyyNeNi1.511002003004005002500250200250'''22222211需要的螺栓有效面积：2234.3036.300170101.51mmmmAe[解]122bttbvvNNNN同时受拉和受剪(4)螺栓群同时受剪力和拉力每个螺栓的剪力为：bcvNnVN按前面方法计算每个螺栓的拉力122bttbvvNNNN例题3.8