单元5-钢结构的紧固件连接ppt课件(全)

n——垫圈个数；h——垫圈厚度（mm）；
C——螺纹外露部分长度（mm）；一般 2～3 个螺纹为宜，且≤5mm。
2．连接螺栓的布置
在受力方向端的边距过小时，钢板有被剪断的可能。对于受拉构件，当各排螺栓的 间距过小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对于受压构件，当沿受力作用方向 的间距过大时，则在被连接的板件中间容易发生张口或鼓曲现象。螺栓的布置应使 各螺栓受力合理，同时要求各螺栓尽可能远离形心和中性轴，以便充分和均衡地利 用各个螺栓的承载能力。 螺栓间的间距确定，既要考虑螺栓连接的强度与变形等要求，又要考虑便于装拆操 作，各螺栓间及螺栓中心线与机件之间应留有扳手操作空间。螺栓最大、最小容许 距离见表 5-11。 但是当螺距过大，被联接的构件的接触面就不够紧密；潮气容易浸入缝隙产生锈蚀。
5.3.2 普通螺栓连接施工
1．螺栓的选择 2．连接螺栓的布置 3．螺栓孔的加工 4．螺栓连接施工 5．普通螺栓放松措施
1．螺栓的选择
⑴ 螺栓直径选择
螺栓直径的确定应由设计人员按等强度原则通过计算确定。但为了便于施工和管理，
对于同一个工程螺栓的直径规格应适当归类。一般情况下，螺栓的直径应与被连接
5.3 螺栓连接
5.3.1 连接类型 5.3.2 普通螺栓连接施工 5.3.3 高强度螺栓连接施工
5.3.1 连接类型
1. 螺栓的种类 2. 螺栓的受力 3. 螺母 4. 垫圈
1. 螺栓的种类
⑴ 普通螺栓 ⑵ 高强度螺栓
⑴ 普通螺栓
1)普通螺栓又可分为粗制螺栓和精制螺 栓
2)普通螺栓按形式又可分为六角螺栓、 双头螺栓和地脚螺栓
4．螺栓连接施工
⑴ 作业条件 1)构件已经安装调校完毕； 2)高空进行普通紧固件连接施工时，应有可靠的操作平台或施工吊篮，需严格遵守《建筑施工高处作业安 全技术规范》（JGJ 80－1991）的规定。 3)被连接件表面应清洁、干燥、不得有油（泥）污。 ⑵ 螺栓装配要求 1)螺栓头和螺母下面应放置平垫圈，以增大承压面积。 2)每个螺栓一端不得垫两个及以上的垫圈，并不得采用大螺母代替垫圈。螺栓拧紧后，外露螺纹不应少于 2 扣。螺母间下的垫圈一般不应多于 1 个。 3)对于设计有要求防松动的螺栓、锚固螺栓应采用有防松装置的螺母（即双螺母）或弹簧垫圈，或用人工 方法采取防松措施（如将螺栓外露螺纹打毛）。 4)对于承受动荷载或重要部位的螺栓连接，应按设计要求放置弹簧垫圈，弹簧垫圈必须设置在螺母的一侧。 5)对于工字钢、槽钢类型钢应尽量使用斜垫圈，使螺母和螺栓头部的支承面垂直于螺杆。 6)装配双头螺栓时，首先将螺纹和螺孔的接触面清理干净，然后用手轻轻地把螺母拧到螺纹的终止处，如 遇到拧不进的情况，不能用扳手强行拧紧，以免损坏螺纹。双头螺栓的轴心线必须与工件垂直，通常用角 尺进行检验。 7)螺母与螺钉装配时，螺母或螺钉与零件贴合的表面要光洁、平整，贴合处的表面应当经过加工，否则容 易使连接件松动或使螺钉弯曲。螺母或螺钉和接触的表面之间应保持清洁，螺孔内的赃物要清理干净。
5.2 铆接连接
利用铆钉把两个或两个以上的零件或构件（通常是钢板或型钢）联接成一个整体， 这种方法称为铆接。铆接主要是用工具连续锤击或用压力机挤压铆钉杆端，使钉杆 充满钉孔并形成铆钉头，见图 5-3 所示。 铆钉连接制造有热铆和冷铆两种方法，热铆即是将铆钉用加热炉加热后用铆钉机铆 合的方法，热铆的加热温度为 1000～1100℃。冷铆是在常温下铆合而成，目前在钢 构中一般都采用热铆。
3．螺栓孔的加工
⑴ 钻孔前，将工件按图样要求划线，检查后打样冲眼。 ⑵ 当螺栓孔要求较高，叠板层数较多，同类孔距也较多时，可采用钻模钻孔或预钻 小孔，再在组装时扩孔的方法。 预钻小孔直径的大小取决于叠板的层数，当叠板小于五层时，预钻小孔的直径一般 小于 3mm；当叠板层数大于五层时，预钻小孔直径应小于 6mm。 ⑶ 当使用精制螺栓（A、B 级螺栓）时，其螺栓孔的加工应谨慎钻削，应严格控制 尺寸精度，表面粗糙度 Ra 不得大于 12.5m，重要场合宜采用铰削成孔，以满足配 合要求。 普通螺栓（C 级）的配合孔，可采用钻削成形。但其内孔表面粗糙度 Ra 值不应大于 25m，其允许偏差应符合相关规定。
2)普通螺栓按形式又可分为六角螺栓、双头螺栓和地脚螺栓
a)六角螺栓 按照制造质量和产品等级，六角头螺栓可分为 A、B、C 三个等级；其中：A、B 级为精制螺栓，C 级为粗制 螺栓。在钢结构螺栓连接中，除特别注明外，一般均为 C 级粗制螺栓。 六角头的特点及应用如下： ①A 级螺栓统称为精制螺栓，B 级螺栓为半精制螺栓。A 级和 B 级螺栓用毛坯在车床切削加工而成，螺栓直 径应和螺栓孔径一样，螺栓杆和螺栓孔之间空隙甚小；适用于拆装式结构，或连接部位需传递较大剪力的 重要结构的安装。 ②C 级螺栓统称粗制螺栓，由未经加工的圆杆压制而成。C 级螺栓直径较螺栓孔径小 1.0～2.0mm，二者之间 存在着较大的空隙，承受剪力相对较差，只允许承受钢板之间的摩擦阻力限度内使用，或在钢结构安装中 做临时固定之用。 此外，还可以根据支承面大小及其安装位置尺寸可将其分为大六角头与六角头两种；也可根据性能等级， 将其分为 3.6、4.6、4.8 等十个等级。 b)双头螺栓和地脚螺栓 双头螺栓一般称作螺栓，多用于连接厚板和不便使用六角螺栓连接的地方，如混凝土屋架、屋面梁悬挂单 轨梁吊挂件等。 地脚螺栓预埋在基础混凝土中，可分为一般地脚螺栓、直角地脚螺栓、锤头螺栓、锚固地脚螺栓等四种： 一般地脚螺栓和直角地脚螺栓，是在混凝土基础浇灌时预埋在基础之中用以固定钢柱的。 锤头螺栓是基础螺栓的一种特殊形式，是在混凝土基础浇灌时将特制模箱（锚固板）预埋在基础内，用以 固定钢柱的。 锚固地脚螺栓是在已成型的混凝土基础上借用钻机制孔后，再用浇注剂固定在基础中的一种地脚螺栓。这 种螺栓适用于房屋改造工程，对原基础不用破坏，而且定位准确，安装快速，省工省时。
⑵ 拉力螺栓
拉力螺栓的联接中，由于外力作用使被联接构件之间的接触面互相脱开，以致产生 螺栓受拉，最后螺栓杆被拉断而破坏。
3. 螺母
在建筑钢结构中，螺母的性能等级分 4、5、6、8、9、10、12 等，其中 8 级（含 8 级）以上螺母与高强度螺栓匹配，8 级以下螺母与普通螺栓匹配。表 5-9 为螺母与 螺栓性能等级相匹配的参照表。 螺母的螺纹应与螺栓相一致，一般应为粗牙螺纹；螺母的机械性能主要是螺母的保 证应力和硬度，其值应符合《紧固件机械性能、螺母、粗牙螺纹》(GB/T 3098.2－2000) 的规定。 选用的应力与相匹配的螺栓性能等级一致，当拧紧螺母达规定程度时，不允许发生 螺纹脱扣现象。
⑵ 高强度螺栓
1)高强度螺栓从外形上可分为大六角头和扭剪型两种： a)我国使用的大六角头高强度螺栓性能等级可分为 8.8 级、10.9 级两种。根据国家标准《钢结构用大六角 头螺栓、大六角螺母、垫圈与技术条件》（GB/T 1228～1231－2006）之规定，8.8 级高强度螺栓推荐采用 的钢号为 45 号钢和 35 号钢；10.9 级高强度螺栓推荐采用的钢号为 20MnTiB 钢、40B 钢和 35VB 钢。 b)我国使用的扭剪型高强度螺栓性能等级只有 10.9 级一种，根据国家标准《钢结构用扭剪型高强度螺栓连 接副》（GB/T 3632－1995）之规定,推荐采用的钢号为 20MnTiB 钢。 2)高强度螺栓与其相配套的螺母和垫圈合称连接副，经热处理后方可使用： a)大六角头高强度螺栓连接副含有一个螺栓、一个螺母、两个垫圈（螺头和螺母两侧各一个垫圈）。当螺 栓、螺母、垫圈在组成一个连接副时，其性能等级应匹配。 b)扭剪型高强度螺栓连接副由一个螺栓、一个螺母、一个垫圈组成。螺栓、螺母、垫圈在组成一个连接副 时，其性能等级要匹配。 c)钢结构用大六角头高强度螺栓连接副匹配组合应符合表 5-4 的规定。 d)高强度螺栓不允许存在任何淬火裂纹；螺栓表面要进行发黑处理。 e)高强度螺栓连接摩擦面应平整、干燥，表面不得有氧化皮、毛刺、油漆和油污等。 f)高强度螺栓制造厂应将制造螺栓的材料取样，经与螺栓制造中相同的热处理工艺处理后，制成试件进行拉 伸试验，其结果应符合表 5-5 的规定。 g)高强度螺栓抗拉极限承载力应符合表 5-6 的规定。 h)高强度螺栓极限偏差应符合表 5-7 规定。
单元5 钢结构的紧固件连接
【知 识 点】 • 钢结构紧固件连接分类 • 钢结构螺栓连接的类型、施工、质量要求 • 钢结构紧固件连接工程质量控制标准 【教学目标】
5.1 概 述
钢结构的紧固件连接包括铆接和螺栓连接两种类型。其中螺栓连接又可分为普通螺 栓连接和高强螺栓连接两种。常用的紧固件有铆钉、普通螺栓、高强螺栓及其他辅 助材料。 铆接连接是将一端带有预制钉头的金属圆杆，插入被连接构件的圆孔中，利用铆钉 机或压铆机铆合而成。 螺栓作为钢结构主要连接紧固件，通常用于钢结构中构件间的连接、固定、定位等， 钢结构中使用的连接栓一般分普通螺栓和高强度螺栓两种。选用普通螺栓作为连接 的紧固件，或选用高强度螺栓但不施加紧固轴力，该连接即为普通螺栓连接，也即 通常意义下的螺栓连接；选用高强度螺栓作用连接的紧固件，并通过对螺栓施加紧 固轴力而起到连接作用的钢结构连接称高强度螺栓连接。图 5-1 所示为两种螺栓连 接工作机理的示意，其中图 5-1（a）所示为摩擦型高强度螺栓连接的工作机理，通 过对高强度螺栓施加紧固轴力，将被连接的连接钢板夹紧产生摩擦效应，当连接节 头受外力作用时，靠连接板层接触面间的摩擦来传递外力，应力流通过接触面平滑 传递，无应力集中现象。普通螺栓连接在受外力后，节点连接板即产生滑动，通过 螺栓杆受剪和连接板孔壁承压来传递外力，如图 5-1（b）所示。 螺栓、铆钉与孔的制图符号见图 5-2 所示，其中细“＋”线表示中心点定位线；另应 标注或统一说明螺栓或铆钉的直径和孔径。
1)普通螺栓又可分为粗制螺栓和精制螺栓
a)粗制螺栓 粗制螺栓用低碳钢制成。螺栓杆的直径通常比螺栓孔的直径要小 1～1.5mm，这样便 于组装。同时，由于对螺栓孔直径的精度要求不高，因此在制作和安装上都很简便， 这是粗制螺栓的优点。在一般钢结构中，组装各种部件多采用粗制螺栓联接。 b)精制螺栓 精制螺栓也是用低碳钢制成。为了配合的需要，对螺栓杆直径和螺栓孔直径的精度 要求都较高,见表 5-2。 精制螺栓孔通常采用铰制，因此，螺栓杆要有与铰刀相同的锥度，铰孔又要以螺栓 杆为标准，所以用精制螺栓在制作和安装时都比较费工，这种螺栓除了重要钢结构 上的特殊部件采用它来联接外，其它钢结构的联接很少使用。
4. 垫圈
⑴ 园平垫圈 园平垫圈一般放置于紧固螺栓头及螺母的支承面下面，用以增加螺栓头及螺母的支 承面，同时防止被连接件表面损伤。 ⑵ 方形垫圈 方形垫圈一般置于地脚螺栓头及螺母支承面下，用以增加支承面及遮盖较大螺栓孔 眼。 ⑶ 斜垫圈 斜垫圈主要用于工字钢、槽钢翼缘斜面的垫平，使螺母支承面垂直于螺杆，避免紧 固时造成螺母支承面和被连接的倾斜面局部接触，以确保栓连安全。 ⑷ 弹簧垫圈 弹簧垫圈一般用于有动荷载（振动）或经常拆卸的结构连接。为防止螺栓拧紧后在 动荷载作用产生振动而松动，依靠垫圈的弹性功能及斜口摩擦面来防止螺栓松动。
件的厚度相匹配，表 5-10 为不同连接件厚度所推荐选用的螺栓直径。
⑵ 螺栓长度选择
连接螺栓的长度应根据连接螺栓的直径和厚度确定。
螺栓长度是指螺栓头内侧到尾部的距离，一般为 5mm 进制，可按下式计算：
L＝δ＋m＋nh＋C
(5-1)
式中 δ——被连接件的总厚度（mm）； m——螺母厚度（mm），一般取 0.8D；
2. 螺栓的受力
⑴ 剪力螺栓 ⑵ 拉力螺栓
⑴ 剪力螺栓
剪力螺栓联接在受力后，如果外力不大，构件之间接触面上的摩擦力与外力保持平 衡。当外力超过摩擦力后，构件之间产生相对滑移，螺栓开始接触孔壁而受剪。当 连接的变形处于弹性阶段时，螺栓群中各螺栓受力不相等，超过弹性阶段出现塑性 变形以后，螺栓受力趋于均匀，直到破坏。因此，可以认为当外力作用在螺栓群中 心时，螺栓群中各螺栓的受力是相等的。这样在实际计算中，只要先算出一个螺栓 的承载力，就能算出整个联接所需的螺栓个数。 剪力螺栓有三种破坏的可能：①当螺杆直径较小而钢板厚度较大时，螺栓可能被剪 断。②当螺栓杆直径较大，被联接钢板厚度相对较薄时，则联接将因为构件的孔壁 被螺杆挤压坏产生塑性变形而丧失承载能力。③构件本身也可能因为截面开孔削弱 过多而被拉断或由于钢板端部螺孔间距太小而被剪坏，以及由于联接钢板太厚，螺 栓杆身弯曲破坏，见表 5-8。 为了防止上述三种破坏，采取了以下三方面的措施：对于构件的净截面进行抗拉强 度计算，以保证不因截面削弱过大而被拉断；限制端距 e≥2d，以避免板因挤压而 被剪断；限制螺栓杆长≤5d（d 为螺栓外径），以避免杆身弯曲过大破坏。