第三章 钢结构的连接(螺栓)02

二、普通螺栓抗剪连接
（一）工作性能和破坏形式
1.工作性能
N
N
对图示螺栓连接做抗剪试验,即 N/2 可得到板件上a、b两点相对位移δ N/2 和作用力N的关系曲线,该曲线揭示 了抗剪螺栓受力的四个阶段,即： N
(1)摩擦传力的弹性阶段(0～1段)
N
a
b
4 3
直线段——连接处于弹性状态；
该阶段较短 摩擦力较小。
C级---粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级； 4表示fu≥400N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ 类孔，孔径(do)-栓杆直径(d) ＝1~3mm。来自精制螺栓粗制螺栓
代号
强度等级 加工方式 加工精度
A级和B级
5.6级和8.8级 车床上经过切削而成 螺杆与栓孔直径之差为 0.25～0.5mm
N/3 N/3 N/3
N/2
N/2
N
双剪：nv 2
N/2
N/2
四剪：nv 4
（三）普通螺栓群抗剪连接计算
1.普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 【试验证明】栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓 群长度方向不均匀，两端大,中间小。
N
l1 N/2 N/2
螺栓的内力分布 平均值
当l1≤15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态 后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计 时假定N有各螺栓均担。 所以，连接所需螺栓数为：
N 计 算 解 (2)孔壁的挤压破坏（栓杆较粗而板件较薄时） 决 N N
(3)板件被拉断（截面削弱过多时） N/2
N
N
（4）板件端部被剪坏(拉豁) 端矩过小时；端矩不应小于2dO 这 N N 两 种 破 坏 （5）栓杆弯曲破坏 构 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d 造 解 N/2 决 N
N/2
（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值
η
1.0 0.75 0.5 试验曲线 8.8级 M22 ECCS 我国规范
平均值 长连接螺栓的内力分布
当l 1 60d 0时：
0.7
故，连接所需栓数：
N n b N min
0.25
( 3 36)
0
l1/d0
10 20 30 40 50 60 70 80
普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚 应进行板件的净截面验算。
拼接板的危险截面为2--2和2’--2’截面:
2 2’
t1 t
b
N
c1 b1 c 3 c2 2 2’
N
c4
例题： 设计螺栓盖板拼接，设计拉力N=350kN，钢材 Q345B(或16Mn)，拼接板宽b=360mm，厚 t1=8mm，采用M20C级螺栓，孔径f22。
解： 螺栓抗剪强度 f 140 N/mm 2 v
100
I
50 80 80 50
10 50 80 80 50
10
50
100
100
N
N
N
N
18 10
8/1/2013
解：①螺栓强度计算： 单个螺栓抗剪承载力设计值： d 2 v =2 222 130 =98.8kN NVb=nv fb 4 4 单个螺栓承压承载力设计值： NCb= d t f cv =22×18×305=120.8kN 故取Nminb=98.8kN(还应该考虑轻度折减系数η) 每侧12个螺栓承载力为12×98.8＝1185.6kN>1181kN ②被连接板强度计算： N 1181 10 214.4 N / m m >f=215 N / m m2 A 400 18 4 23.5 18 ③结论：该节点安全。 8/1/2013
二、螺栓的排列
1.并列—简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构
件截面削弱大； 2.错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截
面削弱小；
端距 中距
中距 边距 边距
A 并列
B 错列
3.螺栓排列的要求
（1）受力要求
【垂直受力方向】为了防止螺栓应力集中相互影响、截 面削弱过多而降低承载力,螺栓的边距和端距不能太小； 【顺力作用方向】为了防止板件被拉断或剪坏，端距 不能太小；
【受压构件】为防止连接板件发生鼓曲,中距不能太大。
中心距太大
（2）构造要求
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。
（3）施工要求
为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于 3do(do为孔径)。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。
1.5d0 1.5d0 3d0 2d0 3d0 3d0 2d0
永久螺栓
孔、螺栓图例 安装螺栓 高强度螺栓 螺栓圆孔
椭圆形螺栓孔
备注：“十”线表示定位线；必须注明孔、螺栓直径。
一、螺栓连接的受力形式
F
§3－7 普通螺栓连接计算
F N
A 只受剪力
B 只受拉力
C 剪力和拉力共同作用
[螺栓连接受力] 1) 可传递弯矩、剪力和轴力,单个螺栓只能受拉或受剪; 2)受剪螺栓——作用力与螺杆垂直,受拉螺栓——作用力 与螺杆平行。
【因为】由破坏形式可知抗剪螺栓承载力取决于螺栓杆受 剪和孔壁承压两种情况.
【所以】单栓抗剪承载力由以下两式决定:
抗剪承载力：
N vb nv
b c
d 2
4
f vb
b c
(3 32)
承压承载力：
N d t f
(3 33)
b 【单栓抗剪承载力】 N min min N vb，N cb
1 O 2
δ
(2)滑移阶段(1~2段)
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距离,表现在曲线上为水平段。
(3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)
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。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，N-δ 关系以曲线状态上升。
N n b N min
当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状 态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀， 端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的 抗剪强度折减系数η与l1/d0的关系曲线。
当15d 0 l1 60d 0时： l1 1.1 150d 0 (3 35)
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。
三、螺栓连接的构造要求
第一，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，但组合构件的缀条除外； 第二，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；
第三，C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接
3 2 n
2.普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算
e
F T F
F
1
N1F
y
1 N 1Tx
r1
N1T
x
N1Ty
T
N 1F F n ( 3 37)
★F作用下每个螺栓受力：
Nc dfc
b
b
2 t 20 385 min( 8， 6) 61.6kN
(4)所需螺栓数n=350/61.6 =5.3个
(5)6个螺栓3排 布置，中间距 100（90）mm， 端距60mm， 边距80mm。 (6)连接长度验算l1=15do=15×22 =330mm ＝100＋60＋10＋60＋100＝330mm l


(3 34)
nv—剪切面数目； d—螺栓杆直径； fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值； ∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。
t
——同一方向承压板较小总厚度
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.
d
fc
b
剪切面数目nv
N N
单剪：nv 1
C级
4.6级和4.8级 单个零件上一次冲成 螺杆与栓孔直径之差为 1.5～3mm
抗剪性能 经济性能 用途
好 价格高
较差 价格经济
构件精度很高的结构(机械 沿螺栓杆轴受拉的连接 结构);在钢结构中很少采 ；次要的抗剪连接；安 用,已被高强钢替代。 装的临时固定
2.高强度螺栓 由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理 45号－8.8级； 40B和20MnTiB－10.9级 （a）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓
第 三 章
(Connections)
§3－6 螺栓连接（bolting）的构造
一、螺栓的种类
1.普通螺栓 按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。 A、B级---精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级; 5或8表示fu≥500或800N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6 或0.8；Ⅰ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝0.3~0.5mm。
端 距 中距 端距
边距
边距
2d0 端距
2d0
端距
1.5d0 (1.2d0)
1.5d0
3d0
线距
螺钉或铆钉的最大、最小容许距离 名称
中 心 距 离
位置和方向
外排（垂直内力方向或顺内力方向） 中 间 排 垂直内力方向 顺内力方向 构件受压力 构件受拉力 沿对角线方向
最大容许距离 （取两者的较小值）
8d0或12t 16d0或24t 12do或18t 16d0或24t —
最小容许 距 离
3d0
构件 边缘 垂直 距离 内力 方向
顺内力方向
剪切边或手工气割边 轧制边、自动 气割或钜割边 高强度螺栓 其他螺栓或铆钉 4d0或8t
2d0
1.5d0 1.2d0