2015第3章-螺栓连接
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12:38
8
第五节 螺栓连接—普通螺栓
(1)受力要求 a)端距限制——防止孔端钢板剪断,≥2d0 ; 下限:防止孔间板破裂≥3d0 b)螺孔中心距限制 上限:防止板间张口和鼓曲。 因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距
端距过小 12:38
中心距太大 9
第五节 螺栓连接—普通螺栓
(2)构造要求 若栓距及线距过大,则构件接触面不够紧密,潮 气易侵入缝隙而发生锈蚀。规范规定了螺栓的最大容许间距。 (3)施工要求 要保证有一定的空间,以便转动扳手,拧紧螺母。
Mpa
≥
8.8S 螺栓 大六角 头高强 螺栓 10.9S 45、35 20MnTiB、40B、 35VB 68 95 660 940
螺母 垫圈
8H
10H 硬度 10.9S 10H 硬度
35
45、35 45、35 20MnTiB 15MnVB、35 45
—
— — 95 — —
—
— — 940 — —
—
点
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剪切变形小,弹性性能好.因 连接紧凑,但剪切变形大,不得 其不松动、耐疲劳,特别适用 用于承受动力荷载的。宜用于结 于承受动力荷载的结构。 构承受静力荷载或间接承受动力 荷载的结构,以发挥其高承载力 的优点。
33
第五节
螺栓连接—高强螺栓
(5)连接处构件接触面的处理和抗滑移系数
使用高强度螺栓时,构件的接触面(摩擦面)通常经特殊处 理,使其净洁并粗糙,以提高其抗滑移系数。
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2
第五节
一、分类
螺栓连接—普通螺栓
C级螺栓(粗制螺栓),A、B级螺栓(精制螺栓) 1. C级螺栓连接
螺栓未经加工的圆钢制成;
材性为4.6,4.8级,钢材Q235BF;
螺杆表面粗糙,尺寸不很准确; 螺孔是一次冲成或不用钻模钻成; 孔径比螺栓直接大1~2mm。 12:38 3
第五节
1. C级螺栓连接
第五节 螺栓连接—普通螺栓
三、工作原理与破坏形式—《钢结构》
螺栓连接的受力形式分为:只受剪力,只受拉力。有时 受剪力和拉力的共同作用。
F
N
F
A 只受剪力 12:38
B 只受拉力
C 剪力和拉力共 同作用 12
第五节
螺栓连接—普通螺栓
N
1. 抗剪工作原理与破坏形式
工作原理 荷载靠构件间摩擦力传递, 栓杆和孔壁间隙不变 (2) 滑移阶段(12) 摩擦力达最大值,栓杆和孔
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
扭剪型高强度螺栓安装过程 12:38 27
第五节
螺栓连接—高强螺栓
(2) 高强度螺栓预拉力P的确定 钢结构规范(GB 50017-2003)规定:
P (0.9 0.9 /1.2) fu Ae 0.675 fu Ae
考虑fy的变异性以及施工 时通常为补偿预拉力松 弛影响所作的超张拉 5%~10%而留有余地 1.2考虑拧紧时扭矩剪应 力使螺纹处折算应力增 大的不利影响
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
P (0.9 0.9 /1.2) fu Ae 0.675 fu Ae
Ae—螺纹处有效截面积; fu—螺栓热处理后的最低抗拉强度;
8.8级(fu =830N/mm2);10.9级(fu =1040N/mm2)
dn de dm d
13 de d 3 p 24 12:38
4 3
(4) 弹塑性阶段(34)
荷载小量增大,连接的剪切变形 迅速增大,直至剪切破坏
0
N/2
12
δ
N/2 a
N
b
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第五节
破坏形式
螺栓连接—普通螺栓
N/2
(1) 栓杆剪断破坏 —直径较小且板件较厚 (2) 孔壁挤压破坏(承压破坏) —栓杆直径较大且板件较薄 (3) 板件被拉断—应螺孔削弱较多
O
1
2 δ
P N
a b 32
承压型:板件发生滑移后,依靠螺栓杆抗 N/2
剪和螺孔与孔壁承压传递剪力(承载力极 N/2 限状态对应4点)
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较
摩擦型连接 传 力 机 理 栓孔 直径 特 承压型连接 利用预拉力把被连接的部件夹 允许接触面滑移,依靠螺栓杆和 紧,使部件的接触面间产生很 螺孔之间的承压来传力。 大的摩擦力,外力通过摩擦力 来传递。 =螺杆的公称直径 +1.5~2.0mm =螺杆的公称直径 +1.0~1.5mm
N
N/2Βιβλιοθήκη NNN12:38
N
15
第五节
螺栓连接—普通螺栓
(4) 板件端部被剪坏(拉豁)—端矩过小时;端矩不应小于2dO
N
N
(5) 栓杆弯曲破坏—螺栓杆过长;栓杆长度不应大于5d
N/2
N
N/2 12:38 16
第五节
螺栓连接—普通螺栓
2. 抗拉连接工作原理—拉力很少作用在螺栓轴线上(偏拉)
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第五节 螺栓连接—普通螺栓
二、螺栓的排列和构造要求
1. 排列:排列应简单、统一而紧凑,满足受力要求,构造合理
又便于安装。并列排列和错列排列
并列比较简单整齐,所用连接板尺寸小,但由于螺栓孔的存在, 对构件截面的削弱较大;错列可以减小螺栓孔对截面的削弱,但 螺栓空排列不如并列紧凑,连接板尺寸较大。
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第二章
钢桥连接—高强螺栓连接
N 3 4 1 2 3 4
高强螺栓
(4) 高强螺栓抗剪连接受力过程
受力过程—四个阶段
摩擦传力的弹性阶段(01) 滑移阶段 (12) 栓杆传力的弹性阶段 (23) 弹塑性阶段 (34)
普通螺栓
摩擦型:依靠高强螺栓的紧固在板件间产
生摩擦力传力剪力,不允许板件发生滑动 (承载力极限状态对应1点)
第三章
第一节 第二节 第三节
钢结构与钢桥的连接
钢结构与钢桥的连接方式 焊缝连接 角焊缝构造与计算
第四节
第五节
坡口焊缝的设计与计算
螺栓连接
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第五节 螺栓连接
一、 普通螺栓 (一) 分类 (二) 工作原理与破坏形式 (三) 计算 二、高强螺栓 (一) 分类 (二) 工作原理 (三) 构造 (四) 高强螺栓受力性能和承载力 (五) 高强螺栓连接的设计计算 (六) 计算实例
螺栓连接—普通螺栓
优点:装配和装拆方便,较适用于承受拉力 缺点:受剪性能较差
用于承拉构件、次要结构和可拆卸结构的受剪连接及临时 连接
表示方法:小数点前为材料抗拉强度,小数点后为屈强 比,刻在螺杆头上。 例4.8级表示抗拉强度400N/mm2,屈服强度320N/mm2。 M20,M16 表示螺杆直径
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第五节
螺栓连接—普通螺栓
3. 剪拉合力工作原理
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
一、概述 定义:高强螺栓连接是用高强度螺栓将构件、部件或板
件连成整体的连接方式。 主要特点:材料强度高,扭紧螺帽时给螺栓施加很大的 预紧力,使被连接的构件间产生挤压力,从 而沿构件接触面产生较大的摩擦力,协同螺 栓抗剪传递外力。
扭剪型电动扳手
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液压扭矩扳手
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
力学性能 屈服强度fy 抗拉强度fu kgf/mm2 85~105 106~126 Mpa 830~1030 1040~1240 洛氏硬度 (HRC) 24~31 33~39
高强度螺栓的材料与力学性能
类别
性能等级
推荐材料
kgf/m m2
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
B、扭矩法 初拧—用力矩扳手拧至终拧力矩的30%-50%,使板件贴紧密
终拧—初拧基础上,按100%设计终拧力矩拧紧。
特点:简单、易实施,但得到的预拉力误差较大。
日本JISB 1186-1970 T kdP
种类 一次制造批量的扭矩系数值的平均值 一次制造批量的扭矩系数值的标准公差
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第五节
螺栓连接—普通螺栓
2. A、B级螺栓连接
螺栓用45或35号钢制成,材性8.8级,螺杆经车床加工,
表面光滑尺寸准确
A级:直径d≤24mm、长度l≤150mm
B级: d >24、长度l >150或10d
螺孔在装配好的构件上钻成(或扩钻成), 或在单个零件及 构件上分别用钻模钻成; 孔壁光滑,对孔准确,孔径与螺栓杆径相等,安装时需将 螺栓轻击入孔。
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第五节
螺栓连接—普通螺栓
2. A、B级螺栓连接
优点:加工精度高、尺寸准确和杆壁接触紧密,可用于
承受较大的剪力与拉力连接,抗疲劳性能较好,变 形较小 缺点:制造和安装较费工,价格昂贵,在钢桥中很少采用
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第五节
螺栓连接—普通螺栓
粗制螺栓
C级
4.6级和4.8级 单个零件上一次冲成
涂无机富锌漆可提高抗锈能力,但将降低抗滑移系数。 涂红丹或在潮湿、淋雨状态下拼装,将严重降低抗滑移系数 故应严格避免,并保证连接处表面干燥。 摩擦面的抗滑移系数
因此规范规定了螺栓的最小容许间距。
1.5d0
1.5d0
3d0 2d0 3d0 3 d0 2d0
边距
边距
1.5d0 (1.2d0)
2d 0
端距
2d0 端距
1.5d0
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端 距
中距 端距
3d0
10
线距
第五节 螺栓连接—普通螺栓
2.螺栓的其它构造要求
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; 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; 12:38 11
按扭矩系数k值分类
A 0.110~0.150 <0.010 B 0.150~0.190 <0.013
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
C、扭断螺栓杆尾部法(扭剪型高强度螺栓)
初拧—拧至终拧力矩的60%-80%; 终拧—初拧基础上,以扭断螺栓 杆尾部为准。
特点:施工简单、技术要求低
易实施、质量易保证等
( p 螺距)
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
注:螺孔直径比螺杆直径大1.5-2mm,也用M表示
高强度螺栓的预拉力设计值P(kN)(GB 50017-2003)
螺栓性能等级 M16 8.8级 70 10.9级 100
M20
螺栓公称直径 (mm) M22 M24 M27 M30
110
135 155 205 205
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
杆身、螺帽和垫圈抗拉强度高
螺杆为45号钢或40硼钢,螺帽和垫 圈为45钢,要热处理以提高其强度
45号-8.8级
40B和20MnTiB-10.9级
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第五节
螺栓连接—普通螺栓
二、分类 fu=830MPa和1040MPa
(1) 材料强度: 8.8级和10.9级 (2) 施工方式:大六角头和扭剪型 (3) 传剪力方式:摩擦型和承压型
精制螺栓
代号
强度等级 加工方式
A级和B级
5.6级和8.8级 车床上经过切削而成
加工精度
抗剪性能 经济性能
螺杆与栓孔直径之差为 0.25~0.5mm
好 价格高
螺杆与栓孔直径之差为 1.5~3mm
较差 价格经济
用途
构件精度很高的结构(机械结构);在 沿螺栓杆轴受拉的连接;次要 钢结构中很少采用,已被高强钢替代。的抗剪连接;安装的临时固定
(1) 摩擦传力弹性阶段(01)
4 3
12
δ
壁产生相对滑移直至相互接触
0
N/2
N/2 a 12:38
N
b
13
第五节
螺栓连接—普通螺栓
N
(3) 栓杆直接传力的弹性阶段(23)
荷载由栓杆和孔壁接触传递, 栓杆受剪、弯和轴拉作用。因 接头材料的弹性性质,且栓杆 伸长受到螺帽约束,增大板件 间挤压力,摩擦力增大直至螺 栓或连接板达到弹性极限
155
190 225 290 355
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钢桥用
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第五节
螺栓连接—高强螺栓
(3) 高强度螺栓的施工要求:
由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预 拉力,因此施工要求较严格: 1)终拧力矩偏差不应大于±10%; 2)如发现欠、漏和超拧螺栓应更换; 3)拧固顺序先主后次,且当天安装,当天终拧完。 如工字型梁为:上翼缘→下翼缘→腹板。
— — 106~126 — —
—
— — 1040~1240 — —
≤28
≤28 35~45 33~39 ≤28 35~45
剪扭型 高强螺 栓
螺栓 螺母 垫圈
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第五节
(二) 工作原理
螺栓连接—高强螺栓
1. 高强度螺栓可以传递剪力和拉力 2. 高强度螺栓通过施加预拉力使连接板之间产生预压力,接 触面上有摩擦力,依靠摩擦力传递剪力
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23
第五节
螺栓连接—高强螺栓
(1) 高强度螺栓预拉力的建立方法
通过拧紧螺帽的方法,螺帽的紧固方法有: A、转角法 初拧—用普通扳手拧至不动,使板件贴紧密; 终拧—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120o~180o完成终拧。 特点:预拉力的建立简单、有效, 但要防止欠拧、漏拧和超拧