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 — —


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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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26
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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28
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
12:38
14
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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12:38
7
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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1
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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4
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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5
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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6
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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25
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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19
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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20
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
12:38
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
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