螺栓连接

规范采取简化计算的方法，取 ftb=0.8f（f—螺栓钢材的抗 拉强度设计值）来考虑其影响。
Nt
N 2
Q 2
B、 在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法， 来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可以减 小甚至消除撬力的影响。
(三）普通螺栓群的轴拉设计
一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需 的螺栓数为：
1 1’
t1t
1’--1’截面:
N
b
N
c1
N f
An
c4
c3 c2
1 1’
对于1 1截面：An b m d0 t;
对于1’1’截面：An 2c4 m 1
c12
c22
m
d
0
t;
式中：f 钢材强度设计值； d0 螺栓孔直径；
m 危险截面上的螺栓数；
b 主板宽度； t 主板厚度。
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。
12
A、螺栓采用并列排列时: 主板的危险截面为1-1截面:
N
b1
t1t
bN
N f
An,1
12
An,1 b m d0 t; f 钢材强度设计值;d0 螺栓孔直径；
拼接板的危险截面为2--2和2’-
-2’截面:
2 2’
t1t
N
N
b1
b
c1
0.5N f
An
c4
c3 c2
2 2’
对于2 2截面：An b1 m d0 t1;
对于2’2’截面：An 2c4 m 1
c12
c
2 2
m
d
0
t1
;
式中：f 钢材强度设计值；d0 螺栓孔直径； m 危险截面上的螺栓数；
N1F
N1M
F n
M
n
y1 yi2
N
b t
i 1
四、普通螺栓拉、剪联合作用
1、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现两种破坏形 式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔 壁的承压破坏；
2、由试验可知，兼受剪力和拉力
的螺杆，其承载力无量纲关系
NV
曲线近似为一“四分之一圆”。
N
b V
3、计算时，假定剪力由螺栓群均
i 1
i 1
N1Ty
n
T r1
n
xi2
x1 yi2 r1
n
T x1
n
xi2
yi2
i 1
i 1
i 1
i 1
y1 r1
T
N1Tx
N1T x N1Ty
由此可得螺栓1的强度验算公式为:
N
2 1Tx
N1Ty N1F
2
N
b min
另外,当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时,可进行 如下简化计算：
孔径比螺栓的公称直径大1~1.5mm， 其连接承载力比摩擦型连接高，但是 摩擦力被克服后，变形较大。
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
边距 中距 边距
A 并列
B 错列
3.螺栓排列的要求 （1）受力要求:
dn de dm d
(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响
A、螺栓受拉时，一般是通
过与螺杆垂直的板件传递，即
螺杆并非轴心受拉，当连接板
件发生变形时，螺栓有被撬开
的趋势（杠杆作用），使螺杆
中的拉力增加（撬力Q）并产
生弯曲现象。连接件刚度越小
撬力越大。试验证明影响撬力
的因素较多，其大小难以确定，
应大于5d
构
造
解
决
（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值
由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取
d
决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，
故单栓抗剪承载力由以下两式决定:
抗剪承载力：
N
b v
nv
d 2
4
f
b v
承压承载力：
N
b c
d
t fcb
单栓抗剪承载力：
N b min
min
N
vb，N
b c
nv—剪切面数目；
d—螺栓杆直径；
N
b t
Ae
ftb
de2
4
ftb
式中：Ae--螺栓的有效截面面积；
de--螺栓的有效直径； ftb--螺栓的抗拉强度设计值。
公式的两点说明：
（1）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：
13 de d 24 3 p
( p 螺距)
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；
对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不 能太大。
（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
m 危险截面上的螺栓数；b 主板宽度；t 主板厚度。
拼接板的危险截面为2-2截面:
0.5N f
An,2
An,2 b1 m d0 t1; f 钢材强度设计值;d0 螺栓孔直径；
b1 拼接板宽度；m 危险截面上的螺栓数；t1 拼接板厚度。
B、螺栓采用错列排列时:
主板的危险截面为1--1和
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15d0
l1
60d
时
0
：
1.1 l1
150d0
当l1
60d
时
0
：
η
1.0
0.7
0.75
故，连接所需栓数：
0.5
N
0.25
n
N
b min
0
平均值
长连接螺栓的内力分布
ECCS 我国规范
试验曲线
8.8级 M22
M
123 4
刨平顶紧 承托(板)
由力学及假定可得：
N1
M
N2
N3 N4
y3 y2 y1
中和轴
N1 N2 N3 Nn
y1
y2
y3
yn
M N1 y1 N2 y2 Nn yn
受压区
N2
N1 y1
y2；N 3
Байду номын сангаас
N1 y1
y3； Nn
N1 y1
yn
M N1 y1
y12 y22 yn2
N
N
n
N
b t
(四）普通螺栓群在弯炬作用下
M
123 4
刨平顶紧 承托(板)
N1
M
N2
N3 N4
y3 y2 y1
中和轴
受压区
☻M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。
显然‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大
C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓） 施工方法：
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
2、高强度螺栓预拉力的确定
承托与柱翼缘的连接角焊
V
缝按下式计算：
M
f
N
l w he
f
w f
式中：
刨平顶紧
承托(板) 连接角焊缝
α—考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，
一般取α=1.25~1.35；
其余符号同前。
高强度螺栓连接计算
一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力
按受力特征的不同高强度螺栓分为两类： 擦型高强度螺栓—通过板件间摩擦力传递内力， 破坏准则为克服摩擦力； 承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似。 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： A、转角法 施工方法： 初拧—用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；
钢结构的连接
螺栓连接
湖南科技学院土建系 黄林华
螺栓连接的构造
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。
N1T r1
rn
所以:
T
N1T r1
r12 r22 rn2
N1T r1
n
ri2
i 1
N1T
T r1
n
n
T r1
n
ri2
xi2 yi2
i 1
i 1
i 1
将N1T沿坐标轴分解得:
N1Tx
n
T r1
n
xi2
y1 yi2 r1
n
T y1
n
xi2
yi2
i 1
i 1
N1 y1
n i 1
yi2
N1
M
n
y1
yi2
i 1
因此，设计时只要满足下式，即可：
N1
N
b t
(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下
F e
刨平顶紧 承托(板)
12 34
N1M
N2M
M
F
N3M N4M
y3 y2 y1
N1F
中和轴
M=F·e
偏心力作用下普通螺栓连接，可采用偏于 安全的设计方法，即叠加法。
N1
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；
B、扭矩法 施工方法： 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。
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。
2.高强度螺栓
高强度 螺栓连接
摩擦型连接 承压型连接
摩擦型连接 摩擦型连接
孔径比螺栓的公称直径大1.5~2mm， 其连接紧密，变形小，传力可靠，抗 疲劳性能较好。
b1 拼接板宽度； t1 拼接板厚度。
2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算
eF F
F
1 N1F
y1 r1
N1Tx N1T
T
x N1Ty
T
★ F作用下每个螺栓受力：
N1F
F n
(4 37)
★ T作用下连接按弹性设计，其假定为： （1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；
（2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪 力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。
为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。
三、螺栓连接的构造要求 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，但组合构件的缀条除外；
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；
普通螺栓连接计算
一、螺栓连接的受力形式
A 只受剪力 F
B 只受拉力
C 剪力和拉力 共同作用
F
N
二.抗剪螺栓连接的破坏形式
令:xi=0，则N1Ty=0
N1Tx
T r1
n
yi2
y1 r1
T y1
n
yi2
i 1
i 1
N
2 1Tx
N1F 2
N
b min
三、普通螺栓的抗拉连接
（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能 抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面
有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被 拉断为其破坏形式。
（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值
沿栓群长度方向不均匀， N
N/2
两端大,中间小。
当l1≤15d0(d0为孔径)时， 连接进入弹塑性工作状态后，
N/2 l1
平均值
内力重新分布，各个螺栓内 力趋于相同，故设计时假定N
螺栓的内力分布
有各螺栓均担。 所以，连接所需螺栓数为：
n N Nb
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，
N/2
N/2
N 螺栓杆被剪坏
栓杆较细而板件较厚时
以
上
破
坏
N
N 孔壁的挤压破坏
形 式
栓杆较粗而板件较薄时 予
以
计
算
N
N 板件被拉断
解
截面削弱过多时
决
二.抗剪螺栓连接的破坏形式
N
N
件端部被剪坏(拉豁) 端矩过小时；端矩不应小
于2dO
以 上 破 坏
形
N/2
式
N 栓杆弯曲破坏
公
螺栓杆过长；栓杆长度不 国
N/2
1
匀承担，拉力由受力情况确定。
因此：
NV
V n
0
Ve V
M=Ve
1 Nt
N
b t
规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止
螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：
Nv
N
b v
2
Nt
N
b t
2
1
NV
N
b V
1
b
a
0
1 Nt
N
b t
为了防止孔壁的承压破坏，应满足：
Nv
N
b c
另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当 有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。
显然，T作用下‘1’号螺 栓所受剪力最大（r1最大）。
由力的平衡条件得： T N1T r1 N2T r2 NnT rn
y1 r1
N1Tx N1T
x N1Ty
T
由假定‘(2)’得
N1T N2T N3T NnT
r1
r2
r3
rn
所以:
N 2T
N1T r1
r2；N3T
N1T r1
r3； NnT
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。
剪切面数目nv
N
N
N/2
N
N/2
单 剪 ：nv 1
双剪：nv 2
N/3 N/2
N/3 N/3
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