普通螺栓连接的构造和计算汇总共53页文档
螺栓连接结构与计算
七.高强度螺栓连接计算
高强螺栓由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
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1.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： 摩擦型高强度螺栓—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：
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。
30
显然‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大
1 2 3 4
M
刨平顶紧 承托(板)
M
N1 N2 y1 N3 y y3 2 N4 中和轴
（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 曲线近似为一“四分之一圆”。 （3）计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，拉力由受力情况确定。 因此：
1
e V V
M=Ve
0
1
34
规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止
最小容许距离
垂直内力方向
中 间 排 顺内 力方 向 构件受拉力
16do 或 24t
12do 或 18t 3do
构件受压力 沿对角线方向
16do 或 24t _
中 心 至 构 件 边 缘 间 距
顺内力方向 垂直 内力 方向 剪切边或手工气割边 轧制边、自动气 割边或锯割边 高强度螺栓 其他螺栓或铆钉 4do 或 8t
普通螺栓连接的计算最新实用版
b et
2 eb
t
n
N Ntb
③偏心拉力作用时
An——构件或连接板的净截面面积
(1)受剪螺栓的五种破坏形式
后两种构造满足:选用最小容许端距2d和使螺栓的夹紧长度不超过4～6倍螺栓直径的条件下，均不会产生。
An——构件或连接板的净截面面积
栓杆被拉断，其部位多在被螺纹削弱的截面处。
前三种计算(设计)满足。
An——构件或连接板的净截面面积
① 单个受拉螺栓的承载力设计值
An——构件或连接板的净截面面积
前三种计算(设计)满足。
An——构件或连接板的净截面面积
① 单个受拉螺栓的承载力设计值
前三种计算(设计)满足。 An——构件或连接板的净截面面积
构件净截面
①单个受剪螺栓承载力设计值
An b n1d0 t
N1max
Fe' y1' myI ' 2
N
b t
③螺栓群受弯矩作用时
N1max
Fe' y1' myI ' 2
N
b t
二 普通螺栓连接的计算 1．受剪普通螺栓连接 (1)受剪螺栓的五种破坏形式 ①栓杆剪断 ②孔壁挤压坏 ③钢板拉断 ④端部钢板剪断 ⑤栓杆受弯破坏
后两种构造满足:选用最小容许端距2d和使螺栓的夹紧长度 不超过4～6倍螺栓直径的条件下，均不会产生。
前三种计算(设计)满足。
(2)、计算方法： ①单个受剪螺栓承载力设计值
N Ney 后两种构造满足:选用最小容许端距2d和使螺栓的夹紧长度不超过4～6倍螺栓直径的条件下，均不1'会产生。
N 0 栓杆被拉断，其部位多在被螺纹削弱的截面处。
1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱin
螺栓连接结构与计算
（2）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
4
（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； 对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中 距不能太大。
螺栓连接构造与计算
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张明录
目录
一 二 三
普通螺栓连接构造与计算 普通螺栓抗剪连接 普通螺栓抗拉连接 高强度螺栓连接构造与计算 高强度螺栓抗剪连接 高强度螺栓抗拉连接
四 五
六
一.普通螺栓连接构造与计算
1.普通螺栓的种类和构造要求 （1）普通螺栓种类
按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。
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。
7
二.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
N
8
三.普通螺栓抗剪连接 1.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 N/2 δ和作用力N的关系曲线,该曲线 清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四 N 个阶段,即： 1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)
d n de dm d
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(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响
1）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，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。
普通螺栓的构造和计算
§3-5 普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。
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，对构件截面削弱较大。
错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
图3.5.1 钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。
各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。
对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。
（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。
（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。
根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。
螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。
表3.5.1 螺栓或铆钉的最大、小最容许距离注：1 d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。
2 钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。
二、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（1）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。
但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。
（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。
例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。
（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。
承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。
螺栓连接的构造和计算
三、螺栓连接的构造和计算(一)螺栓的种类在钢结构中应用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两大类。
普通螺栓又分A级、B级(精制螺栓)和C级(粗制螺栓)两种。
高强度螺栓按连接方式分为摩擦型连接和承压型连接两种。
此外，还有用于钢屋架和钢筋混凝土柱或钢筋混凝土基础处的锚固螺栓(简称锚栓)。
A、B级螺栓采用5.6级和8.8级钢材，C级螺栓采用4.6级和4.8级钢材。
高强度螺栓采用8.8级和10.9级钢材。
10.9级中10表示钢材抗拉极限强度为f u=1000N／mm2，0.9表示钢材屈服强度f y=0.9f u，其他型号以此类推。
锚栓采用Q235或Q345钢材。
A级、B级螺栓(精制螺栓)由毛坯经轧制而成，螺栓杆表面光滑，尺寸较准确，螺孔需用钻模钻成，或在单个零件上先冲成较小的孔，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径(称I类孔)。
螺杆的直径与孔径间的空隙甚小，只容许0.3mm左右，安装时需轻轻击人孔，既可受剪又可受拉。
但A级、B级螺栓(精制螺栓)制造和安装都较费工，价格昂贵，在钢结构中只用于重要的安装节点处，或承受动力荷载的既受剪又受拉的螺栓连接中。
C级螺栓(粗制螺栓)用圆钢辊压而成，表面较粗糙，尺寸不很精确，其螺孔制作是一次冲成或不用钻模钻成(称Ⅱ类孔)，孔径比螺杆直径大1--2mm，故在剪力作用下剪切变形很大，并有可能个别螺栓先与孔壁接触，承受超额内力而先遭破坏。
由于c级螺栓(粗制螺栓)制造简单，价格便宜，安装方便，常用于各种钢结构工程中，特别适宜于承受沿螺杆轴线方向受拉的连接、可拆卸的连接和临时固定构件用安装连接中。
如在连接中有较大的剪力作用时，考虑到这种螺栓的缺点而改用支托等构造措施以承受剪力，让它只受拉力以发扬它的优点。
C级螺栓亦可用于承受静力荷载或间接动力荷载的次要连接中作为受剪连接。
对直接承受动力荷载的螺栓连接应使用双螺帽或其他能防止螺栓松动的有效措施。
(二)普通螺栓的计算和构造1．普通螺栓连接的工作性能和破坏情况普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为受拉螺栓、受剪螺栓和受拉兼受剪螺栓三种。
普通螺栓的构造和计算概要
§3-5 普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。
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，对构件截面削弱较大。
错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
图3.5.1 钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。
各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。
对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。
（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。
（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。
根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。
螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。
表3.5.1 螺栓或铆钉的最大、小最容许距离注：1 d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。
2 钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。
二、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（1）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。
但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。
（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。
例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。
（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。
承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。
普通螺栓连接的性能和计算
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解：(1)分析螺栓群受力，把偏心力F向形心简化，则螺栓 群受力为
剪力： V＝120kN 扭矩： T＝120X500＝60000kN•mm 均对螺栓产生剪力。
(2)计算单栓承载力设计值 单栓抗剪承载力设计值：
NVb
nV
d 2
4
fVb
1 20 2 130 10 3
4
40.8KN
图3-7-15 例3-7-1普通螺栓盖板连接设计
21
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解：单栓抗剪承载力设计值：
NVb
nV
d 2
4
fVb
2
20 2 4
130
81681
.4N
81.7KN
单栓的承压承载力设计值为：
N
b c
d
tfcb
20
14
305
85400
.0N
85.4KN
Nb V m in
81 .7 KN
板件一侧所需螺栓数：
由于确定撬力比较复杂，为了简化计算，规定普通螺栓抗拉强 度设计值只取为螺栓钢材抗拉强度设计值的0.8倍，以考虑这 一不利的影响。这相当于考虑了撬力Q＝0.25N，一般来说， 只要翼缘板厚度满足构造要求、且螺栓间距不要过大，这样的 简化处理是可靠的。
单个抗拉螺栓的承载力设计值为：
Ntb
Ae ftb
de2
yi2 4 80 2 160 2 1.28 105 mm 2
(xi2 yi2 ) 5.28 105 mm 2
25
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N1Tx
Ty1 xi2
yi2
60000 160 5.28 105
18.2KN
螺栓的构造及计算
当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时, 可令:xi=0，则N1Ty=0
N 1Tx
T r1 y1 T y1 n n 2 r1 2 yi yi
i 1 i 1
2 N 1Tx
N 1F
2
b N min
（三）普通螺栓抗拉连接 1、破坏形式 栓杆被拉断 2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值
N f An
c3 c 2
2 对于1’ 1’ 截面：An 2c4 m 1 c1 c2 m d0 t; 2
式中：f 钢材强度设计值； b 主板宽度； t 主板厚度。
d 0 螺栓孔直径；
m 危险截面上的螺栓数；
拼接板强度验算:
N
c4
2 2’ b 2 2’
12
A、螺栓采用并列排列时
N 主板： f An ,1 An ,1 b n1 d 0 t ;
0.5 N 拼接板： f An, 2
t1 t b
N
b1
N
12
f 钢材强度设计值; d 0 螺栓孔直径
n1 1 1截面上的螺栓数；b 主板宽度；t 主板厚度。
2 d e
N tb Ae f tb
4
f tb
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 3t 24
0.9 0.9 0.9 P Ae f u 1.2
二、高强度螺栓抗剪连接
7.6 普通螺栓连接的构造
高强度螺栓预拉力的确定 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强 度确定的，并考虑了以下修正系数： 考虑材料的不均匀性的折减系数0.9； 为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9； 附加安全系数0.9。 考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度 的降低除以系数1.2。 因此，预拉力： 0.9 0.9 0.9 P Ae f u ( 3 62) 1.2
C-△C=Cf P+△P=Pf
当外拉力为零，即N=0时：P=C； 当外拉力为Nt时：板件有被拉开趋势，板件间的压 力C减小为Cf，栓杆拉力P增加为Pf，由力及变形协 调得： Nt P f CP C Cf Pf P C f P fC N t( 3 67) ( 3 67) Cf P f68 P ( 3 68) f (3 ) A p Ab 1 EAb EA EAbp EA p
( 3 72)
显然栓杆的拉力增加不大。 另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于P时，卸 载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生松弛现象。但当Nt 不大于0.8P时，则无松弛现象，这时Pf=1.07P，可认为 螺杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持 紧密接触，所以现行规范规定：
高强度螺栓摩擦型连接的单栓抗拉承载力为：
7.6 普通螺栓连接的构造和计算
一、螺栓排列和构造要求
1. 直径：M12~M24（2的倍数）；M24~M48 （3的倍数） ；M48~M80 （4的倍数） ； M80~100 （5的倍数） 受力螺栓≥M16，常用直径：M20~24 当使用普通螺栓时，无特殊说明时是指C级粗制 螺栓。 2. 排列和间距（见图7.62）: 排列：并排、错列 间距：见表7.5。
2）弯矩作用下
由于高强度螺栓的抗拉承载力总小于其预拉力P， 故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触 状态，弹性性能较好，可认为是一个整体,所以假定 连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力 最大。
普通螺栓连接的构造和计算
T N1T r1 N2T r2 NnT rn
N1T N2T N3T NnT
r1
r2
r3
rn
y1 r1
N1Tx N1T
x N1Ty
T
N 2T
N1T r1
r2；N3T
N1T r1
r3；NnT
N1T r1
rn
T N1T r1
r12 r22 rn2
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 t
(t 螺距)
dn de dm d
(2）螺栓的抗拉强度ftb
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。
B、对于高强度螺栓承压型连接 N
抗剪承载力：
N
b v
nv
de2
4
fvb
4 高强度
3
螺栓
24 1
3 普通螺栓
承压承载力：
N
b c
dt
fcb
2
1
单栓抗剪承载力：
O
δ
Nmbin
min
N
vb，N
b c
N/2 N/2 a
N
b
（三）高强度螺栓群的抗剪计算
1、轴心力作用
假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数： 对于摩擦型连接：
n
N
N
b t
N
4、普通螺栓群在弯矩作用下
1
M
螺栓的构造及计算
An , 2 b1 n2 d 0 t1 ; f 钢材强度设计值; d 0 螺栓孔直径；
b1 拼接板宽度；n2 2 2截面上的螺栓数；t1 拼接板厚度。
B、螺栓采用错列排列时:
N
1 1’
c1
b
t1 t
N
c4
主板：
对于1 1截面：An b m d 0 t ; 1 1’
二、螺栓的排列
端距 中距 中距 边距 边距
A 并列
B 错列
螺栓的排列应满足： 受力要求 构造要求 施工要求
1）受力要求 任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防 止钢板截面过度削弱而承载力不足； 对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板 件发生鼓曲。
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
三、 普通螺栓连接的受力性能和计算
（一）螺栓连接的受力形式
F N F
A 只受剪力
B 只受拉力
C 剪力和拉 力共同作用
（二）普通螺栓抗剪连接 1.工作性能 N
N/2
N/2
a b
O
N
N
4 3
N
1
2
δ
1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)
2)滑移阶段(1~2段)
N/2
a b
N
N/2
3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段) 4)破坏阶段(3~4段)
2
2
NV
b NV
1
b
a
0 1 N t N tb
为防止孔壁的承压破坏，应满足：
Nv
b Nc
V
3、当有承托承担全部剪 力时，螺栓群按受拉连接计算。