钢结构的连接-螺栓连接资料
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《钢结构设计原理》
3.7螺栓和铆钉连接的排列和构造要求 3.7.1 螺栓和铆钉的排列 分为并列和错列两种形式。并列比较简单整齐，布置紧 凑，连接板尺寸小，螺栓孔对构件截面削弱较大。错列 可以减小对截面的削弱，但螺栓排列松散，连接板尺寸 较大。
螺栓和铆钉在构件上的排列应考虑以下要求： 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，螺栓的边距和中距不能太小；
螺栓抗剪连接达到极限承载力时，可能的破坏形式： ①栓杆直径较小时，栓杆可能先被剪断；
N/2 N/2
N
②栓杆直径较大、板件较薄时，板件可能先被挤坏， 栓杆和板件的挤压是相对的，也把这种破坏叫做螺栓 承压破坏；
N
N
③板件截面可能因螺栓孔消弱截面太多而被拉断； N N
④端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏。
螺栓的实际承压应力分布情况难以确定，简化计算， 假定螺栓承压应力分布于螺栓直径平面上，且假定 该承压面上的应力为均匀分布，则一个抗剪螺栓的 承压承载力设计值式为
N d tf
b c
b c
t —在同一受力方向的承压构件的较小总厚度；
f cb —螺栓承压强度设计值。
3.轴心剪力作用的普通螺栓群计算 试验表明，螺栓群承受轴心剪力时，螺栓群在长度方向 各螺栓受力不均匀，两端大，中间小。当沿受力方向的 连接长度l1≤15d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，内力 发生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐渐均匀，故可认为 轴心力N由每个螺栓平均分担，螺栓数n
(1)弹性阶段 O1斜直线段：加荷 之初，连接中剪力较小，荷载靠 板件间接触面的摩擦力传递，螺 栓杆与孔壁间的间隙保持不变， 处于弹性阶段，板件间摩擦力大 小取决于拧紧螺帽时螺杆中的初 始拉力，普通螺栓的初应力很小。 此阶段很短，可略去不计。 (2)相对滑移阶段 12水平线段：荷 载增大，剪力达到摩擦力最大值， 板件间产生相对滑移，其最大滑 移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙， 直至螺栓杆与孔壁接触。
T N1T 2 N T (r1 r22 r32 ...rn2 ) 1 r1 r1
T N1T r1 N 2T r2 N 3T r3 ... N nT rn
N nT N1T N 2T N 3T ... r1 r2 r3 rn
r2 T T r3 T T rn N 2 N1 , N 3 N1 ,..., N n N1 r1 r1 r1
T T
(3)弹塑性阶段 荷载继续增加，连 接所承受的外力主要靠螺栓与孔壁 接触传递。螺栓杆除主要受剪力外， 还承受弯矩和轴向拉力，孔壁受到 挤压。螺杆的伸长受到螺帽的约束， 增大了板件间的压紧力，使板件间 的摩擦力随之增大，所以曲线呈上 升状态。达到“3”点时，螺栓或连 接板达到弹性极限。 荷载继续增加，此阶段即使给荷载 很小的增量，连接的剪切变形也迅 速加大，直到连接的最后破坏。曲 线的最高点“4”所对应的荷载即为 普通螺栓连接的极限荷载。
3.8 普通螺栓连接的工作性能和计算
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
3.8 普通螺栓连接的工作性能和计算 3.8.1 普通螺栓的抗剪连接 1. 抗剪连接的工作性能 抗剪连接是最常见的螺栓连接。抗剪试验可得试件上a、 b两点间的相对位移δ与作用力N的关系曲线。试件由零载 一直加载至连接破坏的全过程，经历三个阶段。
2 An t[2e4 (n2 1) e12 e2 n2 d 0 ]
4．扭矩作用的普通螺栓群计算 首先布置螺栓，然后计算受力最大螺栓所承受的剪力， b 再和 N min 进行比较。 螺栓群在扭矩作用下，每个螺栓均受剪,假设： (1)被连接板件为绝对刚性时，螺栓为弹性的； (2)被连接板件绕螺栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大 小与该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线该螺栓 至形心垂直。
顺力作用方向：为了防止板件被螺栓冲剪破坏，端距不应 小于2d0（d0孔径）
对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。 构造要求 中距及边距不宜过大，否则连接板件间不能紧密贴合，潮 气侵入缝隙使钢材锈蚀。 施工要求 保证一定空间，便于打锚和采用扳手拧紧螺帽。根据扳手 尺寸和工人的施工经验、规定最小中距为3d0。 根据以上要求规范规定了螺栓和铆钉的容许距离。
N b N min
N 构件截面验算 f An
板件 1-1截面 N 2-2截面 N n1 N
n 3-3截面 N n1 n2 N n
1-1截面受力最大
n
An t (B n1d0 )
拼接板
N b N min
3-3截面受力最大 An 2t1 (B n3d0 ) 错列螺栓排列Hale Waihona Puke Baidu需验算正交截面和折线截面的强度
N n b N min
b N min —一个螺栓抗剪承载力设计值与承压承载力设计值的
较小值
当l1＞l5d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，各螺杆所 受内力不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏， 随后由外向里依次破坏。为防止端部螺栓提前破坏，因 此，当l1＞l5d0 时，螺栓的抗剪和承压承载力设计值应 乘以折减系数η予以降低： l1 1.1 150d 0 l1＞60d0时，η=0.7。 则所需抗剪螺栓数为 n
N
N
⑤螺栓杆发生弯曲破坏；
N/2 N/2
N
第③种破坏形式属于构件的强度计算；第④种破坏形式 由螺栓端距≥2d0来保证；一般情况下，被连接板总厚度 小于5倍的螺栓直径时，第⑤种破坏形式可以避免。因 此，抗剪螺栓连接的计算只考虑第①、②种破破形式。
2. 一个普通螺栓的抗剪承载力 普通螺栓连接的抗剪承载力，应考虑螺栓杆受剪 和孔壁承压两种情况。 假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布，一个抗剪 螺栓的抗剪承载力设计值为 2 d N vb nv f vb 4 nv—受剪面数目，单剪nv=1，双剪nv=2，四剪nv b =4；d—螺栓杆直径(螺栓的公称直径)； f v —螺栓 抗剪强度设计值。
3.7螺栓和铆钉连接的排列和构造要求 3.7.1 螺栓和铆钉的排列 分为并列和错列两种形式。并列比较简单整齐，布置紧 凑，连接板尺寸小，螺栓孔对构件截面削弱较大。错列 可以减小对截面的削弱，但螺栓排列松散，连接板尺寸 较大。
螺栓和铆钉在构件上的排列应考虑以下要求： 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，螺栓的边距和中距不能太小；
螺栓抗剪连接达到极限承载力时，可能的破坏形式： ①栓杆直径较小时，栓杆可能先被剪断；
N/2 N/2
N
②栓杆直径较大、板件较薄时，板件可能先被挤坏， 栓杆和板件的挤压是相对的，也把这种破坏叫做螺栓 承压破坏；
N
N
③板件截面可能因螺栓孔消弱截面太多而被拉断； N N
④端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏。
螺栓的实际承压应力分布情况难以确定，简化计算， 假定螺栓承压应力分布于螺栓直径平面上，且假定 该承压面上的应力为均匀分布，则一个抗剪螺栓的 承压承载力设计值式为
N d tf
b c
b c
t —在同一受力方向的承压构件的较小总厚度；
f cb —螺栓承压强度设计值。
3.轴心剪力作用的普通螺栓群计算 试验表明，螺栓群承受轴心剪力时，螺栓群在长度方向 各螺栓受力不均匀，两端大，中间小。当沿受力方向的 连接长度l1≤15d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，内力 发生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐渐均匀，故可认为 轴心力N由每个螺栓平均分担，螺栓数n
(1)弹性阶段 O1斜直线段：加荷 之初，连接中剪力较小，荷载靠 板件间接触面的摩擦力传递，螺 栓杆与孔壁间的间隙保持不变， 处于弹性阶段，板件间摩擦力大 小取决于拧紧螺帽时螺杆中的初 始拉力，普通螺栓的初应力很小。 此阶段很短，可略去不计。 (2)相对滑移阶段 12水平线段：荷 载增大，剪力达到摩擦力最大值， 板件间产生相对滑移，其最大滑 移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙， 直至螺栓杆与孔壁接触。
T N1T 2 N T (r1 r22 r32 ...rn2 ) 1 r1 r1
T N1T r1 N 2T r2 N 3T r3 ... N nT rn
N nT N1T N 2T N 3T ... r1 r2 r3 rn
r2 T T r3 T T rn N 2 N1 , N 3 N1 ,..., N n N1 r1 r1 r1
T T
(3)弹塑性阶段 荷载继续增加，连 接所承受的外力主要靠螺栓与孔壁 接触传递。螺栓杆除主要受剪力外， 还承受弯矩和轴向拉力，孔壁受到 挤压。螺杆的伸长受到螺帽的约束， 增大了板件间的压紧力，使板件间 的摩擦力随之增大，所以曲线呈上 升状态。达到“3”点时，螺栓或连 接板达到弹性极限。 荷载继续增加，此阶段即使给荷载 很小的增量，连接的剪切变形也迅 速加大，直到连接的最后破坏。曲 线的最高点“4”所对应的荷载即为 普通螺栓连接的极限荷载。
3.8 普通螺栓连接的工作性能和计算
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
3.8 普通螺栓连接的工作性能和计算 3.8.1 普通螺栓的抗剪连接 1. 抗剪连接的工作性能 抗剪连接是最常见的螺栓连接。抗剪试验可得试件上a、 b两点间的相对位移δ与作用力N的关系曲线。试件由零载 一直加载至连接破坏的全过程，经历三个阶段。
2 An t[2e4 (n2 1) e12 e2 n2 d 0 ]
4．扭矩作用的普通螺栓群计算 首先布置螺栓，然后计算受力最大螺栓所承受的剪力， b 再和 N min 进行比较。 螺栓群在扭矩作用下，每个螺栓均受剪,假设： (1)被连接板件为绝对刚性时，螺栓为弹性的； (2)被连接板件绕螺栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大 小与该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线该螺栓 至形心垂直。
顺力作用方向：为了防止板件被螺栓冲剪破坏，端距不应 小于2d0（d0孔径）
对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。 构造要求 中距及边距不宜过大，否则连接板件间不能紧密贴合，潮 气侵入缝隙使钢材锈蚀。 施工要求 保证一定空间，便于打锚和采用扳手拧紧螺帽。根据扳手 尺寸和工人的施工经验、规定最小中距为3d0。 根据以上要求规范规定了螺栓和铆钉的容许距离。
N b N min
N 构件截面验算 f An
板件 1-1截面 N 2-2截面 N n1 N
n 3-3截面 N n1 n2 N n
1-1截面受力最大
n
An t (B n1d0 )
拼接板
N b N min
3-3截面受力最大 An 2t1 (B n3d0 ) 错列螺栓排列Hale Waihona Puke Baidu需验算正交截面和折线截面的强度
N n b N min
b N min —一个螺栓抗剪承载力设计值与承压承载力设计值的
较小值
当l1＞l5d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，各螺杆所 受内力不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏， 随后由外向里依次破坏。为防止端部螺栓提前破坏，因 此，当l1＞l5d0 时，螺栓的抗剪和承压承载力设计值应 乘以折减系数η予以降低： l1 1.1 150d 0 l1＞60d0时，η=0.7。 则所需抗剪螺栓数为 n
N
N
⑤螺栓杆发生弯曲破坏；
N/2 N/2
N
第③种破坏形式属于构件的强度计算；第④种破坏形式 由螺栓端距≥2d0来保证；一般情况下，被连接板总厚度 小于5倍的螺栓直径时，第⑤种破坏形式可以避免。因 此，抗剪螺栓连接的计算只考虑第①、②种破破形式。
2. 一个普通螺栓的抗剪承载力 普通螺栓连接的抗剪承载力，应考虑螺栓杆受剪 和孔壁承压两种情况。 假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布，一个抗剪 螺栓的抗剪承载力设计值为 2 d N vb nv f vb 4 nv—受剪面数目，单剪nv=1，双剪nv=2，四剪nv b =4；d—螺栓杆直径(螺栓的公称直径)； f v —螺栓 抗剪强度设计值。