普通螺栓和高强度螺栓计算

Nt
N 2
Q 2
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。
3、普通螺栓群的轴拉设计
n
N
N
b t
N
4、普通螺栓群在弯矩作用下
1
2
M
3 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；
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
NN
N/2 N/2 a
N
b
2 1
O
1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)
N/2
2)滑移阶段(1~2段)
N/2 a
3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)
4)破坏阶段(3~4段)
4 3
δ
N
b
2.破坏形式
N/2
N
N
N
N/2
1）螺栓杆被剪坏
2）孔壁的挤压破坏
➢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 ➢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。 ➢附加安全系数0.9。
P
0.9
0.9 1.2
0.9
Ae
fu
二、高强度螺栓抗剪连接
（一）抗剪连接工作性能
N
摩擦型高强度螺栓—
2
1
通过板件间摩擦力传递内力，
N
b v
N
N
对于承压型连接：
n N Nb
min
板件的净截面验算：
A、高强度螺栓摩擦型连接
主板： 考虑孔前传力50%得1-1 截：面的内力为：
1
N
b1
1
t1t
N
b
N
N 1
0.5n1 n
n1 计算截面上的螺栓数；n 连接一侧的螺栓总数。
N f
An,1
其中：An,1 b n1 d0 t;
n
xi2
wenku.baidu.com
n
yi2
i 1
i 1
i 1
i 1
y1 r1
N1Tx N1T
x N1Ty
T
螺栓1的强度验算公式为:
N12Tx N1Ty N1F 2 Nmbin
当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时, 可令:xi=0，则N1Ty=0
N1Tx
T r1
n
yi2
y1 r1
T y1
n
yi2
i 1
i 1
N12Tx N1F 2 Nmbin
拼接板： 0.5N f
An,2
An,2 b1 n2 d0 t1; f 钢材强度设计值;d0 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:
1 1’
t1t
N
N
c4 c1
主板： N f
b
An
c3 c2
对于1 1截面：An b m d0 t; 1 1’
破坏准则为克服摩擦力
2 1
承压型高强度螺栓—
O
4 高强度
3
螺栓
4
3 普通螺栓
δ
受力特征与普通螺栓类似
N/2 N/2 a
N
b
（二）抗剪连接单栓承载力
A、对于高强度螺栓摩擦型连接 N
N
b v
0.9n f
P
4 高强度
3
螺栓
24 1
3 普通螺栓
式中：0.9—抗力分项系数γR的倒 数(γR=1.111);
nf—传力摩擦面数目; μ--摩擦面抗滑移系数;
Nv
N
b v
2
Nt
N
b t
2
1
NV
N
b V
1
b
a
0
1 Nt
N
b t
为防止孔壁的承压破坏，应满足：
Nv
N
b c
3、当有承托承担全部剪 力时，螺栓群按受拉连接计算。
V
M
刨平顶紧 承托(板) 连接角焊缝
4.7 高强度螺栓连接计算
由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经热处理 45号－8.8级； 40B和20MnTiB－10.9级
f 钢材强度设计值; d0 螺栓孔直径；
b1 拼接板宽度；t1 拼接板厚度。
B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通
螺栓的净截面验算完全相同。
2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下
计算方法与普通螺栓相同，即：
eF
F
1 N1F
y1 r1
N1Tx N1T
x N1Ty
T
剪力F作用下每个螺栓受力：
N 1F
（a）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓
一、高强度螺栓的预拉力
1、高强度螺栓预拉力的建立方法 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-240o完成终拧。
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
初拧—用力矩扳手拧至终拧力矩的30%~50%， 使
二、螺栓的排列
端距 中距
边距 中距 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。
c3 c2
t1;
2 2’
对于2’2’截面：An 2c4 m 1
c12
c
2 2
m
d
0
t
1
;
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；
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
x N1Ty
N
N
3）板件被拉断
以上三种破坏形式通过 强度计算避免。
N
N
这
4）板件端部被剪坏(拉豁)
两
种
端矩不应小于2dO
破
坏
N/2
构
N
造
N/2
解
决
5）栓杆弯曲破坏
栓杆长度不应大于5d
3、抗剪螺栓的单栓承载力设计值
抗剪承载力：
Nvb
nv
d
4
2
fvb
nv—剪切面数目；d—螺栓杆直径； fvb—螺栓抗剪强度设计值；
rn
T N1T r1
r12 r22 rn2
N1T r1
n
ri2
i 1
N1T
T r1
n
ri2
T r1
n
xi2
n
yi2
i 1
i 1
i 1
N1Tx
T r1
n
xi2
n
yi2
y1 r1
T y1
n
xi2
n
yi2
i 1
i 1
i 1
i 1
N1Ty
T r1
n
xi2
n
yi2
x1 r1
T x1
F n
扭矩T作用下：
N1Tx
n
T xi2
r1
n
yi2
y1 r1
T y1
n
xi2
n
yi2
i 1
i 1
i 1
i 1
N1Ty
T r1
n
xi2
n
yi2
x1 r1
T x1
n
xi2
n
yi2
i 1
i 1
i 1
i 1
螺栓1的强度验算公式为:
摩擦型连接：
N12Tx
N1Ty N1F
2
N
b v
承压型连接：
N12Tx
N1Ty N1F
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： Ncb d t fcb 2 1
单栓抗剪承载力：
O
δ
N
b min
min
Nvb，Ncb
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
N1 y1
y2；N 3
N1 y1
y3； Nn
N1 y1
yn
M N1 y1
y12 y22 yn2
N1 y1
n
yi2
i 1
N1
M y1
n
yi2
i 1
1号螺栓强度验算：
N1
N
b t
5、普通螺栓群在偏心拉力作用下
F e
刨平顶紧 承托(板)
1 2 3 4
N1M
N2M
M
F
N3M N4M
y3 y2 y1
T
T
★F作用下
N1F
F n
★T作用下：2个假定 T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大
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；N 3T
N1T r1
r3； NnT
N1T r1
de
d
13 24
3t
(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。
连接件刚度越小撬力越大
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）。
方向
割或锯割边
其它螺栓
最大容许距离 最小容许距离
（取两者的较小值）
8d0 或 12 t
16d0 或 24 t
12d0 或 18 t
3d0
16d0 或 24 t
——
4d0 或 8 t
2d0 1.5d0 1.5d0 1.2d0
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
F
N
A 只受剪力 B 只受拉力
（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
b t
Ae
f
b t
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：
承压承载力：Ncb d t fcb
d
∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。
fcb—螺栓孔壁承压强度设计值；
单栓抗剪承载力：Nmbin min Nvb，Ncb
剪切面数目nv
N
N/2
N
N
N/2
单剪：nv 1
N/3 N/3 N/3
双剪：nv 2
N/2 N/2
四剪：nv 4
4、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
f 钢材强度设计值; d0 螺栓孔直径；
b 主板宽度；t 主板厚度。
拼接板： 考虑孔前传力50%得
2
t1t
2-2截面的内力为：
N
0.5N 1
0.5n2 n
N
b1
2
N
b
n2 计算截面上的螺栓数；n 连接一侧的螺栓总数。
N f
An,2
其中：An,2 b1 n2 d0 t1;
对于1’1’截面：An 2c4 m 1 c12 c22 m d0 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。
拼接板强度验算:
2 2’
t1t
N
N
c4 c1
0.5N f
b1
b
An
对于2 2截面：An
b1 m d 0
4.6 普通螺栓连接的构造和计算
一、普通螺栓的种类
A、B级--精制螺栓
Ⅰ类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大0.3～0.5mm。 C级--粗制螺栓
Ⅱ类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大1.5～3mm。 M16、M20、M24 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；
3）施工要求
为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。
螺栓的最大、最小容许距离
名称
中心间距
中心至构件 边缘距离
位置和方向
外排(垂直内力或顺内力方向)
中
垂直内力方向
间 顺内力方向
排
构件受压力 构件受拉力
沿对角线方向
顺内力方向
垂直
剪切或手工气割边
内 力 轧 制 边 、自 动 气 高 强 度 螺 栓
N
当l1≤15d0(d0为孔径)时， 假定N由各螺栓均匀承担。
n N Nb
min
N/2 N/2 l1
平均值
螺栓的内力分布
板件的净截面验算：
A、螺栓采用并列排列时
主板： N f
An,1
12
N
b1
12
t1t
N
b
An,1 b n1 d0 t; f 钢材强度设计值;d0 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。
板件贴紧密；
简终拧单—、初易拧实基施础，上但，按得1到00的%预设拉计力终拧误力差矩较拧大紧。
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。
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P的确定
P根据螺杆的有效抗拉强度确定，并考虑以下修正
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。
‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大
1
2
M
3 4
刨平顶紧 承托(板)
N1
M
N2 N3 N4
y3 y2 y1
中和轴
N1 N2 N3 Nn
y1 y2 y3
yn
受压区
M N1 y1 N2 y2 Nn yn
N2
P—预拉力设计值.
2 1 O
N/2 N/2 a
δ
N
b
摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内 力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力 （P）和板件间的抗滑移系数μ ；
板件间的抗滑移系数μ与接触面的处理方法和构 件钢号有关；
不同钢材在不同的接触面处理方法下的抗滑 移系数μ,如下表
B、对于高强度螺栓承压型连接 N
N1F
中和轴
M=F·e
可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。
N1
N1F
N1M
F n
M y1
n
yi2
N
b t
i 1
（四）普通螺栓拉、剪联合作用
1、两种破坏形式 螺杆受剪兼受拉破坏 孔壁承压破坏；
2、拉剪相关曲线 “四分之一圆”
NV
N
b V
b
1
a
0
1 Nt
N
b t
Ve V
M=Ve
为防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：