螺栓连接

y1
刨平顶紧 承托(板)
受压区
由力学及假定可得：
N3 Nn N1 N2 y1 y2 y3 yn
M N 1 y1 N 2 y2 N n yn
N1 N1 N1 N2 y2；N 3 y3； N n yn y1 y1 y1
N1 N1 n 2 2 2 2 M y1 y2 yn yi y1 y1 i 1
2.高强度螺栓
摩擦型连接 高强度 螺栓连接 承压型连接
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。 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。
摩擦型连接
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；
y3 y2 中和轴
y1
刨平顶紧 承托(板)
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
1 2 3 4
M
M
N1 N2 N3 N4
y3 y2 中和轴
N f An ,1 An ,1 b m d 0 t ;
b1
b
1 2
f 钢材强度设计值 d 0 螺栓孔直径； ;
m 危险截面上的螺栓数； 主板宽度；t 主板厚度。 b
拼接板的危险截面为2-2截面:
0.5 N f An , 2
An , 2 b1 m d 0 t 1 ; f 钢材强度设计值 d 0 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。
拼接板的危险截面为2--2和2’2 2’
-2’截面:
0.5 N f An
t1 t
b
N
c1 b1 c 3 c2 2 2’
N
对于2 2截面：An b1 m d 0 t 1 ;
2 2 对于2’2’ 截面：An 2c 4 m 1 c1 c 2 m d 0 t 1 ; 式中：f 钢材强度设计值； 0 螺栓孔直径； d
N 1 N 1F N 1 M
F M y1 n N tb n yi2
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 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：
b v b c
nv—剪切面数目； d—螺栓杆直径； 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
单剪：nv 1
N/3
N/2
N/2
N
双剪：nv 2
N/2 N/2
N/3 N/3
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 N 沿栓群长度方向不均匀， 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， 内力重新分布，各个螺栓内 力趋于相同，故设计时假定N 有各螺栓均担。 所以，连接所需螺栓数为：
d e2
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 3 p 24 ( p 螺距)
l1
平均值 螺栓的内力分布
N/2
N/2
N n b N 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， 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15d 0 l1 60d 0时： l1 1.1 150d 0
dn d e d m 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， 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。
m 危险截面上的螺栓数； b1 拼接板宽度； t 1 拼接板厚度。
c4
2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算 e F F
1
N1F
y
F T
N1F
r1
1 N 1Tx N1T
x
T
F n (4 37)
N1Ty
★F作用下每个螺栓受力：
★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。
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
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
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；
所以:
N 1T N 1T n 2 2 2 2 T r1 r2 rn ri r1 r1 i 1



N 1T
T r1
n i 1
ri2

T r1
xi2 yi2
i 1 i 1
n
n
y
将N1T沿坐标轴分解得:
N 1Tx T r1
r1



N1
M y1 yi2
i 1 n
因此，设计时只要满足下式，即可：
N 1 N tb
(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下
F e
1 2 3 4 N1M N2M N3M N4M N1F y1
M
F
y3 y2 中和轴
刨平顶紧 承托(板)
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。
1 N1Tx
x
x y
i 1 2 i i 1
n
n
y1 2 r1
i
T y1
N1T N1Ty
x y
i 1 2 i i 1
n
n
2 i
T
N 1Ty
T r1
n n i 1 i 1
xi2 yi
x1 2 r1
T x1 xi2 yi2
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 N 1T r1 N 2T r2 N nT rn
y
1 N1Tx r1
x
N1T N1Ty
T
由假定‘(2)’得 N nT N 1T N 2T N 3T r1 r2 r3 rn
所以:
N 2T N 1T N 1T N 1T r2；N 3T r3； N nT rn r1 r1 r1
b1 拼接板宽度； 危险截面上的螺栓数；1 拼接板厚度。 m t
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B、螺栓采用错列排列时: 主板的危险截面为1--1和
c1
1 1’
t1 t
1’--1’截面:
N f An
N
b
N
c4
c3 c2
1 1’
对于1 1截面：An b m d 0 t ;
2 2 对于1’1’ 截面：An 2c4 m 1 c1 c2 m d 0 t ; 式中：f 钢材强度设计值； d 0 螺栓孔直径；
N/2 N/2
（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 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： 承压承载力： 单栓抗剪承载力：
d
N vb nv
d 2
4
f vb
N cb d t f cb
N
b min
min N ，N
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
N/2
N
N/2
螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时
N
N
孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时
N
N
板件被拉断 截面削弱过多时
以 上 破 坏 形 式 予 以 计 算 解 决
二.抗剪螺栓连接的破坏形式 N
以 N 件端部被剪坏(拉豁) 上 端矩过小时；端矩不应小 破 于2dO 坏 形 式 公 N 栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不 国 构 应大于5d 造 解 决
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。 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。
i 1 i 1
T r1
b N 12Tx N 1F N min 2
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
N tb Ae f t b
N Q Nt 2 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：
N n b Nt
N
(四）普通螺栓群在弯炬作用下
1 2 3 4
M
M
N1 N2 N3 N4
e V
V
M=Ve
NV
b NV
1
V NV n
0
1 N t N tb
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
Nv Nt b b 1 N N v t
端距 中距 中距 边距 边距
A 并列
B 错列
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。
（2）构造要求；
i 1 i 1 n n
由此可得螺栓1的强度验算公式为:
N
2 1Tx
N 1Ty N 1F


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： 令:xi=0，则N1Ty=0
N 1Tx y1 T y1 n n r1 2 yi yi2
长连接螺栓的内力分布 平均值
当l1 60d 0时：
η
1.0 0.75 0.5 0.25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 试验曲线 8.8级 M22 ECCS 我国规范
0.7
故，连接所需栓数：
N n b N min
l1/d0
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。 t1 1 2 t A、螺栓采用并列排列时: N N 主板的危险截面为1-1截面: