普通螺栓和高强度螺栓计算.ppt
4.6 普通螺栓连接的构造和计算 一、普通螺栓的种类 C级-粗制螺栓 A、B级-精制螺栓 类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大0.30.5mm。 类孔，孔径(do)比栓杆直径(d)大1.53mm。 性能等级为4.6或4.8级； 4表示fu400N/mm2, 0.6或0.8表示fy /fu=0.6或0.8； M16、M20、M24 二、螺栓的排列 B 错列A 并列 中距 中距边距 边距 端距 螺栓的排列应满足： Ø 受力要求 Ø 构造要求 Ø 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 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 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)摩擦传力的弹性阶段(01段) N O 1 2 3 4 N N a b N N/2 N/2 1.工作性能 2)滑移阶段(12段) 3)栓杆传力的弹性阶段(23段) 4)破坏阶段(34段) a b N N/2 N/2 2.破坏形式 以上三种破坏形式通过 强度计算避免。 N/2 N N/2 N N N N 1）螺栓杆被剪坏2）孔壁的挤压破坏 3）板件被拉断 NN 这 两 种 破 坏 构 造 解 决 N/2 N N/2 4）板件端部被剪坏(拉豁) 5）栓杆弯曲破坏 端矩不应小于2dO 栓杆长度不应大于5d 3、抗剪螺栓的单栓承载力设计值 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： 抗剪承载力： 承压承载力： d nv剪切面数目；d螺栓杆直径 ； fvb螺栓抗剪强度设计值； 剪切面数目nv N N N N/2 N/2 N/2 N/3 N/3 N/3 N/2 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 N/2 N l1 N/2 平均值 螺栓的内力分布 当l115d0(d0为孔径)时 ，假定N由各螺栓均匀承 担。 NN b t t1 b1 板件的净截面验算： A、螺栓采用并列排列时 1 1 2 2 N N t t1 b c2c3 c4 c1 B、螺栓采用错列排列时:1 1 1 1 N N b t t1 b1 c2c3 c4 c1 拼接板强度验算: 2 2 2 2 2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算 F作用下 F e F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F T作用下：2个假定 T作用下1号螺栓所受剪力最大 T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 螺栓1的强度验算公式为: 当螺栓布置比较狭长(如y13x1)时, 可令:xi=0，则N1Ty=0 1、破坏形式 （三）普通螺栓抗拉连接 栓杆被拉断 2、单个普通螺栓的抗拉承载力设计值 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。 dedn dm d 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： (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。 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）。 连接件刚度越小撬力越大 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 4、普通螺栓群在弯矩作用下 M 刨平顶紧 承托(板) M 1 2 3 4 受压区 y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和轴 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。 1号螺栓在M作用下所受拉力最大 M 刨平顶紧 承托(板) M 1 2 3 4 受压区 y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和轴 5、普通螺栓群在偏心拉力作用下 可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。 刨平顶紧 承托(板) F e N1F 1 2 3 4 F M y1 y2 y3 N1M N2M N3M M=Fe 中和轴 N4M （四）普通螺栓拉、剪联合作用 V e M=Ve V 2、拉剪相关曲线 1、两种破坏形式 螺杆受剪兼受拉破坏 孔壁承压破坏； “四分之一圆” 0 1 1 a b 为防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足： 为防止孔壁的承压破坏，应满足： 0 1 1 a b 3、当有承托承担全部剪 力时，螺栓群按受拉连接计 算。 M 刨平顶紧 承托(板) V 连接角焊缝 由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经热处理 45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级 （a）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓 4.7 高强度螺栓连接计算 初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 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 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； 简单、易实施，但得到的预拉力误差较大 B、扭矩法 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。 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 Ø 考虑材料的不均匀性的折减系数0.9； Ø 为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9； Ø 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。 Ø 附加安全系数0.9。 二、高强度螺栓抗剪连接 高强度 螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓 a b N N/2 N/2 摩擦型高强度螺栓 承压型高强度螺栓 （一）抗剪连接工作性能 通过板件间摩擦力传递内力 ，破坏准则为克服摩擦力 受力特征与普通螺栓类似 A、对于高强度螺栓摩擦型连接 式中：0.9抗力分项系数R的倒 数(R=1.111); nf传力摩擦面数目; -摩擦面抗滑移系数; P预拉力设计值. （二）抗剪连接单栓承载力 高强度 螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓 a b N N/2 N/2 不同钢材在不同的接触面处理方法下的抗滑 移系数,如下表 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 ； 板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构 件钢号有关； B、对于高强度螺栓承压型连接 单栓抗剪承载力： 抗剪承载力： 承压承载力： 高强度 螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓 a b N N/2 N/2 （三）高强度螺栓群的抗剪计算 1、轴心力作用 对于摩擦型连接： 对于承压型连接： NN 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数： 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： NN b t t1 b1 1 1 ： NN b t t1 b1 拼接板： 2 2 考虑孔前传力50%得 2-2截面的内力为： 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： 剪力F作用下每个螺栓受力 ： F e T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F 扭矩T作用下： 螺栓1的强度验算公式为: A、摩擦型高强度螺栓 （一）高强度螺栓抗拉连接单栓承载力 B、承压型高强度螺栓 三、高强度螺栓抗拉连接 （二）高强度螺栓群的抗拉计算 1、轴心力作用 N 2、弯矩作用下 假定连接的中和轴 与螺栓群形心轴重合 M 假定各螺栓均匀受力， M M 1 2 3 4 y1 y2 N1 N2 N3 N4 受压区 中 和 轴 因此，设计时只要满足下式即可： 3、偏心拉力作用下 偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力 不应大于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不会 被拉开，所以摩擦型和承压型均可采用以下方法 （叠加法）计算: N e 1 2 3 4 M=Ne N y1 y y2 2 N1 N2 N3 N4 中 和 轴 M作用下 N作用下 四、高强度螺栓群受拉、剪力共同作用 N V 单个螺栓所受的剪力： 单个螺栓所受的拉力： 1 2 3 4 N V N作用下 V作用下 （一）高强度螺栓在拉、剪共同作用下的工作性能 1、高强度螺栓摩擦型连接 2、高强度螺栓承压型连接 为了防止孔壁的承压破坏，应满足： 系数1.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度 螺栓的承压承载力降低的修正系数。 （二）高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作 用下的连接计算 1、采用高强度螺栓摩擦型连接时 M N V 1 2 3 4 M=Ne N y1 y2 N1 N2 N3 N4 中 和 轴 M作用下 N作用下 V V作用下 1号螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述应满足： 单个螺栓所受的剪力： 2、采用高强度螺栓承压型连接时 强度计算公式： 单个螺栓所受的剪力： 单个螺栓所受的最大拉力： M N V 1 2 3 4 M=Ne N y1 y2 N1 N2 N3 N4 中 和 轴 M作用下 N作用下 V V作用下
