钢结构的连接优秀课件-2

钢结构的连接335 5 普通螺栓的构造和计算普通螺栓的构造和计算一、螺栓的种类一、螺栓的种类1.1.普通螺栓普通螺栓C级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2,0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)1 13mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.6或或8.8级级;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2,0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。三个级别。2.2.高强度螺栓高强度螺栓由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理45号8.8级；40B和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓3.5.1 3.5.1 螺栓的排列和其他构造要求螺栓的排列和其他构造要求1.1.并列并列简单、整齐、紧凑简单、整齐、紧凑,所用连接板尺寸小，但构所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小；3.3.螺栓排列的要求螺栓排列的要求（1 1）受力要求）受力要求:垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、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，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能螺栓的边距和端距不能太小；太小；顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距不能太小；不能太小；对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，中距不中距不能太大。能太大。（2 2）构造要求；）构造要求；螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合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。不密，潮气侵入腐蚀钢材。（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3d3do o。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。表表3.5.13.5.14、螺栓的其他构造要求、螺栓的其他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端不宜少于两个永久螺栓两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；，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直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽双螺帽，或其他，或其他措施以防螺帽松动；措施以防螺帽松动；C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用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：于抗剪连接：1 1、承受静载或间接动载的次要连接；、承受静载或间接动载的次要连接；2 2、承受静载的可拆卸结构连接；、承受静载的可拆卸结构连接；3 3、临时固定构件的安装连接。、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，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；应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；3.5.23.5.2 普通螺栓的受剪连接普通螺栓的受剪连接一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用 二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式（一）工作性能和破坏形式 1.1.工作性能工作性能 对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗剪试验,即可即可得到板件上得到板件上a、b两点相对位移两点相对位移和作和作用力用力N的关系曲线的关系曲线,该曲线清楚的揭示该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段了抗剪螺栓受力的四个阶段,即：即：(1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段)直线段直线段连接处于弹性状态；连接处于弹性状态；该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。NNabNN/2N/2高强高强度螺度螺栓栓NO12341234普通螺栓普通螺栓(2)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段)克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。abNN/2N/2 (3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3段段)该阶段主要靠栓杆与孔壁的接该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、触传力。栓杆受剪力、拉力拉力、弯矩作弯矩作用用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及及栓杆拉力增大栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦所导致的板件间摩擦力的增大，力的增大，N-N-关系以曲线状态上升。关系以曲线状态上升。高强高强度螺度螺栓栓NO12341234普通螺栓普通螺栓 (4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4段段)达到达到3后，即使给荷载以很后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。大，直到连接破坏。4点（曲线的最高点）即为点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。NO1234abNN/2N/2Nu2.2.破坏形式破坏形式（1 1）螺栓杆被剪坏螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时（2 2）孔壁的挤压破坏孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时（3 3）板件被拉断板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN（4 4）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏(拉豁拉豁)端矩过小时；端矩不应小于端矩过小时；端矩不应小于2d2dO ONN（5 5）栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2抗剪螺栓的破坏形式：抗剪螺栓的破坏形式：螺栓杆被剪断螺栓杆被剪断板件被挤坏（孔壁承压破坏）板件被挤坏（孔壁承压破坏）板件被拉断板件被拉断板件冲剪破坏板件冲剪破坏螺栓杆弯剪破坏螺栓杆弯剪破坏螺栓双剪破坏螺栓双剪破坏（二）单个普通螺栓的受剪计算（二）单个普通螺栓的受剪计算 由破坏形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于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剪承载力由以下两式决定:nv剪切面数目剪切面数目；d螺栓杆直径；螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；螺栓抗剪和承压强度设计值；t t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：承压承载力：d剪切面数目剪切面数目n nv vNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/23.3.普通螺栓群受剪连接计算普通螺栓群受剪连接计算1 1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明,栓群在轴力作栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大长度方向不均匀，两端大,中间小。中间小。当当l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径)时，时，连接进入弹塑性工作状态后，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定趋于相同，故设计时假定N有有各螺栓均担。各螺栓均担。所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为：当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径)时，连接进入弹塑性工作状时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：2 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：FeFTT作用下连接按弹性设计，其假定为作用下连接按弹性设计，其假定为：（1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2 2）T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力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，方向与与其至形心距离呈线形关系，方向与r ri垂直。垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FTxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，显然，T作用下作用下1号螺号螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1最大）。最大）。由假定由假定(2)(2)得得由式由式3-393-39得得:由力的平衡条件得：由力的平衡条件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11将式将式3-40代入式代入式3-38得得:将将N1T1T沿坐标轴分解得沿坐标轴分解得:由此可得螺栓由此可得螺栓1的强度验算公式为的强度验算公式为:另外另外,当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长(如如y y1 13x3x1 1)时时,可进行可进行如下简化计算：如下简化计算：令令:x:xi i=0=0，则，则N1Ty1Ty=0=0（一）普通螺栓受拉的工作性能（一）普通螺栓受拉的工作性能3.5.3 普通螺栓的受拉连接普通螺栓的受拉连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式。断为其破坏形式。（二）（二）单单个普通螺栓的受拉承载力个普通螺栓的受拉承载力式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积；d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径；f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家标准取：，现行国家标准取：(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）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，一般是通过螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的发生变形时，螺栓有被撬开的趋势趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺杆中，使螺杆中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生并产生弯曲现象。弯曲现象。连接件刚度越小撬连接件刚度越小撬力越大力越大。试验证明影响撬力的。试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取规范采取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（f f螺栓钢材的抗拉螺栓钢材的抗拉强度设计值）强度设计值）来考虑其影响。来考虑其影响。B、在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠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，如杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的，可以减小甚至消除撬力的影响。影响。(三）普通螺栓群受拉三）普通螺栓群受拉 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：所需的螺栓数为：N(四）四）栓群承受弯矩作用栓群承受弯矩作用M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：（1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）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。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。显然显然1 1号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大由力学及假定可得：由力学及假定可得：M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴由式由式3-52得得:将式将式3-54代入式代入式3-53得得:因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可：(五）螺栓群偏心受拉五）螺栓群偏心受拉 偏心力偏心力作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的设计方法，即设计方法，即叠加法叠加法。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)FeN1F1234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和轴中和轴N4MV V由承托承担由承托承担大偏心受拉大偏心受拉y y1 1y y2 2y y3 3N NN N1 1N N2 2N N3 3O O中和轴中和轴受压区受压区e e小偏心受拉小偏心受拉V VM MN N刨平顶紧刨平顶紧承托（板）承托（板）e e旋转中心旋转中心N NmaxmaxN N2 2N N3 3N Nminmin00N Ny y2 2y y2 2y y1 1y y1 1c cO Oe e（1 1）小偏心受拉）小偏心受拉对于小偏心情况，如对于小偏心情况，如b b图所示，轴力图所示，轴力N N由各螺栓均匀承由各螺栓均匀承受，弯矩受，弯矩M M使上部螺栓受拉，下部螺栓受压；叠加后全使上部螺栓受拉，下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均为受拉。则最大和最小受力螺栓的拉力满足部螺栓均为受拉。则最大和最小受力螺栓的拉力满足下式：下式：表示最大受力螺栓的拉力部分超过一个螺栓的承载表示最大受力螺栓的拉力部分超过一个螺栓的承载力设计值。力设计值。表示全部螺栓受拉。表示全部螺栓受拉。e e时为小偏心受拉。时为小偏心受拉。核心距。核心距。（2 2）大偏心受拉）大偏心受拉当偏心距当偏心距e e较大时，即较大时，即e e时，端板底部将出现时，端板底部将出现受压区：受压区：最外排螺栓最外排螺栓1 1的拉力最大：的拉力最大：解题步骤：解题步骤：判断判断e e与与的大小的大小 若若e e则为大偏心受压则为大偏心受压 根据计算所得的根据计算所得的A Ae e选择螺栓的型号选择螺栓的型号 若若ee为小偏心受压为小偏心受压偏心受拉解题步骤小结：偏心受拉解题步骤小结：3.5.4 普通螺栓受剪力、拉力的联合作用普通螺栓受剪力、拉力的联合作用011VeM=VeV因此：因此：2 2、由试验可知，兼受剪力和拉力、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系的螺杆，其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆四分之一圆”。1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、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作用下，可能出现两种破坏形 式：式：螺杆受剪兼受拉破坏、螺杆受剪兼受拉破坏、孔孔 壁的承压破坏；壁的承压破坏；3 3、计算时，假定剪力由螺栓群均、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，匀承担，拉力由受力情况确定。拉力由受力情况确定。规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺螺杆杆受剪兼受拉受剪兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：011a ab b336 6 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算 3.6.13.6.1高强度螺栓连接的工作性能及构造要高强度螺栓连接的工作性能及构造要求求 按受力特征的不同按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：高强度螺栓分为两类：摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力通过板件间摩擦力传递内力传递内力，破坏准则为克服摩擦力破坏准则为克服摩擦力；承压型承压型高强度螺栓高强度螺栓受力特征与普通螺受力特征与普通螺栓类似栓类似。但比较两条但比较两条N曲线可知，由于高强度螺栓因连接曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段（件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段（0-1段）远远段）远远大于普通螺栓。通过大于普通螺栓。通过1点后，连接产生了滑移，当栓杆点后，连接产生了滑移，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。对于高强度螺栓摩擦型连接，其破坏准则为摩擦力对于高强度螺栓摩擦型连接，其破坏准则为摩擦力被克服，板件间出现相对滑移，因此以被克服，板件间出现相对滑移，因此以1点为极限。点为极限。NN/2N/2ba012341234N普通螺栓普通螺栓高强度螺栓高强度螺栓 对于高强度螺栓承压型连接，破坏准则为连接达到对于高强度螺栓承压型连接，破坏准则为连接达到其极限状态其极限状态4点。点。1 1、高强度螺栓预拉力的建立方法、高强度螺栓预拉力的建立方法 预拉力是通过拧紧螺帽，使螺杆受到拉伸作用而预拉力是通过拧紧螺帽，使螺杆受到拉伸作用而使被连接板件间产生压紧力。使被连接板件间产生压紧力。为了保证通过摩擦力传递剪力，高强度度螺栓的为了保证通过摩擦力传递剪力，高强度度螺栓的预拉力预拉力P的准确控制非常重要。的准确控制非常重要。高强度螺栓分大六角头型和扭剪型两种，二者预高强度螺栓分大六角头型和扭剪型两种，二者预拉力控制方法各不相同。拉力控制方法各不相同。大六角头螺栓大六角头螺栓1 1 2 3 2 3 4 41-1-螺栓；螺栓；2-2-垫圈；垫圈；3-3-螺母；螺母；4-4-螺丝螺丝通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：A A、转角法、转角法 施工方法：施工方法：初拧初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；密；终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 角度，一般为角度，一般为120120o o180180o o完成终拧。完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧 和超拧；和超拧；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法：初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的30%30%50%50%，使，使 板件贴紧密；板件贴紧密；终拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。设计终拧力矩拧紧。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。扭剪型螺栓扭剪型螺栓螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母C C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：施工方法：初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%60%80%80%；终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等高强度螺栓的施工要求：高强度螺栓的施工要求：由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：1 1）终拧力矩偏差不应大于）终拧力矩偏差不应大于10%10%；2 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。如工字型梁为：如工字型梁为：上翼缘上翼缘下翼缘下翼缘腹板腹板。2 2、高强度螺栓预拉力的确定、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高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强有效抗拉强度度确定的，并考虑了以下修正系数：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考虑材料的不均匀性的折减系数0.90.9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.90.9；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数的降低除以系数1.21.2。附加安全系数附加安全系数0.90.9。因此，预拉力：因此，预拉力：A Ae e螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积；f fu u螺栓热处理后的最抵抗拉强度；螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.88.8级，取级，取f fu u=830N/mm=830N/mm2 2，10.910.9级，取级，取f fu u=1040N/mm=1040N/mm2 2螺栓的性能等级螺栓的性能等级螺螺 栓栓 公公 称称 直直 径（径（mm）M16M20M22M24M27M308.8级级8012515017523028010.9级级100155190225290355一个高强度螺栓的设计预拉力一个高强度螺栓的设计预拉力P 按公式计算出的按公式计算出的P值以值以5kN的倍数取整就形的倍数取整就形成规范规定的设计预拉力。成规范规定的设计预拉力。3 3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数F摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，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（而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P P）和板件）和板件间的抗滑移系数间的抗滑移系数 ；F板件间的抗滑移系数与板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法接触面的处理方法和和构件钢构件钢号号有关，有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小其大小随板件间的挤压力的减小而减小；规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数抗滑移系数,如下表如下表 连接处接触面处理方法连接处接触面处理方法构构 件件 的的 钢钢 号号Q235Q345Q420喷喷 砂（丸）砂（丸）0.450.500.50喷砂（丸）后涂无机富锌漆喷砂（丸）后涂无机富锌漆0.350.400.40喷砂（丸）后生赤绣喷砂（丸）后生赤绣0.450.500.50钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面0.300.350.40摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数 值值 高强度螺栓高强度螺栓摩擦型摩擦型连接连接，其破坏准则为，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为板件发生相对滑移，因此其极限状态为1点点而不是而不是4点，所以点，所以1点的承载力即为一个高点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：NO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：式中：0.90.9抗力分项系数抗力分项系数R R的倒的倒 数数(R R=1.111);=1.111);n nf f传力摩擦面数目传力摩擦面数目;-摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数;P P预拉力设计值预拉力设计值.1.1.受剪连接承载力受剪连接承载力3.6.2 3.6.2 高强度螺栓摩擦型连接计算高强度螺栓摩擦型连接计算2.2.受拉连接承载力受拉连接承载力F上式未考虑橇力的影响，当考虑橇上式未考虑橇力的影响，当考虑橇力影响时，螺栓杆的拉力力影响时，螺栓杆的拉力Pf与与Nt的的关系曲线如图：关系曲线如图：FNt0.5P0.5P时，橇力时，橇力Q=0Q=0；FNt0.5P0.5P后，橇力后，橇力Q Q出现，增加速出现，增加速度度先慢后快先慢后快。F橇力橇力Q Q的存在导致连接的极限承载的存在导致连接的极限承载力由力由N Nu u降至降至N Nu u。F所以，如设计时不考虑橇力的影响所以，如设计时不考虑橇力的影响,应使应使Nt0.5P0.5P或增加连接板件的刚或增加连接板件的刚度（如设加劲肋）。度（如设加劲肋）。300 250 200 150 100 50 050 100 150 200 250 300Pf(KN)(KN)Nu u Nu uNt(KN)(KN)2NNNQQ191951518.8级级 M22P=150KNQ Q有橇力时的有橇力时的螺栓破坏螺栓破坏无橇力时的无橇力时的螺栓破坏螺栓破坏 3.3.同时承受剪力和拉力连接的承载力同时承受剪力和拉力连接的承载力 尽管当尽管当NtP时，栓杆的预拉力变化不大，但由于时，栓杆的预拉力变化不大，但由于随随Nt的增大而减小的增大而减小，且随，且随Nt的增大板件间的挤压力减小，故连接的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在的抗剪能力下降。规范规定在V和和N共同作用下应满足下式：共同作用下应满足下式：高强度螺栓高强度螺栓承压型抗剪连接承压型抗剪连接，允许接，允许接触面发生相对滑移，破坏准则为连接达到触面发生相对滑移，破坏准则为连接达到其极限状态其极限状态4点，所以高强度螺栓承压型点，所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。栓相同。NO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺普通螺栓栓单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力抗剪承载力：承压承载力承压承载力：3.6.3 3.6.3 高强度螺栓承压型连接计算高强度螺栓承压型连接计算1.1.受剪连接承载力受剪连接承载力 2.受拉连接承载力受拉连接承载力 承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力，因其承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力，因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同，即：栓相同，即：式中：式中：A Ae e-螺栓杆的有效截面面积；螺栓杆的有效截面面积；d de e-螺栓杆的有效直径；螺栓杆的有效直径；f ft tb b高强度螺栓的抗拉强度设计值。高强度螺栓的抗拉强度设计值。上式的计算结果与上式的计算结果与0.8P相差不多。相差不多。3.3.同时承受剪力和拉力连接的承载力同时承受剪力和拉力连接的承载力 对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓相同。作用下计算方法与普通螺栓相同。为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：系数系数1.21.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的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。承压承载力降低的修正系数。3.6.4 3.6.4 高强度螺栓群的计算高强度螺栓群的计算（1 1）轴心受剪）轴心受剪 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：对于承压型连接：对于承压型连接：NN1.1.高强度螺栓群受剪高强度螺栓群受剪（2 2）扭矩或扭矩、剪力共同作用下扭矩或扭矩、剪力共同作用下 计算方法与普通螺栓相同，即：计算方法与普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力剪力F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：扭矩扭矩T作用下：作用下：由此可得螺栓由此可得螺栓1的强度验算公式为的强度验算公式为:2.高强度螺栓群的受拉计算高强度螺栓群的受拉计算（1 1）轴心受拉）轴心受拉 假定各螺栓均匀受力，故所需假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：螺栓数：N（2 2）弯矩作用下）弯矩作用下 由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力力P P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密，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，可认为是接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体一个整体,所以假所以假定定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受，最外侧螺栓受力最大。力最大。MMM1234y1y2N1N2N3N4受压区受压区中中和和轴轴由力学可得：由力学可得：因此，设计时只要满足下式即可：因此，设计时只要满足下式即可：（3 3）偏心拉力作用下）偏心拉力作用下 偏心力偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以，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摩擦型和承压型均可采用以下方法（叠加法叠加法）计算计算:Ne1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下3.3.高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力共同作用高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力共同作用（1）摩擦型连接的计算摩擦型连接的计算 1号螺栓在号螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述应满足：作用下所受拉力如前所述应满足：MNV1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下 对于高强度螺栓摩擦型连接，在拉力和剪力共同对于高强度螺栓摩擦型连接，在拉力和剪力共同作用下，单栓抗剪承载力如前所述为：作用下，单栓抗剪承载力如前所述为：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：上式中上式中:（2 2）采用高强度螺栓承压型连接时）采用高强度螺栓承压型连接时螺栓的强度计算公式：螺栓的强度计算公式：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的最大拉力：单个螺栓所受的最大拉力：MNV1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下 注注意意：在在轴轴力力N和和弯弯矩矩M作作用用下下，中中和和轴轴位位于于螺螺栓栓群群形形心心O处处。因因为为预预拉拉力力作作用用，计计算算时时不不区区分分大大小小偏偏心心，这这点点与与普普通通螺螺栓栓计计算算不同。不同。兼受剪拉兼受剪拉受拉受拉取二者较小取二者较小值，长列螺值，长列螺栓折减栓折减受剪受剪普通螺栓普通螺栓备注备注计算公式计算公式受力状态受力状态螺栓种类螺栓种类单个螺栓承载力设计值汇总表（一）单个螺栓承载力设计值汇总表（一）兼受剪拉兼受剪拉受拉受拉长列螺栓折长列螺栓折减减受剪受剪摩擦型高摩擦型高强度螺栓强度螺栓备注备注计算公式计算公式受力状态受力状态螺栓种类螺栓种类单个螺栓承载力设计值汇总表（二）单个螺栓承载力设计值汇总表（二）兼受剪拉兼受剪拉受拉受拉取二者较小值，当取二者较小值，当剪切面在螺纹处时剪切面在螺纹处时受剪受剪承压型高承压型高强度螺栓强度螺栓备注备注计算公式计算公式受力状态受力状态螺栓种类螺栓种类单个螺栓承载力设计值汇总表（三）单个螺栓承载力设计值汇总表（三）4 4、高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作用、高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作用（1 1）对于摩擦型连接：）对于摩擦型连接：在在M和和N共同作用下，最外（下）排共同作用下，最外（下）排“1”号螺栓号螺栓所受拉力最大为（中和轴位于螺栓群形心所受拉力最大为（中和轴位于螺栓群形心O处）：处）：验算方法一：验算方法一：=由由N+由由MNMV图图3.8.8 在在V作用下，各螺栓所受剪力均相同，即为：作用下，各螺栓所受剪力均相同，即为：在拉、剪共同作用下，对高强度螺栓摩擦型连接的验在拉、剪共同作用下，对高强度螺栓摩擦型连接的验算条件为：算条件为：上式中上式中:按按GBJ17-88规范，验算条件为：规范，验算条件为：二者二者等价等价 在弯矩在弯矩M和拉力和拉力N共同作用下，高强螺栓群中各排共同作用下，高强螺栓群中各排螺栓拉力都不相同，即：螺栓拉力都不相同，即：故对于栓群抗剪强度故对于栓群抗剪强度,应按下式进行验算更为合理，应按下式进行验算更为合理，即即 单个螺栓抗剪设计承载力随拉力的增加而减小，有单个螺栓抗剪设计承载力随拉力的增加而减小，有验算方法二：验算方法二：此外，螺栓最大拉力尚应满足：此外，螺栓最大拉力尚应满足：验算法二计及了螺栓拉力不同对抗剪强度的影响，验算法二计及了螺栓拉力不同对抗剪强度的影响，因此更为经济合理，而验算法一则过于保守。因此更为经济合理，而验算法一则过于保守。即：即：当当Nti 0时，取时，取Nti 0。式中式中:上式中，只考虑螺栓拉力对抗剪承载力的不利影响，上式中，只考虑螺栓拉力对抗剪承载力的不利影响，未考虑受压区板层间压力增加的有利作用，故按该式计未考虑受压区板层间压力增加的有利作用，故按该式计算的结果是略偏安全的。算的结果是略偏安全的。3.7 轻钢结构紧固件连接的构造和计算轻钢结构紧固件连接的构造和计算3.7.1紧固件连接的构造要求紧固件连接的构造要求用于薄壁型钢结构中的紧固件应满足下述构造要求用于薄壁型钢结构中的紧固件应满足下述构造要求（1）抽芯铆钉和自攻螺钉的钉头部分应靠在较薄的板件一侧。连接件的中）抽芯铆钉和自攻螺钉的钉头部分应靠在较薄的板件一侧。连接件的中距和端距不得小于连接件直径的距和端距不得小于连接件直径的3倍，边距不得小于连接件直径的倍，边距不得小于连接件直径的1.5倍。倍。受力连接中的连接件不宜少于受力连接中的连接件不宜少于2个。个。（2）抽芯铆钉的适用直径为）抽芯铆钉的适用直径为2.66.4mm，在受力蒙皮结构中宜选用直径不，在受力蒙皮结构中宜选用直径不小于小于4mm的抽芯铆钉；自攻螺钉的适用直径为的抽芯铆钉；自攻螺钉的适用直径为3.08.0mm，在受力蒙皮，在受力蒙皮结构中直径不小于结构中直径不小于5mm的自攻螺钉。的自攻螺钉。（3）自攻螺钉连接的板件上的预制孔径）自攻螺钉连接的板件上的预制孔径d0应符合下式要求：应符合下式要求：d0=0.7d+0.2tt（4）射钉只用于薄板与支承构件的连接。射钉的间距不得小于射钉直径的）射钉只用于薄板与支承构件的连接。射钉的间距不得小于射钉直径的4.5倍，且其中距不得小于倍，且其中距不得小于20mm，到基材的端部和边缘的距离不得小于，到基材的端部和边缘的距离不得小于15mm，射钉的适用直径为，射钉的适用直径为3.76.0mm。射钉的穿透深度应不小于射钉的穿透深度应不小于10mm。3.7.2 紧固件的强度计算紧固件的强度计算1.紧固件受拉紧固件受拉当只受静当只受静荷荷载作用时：载作用时：当受含有风荷载的组合荷载作用时：当受含有风荷载的组合荷载作用时：自攻螺钉抗拉承载力设计值：自攻螺钉抗拉承载力设计值：Ntf=0.75tcdf1.0Ntf0.9Ntf0.7Ntf0.7Ntf压型钢板连接示意图压型钢板连接示意图2.紧固件受剪紧固件受剪抽芯铆钉和自攻螺钉：抽芯铆钉和自攻螺钉：当当t1/t=1时：时：且且 Ntf2.4tdf 当当t1/t2.5时：时：Ntf=2.4tdf 当当t1/t介于介于1和和2.5之间时，可由上述两式线性内插求得。之间时，可由上述两式线性内插求得。射钉：射钉：式中：式中：t为被固定的单层钢板的厚度，为被固定的单层钢板的厚度，mm；d为射钉直径，为射钉直径，mm；f为被固定钢板的抗拉强度设计值，为被固定钢板的抗拉强度设计值，N/mm2。3.紧固件同时受剪和受拉时紧固件同时受剪和受拉时