钢结构课件3连接2

图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(c)(c)图图3.61(c)3.61(c)螺栓螺栓1 1所承受的力为：所承受的力为：1图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(c)(c)受力最大的螺栓受力最大的螺栓1 1所承受的力为：所承受的力为：其分力为：其分力为：2c)c)螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪:b)b)剪力剪力V V作用下：作用下：图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(b)(b)图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(d)(d)螺栓群偏心受剪时螺栓群偏心受剪时,受力最大受力最大的螺栓的螺栓1 1所受的合力为所受的合力为:3图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(e)(e)图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(b)(b)(1)(1)当当x 3y时时,yi i=0=0(2)(2)当当y 3x时时,xi i=0=04 普普通通螺螺栓栓群群偏偏心心受受剪剪的的计计算算流流程程5 例例 3.6 3.6 设计图设计图3.62 3.62 所示的普通螺栓拼接。柱翼缘厚度为所示的普通螺栓拼接。柱翼缘厚度为10mm,10mm,连接板厚度为连接板厚度为8mm,8mm,钢材为钢材为Q235B,Q235B,荷载设计值为荷载设计值为F=150=150kN,偏心距为偏心距为e e=250mm,=250mm,粗制螺栓粗制螺栓M22M22。图图3.65 3.65 例例3.63.6图图 解解：将力向形心简化将力向形心简化6扭矩作用下扭矩作用下1 1号螺栓受力号螺栓受力剪力作用下剪力作用下1 1号螺栓受力号螺栓受力71 1号螺栓受力号螺栓受力承载力验算承载力验算8工作性能工作性能:连接角钢刚度大连接角钢刚度大时时 连接角钢刚度小时连接角钢刚度小时设计时不计算撬力，降低螺栓的强度。设计时不计算撬力，降低螺栓的强度。3.7.2 普通螺栓的抗拉连接普通螺栓的抗拉连接图图3.66 3.66 受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力图图3.67 T3.67 T形连接中螺栓受拉形连接中螺栓受拉取取(a(a)(b(b)9d de e螺栓的有效直径；螺栓的有效直径；螺栓抗拉强度设计值螺栓抗拉强度设计值;有效有效直径直径净直径净直径平均平均直径直径最大最大直径直径A Ae e螺栓的有效面积。螺栓的有效面积。1 1、单个普通螺栓的抗拉连接、单个普通螺栓的抗拉连接图图3.68 3.68 螺栓杆直径螺栓杆直径10 n 螺栓数目。螺栓数目。2 2、普通螺栓群轴心受拉、普通螺栓群轴心受拉(a)(a)(b(b)图图3.69 3.69 螺栓群承受轴心拉力螺栓群承受轴心拉力11假设：螺栓受力与到旋转中心距离成正比假设：螺栓受力与到旋转中心距离成正比3 3、普通螺栓群弯矩受拉、普通螺栓群弯矩受拉(a)(a)(b)(b)(c)(c)(d)(d)图图3.70 3.70 普通螺栓弯矩受拉普通螺栓弯矩受拉12图图3.70 3.70 普通螺栓弯矩受拉普通螺栓弯矩受拉(e)(e)13 例例 3.73.7牛腿用牛腿用C C级普通螺栓以及承托与柱连接，如图级普通螺栓以及承托与柱连接，如图3.68 3.68，承受竖向荷载（设计值）承受竖向荷载（设计值）F=200=200kN，偏心距为，偏心距为e e=200mm=200mm。试设计。试设计其螺栓连接。已知构件和螺栓均用其螺栓连接。已知构件和螺栓均用Q235Q235钢材，螺栓为钢材，螺栓为M20M20，孔径，孔径21.5mm21.5mm。图图3.71 3.71 例例3.73.7图图14 承托传递全部剪力承托传递全部剪力V,V,弯矩由螺栓连接传递弯矩由螺栓连接传递查表查表,M20,M20（AeAe=245mm=245mm2 2）单个螺栓最大拉力单个螺栓最大拉力 解解：单个螺栓的抗拉承载力设计值单个螺栓的抗拉承载力设计值满足要求满足要求.15大小偏心判别4 4、普通螺栓群偏心受拉、普通螺栓群偏心受拉根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉.图图3.72 3.72 螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉16、小偏心受拉、小偏心受拉、大偏心受拉、大偏心受拉17 例例 3.83.8 设图设图3.703.70为一刚接屋架支座节点，竖向力由承托承受为一刚接屋架支座节点，竖向力由承托承受。螺栓为。螺栓为C C级，只承受偏心拉力。设级，只承受偏心拉力。设N=250=250kN，e e=100mm=100mm。螺栓。螺栓布置如图布置如图3.70(a)3.70(a)所示。所示。图图3.73 3.73 例例3.83.8、例、例3.93.9图图18螺栓有效截面的核心距：螺栓有效截面的核心距：即偏心力作用在核心距以内，属小偏心受拉即偏心力作用在核心距以内，属小偏心受拉 图图3.70(c).3.70(c).解解：需要的有效面积需要的有效面积：采用采用M20M20螺栓螺栓:19 例例3.93.9 同例同例3.83.8题，但取题，但取e e200mm200mm。由于由于e e200mm200mm117mm117mm，应按大偏心受拉计算螺栓的最，应按大偏心受拉计算螺栓的最大拉力。假设螺栓直径为大拉力。假设螺栓直径为M22(M22(Ae e=303mm=303mm2 2),),并假定中和并假定中和轴在上面第一排螺栓处，则以下螺栓均为受拉螺栓轴在上面第一排螺栓处，则以下螺栓均为受拉螺栓 图图3.70(d).3.70(d).需要的螺栓有效面积：需要的螺栓有效面积：解解 20承压承载力承压承载力3.7.3 普通螺栓受剪力和拉力的联合作用普通螺栓受剪力和拉力的联合作用图图3.74 3.74 螺栓群受剪力和拉力联合作用螺栓群受剪力和拉力联合作用21 例例3.103.10设图设图3.723.72为短横梁与柱翼缘的连接，剪力为短横梁与柱翼缘的连接，剪力V=250=250kN，e e=120mm=120mm，螺栓为，螺栓为C C级，梁端竖板下有承托。钢材为级，梁端竖板下有承托。钢材为Q235BQ235B，手工，手工焊，焊条焊，焊条E43E43型，试按考虑承托传递全部剪力型，试按考虑承托传递全部剪力V以及不承受剪力以及不承受剪力V两种情况设计此连接。两种情况设计此连接。图图3.75 3.75 例例3.1093.109图图221 1、承托传递全部剪力、承托传递全部剪力V,V,螺栓群受弯矩作用螺栓群受弯矩作用设螺栓为设螺栓为M20M20（A Ae e=245mm=245mm2 2），），n=8n=8（1 1）单个螺栓抗拉承载力）单个螺栓抗拉承载力（2 2）单个螺栓最大拉力）单个螺栓最大拉力（3 3）承托焊缝验算）承托焊缝验算 hf f=10mm=10mm 解解：23（2 2）一个螺栓受力）一个螺栓受力（1 1）一个螺栓承载力）一个螺栓承载力2 2、不考虑承托传递剪力、不考虑承托传递剪力V V（3 3）剪力和拉力联合作用下）剪力和拉力联合作用下24摩擦型：摩擦型：只靠摩擦阻力传力只靠摩擦阻力传力,以剪力达到接触面的摩擦力作为以剪力达到接触面的摩擦力作为 承载力极限状态承载力极限状态设计准则设计准则（0 01 1）承压型：承压型：以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力 极限状态极限状态设计准则设计准则（0 04 4）3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算图图3.76 3.76 单个螺栓抗剪试验结果单个螺栓抗剪试验结果 高强度螺栓高强度螺栓 普通螺栓普通螺栓 3.8.1 高强度螺栓连接的工作性能高强度螺栓连接的工作性能N 25高强螺栓高强螺栓:分大六角头型和扭剪型两种。分大六角头型和扭剪型两种。P1 1、高强度螺栓的预拉力、高强度螺栓的预拉力图图3.77 3.77 高强度螺栓高强度螺栓(a)(a)大六角头型；大六角头型；(b)(b)扭剪型扭剪型26 扭矩法扭矩法 使使用用一一种种能能直直接接显显示示所所施施加加扭扭矩矩大大小小的的定定扭扭扳扳手手，上上紧紧螺螺栓栓分分初初拧拧和和终终拧拧两两个个阶阶段段，初初拧拧扭扭矩矩不不得得小小于于终终拧拧扭扭矩矩的的3030。终拧扭矩由试验测定。终拧扭矩由试验测定。转角法转角法 初初拧拧后后,用用电电动动或或风风动动扳扳手手拧拧螺螺母母1/31/32/32/3圈圈,终终拧拧角角度度与板叠厚度和螺栓直径等有关与板叠厚度和螺栓直径等有关,可测定。可测定。扭断螺栓尾部法扭断螺栓尾部法 适适用用扭扭剪剪型型高高强强度度螺螺栓栓。用用特特制制电电动动扳扳手手的的两两个个套套筒筒分分别别套套住住螺螺母母和和螺螺栓栓尾尾部部（正正、反反转转），由由于于螺螺栓栓尾尾部部槽槽口口深深度度是是按按终终拧拧扭扭矩矩和和预预拉拉力力之之间间的的关关系系确确定定，故故所所得得预预拉拉力力值值能能得得到到保证。保证。（1 1）预拉力的控制方法）预拉力的控制方法27 Ae e 有效截面面积；有效截面面积；fu u-螺栓材料经热处理后的抗拉强度。螺栓材料经热处理后的抗拉强度。0.90.9、0.90.9、0.90.9材料不均匀性、弥补预拉力损失的超张拉、材料不均匀性、弥补预拉力损失的超张拉、采用采用fu u作标准值等。作标准值等。1.21.2拧紧螺栓时产生的扭矩将降低栓杆的承载力。拧紧螺栓时产生的扭矩将降低栓杆的承载力。（2 2）预拉力的确定）预拉力的确定表表3.4 3.4 一个高强度螺栓的设计预拉力值一个高强度螺栓的设计预拉力值（kN）28 摩摩擦擦面面的的粗粗糙糙程程度度有有关关，即即与与构构件件接接触触面面的的处处理理方方法和钢号有关。法和钢号有关。抗滑移系数值有随被连接构件接触面的压紧力减小抗滑移系数值有随被连接构件接触面的压紧力减小而降低的现象。而降低的现象。表表3.5 3.5 摩擦面的抗滑移系数值摩擦面的抗滑移系数值2 2、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29（1 1）高强度螺栓摩擦型连接）高强度螺栓摩擦型连接单个螺栓承载力单个螺栓承载力式中式中 0.9 抗力分项系数抗力分项系数 的倒数，的倒数，nf 传力摩擦面数目：单剪传力摩擦面数目：单剪nf f =1,=1,双剪双剪nf f=2.=2.P 一个高强度螺栓的设计预拉力，按表一个高强度螺栓的设计预拉力，按表3.4 3.4 采用；采用；P3 3、高强度螺栓抗剪连接的工作性能、高强度螺栓抗剪连接的工作性能图图3.78 3.78 高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接 摩擦面抗滑移系数，按表摩擦面抗滑移系数，按表3.5 3.5 采用；采用；30（2 2）高强度螺栓承压型连接）高强度螺栓承压型连接同普通螺栓的计算同普通螺栓的计算 受剪承载力设计值受剪承载力设计值 承压承载力设计值承压承载力设计值单个螺栓承载力设计值单个螺栓承载力设计值图图3.79 3.79 高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接31受拉前：预拉受拉前：预拉力与接触面上力与接触面上的挤压力相平的挤压力相平衡衡 超超张张拉拉实实验验：当当外外拉拉力力超超过过P P时时，螺螺栓栓将将发发生生松松弛弛现现象，即栓杆中的预拉力减小，这对抗剪不利。象，即栓杆中的预拉力减小，这对抗剪不利。外拉力外拉力0.8P,0.8P,无松弛现象无松弛现象4 4、高强度螺栓抗拉连接的工作性能、高强度螺栓抗拉连接的工作性能图图3.80 3.80 高强度螺栓受拉高强度螺栓受拉32规范规范：施加于栓杆上的外拉力不得大于：施加于栓杆上的外拉力不得大于0.8P,0.8P,即即抗拉承载力设计值抗拉承载力设计值(b)(b)(a)(a)(c)(c)图图3.81 3.81 高强度螺栓群受拉高强度螺栓群受拉33（1）高强度螺栓）高强度螺栓摩擦型连接摩擦型连接（2）高强度螺栓）高强度螺栓承压型连接承压型连接345 5、高强度螺栓同时承受剪力和外拉力连接的工作性能、高强度螺栓同时承受剪力和外拉力连接的工作性能螺栓的抗剪承载力设计值为螺栓的抗剪承载力设计值为仍采用原抗滑移系数，仍采用原抗滑移系数，则适当增加则适当增加来弥补来弥补单个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力：单个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力：(1)(1)高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接受拉后，连接板间的挤压力减小，受拉后，连接板间的挤压力减小，除此之外，拉力应满足除此之外，拉力应满足35(2)(2)高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接同普通螺栓的计算同普通螺栓的计算图图3.82 3.82 高强度螺栓群受剪高强度螺栓群受剪 力和拉力联合作用力和拉力联合作用1.21.2折减系数。由于外拉力将减折减系数。由于外拉力将减 小被连接构件间预压力，因小被连接构件间预压力，因 而构件材料的承压强度设计而构件材料的承压强度设计 值随之降低。值随之降低。36剪拉受拉承压型高强受剪剪拉受拉摩擦型高强受剪剪拉受拉普通螺栓受剪37同普通螺栓，只需用高强度螺栓承载力代替普通螺栓承载力。同普通螺栓，只需用高强度螺栓承载力代替普通螺栓承载力。3.8.2 高强度螺栓群的抗剪计算高强度螺栓群的抗剪计算 例例3.113.11试设计一双盖板拼接的钢板连接。钢材试设计一双盖板拼接的钢板连接。钢材Q235BQ235B，高，高强度螺栓为强度螺栓为8.88.8级的级的M20M20，连接处构件接触面用喷砂处理，作，连接处构件接触面用喷砂处理，作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N=180kNN=180kN，试设计此连，试设计此连接。接。解解：（1 1）采用摩擦型连接时）采用摩擦型连接时 查得查得8.88.8级，级，M2020高强螺栓高强螺栓P=125kN=125kN，=0.45=0.45 单个螺栓承载力设计值：单个螺栓承载力设计值：一侧所需螺栓数一侧所需螺栓数n:取取9 9个，见图个，见图3.783.78右边所示。右边所示。38图图3.83 3.83 例例3.113.11图图（2 2）采用承压型连接时）采用承压型连接时单个螺栓承载力设计值：单个螺栓承载力设计值：一侧所需螺栓数一侧所需螺栓数n:取取6 6个，见图个，见图3.783.78左边所示。左边所示。39计算方法同普通螺栓计算方法同普通螺栓3.8.3 高强度螺栓群的抗拉计算高强度螺栓群的抗拉计算（1 1）轴心力作用时）轴心力作用时(b)(b)(a)(a)(c)(c)图图3.84 3.84 高强度螺栓群受拉高强度螺栓群受拉40在在M M作用下，中和轴在螺栓群中心处。作用下，中和轴在螺栓群中心处。（2 2）高强度螺栓群弯矩受拉）高强度螺栓群弯矩受拉图图3.85 3.85 承受弯矩的高强度螺栓连接承受弯矩的高强度螺栓连接41N0.8P,N0.8P,连接板件间接触面始终压的很紧连接板件间接触面始终压的很紧,按小偏心受拉计算。按小偏心受拉计算。（3 3）高强度螺栓群偏心受拉）高强度螺栓群偏心受拉（4 4）高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用）高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用a)a)高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接 分开算，先受拉再受剪分开算，先受拉再受剪单个螺栓拉力应满足：单个螺栓抗剪承载力：螺栓群抗剪承载力：42图图3.86 3.86 摩擦型连接高强度螺栓的应力摩擦型连接高强度螺栓的应力b)b)高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接43 例例3.123.12 图图3.813.81所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构件的钢所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构件的钢材为材为Q235BQ235B。螺栓为。螺栓为10.910.9级，直径级，直径20mm20mm，接触面采用喷砂处理；，接触面采用喷砂处理；图中内力均为设计值，试验算此连接的承载力。图中内力均为设计值，试验算此连接的承载力。图图3.87 3.87 例例3.123.12图图44 解解：由表由表3.93.9和表和表3.83.8查得抗滑移系数查得抗滑移系数=0.45=0.45，预拉力，预拉力P P=155kN=155kN。单个螺栓的最大拉力为：单个螺栓的最大拉力为：连接的受剪承载力设计值应按下式计算：连接的受剪承载力设计值应按下式计算：按比例关系可求得按比例关系可求得：45故有：故有：验算受剪承载力设计值验算受剪承载力设计值：463.9 混合连接混合连接 在在一一个个连连接接接接头头中中，同同时时采采用用两两种种连连接接方方式式时时，这种连接就称为混合连接。这种连接就称为混合连接。图图3.88 3.88 混合连接混合连接(a)(a)高强度螺栓与角焊缝；高强度螺栓与角焊缝；(b)(b)高强度螺栓与对接焊缝高强度螺栓与对接焊缝47