普通螺栓连接的构造和计算汇总课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,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(d,o,)比栓杆直径(d)大0.30.5mm。,类孔，孔径(d,o,)比栓杆直径(d)大,1.5,3mm。,性能等级为4.6或4.8级；,4表示,f,u,400N/mm,2,0.6或0.8表示,f,y,/,f,u,=0.6或0.8；,M16、M20、M24,4.6 普通螺栓连接的构造和计算一、普通螺栓的种类C级-粗,1,二、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：,受力要求,构造要求,施工要求,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,2,1）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3d,o,。,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,3,螺栓的最大、最小容许距离,螺栓的最大、最小容许距离,4,三、 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,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,5,（二）普通螺栓抗剪连接,1)摩擦传力的弹性阶段(0,1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(1,2段),3)栓杆传力的弹性阶段(2,3段),4)破坏阶段(3,4段),a,b,N,N/2,N/2,（二）普通螺栓抗剪连接1)摩擦传力的弹性阶段(01段)N,6,2.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,2.破坏形式以上三种破坏形式通过强度计算避免。N/2NN/2,7,N,N,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2d,O,栓杆长度不应大于5d,NN这两种破坏构造解决N/2NN/24）板件端部被剪坏(拉豁,8,3、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。,f,c,b,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,n,v,剪切面数目,；,d,螺栓杆直径；,f,v,b,螺栓抗剪强度设计值；,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,9,剪切面数目,n,v,N,N,N,N/2,N/2,N/2,N/3,N/3,N/3,N/2,剪切面数目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/,10,4、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,l,1,N/2,平均值,螺栓的内力分布,当,l,1,15,d,0,(,d,0,为孔径)时，假定N由各螺栓均匀承担。,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,11,N,N,b,t,t,1,b,1,板件的净截面验算：,A、螺栓采用并列排列时,1,1,2,2,NNbtt1b1板件的净截面验算：A、螺栓采用并列排列时11,12,N,N,t,t,1,b,c,2,c,3,c,4,c,1,B、螺栓采用错列排列时:,1,1,1,1,NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用错列排列时:111,13,N,N,b,t,t,1,b,1,c,2,c,3,c,4,c,1,拼接板强度验算:,2,2,2,2,NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板强度验算:2222,14,2）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,N,1T,N,1Tx,N,1Ty,r,1,1,F,1,N,1F,T作用下：2个假定,T作用下1号螺栓所受剪力最大,2）普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下FeFTTxyN1,15,T,x,y,N,1T,N,1Tx,N,1Ty,r,1,1,TxyN1TN1TxN1Tyr11,16,T,x,y,N,1T,N,1Tx,N,1Ty,r,1,1,TxyN1TN1TxN1Tyr11,17,螺栓1的强度验算公式为:,当螺栓布置比较狭长(如y,1,3x,1,)时,可令:x,i,=0，则N,1Ty,=0,螺栓1的强度验算公式为:当螺栓布置比较狭长(如y13x1),18,1、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：,A,e,-螺栓的有效截面面积；,d,e,-螺栓的有效直径；,f,t,b,-螺栓的抗拉强度设计值。,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,19,d,e,d,n,d,m,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d,e,而不是净直径d,n，,现行国家标准取：,dedndmd公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积因栓杆,20,(2）螺栓的抗拉强度,f,t,b,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,f,t,b,=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,(2）螺栓的抗拉强度ftb 当连接板件发生变形时，螺栓有被撬,21,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。,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,22,3、普通螺栓群的轴拉设计,N,3、普通螺栓群的轴拉设计N,23,4、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,y,1,y,2,y,3,N,1,N,2,N,3,N,4,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,。,4、普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧承托(板)M1 2 3,24,1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,y,1,y,2,y,3,N,1,N,2,N,3,N,4,中和轴,1号螺栓在M作用下所受拉力最大M刨平顶紧承托(板)M1,25,普通螺栓连接的构造和计算汇总课件,26,5、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,N,1F,1 2 3 4,F,M,y,1,y,2,y,3,N,1M,N,2M,N,3M,M=F,e,中和轴,N,4M,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,27,（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,（四）普通螺栓拉、剪联合作用VeM=VeV2、拉剪相关曲线1,28,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,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,29,3、,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,3、当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。M,30,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,由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经热处理45号,31,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,120,o,-240,o,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；,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,32,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,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,33,2、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,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。,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,34,二、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,二、高强度螺栓抗剪连接高强度螺栓NO12341234普通螺,35,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);,n,f,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,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,36,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；,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,37,普通螺栓连接的构造和计算汇总课件,38,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,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,39,（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：,N,N,假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：,（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,40,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：,N,N,b,t,t,1,b,1,1,1,：,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,41,N,N,b,t,t,1,b,1,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。,NNbtt1b1拼接板：22考虑孔前传力50%得B、高强度螺,42,2、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,N,1T,N,1Tx,N,1Ty,r,1,1,F,1,N,1F,2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下 计算方法与普通螺栓相同，,43,扭矩T作用下：,螺栓1的强度验算公式为:,扭矩T作用下：螺栓1的强度验算公式为:,44,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,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,45,（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，,（二）高强度螺栓群的抗拉计算1、轴心力作用N2、弯矩作用下假,46,M,M,1 2 3 4,y,1,y,2,N,1,N,2,N,3,N,4,受压区,中和轴,因此，设计时只要满足下式即可：,MM1 2 3 4y1y2N1N2N3N4受压区中和轴因此，,47,3、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=N,e,N,y,1,y,2,N,1,N,2,N,3,N,4,中和轴,M,作用下,N,作用下,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,48,四、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,四、高强度螺栓群受拉、剪力共同作用NV单个螺栓所受的剪力：单,49,2、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。,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,50,（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=N,e,N,y,1,y,2,N,1,N,2,N,3,N,4,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：,（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、,51,单个螺栓所受的剪力：,单个螺栓所受的剪力：,52,2、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=N,e,N,y,1,y,2,N,1,N,2,N,3,N,4,中和轴,M,作用下,N,作用下,V,V,作用下,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,53,