鋼結(jié)構(gòu)課件第三章連接第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日簡單、統(tǒng)一、整齊而緊湊并列和錯列兩種形式：并列－比較簡單整齊，連接板尺寸小，但對構(gòu)件截面削弱較大錯列－可以減小螺栓孔對截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大

§3-6螺栓連接的構(gòu)造3.6.1螺栓的排列第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日螺栓的排列要求：受力要求：垂直于受力方向：螺孔中距和邊距限制順力作用方向：端距限制——防止孔端鋼板剪斷，≥2d0

；構(gòu)造要求：防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中矩最大值；施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不同要求）最小中距為3d0；

第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日螺栓或鉚釘?shù)淖畲?、最小容許長度第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日每一桿件在節(jié)點上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不宜少于兩個對直接承受動力荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用防止螺帽松動的有效措施C級螺栓只宜用于沿其桿軸方向受拉，或承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時固定構(gòu)件的受剪連接；在重要的連接或受反復(fù)動力荷載作用的不得采用C級螺栓型鋼構(gòu)件的拼接采用高強度螺栓連接時，應(yīng)采用鋼板作為拼接件在高強度螺栓連接范圍內(nèi)，構(gòu)件接觸面的處理方法應(yīng)在施工圖中說明沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板（法蘭板），應(yīng)適當(dāng)加強其剛度（如加設(shè)加勁肋），以減少撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響3.6.1螺栓連接的構(gòu)造第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日按受力情況分：螺栓只承受剪力螺栓只承受拉力螺栓承受拉力和剪力共同作用§3-7普通螺栓連接的工作性能和計算第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日單個螺栓抗剪性能：摩擦傳力的彈性階段：0－1段，普通螺栓可略去不計滑移階段：1－2段栓桿直接傳力的彈性階段：2－3段彈塑性階段：3－4段3.7.1普通螺栓的抗剪連接

抗剪連接的工作性能第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日抗剪螺栓的破壞形式：螺栓桿被剪斷板件被擠壞（孔壁承壓破壞）板件被拉斷板件沖剪破壞螺栓桿彎剪破壞螺栓雙剪破壞第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日螺栓桿彎剪和雙剪兩種破壞形式不常見，計算不考慮，一般靠構(gòu)造滿足；板件被拉斷破壞形式屬于構(gòu)件的強度計算；板件被沖剪破壞形式由螺栓端距≥2d0來保證；抗剪螺栓連接計算只考慮螺栓桿被剪斷和孔壁承壓破壞兩種破壞形式；第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日普通螺栓受剪承載力主要由栓桿受剪和孔壁承壓兩種破壞模式控制，分別計算，取其小值進行設(shè)計

單個普通螺栓的抗剪承載力單個螺栓抗剪承載力設(shè)計值（3.32）式中:nv——受剪面數(shù)目

d——螺桿直徑

fvb

——螺桿直徑第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日單個螺栓承壓承載力設(shè)計值（3.33）式中:∑t——在同一受力方向的承壓構(gòu)件的較小總厚度

fcb

——螺桿承壓強度設(shè)計值第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日普通螺栓群軸心受剪

普通螺栓群抗剪連接計算在長度方向各螺栓受力不均勻，兩端受力大，中間受力小第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日連接長度l1≤15d0時，連接工作進入彈塑性階段后，內(nèi)力發(fā)生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐漸接近，可認(rèn)為軸心力N由每個螺栓平均分擔(dān)，即螺栓數(shù)n為：

（3.34）連接長度l1>15d0時，連接工作進入彈塑性階段后，各螺桿所受內(nèi)力仍不易均勻，應(yīng)將承載力設(shè)計值乘以折減系數(shù)：

（3.35）則：（3.36）第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日

剪力F的作用線至螺栓群中心線的距離為e，故螺栓群同時受到軸心力F和扭矩T=F?e的聯(lián)合作用普通螺栓群偏心受剪第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日在軸心力作用下可認(rèn)為每個螺栓平均受力，即：

（3.37）在扭距T＝F?e作用下有如下假定：連接板件為絕對剛性，螺栓為彈性體連接板件繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)，各螺栓所受剪力大小與該螺栓至形心距離ri成正比，其方向與連線ri垂直第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日螺栓1所受剪力最大N1T為：（3.38）將N1T分解為水平分力N1Tx和垂直分力N1Ty：（3.39）（3.40）第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日受力最大螺栓1所受的合力N1計算式：（3.41）當(dāng)y1≥3x1時，可取xi＝0簡化得：（3.42）第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日例3.10

設(shè)計如圖普通螺栓連接。柱翼緣板厚度為10mm，連接板厚度為8mm，鋼材為Q235-B，荷載設(shè)計值F=150kN，偏心距e＝250mm。若螺栓排列為豎向排距2x1＝120mm，豎向行距y1＝80mm，豎向端距為50mm，試選C級螺栓規(guī)格。

第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日為求螺栓直徑，首先確定C級螺栓的抗剪和承壓強度設(shè)計值。由附表1.3得：fvb＝140N/mm2,fcb=305N/mm2則分別由公式（3.32）和（3.33）求出所需螺栓直徑：第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日抗拉螺栓連接破壞形式為螺栓桿被拉斷單個抗拉螺栓的承載力設(shè)計值：3.7.2普通螺栓的抗拉連接

單個普通螺栓的抗拉承載力（3.43）第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日螺栓有效直徑：螺栓抗拉計算采用的直徑既不是凈直徑dn，也不是全直徑與凈直徑的平均值dm而是有效直徑de以及由有效直徑計算的有效面積Ae（3.44）第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日撬力的大小與翼緣板厚度、螺桿直徑、螺栓位置、連接總厚度等因素有關(guān)，準(zhǔn)確求值非常困難我國規(guī)范將螺栓的抗拉強度設(shè)計值降低20%來簡化考慮撬力影響即:ftb＝0.8f一般來說，只要翼緣板厚度t≥20mm，且螺栓距離b不要過大，該簡化處理是可靠的。若翼緣板太薄，可采用加勁肋加強翼緣連接件剛度對螺栓抗拉承載力的影響：若與螺栓直接相連的翼緣板的剛度不是很大，由于翼緣的彎曲，使螺栓受到撬力的附加作用，桿力增加到：Nt=N+Q

第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日

對螺栓群軸心受拉情況，由于垂直于連接板的助板剛度很大，通常假定各個螺栓平均受拉，則連接所需的螺栓數(shù)為：

普通螺栓群軸心受拉（3.45）第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日剪力V通過承托板傳遞按彈性設(shè)計法，彎矩作用下，離中和軸越遠(yuǎn)的螺栓所受拉力越大，而壓力則由部分受壓的端板承受，設(shè)中和軸至端板受壓邊緣的距離為c

普通螺栓群彎距受拉第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日近似地取中和軸位于最下排螺栓O處（偏安全），即認(rèn)為連接變形為繞O處水平軸轉(zhuǎn)動，螺栓拉力與O點算起的縱坐標(biāo)y成正：設(shè)計時要求受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過單個螺栓的抗拉承載力設(shè)計值：（3.46）（3.47）第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日相當(dāng)于承受軸心拉力N和彎知M=N?e的聯(lián)合作用按彈性設(shè)計法，根據(jù)偏心距的大小可能出現(xiàn)小偏心受拉和大偏心受拉兩種情況

普通螺栓群偏心受拉第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日小偏心受拉：軸心拉力N由各螺栓均勻承受彎矩M則引起以螺栓群形心O為中和軸的三角形內(nèi)力分布（上部螺栓受拉，下部螺栓受壓）疊加后，所有螺栓均承受拉力作用計算公式如下（yi均自O(shè)點算起）：

（3.48a）（3.48b）式（3.48b）為公式使用條件第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日大偏心受拉：偏心距e較大，即e＞ρ＝∑yi/(ny1)

端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)近似取中和軸位于最下排螺栓o‘處（偏安全）按彎距平衡，計算公式如下（e’和yi均自O(shè)’點算起）：

（3.49）第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日例3.12

設(shè)計剛接屋架下弦節(jié)點，豎向力由承托承受。螺栓為C級，承受偏心拉力。設(shè)N=300kN，e＝100mm，螺栓布置如圖所示。試求所需的C級螺栓規(guī)格第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日由附表8.1第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日承受剪力V和偏心拉力N（即軸心拉力N和彎距M＝N?e）聯(lián)合作用3.7.3普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日普通螺栓受剪力和拉力作用兩種可能破壞形式：螺栓桿受剪受拉破壞；孔壁承壓破壞；剪力和拉力無量綱化相關(guān)關(guān)系曲線得（3.50b）（3.51）第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日例如圖承受斜拉力的螺栓連接。已知被連板件的厚度均為20mm，鋼材均為Q235B，已知斜拉力兩個分力分別為V=300kN，N=200kN，偏心e＝120mm，螺栓采用等距離布置，行距為100mm，端距為50mm，共設(shè)兩排C級螺栓，試選擇螺栓規(guī)格。

第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日試選用M20C級螺栓，查附表8.1知，其有效面積Ae＝245mm2，查附表1.3

式（3.49）第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日【作業(yè)題目】兩鋼板截面為—18×410，鋼材Q235，承受軸心力N=1250KN（設(shè)計值），采用M20普通粗制螺栓拚接，孔徑d0=21.5mm，試設(shè)計此連接分析：設(shè)計此連接應(yīng)按等強度考慮，即設(shè)計的連接除能承受N力外，還應(yīng)使被連接鋼板、拚接蓋板、螺栓的承載力均接近，這樣才能做到經(jīng)濟省料。因此，連接蓋板的截面面積可取與被連接鋼板的截面面積相同。這樣，當(dāng)螺栓采用并列布置時，只要計算被連接鋼板的強度滿足即可，不必再驗算連接蓋板。具體設(shè)計步驟可根據(jù)已知的軸心力設(shè)計值先確定需要的螺栓數(shù)目，并按構(gòu)造要求進行排列，然后驗算構(gòu)件的凈截面強度。第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日高強度螺栓摩擦型連接抗剪不容許接觸面出現(xiàn)滑移，以出現(xiàn)滑動為抗剪承載力極限狀態(tài)承載力取決于構(gòu)件接觸面的摩擦力，與螺栓所受預(yù)拉力、摩擦面滑移系數(shù)、連接的傳力摩擦面數(shù)有關(guān)§3-8高強度螺栓連接的工作性能和計算3.8.1高強度螺栓連接的工作性能

高強度螺栓抗剪連接的工作性能第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日摩擦型高強度螺栓抗剪承載力設(shè)計值為：（3.54）

——一個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值；

——傳力摩擦面數(shù)；

——摩擦面抗滑移系數(shù)；

——每個高強度螺栓的預(yù)拉力第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日高強度螺栓承壓型連接抗剪容許接觸面出現(xiàn)滑移，以連接達到破壞為抗剪承載力極限狀態(tài)達到極限承載力時預(yù)拉力幾乎完全消失，故其連接計算方法與普通螺栓連接相同：（3.32）（3.33）第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日螺桿中預(yù)拉力P與板層間則存在預(yù)壓力C維持平衡外界Nt作用下螺桿中拉力增加ΔP，板件中壓力減少ΔC外界Nt達到預(yù)拉力P的80％時，螺桿內(nèi)拉力增加很少，且卸載后無松弛現(xiàn)象。

高強度螺栓抗拉連接的工作性能第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日單個高強度螺栓抗拉承載力設(shè)計值取為：

——一個螺栓的抗拉承載力設(shè)計值；

考慮杠桿作用而引起的撬力影響：當(dāng)外拉力Nt≤0.5P時，不出現(xiàn)撬力，撬力Q大約在Nt達到0.5P時開始出現(xiàn)，起初增加緩慢，以后逐漸加快，到臨近破壞時因螺栓開始屈服而又有所下降第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日高強度螺栓摩擦型連接抗剪拉螺栓所受外拉力Nt≤P時，螺桿中的預(yù)拉力P基本不變，但板層間壓力將減少到P-Nt，接觸面的抗滑移系數(shù)隨Nt的增大而減小外加剪力Nv和拉力Nt與高強螺栓的受拉、受剪承載力設(shè)計值之間具有線性相關(guān)關(guān)系高強度螺栓摩擦型連接有拉力作用時，其抗剪承載力應(yīng)按下式計算：

高強度螺栓同時承受剪力和外拉力的工作性能（3.56）第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日高強度螺栓承壓型連接抗剪拉同時承受剪力和桿軸方向拉力的承壓型連接高強度螺栓的計算方法與普通螺栓相同，即：

（3.57）（3.58）第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日軸心力作用抗剪摩擦型連接Nminb：承壓型連接Nminb：3.8.2高強度螺栓群的抗剪計算（3.34）（3.54）（3.32）（3.33）取較小值第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日扭距、剪力共同作用與普通螺栓群相同，但應(yīng)采用高強度螺栓承載力設(shè)計值計算第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日軸心力作用抗拉所需螺栓數(shù)目：

式中：Ntb－在桿軸方向受拉情況下單個高強螺栓（摩擦型或承壓型）的承載力設(shè)計值3.8.3高強度螺栓群的抗拉計算（3.45）第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日彎距作用受拉中和軸在螺栓群形心軸上，最外排螺栓