第3章鋼結(jié)構(gòu)連接(第3講普通螺栓連接)定稿

1、上節(jié)內(nèi)容回顧上節(jié)內(nèi)容回顧1、角焊縫連接的種類及受力特點、角焊縫連接的種類及受力特點2、角焊縫的計算、角焊縫的計算本次課主要內(nèi)容本次課主要內(nèi)容1、螺栓連接的種類及特點、螺栓連接的種類及特點2、普通螺栓連接的計算、普通螺栓連接的計算（二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計值（二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計值 由破壞形式知由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定: :nv剪切面數(shù)目剪切面數(shù)目； d螺栓桿直徑；螺栓桿直徑；fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強度設(shè)計值；螺栓抗剪和承壓強度

2、設(shè)計值；t t連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。 )343(minmin bcbvbNNN，單栓抗剪承載力：單栓抗剪承載力：)323(42 bvvbvfdnN 抗剪承載力：抗剪承載力：)333(bcbc ftdN承壓承載力：承壓承載力：d（三）普通螺栓群抗剪連接計算（三）普通螺栓群抗剪連接計算1 1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算 N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的內(nèi)力分布螺栓的內(nèi)力分布 試驗證明試驗證明, ,栓群在軸栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿栓群長度方向不均勻，沿栓群長度方向不均勻，兩

3、端大兩端大, ,中間小。中間小。 當(dāng)當(dāng)l l1 115d15d0 0(d(d0 0為孔徑為孔徑) )時，時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計時假定力趨于相同，故設(shè)計時假定N有各螺栓均擔(dān)。有各螺栓均擔(dān)。bNNnmin 所以，連接所需螺栓數(shù)為：所以，連接所需螺栓數(shù)為： 當(dāng)當(dāng)l l1 115d15d0 0(d(d0 0為孔徑為孔徑) )時，連接進入彈塑性工作狀時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布, ,各個螺栓內(nèi)力也難以均勻，各個螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞端部螺栓首先破壞,

4、,然后依次破壞。由試驗可得連接的然后依次破壞。由試驗可得連接的抗剪強度折減系數(shù)抗剪強度折減系數(shù)與與l l1 1/d/d0 0的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線。)353(1501 . 1601501010 dldld 時時：當(dāng)當(dāng)ECCS試驗曲線試驗曲線8.88.8級級 M22M22我國規(guī)范我國規(guī)范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布長連接螺栓的內(nèi)力分布7 .06001 時時：當(dāng)當(dāng)dl)363(min bNNn 故，連接所需栓數(shù)：故，連接所需栓數(shù)：NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件

5、被拉斷普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應(yīng)進行板件的凈截面驗算。尚應(yīng)進行板件的凈截面驗算。拼接板的危險截面為拼接板的危險截面為2-2截面截面: :A A、螺栓采用并列排列時、螺栓采用并列排列時: :主板的危險截面為主板的危險截面為1-1截面截面: :1122 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；危危險險截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設(shè)設(shè)計計值值 tbmdftdmbAfANnn001 ,1 ,; 拼接板厚度。危險截面上的螺栓數(shù)；拼接板寬度；螺栓孔直徑；鋼材強度設(shè)計值1101012,2,;2tmbdftdmbAfANnnNNt tt t1 1bc2c

6、3c4c1B B、螺栓采用錯列排列時、螺栓采用錯列排列時: :主板的危險截面為主板的危險截面為1-1和和1-1截面截面: : 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；危危險險截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設(shè)設(shè)計計值值；式式中中：截截面面：對對于于截截面面：對對于于 tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11 1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危險截面為拼接板的危險截面為2-2和和2-2截面截面: :拼接板厚度。拼接板寬度；危險截面上的螺栓數(shù)；螺栓孔直徑；鋼材強度設(shè)計值；式中：截面：對于截面：對于1

7、101022214101;1222;22tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn22222 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算F作用下每個螺栓受力作用下每個螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F)373(1 nFNFT作用下連接按彈性設(shè)計，其假定為作用下連接按彈性設(shè)計，其假定為： （1 1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； （2 2） T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓剪作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關(guān)系，方向與力與其至形心距離呈線形關(guān)系，方向與r ri垂直。垂直。Tx

8、yN1TN1TxN1Tyr11 顯然，顯然，T作用下作用下1號螺號螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1最大）。最大）。)383(2211 nnTTTrNrNrNT)393(332211 nnTTTTrNrNrNrN由假定由假定(2)(2)得得由式由式3-393-39得得: :)403(1131132112 nTnTTTTTrrNNrrNNrrNN；由力的平衡條件得：由力的平衡條件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11將式將式3-40代入式代入式3-38得得: : )413(12112222111 niiTnTrrNrrrrNT)423(112211211 niniiiniiTyxrTrrT

9、N將將N1T1T沿坐標(biāo)軸分解得沿坐標(biāo)軸分解得: :)443()433(11221111122111122111112211 niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN)383(2211 nnTTTrNrNrNT)403(1131132112 nTnTTTTTrrNNrrNNrrNN；由此可得螺栓由此可得螺栓1的強度驗算公式為的強度驗算公式為: : )453(min21121 bFTyTxNNNN 另外另外, ,當(dāng)螺栓布置比較狹長當(dāng)螺栓布置比較狹長( (如如y y1 13x3x1 1) )時時, ,可進行可進行如下簡化計算：如下簡化計算：

10、令令:x:xi i=0=0，則，則N1Ty1Ty=0=0)463(121111211niiniiTxyyTryyrTN)473(min2121 bFTxNNN（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能三、普通螺栓的抗拉連接三、普通螺栓的抗拉連接 抗拉螺栓連接在外力作用下，抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有連接板件接觸面有脫開趨勢脫開趨勢，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉栓桿被拉斷為其破壞形式。斷為其破壞形式。（二）（二）單單個普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計值個普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計值 4834 btebtebtfdfAN 式中：式中：

11、A Ae e-螺栓的有效截面面積；螺栓的有效截面面積； d de e-螺栓的有效直徑；螺栓的有效直徑； f ft tb b-螺栓的抗拉強度設(shè)計值。螺栓的抗拉強度設(shè)計值。dedndmd公式的兩點說明：公式的兩點說明：（1）螺栓的有效截面面積）螺栓的有效截面面積 因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑有效直徑de而不是凈直徑而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。?，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。?493()(32413 螺螺距距ttdde(2(2）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響 A、螺栓受拉時，一般是通過螺栓受拉

12、時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當(dāng)連接板件桿并非軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢趨勢（杠桿作用）（杠桿作用），使螺桿中，使螺桿中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并產(chǎn)生并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬連接件剛度越小撬力越大力越大。試驗證明影響撬力的。試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取簡化計算的方法，取規(guī)范采取簡化計算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（f f螺栓鋼材的抗螺栓鋼材的抗拉強度設(shè)計值）拉強度設(shè)計值）來考慮其影響。來考慮其影

13、響。)503(22 QNNt B、 在構(gòu)造上可以通過加強連接件的剛度的方法，在構(gòu)造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如來減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋設(shè)加勁肋，可以減，可以減小甚至消除撬力的影響。小甚至消除撬力的影響。( (三）普通螺栓群的軸拉設(shè)計三）普通螺栓群的軸拉設(shè)計 一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：的螺栓數(shù)為：)513( btNNnN( (四）普通螺栓群在彎炬作用下四）普通螺栓群在彎炬作用下M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)M1 2 3 4受壓區(qū)受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸中和軸M作用下

14、螺栓連接按彈性設(shè)計，其假定為作用下螺栓連接按彈性設(shè)計，其假定為： （1 1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； （2 2）螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各）螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各 螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。顯然顯然1 1號螺栓在號螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大)533(2211 nnyNyNyNM由力學(xué)及假定可得：由力學(xué)及假定可得：)523(332211 nnyNyNyNyNM刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)M1 2 3 4受壓區(qū)受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸中和軸由

15、式由式3-52得得: :將式將式3-54代入式代入式3-53得得: :)543(1131132112 nnyyNNyyNNyyNN； )553(12112222111 niinyyNyyyyNM)563(1211 niiyyMN因此，設(shè)計時只要滿足下式，即可：因此，設(shè)計時只要滿足下式，即可：)573(1 btNN)533(2211 nnyNyNyNM)523(332211 nnyNyNyNyN( (五）普通螺栓群在偏心拉力作用下五）普通螺栓群在偏心拉力作用下 小偏心力小偏心力作用下普通螺栓連接，作用下普通螺栓連接，0.121min412111max1niibtniiMFyyeNnFNNNyye

16、NnFNNNNNe1 2 3 4M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和軸軸M作用下作用下N作用下作用下小偏心的條件是小偏心的條件是12min, 0nyyeNi由此得偏心距為小偏心受拉。則核心距，為螺栓有效截面組成的令enyyi12 大偏心力大偏心力作用下普通螺栓連接，作用下普通螺栓連接，btniiNyyNeN12 11 近似并安全的取中和軸位于最近似并安全的取中和軸位于最下排螺栓下排螺栓OO處，列彎矩平衡處，列彎矩平衡方程，可求得方程，可求得四、普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用四、普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用bVVNNbttNN011VeM=VeV因此：因此：nVNV 2 2、由試驗可知，兼受剪力和拉力、

17、由試驗可知，兼受剪力和拉力 的螺桿，其承載力無量綱關(guān)系的螺桿，其承載力無量綱關(guān)系 曲線近似為一曲線近似為一“四分之一圓四分之一圓”。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，可能出現(xiàn)兩種破壞形作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形 式：式：螺桿受剪兼受拉破壞、螺桿受剪兼受拉破壞、孔孔 壁的承壓破壞；壁的承壓破壞；3 3、計算時，假定剪力由螺栓群均、計算時，假定剪力由螺栓群均 勻承擔(dān)，勻承擔(dān)，拉力由受力情況確定。拉力由受力情況確定。 規(guī)范規(guī)定：普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用為了防止規(guī)范規(guī)定：普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用為了防止螺螺桿桿受剪兼受拉受剪兼受拉破壞，應(yīng)滿足：破壞，應(yīng)滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：)593(122 bttbvvNNNN)603( bcvNNbVVNNbttNN011a ab b 另外另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，當(dāng)有承托承擔(dān)全部剪力時