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1、第第 三三 章章 38 高强度螺栓连接计算 一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力 按受力特征的不同高强度螺栓分为两类： 摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递内力， 破坏准则为克服摩擦力； 承压型高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似。 1、高强度螺栓预拉力的建立方法 通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： A、转角法 施工方法： 初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 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120o180o完成终拧。 特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧 和超拧； B、扭矩法 施工方法： 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
2、拧基础上，按100%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。 C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓） C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓） 施工方法： 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。 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： 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： 1）终拧力矩偏差不应大于10%； 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换； 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 如工字型梁为：上翼缘下翼缘腹板。 2、高强度螺栓预拉力的确定 高强度螺栓预拉
3、力是根据螺栓杆的有效抗拉强 度确定的，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。 因此，预拉力： Ae螺纹处有效截面积； fu螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu =830N/mm2， 10.9级，取fu =1040N/mm2 3、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 ，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 ； F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
4、，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 抗滑移系数,如下表 4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力 (1)抗剪连接工作性能 受力过程与普通螺栓相似， 分为四个阶段：摩擦传力的弹性 阶段、滑移阶段、栓杆传力的弹 性阶段、弹塑性阶段。 但比较两条N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 远远大于普通螺栓。 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，其 破坏准则为板件发生相对滑移，因此 其极限状态为1点而不是4点，所以1 点的承载力即为一
5、个高强度螺栓摩擦 型连接的抗剪承载力： N O 1 2 3 4 1 2 3 4 高强度 螺栓 普通螺栓 a b N N/2 N/2 式中：0.9抗力分项系数R的倒 数(R=1.111); nf传力摩擦面数目; -摩擦面抗滑移系数; P预拉力设计值. （2）、抗剪连接单栓承载力 B、对于高强度螺栓承压型抗剪连接 ，允许接触面发生相对滑移，破坏 准则为连接达到其极限状态4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栓相同 。 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 高强度 螺栓 普通螺栓 单栓抗剪承载力： 抗剪承载力： 承压承载力： 5、高强Cf度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载
6、力 螺栓安装完毕后，当外拉力N=0时，螺栓只受到预紧力 P作用，板叠受到压力C作用，P=C，螺栓伸长，板叠 压缩； 当外拉力为Nt时，板件有被拉开趋势，板件间压力C减 小为Cf，C=C- Cf，栓杆拉力P增加为Pf，P= Pf P ，且有Pf= Nt + Cf，变形协调条件为： N P C P+P=Pf C-C=Cf Nt Ab栓杆截面面积； Ap板件挤压面面积； 板叠厚度。 由此式可得 下面考察Nt取不同值时Pf和Cf的变化 当Nt=0.8P时 当Nt=1.1P时 显然栓杆的拉力增加不大。 另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于P时，卸 载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生松弛现象。但当Nt 不大
7、于0.8P时，则无松弛现象，这时Pf=1.07P，可认为 螺杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持 紧密接触，所以现行规范规定： A、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为： F上式未考虑橇力的影响，当考 虑橇力影响时，螺栓杆的拉力 Pf与Nt的关系曲线如图： FNt0.5P时，橇力Q=0； FNt0.5P后，橇力Q出现，增加 速度先慢后快。 F橇力Q的存在导致连接的极限承 载力由Nu降至Nu。 F所以，如设计时不考虑橇力的 影响,应使Nt0.5P或增加连接 板件的刚度（如设加劲肋）。 300 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 300 Pf(K
8、N) Nu Nu Nt (KN) 2N NN QQ 19 51 8.8级 M22 P=150KN Q 有橇力时的 螺栓破坏 无橇力时的 螺栓破坏 B、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栓 相同，即： 式中：Ae-螺栓杆的有效截面面积； de-螺栓杆的有效直径； ftb高强度螺栓的抗拉强度设计值。 上式的计算结果与0.8P相差不多。 （1）高强度螺栓摩擦型连接 尽管当NtP时，栓杆的预拉力变化不大，但由 于随Nt的增大而减小，且随Nt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V 和N共同作用下应满足下式： 6、高强度螺栓连接在拉力
9、和剪力共同作用下的工作 性能和单栓承载力 （2）高强度螺栓承压型连接 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。 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。 二、高强度螺栓群的抗剪计算 1、轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数： 对于摩擦型连接： 对于承压型连接： NN NN b t t1 b1 高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断 尚应进行板件的净截面验算. A、高强度螺栓摩擦型连接 主板的危险截面为1-1截面。 1 1 考虑孔前传力50%得： 1-1截面的内力为： NN b t
10、 t1 b1 拼接板的危险截面为2-2截面。 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。 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： F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F 剪力F作用下每个螺栓受力： 扭矩T作用下： 由此可得螺栓1的强度验算公式为: 三、高强度螺栓群的抗拉计算 1、轴心力作用 假定各螺栓均匀受力，故所需 螺栓数： N 2、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 力P，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
11、好，可认为是一个整体,所以假 定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受 力最大。 M M M 1 2 3 4 y1 y2 N1 N2 N3 N4 受压区 中 和 轴 由力学可得： 因此，设计时只要满足下式即可： 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=Ne N y1 y2 N1 N2 N3 N4 中 和 轴 M作用下 N作用下 四、高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的连接计算 N V 单个螺栓所受的剪力： 单个螺栓所受的拉力： 1
12、 2 3 4 N V N作用下 V作用下 、对于高强度螺栓承压型连接应满足： 、对于高强度螺栓摩擦型连接应满足： 所以： 五、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 1号螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述应满足： M N V 1 2 3 4 M=Ne N y1 y2 N1 N2 N3 N4 中 和 轴 M作用下 N作用下 V V作用下 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： 单个螺栓所受的剪力： 上式中: 2、采用高强度螺栓承压型连接时 螺栓的强度计算公式： 单个螺栓所受的剪力： 单个螺栓所受的最大拉力： M N V 1 2 3 4 M=Ne N y1 y2 N1 N2 N3 N4 中 和 轴 M作用下 N作用下 V V作用下 三种螺栓的异同点 连接可以承受剪、拉、拉剪联合作用； 排列构造相同； 承压型和摩擦型高强螺栓所用材林相同，工作时都 需要施加预紧力，强度等级相同，所施加预紧力也 相同，预紧力时间啊方法也相同，但承载力极限状 态不同。 高强螺栓与普通螺栓相比，所用材料不同，安装方 法不同，栓杆内的预紧力不同，连接件接触面处理 方法不同，传递荷载机理不同，极限状态不同，设 计方法也不同，应用场合不同 3.9 混合连接 自学内容
