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1、3-5普通螺栓的构造和计算3.5.1 螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、 统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式 （图 3.5.1）。并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面削弱较大。错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。图 3.5.1钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（ 1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。（ 2
2、）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。（ 3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1 的要求外，尚应满足附录10 螺栓线距的要求。表 3.5.1螺栓或铆钉的最大、小最容许距离名 称位置和方向最大容许距离（取两者的较小值）中外排（垂直内力方向或顺内力方向）8d0 或 12t心中间垂直内力方向16d0 或 24t间构件受压力12d0 或 18t排顺内力方向距构件受拉力16d0 或 24 t沿对角线方向中心至顺内力
3、方向垂直剪切边或手工气割边构件边4d0 或 8 t内力轧制边、自动气高强度螺栓缘距离方向割或锯割边其他螺栓或铆钉注： 1d0 为螺栓或铆钉的孔径， t 为外层较薄板件的厚度。最小容许距离3d02d01.5d01.2d02 钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。- 40 -二、螺栓的其他构造要求螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：（ 1）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。（ 2）对直接承受动力荷载的普通螺
4、栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。（ 3）由于 C 级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C 级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如：制动梁或吊车梁上翼缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支承反力，同时受到反复动力荷载作用，不得采用C 级螺栓。柱间支撑与柱的连接，以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘的连接，因承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。（ 4）沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法兰板） ，应适当加强其刚度（如加设加劲肋），以减少
5、撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。3.5.2 普通螺栓的受剪连接普通螺栓连接按受力情况可分为三类：螺栓只承受剪力；螺栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用。下面先介绍螺栓受剪时的工作性能和计算方法。一、受剪连接的工作性能抗剪连接是最常见的螺栓连接。如果以图3.5.2（ a）所示的螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上 a、b 两点之间的相对位移 与作用力 N 的关系曲线 （图 3.5.2b）。该曲线给出了试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历了以下四个阶段：（ 1）摩擦传力的弹性阶段在施加荷载之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶
6、段，在N- 图上呈现出0，1 斜直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。（ 2）滑移阶段当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于N-曲线上的1， 2 水平段。图 3.5.2单个螺栓抗剪试验结果-41-（ 3）栓杆传力的弹性阶段荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以N-曲线
7、呈上升状态。达到“3”点时，曲线开始明显弯曲，表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断（图3.5.3a）；当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏（图 3.5.3b），由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏叫做螺栓承压破坏；端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏（图3.5.3c）；板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断（图3.5.3d）。图 3.5.3受剪螺栓连接的破坏形式上述第种破坏形式由螺栓端距l12d。表保证； 第种破坏属于构件的强度验算。因此，普通螺栓的受剪连接只考虑、两种破坏形
8、式。二、单个普通螺栓的受剪计算普通螺栓的受剪承载力主要由栓杆受剪和孔壁承压两种破坏模式控制，因此应分别计算，取其小值进行设计。计算时做了如下假定：栓杆受剪计算时，假定螺栓受剪面上的剪应力是均匀分布的；孔壁承压计算时，假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布。考虑一定的抗力分项系数后，得到普通螺栓受剪连接中，每个螺栓的受剪和承压承载力设计值如下：受剪承载力设计值：bnvd 2b（3.5.1）N v4f v承压承载力设计值：Ncbdtf cb（3.5.2）式中： nv受剪面数目，单剪nv=1，双剪 nv=2，四剪 nv=4 ；d螺栓杆直径；t 在不同受力方向中一个受
9、力方向承压构件总厚度的较小值；f vb 、 fcb 螺栓的抗剪和承压强度设计值，由附表1.4 查用。三、普通螺栓群受剪连接计算1、普通螺栓群轴心受剪试验证明，螺栓群的受剪连接承受轴心力时，与侧焊缝的受力相似，在长度方向各螺栓受力是不均匀的（图3.5.4 ），两端受力大，中间受力小。当连接长度l115d0 （ d0 为螺-42-孔直径）时，由于连接工作进入弹塑性阶段后，内力发生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐渐接近，故可认为轴心力N 由每个螺栓平均分担，即螺栓数n 为：nN（ 3.3.3）N minb式中N b一个螺栓受剪承载力设计值与承压承载力设计值的较小值。m i n图 3.5.4 长接头螺栓的
10、内力分布当 l1 15d0 时，连接进入弹塑性阶段后，各螺杆所受内力仍不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，随后由外向里依次破坏。根据试验，并参考国外的规定，我国规范规定，当l115d0 时，应将承载力设计值乘以折减系数：1.1l10.7（3.3.4）150d0则对长连接，所需抗剪螺栓数为：nN（ 3.3.5）N minb2、普通螺栓群偏心受剪图 3.5.5 示螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力 F 的作用线至螺栓群中心线的距离为 e，故螺栓群同时受到轴心力 F 和扭矩 T=F e 的联合作用在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受力，即：N1FF（ 3.3.6）n-43-图 3.5.5偏心受剪的螺
11、栓群在扭矩 T=F e 作用下，通常采用弹性分析，假定连接板的旋转中心在螺栓群的形心，则螺栓剪力的大小与该螺栓至中心点距离i 成正比，方向则与此距离垂直（图3.5.5c）。由N1T1N2T2NiTi因N1TN 2TNiT12i得N1T222)N1T2( 12ii11最大剪力N1TTr1T rir2x2y2iiiTT将 N1T 分解为水平分力和垂直分力：y1T y1N1TxN1T rx2y2（ 3.5.7）1iix1T x1（3.5.8）N1TyN1T r1xi2yi2由此可得受力最大螺栓所承受的合力N1 的计算式：N1N12Tx( N1TyN1F )2N minb（3.5.9）当螺栓布置在一个狭长带，即y13x1 时，可假定公式（3.5.7）和（ 3.5.8）中的 xi=0 ，由此得 N1Ty 0, N1Tx T y1 /yi2 ，计算式为：Ty122FN1b（ 3.5.10）nNminyi-44-
