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1、 3.7 3.7 高强度螺栓连接的计算高强度螺栓连接的计算连接板间摩擦力连接板间摩擦力 摩擦型摩擦型连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。相互滑动，变形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂，工艺保证措施：喷砂，使使 =0.3=0.30.550.55。分类：分类： 特点：特点：予拉力很大，依直径等级不同，可达予拉力很大，依直径等级不同，可达8080355355kNkN。 高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强
2、度等级强度等级10.910.9h h和和8.88.8级。级。 承承压压型型连连接接件件间间允允许许相相互互滑滑动动。传传力力开开始始时时在在标标准准荷荷载载作作用用下下动动连连接接件件间间无无滑滑动动，剪剪力力由由摩摩擦擦力力和和螺螺杆杆抗抗剪剪共共同同传传递递。但但当当荷荷载载很很大大时时，连连接接件件间间有有较较大大塑塑性性变变形形。接接近近破破坏坏时时，连连接接件件间间有有相相对对滑滑动动，摩摩擦擦只只起起推推迟迟滑滑移移作作用用。剪剪力力由由螺螺杆杆传传递递，其其特特点点与与普普通通螺螺栓栓相相同同。因因此此，有有与与普普通通螺螺栓栓相相同同的的极极限限状状态态螺螺栓栓剪剪坏坏，孔孔壁
3、壁挤挤压压坏坏，构构件件被被拉拉断断。变形大，变形大，不适于受动荷载的连接。不适于受动荷载的连接。抗拉时与普通螺栓抗拉时与普通螺栓 相同，但变形相同，但变形 小，可减少锈小，可减少锈 蚀，改善疲劳蚀，改善疲劳 性能。性能。螺杆剪力螺杆剪力N 1、确定予、确定予拉力拉力P P数值数值 使螺栓中的拉应力接近于所用材料的屈服点（使螺栓中的拉应力接近于所用材料的屈服点（f f0.20.2）, ,考虑材料不均匀系数考虑材料不均匀系数0.90.9、超张拉系数、超张拉系数0.90.9和剪应力和剪应力（拧螺母时产生）引起的承载力降低系数（拧螺母时产生）引起的承载力降低系数1.2,1.2,，予拉，予拉力计算式为
4、：力计算式为： （3-3-4646）结果按结果按5 5kNkN的模数取整得表的模数取整得表3-33-3。摩擦型承压型均适用。摩擦型承压型均适用。 f fu u高强螺栓经热处理后的最低抗拉强度；高强螺栓经热处理后的最低抗拉强度； 屈强比（假定屈服点与屈强比（假定屈服点与最低抗拉强度比值）最低抗拉强度比值） A Ae e螺栓有效面积螺栓有效面积 一、高强螺栓的予拉力的建立一、高强螺栓的予拉力的建立2 2、予予拉工艺拉工艺扭螺帽扭螺帽螺栓的性能等 级螺 栓 公 称 直 径（mm）M16 M20M22M24 M27 M308.87011013515520525010.91001551902252903
5、55高强螺栓设计予拉力P值（kN）表3-3（1 1）扭矩法）扭矩法 工具工具能显示扭矩的搬手。能显示扭矩的搬手。 （2 2）转角法）转角法 先用普通扳手把连接见拧紧密，称先用普通扳手把连接见拧紧密，称初拧初拧。 以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭1/21/22/32/3圈，达到终拧角度。螺栓的拉力即达到预拉圈，达到终拧角度。螺栓的拉力即达到预拉力。终拧角度根据螺栓直径，连接件厚度通过实测确力。终拧角度根据螺栓直径，连接件厚度通过实测确定。方法简单，但常常出现予拉力比设计值高。定。方法简单，但常常出现予拉力比设计值高。（3 3）扭掉螺栓尾部梅花卡
6、法）扭掉螺栓尾部梅花卡法 1 1、单个高强螺栓抗剪承载力设计值、单个高强螺栓抗剪承载力设计值 NVb=0.9nf P NVb单个高强螺栓抗剪承载力设计值单个高强螺栓抗剪承载力设计值 P予拉力予拉力 抗滑移（摩擦）系数，见表抗滑移（摩擦）系数，见表3-43-4 nf传力摩擦面数传力摩擦面数 0.9 0.9螺栓受力非均匀系数螺栓受力非均匀系数二、摩擦型高强螺栓的计算二、摩擦型高强螺栓的计算抗剪承载力由摩擦力确定。抗剪承载力由摩擦力确定。连接处接触面处理方法构 件 的 钢 号3号钢16锰钢或16锰桥钢15锰钒钢或15锰钒桥钢喷 砂喷砂后涂无机富锌漆喷砂后生赤绣用钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面
7、0.450.350.450.300.550.400.550.350.550.400.550.35摩擦面抗滑移系数值表3-4设，一侧的螺栓数为设，一侧的螺栓数为n n，平均受剪，承受外力平均受剪，承受外力N N。+ + + + + + + + +NNl1分析方法和计算公式与普通螺栓同。分析方法和计算公式与普通螺栓同。2 2、高强螺栓群的抗剪计算、高强螺栓群的抗剪计算 每个螺栓承受的剪力为：每个螺栓承受的剪力为：单个螺栓承载力设计条件：单个螺栓承载力设计条件：(1).(1).所需螺栓所需螺栓数：数：(2).(2).构件净截面强度验算构件净截面强度验算 N N+ + + + + + + + +NNA
8、NN孔前传力分析孔前传力分析 高强螺栓群在扭矩作用下的计算公式与普通螺高强螺栓群在扭矩作用下的计算公式与普通螺栓同。高强螺栓的直径系列、连接中螺栓的排列及栓同。高强螺栓的直径系列、连接中螺栓的排列及有关构造要求与普通螺栓同。有关构造要求与普通螺栓同。P88 例题例题3-13P88 例题例题3-14 为为什什么么取取0.80.8P P呢呢？研研究究表表明明：连连接接件件刚刚好好被被松松开开时时的的外外力力N=1.051.19PN=1.051.19P，N Nt tb b=0.8P=0.8P时时可可以以保保证证连连接接件件不被松驰。不被松驰。P预拉力预拉力 （1 1）一个高强螺栓的抗拉承载力设计值）
9、一个高强螺栓的抗拉承载力设计值 3 3、高强螺栓承受拉力时的计算、高强螺栓承受拉力时的计算规范规定：规范规定：（2 2）受拉力作用的高强螺栓群计算）受拉力作用的高强螺栓群计算N所需螺栓个数所需螺栓个数(3) (3) 受弯矩作用的高强螺栓群计算受弯矩作用的高强螺栓群计算yiMy1x1i1 1号螺栓受到最大拉力，验算：号螺栓受到最大拉力，验算： 与普通螺栓连接的区别与普通螺栓连接的区别： （a a）中性轴置于形心轴上中性轴置于形心轴上 由于有很大的予拉力，连接件间紧密贴合，可认为是一个由于有很大的予拉力，连接件间紧密贴合，可认为是一个 截面，且符合平面假设。截面，且符合平面假设。 （b b）N N
10、t tb b=0.8P=0.8P（普通螺栓普通螺栓 N Nt tb b = = A Ae ef ft tb b ）(4) (4) 受剪力与拉力同时作用的高强螺栓群计算受剪力与拉力同时作用的高强螺栓群计算n nt t连接的传力摩擦面数连接的传力摩擦面数 摩擦面的抗滑移系数摩擦面的抗滑移系数单个高强螺栓的抗剪承载力单个高强螺栓的抗剪承载力oP=768kN1考虑考虑 会减小，会减小，将将NtiNti放大放大2525保证连接安全的要求：保证连接安全的要求：P90 例题例题3.15 例例3-163-16 设计图设计图3-763-76所示高强螺栓连接的强度。被所示高强螺栓连接的强度。被连接板件的钢材为连接
11、板件的钢材为A3FA3F，高强螺栓高强螺栓10.910.9级，级，M20M20，孔径孔径2222，连接接触面喷砂后生赤锈。按摩擦型计算。，连接接触面喷砂后生赤锈。按摩擦型计算。图3-76 外力外力P=768kN对螺栓形心有一偏对螺栓形心有一偏心距心距e=15cm，形成形成剪力、拉力、弯矩剪力、拉力、弯矩三种状态。三种状态。已知外力已知外力P、螺栓数、螺栓数、螺栓类别、直径、钢螺栓类别、直径、钢材类型，验算螺栓强材类型，验算螺栓强度。度。oP=768kN1 解解 （1 1）计算作用在螺栓群形心处的力素）计算作用在螺栓群形心处的力素 抗拉验算抗拉验算“1”点受到的拉力为：点受到的拉力为： （2）验
12、算强度验算强度 连接手连接手M、V、N共同作用，形心轴过共同作用，形心轴过“o”点，点，“1”点是最危险点。点是最危险点。oNVMP60oN 剪力：剪力：V=Psin60=7680.866=665kNV=Psin60=7680.866=665kN轴心拉力：轴心拉力：N=Pcos60=7680.5=384kNN=Pcos60=7680.5=384kN 弯矩：弯矩：M=M=NeNe=38415=5760kNc=38415=5760kNcm =48kN Ntb=0.8P=0.8155=124kN Nt Ntb (可可) 抗剪验算抗剪验算 l1=700mm15d0=1522=330mm =1.1-70
13、0/(15022)=0.89oP=768kN1一个摩擦型高强螺栓的抗剪设计承载力按式（一个摩擦型高强螺栓的抗剪设计承载力按式（3-55）并引入并引入 后计算，后计算， Nvb= 0.9nt (P-1.25Nt) =0.890.910.45(155-1.2548)=34kN 一个螺栓承受的剪力一个螺栓承受的剪力 Nv=V/n=665/16=41.6kNNvb= 34kN (不可不可) 改用改用M22M22，孔孔2424，P=190kNP=190kN，于是于是 =0.906=0.906，这样：，这样： Nvb= 0.9nt (P-1.25Nt) =0.9060.910.45(190-1.2548)=48kN Nv=41.6kNNvb= 48kN (可可) 以上计算偏于保守。因各排螺栓受力不同本以上计算偏于保守。因各排螺栓受力不同本应采用不用强度的螺栓。这里，采用了与最危险应采用不用强度的螺栓。这里，采用了与最危险螺栓相同的强度。螺栓相同的强度。(可可) 验算相关公式是否满足验算相关公式是否满足
