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1、钢结构设计原理钢结构设计原理钢结构的连接普通螺栓连接课件3.5 3.5 螺栓连接螺栓连接螺栓连接螺栓连接螺栓的排列螺栓的排列1.1.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列栓距栓距线线边距边距边距边距端距端距2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小； 钢结构的连接普通螺栓连接课件螺栓排列的要求螺栓排列的要求螺栓排列的要求螺栓排列的要求（1 1）受力要求）受力要求: : 垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相
2、互影响、为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的线距和边距不能螺栓的线距和边距不能太小；太小； 顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距不能太小；不能太小； 对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，栓距不栓距不能太大。能太大。（2 2）构造要求；）构造要求； 螺栓的中距和边距不宜太大，以免板件间贴合螺栓的中距和边距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。不密，潮气侵入腐蚀钢材。A A 并列并列栓距栓距线线边距边距边距边距端距端距钢结构的连接普通螺栓连接课件
3、（3 3 3 3）施工要求）施工要求）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3d3do o。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。钢结构的连接普通螺栓连接课件一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式NFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用l3.6.1 普通螺栓的抗剪连接3.6 普通螺栓连接的工作性能和计算 F钢结构的连接普通螺栓连接课件 二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式（一）
4、工作性能和破坏形式 1.1.工作性能工作性能 对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗剪试验, ,即即可得到板件上可得到板件上a、b两点相对位移两点相对位移和作用力和作用力N的关系曲线的关系曲线, ,该曲线该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段个阶段, ,即：即： (1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段) ) 直线段直线段连接处于弹性状态；连接处于弹性状态； 该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。NO1234NNabNN/2N/2钢结构的连接普通螺栓连接课件 (2)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段) ) 克服摩擦力后，板
5、件间突然发生水平滑移，最大克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。段。NO1234abNN/2N/2 (3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3段段) ) 该阶段主要靠栓杆与孔壁的该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、接触传力。栓杆受剪力、拉力拉力、弯矩作用弯矩作用，孔壁受挤压。由于材，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及料的弹性以及栓杆拉力增大栓杆拉力增大所导所导致的板件间摩擦力的增大，致的板件间摩擦力的增大，N-N-关系以曲线状态上升。关系以曲线状态上升。 钢结构的连接普
6、通螺栓连接课件 (4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4段段) ) 达到达到3后，即使给荷后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。变形迅速增大，直到连接破坏。 4点（曲线的最高点）点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力承载力Nu。NO1234abNN/2N/2Nu螺栓传力动画螺栓传力动画钢结构的连接普通螺栓连接课件2.2.2.2.破坏形式破坏形式破坏形式破坏形式（1 1）螺栓杆被剪坏）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时（2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时
7、栓杆较粗而板件较薄时（3 3）板件被拉断）板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN钢结构的连接普通螺栓连接课件（4 4）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏( (拉豁拉豁) ) 端矩过小时；端矩不应小于端矩过小时；端矩不应小于2d2dO ONN（5 5）栓杆弯曲破坏）栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2钢结构的连接普通螺栓连接课件（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值（二）抗剪
8、螺栓的单栓承载力设计值 由破坏形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取抗剪螺栓的承载力取决于决于螺栓杆受剪和孔壁承压螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定故单栓抗剪承载力由以下两式决定: :nv剪切面数目剪切面数目； d螺栓杆直径；螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；螺栓抗剪和承压强度设计值；tt连接接头一侧承压构件连接接头一侧承压构件总厚度总厚度的较小值。的较小值。单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：承压承载力：d钢结构的连接普通螺栓连接课件剪切面数目剪切面数目剪切面数目剪切面数目n n n nv v v vNNNN
9、/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2钢结构的连接普通螺栓连接课件（三）普通螺栓群抗剪连接计算（三）普通螺栓群抗剪连接计算（三）普通螺栓群抗剪连接计算（三）普通螺栓群抗剪连接计算1 1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明, ,栓群在轴力栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两栓群长度方向不均匀，两端大端大, ,中间小。中间小。 假定螺栓平均分担剪假定螺栓平均分担剪力力( ( P83) P83)。 所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为：钢结
10、构的连接普通螺栓连接课件NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断普通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。尚应进行板件的净截面验算。尚应进行板件的净截面验算。尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面: :A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :1122钢结构的连接普通螺栓连接课件NNt tt t1 1bc2c3c4e1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错
11、列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1折线折线截面截面: :1111钢结构的连接普通螺栓连接课件NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面: :2222钢结构的连接普通螺栓连接课件2 2 2 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下连接按弹性设计，其假定为作用下连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为
12、弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与力与其至形心距离呈线形关系，方向与r ri垂直。垂直。钢结构的连接普通螺栓连接课件TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，显然，T作用下作用下1号螺号螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1最大）。最大）。由假定由假定(2)(2)得得由上式得由上式得: :由力的平衡条件得：由力的平衡条件得：钢结构的连接普通螺栓连接课件TxyN1TN1TxN1Tyr11得得: :将将N1T1T沿坐标轴分解得沿坐标轴分解得: :TxyN1TN1TxN1
13、Tyr11F1N1Fx1y1钢结构的连接普通螺栓连接课件由此可得螺栓由此可得螺栓由此可得螺栓由此可得螺栓1 1的强度验算公式为的强度验算公式为的强度验算公式为的强度验算公式为: : : : 另外另外, ,当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长( (如如y y1 13x3x1 1) )时时, ,可进行可进行如下简化计算：如下简化计算：令令:x:xi i=0=0，则，则NiTyiTy=0=0TxyN1TN1TxN1Tyr11x1y1钢结构的连接普通螺栓连接课件（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、普通螺栓的抗拉连接三、普通螺栓的抗拉连接三、普通螺栓的抗拉连接三、普通螺栓
14、的抗拉连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式断为其破坏形式。（二）（二）单单个普通螺栓的抗拉承载力设计值个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。N钢结构的连接普通螺栓连接课件dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面
15、积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以抗拉时公式取的是有因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以抗拉时公式取的是有效直径效直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家标准取，现行国家标准取：钢结构的连接普通螺栓连接课件(2(2(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响 A、螺栓受拉时，一般是通过螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的发
16、生变形时，螺栓有被撬开的趋势趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺杆中，使螺杆中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生并产生弯曲现象。弯曲现象。连接件刚度越小撬连接件刚度越小撬力越大力越大。试验证明影响撬力的。试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取规范采取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（ff螺栓钢材的抗拉螺栓钢材的抗拉强度设计值）强度设计值）来考虑其影响。来考虑其影响。钢结构的连接普通螺栓连接课件 B、 在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，
17、如减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减小甚，可以减小甚至消除撬力的影响。至消除撬力的影响。钢结构的连接普通螺栓连接课件( ( ( (三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：的螺栓数为：N钢结构的连接普通螺栓连接课件( ( ( (四）普通螺栓群在弯矩作用下的计算四）普通螺栓群在弯矩作用下的计算四）普通螺栓群在弯矩作用下的计算四）普通螺栓群在弯矩作用下的计算M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3
18、N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。钢结构的连接普通螺栓连接课件显然显然显然显然1111号螺栓在号螺栓在号螺栓在号螺栓在MM作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大由力学及假定可得：由力学及假定可得：M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N
19、1N2N3N4中和轴中和轴钢结构的连接普通螺栓连接课件得得得得: : : :得得: :因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可：钢结构的连接普通螺栓连接课件( ( ( (五）普通螺栓群在五）普通螺栓群在五）普通螺栓群在五）普通螺栓群在偏心拉力偏心拉力偏心拉力偏心拉力作用下的计算作用下的计算作用下的计算作用下的计算 偏心力偏心力作用下普通螺栓连接，根据偏心距大小分作用下普通螺栓连接，根据偏心距大小分为大偏心和小偏心，可采用偏于安全的设计方法，即为大偏心和小偏心，可采用偏于安全的设计方法，即叠加法叠加法。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)FeN1F1234FMy1y2y3N1M
20、N2MN3MM=Fe中和轴中和轴N4M钢结构的连接普通螺栓连接课件四、四、四、四、普通螺栓拉、剪联合作用普通螺栓拉、剪联合作用普通螺栓拉、剪联合作用普通螺栓拉、剪联合作用VeM=VeV因此剪力作因此剪力作用下螺栓受用下螺栓受力为：力为：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，可能出现两种破坏形作用下，可能出现两种破坏形 式：式：螺杆受剪兼受拉破坏、螺杆受剪兼受拉破坏、孔孔 壁的承压破坏；壁的承压破坏；2 2、计算方法、计算方法 假定螺栓承受剪力和弯矩作用，其中剪力由螺栓假定螺栓承受剪力和弯矩作用，其中剪力由螺栓群均匀承担群均匀承担。钢结构的连接普通螺栓连接课件 规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺螺螺螺杆杆杆杆受剪兼受拉受剪兼受拉受剪兼受拉受剪兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：破坏，应满足：破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：钢结构的连接普通螺栓连接课件
