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1、446 6 螺栓连接的构造螺栓连接的构造一、螺栓的种类一、螺栓的种类1.1.普通螺栓普通螺栓C级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) 1.51.53mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.6或或8.8级级; ;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示
2、f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、B、C三个级别。三个级别。2.2.高强度螺栓高强度螺栓由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓扭剪型螺栓高强度螺栓分类：高强度螺栓分类： 根据确定承载力极限的原则不同，分为高强根据确定承载力
3、极限的原则不同，分为高强度螺栓度螺栓摩擦型连接摩擦型连接和高强度螺栓和高强度螺栓承压型连接承压型连接。传力途径：传力途径： 摩擦型摩擦型依靠被连板件间摩擦力传力，以摩擦阻依靠被连板件间摩擦力传力，以摩擦阻力被克服作为承载能力极限状态（力被克服作为承载能力极限状态（设计准则设计准则）。）。承压型承压型依靠螺栓杆与孔壁承压传力，以螺栓杆依靠螺栓杆与孔壁承压传力，以螺栓杆被剪坏或孔壁被压坏作为承载能力极限状态（破坏被剪坏或孔壁被压坏作为承载能力极限状态（破坏时的极限承载力）。时的极限承载力）。孔径：孔径：摩擦型摩擦型连接的高强度螺栓的连接的高强度螺栓的孔径孔径比螺栓公称比螺栓公称直径大直径大1.5-
4、2.0mm1.5-2.0mm；承压型承压型连接的高强度螺栓的连接的高强度螺栓的孔径孔径比螺栓公称直径大比螺栓公称直径大1.0-1.5mm1.0-1.5mm。二、螺栓的排列二、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距线距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； 单,双排螺栓(铆钉)的排列2.2.螺栓排列应考虑的因素螺栓排列应考虑的因素（1）受力要求）受力要求（规定了
5、最大最小值）（规定了最大最小值）A.端距2d0(为孔径),防止钢板被剪断。（顺力方向）C.受压时，中距不宜太大，防止板件间发生张口或鼓曲现象。（顺力方向）B.受拉时,中距不宜太小,防止截面削弱过多,钢板发生强度破坏。（垂直力方向）(2) 构造要求构造要求 （规定了最大值） 螺栓的中距及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。(3) 施工要求施工要求（规定最小值） 要保证有一定空间，便于用扳手拧紧螺帽。根据扳手尺寸和工人的施工经验。根据上述三方面的要求，规范规定了螺栓排列的最大、最小容许距离。（见P61表4-2）端距端距端距端距中距中距边距边距线距线距3d02d03d01.
6、5d01.5d03d03d02d0端距端距边距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距并列并列错列错列（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，要保证一定的空间为了便于扳手拧紧螺母，要保证一定的空间，因此规定了，因此规定了螺栓最小容许间距螺栓最小容许间距。 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。（2 2）构造要求）构造要求 螺栓距和线距不宜太大，以免板件间贴合不密，螺栓距和线距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。潮气侵入腐蚀钢材。螺栓排列的最大、最小容许距离三、螺栓连接的构造要求三、螺栓连接的构造要求为了保
7、证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；端不宜少于两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；措施以防螺帽松动；C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：于抗剪连接： 1 1、承受静载或间接动载的次要连接；、承受静载或间接动载的次要连接； 2 2、承受静载的可拆卸结构连接；、承受静载的可拆卸结构连接； 3 3、临时固定构件的安装
8、连接。、临时固定构件的安装连接。型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；447 7 普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式FNFA 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 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）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
9、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 (2)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段) ) 克服摩擦力后，板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。NO123
10、4abNN/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。 (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
11、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结论：1.抗剪普通螺栓的极限状态抗剪普通螺栓的极限状态：以弹塑性阶段的末尾阶段作为计算的极限状态。在此阶段靠螺栓杆抗剪和孔壁承压共同传力。剪力作用下螺栓群受力状态2.2.螺栓受力特点螺栓受力特点：各螺栓受力两端大，中间小；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。2.2.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
12、杆较粗而板件较薄时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（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 （6 6）块状拉剪破坏）块状拉剪破坏 当角钢、被切角后的当角钢、被切角后的槽钢或工字钢腹板等板件厚槽钢或工字钢腹板等板件厚度较薄且边缘有栓孔削弱
13、时度较薄且边缘有栓孔削弱时，有可能出现图示斜线，有可能出现图示斜线钢材钢材01230123整块被拉剪而破坏。整块被拉剪而破坏。（二）单个单个普通螺栓的抗剪设计承载力计算螺栓的抗剪设计承载力计算应使单个螺栓承受的荷载小于等于单个螺栓的设应使单个螺栓承受的荷载小于等于单个螺栓的设计承载力。计承载力。1.栓杆本身的抗剪承载力设计值（1）计算假定：剪应力在螺栓杆截面上均匀分布。（2）计算公式：nv受剪面数；Chapter03inside_03_07_03.htm d螺杆直径；螺栓杆剪切破坏t2t12.孔壁承压承载力设计值（1）计算假定：承压面在直径面上且应力均匀分布。（2）计算公式：同一方向承压构件较
14、小总厚度； 螺栓抗剪、抗压强度设计值。孔壁承压破坏 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螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，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: :一个抗剪普通螺栓的承载力设计值：一个抗剪普通螺栓的承载力设计值：单栓抗剪设计承载力：单栓抗剪设计承载力：单栓承压设计承载力：单栓承压设计承载力：dnv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连接接头连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。一侧承压构件总厚度的较小值。 对双剪：取
15、对双剪：取t t1 1与与t t2 2+t+t3 3中较小者中较小者 对单剪：取对单剪：取t t1 1与与t t2 2中较小者中较小者剪切面剪切面数目数目n nv vN/2N/3N/3N/3N/2思考：左边情况与上面两思考：左边情况与上面两种情况有何不同？注意不种情况有何不同？注意不能用能用4-424-42计算，为什么计算，为什么NN/2N/2t2t1t3NNt2t1三、三、 普通螺栓群抗剪连接计算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计算思路：将螺栓群计算思路：将螺栓群受力在单个栓钉上进受力在单个栓钉上进行分配，行
16、分配，求得一个栓钉所受求得一个栓钉所受的外剪力的外剪力N N1 1求一个栓钉所具有的抗力即求一个栓钉所具有的抗力即校核：校核： N1N/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, ,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大栓群长度方向不均匀，两端大, ,中间小。中间小。 当当l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，时，连接进入弹塑性工作状态后，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，力趋于相同，故设计时假定故设计时假定N由各螺栓均担，即由各螺
17、栓均担，即设计设计：求连接所需螺栓数为：求连接所需螺栓数为求一个栓钉所受的外剪力求一个栓钉所受的外剪力N N1 1校核：校核： N1 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，连接进入弹塑性工作状时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏, ,然后依次破坏。由试验可得连接的然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.0
18、0.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布校核：校核： N1设计设计：求连接所需螺栓数为：求连接所需螺栓数为板件的净截面验算板件的净截面验算 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。截面-截面-截面-轴心力净面积连接板强度计算问：拼接盖板的危险截面？v螺栓为并列布置当连接盖板截面面积被连接构件截面面积时,连接盖板强度不必验算。v螺栓为错列布置，净截面破坏可能有：a)沿孔12的直线净截面；b)沿孔31
19、25的锯齿净截面；c)沿孔31425的锯齿净截面；NNbt tt t1 1b1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: :1122NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面: :1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-22-2和和2 2-2-2截截面面: :22222.扭矩作用下螺栓群的抗剪计算扭矩作用下螺栓群的抗剪计算1.
20、计算每个螺栓承受扭矩引起的剪力2.计算假定：被连接件为绝对刚性，螺栓为弹性体；在扭矩作用下各螺栓均绕栓群中心O旋转，各螺栓所受剪力方向与该螺栓和中心O的连线垂直，大小则与该连接线的距离r成正比。扭矩平衡条件:Toyx312根据假定有:代入上式得：1324oyx在X、Y轴方向的分量为，当当和即时，时123oyx3.偏心剪力作用下螺栓群的抗剪计算偏心剪力作用下螺栓群的抗剪计算1.力向栓群形心简化剪力V=F、扭矩T=Fe2.求单栓受力扭矩T作用=+12oyx剪力F作用判断危险栓：1或3号3TxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FFeFT4.验算；3.求单栓承载力设计值思考题：若轴力、剪力和扭矩同
21、时作用在连接上，如何验算连接强度？N危险栓1合力12oyx1.普通螺栓抗拉连接的工作性能普通螺栓抗拉连接的工作性能四、普通螺栓的抗拉连接四、普通螺栓的抗拉连接 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。2.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
22、强度设计值。dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径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：(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力影响 A、螺栓受拉时，一般螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件发心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬生变形时，螺栓有被撬开的趋势开的趋势（杠杆作用）（杠杆作用），
23、使螺杆中的拉力增加使螺杆中的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生弯曲并产生弯曲现象。现象。连接件刚度越小连接件刚度越小撬力越大撬力越大。2NQQNtNt螺栓实际所受拉力B.规范中采取的措施：试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，将螺栓螺栓的抗拉强度设计值的抗拉强度设计值取取 =0.8f=0.8f（f f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。C.设计中采取的措施：采取一些构造措施,如适当加厚钢板或设置加劲肋，加强连接件的刚度,以减小螺栓中的附加力。3.3.普通螺栓群的轴拉设计普通螺栓群的轴拉设计（1 1）设计螺栓数：一般假定每个螺
24、栓均匀受力，）设计螺栓数：一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：因此，连接所需的螺栓数为：N（2）验算连接的强度：（3）轴心受拉的几种情况a图中构件拉力N垂直于端板并通过螺栓群形心。b图中构件拉力N通过螺栓形心但与端板成角，其竖向分力由承托板传递，而水平分力使螺栓群受拉。4.弯矩作用下螺栓群的抗拉计算弯矩作用下螺栓群的抗拉计算 受力分析并分析转动轴位置：螺栓群承受弯矩时，各个螺栓均为受拉。OOO求螺栓上的最大拉力计算假定：假定螺栓群的转动轴在弯矩指向一侧最外排螺栓处，每个螺栓所受拉力与它到转动轴的距离成正比。弯矩平衡条件：最顶排螺栓（1号）所受的拉力最大，由计算假定得将它们代入平
25、衡条件得验算？受力分析：轴心拉力受力分析：轴心拉力NF，弯矩，弯矩MFe假定形心轴位置：计算时假定形心轴位置：计算时先假定螺栓群的转动轴在栓先假定螺栓群的转动轴在栓群中心位置群中心位置O O处处，按小偏心计，按小偏心计算出弯矩指向一侧最外排螺算出弯矩指向一侧最外排螺栓的拉力：栓的拉力：五、偏心拉力作用下螺栓群的抗拉计算五、偏心拉力作用下螺栓群的抗拉计算y1Oy2y3y4情况一：情况一：当当Nmin0时时,说明全部螺栓说明全部螺栓受拉受拉,按小偏心计算结果有效，按小偏心计算结果有效，说明形心轴位置假定正确。说明形心轴位置假定正确。求螺栓群中所受最大拉力求螺栓群中所受最大拉力Ntmax 并并验算验
26、算y1Oy2y3y4当Nmin0拉力栓群单栓受力：拉力栓群单栓受力：判断大小偏心（判断大小偏心（N，M）注意：摩擦型高强度螺栓与普通螺栓的区别注意：摩擦型高强度螺栓与普通螺栓的区别思考题：思考题：1.1.简要说明常用的焊接方法和各自的优缺点。简要说明常用的焊接方法和各自的优缺点。2.2.请说明角焊缝有效截面的确定方法和原因。请说明角焊缝有效截面的确定方法和原因。3.3.请说明角焊缝焊脚尺寸的确定方法？请说明角焊缝焊脚尺寸的确定方法？4.4.如何区分脚焊缝是受弯还是受扭，请推导围焊如何区分脚焊缝是受弯还是受扭，请推导围焊缝受扭时的检算公式。缝受扭时的检算公式。5.5.简述焊接残余应力的类型和产生
27、焊接残余应力简述焊接残余应力的类型和产生焊接残余应力的原因？的原因？6.6.焊接残余应力对结构工作性能有何影响？焊接残余应力对结构工作性能有何影响？7.7.试绘出焊接工字型和箱型截面的残余应力分布试绘出焊接工字型和箱型截面的残余应力分布状况？状况？8.8.简述减小焊接残余应力和焊接残余变形的主要措简述减小焊接残余应力和焊接残余变形的主要措施。施。9.9.摩擦型和承压型高强螺栓的传力机理有何不同？摩擦型和承压型高强螺栓的传力机理有何不同？10.10.说明螺栓性能等级的含义。说明螺栓性能等级的含义。11.11.简述螺栓的常见布置形式和考虑的因素。简述螺栓的常见布置形式和考虑的因素。12.12.简述螺栓连接的破坏形式和避免破坏发生所采简述螺栓连接的破坏形式和避免破坏发生所采取的措施。取的措施。13.13.如何确定单栓承载力？基本假定是什么？如何确定单栓承载力？基本假定是什么？14.14.如何确定连接摩擦面数？如何确定连接摩擦面数？15.15.高强螺栓预拉力是如何确定的？高强螺栓预拉力是如何确定的？16.16.推导栓群受轴力、剪力和弯矩时的计算公式。推导栓群受轴力、剪力和弯矩时的计算公式。17.17.简述影响摩擦型高强度螺栓承载力的主要因素简述影响摩擦型高强度螺栓承载力的主要因素？
