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=0.3～～0.550.55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8080～～355355kNkN 高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强度等级垫圈的合称，强度等级10.910.9h h和和8.88.8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：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 M308.87011013515520525010.9100155190225290355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件拧紧密，称先用普通扳手把连接件拧紧密，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1/21/2～～2/32/3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、摩擦型高强螺栓群的抗剪计算、摩擦型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+ + + + + ++ ++ ++ +NNAN′N′孔前传力分析孔前传力分析 n受剪连接计算受剪连接计算p一个螺栓抗剪承载力一个螺栓抗剪承载力p连接所需螺栓数连接所需螺栓数p净截面强度：考虑净截面强度：考虑50％孔前传力％孔前传力 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 •例题例题3-13V=60KN,选用10.9级M20摩擦型高强螺栓，钢材选用Q235钢，接触面采用喷砂处理。
验算此连接强度解：（1）计算单个摩擦型高强螺栓的承载能力： （2）计算单个螺栓在外力作用下承受的最大荷载所以该连接满足强度要求 例题例题3-14如图示，截面为－如图示，截面为－300×16的轴心受拉钢板，用双盖板和的轴心受拉钢板，用双盖板和摩擦型高强螺栓连接，已知钢材为摩擦型高强螺栓连接，已知钢材为Q345钢，螺栓为钢，螺栓为10.9级级M20，接触面喷砂后涂无机富锌漆，承受轴力，接触面喷砂后涂无机富锌漆，承受轴力N=1200KN，试验算，试验算连接的强度连接的强度解（1）验算螺栓连接的强度实际单个螺栓承受的内力为： （2）验算钢板强度构件厚度t=16mm<2t1=20mm,故应验算构件截面查表得f=310N/mm2构件得毛截面强度为构件得静截面强度为： 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=1.05~1.19PN=1.05~1.19P，，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）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 Nt 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①① 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°=768×0.866=665kNV=Psin60°=768×0.866=665kN轴心拉力：轴心拉力：N=Pcos60°=768×0.5=384kNN=Pcos60°=768×0.5=384kN 弯矩：弯矩：M=M=NeNe=384×15=5760kNc=384×15=5760kNcm =48kN Ntb=0.8P=0.8×155=124kN Nt ＜＜ Ntb (可可)②② 抗剪验算抗剪验算 l1=700mm＞＞15d0=15×22=330mm =1.1-700/(150×22)=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) =0.89×0.9×1×0.45(155-1.25×48)=34kN 一个螺栓承受的剪力一个螺栓承受的剪力 Nv=V/n=665/16=41.6kN＞＞Nvb= 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) =0.906×0.9×1×0.45(190-1.25×48)=48kN Nv=41.6kN＜＜Nvb= 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)③③ 验算相关公式是否满足验算相关公式是否满足 3.10高强度螺栓的施工工艺和检验 一、施工工艺应符合的相关规范：•《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB1228－19•《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB1231－84•《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接件型式与尺寸》GB3632－83•《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接件技术条件》GB3633－85 出厂前试验：（1）钢材的炉号、制作批号、化学性能与机械性能证明或 试验2）螺栓的楔负荷试验3）螺母的保证荷载试验4）螺母和垫圈的硬度试验5）连接件的扭矩系数试验（注明试验温度）大六角 头 连接件的扭矩系数平均值和标准偏差；扭剪形连接件的紧固轴力平均值和变异系数6）紧固轴力系数试验7）产品规格、数量、出厂日期、装箱单 •清理接头摩擦面，不允许有毛刺、铁屑、油污、焊接飞溅物，用钢丝刷延受力垂直方向除去浮锈•摩擦面应干燥，没有结露、积霜、积雪•雨天不得进行安装。
安装前注意点： 二、高强度螺栓的检验•终拧检验（一）扭剪型外观全数检查（二）大六角头扭矩法：（1）将螺母退回600左右，用表盘式定扭扳手测定拧回至原来位置时的扭矩值，若测定的扭矩值较施工扭矩值低10％以内即为合格2）用表盘式定扭扳手继续拧紧螺栓，测定螺母开始转动时的扭矩值，若测定的扭矩值较施工扭矩值大10％以内即为合格 转角法( 1)检查初拧后人螺母与螺尾端头相对价置所划的终拧起始线和终止线所夹的角度是否在规定的范围内 2)在螺尾端头和螺母相对位置划线，然后完全卸松螺母，再按规定的初拧扭矩和终拧角度重新拧紧螺栓，观察与原划线是否重合，一般角度误差正负10度为合格 (3)高强度螺桂连接副终拧后应检验螺栓丝扣外露长度，要求螺栓丝扣外露2—3扣为宜，其中允许有10％的螺栓丝扣外露1扣或4扣，对同一个节点，螺栓丝扣外露应力求一致，便于检查 (4)共他检验项目 1)高强度螺栓连接摩擦面应保持干燥、整洁，不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢和不应有的涂料等 2)高强度螺栓应自由穿入螺栓孔、不应气割扩孔，遇到必须扩孔时，最大扩孔量不应超过1．2d(d为螺栓公称直径)。