第三章连接3.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 钢结构的连接,简单、统一、整齐而紧凑,并列和错列两种形式：,并列比较简单整齐，连接板尺寸小，但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,3-6,螺栓连接的构造,3.6.1,螺栓的排列,螺栓的排列要求：,受力要求：,垂直于受力方向：螺孔中距和边距限制,顺力作用方向：端距限制,防止孔端钢板剪断，,2,d,0,；,构造要求：,防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中矩最大值；,施工要求：,为便于拧紧螺栓，留适当间距（不同的工具有不同要求）最小中距为,3,d,0,；,螺栓或铆钉的最大、最小容许长度,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,对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用防止螺帽松动的有效措施,C,级螺栓,只宜,用于沿其,杆轴方向受拉，,或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,的受剪连接；在重要的连接或受反复动力荷载作用的不得采用,C,级螺栓,型钢构件的拼接采用高强度螺栓连接时，应采用钢板作为拼接件,在高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明,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），以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响,3.6.1,螺栓连接的构造,按受力情况分：,螺栓只承受剪力,螺栓只承受拉力,螺栓承受拉力和剪力共同作用,3-7,普通螺栓连接的工作性能和计算,单个螺栓抗剪性能：,摩擦传力的弹性阶段：,0,1,段，普通螺栓可略去不计,滑移阶段：,1,2,段,栓杆直接传力的弹性阶段：,2,3,段,弹塑性阶段：,3,4,段,3.7.1,普通螺栓的抗剪连接,3.7.1.1,抗剪连接的工作性能,抗剪螺栓的破坏形式：,螺栓杆被剪断,板件被挤坏（孔壁承压破坏）,板件被拉断,板件冲剪破坏,螺栓杆弯剪破坏,螺栓双剪破坏,螺栓杆,弯剪,和,双剪,两种破坏形式不常见，计算不考虑，一般靠构造满足；,板件被拉断,破坏形式属于构件的强度计算；,板件被冲剪,破坏形式由螺栓端距,2,d,0,来保证；,抗剪螺栓连接计算只考虑,螺栓杆被剪断,和,孔壁承压破坏,两种破坏形式；,普通螺栓受剪承载力主要由,栓杆受剪,和,孔壁承压,两种破坏模式控制，分别计算，取其小值进行设计,3.7.1.2,单个普通螺栓的抗剪承载力,单个螺栓抗剪承载力设计值,（,3.32,）,式中,:,n,v,受剪面数目,d,螺杆直径,f,v,b,螺杆直径,单个螺栓承压承载力设计值,（,3.33,）,式中,:,t,在同一受力方向的承压构件,的较小总厚度,f,c,b,螺杆承压强度设计值,普通螺栓群轴心受剪,3.7.1.3,普通螺栓群抗剪连接计算,在长度方向各螺栓受力不均匀，两端受力大，中间受力小,连接长度,l,1,15d,0,时，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，可认为轴心力,N,由每个螺栓平均分担，即螺栓数,n,为：,（,3.34,）,连接长度,l,1,15d,0,时，连接工作进入弹塑性阶段后，各螺杆所受内力仍不易均匀，应将承载力设计值乘以,折减系数,：,（,3.35,）,则：,（,3.36,）,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=,Fe,的联合作用,普通螺栓群偏心受剪,在,轴心力作用,下可认为每个螺栓平均受力，即：,（,3.37,）,在,扭距,T,F,e,作用,下有如下假定：,连接板件为绝对刚性，螺栓为弹性体,连接板件绕螺栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大小与该螺栓至形心距离,r,i,成正比，其方向与连线,r,i,垂直,螺栓,1,所受剪力最大,N,1T,为：,（,3.38,）,将,N,1T,分解为水平分力,N,1Tx,和垂直分力,N,1Ty,：,（,3.39,）,（,3.40,）,受力最大螺栓,1,所受的合力,N,1,计算式：,（,3.41,）,当,y,1,3,x,1,时，可取,x,i,0,简化得：,（,3.42,）,例,3.10,设计如图普通螺栓连接。柱翼缘板厚度为,10mm,，连接板厚度为,8,mm,，钢材为,Q235-B,，荷载设计值,F,=150kN,，偏心距,e,250mm,。若螺栓排列为竖向排距,2,x,1,120mm,，竖向行距,y,1,80mm,，竖向端距为,50mm,，试选,C,级螺栓规格。,为求螺栓直径，首先确定,C,级螺栓的抗剪和承压强度设计值。由附表,1.3,得：,f,v,b,140N/mm,2,f,c,b,=305N/mm,2,则分别由公式（,3.32,）和（,3.33,）求出所需螺栓直径：,抗拉螺栓连接破坏形式为,螺栓杆被拉断,单个抗拉螺栓的承载力设计值：,3.7.2,普通螺栓的抗拉连接,3.7.2.1,单个普通螺栓的抗拉承载力,（,3.43,）,螺栓有效直径：,螺栓抗拉计算采用的直径既不是净直径,d,n,，也不是全直径与净直径的平均值,d,m,而是有效直径,d,e,以及由有效直径计算的有效面积,A,e,（,3.44,）,撬力的大小与翼缘板厚度、螺杆直径、螺栓位置、连接总厚度等因素有关，准确求值非常困难,我国规范将螺栓的抗拉强度设计值降低,20%,来简化考虑撬力影响即,:,f,t,b,0.8,f,一般来说，只要翼缘板厚度,t20mm,，且螺栓距离,b,不要过大，该简化处理是可靠的。若翼缘板太薄，可采用加劲肋加强翼缘,连接件刚度对螺栓抗拉承载力的影响：,若与螺栓直接相连的翼缘板的刚度不是很大，由于翼缘的弯曲，使螺栓受到撬力的附加作用，杆力增加到：,N,t,=N+Q,对螺栓群轴心受拉情况，由于垂直于连接板的助板刚度很大，通常假定各个螺栓平均受拉，则连接所需的螺栓数为：,3.7.2.2,普通螺栓群轴心受拉,（,3.45,）,剪力,V,通过承托板传递,按弹性设计法，弯矩作用下，离中和轴越远的螺栓所受拉力越大，而压力则由部分受压的端板承受，设中和轴至端板受压边缘的距离为,c,3.7.2.3,普通螺栓群弯距受拉,近似地取中和轴位于最下排螺栓,O,处,（偏安全）,，即认为连接变形为绕,O,处水平轴转动，螺栓拉力与,O,点算起的纵坐标,y,成正：,设计时要求受力最大的最外排螺栓,1,的拉力不超过单个螺栓的抗拉承载力设计值：,（,3.46,）,（,3.47,）,相当于承受轴心拉力,N,和弯知,M=,Ne,的联合作用,按弹性设计法，根据偏心距的大小可能出现,小偏心受拉,和,大偏心受拉,两种情况,3.7.2.4,普通螺栓群偏心受拉,小偏心受拉：,轴心拉力,N,由各螺栓均匀承受,弯矩,M,则引起以螺栓群形心,O,为中和轴的三角形内力分布（上部螺栓受拉，下部螺栓受压）,叠加后，所有螺栓均承受拉力作用,计算公式如下（,y,i,均自,O,点算起）：,（,3.48a,）,（,3.48b,）,式（,3.48b,）为公式使用条件,大偏心受拉：,偏心距,e,较大，即,e,y,i,/(ny,1,),端板底部将出现受压区,近似取中和轴位于最下排螺栓,o,处（偏安全）,按弯距平衡，计算公式如下（,e,和,y,i,均自,O,点算起）：,（,3.49,）,例,3.12,设计刚接屋架下弦节点，竖向力由承托承受。螺栓为,C,级，承受偏心拉力。设,N,=300kN,，,e,100mm,，螺栓布置如图所示。试求所需的,C,级螺栓规格,由附表,8.1,承受剪力,V,和偏心拉力,N,（即轴心拉力,N,和弯距,M,N,e,）联合作用,3.7.3,普通螺栓受剪力和拉力的联合作用,普通螺栓受剪力和拉力作用两种可能破坏形式：,螺栓杆受剪受拉破坏；,孔壁承压破坏；,剪力和拉力无量纲化相关关系曲线得,（,3.50b,）,（,3.51,）,例,如图承受斜拉力的螺栓连接。已知被连板件的厚度均为,20mm,，钢材均为,Q235B,，已知斜拉力两个分力分别为,V,=300kN,，,N,=200kN,，偏心,e,120mm,，螺栓采用等距离布置，行距为,100mm,，端距为,50mm,，共设两排,C,级螺栓，试选择螺栓规格。,试选用,M20C,级螺栓，查附表,8.1,知，其有效面积,A,e,245mm2,，查附表,1.3,式（,3.49,）,【,作业题目,】,两钢板截面为,18410,，钢材,Q235,，承受轴心力,N,=1250KN,（设计值），采用,M20,普通粗制螺栓拚接，孔径,d,0=21.5mm,，试设计此连接,分析：设计此连接应按等强度考虑，即设计的连接除能承受,N,力外，还应使被连接钢板、拚接盖板、螺栓的承载力均接近，这样才能做到经济省料。因此，连接盖板的截面面积可取与被连接钢板的截面面积相同。这样，当螺栓采用并列布置时，只要计算被连接钢板的强度满足即可，不必再验算连接盖板。具体设计步骤可根据已知的轴心力设计值先确定需要的螺栓数目，并按构造要求进行排列，然后验算构件的净截面强度。,高强度螺栓摩擦型连接抗剪,不容许接触面出现滑移，以出现滑动为抗剪承载力极限状态,承载力取决于构件接触面的摩擦力，与螺栓所受预拉力、摩擦面滑移系数、连接的传力摩擦面数有关,3-8,高强度螺栓连接的工作性能和计算,3.8.1,高强度螺栓连接的工作性能,3.8.1.3,高强度螺栓抗剪连接的工作性能,摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值为：,（,3.54,）,一个螺栓的抗剪承载力设计值；,传力摩擦面数；,摩擦面抗滑移系数；,每个高强度螺栓的预拉力,高强度螺栓承压型连接抗剪,容许接触面出现滑移，以连接达到破坏为抗剪承载力极限状态,达到极限承载力时预拉力几乎完全消失，故其连接计算方法与普通螺栓连接相同：,（,3.32,）,（,3.33,）,螺杆中预拉力,P,与板层间则存在预压力,C,维持平衡,外界,N,t,作用下螺杆中拉力增加,P,，板件中压力减少,C,外界,N,t,达到预拉力,P,的,80,时，螺杆内拉力增加很少，且卸载后无松弛现象。,3.8.1.4,高强度螺栓抗拉连接的工作性能,单个高强度螺栓抗拉承载力设计值取为：,一个螺栓的抗拉承载力设计值；,考虑杠杆作用而引起的撬力影响：,当外拉力,N,t,0.5,P,时，不出现撬力，撬力,Q,大约在,N,t,达到,0.5,P,时开始出现，起初增加缓慢，以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而又有所下降,高强度螺栓摩擦型连接抗剪拉,螺栓所受外拉力,N,t,P,时，螺杆中的预拉力,P,基本不变，但板层间压力将减少,到,P,-,N,t,，,接触面的抗滑移系数随,N,t,的增大而减小,外加剪力,N,v,和拉力,N,t,与高强螺栓的受拉、受剪承载力设计值之间具有线性相关关系,高强度螺栓摩擦型连接有拉力作用时，其抗剪承载力应按下式计算：,3.8.1.5,高强度螺栓同时承受剪力和外拉力的工作性能,（,3.56,）,高强度螺栓承压型连接抗剪拉,同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型连接高强度螺栓的计算方法与普通螺栓相同，即：,（,3.57,）,（,3.58,）,轴心力作用抗剪,摩擦型连接,N,min,b,：,承压型连接,N,min,b,：,3.8.2,高强度螺栓群的抗剪计算,（,3.34,）,（,3.54,）,（,3.32,）,（,3.33,）,取较小值,扭距、剪力共同作用与普通螺栓群相同，但应采用,高强度螺栓承载力设计值,计算,轴心力作用抗拉,所需螺栓数目：,式中：,N,t,b,在杆轴方向受拉情况下单个高强螺栓（摩擦型或承压型）的承载力设计值,3.8.3,高强度螺栓群的抗拉计算,（,3.45,）,弯距作用受拉,中和轴在螺栓群形心轴上，最外排螺栓受拉力最大,最大拉力及其验算式：,（,3.59,）,偏心受拉,由于高强度螺栓偏心受拉时，螺拉的最大拉力不得超过,0.8P,，能够保证板层之间始终保持紧密贴合，故高强度螺栓均可按普通螺栓,小偏心受拉,计算，即：,（,3.60,）,摩擦型连接高强度螺栓承受拉力、弯矩和剪力共同作用时其连接板层间的压紧力和接触面的抗滑移系数，随外拉力的增加而减小,摩擦型连接高强度螺栓承受剪力和拉力联合作用时，单个螺栓的抗剪承载力设计值：,拉力、弯距、剪力共同作用,（,3.61,）,在弯矩和拉力共同作用下，高强螺栓群中的拉力各不相同，且螺栓最大拉力应满足：,摩擦型,高强螺栓剪力,V,的验算应满足：,或,（,3.63,）,承压型,高强螺栓抗拉抗剪计算公式：,（,3.57,）,（,3.58,）,1.2,为承压强度设计值降低系数计算,N,c,b,采用无拉力状态,f,c,b,值,例,3.16,如图所示高强度螺栓摩擦型连接。被连接构件钢材为,Q235-B,，螺栓为,10.9,级，直径,20mm,，接触面采用喷砂处理。试验算此连接的承载力。图中内力均为设计值,由表,3.9,和表,3.8,按公式（,3.63,）,