第3章第6-7节.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 钢结构连接,第六节 普通螺栓连接,一、,普通,螺栓,1、,螺栓类型,(1),A,级、,B,级和,C,级三种,(2),A,级和,B,级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为,8.8级。很少用，已被高强度螺栓代替。,第三章 钢结构连接,(4),小数点前为材料抗拉强度，小数点后为屈强比，刻在螺杆头上。例4.8级表示抗拉强度400,N/mm,2,，,屈服强度320,N/mm,2,。,(5),常用螺栓直径为,d=16，20，24mm，,用,M,表示，如,M16,(3),C,级为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大,1.52,mm,(II,类孔),，,制作安装方便，螺栓等级为,4.6级和4.8级。,C,级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(6),普通,螺栓的有效截面面积,A,e,=,d,2,e,/4，,见下,表：,第六节 普通螺栓连接,补充,P109,表4-1,第三章 钢结构连接,2、,螺栓符号,(1),普通螺栓，安装螺栓，高强度螺栓,(2),孔径,d,o,=d+1.53，,用,f,表示，如孔径,f,22,(3),设计说明：螺栓类型，等级，直径，孔径,第六节 普通螺栓连接,补充,P109,图4-49,第三章 钢结构连接,3螺栓排布,(1),并列和错列：规则、统一、紧凑,(2),排布参数：端距，边距，间距,(3),排布尺寸要求：考虑安装，受力和使用,(4)至少要有两个受力螺栓,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,4、,最大、最小尺寸要求,(1),保证安装要求：,用扳手拧紧螺帽最小间距，节省连接板最大间距和边,(端)距,(2),保证受力要求：,不过多削弱截面，最小间距和边,(端)距,(3),保证使用要求：,避免锈蚀和变形最大间距和边,(端)距,第六节 普通螺栓连接,补充,P109,图4-49,第三章 钢结构连接,(4),型钢上的线距表,，见下,表：,第六节 普通螺栓连接,补充,P111,表4-2,4-2,4-4,第三章 钢结构连接,5、螺栓连接受力,(1)连接,可传递弯矩、剪力和轴力，单个螺栓只能受拉或受剪,(2),受剪螺栓,作用力与螺杆垂直，,受拉螺栓,作用力与螺杆平行,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,二、普通,螺栓,受,剪性能,1、单个螺栓受剪破坏试验,摩擦传力，滑移，螺杆传力，弹塑性破坏,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(1),螺栓直径小，连接板厚，,螺杆剪切破坏,(2)螺栓直径大，连接板薄，,孔壁积压破坏,(3)螺栓孔径大，连接板削弱多，,连接板受拉破坏,(4)连接板端距小，,冲切破坏,(5)连接板厚，螺杆长，,螺杆弯曲破坏,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接2、单个螺栓抗剪承载力,(1)单剪、双剪,(2)螺杆剪切破坏：假设剪应力均匀分布，计算平均剪应力,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)螺杆抗剪承载力,单剪,双剪,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(4)孔壁挤压破坏：假设压应力沿直径均匀分布，计算平均压应力,(5)孔壁挤压承载力,同一方向承压板较小总厚度,板件承压强度,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,3、螺栓群拼接,(1)螺栓群受拉，单个螺栓受剪,(2)螺栓非均匀受剪，连接较长时端部先破坏,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)假设,l,1,15,d,o,时，剪力均匀分布，螺栓群抗剪承载力,(4)假设,l,1,15,d,o,时，剪力非均匀分布，螺栓群抗剪承载力下降,h,为,折减系数,要求,N,N,b,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(1)开孔处受拉破坏面(,I，II，III),4、净截面抗拉强度计算,(2),净截面积计算,螺栓并列排布：直线面积,(截面1),第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,螺栓错列排布：锯齿净面积,(截面1，截面2),计算净截面强度,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,5、螺栓群牛腿,（扭矩和剪力共同作用）,(1)螺栓群受扭(扭矩,T,=,Pe,)、,受剪(剪力,N,=,P,)，,单个螺栓受剪,(2)假设扭矩使连接板绕螺栓群形心,o,转动，扭矩产生的剪力,N,T,i,与螺栓至形心距,r,i,成正比,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(2)扭矩平衡,扭矩产生螺栓剪力,分量,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3),P,在螺栓群中均匀分配,单个螺栓剪力合成,计算受剪力最大的螺栓,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,三、普通,螺栓,受,拉性能,1、单个螺栓受拉破坏试验,螺杆受拉，连接板脱开，螺纹处拉断或连接板屈服,螺杆拉力,N,t,=,N,+,Q,Q,称,为撬力，与连接板厚度和螺栓位置有关,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,增加连接板厚度或设加劲肋可减小撬力,计算螺纹处有效截面应力,螺栓抗拉强度,螺栓抗拉承载力,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,2、螺栓群受拉,拉力均匀分布，螺栓个数,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,3、螺栓群受弯,螺栓受拉，连接板受压，受拉区连接板脱开，螺栓面积小，拉压平衡，受压区高度小。假设转动中和轴在最下排螺栓处。,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,假设螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比,弯矩平衡,弯矩产生螺栓拉力,计算受力最大的螺栓(最外排),第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,4、同时螺栓受拉和受弯,螺栓所受拉力,N,和弯矩,M,取决于偏心距,e=M/N,的,大小,(1)当,e,较小时(图,b，,以,O,点计),第六节 普通螺栓连接补充,P120,图4-64,补充,P120,公式4-47,a,4-47b,(2)当,e,较大时(图,c，,以,O,点计),补充,P120,公式4-48,第三章 钢结构连接,5、同时螺栓受拉受剪螺栓,螺栓所受拉力,N,t,和剪力,N,v,，,试验得破坏近似相关方程,螺栓计算,孔壁挤压计算,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,第七节 高强度螺栓连接,一、高强度,螺栓,1,、,螺栓类型,(1),高强度钢材制成。,(2),按材料强度分成8,.8,级和,10.9,级,(3),按传剪力方式分成摩擦型,和,承压型,(4),按施工方式分成大六角头,和,扭剪型,第三章 钢结构连接,2、受力机理,(1,)高强度螺栓可以传递剪力和拉力,(2)高强度螺栓通过施加预拉力使连接板之间产生预压力，接触面上有摩擦力，,依靠摩擦力传递剪力,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)摩擦型连接,在承载能力极限状态最大剪力不能超过板件间摩擦力。,(4)承压型连接,在承载能力极限状态允许滑动，但最大剪力不能超过螺栓的抗剪承载力和孔壁的承压强度。,(5)高强度螺栓承载力高，变形小，传力可靠，多用于主承重受力构件连接。,(6)高强度螺栓的排布要求与普通螺栓相同，摩擦型螺孔直径比螺杆直径大1.52,mm，,也用,M,表示。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,3、紧固方法与预拉力,P,(1),紧固方法,高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭矩法，转角法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力均匀。,(2)扭矩法,专用扭矩板手，标定预拉力和扭矩之间的关系，通过施加一定扭矩达到预拉力，大六角螺栓。,(3)转角法,手动扳手初拧后，再转动一定角度达到预拉力，不准确性较大，每天标定扳手，大六角螺栓。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,(4)扭剪法,扭剪型螺栓，特制电动扳手，以扭断梅花头为标志，准确可靠，易检查，成本高,。,第七节 高强度螺栓连接,补充,P125,图4-67,第三章 钢结构连接,(5)螺栓预拉力越大，摩擦力越高，连接传力性能越好，但要避免在拧紧阶段发生破坏，还要保留螺栓具有一定的抗拉承载力。我国预拉力定为,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,4、抗滑移系数,m,(1),连接板接触面之间摩擦力的大小与摩擦系数有关，称为抗滑移系数，与表面处理方式有关。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,二、高强度,螺栓,抗,剪计算,1,、,单个螺栓抗剪承载力,单个螺栓周围接触面上的摩擦力为,m,P,，,考虑安全系数,1.11,，,单个螺栓抗剪承载力取,n,f,为摩擦面数，单剪,n,f,=,1，,双剪,n,f,=2,第七节 高强度螺栓连接,补充,P126,图4-68,第三章 钢结构连接,2、摩擦型螺栓抗剪计算,(1)单个螺栓传递的最大剪力,N,v,，,要求,(2)螺栓,群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪,，,要求,螺栓数,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)净截面计算,每个螺栓均匀传力,，,孔前传力系数0.5,净截面拉应力,净截面拉力,第七节 高强度螺栓连接,补充,P127,图4-70,第三章 钢结构连接,3、承压型螺栓抗剪计算,(1)单个螺栓承载力计算方法与普通螺栓相同,n,为受剪面，单剪,n=,1，,双剪,n,=2,高强度螺栓抗剪强度,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,(2)螺栓,群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪,，,要求,螺栓数,(3)净截面计算也可偏安全取与普通螺栓相同,高强度螺栓连接时板件承压强度,实际上摩擦力仍然传递部分剪力，承压型螺栓承载力高，破坏时变形大,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,三、高强度,螺栓,抗,拉计算,1,、,单个螺栓抗拉承载力,由于螺栓预拉力,P,的存在，接触面产生初始压力,C,=,P,，,连接板沿厚度方向压缩。外拉力,N,t,使接触面压力减为,C,-,D,C,，,螺栓拉力增加至,P,+,D,P,，,既要保证螺栓不被拉断，既要保证接触面压力不减为零。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,根据平衡条件：,C,-,D,C,+,N,t,=,P,+,D,P,或：,D,P,=,N,t,-,D,C,，,外拉力,N,t,并非全部传给螺栓,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,假设螺栓面积为,A,b,，,受压接触面积为,A,p,外拉力,N,t,使连接板厚度回弹量为,外拉力,N,t,使螺栓伸长量为,变形协调,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,代入前式得,由试验和分析知,A,p,(10 20),A,b,，,近似取,A,p,10,A,b,外拉力,N,t,只有很小部分直接传给螺栓,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,假设控制剩余接触面压力,C,-,D,C,不低于初始值的1,/4，即,设计取高强度度螺栓的抗拉承载力为,应控制外拉力,N,t,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,2、摩擦型螺栓抗拉计算,(1)单个螺栓传递的最大拉力,N,t,b,，,要求,2)螺栓,群受拉作用时，每个螺栓均匀受拉,，要求,螺栓数,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,三、高强度,螺栓,同时,受拉受剪,1,、,摩擦型螺栓同时抗剪和抗拉承载力计算,用线性相关方程近似表示破坏模式,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,设计要求,或,即,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,2、对于承压型螺栓,用椭圆方程表示破坏模式,设计要求,同时,即,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,同时受拉受剪，一个方向压力减小，板件局部承压强度降低，取,高强度螺栓只受剪时，孔壁三向受压，板件局部承压强度，高。,则,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,四、摩擦型,螺栓,群,受弯连接,1、抗弯连接计算,弯矩使螺栓受力呈三角形分布，中和轴在螺栓群形心,O,处。,最大螺栓1受力为：,第七节 高强度螺栓连接,补充,P129,图4-72,补充,P129,公式4-58,第三章 钢结构连接,2、同时抗拉和抗剪连接计算,假设剪力均匀分布，弯矩使中和轴以上连接板间压力减小，中和轴以下连接板间压力增大，但连接板间不分离。中和轴在螺栓群形心,O,处。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,假设螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比,弯矩产生螺栓拉力,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,计算抗拉承载力(最外排螺栓),计算抗剪承载力(最外排螺栓),或计算全部螺栓承载力,中和轴以下取,N,ti,=0,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,思考题：,1从功能上分类，连接有哪几种基本类型？,2焊缝有两种基本类型对接坡口焊缝和贴角焊缝，二者在,施 工、受力、适用范围上各有哪些特点？,3简述焊接残余应力产生的实质，其最大分布特点是什么？,4画出焊接,H,形截面和焊接箱形截面的焊接残余应力分布图。,5,贴角焊缝中，何为端焊缝？何为侧焊缝？二者破坏截面上,的应力性质有何区别？,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,第七节 高强度螺栓连接,6规范规定：侧焊缝的计算长度不得大于焊脚尺寸的某个,倍数，原因何在？规范同时有焊缝最小尺寸的规定，原,因何在？,7规范禁止3条相互垂直的焊缝相交，为什么。,8举35例说明焊接设计中减小应力集中的构造措施。,9,简述连接设计中等强度法和内力法的含义、,第三章 钢结构连接,第七节 高强度螺栓连接,10 普通螺栓群的单栓抗剪承载力设计值在什么条件下需要 进行折减？为什么折减？怎样折减？（要求绘出接头构造及折减曲线）。,11,摩擦型高强度螺栓本身不存在疲劳破坏问题，原因何在？,12,用承压型高强螺栓连接轴心拉杆时，可否直接承受动载？,