普通螺栓的连接方式及计算

第三章 连接

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§3-5 普通螺栓的构造和计算

3.5.1螺栓的排列和其他构造要求 一、螺栓的排列

螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，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。

螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：

（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。 （2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，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：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。

根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。

二、螺栓的其他构造要求

螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求：

（1）为了使连接可靠，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。但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。

（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。

（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。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用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如：制动梁或吊车梁上翼缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支承反力，同时受到反复动力荷载作用，不得采用C级螺栓。柱间支撑与柱的连接，以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘的连接，因承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。

（4）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。

3.5.2普通螺栓的受剪连接

普通螺栓连接按受力情况可分为三类：螺栓只承受剪力；螺栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用。下面先介绍螺栓受剪时的工作性能和计算方法。

一、受剪连接的工作性能

抗剪连接是最常见的螺栓连接。如果以图3.5.2（a）所示的螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上a、b两点之间的相对位移δ与作用力N的关系曲线（图3.5.2b）。该曲线给出了试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历了以下四个阶段：

（1）摩擦传力的弹性阶段在施加荷载之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段，在N-δ图上呈现出0，1斜直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。

（2）滑移阶段当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于N-δ曲线上的1，2水平段。

（3）栓杆传力的弹性阶段荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件间的压紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以N-δ曲线呈上升状态。达到“3”点时，曲线开始明显弯曲，表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。

受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：①当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断（图3.5.3a）；②当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏（图3.5.3b），由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏叫做螺栓承压破坏；③端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏（图3.5.3c）；④板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断（图3.5.3d）。

上述第③种破坏形式由螺栓端距l1≥2d。表保证；第④种破坏属于构件的强度验算。因此，普通螺栓的受剪连接只考虑①、②两种破坏形式。

二、单个普通螺栓的受剪计算

普通螺栓的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，因此应分别计算，取其小值进行设计。计算时做了如下假定：①栓杆受剪计算时，假定螺栓受剪面上的剪应力是均匀分布的；②孔壁承压计算时，假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布。考虑一定的抗力分项系数后，得到普通螺栓受剪连接中，每个螺栓的受剪和承压承载力设计值如下：

三、普通螺栓群受剪连接计算

1、普通螺栓群轴心受剪

试验证明，螺栓群的受剪连接承受轴心力时，与侧焊缝的受力相似，在长度方向各螺栓受力是不均匀的（图3.5.4），两端受力大，中间受力小。当连接长度l1≤15d0（d0为螺孔直径）时，由于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，故可认为轴心力N由每个螺栓平均分担，即螺栓数n为：

当l1>15d0时，连接进入弹塑性阶段后，各螺杆所受内力仍不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，随后由外向里依次破坏。

根据试验，并参考国外的规定，我国规范规定，当l1>15d0时，应将承载力设计值乘以折减系数：

则对长连接，所需抗剪螺栓数为：

2、普通螺栓群偏心受剪

图3.5.5示螺栓群承受偏心剪力的情形，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=F?e的联合作用

在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受力，即：

3.5.3普通螺栓的受拉连接

一、普通螺栓受拉的工作性能

沿螺栓杆轴方向受拉时，一般很难做到拉力正好作用在螺杆轴线上，而是通过水平板件传递，如图3.5.6所示。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 式中Q称为撬力。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。

为了简化计算，我国规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20%来考虑撬力影响。例如4.6级普通螺栓（3号钢做成），取抗拉强度设计值为：

这相当于考虑了撬力Q=0.25N。一般来说，只要按构造要求取翼缘板厚度t≥20mm，而且螺栓距离b不要过大，这样简化处理是可靠的。如果翼缘板太薄时，可采用加劲肋加强翼缘，如图3.5.7所示。

二、单个普通螺栓的受拉承载力

采用上述方法考虑撬力之后，单个螺栓的受拉承载力的设计值为：

三、普通螺栓群受拉

1、栓群轴心受拉

图3.5.8示栓群轴心受拉，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：

2、栓群承受弯矩作用

图3.5.9所示为螺栓群在弯矩作用下的受拉连接（图中的剪力V通过承托板传递）。按弹性设计法，在弯矩作用下，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（图3.5.9c）。这种连接的受力有如下特点：

受拉螺栓截面只是孤立的几个螺栓点；而端板受压区则是宽度较大的实体矩形截面（图3.5.9b、c）。当计算其形心位置作为中和轴时，所求得的端板受压区高度c总是很小，中和轴通常在弯矩指向一侧最外排螺栓附近的某个位置。因此，实际计算时可近似地取中和轴位于最下排螺栓O处，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成正比。在对O点水平轴列弯矩平衡方程时，偏安全地忽略了力臂很小的端板受压区部分的力矩。

3、栓群偏心受拉

螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉力N和弯知M=N?e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。

（1）小偏心受拉

当偏心较小时，所有螺栓均承受拉力作用，端板与柱翼缘有分离趋势，故在计算时轴心拉力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（图3.5.10a、b），使上部螺栓受拉，下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均受拉。可推出最大、最小受力螺栓的拉力和满足设计要求的公式如下（y i均自O点算起）：

（2）大偏心受拉

3.5.4普通螺栓受剪力和拉力的联合作用

大量的试验研究结果表明，同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓（图3.5.12）有两种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。

于是，规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：

相关知识点

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连接螺栓的数目计算

钢板的单面连接，如下图，按等强度原则计算。钢板承受轴心拉力，钢材的钢号为Q235，采用10.9S级的M20螺栓连接，孔径d。=21.5mm;连接处钢板的接触面采用喷砂处理，求连接螺栓的数目。 受拉钢板的单面拼接（单位：mm） 解：设拼接板的截面与被拼接板的截面相同，则拼接板的受拉承载力为N= A n f c =(450-4*21.5)*20*205*10-3 =1492.4KN A n：连接板的截面有效面积（mm2） f c：连接板Q235钢材的强度设计值，205N/mm2 (1)一般情况： 一个摩擦型高强度螺栓的受剪承载力设计值为： N b v = 0.9n fμp=0.9*1*0.45*155=63KN 0.9：抗力分项系数γR的倒数，即取γR=1/0.9=1.111 n f ：传力摩擦面数目，单剪时n f =1；双减时n f =2

μ：摩擦面抗滑移系数，高强度螺栓摩擦面抗滑移系数的大小与连接处构件接触面的处理方法和构件的钢号有关。试验表明，此系数值有随连接构件接触面间的压紧力减小而降低的现象，故与物理学中的摩擦系数有区别。 我国规范推荐采用的接触面处理方法有：喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷砂后生赤锈和钢丝刷消除浮锈或对干净轧制表面不作处理等，各种处理方法相应的μ值详见表3.6.3和3.6.4。 由于冷弯薄壁型钢构件板壁较薄，其抗滑移系数均较普通钢结构的有所降低。 钢材表面经喷砂除锈后，表面看来光滑平整，实际上金属表面尚存在着微观的凹凸不平，高强度螺栓连接在很高的压紧力作用下，被连接构件表面相互啮合，钢材强度和硬度愈高，要使这种啮合的面产生滑移的力就愈大，因此，μ值与钢种有关。 试验证明，摩擦面涂红丹后μ＜0.15，即使经处理后仍然很低，故严禁在摩擦面上涂刷红丹。另外，连接在潮湿或淋雨条件下拼装，也会

普通螺栓连接施工工艺标准

6 普通螺栓连接施工工艺标准 6.1 适用范围 本工艺标准规定了普通螺栓的施工要求、方法和质量标准等，适用于钢结构安装工程，普通螺栓连接的施工技术。 6.2 编制依据的标准、规范 GB50300-2001 建筑工程施工质量验收统一标准 GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范 GB3098-2000 紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱 6.3术语和符号 普通螺栓：螺栓按照性能等级分 3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等十个等级，8.8级以下（不含8.8级）通称普通螺栓。 6.4 施工准备 6.4.1 技术准备 1.由项目技术负责人组织专业技术人员熟悉图纸，组织好图纸会审，领会设计意图。 2.针对工程作法及结构设计图纸，熟悉施工规范，提前作好技术管理人员的技术培训工作。 3.组织施工人员进行技术、安全交底。 4.编制材料供应计划、按计划供应材料。 5.编制施工过程、材料进场检验计划，按计划施检。 6.4.2 材料准备 1. 螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书，并应符合设计要求和国家标准的规定；

2.螺栓验收入库后应按规格分类存放。应防雨、防潮，遇有螺纹损伤或螺栓、螺母不配套时不得使用。 3. 螺栓不得粘染泥土、油污，必须清理干净。 6.4.3 施工机具准备 开口（套筒）、钢丝刷、冲子、锤子 6.4.4 作业条件准备 1. 施工部位应防止被油污等污染，如有污染必须彻底清理干净。 2. 检查螺栓孔的孔径尺寸，孔边毛刺必须彻底清理。 3. 将同一批号、规格的螺栓、螺母、垫圈配好套，装箱待用。 6.5 施工工艺 6.5.1

螺栓连接接头压强计算值

螺栓连接接头压强计算值表2.2.2 接头尺寸螺栓规格螺栓紧固力矩（N?m）螺栓个数母线接头压强（MPa） 125×125 M20 156.91～196.13 4 11.01～13.96 125×100 M16 78.45～98.07 4 8.46～10.50 125×80 M16 78.45～98.07 4 10.79～13.47 125×63 M12 31.38～39.23 4 7.12～8.90 125×50 M16 78.45～98.07 2 8.46～10.50 125×45 M16 78.45～98.07 2 9.48～11.85 125×40 M16 78.45～98.07 2 10.79～13.47 100×100 M16 78.45～98.07 4 10.79～13.48 100×80 M16 78.45～98.07 4 13.83～17.28 100×63 M16 78.45～98.07 2 8.39～10.48 100×50 M16 78.45～98.07 2 10.79～13.48 100×45 M16 78.45～98.07 2 12.19～15.15 100×40 M16 78.45～98.07 2 13.83～17.28 80×80 M12 31.38～39.23 4 8.91～11.14 80×63 M12 31.38～39.23 4 11.60～14.50 80×63 M14 50.99～61.78 2 7.77～9.42 80×50 M14 50.99～61.78 2 9.99～12.10 80×45 M14 50.99～61.78 2 11.22～13.59 80×40 M14 50.99～61.78 2 12.80～15.50 63×63 M10 17.65～22.56 4 9.84～12.57 63×50 M10 17.65～22.56 4 12.74～16.28 63×50 M12 31.38～39.23 2 9.07～11.33 63×45 M12 31.38～39.23 2 10.17～12.72 63×40 M12 31.38～39.23 2 11.11～14.50 63×31.5 M10 17.65～22.56 2 9.84～12.57 50×50 M8 8.83～10.79 4 9.83～12.01 50×45 M10 17.65～22.56 2 8.57～10.95 50×40 M10 17.65～22.56 2 9.75～12.46 50×31.5 M8 8.83～10.79 2 7.62～9.31 50×25 M8 8.83～10.79 2 9.83～12.01 45×45 M8 8.83～10.79 4 12.46～15.23 40×40 M12 31.38～39.23 1 8.91～11.14 40×31.5 M12 31.38～39.23 1 11.60～14.50 40×25 M10 17.65～22.56 1 9.75～12.46 31.5×60 M10 17.65～22.56 2 10.38～13.27 31.5×31.5 M10 17.65～22.56 1 9.84～12.27 31.5×25 M10 17.65～22.56 1 12.74～16.28 25×25 M8 8.83～10.79 1 9.83～12.01 25×20 M8 8.83～10.79 1 12.64～15.45 20×20 M8 8.83～10.79 1 16.40

机械设计螺栓计算题

1. 用于紧联接的一个M16普通螺栓，小径d 1=14.376mm, 预紧力F ˊ=20000N,轴向工作载荷F =10000N,螺栓刚度C b =1 ×106N/mm,被联接件刚度C m =4×106N/mm,螺栓材料的许用应力[σ]=150N/mm 2; （1）计算螺栓所受的总拉力F （2）校核螺栓工作时的强度。 1. 解 （1） 2.010)41(1016 6 =?+?=+m b b C C C =20000+0.2×10000=22000N ………………（5分） (2) () 2210 376.144220003.143.1??==ππ σd F ca =176.2N/mm 2>[]σ ………………（5分） 2.图c 所示为一托架，20kN 的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃，试计算: 1) 该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F′ 至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12.71×106mm 3）（7分） 2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F ′′ 要保证6956N ， 计算该螺栓所需预紧力F ′ 、所受的总拉力F 0。（3分） （1）、螺栓组联接受力分析：将托架受力 情况分解成下图所示的受轴向载荷Q 和受倾覆力矩M 的两种基本螺栓组连接情况分别考虑。 （2）计算受力最大螺栓的工作载荷F ：（1分） Q 使每个螺栓所受的轴向载荷均等，为:)(50004 200001N Z Q F === 倾覆力矩M 使左侧两个螺栓工作拉力减小；使右侧两个螺栓工作拉力增加，值为：)(41.65935.22745.22710626412 max 2N l Ml F i i =???==∑= 显然，轴线右侧两个螺栓所受轴向工作载荷最大，均为： (3)根据接合面间不出现间隙条件确定螺栓所需的预紧力F ’：

高强度螺栓连接的设计计算.

第39卷第1期建筑结构2009年1月 高强度螺栓连接的设计计算 蔡益燕 （中国建筑标准设计研究院，北京100044） 1高强度螺栓连接的应用 高强度螺栓连接分为摩擦型和承压型。《钢结构 （G设计规范》B50017—2003）（简称钢规）指出目前制 造厂生产供应的高强度螺栓并无用于摩擦型和承压型连接之分”因高强度螺栓承压型连接的剪切变形比摩擦型的大，所以只适用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构”。因为承压型连接的承载力取决于钉杆剪断或同一受力方向的钢板被压坏，其承载力较之摩擦型要高出很多。最近有人提出，摩擦面滑移量不大，因螺栓孔隙仅为115?2mm,而且不可能都偏向一侧，可以用承压型连接的承载力代替摩擦型连接的，对结构构件定位影响不大，可以节省很多螺栓，这算一项技术创新。下面谈谈对于这个问题的认识。 在抗震设计中，一律采用摩擦型；第二阶，摩擦型连接成为承压型连接，要求连接的极限承载力大于构件的塑性承载力，其最终目标是保证房屋大震不倒。如果在设计内力下就按承压型连接设计，虽然螺栓用量省了，但是设计荷载下承载力已用尽。如果来地震,螺栓连接注定要破坏，房屋将不再成为整体，势必倒塌。虽然大部分地区的设防烈度很低，但地震的发生目前仍无法准确预报，低烈度区发生较高烈度地震的概率虽然不多，但不能排除。而且钢结构的尺寸是以mm计的，现代技术设备要求精度极高,超高层建筑的安装精度要求也很高，结构按弹性设计允许摩擦面滑移，简直不可思议，只有摩擦型连接才能准确地控制结构尺寸。总体说来，笔者对上述建议很难认同。2高强度螺栓连接设计的新进展 钢规的715节连接节点板的计算”中,提出了支撑和次梁端部高强度螺栓连接处板件受拉引起的剪切破坏形式（图1）,类似破坏形式也常见于节点板连接，是对传统连接计算只考虑螺栓杆抗剪和钉孔处板件承压破坏的重要补充。 1994年美国加州北岭地震和1995年日本兵库县南部地震，是两次地震烈度很高的强震,引起大量钢框架梁柱连接的破坏，受到国际钢结构界的广泛关注。

螺栓联接的强度计算

螺栓联接的强度计算，主要是根据联接的类型、联接的装配情况(是否预紧)和受载状态等条件，确定螺栓的受力；然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径(螺纹小径)或校核其强度。 1.松螺栓联接 松螺栓联接在装配时不需要把螺母拧紧，在承受工作载荷之前螺栓并不受力，所以螺栓所受到的工作拉力就是工作载荷F，故 螺栓危险截面拉伸强度条件为： 设计公式： ——螺纹小径，mm；F——螺栓承受的轴向工作载荷，N；[σ]——松螺栓联接的许用应力，N/， 许用应力及安全系数见表3-4-1。 2.紧螺栓联接 紧螺栓联接有预紧力F′，按所受工作载荷的方向分为两种情况： （1）受横向工作载荷的紧螺栓联接

(a)普通螺栓联接:左图为通螺栓联接，被联接件承受垂直于轴线的横向载荷。因螺栓杆与螺栓孔间有间隙，故螺纹不直接承受横向载荷，而是预先拧紧螺栓，使被联接零件表面间产生压力，从而使被联接件接合面间产生的摩擦力来承受横向载荷。如摩擦力之总和大于或等于横向载荷，被联接件间不会相互滑移，故可达到联接的目的。 （b)铰制孔用螺栓:承受横向载荷时，不仅可采用普通螺栓联接，也可采用铰制孔用螺栓联接。此时，螺栓孔为铰制孔，与螺栓杆（直径处）之间为过渡配合，螺栓杆直接承受剪切，如上图所示。在受横向载荷的铰制孔螺栓联接中，载荷是靠螺杆的剪切以及螺杆和被联接件间的挤压来传递的。这种联接的失效形式有两种：①螺杆受剪面的塑性变形或剪断；②螺杆与被联接件中较弱者的挤压面被压溃。故需同时验算其挤压强度和剪切强度条件: 剪切强度条件: 挤压强度条件: (2)受轴向工作载荷的紧螺栓联接 现实生活中，螺栓所受外载荷与螺栓轴线平行的情况很多，如左图所示的汽缸盖螺栓联接，即为承受轴向外载荷的联接。右图其受力分析图，在工作载荷作用前，螺栓只受预紧力 ，接合面受压力；工作时，在轴向工作载荷作用下，接合面有分离趋势，该处压 力由减为，称为残余预紧力，同时也作用于螺栓，因此，螺栓所受总拉力应 为轴向工作载荷与残余预紧力之和，即: = + .

联接螺栓强度计算方法

联接螺栓的强度计算方法

一．连接螺栓的选用及预紧力： 1、已知条件： 螺栓的s＝730MPa 螺栓的拧紧力矩T=49N.m 2、拧紧力矩： 为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。 其拧紧扳手力矩T用于克服螺纹副的阻力矩T1及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。 公式：T=T1+T2=K* F* d 拧紧扳手力矩T=49N.m 其中K为拧紧力矩系数， F为预紧力N d为螺纹公称直径mm 其中K为拧紧力矩系数， F为预紧力N d为螺纹公称直径mm 摩擦表面状态K值 有润滑无润滑 精加工表面0.1 0.12 一般工表面0.13-0.15 0.18-0.21 表面氧化0.2 0.24 镀锌0.18 0.22 粗加工表面- 0.26-0.3 取K＝0.28，则预紧力 F＝T/0.28*10*10-3＝17500N 3、承受预紧力螺栓的强度计算： 螺栓公称应力截面面积As（mm）=58mm2

外螺纹小径d1=8.38mm 外螺纹中径d2=9.03mm 计算直径d3＝8.16mm 螺纹原始三角形高度h=1.29mm 螺纹原始三角形根部厚度b=1.12mm 紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。 螺栓的最大拉伸应力σ1(MPa)。 1s F A σ==17500N/58*10-6m 2=302MPa 剪切应力： =0.51σ=151 MPa 根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: =1.3*302=392.6 MPa 强度条件： =392.6≤730*0.8=584 预紧力的确定原则： 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s σ的80%。 () 203 1tan 2 16 v T d F T W d ?ρτπ += = 1.31ca σσ≈[] 02 11.34F ca d σσπ =≤

普通螺栓的连接方式及计算

第三章 连接 返回 §3-5 普通螺栓的构造和计算 3.5.1螺栓的排列和其他构造要求 一、螺栓的排列 螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，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。 螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求： （1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。 （2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，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：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。 根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。

二、螺栓的其他构造要求 螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据不同情况尚应满足下列构造要求： （1）为了使连接可靠，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。但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。 （2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。 （3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。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用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如：制动梁或吊车梁上翼缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支承反力，同时受到反复动力荷载作用，不得采用C级螺栓。柱间支撑与柱的连接，以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘的连接，因承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。 （4）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。 3.5.2普通螺栓的受剪连接 普通螺栓连接按受力情况可分为三类：螺栓只承受剪力；螺栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用。下面先介绍螺栓受剪时的工作性能和计算方法。 一、受剪连接的工作性能 抗剪连接是最常见的螺栓连接。如果以图3.5.2（a）所示的螺栓连接试件作抗剪试验，可得出试件上a、b两点之间的相对位移δ与作用力N的关系曲线（图3.5.2b）。该曲线给出了试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历了以下四个阶段： （1）摩擦传力的弹性阶段在施加荷载之初，荷载较小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段，在N-δ图上呈现出0，1斜直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般说来，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。 （2）滑移阶段当荷载增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于N-δ曲线上的1，2水平段。

摩擦型高强螺栓的计算方式

第三章连接返回 §3-6 高强度螺栓连接的构造和计算 3.6.1高强度螺栓连接的工作性能和构造要求 一、高强度螺栓连接的工作性能 1、高强度螺栓的抗剪性能 由图3.5.2中可以看出，由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。通过1点后，连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。如果连接的承载力只用到1点，即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用到4点，即为高强度螺栓承压型连接。 2、高强度螺栓的抗拉性能 高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P，板层之间则有压力C，而P与C维持平衡（图3.6.1a）。当对螺栓施加外拉力N t，则栓杆在板层之间的压力未完全消失前被拉长，此时螺杆中拉力增量为ΔP，同时把压紧的板件拉松，使压力C减少ΔC（图3.6.1b）。 计算表明，当加于螺杆上的外拉力N t为预拉力P的80%时，螺杆内的拉力增加很少，因此可认为此时螺杆的预拉力基本不变。同时由实验得知，当外加拉力大于螺杆的预拉力时，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，即发生松弛现象。但当外加拉力小于螺杆预拉力的80%时，即无松弛现象发生。也就是说，被连接板件接触面间仍能保持一定的压紧力，可以假定整个板面始终处于紧密接触状态。但上述取值没有考虑杠杆作用而引起的撬力影响。实际上这种杠杆作用存在于所有螺栓

的抗拉连接中。研究表明，当外拉力N t≤0.5P时，不出现撬力，如图3.6.2所示，撬力Q大约在N t达到0.5P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。 由于撬力Q的存在，外拉力的极限值由N u下降到N'u。因此，如果在设计中不计算撬力Q，应使N≤0.5P；或者增大T形连接件翼缘板的刚度。分析表明，当翼缘板的厚度t1不小于2倍螺栓直径时，螺栓中可完全不产生撬力。实际上很难满足这一条件，可采用图3.5.7所示的加劲肋代替。 在直接承受动力荷载的结构中，由于高强度螺栓连接受拉时的疲劳强度较低，每个高强度螺栓的外拉力不宜超过0.5P。当需考虑撬力影响时，外拉力还得降低。 二、高强度螺栓连接的构造要求 1、高强度螺栓预拉力的建立方法 为了保证通过摩擦力传递剪力，高强度螺栓的预拉力P的准确控制非常重要。针对不同类型的高强度螺栓，其预拉力的建立方法不尽相同。 （1）大六角头螺栓的预拉力控制方法有： ①力矩法一般采用指针式扭力（测力）扳手或预置式扭力（定力）扳手。目前用得多的是电动扭矩扳手。力矩法是通过控制拧紧力矩来实现控制预拉力。拧紧力矩可由试验确定，应使施工时控制的预拉力为设计预拉力的1.1倍。当采用电动扭矩搬手时，所需要的施工扭矩T f为：

6 普通螺栓连接施工工艺标准

--------------------------------- 6 普通螺栓连接施工工艺标准 6.1 适用范围 本工艺标准规定了普通螺栓的施工要求、方法和质量标准等，适用于钢结构安装工程，普通螺栓连接的施工技术。 6.2 编制依据的标准、规范 GB50300-2001 建筑工程施工质量验收统一标准 GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范 GB3098-2000 紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱 6.3术语和符号 普通螺栓：螺栓按照性能等级分 3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等十个等级，8.8级以下（不含8.8级）通称普通螺栓。 6.4 施工准备 6.4.1 技术准备 1.由项目技术负责人组织专业技术人员熟悉图纸，组织好图纸会审，领会设计意图。 2.针对工程作法及结构设计图纸，熟悉施工规范，提前作好技术管理人员的技术培训工作。 3.组织施工人员进行技术、安全交底。 4.编制材料供应计划、按计划供应材料。

--------------------------------- 5.编制施工过程、材料进场检验计划，按计划施检。 6.4.2 材料准备 1. 螺栓、螺母、垫圈均应附有质量证明书，并应符合设计要求和国家标准的规定； 2.螺栓验收入库后应按规格分类存放。应防雨、防潮，遇有螺纹损伤或螺栓、螺母不配套时不得使用。 3. 螺栓不得粘染泥土、油污，必须清理干净。 6.4.3 施工机具准备 开口（套筒）、钢丝刷、冲子、锤子 6.4.4 作业条件准备 1. 施工部位应防止被油污等污染，如有污染必须彻底清理干净。 2. 检查螺栓孔的孔径尺寸，孔边毛刺必须彻底清理。 3. 将同一批号、规格的螺栓、螺母、垫圈配好套，装箱待用。 6.5 施工工艺 6.5.1 施工工艺流程

高强螺栓与普通螺栓的区别

高强螺栓与普通螺栓的区别 从原材料看： 高强度螺栓采用高强度材料制造。高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作，常用 45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢。普通螺栓常用Q235钢制造。 从强度等级上看： 高强螺栓，使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级，其中10.9级居多。普通螺栓强度等级要低，一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级。 从受力特点来看： 高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，拧紧螺帽时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计，而高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加很大预拉力，使连接构件间产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力，而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。 根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同。高强螺栓最小规格M12，常用 M16~M30，超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。 高强度螺栓摩擦型和承压型连接的区别： 高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形（螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量），被连接板件按弹性整体受力。在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。总之，摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓，只不过是设计是否考虑滑移。摩擦型高