普通螺栓的构造和计算

普通螺栓的构造和计算内容摘要：

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： 验算剪一拉作用： 221VtbbvtNN          （ ） 验算孔壁承压： bVcNN （ ） 式中 VN 、 tN —— 一个螺栓所承受的剪力和拉力设计值； Nbv 、 Nbt —— 一个螺栓的螺杆抗剪和抗拉承载力设计值； Nbc —— 一个螺栓的孔壁承压载力设计值。 [例题 38] 图 示一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，已知斜拉力的二个分力分别为 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。 51 图 例题 38 图 [解 ] 栓群有效截面的核心距为： 2 2 2 214 ( 1 5 1 5 2 5 ) 1 1 . 7 1 1 7 1 2 01 2 2 5y c m m m e m mny          故按大偏心求解螺栓中的最大拉力，此时距最上一行螺栓轴 O’的偏心距39。 2 5 0 3 7 0 3 7e e m m c m   。 由公式（ ）求出受拉力最大的 1 号螺栓的拉力为： 11 2 2 2 2 2239。 39。 20 0 37 50 33 .539。 2 ( 50 40 30 20 10 )t N e yN N k Nyi          由剪力引起的螺栓剪力由 12 个螺栓共同承受， 300 2512VN V k N   试选用 M20C 级螺栓，查附表 知，其有效面积 Ae=245mm2，查附表 知2 2 21 7 0 /。 1 4 0 0 /。 3 0 5 /b b bt V cf N m m f N m m f N m m   有 4 1 .7bbt e tN A f kN 223 . 1 4 2 01 1 4 0 4 444bbv v vdN n f k N     2 0 2 0 3 0 5 1 2 2bbccN d tf k N      则 22 222 5 3 3 . 5 0 . 9 7 14 4 4 1 . 7vtbbNN                         2 5 1 2 2bvcN k N N k N 故所选螺栓满足强度要求。 52 167。 36 高强度螺栓连接的构造和计算 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 高强度螺栓的抗剪性能 由图 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。 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 ）。 当对螺栓施加外拉力 Nt，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 P ，同时把压紧的板件拉松，使压力 C 减少 C （图 图 高强度螺栓受拉 ）。 计算表明，当加于螺杆上的外拉力 Nt 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 Nt≤ 时，不出现撬力，如图 所示，撬力 Q 大约在 Nt 达到 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。 53 图 高强度螺栓的撬力影响 由于撬力 Q 的存在，外拉力的极限值由 Nu 下降到 N’u。 因此，如果在设计中不计算撬力 Q，应使 N≤ ；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 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。 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 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 倍。 当采用电动扭矩搬手时，所需要的施工扭矩 Tf 为： ffT kPd （ ） 式中 Pf—— 施工预拉力，为设计预拉力 1/ 倍； k—— 扭矩系数平均值，由供货厂方给定，施工前复验； d—— 高强度螺栓直径。 为了克服板件和垫圈等的变形，基本消除板件之间的间隙，使拧紧力矩系数有较好的线性度，从而提高施工控制预拉力值的准确度，在安装大 六角头高强度螺栓时，应先按拧紧力矩的 50%进行初拧，然后按 100%拧紧力矩进行终拧。 对于大型节点在初拧之后，还应按初拧力矩进行复拧，然后再行终拧。 力矩法的优点是较简单、易实施、费用少，但由于连接件和被连接件的表面和拧紧速度的差异，测得的预拉力值误差大且分散，一般误差为177。 25%。 ②转角法 先用普通扳手进行初拧，使被连接板件相互紧密贴合，再以初拧位置为起点，按终拧角度，用长扳手或风动扳手旋转螺母，拧至该角度值时，螺栓的拉力即达到施工控制预拉力。 （ 2）扭剪型高强度螺栓是我国 60 年代开始研制， 80 年代制订出 标准的新型连接件之一。 它具有强度高、安装简单和质量易于保证、可以单面拧紧、对操作人员没有特殊要求 54 等优点。 扭剪型高强度螺栓如图 (b)所示，螺栓头为盘头，螺纹段端部有一个承受拧紧反力矩的十二角体和一个能在规定力矩下剪断的断颈槽。 扭剪型高强度螺栓连接副的安装需用特制的电动扳手，该扳手有两个套头，一个套在螺母六角体上；另一个套在螺栓的十二角体上。 拧紧时，对螺母施加顺时针力矩，对螺栓十二角体施加大小相等的逆时针力矩，使螺栓断颈部分承受扭剪，其初拧力矩为拧紧力矩的 50%，复拧力矩等于初拧力矩，终拧至断颈剪断 为止，安装结束，相应的安装力矩即为拧紧力矩。 安装后一般不拆卸。 预拉力值的确定 高强度螺栓的预拉力设计值 P 由下式计算得到： euP A f （ ） 式中 Ae—— 螺栓的有效截面面积； fu—— 螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度。 对于 级螺栓， fu=830N/mm2； 级螺栓， fu=1040N/mm2。 式（ ）中的系数考虑了以下几个因素： ①拧紧螺帽时螺栓同时受到由预拉力引 起的拉应力和由螺纹力矩引起的扭转剪应力作用。 折算应力为： 223   （ ） 根据试验分析，系数  在职 ~ 之间，取平均值为。 式（ ）中分母的 既为考虑拧紧螺栓时扭矩对螺杆的不利影响系数。 ②为了弥补施工时高强度螺栓预拉力的松驰损失，在确定施工控制预拉力时，考虑了预拉力设计值的 1/ 的超张拉，故式（ ）右端分子应考虑 超张拉系数。 ③考虑螺栓材质的不定性系数 ；再考虑用 fu 而不是用 fy作为标准值的系数。 各种规格高强度螺栓预拉力的取值见表 和。 表 一个高强度螺栓的设计预拉力值（ kN） (GB50017 规范 ) 螺栓的性能等级 螺栓公称直径（ mm） M16 M20 M22 M24 M27 M30 级 80 125 155 180 230 285 级 100 155 190 225 290 355 表 高强度螺栓的预拉力 P 值（ kN） (GB50017 规范 ) 螺栓的性能等级 螺栓公称直径（ mm） M12 M14 M16 级 45 60 80 级 55 75 100 高强度螺栓摩擦面抗滑移系数 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 和 55。 表 摩擦面的抗滑移系数 μ 值 在连接处构件接触面的处理方法 构 件 的 钢 号 Q23。