《金属结构设计》第二章金属结构的连接.ppt

2.金属结构的连接,,目录,,2.金属结构的连接2.1金属结构连接概述2.2金属结构的连接方法2.3焊缝连接2.4螺栓连接,,,,2.金属结构的连接,目的金属结构件在制造和组装时，无论是把基本杆件制成部件，还是各杆件组装成整体，都必不可少要用连接实现。如果连接设计不恰当，在金属结构内部就会出现薄弱环节，影响结构的整体刚度和强度。因此，连接的设计同构件本身设计一样重要。好的连接评判原则安全可靠，节约材料，构造简单和施工方便。,2.1金属结构连接概述,2.金属结构的连接,,,,金属结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接（图2－1）。,2.2金属结构的连接方法,图2－1金属结构的连接方法（a）焊缝连接；（b）螺栓连接；（c）铆钉连接,2.金属结构的连接,,金属结构连接的特点,,,2.金属结构的连接,2.3.1焊缝连接的特性2.3.2焊缝强度2.3.3角焊缝的受力情况及强度计算2.3.4对接焊缝的受力情况及强度计算2.3.5焊接残余应力和焊接残余变形,2.3焊缝连接,,,,,,,2.金属结构的连接,,,,,,,,,,,2.3.1焊缝连接的特性,一、金属结构中常用的焊接方法,电弧焊,电阻焊,气焊,常用的焊接方法,手工电弧焊自动埋弧焊半自动埋弧焊CO2气体保护焊,,,2.金属结构的连接,二、焊缝连接的特点,焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下优点⑴不需打孔，省工省时；⑵任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；⑶气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。,缺点⑴焊缝附近有热影响区，材质变脆；⑵焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结构形状尺寸发生变化；⑶焊接裂缝一经发生，便容易扩展。,2.金属结构的连接,,,,常见的焊缝缺陷裂纹、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满等（图2－2）。,,,,,,三、焊缝缺陷,,,,图2－2常见焊缝缺陷,2.金属结构的连接,焊接检验按GB50205－2001钢结构工程施工及验收规范中要求，焊缝质量分为三级。A级（三级）全部外观检查。B级（二级）在全部外观检查的基础上做超声波检验（抽取50％）C级（一级）在A、B级检查后对局部做x射线检验（对不同的结构还可用部颁标准，如水工钢结构可用水工金属结构焊接通用技术条件SL36，又如，建筑钢结构焊接与验收规范等。）,四、焊缝检验,2.金属结构的连接,,五、焊缝标注,,焊缝代号国家标准（GB/T324-1988,,1－箭头线2－实基线3－虚基线4－尾线N－标注焊缝方法或相同的焊缝数量。焊缝在非箭头侧，将焊缝符号注在基线的虚线侧。对称焊缝及双面焊不加虚线。,说明在建筑钢结构焊接与验收规程中无虚线、尾部。,2.金属结构的连接,,,六、焊缝连接型式及焊缝型式,⑴焊缝连接型式,,,,,焊缝连接型式主要有四种平接、搭接、T形连接和角接（图2－3）。,abcde,图2－3焊缝连接型式,a平接；b搭接；c、dT形连接；e角接,2.金属结构的连接,⑵焊缝型式,焊缝可分为对接焊缝和角焊缝。①对接焊缝按受力与焊缝方向分a）直缝作用力方向与焊缝方向正交。b）斜缝作用力方向与焊缝方向斜交。,②角焊缝按受力与焊缝方向分a）正面角焊缝（端焊缝）作用力方向与焊缝长度方向垂直。,b）侧面角焊缝（侧焊缝）作用力方向与焊缝长度方向平行。,③按焊缝连续性a）连续焊缝受力较好。b）断续焊缝易发生应力集中。④按施工位置俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。,2.金属结构的连接,七、焊缝强度,焊缝强度主要取决于焊缝金属和母材金属的强度。并与焊接型式、应力集中程度以及焊接工艺等因素有关（见书中表2－1）。,对接焊缝受压对接焊缝抗压强度设计值（）与母材相同。受拉对接焊缝一级和二级焊缝的抗拉和抗弯强度设计值（）与母材相同；三级焊缝的抗拉和抗弯强度设计值取母材强度设计值的0.85倍。,角焊缝抗拉、抗压和抗弯强度设计值（）取统一的强度设计值。,2.金属结构的连接,八、角焊缝的受力情况及强度计算,一角焊缝的受力情况及构造要求,,,,,,⑴角焊缝的截面型式,角焊缝按两焊脚边间夹角不同可分为直角角焊缝、斜角角焊缝（图2－4）。直角角焊缝又可分为普通式、平坡式和深溶式（凹面式）（图2－4）。斜角角焊缝锐角角焊缝、钝角角焊缝（有凸、凹面）（图2－4）。直角角焊缝的有效厚度,图2－4角焊缝截面型式,斜角角焊缝的有效厚度当时，当时，,（2－1）,2.金属结构的连接,⑵角焊缝的受力情况,角焊缝按其长度方向与受力方向的相对位置可分为正面角焊缝（端焊缝）、侧面角焊缝（侧焊缝）、围焊缝。,,,侧面角焊缝主要承受剪力作用。在弹性阶段，应力沿焊缝长度方向分布不均匀，但塑性,正面角焊缝的应力状态较复杂，其破坏强度比侧面角焊缝高，但塑性较差（图2－6）。,图2－5侧面角焊缝应力分布,较好，在规范长度范围内，应力分布可趋于均匀（图2－5）。,图2－6正面角焊缝应力分布,2.金属结构的连接,⑶角焊缝的尺寸限制,①最小焊脚尺寸（取整毫米数）且②最大焊脚尺寸（取整毫米数）③板件边缘厚度为t的角焊缝，最大焊脚尺寸尚应符合下列要求当时，取；当时，取。选择的焊脚尺寸应符合④角焊缝计算长度的限制对侧焊缝受静力荷载时，；受动力荷载时，；对侧焊缝和端焊缝或40mm；角焊缝计算长度的适宜值为⑤在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，搭接长度应或25mm。,2.金属结构的连接,（二）角焊缝的强度计算,⑴角焊缝计算的基本公式现以图2-7所示的受力情况为例，导出角焊缝计算的基本公式。Nx在焊缝有效截面上引起的沿焊缝轴线方向的剪应力为,Ny在焊缝有效截面上引起的垂直于焊缝轴线方向的应力为,将σf沿焊缝有效截面的法向和垂直于焊缝轴线的切向分解得,根据第四强度理论，角焊缝的强度条件为,2.金属结构的连接,图2－7直角角焊缝的计算图,2.金属结构的连接,⑴角焊缝计算的基本公式（续一）,,,,,将式2-2、2-4、2-5代入式2-6得,或写成,式中βf─正面角焊缝（端焊缝）的强度增大系数。其值为承受静力荷载或间接承受动力荷载时βf＝3/21/2＝1.22直接承受动力荷载时βf＝1.0,正面角焊缝（端焊缝），Nx＝0，即τf＝0，其算式为,侧面角焊缝（侧焊缝），Ny＝0，即σf＝0，其算式为,2.金属结构的连接,,,①角焊缝连接对称焊件当只有侧焊缝时，按式2-10计算；当只有端焊缝时，按式2-9计算；采用围焊缝时，先按式2-9计算端缝承担的内力N，所余内力N-N由侧焊缝承担。若承受动力荷载作用，轴心力Ｎ由全部焊缝有效截面平均承担f＝1.0。,,,2角焊缝受拉力、压力或剪力作用,②采用三面围焊缝连接不对称焊件图2－8计算步骤a.选定端焊缝的hf，计算它能承担的内力；b.按下式确定角钢肢背、肢尖承担的内力,N1＝b2/bN－N3/2＝k1N－N3/2,N2＝b1/bN－N3/2＝k2N－N3/2,,c.选定侧焊缝的hf，按式2－10求出侧焊缝的lw1和lw2。,若无端焊缝，则令上式中的N3＝0即可。,2.金属结构的连接,,图2－8受轴心力作用的角钢和节点板焊缝连接,2.金属结构的连接,,,⑶角焊缝受弯矩、剪力和轴心力共同作用（图2－9）,图2－9受弯、受剪、受拉的角焊缝计算,在弯矩作用下产生x方向（垂直于焊缝长度方向）的应力为,在剪力作用下产生y方向（平行于焊缝长度方向）的应力为,在轴力作用下产生x方向（垂直于焊缝长度方向）的应力为,这三个应力代入式（2－8）得,2.金属结构的连接,,,⑷角焊缝受扭矩、轴力、剪力共同作用（图2－10）,图2－10受扭、受拉、受剪的角焊缝计算,扭矩M在焊缝有效截面上引起的应力,扭矩M引起三面围焊最远点A的应力沿x、y方向分解,,式中焊缝计算截面（有效截面）对形心的极惯性矩；、焊缝角点到焊缝形心轴的距离。,剪力V、轴力N在A点引起的应力为,式2-16b和式2-16c代入式2-8得,角焊缝计算习题,2-1试验算图2.1所示直角角焊缝的强度。已知焊缝承受的斜向静力荷载设计值F＝280kN，θ＝60，角焊缝的焊脚尺寸hf＝8mm，实际长度l＝155mm，钢材为Q235-B，手工焊，焊条E43型。,2-3在图2.2所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，N＝660kN（静力荷载，设计值），角钢为2∠11010，节点板厚度t＝12mm，钢材为Q235B，焊条为E43系列型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺寸hf和实际长度l。,2.金属结构的连接,,,九、对接焊缝的受力情况及强度计算,一对接焊缝的构造要求,为保证焊件熔透，当焊件厚度大于10mm时，须对焊件接头处进行加工，以形成其具有规则的几何形状的沟槽（坡口）。对接焊缝的坡口形式（图2－11）直边Ⅰ形、单边V形、双边V形、U形、K形缝、X形缝等。,板厚t10mm,t＝10～20mm,t20mm,,,,,,,优点用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。缺点需开坡口，焊件长度要精确。,图2－11对接焊缝构造,2.金属结构的连接,,,二对接焊缝的构造处理,⑴起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去2t，t为连接件的较小厚度。⑵变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于14的斜面，避免应力集中。⑶变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于14的斜边，避免应力集中。,图2－12不同厚度或宽度的钢板拼接,2.金属结构的连接,,,三对接焊缝的强度计算,⑴轴心受力时,⑵斜向受力时,⑶弯矩和剪力共同作,⑷轴力、弯矩和剪力共同,⑴轴心受力时对接焊缝的计算,─对接焊缝的抗压、抗拉强度设计值。教材p35表2－1。,（2－17）,图2－13轴心受力的对接焊缝连接,2.金属结构的连接,,⑵对接斜向焊缝受力计算,主要用于焊缝强度设计值低于构件强度设计值的连接中。优点抗动力荷载性能较好缺点较费材料当tg1.5即56.3时，可不验算焊缝强度。,（2－18）,（2－19）,对接焊缝抗剪强度设计值。,斜向焊缝计算长度。,图2－14斜向受力的焊缝,,,2.金属结构的连接,,,⑶弯矩和剪力共同作用时对接焊缝的计算,焊缝内应力分布同母材。同时受弯、剪时，分别验算最大正应力、最大剪应力。,,焊缝截面抵抗矩;,焊缝截面上计算点处以上（以下）截面对中和轴的面积矩。,对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大，但都比较大，所以需验算折算应力。,（2－20）,（2－21）,（2－22）,图2－15弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝,2.金属结构的连接,,⑷轴力、弯矩和剪力共同作用时对接焊的缝计算,牛腿和柱的对接焊缝，剪力全部由腹板承受并均匀分布，弯矩、拉力由全截面承担，与梁计算相同，截面形式和截面上各种应力分布见图2-16。牛腿截面为非对称，在拉力作用下全截面均匀受拉，在剪力作用下，整个腹板截面按均匀抗剪考虑，在弯矩作用下，中和轴以上受拉，中和轴以下受压。因此图中1、2、3、4点均需强度验算。点1为下翼缘最外缘的点，点2为下翼缘与腹板的交界点，点3为上翼缘与腹板的交界点，点4为上翼缘最外缘的点。,图2－16轴力、弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝,,,2.金属结构的连接,,,,,,,⑷轴力、弯矩和剪力共同作用时对接焊的缝计算（续）,点1,点2,点3,点4,有效抗剪面积，整个焊缝截面的截面积；各个计算点到中和轴的距离。,,,2.金属结构的连接,,,,,,,,,,,,例题,某主梁腹板采用图2－17所示的对接焊缝拼接（有引弧板）。已知拼接截面处的内力M＝980KNm；Q＝200KN，荷载均为设计荷载值。钢材为Q235钢，焊条E425型，手工焊接且用普通方法检查焊缝质量。试验算对接焊缝强度。解,图2－17,2.金属结构的连接,,金属结构在焊接过程中，局部区域受到剧烈的高温作用，引起不均匀的加热和冷却，使构件产生焊接变形。由于在冷却时焊缝和焊缝附近的钢材不能自由收缩，受到约束而产生焊接应力（残余应力）。焊接残余应力是自平衡应力。焊接变形和焊接应力是焊接结构的主要问题之一，它直接影响结构的实际工作。,十、焊接应力与焊接变形,2.金属结构的连接,,,（一）残余应力的影响,⑴静力及部分区域的应力叠加对强度无影响⑵降低构件的刚度焊接残余应力的存在增大了结构的变形，故降低了结构的刚度。⑶降低构件的稳定承载力由于刚度降低，有效截面减小，过早地进入弹塑性区，弹性模量降低，所以稳定承载力降低。⑷降低构件的疲劳强度残余应力的存在，加快了疲劳裂纹的开展速度（双向或三向拉应力场），因此，疲劳强度降低。⑸加剧低温冷脆。材料在低温下呈脆性，焊接残余应力的同号拉力场会阻碍材料塑性的发展，加重了脆性因素。,2.金属结构的连接,,,,,,（二）焊接变形的产生和防止,焊接变形金属结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。,焊接变形对构件的影响⑴安装困难，且产生附加应力；⑵降低结构承载能力；⑶影响结构外观。,表现主要有纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等（图2－18）。,图2－18焊接变形,2.金属结构的连接,（三）减少残余应力和焊接变形的方法,⑴设计方面①采用细长、不采用短粗的焊缝；②对称布置焊缝，减小变形；③不等高连接加不大于1/4的斜坡；④尽量防止锐角连接；⑤焊缝不宜过于集中，不要出现交叉焊缝；⑥注意施焊方便，以保证焊接质量。⑵制造方面①采用合理的焊接工艺，如分段退焊、分层焊、对称焊、钢板分块拼接、对角跳焊（工字形截面）等（图2－19）；②制造过程中，采用减少残余应力和焊接变形的方法；③焊后消除残余应力和矫正变形使结构有一个和焊接变形相反的预变形。,2.金属结构的连接,图2－19合理的焊接顺序,2,,,,,,,,,,1,2,4,3,5,6,,,,,,,,1,3,4,2,,,,,,,,,,3,2,1,2.金属结构的连接,2.4螺栓连接,,,,,,,,2.4.1螺栓连接的排列和构造要求一、螺栓的排列二、螺栓、螺栓孔图例2.4.2高强度螺栓连接的工作性能和计算一、高强度螺栓连接的工作性能二、一个高强度螺栓的抗剪承载力三、一个高强度螺栓的抗拉承载力四、高强度螺栓同时承受剪力和拉力的计算五、高强度螺栓群的连接计算,,,2.金属结构的连接,2.4.1螺栓连接的排列和构造要求,一、螺栓的排列,,,,螺栓和铆钉的排列通常分为并列（图2-20a）和错列（图2-20b）两种形式。,,,,,,,,ab图2-20钢板的螺栓铆钉排列,螺栓在构件上的排列应考虑的要求,2.金属结构的连接,⑴受力要求⑵构造要求⑶施工要求,根据以上要求，钢结构设计规范规定的连接板件上螺栓和铆钉的容许距离见表2－1。,表2－1螺栓或铆钉的最大、最小容许距离,2.金属结构的连接,,,,,,,,,,,,,,,,,二、螺栓、螺栓孔图例,2.金属结构的连接,,2.4.2高强度螺栓连接的工作性能和计算,2.金属结构的连接,一、高强度螺栓连接的工作性能,高强度螺栓摩擦型连接只依靠被连接板件间的摩擦力传递剪力，以剪力等于摩擦力作为承载能力的极限状态。高强度螺栓承压型连接的传力特征是剪力超过摩擦力时，板件间发生相互滑移，螺栓杆身与孔壁接触，开始受剪并和孔壁承压。以螺栓或钢板破坏作为承载能力的极限状态，可能的破坏形式和普通螺栓相同。⑴高强度螺栓的预拉力,高强度螺栓连接,摩擦型连接承压型连接,,①预拉力的控制方法,2.金属结构的连接,高强度螺栓分大六角头型图2-21a和扭剪型图2-21b两种，,大六角头螺栓的预拉力控制方法包括扭矩法和转角法。a.扭矩法一般采用可直接显示或控制扭矩的特定扭矩扳手。扭矩法是通过控制拧紧力矩来实现控制预拉力。优点施加预拉力简单，易实施，费用少。缺点由于连接件和被连接件的表面质量和拧紧速度的差异，测得的预拉力值误差大且分散，一般误差为25％。,ab图2-21高强度螺栓,①预拉力的控制方法续,2.金属结构的连接,,b.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。扭剪型高强度螺栓图2－21b特点强度高，安装简便，质量便于控制，可以单面拧紧，对操作人员没有特殊要求。,②预拉力的计算,2.金属结构的连接,高强度螺栓的预拉力设计值P由下式计算，并取5kN的整倍数。,,,,,式中螺栓螺纹处的有效面积；螺栓经热处理后的最低抗拉强度。式2-23中的系数考虑了以下几个因素a.拧紧螺帽时螺栓同时受到由预拉力引起的拉应力和由扭矩引起的扭转剪应力作用。试验表明，可取系数1.2考虑拧紧螺栓时扭矩对螺杆的不利影响。b.施工时为了弥补高强度螺栓预拉力的松弛损失，一般超张拉5％～10％，为此考虑一个超张拉系数0.9。c.考虑螺栓材质的不均匀性，引入一个折减系数0.9。d.由于以螺栓的抗拉强度为准，为了安全引入一个安全系数0.9。各种规格高强度螺栓预拉力的取值列于表2－2。,2-23,表2－2一个高强度螺栓的预拉力P,2.金属结构的连接,,,,注螺栓的性能等级“m.n级”，m表示螺栓成品的抗拉强度不小于m100N/mm2，.n表示螺栓材料的屈强比，即屈服点与抗拉强度的比值。,⑵抗滑移系数,2.金属结构的连接,摩擦面抗滑移系数的大小与连接处板件接触面的处理方法和板件的钢号有关。试验表明，此系数值随被连接板件接触面间的压紧力减小而降低。钢结构设计规范推荐采用的接触面处理方法包括喷砂、喷砂后涂无机富锌漆、喷砂后生锈以及用钢丝刷消除浮锈或未经处理的干净轧制表面等。各种处理方法相应的抗滑移系数μ值列于表2－3。,表2－3摩擦面抗滑移系数μ值,二、一个高强度螺栓的抗剪承载力,2.金属结构的连接,高强度螺栓的抗剪连接的工作性能可通过连接的抗剪试验得到，试验得出的相对位移δ与作用力N的关系曲线如图2-22所示。由曲线可见，试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历了四个阶段，即弹性阶段、相对滑移阶段、螺栓直接传力阶段和弹塑性阶段。,,图2-22单个螺栓的抗剪试验结果,⑴摩擦型连接,2.金属结构的连接,高强度螺栓摩擦型连接是以板件间出现滑动作为抗剪承载能力的极限状态，故其最大承载力点应取板件间产生相对滑动的起始点“1”点。摩擦型连接的承载力取决于板件接触面的摩擦力，而此摩擦力的大小与螺栓所受预拉力、摩擦面的抗滑移系数以及连接的传力摩擦面数有关。因此，一个摩擦型连接高强度螺栓的抗剪承载力设计值为,,式中0.9抗力分项系数的倒数；传力摩擦面数目，单剪时，，双剪时，，依此类推；P一个高强度螺栓的设计预拉力，按表2－2采用；μ摩擦面抗滑移系数，按表2－3采用。,,,,2-24,2.金属结构的连接,承压型连接受剪时，从受力直到破坏的荷载－位移曲线如图2-22所示，由于它允许接触面滑动并以连接达到破坏的极限状态作为设计准则，因此承压型连接的最大抗剪承载力应取图2-22曲线最高点，即“4”点。高强度螺栓承压型连接的计算方法与普通螺栓连接相同。一个承压型高强度螺栓抗剪承载力设计值为,⑵承压型连接,,式中nv受剪面数目，单剪时，nv＝1，双剪时，nv＝2，依此类推；d螺栓杆直径（螺栓的公称直径）；高强度螺栓抗剪强度设计值，按表采用。一个承压型高强度螺栓承压承载力设计值为,,,,,2-25a,式中在同一受力方向的承压构件的较小总厚度；高强度螺栓承压强度设计值，按表采用。,2-25b,2.金属结构的连接,⑴摩擦型连接单个高强度螺栓承受外拉力时，由试验得知，当外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保持一定的压紧力。因此，现行钢结构设计规范规定，在杆轴方向受拉力的高强度螺栓摩擦型连接中，单个高强度螺栓抗拉承载力设计值取为,三、一个高强度螺栓的抗拉承载力,,⑵承压型连接一个承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同，按下式计算（计算结果与0.8P相差不大）。,,,2-26,式中de螺栓的有效直径；螺栓抗拉强度设计值，按表采用。,2-27,2.金属结构的连接,图2-23高强度螺栓受拉力作用,,2.金属结构的连接,四、高强度螺栓同时承受剪力和拉力的计算,⑴摩擦型连接如前所述，当螺栓所受外拉力Nt≤0.8P时，虽然螺杆中的预拉力P基本不变，但板层间压力减小到P－Nt。试验研究表明，这时接触面的抗滑移系数μ也有所降低，而且μ值随Nt的增大而减小。钢结构设计规范将Nt乘以系数1.125来考虑μ值降低的不利影响，故一个摩擦型连接高强度螺栓有外拉力作用时的抗剪承载力设计值为,,,,,式中1.111抗力分项系数。,2-28,将，代人上式，则,式中Nv，Nt某个螺栓所承受的剪力和拉力。,2-29,2.金属结构的连接,⑵承压型连接,同时承受剪力和杆轴方向外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，即按下式计算。（2－30）,,此外，尚应按下式计算孔壁承压。（2－31）,,式中高强度螺栓的承压强度设计值，按表采用。,,各种受力情况的单个高强度螺栓承载力设计值的计算式列于表2-4中。,2.金属结构的连接,表2-4单个高强度螺栓承载力设计值,,,,,,,,,,2.金属结构的连接,五、高强度螺栓群的连接计算,⑴高强度螺栓群的抗剪计算①轴心力作用时轴心力作用的高强度螺栓群抗剪连接所需螺栓数目由下式确定。（2－31）,,对摩擦型连接，按式（2-24）计算。对承压型连接，为分别按式（2-25a）与式（2-25b）计算值的较小值。当剪切面在螺纹处时，计算应将d改为de。②扭矩或扭矩、剪力共同作用时高强度螺栓群在扭矩或扭矩、剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群相同，但应采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。,,,2.金属结构的连接,a.扭矩作用时,首先布置螺栓，然后计算受力最大螺栓所承受的剪力，再和一个高强度螺栓的抗剪承载力设计值（取值同上）进行比较。,,计算时作如下假定a被连接构件是刚性的，而螺栓是弹性的；b各螺栓绕螺栓群形心O旋转图2-24其受力大小与其至螺栓群形心的距离成正比，力的方向与其和螺栓群形心的连线垂直。则受力最大螺栓所承受的剪力为,,,（2－32）,图2-24扭矩作用的螺栓群,当螺栓布置成狭长带时，例如y1＞3x1时，式（2－32）可简化为,,（2－33）,设计时，受力最大的一个螺栓所承受的设计剪力应不大于高强度螺栓的抗剪承载力设计值，即,,（2－34）,2.金属结构的连接,b.扭矩、剪力和轴心力共同作用时,图2-25所示的螺栓群，承受扭矩T、剪力V和轴心力N的共同作用。设计时，通常先布置好螺栓，再进行验算。在扭矩T作用下，螺栓1、2、3、4受力最大为，其在x、y两个方向的分力为,,,在剪力V和轴心力N的作用下，螺栓均匀受力，每个螺栓受力为,,,以上各力对于螺栓都是剪力，故受力最大螺栓1承受的合力N1应满足下式,,（2－35）,2.金属结构的连接,图2-25扭矩、剪力和轴心力共同作用的螺栓群,,2.金属结构的连接,⑵高强度螺栓群的抗拉计算,①轴心力作用时高强度螺栓群连接所需螺栓数目,,（2－36）,式中N作用于螺栓群的轴心拉力设计值；单个高强度螺栓抗拉承载力设计值。,2.金属结构的连接,②弯矩作用时,高强度螺栓的外拉力总是小于预拉力P，在连接受弯矩作用图2-26a而使螺栓沿栓杆方向受力时，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合，因此可认为中和轴在螺栓群的形心轴上图2-26b，最外排螺栓受力最大。则高强度螺栓群因弯矩受拉时最大拉力螺栓的验算式为,,（2－37）,,ab图2-26承受弯矩的高强度螺栓连接,2.金属结构的连接,高强度螺栓承受偏心拉力作用时，螺栓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，端板不会被拉开，故高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接均可按普通螺栓小偏心受拉计算，即,③偏心拉力作用时,,（2－38）,式中N1最大受力螺栓的拉力；N作用于螺栓群的偏心拉力设计值；e偏心距；y1最大受力螺栓到螺栓群形心O处水平轴的距离。,2.金属结构的连接,图2-27a所示为高强度螺栓摩擦型连接承受拉力、弯矩和剪力共同作用的情况。螺栓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。由图2-27b可知，每行螺栓所受拉力Nt各不相同，故应按下式计算摩擦型连接高强度螺栓的抗剪强度。,④拉力、弯矩和剪力共同作用时,,（2－39）,或写成,,（2－40）,式中n0受压区（包括中和轴处）的高强度螺栓数；n连接的螺栓总数；∑Nti螺栓承受拉力的总和。,此外，螺栓最大拉力应满足,,对承压型连接高强度螺栓，应按表2－4中的相应公式计算螺栓杆的抗拉强度和抗剪强度，即按式2-30计算。同时还应按式2-31验算孔壁承压强度。,2.金属结构的连接,图2-27摩擦型连接高强度螺栓的拉力,,ab,2.金属结构的连接,试设计一双盖板拼接的钢板连接。钢材为Q235B，高强度螺栓为8.8级的M20，连接处板件接触面采用喷砂处理，作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N＝800kN，试设计此连接。,[例题2.1],解⑴采用摩擦型连接由表3-8查得每个8.8级的M20高强度螺栓的预拉力P＝125kN，对于Q235钢材接触面作喷砂处理时，由表3-9查得μ＝0.45。一个螺栓的抗剪承载力设计值为（kN）所需螺栓数，取8个。螺栓排列如图2-28右边所示。⑵采用承压型连接时一个螺栓的承载力设计值,,,,图2-28例题2.1图,,,,则所需螺栓数为，取6个。螺栓排列如图2-28左边所示。,,2.金属结构的连接,图2-29所示为高强度螺栓摩擦型连接，被连接板件的钢材为Q235B。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。,[例题2.2],,解由表2-2查得预拉力P＝155kN，由表2-3查得抗滑移系数μ＝0.45。螺栓承受最大拉力为,,,,连接的受剪承载力设计值应按式（2-40）计算,图2-29例题2.2图,2.金属结构的连接,按比例关系可求得,[例题2.2]续,,,,,,,故有,,验算受剪承载力设计值,,,（满足要求）,练习题,2.金属结构的连接,2.3图1为一双盖板拼接的钢板连接左边为承压型连接，右边为摩擦型连接。钢材为Q235B，高强度螺栓为8.8级的M20，连接处板件接触面采用喷砂处理，作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N＝800kN，试验算该连接的强度（）。,2.4图2.4所示为高强度螺栓摩擦型连接，被连接板件的钢材为Q235B。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。,图1题2.3图,图2题2.4图,