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1、,钢结构与施工课件,建筑工程系建筑工程技术教研室 束必清,钢结构的加工制作,钢结构的安装,主 要 学 习 情 境,柱(轴心受力构件),钢结构工程施工质量验收,10,钢结构的连接的种类及其特点,螺栓连接,焊接,高强螺栓连接,一、普通螺栓和高强螺栓的区别,高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈都由高强钢材制作。 普通螺栓常用Q235钢制造。,1、从原材料看,2、从强度等级上看,高强螺栓强度等级高。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4.6级、4.8级、5.6级和8.8级。,高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。 高强螺栓又分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓
2、。 普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力。 普通螺栓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。,3、从受力特点来看,4、从使用上看,建筑结构主构件的螺栓连接，一般均采用高强螺栓连接。 普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。 普通螺栓只需拧紧即可，可重复使用；高强螺栓是预应力螺栓，不可重复使用。,二、螺栓强度等级表示的意义,螺栓强度等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。 例如：强度等级4.6级的螺栓，其含义是： 1、螺栓材质的公称抗拉强
3、度达400MPa； 2、螺栓材质的屈强比值为0.6； 3、螺栓材质的公称屈服强度达4000.6=240MPa； 强度等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后： 1、螺栓材质的公称抗拉强度达1000MPa； 2、螺栓材质的屈强比值为0.9； 3、螺栓材质的公称屈服强度达10000.9=900MPa。 强度等级4.8级、5.6级、8.8级。,三、螺栓的排列(简单、统一、整齐、紧凑）,1、基本形式：并列和错列,2、排布参数：端距，边距，中距,最大、最小距离限值见P44表2.9。,3、排布尺寸要求,一、普通螺栓的规格,1、普通螺栓的形式为六角头型。其代号用M和公称直径数表示。如M16、M20等。,
4、3、普通螺栓分为A级、B级和C级三种。,2、建筑结构常用螺栓直径为 M10、12、14、16、18、20、22、24mm等。,2 普通螺栓连接,2) C级为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.52mm，制作安装方便。螺栓等级为4.6级、4.8级。 C级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。,1)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5.6级、8.8级。很少用，已被高强度螺栓代替。,螺栓受剪,2、受拉螺栓连接外力与栓杆平行 通过螺栓抗拉保持连接。,1、受剪螺栓连接外力与栓杆垂直 以螺栓抗剪形式使连接件紧密连接。,二、普通螺栓连接的受力性能,3、同时受拉剪
5、螺栓连接,b),螺栓受拉,螺栓同时受剪、受拉,a、螺杆被剪断 b、连接件半孔壁挤压破坏 c、钢板拉（压）断 d、钢板剪坏 e、螺杆弯曲破坏,1、受剪螺栓连接五种破坏形式P45,三、受剪螺栓连接,螺栓剪断,2、单个螺栓受剪时的工作性能, 弹塑性工作阶段(2后) 螺杆与孔壁接触、挤压。, 相对滑移阶段(1-2) 传递的剪力大于摩擦 力，连接板间相对滑移。, 弹性工作阶段(0-1) 传递的剪力小于板间的摩擦阻力，连接板间相对位置保持不变。,螺栓工作分以下三阶段,1)单个螺栓的承载力计算公式,分螺栓抗剪和螺栓承压两种情况：,图 受轴力作用螺栓群 剪力分布,图3-54 螺栓的承压面,3、受剪螺栓连接的计
6、算,t连接件最小承压总厚度 fcb螺栓承压设计强度,（2-28）,（2-29）, 螺杆抗剪,NVb一个螺栓的抗剪设计承载力 nv 受剪面数目。单剪nv=1，双剪nv=2 d 螺杆直径（公称直径，附录三表3-5。 常用16、20、22、24等，最常用16、20） fvb 螺栓抗剪设计强度，由附表1.3给出。, 螺杆承压, 式（3-37）、（3-38）说明,d) 上述承载力未计入摩擦。,c ) Nvb和Ncb计算式中的受剪面数nv ，上图中nv =4。,螺栓承载力是Nvb和Ncb中之最小值。,b) t 取 a+b+c和d+e 之间的最小值。,（2-28）,（2-29）,（1）受剪螺栓连接受轴心力作
7、用的设计,目标：确定螺栓数目n和排列。,2）受剪螺栓连接的设计,a、连接所需螺栓数目（假设每个螺栓的受力相同）,n 所需螺栓数 N 轴心力 Nbmin Nvb和Ncb中之较小值, l115d0情况,调整,1、超长调整, l115d0情况,此时，螺栓剪力分布明显不均，距外力N最近的一排螺栓受力最大，会首先破坏并依次逐排朝内破坏。为保证其安全，将承载力乘降低系数。,2.1 一个构件借助填板或其他中间板与另一构件连接 的螺栓（摩擦型高强螺栓除外），应按计算增加10。,2、其他调整,2.2 当采用搭接或拼接板（盖板）的单面连接传递轴 心力，因偏心引起连接部位发生弯曲时，螺栓（摩擦型 高强螺栓除外）数目
8、应按计算增加10。,2.3 在构件的端部连接中，当利用短角钢连接型钢 (角钢或槽钢)的外伸肢以缩短连接长度时，在短角钢 两肢中的一肢上，所用的螺栓数目应按计算增加50。,b、构件净截面强度验算排列设计,验算公式,N 连接件或构件验算截面上的轴心力设计值 An 连接件或构件在验算截面上的净截面面积 f 钢材的抗拉（或抗压）强度设计值,螺栓并列排列,连接构件的不利截面为I-I,盖板的不利截面为II-II,An=(b-n1d0)t,An=2(b-n2d0)t1,螺栓错列排列,除对1-1截面（绿线）验算外，还应对2-2截面（粉红）进行比较验算。,2-2粉红线总长：,扣除螺孔直径后：,n2粉红线截面上的
9、螺孔数,例题3.8 两截面为14x400的钢板，采用双盖板和C级普通螺栓连接。螺栓M20，钢材Q235，承受轴心拉力设计值N960KN.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、拼接盖板、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的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。,解：（1）确定连接盖板截面,采用双盖板拼接，截面尺寸选7400，与被连
10、接钢板截面面积相等，钢材亦为Q235,（2）确定所需螺栓数目和螺栓排列,采用下图的排列方式,（3）验算螺栓排列是否满足要求,1）中距3d0，端距、边距2d0。,2）是否超长,L1=70X2=14015d0=15X(20+2)=330,未超长，不需进行超长调整以降低承载能力。,（4）验算连接板件的净截面强度,练习1： 两截面为14x400的钢板，采用双盖板和C级普通螺栓连接。螺栓M20，钢材Q235，承受轴心拉力设计值N800KN.试设计此连接。,练习2： 两截面为14x400的钢板，采用27x400双盖板和C级普通螺栓连接。螺栓M20，钢材Q235，承受轴心拉力设计值N950KN螺栓连接具体如
11、下图所示（与P47图2-41相同）。试验算此连接是否满足要求。,1、受拉连接的构造,四、受拉螺栓连接P48,（1）受轴力作用的抗拉螺栓,2、受拉螺栓连接的计算,受轴向拉力作用的抗拉螺栓群,验算公式 n需要的螺栓数 N总外拉力, 假定,由几何关系，有,由平衡条件, 危险螺栓上的拉力,上排螺栓（1号）最危险。,螺栓群绕最下一排螺栓轴线（O点）旋转（上部易脱开，转动中心下移）。设螺栓布置有m列，一列螺栓受到的弯矩为M/m。,（2）弯矩作用下的抗拉螺栓,得,式中， N1由弯矩M产生的1号螺栓上 的轴心拉力； y11号螺栓到旋转中心O的距离； yi第i号螺栓到O点的距离； yi2各排螺栓到O点距离的平方
12、和。, 设计条件,例题：一梁和柱的连接，4.6级普通螺栓，M20；承受弯矩和剪力设计值为M=70kN.m,V=360kN，剪力由设在柱翼缘上的支托承受，验算梁柱间的螺栓连接。钢材Q235。,满足要求,(3)偏心拉力的计算,如下图所示。螺栓群受到偏心拉力F作用，根据偏心距的大小分为小偏心受拉和大偏心受拉两种情况。,1）判断大小偏心的依据,小偏心受拉,大偏心受拉,注意：上式中假定螺栓群绕其中心位置处的中心轴发生弯曲，所以其偏心距e为拉力到螺栓群形心的距离。,2）小偏心受拉的情况,其发生弯曲时的转动轴在螺栓群中心位置处。,3）大偏心受拉的情况,当螺栓群大偏心受拉时，螺栓群转动轴位置下移，近似取转动轴
13、在第一排螺栓处。,力矩M作用下，1号螺栓受到的拉力：,3、同时受拉、受剪的螺栓计算,剪力V作用下1号螺栓受到的剪力,满足上式时，保证螺栓本身不会被剪坏和拉坏。但不一定能保证螺栓不承压破坏。因此，还需满足,用相关公式（右图）作近 似验算,NvNcb,3 高强螺栓连接,连接板间摩擦力,摩擦型连接件间的剪力完全靠摩擦力传递。以剪力等于摩擦力为设计极限状态。连接件间不允许相互滑动，变形小，承载力小。工艺保证措施：喷砂等，使抗滑移系数=0.30.5。,分类：,高强螺栓是高强螺栓和配套螺母、垫圈的合称，强度等级10.9级和8.8级。,承压型连接件间允许相互滑动。传力开始时在荷载作用下各连接件间无滑动，剪力
14、由摩擦力和螺杆抗剪共同传递。但当荷载很大时，连接件间有较大塑性变形。接近破坏时，连接件间有相对滑动，摩擦只起推迟滑移作用。剪力由螺杆传递，其特点与普通螺栓相同。因此，有与普通螺栓相同的极限状态螺栓剪坏，孔壁挤压坏，构件被拉断。变形大，不适于受动荷载的连接。,抗拉时与普通螺栓相同，但变形小，可减少锈蚀，改善疲劳性能。,1、确定预拉力P数值（摩擦型、承压型均适用）,一、高强螺栓的预拉力P53,高强螺栓设计予拉力P值（kN）,表2-14,（2）转角法,先用普通扳手把连接件拧紧密，称初拧。 以初拧位置为起点，用电动或风动扳手将螺帽扭1/22/3圈，达到终拧角度。螺栓的拉力即达到预拉力。终拧角度根据螺栓
15、直径，连接件厚度通过实测确定。方法简单，但常常出现预拉力比设计值高。,（3）扭掉螺栓尾部梅花卡法,2、高强螺栓的紧固方法,（1）扭矩法 扭矩扳手能显示扭矩的扳手。,a、单个高强螺栓抗剪承载力设计值,二、摩擦型高强螺栓的计算,抗剪承载力由摩擦力确定。,NVb=0.9nfP NVb单个高强螺栓抗剪承载力设计值 P预拉力 抗滑移（摩擦）系数，见表3-4 nf传力摩擦面数 0.9螺栓受力非均匀系数,1、抗剪承载力计算,摩擦面抗滑移系数值,表3-4,设，一侧的螺栓数为n，平均受剪，承受外力N。,分析方法和计算公式与普通螺栓同。,b、摩擦型高强螺栓群的抗剪计算,每个螺栓承受的剪力为：,单个螺栓承载力设计条
16、件：,(1).所需螺栓数：,(2).构件净截面强度验算,孔前传力分析,n1单列螺栓数量 n 一侧螺栓总数量,P55例题2-8,为什么取0.8P呢？研究表明：连接件刚好被松开时的外力N=1.051.19P，Ntb=0.8P时可以保证连接件不被松驰。,P预拉力,（1）一个高强螺栓的抗拉承载力设计值,2、摩擦型高强螺栓承受拉力时的计算,规范规定：,（2）受拉力作用的摩擦型高强螺栓群计算,所需螺栓个数,3、受弯矩作用的摩擦型高强螺栓群计算,1号螺栓受到最大拉力，验算：,4、受剪力与拉力同时作用的摩擦型高强螺栓群计算,nt连接的传力摩擦面数 摩擦面的抗滑移系数,单个高强螺栓的抗剪承载力：,单个高强螺栓的受拉验算：,保证连接安全的要求：,1、承压型高强螺栓的受剪承载力， 受拉承载力，,三、承压型高强螺栓的计算,拉剪共同作用：,与普通螺栓相同,与普通螺栓系数不同,与普通螺栓相同,作业：,P60，复习思考题：22、23、24、25,P60，训练题：2-1、2-2、2-4、2-5、2-6、2-7、2-10,