1、第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 鋼結構設計原理鋼結構設計原理 Design Principles of Steel Structure 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 焊縫連接焊縫連接 螺栓連接螺栓連接 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 主要內容主要內容 鋼結構的連接鋼結構的連接 對接焊縫的構造和計算對接焊縫的構造和計算 角焊縫的構造和計算角焊縫的構造和計算 普通螺栓的構造和計算普通螺栓的構造和計算 高強度螺栓的構造和計算高強度螺栓的構造和計算 高強度螺栓的工作性能和構造要求高

2、強度螺栓的工作性能和構造要求 高強度螺栓摩擦型連接計算高強度螺栓摩擦型連接計算 （受拉、受剪、受拉又受剪）（受拉、受剪、受拉又受剪） 高強度螺栓承壓型連接計算高強度螺栓承壓型連接計算 高強螺栓群連接的計算高強螺栓群連接的計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 3.6.1 高強度螺栓的工作性能和構造要求高強度螺栓的工作性能和構造要求 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 強度等級強度等級采用鋼材采用鋼材 8.8級級45號鋼、號鋼、40B鋼鋼 10.9級級20

3、MnTiB鋼、鋼、35VB鋼鋼 按材料分類按材料分類 按受力特征分類按受力特征分類 受力特征受力特征承載力極限狀態承載力極限狀態安裝孔徑安裝孔徑應用特點應用特點 摩擦型摩擦型外力達到板件摩擦力外力達到板件摩擦力d0=d+1.52 剪切變形小，耐疲剪切變形小，耐疲 勞，動載下不易松動勞，動載下不易松動 承壓型承壓型 外力超過摩擦力外力超過摩擦力 栓桿受剪栓桿受剪 板件承壓板件承壓 d0=d+1.01. 5 承載力比摩擦型大，承載力比摩擦型大， 剪切變形大，一般不剪切變形大，一般不 用于直接動載情況用于直接動載情況 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 1.1.高

4、強度螺栓連接工作性能高強度螺栓連接工作性能 1) 1) 抗剪連接工作性能抗剪連接工作性能 由于高強度螺栓連接有較大的預拉力，從而使被由于高強度螺栓連接有較大的預拉力，從而使被 連接件中有很大的預壓力，當連接受剪時，主要連接件中有很大的預壓力，當連接受剪時，主要 依靠摩擦力傳力的高強度螺栓連接的抗剪承載力依靠摩擦力傳力的高強度螺栓連接的抗剪承載力 可達到可達到1 1點。通過點。通過1 1點后，連接產生了滑移，當栓點后，連接產生了滑移，當栓 桿與孔壁接觸后，連接又可繼續承載直到破壞。桿與孔壁接觸后，連接又可繼續承載直到破壞。 高強度高強度 螺栓螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓

5、普通螺栓 a b N N/2 N/2 對于對于高強度螺栓摩擦型高強度螺栓摩擦型連接，其破壞準則為板連接，其破壞準則為板 件發生相對滑移，因此其極限狀態為件發生相對滑移，因此其極限狀態為1 1點，所以點，所以 1 1點的承載力即為一個高強度螺栓摩擦型連接的點的承載力即為一個高強度螺栓摩擦型連接的 抗剪承載力。抗剪承載力。 對于對于高強度螺栓承壓型高強度螺栓承壓型連接，允許接觸面發生相連接，允許接觸面發生相 對滑移，破壞準則為連接達到其極限狀態對滑移，破壞準則為連接達到其極限狀態4 4點，點， 所以高強度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計所以高強度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計 算方法與普通螺栓相

6、同。算方法與普通螺栓相同。 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 2 2）高強度螺栓的抗拉工作性能）高強度螺栓的抗拉工作性能 圖圖3.6.1 高強度螺栓受拉高強度螺栓受拉 P+ P C C a) b) 高強度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預拉力高強度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預拉力P，板層之，板層之 間則有壓力間則有壓力C，而，而P與與C維持平衡維持平衡C = P (狀態狀態a)。 加荷載拉力加荷載拉力Nt后，螺栓拉力從后，螺栓拉力從P增加了增加了 P，板件擠壓力則由，板件擠

7、壓力則由C減減 小了小了 C (狀態狀態b)。 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 300 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 300 Pf(kN)(kN) Nu u Nu u Nt (kN)(kN) Q Q 有橇力時的有橇力時的 螺栓破壞螺栓破壞 無橇力時的無橇力時的 螺栓破壞螺栓破壞 計算表明，當螺桿的外拉力計算表明，當螺桿的外拉力Nt為預拉力為預拉力P的的80時，螺桿內的拉力增時，螺桿內的拉力增 加很少，可以認為此時螺桿的預拉力基本不變。加

8、很少，可以認為此時螺桿的預拉力基本不變。 F 當考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力當考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力Pf 與與Nt的關系曲線如圖：的關系曲線如圖： F Nt0.5P時，橇力時，橇力Q=0； F Nt0.5P后，橇力后，橇力Q出現，增加速度出現，增加速度 先慢后快。先慢后快。 F 橇力橇力Q的存在導致連接的極限承載力的存在導致連接的極限承載力 由由Nu降至降至Nu。 F 所以，如設計時不考慮橇力的影響所以，如設計時不考慮橇力的影響, , 應使應使Nt0.5P或增加連接板件的剛度或增加連接板件的剛度 （如設加勁肋）（如設加勁肋）。 直接承受動力荷載的結構外拉力不宜超過直接承受動力荷載的結構外

9、拉力不宜超過0.5 P 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections （1 1）高強度螺栓預拉力的建立方法）高強度螺栓預拉力的建立方法 2.2.高強度螺栓連接的構造要求高強度螺栓連接的構造要求 大六角頭螺栓的預拉力控制方法有：大六角頭螺栓的預拉力控制方法有： a. .力矩法力矩法 初擰初擰用力矩扳手擰至終擰力矩的用力矩扳手擰至終擰力矩的30%50%，使板件貼緊密；，使板件貼緊密； 終擰終擰初擰基礎上，按初擰基礎上，按100%設計終擰力矩擰緊。設計終擰力矩擰緊。 特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差

10、較大。特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。 為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強度度螺栓的預拉力為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強度度螺栓的預拉力P的準確控制的準確控制 非常重要。非常重要。 b. .轉角法轉角法 初擰初擰用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密；用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密； 終擰終擰初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度，初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度， 一般為一般為120o180o完成終擰。完成終擰。 特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計

11、算高強度螺栓連接的構造和計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓） 初擰初擰擰至終擰力矩的擰至終擰力矩的60%80%； 終擰終擰初擰基礎上，以扭斷螺栓桿尾部為準。初擰基礎上，以扭斷螺栓桿尾部為準。 特點：施工簡單、技術要求低易實施、質量易保證等。特點：施工簡單、技術要求低易實施、質量易保證等。 高強度螺栓的施工要求：高強度螺栓的施工要求： 由于高強度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預拉力，由于高強度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預拉力， 因此施工要求較嚴格：因此施工要求較嚴格：

12、 終擰力矩偏差不應大于終擰力矩偏差不應大于10%10%； 如發現欠、漏和超擰螺栓應更換；如發現欠、漏和超擰螺栓應更換； 擰固順序先主后次，且當天安裝，當天終擰完。擰固順序先主后次，且當天安裝，當天終擰完。 如工字型梁為：上翼緣如工字型梁為：上翼緣下翼緣下翼緣腹板。腹板。 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections )2 . 6 . 3( 2 . 1 9 . 09 . 09 . 0 ue fAP Ae螺紋處有效截面積；螺紋處有效截面積； fu螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；8

13、.8級，取級，取fu =830N/mm2， 10.9級，取級，取fu =1040N/mm2 （2 2）高強度螺栓預拉力的確定）高強度螺栓預拉力的確定 高強螺栓的預拉力設計值由下式確定高強螺栓的預拉力設計值由下式確定 考慮材料的不均勻性的折減系數考慮材料的不均勻性的折減系數0.90.9； 為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數0.90.9； 考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產生的剪力對抗拉強度的降低除以考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產生的剪力對抗拉強度的降低除以 系數系數1.21.2。 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 由于高強度螺

14、栓材料無明顯的屈服點，用抗拉強度由于高強度螺栓材料無明顯的屈服點，用抗拉強度fu代替代替fy 的的附加安全系數附加安全系數0.9。 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 螺栓的性能等級螺栓的性能等級 螺螺 栓栓 公公 稱稱 直直 徑（徑（mm） M16M20M22M24M27M30 8.8級級80125150175230280 10.9級級100155190225290355 表表3.6.1 高強螺栓的預拉力高強螺栓的預拉力P (GB 50017) 表表3.6.2高強度螺栓的預拉力高強度螺栓的預拉力P (GB 50018) 螺栓的性能等級螺栓的性能等級 螺螺

15、栓栓 公公 稱稱 直直 徑（徑（mm） M12M14M16 8.8級級456080 10.9級級5575100 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections F 摩擦型高強度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內力的，而摩擦力的摩擦型高強度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內力的，而摩擦力的 大小取決于板件間的擠壓力（大小取決于板件間的擠壓力（P P）和板件間的抗滑移系數）和板件間的抗滑移系數 ； （3 3）高強度螺栓摩擦面抗滑移系數）高強度螺栓摩擦面抗滑移系數 連接處接觸面連接處接觸面 處理方法處理方法 構構 件件

16、 的的 鋼鋼 號號 Q235Q345Q420 噴噴 砂砂 噴砂后涂無機富鋅漆噴砂后涂無機富鋅漆 噴砂后生赤繡噴砂后生赤繡 鋼絲刷清除浮銹或未經處理的干凈軋制表面鋼絲刷清除浮銹或未經處理的干凈軋制表面 0.45 0.35 0.45 0.30 0.50 0.40 0.50 0.35 0.50 0.40 0.50 0.40 表表3.6.3 摩擦面抗滑移系數摩擦面抗滑移系數 值值 F 板件間的抗滑移系數與接觸面的處理方法和構件鋼號有關，其大板件間的抗滑移系數與接觸面的處理方法和構件鋼號有關，其大 小隨板件間的擠壓力的減小而降低；小隨板件間的擠壓力的減小而降低； 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計

17、算高強度螺栓連接的構造和計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 試驗證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數小于試驗證明，摩擦面涂紅丹防銹漆后，抗滑移系數小于0.150.15，故，故 摩擦面應摩擦面應嚴禁涂紅丹嚴禁涂紅丹。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會。另外，連接在潮濕或淋雨條件下拼裝，也會 降低降低 值，故應采取有效措施保證連接處表面的干燥。值，故應采取有效措施保證連接處表面的干燥。 3.6 3.6 高強度螺栓連接的構造和計算高強度螺栓連接的構造和計算 第第3 3章章 連連 接接 Chapter 3 Connections 第第3 3章章 連連 接

18、接 Chapter 3 Connections 3.6.2 高強度螺栓摩擦型連接計算高強度螺栓摩擦型連接計算 1.1.受剪連接承載力受剪連接承載力 一個摩擦型連接高強度螺栓抗剪承載力設計值一個摩擦型連接高強度螺栓抗剪承載力設計值: : 0.90.9抗力分項系數抗力分項系數 R R的倒數的倒數( ( R R=1.111);=1.111); nf f傳力摩擦面數目傳力摩擦面數目; ; 摩擦面抗滑移系數摩擦面抗滑移系數; ; P P預拉力設計值預拉力設計值. . )4 . 6 . 3(9 . 0 f b v PnN 2.2.受拉連接承載力受拉連接承載力 )5 . 6 . 3(8 . 0 PN b t