螺栓连接计算_螺栓连接规范
1、受力分类
螺栓根据作用不同,按螺栓受力可以分为:受剪、受拉及剪拉共同作用。剪力螺栓靠孔壁承压、螺杆抗剪传力,拉力螺栓靠螺栓受拉,有时普通螺栓同时受剪、受拉。
2、受剪连接的工作性能
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。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。
(4)受剪螺栓连接达到极限承载力,直至破坏 。
3、受剪连接
受力性能与破坏形式
五种破坏形式
(1)栓杆被剪断
(2)板件被挤压破坏
(3)构件被拉断破坏
(4)构件端部被冲剪破坏
(6)螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏
(7)栓杆双剪破坏
上述第④ 种破坏形式由螺栓端距l1≥2d。保证;第③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。
剪力螺栓受力情况
剪力螺栓受力后,当外力不大时,由构件间的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限摩擦力后,构件间相对滑移,螺杆开始接触构件的孔壁而受剪,孔壁则受压。
当连接处于弹性阶段,螺栓群中的各螺栓受力不等,两端大,中间小;当外力继续增大,达到塑性阶段时,各螺栓承担的荷载逐渐接近,最后趋于相等直到破坏。
单个受剪螺栓的承载力计算
螺栓抗剪:
孔壁承压:
最大承载力:
普通螺栓群受剪连接计算
1、普通螺栓群轴心受剪受力特性:沿受力方向,受力分配不均,两端大中间小,在一定范围内,靠塑变可以均布内力,过大时,设计计算时仍按均布,但强度需乘折减系数β,当l1≥15d0时:
(2)普通螺栓群偏心受剪
力F作用下每个螺栓平均受力,则
栓群在扭矩T=Fe作用下,每个螺栓均受剪,按弹性设计法计算的基本假设如下:
① 连接件绝对刚性, 螺栓弹性;
② 连接板件绕栓群形心转动,各螺栓所受剪力大小与该螺栓至形心距离ri成正比,方向则与它和形心的连线垂直。
“1”号螺栓距形心最远,因此,其所受剪力最大。
计算公式推导如下:
设各螺栓至螺栓群形心O的距离为r1 、r2 、r3 …,rn,各螺栓承受的分力分别为N1T、 N2T、N3T …, NnT,根据平衡条件得:
2.受拉螺栓连接受力性能与承载力
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。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:Nt=N+Q
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:
采取构造措施加强连接的刚度,如设加劲肋。
1、单个普通螺栓的受拉承载力
普通螺栓群受拉
2、栓群轴心受拉
图示栓群轴心受拉,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:
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,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(yi均自O点算起):
(2)大偏心受拉
当偏心较大时,应假定旋转中心在弯矩M指向的最外一排螺栓轴线处,按大偏心情况计算:
当无轴心力N只有弯矩M作用
是特例,属于大偏心的情况,应照上式验算。
4、拉剪共同作用螺栓连接计算
同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓,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。
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:
对于C级(4.6级)螺栓,一般不容许受剪(承受静力荷载的次要连接或临时安装连接除外)。此时可设承托板承受剪力,螺栓只承受弯矩M产生的拉力。承托与柱翼缘采用角焊缝连接,按下式计算: