各种受力状态下高强度螺栓的连接性能和计算

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1、钢结构工程研究@‘铜结构'2006增刊各种受力状态下高强度螺栓的连接性能和计算万馨‘蒋梅2呼宇1《1．内蒙古科技大学建筑与土木工程学院。内羹古包头，0140102．包钢(集团)公司炼钢厂设鲁韶．内羹古包头，014010)提要t通过对高强度螺栓在各种受力状态下受力机理的分析，正确理解其计算公式的应用范围，为设计人员在实际工程中的正确使用提供设计依据．关键词·高强度螺栓；摩擦型连接；承压型连接1．概述钢结构高强度螺栓连接是20世纪50年代末开始研究，70年代投入使用并迅速发展起来的螺栓连接新形式，因其具有受力性能好、耐疲劳、抗震

2、性能好、连接刚度高、施工简便等优点，在国内外被广泛应用。随着建筑钢结构工程日益产业化、标准化，采用高强度螺栓连接方式比现场焊接具有更好的综合经济性和合理性，其质量的控制也比现场焊接更为方便，‘钢结构设计规范)(GB50017．2003)(以下简称规范)对高强度螺栓连接的应用已有了部分说明．但仍然不适应高强度螺栓连接多样化的情况，设计人员对高强度螺栓连接的受力性能也存在模糊认识，甚至是错误的观点．’我国现行‘钢结构设计规范)根据单个高强度螺栓受剪时的工作曲线(图1)，将连接分为二类：一是高强度螺栓摩擦型连接；二是高强度螺栓承压

3、型连接。高强度螺栓摩擦型连接是以图l中。1”点作为连接受剪承载力的计算准则，即被连接板件间摩擦阻力刚被克服连接即将产生滑移作为连接的承载能力极限状态，实际上这种连接尚有较大的承载潜力．由于这种连接变形小，田I簟十高薯度雌受翦时的工作蓝缝耐疲劳、不松动，用于直接承受动力荷载的结构连接中．高强度螺栓承压型连接是以图1中。3”点作为连接受剪承载力的计算准则，即受剪力时，被连接板件间的摩擦阻力被克服．板件产生相对滑移．螺栓杆与孔壁相接触．以滑穆后螺栓杆被剪断或螺栓孔壁承压破坏作为连接的承载能力极限状态．这种连接充分利用了螺栓的承载力

4、，受剪力时剪切变形太，不耐疲劳，宜用于承受静力荷载或舸接动力荷载的结构连接中．2．高强度螺栓抗剪连接性能2．1高强度螺栓摩擦型连接抗剪性能和计算高强度螺栓连接副采用抗拉强度很高的钢材制作．摩擦型连接是靠拧紧高强度螺栓所产生的预紧力而使钢板之间产生摩擦力来传递外力的．因此，对连接面的处理是设计要求的第一个关键问题。为使连接表面粗糙，一般都应对其表面进行喷砂处理或其它物理或化学处210钢结构工程研究@‘钢结构’2006增刊理。经过表面处理后，使其连接面之间的摩擦系数加大，而且连接面上不能涂油漆或沾污油水，连接表面应达到粗糙平整，

5、否则高强度螺栓连接会大大减少承载能力．不同类型、不同规格的高强度螺栓有不同的预紧力值，而达到这个预紧力值后才能使高强度螺栓发挥出最大效益。所以提高板件间的摩擦力取决于板叠间的法向压力即螺栓的预拉力只接触面的抗滑移系数F以及传力摩擦面数目n，．螺栓的预拉力P随螺栓直径的增大和性能等级的提高而增大，可以通过规范中表7．2．2-2查得．抗滑移系数口与被连接件接触面的平整度、清洁度和粗糙度以及钢材的强度和硬度有关。为提高高强螺栓的抗剪承载力，被连接板件的接触面要采取抗滑移系数较大的处理方式。、高强度螺栓承受剪力时的设计准则是外力不超

6、过摩擦力。每个螺栓的摩擦阻力大小与摩擦面抗滑移系数F、螺栓预拉力P及摩擦面数目咒，成正比．所以每个螺栓的摩擦阻力应为n，／zP．考虑整个连接中各螺栓受力的不均匀性，乘以系数口，，即一个高强度螺栓的抗剪承载力设计值为：N。9=口。一，∥P(1)式中n，一个螺栓的传力摩擦面数目；岸——摩擦面的抗滑移系数；尸——高强度螺栓的预拉力；口P——航力分项系数的倒数．一般取0．9，最小板厚t≤6m的冷弯薄壁型钢结构取0．8。2．2高强度螺栓承压型连接性能和计算高强度螺栓承压型连接的传力特征是当剪力超过摩擦力时，构件问产生相对滑移，螺杆与孔

7、壁接触，使螺杆受剪和孔壁受压．以螺栓杆被剪坏或孔壁承压破坏为承载力极限状态。从极限状态可以看出承压型连接承载力高于摩擦型连接，但由于承压型连接允许板件滑移，所以变形较大，不适用于直接承受动力荷载的结构的连接。抗剪螺栓连接在受力以后，当外力并不大时，首先由构件问的摩擦力来传递外力。当外力继续增大，超过极限摩擦力后．构件之间出现相对滑移，螺栓杆开始接触螺栓孔壁而使螺栓杆受剪，孔壁则受压。由于板件间的摩擦力只是高强度螺栓承压型连接抗剪承载力的-4,部分，所以板件接触面只选择抗滑移系数较小的处理方式，即清除油污和浮锈，不用再做其他处

8、理。一个抗剪螺栓的设计承载力按下列两式计算：．Ir：／2．抗剪承载力设计值Ⅳ?=n，÷r(2)耳当剪切面在螺纹处时，其受剪承载力设计值应按螺栓螺纹处的有效面积计算，即．刊2．Ⅳ?=nv二=}劈(3)4承压承载力设计值Ⅳ：=d>：∥(4)式中‰——每个螺栓的受剪面数：——螺栓杆直径；z卜一在