《钢结构施工》 钢结构施工》

3.7螺栓和铆钉连接的排列和构造要求 螺栓和铆钉连接的排列和构造要求 3.7.1 螺栓和铆钉的排列 分为并列和错列两种形式。并列比较简单整齐，布置紧 凑，连接板尺寸小，螺栓孔对构件截面削弱较大。错列 可以减小对截面的削弱，但螺栓排列松散，连接板尺寸 较大。

螺栓和铆钉在构件上的排列应考虑以下要求： 受力要求 垂直于受力方向：受拉构件各排螺栓的中距及边距不 能过小，以免使螺栓周围应力集中相互影响，钢板截 面削弱过多，降低其承载能力。在顺力作用方向：端 距应按被连接件材料的抗挤压及抗剪切等强度条件确 定，以使钢板在端部不致被螺栓冲剪破坏，端距不应 小于2d0;中距不宜过大，否则被连接板件间容易发生 鼓曲现象。 构造要求 中距及边距不宜过大，否则连接板件间不能紧密贴合， 潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。 施工要求 保证一定空间，便于打锚和采用扳手拧紧螺帽。根据 扳手尺寸和工人的施工经验、规定最小中距为3d0。 根据以上要求规范规定了螺栓和铆钉的容许距离。

3.8 普通螺栓连接的工作性能和计算 3.8.1 普通螺栓的抗剪连接 1. 抗剪连接的工作性能 抗剪连接是最常见的螺栓连接。抗剪试验可得试件上a、 b两点间的相对位移δ与作用力N的关系曲线。试件由零载 一直加载至连接破坏的全过程，经历三个阶段。

(1)弹性阶段 O1斜直线段：加荷 之初，连接中剪力较小，荷载靠 板件间接触面的摩擦力传递，螺 栓杆与孔壁间的间隙保持不变， 处于弹性阶段，板件间摩擦力大 小取决于拧紧螺帽时螺杆中的初 始拉力，普通螺栓的初应力很小。 此阶段很短，可略去不计。 (2)相对滑移阶段 12水平线段：荷 载增大，剪力达到摩擦力最大值， 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， 直至螺栓杆与孔壁接触。

(3)弹塑性阶段 荷载继续增加，连 接所承受的外力主要靠螺栓与孔壁 接触传递。螺栓杆除主要受剪力外， 还承受弯矩和轴向拉力，孔壁受到 挤压。螺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 的摩擦力随之增大，所以曲线呈上 升状态。达到“3”点时，螺栓或连 接板达到弹性极限。 荷载继续增加，此阶段即使给荷载 很小的增量，连接的剪切变形也迅 速加大，直到连接的最后破坏。曲 线的最高点“4”所对应的荷载即为 普通螺栓连接的极限荷载。

螺栓抗剪连接达到极限承载力时，可能的破坏形式： ①栓杆直径较小时，栓杆可能先被剪断； ②栓杆直径较大、板件较薄时，板件可能先被挤坏，栓 杆和板件的挤压是相对的，也把这

种破坏叫做螺栓承压 破坏； ③板件截面可能因螺栓孔消弱截面太多而被拉断； ④端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏。

第③种破坏形式属于构件的强度计算；第④种破坏形式 由螺栓端距≥2d0来保证。因此，抗剪螺栓连接的计算只 考虑第①、②种破破形式。

2. 一个普通螺栓的抗剪承载力 普通螺栓连接的抗剪承载力，应考虑螺栓杆受剪 和孔壁承压两种情况。 假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布，一个抗剪 螺栓的抗剪承载力设计值为 2 πd b b N v = nv fv 4 nv—受剪面数目，单剪nv=1,双剪nv=2,四剪nv b =4;d—螺栓杆直径(螺栓的公称直径); f v —螺栓 抗剪强度设计值。

螺栓的实际承压应力分布情况难以确定，简化计算， 假定螺栓承压应力分布于螺栓直径平面上，且假定 该承压面上的应力为均匀分布，则一个抗剪螺栓的 承压承载力设计值式为

N cb = d ∑ tf cb

∑ t —在同一受力方向的承压构件的较小总厚度；f cb —螺栓承压强度设计值。

3.轴心剪力作用的普通螺栓群计算 试验表明，螺栓群承受轴心剪力时，螺栓群在长度方向 各螺栓受力不均匀，两端大，中间小。当沿受力方向的 连接长度l1≤15d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，内力 发生重分布，螺栓群中各螺栓受力逐渐均匀，故可认为 轴心力N由每个螺栓平均分担，螺栓数nN n= b N minb N min —一个螺栓抗剪承载力设计值与承压承载力设计值的

较小值

当l1>l5d0时，连接工作进入弹塑性阶段后，各螺杆所 受内力不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏， 随后由外向里依次破坏。为防止端部螺栓提前破坏，因 此，当l1>l5d0 时，螺栓的抗剪和承压承载力设计值应 乘以折减系数η予以降低： l1 η = 1 .1 150 d 0 l1>60d0时，η=0.7。 则所需抗剪螺栓数为 n =

N b ηN min

N 构件截面验算 σ = ≤ f An

板件 1-1截面 N 2-2截面 N n1 N

n 3-3截面 N n1 + n2 N n

1-1截面受力最大

n=

An = t ( B n1d 0 )拼接板

N b ηN min

3-3截面受力最大 An = 2t1(B n3d0 ) 错列螺栓排列，需验算正交截面和折线截面的强度2 An = t[ 2e4 + ( n2 1) e12 + e2 n2 d 0 ]

4.扭矩作用的普通螺栓群计算 首先布置螺栓，然后计算受力最大螺栓所承受的剪力， b 再和 N min 进行比较。 螺栓群在扭矩作用下，每个螺栓均受剪,假设： (1)被连接板件为绝对刚性时，螺栓为弹性的； (2)被连接板件绕螺栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大 小与该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线该螺栓 至形心垂直。

T = N1 r1 + N 2 r2 + N 3 r3 + ... + N n rnT T T T

N nT N1T N 2T N 3T = = = ... = r1 r2 r3 rnr2 T T r3 T T rn N 2 = N1 , N 3 = N1 ,..., N n = N1 r1 r1 r1T T

N1T 2 N1T

T= (r1 + r22 + r32 + ...rn2 ) = ri 2 ∑ r1 r1Tr1 N = = 2 ∑ riT 1

Tr1 xi2 + ∑ yi2 ∑

N1T =

Ty1 yi2 ∑

b N1T ≤ N min

5.扭矩、剪力和轴心力共同作用的普通螺栓群计算 先布置螺栓，再进行验算。T N1x

=

N1T

y1 Ty1 = = 2 r1 ri

∑

∑

Ty1 xi2 +

∑

yi2

T N1 y

=

T N1

x1 Tx1 = = 2 r1 ri

∑

∑

Tx1 xi2 +

∑

yi2

V N = nV 1y

N N1x = nN

N 1= ( N + N ) + (N + NT 1x N 1x 2 T 1y

V 2 1y

)

b ≤ N min

3.8.2 普通螺栓的抗拉连接 1. 一个普通螺拴的抗拉承载力 受拉连接中，螺栓所受的拉力和垂直连接件的刚度有关。 螺栓受拉时，通常不可能使拉力正作用在螺栓轴线上， 通过与螺杆垂直的板件传递。如连接件的刚度较小，受 力后连接件会变形，形成杠杆作用，螺栓有被撬开的趋 势，使螺杆中的拉力增加并产生弯曲现象。考虑杠杆作 用时，螺杆的轴心力为： Nt=N+Q Q—由于杠杆作用对螺栓产生的撬力。 抗拉螺栓连接的破坏形式为栓杆被拉断，一个抗拉螺栓 的承载力设计值为：b Nt

=

πd e4

2

ft

b

撬力大小与连接件的刚度有关，连接件的刚度越小， 撬力越大，同时撬力也与螺栓直径和螺栓所在位置等 因素有关。确定撬力比较复杂，为了简化，规定普通 螺栓抗拉强度设计值取为螺栓钢材抗拉强度设计值的 0.8倍，以考虑撬力的影响。 此外，在构造上也可采取一些措施加强连接件的刚度， 如设置加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。

2、 轴心拉力作用的普通螺栓群计算 螺栓群在轴心力作用下的抗拉连接， 通常假定每个螺栓平均受力，则连 接所需螺栓数为：N n= b Nt

3.弯矩作用的普通螺栓群计算 剪力V通过承托板传递。离中和轴越远螺栓受拉力越大，压应力由 弯矩指向一侧的部分端板承受，设中和轴至端板受压边缘的距离 为c。受拉螺栓截面是孤立的几个螺栓点；端板受压区则是宽度较 大的实体矩形截面。计算形心位置作为中和轴时，所求得的端板 受压区高度c总是很小，中和轴通常在弯矩指向一侧最外排螺栓附 近的某个位置。实际计算时可近似地取中和轴位于最下排螺栓O处 ，即认为连接变形为绕O处水平轴转动，螺栓拉力与O点算起的纵 坐标y成正比。偏安全忽略力臂很小的端板受压区部分的力矩N N1 N 2 N 3 = = = ... = n y1 y2 y3 ynM = N1 y1 + N 2 y2 + N 3 y3 + ... + N n y n = N N1 2 N 2 2 N 3 2 y1 + y2 + y3 + ... + n yn2 y1 y2 y3 yn

Myi Ni = ∑ yi2

N1 =

My1 ≤ N bt ∑ yi2

4、弯矩和拉力共同作用的普通螺栓群计算 螺栓群承受轴心拉力N和弯矩M=Ne的共同作用。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：所有螺栓均承受拉力作用，轴心力由各 螺栓均匀承受；弯矩则

引起以螺栓群形心O处水平轴为中 和轴的三角形应力分布，使上部螺栓受拉，下部螺栓受 压；叠加后全部螺栓均为受拉。可得最大和最小受力螺 栓的拉力，各y均自O点算起： N max = N / n + Ney1 / ∑ yi2 ≤ N tb N min = N / n Ney1 / ∑ yi2 ≥ 0

Nmin≥0时的偏心距e≤

∑

yi2 /(ny1)

(2)大偏心受拉 e > ∑ yi2 /( ny1 )时，端板底部将出现受压区。偏安全取中和 轴位于最下排螺栓O′处，e′和各y′自O′点算起，最上排螺 栓1的拉力最大：

Ne ' y1' b N1 = ≤N t '2 ∑ yi