【文章內容簡介】 是，規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應分別符合下列公式的要求： 驗算剪一拉作用： 221VtbbvtNN? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? （ ） 驗算孔壁承壓： bVcNN? （ ） 式中 VN 、 tN —— 一個螺栓所承受的剪力和拉力設計值； Nbv 、 Nbt —— 一個螺栓的螺桿抗剪和抗拉承載力設計值； Nbc —— 一個螺栓的孔壁承壓載力設計值。 [例題 38] 圖 示一承受斜拉力的螺栓連接。已知被連板件的厚度均為 20mm，鋼材均為 Q235B，已知斜拉力的二個分力分別為 V=300kN， N=200kN，偏心 e=120mm，螺栓采用等距離布置，行距為 100mm，端距為 50mm，共設兩排 C 級螺栓，試選擇螺栓規(guī)格。 51 圖 例題 38 圖 [解 ] 栓群有效截面的核心距為： 2 2 2 214 ( 1 5 1 5 2 5 ) 1 1 . 7 1 1 7 1 2 01 2 2 5y c m m m e m mny? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? 故按大偏心求解螺栓中的最大拉力，此時距最上一行螺栓軸 O’的偏心距39。 2 5 0 3 7 0 3 7e e m m c m? ? ? ?。 由公式（ ）求出受拉力最大的 1 號螺栓的拉力為： 11 2 2 2 2 2239。39。 20 0 37 50 33 .539。 2 ( 50 40 30 20 10 )t N e yN N k Nyi ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? 由剪力引起的螺栓剪力由 12 個螺栓共同承受， 300 2512VN V k N? ? ? 試選用 M20C 級螺栓，查附表 知，其有效面積 Ae=245mm2，查附表 知2 2 21 7 0 / 。 1 4 0 0 / 。 3 0 5 /b b bt V cf N m m f N m m f N m m? ? ? 有 4 1 .7bbt e tN A f kN?? 223 . 1 4 2 01 1 4 0 4 444bbv v vdN n f k N??? ? ? ? ? 2 0 2 0 3 0 5 1 2 2bbccN d tf k N? ? ? ? ? ? 則 22 222 5 3 3 . 5 0 . 9 7 14 4 4 1 . 7vtbbNN? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 2 5 1 2 2bvcN k N N k N?? 故所選螺栓滿足強度要求。 52 167。 36 高強度螺栓連接的構造和計算 高強度螺栓連接的工作性能和構造要求 一、高強度螺栓連接的工作性能 高強度螺栓的抗剪性能 由圖 中可以看出，由于高強度螺栓連接有較大的預拉力，從而使被連板疊中有很大的預壓力，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可達到 1點。通 過 1 點后，連接產生了滑解，當栓桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞。如果連接的承載力只用到 1 點，即為高強度螺栓摩擦型連接；如果連接的承載力用到 4 點，即為高強度螺栓承壓型連接。 高強度螺栓的抗拉性能 高強度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預拉力 P，板層之間則有壓力 C，而 P與 C 維持平衡（圖 ）。當對螺栓施加外拉力 Nt，則栓桿在板層之間的壓力未完全消失前被拉長，此時螺桿中拉力增量為 P? ，同時把壓緊的板件拉松，使壓力 C 減少 C? （圖 圖 高強度螺栓受拉 ）。計算表明，當加于螺桿上的外拉力 Nt 為預拉力 P 的 80%時，螺桿內的拉力增加很少，因此可認為此時螺桿的預拉力基本不變。同時由實驗得知，當外加拉力大于螺桿的預拉力時，卸荷后螺桿中的預拉力會變小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當外加拉力小于螺桿預拉力的 80%時，即無松弛現(xiàn)象發(fā)生。也就是說，被連接板件接觸面間仍能保持一定的壓緊力，可以假定整個板面始終處于緊密接觸狀態(tài)。但上述取值沒有考慮杠桿作用而引起的撬力影響。實際上這種杠桿作用存在于所有螺 栓的抗拉連接中。研究表明，當外拉力 Nt≤ 時，不出現(xiàn)撬力，如圖 所示，撬力 Q 大約在 Nt 達到 時開始出現(xiàn)，起初增加緩慢，以后逐漸加快，到臨近破壞時因螺栓開始屈服而又有所下降。 53 圖 高強度螺栓的撬力影響 由于撬力 Q 的存在，外拉力的極限值由 Nu 下降到 N’u。因此，如果在設計中不計算撬力 Q，應使 N≤ ；或者增大 T 形連接件翼緣板的剛度。分析表明，當翼緣板的厚度 t1不小于 2 倍螺栓直徑時，螺栓中可完全不產生撬力。實際上很難滿足這一條件，可采用圖 所示的加勁肋代替。 在直接 承受動力荷載的結構中，由于高強度螺栓連接受拉時的疲勞強度較低，每個高強度螺栓的外拉力不宜超過 。當需考慮撬力影響時，外拉力還得降低。 二、高強度螺栓連接的構造要求 高強度螺栓預拉力的建立方法 為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強度螺栓的預拉力 P 的準確控制非常重要。針對不同類型的高強度螺栓，其預拉力的建立方法不盡相同。 （ 1）大六角頭螺栓的預拉力控制方法有： ①力矩法 一般采用指針式扭力（測力）扳手或預置式扭力（定力）扳手。目前用得多的是電動扭矩扳手。力矩法是通過控制擰緊力矩來實現(xiàn)控制預拉力。擰緊力矩 可由試驗確定，應使施工時控制的預拉力為設計預拉力的 倍。當采用電動扭矩搬手時，所需要的施工扭矩 Tf 為： ffT kPd? （ ） 式中 Pf—— 施工預拉力，為設計預拉力 1/ 倍； k—— 扭矩系數平均值，由供貨廠方給定，施工前復驗； d—— 高強度螺栓直徑。 為了克服板件和墊圈等的變形，基本消除板件之間的間隙，使擰緊力矩系數有較好的線性度，從而提高施工控制預拉力值的準確度，在安裝大 六角頭高強度螺栓時，應先按擰緊力矩的 50%進行初擰，然后按 100%擰緊力矩進行終擰。對于大型節(jié)點在初擰之后，還應按初擰力矩進行復擰，然后再行終擰。 力矩法的優(yōu)點是較簡單、易實施、費用少，但由于連接件和被連接件的表面和擰緊速度的差異，測得的預拉力值誤差大且分散，一般誤差為177。 25%。 ②轉角法 先用普通扳手進行初擰，使被連接板件相互緊密貼合，再以初擰位置為起點，按終擰角度，用長扳手或風動扳手旋轉螺母，擰至該角度值時，螺栓的拉力即達到施工控制預拉力。 （ 2）扭剪型高強度螺栓是我國 60 年代開始研制， 80 年代制訂出 標準的新型連接件之一。它具有強度高、安裝簡單和質量易于保證、可以單面擰緊、對操作人員沒有特殊要求 54 等優(yōu)點。扭剪型高強度螺栓如圖 (b)所示，螺栓頭為盤頭，螺紋段端部有一個承受擰緊反力矩的十二角體和一個能在規(guī)定力矩下剪斷的斷頸槽。 扭剪型高強度螺栓連接副的安裝需用特制的電動扳手，該扳手有兩個套頭，一個套在螺母六角體上；另一個套在螺栓的十二角體上。擰緊時，對螺母施加順時針力矩，對螺栓十二角體施加大小相等的逆時針力矩，使螺栓斷頸部分承受扭剪，其初擰力矩為擰緊力矩的 50%，復擰力矩等于初擰力矩，終擰至斷頸剪斷 為止，安裝結束，相應的安裝力矩即為擰緊力矩。安裝后一般不拆卸。 預拉力值的確定 高強度螺栓的預拉力設計值 P 由下式計算得到： euP A f??? （ ） 式中 Ae—— 螺栓的有效截面面積； fu—— 螺栓材料經熱處理后的最低抗拉強度。對于 級螺栓， fu=830N/mm2； 級螺栓， fu=1040N/mm2。 式（ ）中的系數考慮了以下幾個因素： ①擰緊螺帽時螺栓同時受到由預拉力引 起的拉應力和由螺紋力矩引起的扭轉剪應力作用。折算應力為： 223? ? ???? （ ） 根據試驗分析，系數 ? 在職 ~ 之間，取平均值為 。式（ ）中分母的 既為考慮擰緊螺栓時扭矩對螺桿的不利影響系數。 ②為了彌補施工時高強度螺栓預拉力的松馳損失，在確定施工控制預拉力時，考慮了預拉力設計值的 1/ 的超張拉，故式（ ）右端分子應考慮 超張拉系數 。 ③考慮螺栓材質的不定性系數 ；再考慮用 fu 而不是用 fy作為標準值的系數 。 各種規(guī)格高強度螺栓預拉力的取值見表 和 。 表 一個高強度螺栓的設計預拉力值（ kN） (GB50017 規(guī)范 ) 螺栓的性能等級 螺栓公稱直徑（ mm） M16 M20 M22 M24 M27 M30 級 80 125 155 180 230 285 級 100 155 190 225 290 355 表 高強度螺栓的預拉力 P 值（ kN） (GB50017 規(guī)范 ) 螺栓的性能等級 螺栓公稱直徑（ mm） M12 M14 M16 級 45 60 80 級 55 75 100 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的大小與連接處構件接觸面的處理方法和構件的鋼號有關。試驗表明，此系數值有隨連接構件接觸面間的壓緊力減小而降低的現(xiàn)象，故與物理學中的摩擦系數有區(qū)別。 我國規(guī)范推薦采用的接觸面處理方法有：噴砂、噴砂后涂無機富鋅漆、噴砂后生赤銹和鋼絲刷消除浮銹或對干凈軋制表面不作處理等 ，各種處理方法相應的 μ 值詳見表 和 55 。 表 摩擦面的抗滑移系數 μ 值 在連接處構件接觸面的處理方法 構 件 的 鋼 號 Q23