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单元二 项目三项目四螺栓连接
例1.8 验算如图所示,普通螺栓连接。V=233kN, N=349.5kN, M=17.475kNm。M22,C级,钢材Q235,构件板厚均为20mm。 单个螺栓抗拉承载力 【解】 强度验算 支托 50 50 75 75 75 75 60 10 N M V 50 支托 50 50 75 75 75 75 60 10 N M V 50 先假设小偏心,以众栓形心计 例1.9 验算如图所示端板和柱翼缘间普通螺栓的连接强度。普通螺栓4.6级,M22,孔径24mm。 N M o N1 N=245kN a) N=245kN o’ 柱翼缘 节点板 端板 N1 b) 计算模型可为(a图)或(b图)。 a图弯曲转动中心在螺栓群的形心处称小偏心; b图弯曲转动中心在端板上1号螺栓处,称大偏心。 [计算] 1.内力计算 N=245kN,e=13cm,M=Ne=245×13=3185kN-cm 2. 单个螺栓的抗拉承载力: 查P256附表1-4,ftb=170N/mm2 查P48表2-13,Ae=303mm2 (M22螺栓有效截面面积) 3. 计算危险螺栓拉力 设每排螺栓有两列,m=2 一共6排螺栓,螺栓总数12,n=12 判断大小偏心: 此连接属大偏心受拉, 构件应绕顶排螺栓转动。 N=245kN o’ 柱翼缘 节点板 端板 N1 b) 满足 例1.10 验算如图所示普通螺栓连接强度。螺栓M20,孔径21.5mm,材料为Q235。 步骤1 计算螺栓上的力 N=100×3/5=60kN V=100×4/5=80kN 分析螺栓受力状态 荷载P通过螺栓截面形心O,分解后得剪力V和拉力N,螺栓处于既受拉又受剪的状态。 P=100kN 5 4 3 o [计算] Nv=V/n=80/4=20kN Nt=N/n=60/4=15kN 步骤3 用相关公式验算强度 步骤2 计算螺栓抗拉、抗剪承载力设计值 V=80 N=60 Nv=20kN< Ncb =20×20×305 ×10-3=122kN 满足设计要求 Ntb=Aeftb=244.8×170 ×10-3=41.6kN Nvb=nv×(?d2/4) ×fvb =1×3.14×202/4×130×10-3=31.9kN §2 高强度螺栓连接的构造和计算 2.1 高强度螺栓的工作性能和构造要求 强度等级 采用钢材 8.8级 45号钢、40B钢 10.9级 20MnTiB钢、35VB钢 按材料分类 按受力特征分类 受力特征 承载力极限状态 安装孔径 应用特点 摩擦型 外力达到板件摩擦力 d0=d+1.5~2 剪切变形小,耐疲劳,动载下不易松动 承压型 外力超过摩擦力 栓杆受剪 板件承压 d0=d+1.0~1.5 承载力比摩擦型大,剪切变形大,一般不用于直接动载情况 1.高强度螺栓连接工作性能 1) 抗剪连接工作性能 由于高强度螺栓连接有较大的预拉力,从而使被连接件中有很大的预压力,当连接受剪时,主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。通过1点后,连接产生了滑移,当栓杆与孔壁接触后,连接又可继续承载直到破坏。 高强度螺栓 N δ O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓 a b N N/2 N/2 对于高强度螺栓摩擦型连接,其破坏准则为板件发生相对滑移,因此其极限状态为1点,所以1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力。 对于高强度螺栓承压型连接,允许接触面发生相对滑移,破坏准则为连接达到其极限状态4点,所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。 2)高强度螺栓的抗拉工作性能 图1.6.1 高强度螺栓受拉 P+?P C-?C a) b) 高强度螺栓在承受外拉力前,螺杆中已有很高的预拉力P,板层之间则有压力C,而P与C维持平衡C = P (状态a)。 加荷载拉力Nt后,螺栓拉力从P增加了? P,板件挤压力则由C减小了? C (状态b)。 300 250 200 150 100 50 0 50 100 150 200 250 300 Pf(kN) Nu’ Nu Nt (kN) Q 有橇力时的螺栓破坏 无橇力时的螺栓破坏 计算表明,当螺杆的外拉力Nt为预拉力P的80%时,螺杆内的拉力增加很少,可以认为此时螺杆的预拉力基本不变。 当考虑橇力影响时,螺栓杆的拉力Pf与Nt的关系曲线如图: Nt≤0.5P时,橇力Q=0; Nt≥0.5P后,橇力Q出现,增加速度先慢后快。 橇力Q的存在导致连接的极限承载力由Nu降至Nu’。 所以,如设计时不考虑橇力
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