高强度螺栓连接的优化方案

时间：2023-06-22 理论教育 版权反馈

【摘要】：高强度螺栓摩擦型连接承受剪力时的设计准则是外力不得超过摩擦阻力。图2-39 高强度螺栓受拉T形件如果都处于弹性状态，被接件叠厚为δ，则螺栓的伸长量，被接构件压缩恢复量，而Δb=Δp，这就是变形条件方程。图2-41 高强度螺栓受弯连接弯矩M引起的拉力由螺栓承担，引起的压力由钢板受压区承担。

高强度螺栓连接的优化方案

1.高强度螺栓连接的设计承载力

（1）抗剪设计承载力

1）高强度螺栓摩擦型连接。高强度螺栓摩擦型连接承受剪力时的设计准则是外力不得超过摩擦阻力。每个螺栓的摩擦阻力应该是n_fμP，但是考虑到整个连接中各个螺栓受力未必均匀，应乘以系数α_R，故一个高强度螺栓的抗剪承载力设计值为

N_v^b=α_Rn_fμP （2-39）

式中 n_f——一个螺栓的传力摩擦面数目；

μ——摩擦面的抗滑移系数，见表2-4；

P——高强度螺栓预拉力，见表2-8；

α_R——抗力分项系数的倒数，一般取0.9，最小板厚t≤6mm的冷弯薄壁型钢结构取0.8。

2）高强度螺栓承压型连接。高强度螺栓承压型连接受剪时，为了充分利用高强度螺栓的潜力，高强度螺栓承压型连接的极限承载力由杆身抗剪和孔壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动的作用，计算方法和普通螺栓相同。一个螺栓的承载力设计值应按式（2-40）、式（2-41）计算。

抗剪承载力设计值：

抗压承载力设计值：

Nb_c=d∑tf^b_c （2-41）

式中 f^b_v、f^b_c——承压型高强度螺栓的抗剪、承压强度设计值。

（2）抗拉设计承载力由图2-39可见，在施加外力作用前（图2-39a），预拉力P和挤压力C处于平衡状态，即P=C；当施加外力N_t后（图2-39b），预拉力由P变为P_f，挤压力由C变为C_f，由其平衡状态得出P_f=C_f+N_t。方程中P_f、C_f都是未知的，是一个超静定问题，解此方程必须补充变形条件方程。

图2-39 高强度螺栓受拉T形件

如果都处于弹性状态，被接件叠厚为δ，则螺栓的伸长量，被接构件压缩恢复量，而Δb=Δ_p，这就是变形条件方程。由此得到如下关系：

式中 A_b——螺栓杆截面面积；

A_p——被接件挤压面面积。

通常A_p比A_b大得多，取A_p/A_b=10。当连接件被拉开时，C_f=0，即P_f=N，由式（2-42）得

P_f=1.1P （2-43）

可见当外拉力增量为预拉力P的10%时，连接件被拉开。因此，规范规定每个摩擦型高强度螺栓的抗拉设计承载力为

Nb_t=0.8P （2-44）

这时外拉力增量为7%。

2.高强度螺栓群连接的计算

（1）轴心力作用时的计算高强度螺栓群连接的计算方法和普通螺栓连接计算相同，只是净截面强度验算有区别。

如图2-40所示，在最不利截面1—1前，孔前的接触面已经传去了一部分力。孔前传力占螺栓传力的50%，则最不利截面1—1传力为

式中，n₁——计算截面上的螺栓数；

n——一侧螺栓总数。

图2-40 摩擦型高强度螺栓孔前传力

（2）在扭矩及扭矩、剪力、轴心力共同作用下的计算所用计算公式和计算方法与普通螺栓相同。

（3）高强度螺栓群在弯矩作用下的计算图2-41所示为由高强度螺栓连接的在弯矩M作用下的梁柱接头。

图2-41 高强度螺栓受弯连接

弯矩M引起的拉力由螺栓承担，引起的压力由钢板受压区承担。实际计算时为方便，偏安全地假设无论受拉区、受压区都由螺栓承担，只要受力最大的螺栓的拉力小于0.8P，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合。中和轴像梁一样，位置在截面高度中央，可以认为就在螺栓群形心轴线上。如果以板不被拉开为承载能力的极限，最上端的螺栓拉力应满足式（2-46）。