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螺栓（铆钉）连接计算方法与示例

2023-08-28 理论教育版权反馈

【摘要】：图3.4-8 螺栓群受力2）螺栓（铆钉）数目确定。螺栓（铆钉）群受轴心力作用时，连接一侧所需螺栓数目按下式计算：式中 η——折减系数，按式采用；Nbmin——单栓承载力设计值。3）高强度螺栓摩擦型连接。图3.4-11 螺栓群偏心受拉（小偏心）图3.4-12 螺栓群偏心受拉（大偏心）①小偏心受拉。

1.螺栓（铆钉）受剪连接计算

（1）单个受剪螺栓（铆钉）承载力计算

1）普通螺栓（铆钉）。单个普通螺栓受剪承载力设计值：

单个铆钉受剪承载力设计值：

单个普通螺栓承压承载力设计值：

N^b_c=d₀∑tf^b_c （3.4-25c）

单个铆钉承压承载力设计值：

N^rc=d₀∑tf^r_c （3.4-25d）

式中 n_v——一个螺栓（铆钉）的受剪面数，单剪n_v=1，双剪n_v=2，四剪n_v=4（图3.4-7）；

d——螺栓直径；

d₀——铆钉孔直径；

f^b_v、f^b_c——螺栓的抗剪和承压强度设计值，按表3.1-4选用；

f^r_v、f^r_c——铆钉的抗剪和承压强度设计值，按表3.1-4选用；

∑_t——在不同受力方向中一个受力方向承压构件总厚度的较小值：

单剪时∑t取t₁和t₂中的较小值；

双剪时∑t取t₁+t₃和t₂中的较小值；

四剪时∑t取t₁+t₃+t₅和t₂+t₄中的较小值（图3.4-7）。

图3.4-7 受剪螺栓计算

a）单剪 b）双剪 c）四剪

一个普通受剪螺栓的承载力设计值N^b_min应取受剪承载力设计值N^b_v和承压承载力设计值N^b_c中的较小者。一个受剪铆钉的承载力设计值N^r_min应取受剪承载力设计值N^r_v和承压承载力设计值N^r_c中的较小者。

2）高强度螺栓承压型连接。单个螺栓受剪承载力设计值（剪切面在栓杆处）：

或（剪切面在螺纹处）

单个螺栓承压承载力设计值：

N^bc=d∑tf^b_c （3.4-26c）

式中 d_e——螺栓螺纹处的有效直径；

f^b_v、f^b_c——高强度螺栓承压型抗剪和承压强度设计值，按表3.1-4选用。

一个高强度螺栓承压型的受剪承载力设计值N^b_min应取受剪承载力设计值N^b_v和承压承载力设计值N^b_c中的较小者。

3）高强度螺栓摩擦型连接。单栓抗剪承载力设计值：

N^b_v=0.9n_f·μ·P （3.4-27）

式中 n_f——传力摩擦面数；

μ——摩擦面的抗滑移系数，按表3.4-3采用；

P——一个高强度螺栓的预拉力，按表3.4-4采用。

表3.4-3 摩擦面的抗滑移系数μ值

表3.4-4 一个高强度螺栓的预拉力P （kN）

（2）螺栓（铆钉）群受轴心力作用计算

1）螺栓（铆钉）承载力修正

在构件的节点处或拼接接头的一端，应根据螺栓或铆钉沿轴向受力方向的连接长度将螺栓（铆钉）的承载力设计值乘以折减系数η：

η=1.0 当l₁≤15d₀时（3.4-28a）

当 15d₀＜l₁≤60d₀时（3.4-28b）

η=0.7 当l₁＞60d₀时（3.4-28c）

式中 d₀——螺栓孔直径；

l₁——螺栓沿受力方向的连接长度（图3.4-8）。

图3.4-8 螺栓群受力

2）螺栓（铆钉）数目确定。螺栓（铆钉）群受轴心力作用时，连接一侧所需螺栓数目按下式计算：

式中 η——折减系数，按式（3.4-28）采用；

N^b_min——单栓承载力设计值。对于高强度螺栓摩擦型，应为式（3.4-27）中的N^b_v。

3）螺栓（铆钉）数目的增加。在下列情况下，螺栓或铆钉的数目应予以增加：

①一个构件借助填板或其他中间板件与另一构件连接的螺栓（摩擦型连接的高强度螺栓除外）或铆钉数目，应按计算增加10%；

②当采用搭接或拼接板的单面连接传递轴心力，因偏心引起连接部位发生弯曲时，螺栓（摩擦型连接的高强度螺栓除外）或铆钉数目应按计算增加10%；

③在构件的端部连接中，当利用短角钢连接型钢（角钢或槽钢）的外伸肢以缩短连接长度时，在短角钢两肢中的一肢上，所用的螺栓或铆钉数目应按计算增加50%；

④当铆钉连接的铆合总厚度超过铆钉孔径的5倍时，总厚度每超过2mm，铆钉数目应按计算增加1%（至少应增加一个铆钉），但铆合总厚度不得超过铆钉孔径的7倍。

（3）螺栓群偏心受剪连接计算螺栓群偏心受剪时，将偏心力向螺栓群的形心O简化后，形成作用在形心处的扭矩T和竖向剪力V（图3.4-9）。在扭矩T和竖向剪力V共同作用下，受到剪力最大的螺栓“1”承受的剪力按下式进行计算：

式中 N^T_1x——扭矩T在螺栓“1”上产生的剪力的水平分量；

N^b_min——单栓承载力设计值，对于高强度螺栓摩擦型，应为式（3.4-27）中的N^b_v；

N^T_1y——扭矩T在螺栓“1”上产生的剪力的竖向分量；

N^v_1y——剪力V在螺栓上产生的竖向剪力；

x₁、y₁——螺栓“1”的横坐标和纵坐标；

∑x²_i、∑y²_i——螺栓群全部螺栓的横坐标和纵坐标的平方和；

n——连接螺栓的数目。

当螺栓群布置成一狭长带状，y₁≥3x₁时，则可在扭矩产生剪力计算中假设x_i=0，式（3.4-30）可以简化为下式：

式中

图3.4-9 螺栓群受偏心力作用

2.螺栓（锚栓、铆钉）受拉连接计算

（1）单个受拉螺栓（锚栓、铆钉）承载力计算

1）普通螺栓（锚栓、铆钉）。单个普通螺栓受拉承载力设计值：

单个锚栓受拉承载力设计值：

单个铆钉受拉承载力设计值：

式中 d_e——螺栓或锚栓在螺纹处的有效直径；

d₀——铆钉孔直径；

f^b_t、f_t^a、f^r_t——普通螺栓、锚栓和铆钉的抗拉强度设计值，按表3.1-4、表3.1-5选用。

2）高强度螺栓承压型连接。一个承压型高强度螺栓的受拉承载力按式（3.4-33a）计算。计算时f^b_t取承压型连接高强度螺栓的抗拉强度设计值（表3.1-4）。

3）高强度螺栓摩擦型连接。一个摩擦型高强度螺栓的受拉承载力设计值按下式计算：

N^b_t=0.8P （3.4-34）

（2）螺栓群受轴心力作用时的受拉螺栓计算螺栓群在轴心拉力作用下（图3.4-10），连接所需螺栓数目按下式计算：

图3.4-10 螺栓群受轴心拉力作用

（3）螺栓群受偏心拉力作用时的受拉螺栓计算

1）普通螺栓。普通螺栓偏心受拉时，分小偏心受拉（图3.4-11）和大偏心受拉（图3.4-12）两种情况。

图3.4-11 螺栓群偏心受拉（小偏心）

图3.4-12 螺栓群偏心受拉（大偏心）

①小偏心受拉。普通螺栓小偏心受拉时，按下列公式进行计算：

式中 y_i——第i个螺栓轴线至螺栓群形心的距离；

n——连接中螺栓数目；

e——偏心距；

N^b_t——普通螺栓单栓抗拉承载力设计值，按式（3.4-33）计算；

∑y²_i——各螺栓至形心轴距离的平方和。

式（3.4-37）成立是按小偏心受拉计算的前提，否则按大偏心受拉计算。

②大偏心受拉。普通螺栓大偏心受拉时，按下列公式进行计算：

式中 y_i′——第i个螺栓轴线至弯矩所指向的最外排螺栓轴线间的距离；

e′——偏心距。

2）高强度螺栓。在偏心拉力作用下，承压型和摩擦型高强度螺栓应满足式（3.4-36）的要求。计算时，承压型连接螺栓的受拉承载力设计值N^b_t按式（3.4-33a）取值，摩擦型高强度螺栓的受拉承载力设计值N_t^b按式（3.4-34）取值。

3.螺栓（铆钉）同时承受拉力和剪力作用时的计算

（1）普通螺栓（铆钉）同时承受拉力和剪力作用的普通螺栓和铆钉，应分别符合下列公式的要求：

普通螺栓

铆钉

式中 N_v、N_t——一个普通螺栓或铆钉所承受的剪力和拉力；

N^b_v、N^b_t、N^b_c——一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力设计值；

N^r_v、N^r_t、N^r_c——一个铆钉的受剪、受拉和承压承载力设计值。

（2）高强度螺栓承压型连接承受拉力和剪力共同作用的承压型连接高强度螺栓应符合下列公式的要求：

式中 N_v、N_t——高强度螺栓所承受的剪力和拉力；

N^b_v、N^b_t、N^b_c——一个高强度螺栓的受剪、受拉和承压承载力设计值。

（3）高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接同时承受拉力和剪力作用时，其承载力按下式计算：

式中 N_v、N_t——高强度螺栓所承受的剪力和拉力；

N^b_v、N^b_t——一个高强度螺栓的受剪、受拉承载力设计值。