§3.7 高强螺栓连接的计算

§3.7 高强螺栓连接的计算

一．预拉力的建立

1．转角法：通过工艺试验，确定满足预拉力要求所需角度，在实际工程中采用固定转角，不精确；

2．扭矩法：通过工艺试验，确定满足预拉力要求所需扭矩，制做特殊扳手，如机械的，光电的等等；

3．扭矩螺栓：一种特制螺栓，用特殊扳手，拧断为止——预拉力建立完成。

螺栓垫圈螺母沟槽梅花头扭剪型高强度螺栓

P0.90.90.9fuAe

1.20.9——考虑材料不均匀程度的系数； 0.9——超张拉5%～10%；

0.9——以螺栓的抗拉强度为准，为安全起见引入的附加安全系数； 1.2——拧紧螺栓时产生剪力降低栓杆的承拉能力；

fu——最低抗拉强度。

目前采用的螺栓只有8.8级和10.9级。

二．摩擦型高强螺栓的计算 1．摩擦型高强螺栓的抗剪计算

一个螺栓的抗剪承载能力：

bNv1nvP0.9nvP 1.111对受力最不利螺栓，要求：

bNv≤Nv

2．摩擦型高强螺栓的抗拉计算 （1）摩擦型高强螺栓的受力分析

a)b)N 0 t/2N 0 t/2ΔePfCfΔtPCδ

连接受力之前，根据平衡条件得：CP

连接受拉之后，螺栓伸长t，被连接板压缩量恢复e，此时，螺栓内拉力从P增加为Pf，而被连接板间的压力从C减小为Cf，假定外加拉力为Not，根据平衡条件得：

PfNotCf

根据变形协调条件

te

设螺栓和被连接板的弹性模量皆为E，面积分别为Ab和Aμ，则：

ttEPfP AbEcσcCCf EAμEttEPfP AbECCf AμEccEACCfc

PfPAbCP,CfPfNot

代入等式：

PPfNotAc

PfPAbPfPNot Ac1AbAcAb,取Ac10Ab PfP0.09Not

将Not除以平均荷载分项系数1.3，则

PfP0.07Not

若NotP，则Pf1.07P，即当外拉力达到P时，螺栓内拉力只增加7%，几乎接近5%。

实验发现，当Not超过0.8P时，螺栓将产生应力松弛现象——预拉力变小。当Not0.8P时，无松弛现象，故规范规定一个螺栓的抗拉承载能力为：

Ntb0.8P

只要外拉力Nt>0.5P就会出现不可忽略的撬力。因此，我国《规范》规定，在直接承受动力荷载的结构中，由于高强度螺栓连接受拉时的疲劳强度较低，每个高强度螺栓的外拉力不宜超过0.5P。

对受力最不利螺栓，要求：

Nt≤Ntb

3．摩擦型高强螺栓群的抗弯计算

Nt1旋转中心在形心。

My1myi2≤Ntb＝0.8P

4．摩擦型高强螺栓受拉剪联合作用

NvNtb1 bNvNt或

bNv0.9nv(P1.25Nt)且Nt≤0.8P

三．承压型高强螺栓的计算

1．承压型高强螺栓的的预拉力P和连接处构件接触面的处理方法应与摩擦型高强度螺栓相同。承压型高强螺栓仅用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接。

2．在抗剪连接中，每个承压型高强度螺栓的设计值的计算方法与普通螺栓相同，但当剪切面在螺纹处时，其受剪承载力设计值应按螺纹处的有效面积进行计算。同时，应满足：

bNvnv(πd2/4)fvb bNcdtminfcb

bbbNvmmin{N,Ninvc}

要求：

bNvmax≤Nvmin

3．承压型高强螺栓的抗拉计算

πde2Nftb

4btbb其中ft0.48fu

4．承压型高强螺栓同时承受拉力和剪力

(Nv2Nt2)()≤1 bbNvNtb且Nv≤Nc/1.2

Nv,Nt——每个承压型高强螺栓所受剪力和拉力；

bNv,Ntb,Ncb