范文一：钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨

"!西安科技大学 建筑与土木工程学院 西安 S1//65

!摘 要 对摩擦型和承压型连接的高强度螺栓受力特征和应用范围进行对比分析 并对高强度螺栓连接在设计应

!" 用过程中存在的某些问题及影响因素进行探讨 给出钢结构高强螺栓连接设计时有价值的建议

关键词 高强度螺栓 预拉力 摩擦滑移 孔径

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#高强度螺栓连接是 世纪中叶以后发展起来较小剪力从而避 免因栓杆弯曲变形导致受力状态 ./

$不佳 #的一种钢结构连接方式在 某些重型钢结构及轻钢

#根据试验分析摩 擦型连接高强螺栓在磨擦面 结构中采用高强度螺栓连接比现场焊接具有更好的

#这 种能力 #开始滑移前都具有一定的弯矩传递能力 综合经济性和合理性其质量的控制也比 现场焊接

*螺 栓规格以及螺栓布置方 的大小受到磨擦面数量#* 更为方便因此随着建筑钢结构工程的日益产业化

%"#螺栓排列方式相同时螺栓的规格越大 1式的影响#标准化高强度螺栓连接得到了越来越广泛的应用

$"当摩擦面的个数以 .则节点的弯矩传递能力越强 $ !*螺栓连接在钢结构应用中施工条件工程质#有 明显转动中心的连接节 及螺栓的规格都相同时"#出现很多实际的问题通过对以下量和经 济效益$ #因此采 用摩擦型高强螺 点传递弯矩的能力较差#进行总结和探讨希望能对工程技术人几个方面 # 栓连接时要尽量避免使某个螺栓位于转动中心处$员 处理相关 问题有所帮助

否则将会削弱该螺栓的作用并使两侧的螺栓杆与被

$ 二者的受力特征及应用范围 6连接板件间产生较大的挤压作用

% 高强螺栓连接按受力特性通常分为两种类型#相比之下承压型连接的高强螺栓整体性和刚度

# 一种是只依靠摩擦阻力传递力 并 以剪力不超过接***#剪切变形大动力性能差强度储备低所以有承 较差, 触面摩擦力作为设计准则的摩擦型连接高强螺栓压型连接不得应用于直接承受动力或反复荷载作用的

#另一种是允许接触面滑移 设 计时既考虑板叠接接 #构件连接的规定同时承压型连接由于在设计荷载下

#触面的摩擦力又考虑螺栓之间的抗剪和承压 以 连 #$也不宜用于承受有反向内力的连接 会产生滑移接达到破坏的极限承载力作为设计准则的承压型连 美国钢结构规范明确区分了摩擦型连接高强度

$ #接高强螺栓螺栓和承压型连接高强度螺栓的应用范围 考 虑将

#对于摩擦型连接高强螺栓国 内的规范和相关 $其分别应用在不同的结构中规定在以下结构中应

***变 形小整 体性好受 力可 文献普遍认为其刚度大 %","采用摩擦型连接高强度螺栓 抗疲劳荷载中超 1.*#**耐疲劳这种连接具有连接紧密耐疲劳安装简 ,"靠长 形孔的长轴线方向与外力一致 3大孔径连接中$便以及在动荷载作用下不易松动等优点尤其在剪 ,","有 显 著 反 向 荷 载 时与 焊 缝 共 同 承 受 外 力56 时#力较大的连接中采用摩擦型高强度螺栓时 由 于在

#连接面上预加压力后依靠连接面上产生 较大的摩 %第一作者 李 超华 男 硕士研究生 年 月 出生1T0.1/ %>NC,$$+FF&*(#1V3;+&N !##擦力就可以承受较大的剪力使得螺栓不受剪或受 收稿日期 % .//0U/VU1V

!%李超华 等 钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨

,"$ 时结构不容 许出现大的节点滑移时除以上之V /-T/-T/-T ,,!/ /-V1 #预拉力 为 "*D # "*D*D !"#$外的结构则可采用承压型连接的高强螺栓 1-.

"$为螺栓材料的抗拉强度 *国内同行们应借鉴研 究美国规范在这方面的

摩擦滑移及变形 877 ##规定来丰富和调整适合我国的钢结构设计规范 使

摩擦面的抗滑移摩擦系数是影响连接性能的参 $ 钢结构设计更加经济合理#它 可 以 有 效 地 改 变 连 接 出 现 滑 移 的 时 间数之一

$ #尤其对于承压型连接高强度螺栓 被大量地用在高强螺栓连接存在的问题及相关因素 7

$钢 结构节点和拼接接头处的抗剪连接中而对于876 预拉力

#连接各国的钢结 构设计规范均仅给出了其 不管是承压型还是摩擦型连接的高强螺栓都存这种

##强度计 算公式未考虑其滑移变形这是由于$承压型连接高强度螺栓是否有预拉力实 在预拉力

#荷载未超过其设计承载力时螺栓 #际上不影响连接的极限承载能力 但 预拉力的存在 结构所承受的

$的滑移变形并不 显著但在结构的极限承载力$在外荷载作用 对于保证节点的刚度却是很重要的

#结 构往往承 受远大于其设计承载力的##下受拉时对于施加了预拉力的高强度螺栓 其预拉 分析中

##荷载 大 量工程事故和结 构试验表明此时 螺栓的#力将被部分释放螺栓中的拉应力并不随 外荷载呈

滑移变形现象在钢结构的 破坏中是非常普遍##线性叠加关系在即将拉断的极限状态时 螺栓杆中

$ #的与原先是否有预拉力无关 的拉应力只与外力有关

#对于静定结构连 接的滑移并不影响结构的内 但在螺栓连 接 的 整 体 框 架 中 如 不 按 规 定 施 加 预 $

##但考虑节点的刚性实际结构一般为非静定 #力大小力其构件的实际 变形必将远大于设计计算的理拉 #的此时螺栓连接 的滑移变形对结构的内力分布和 ##论 值刚架中梁和柱 是一个整体结构相 互影

$ #例如杆 系结构的 整体刚度特征有着直接的影响###由 于 梁的刚度减小会增大刚架柱的计算长度 响#杆端如采用螺栓连接则 杆轴线方向的螺栓滑移变 $对结构体 系不利如端板连接中为保证连接节

,#若杆端有弯矩则弯矩方 形会影响杆件的轴向刚度 ##必 须 严格控制其预拉力在轻钢结构使用过点刚度 #向的滑移变形会对杆端节点的转动刚度产生影响$程 中绝不允 许出现端板松开的状况预拉力#刚度的削弱会使连接产生形变 影 响到构件间正常 !中清晰地看到1&: 对连接刚度的增强 作用可在图##力的传递从而改变结构的受力体系影响到结构受 "$为端板厚度 $ #因此在设计 和施工过程中都 力性能的正常发挥

#要注意适当控制螺栓连接面的滑移 以 保证结构整

$体的受力性能 高强螺栓抗剪和抗拉中的某些问题 879

*在钢结构连接过程中不管是受到轴力弯 矩还

#是剪力最终反映 到螺栓的受力问题上都会只有受

$ 拉和受剪两个方面

#在抗剪方面当摩 擦型连接高强度螺栓接头较

###接头中螺栓的受力是不均 匀的 两 头大中 间 长时预拉螺栓 ,未预拉者1U .U #$沿接头纵向呈马鞍型分布 小螺栓预拉力对刚度的影响曲线 图 1 #如图所示螺栓传递力 的一行螺栓共有.9 1/ 由图给出的弯矩转角关系的试验曲线可1U#$个中间和两边的螺栓承担的力相差较大故大多数 以

% %规范均在短接头的基础上对长接头加上特别的规定看出虽然两者承 受弯矩的能力随转角增大而逐渐

#-.!2" #$有的折减螺栓的承载力如规范接近但未施加预拉力的连接转动刚度明显偏低 规YI6//1S.//3

#,时螺栓的承载力乘以折减系数有 A%16*/ #同时也应该看到预拉力不是越大越好 而 是不 "定在

#这个限度由初始拉力 和初始扭 !的则规定头排螺栓的传力比为第排螺栓所传 22 2能超过一定的限度"""$! 递的剪力与接头所传递的总剪力的比值 $ 矩共同决定 通常 控 制 预 拉 力 的 准 则 是 使 #-

#-.!对于承压型连接的高强度螺栓我国规范YI ##$ (式 中为 螺 栓的 弹 性极 限钢 结 构 设 计规 "## "#"对构件接触面的处理 方法较以往作出 6//1SU.//3)!2"1-.#范取/-T再# "# # "*D YI6//1S.//3- #$#降低了 对承压型连接的要求相比之下承 了调整#引进均质系数并考虑 超张拉 的可能性故/-T1/a

!"##!"##$%&’(")*+",&’-.//0 1.2&$-.34&-115 1S

工程设计

这实际上就是对它们在抗剪连接中不同传力方式的

$直接反应螺栓孔径和杆径之间的差别应限制在多

#大的范围内是既 影响施工方便程度又影响施工质

$ #量的争论性问题根据研究资料表明径 差的大小

%,主要会产生下列影响降低螺栓的预拉力导致摩擦

,面的抗滑移系数降低当 摩擦被克服会产生较大的

#$ 滑动但并不降低其极限承载能力 当采用有限制

长连接中螺栓内力分布情况 图 .#%的放大孔和槽孔时对二者主要有以下要求都可以

#压型连接的螺栓抗剪承载力设计值可提高约 .Va #用于摩擦型连接而 且槽孔长边可以放置在任意方

#-.!2相应螺栓数量可减少 按 规 范 ./a ,#YI6//1S向放大孔不用于承压型连接 槽孔可以用于承压型 "#的规定承 压型连接由于充分利用了螺栓的承 .//3#连接不论长槽孔 还是短槽孔都要以长边垂直于受 #$载力理论上可节约以上的螺栓用量6/a ,#力方向但承载力方面短槽孔和放大孔的摩擦型连 #承压型连接的抗剪承载力是 完全按照螺栓杆 #接要乘以的折减系数长 槽孔连接则乘以 /-06/-#被剪破坏和孔壁被挤压破坏来进行设计的 与 摩擦 $S 的折减系数 #型高强度螺栓连接有很大区别 故 在实际设计和应 #现场施工发现由 于国内施工队伍施工水平的 #用中可尝试借鉴美国钢结构规范的相关规定 采 用 ##限制施工过程中累积的误差比较大 拓孔现象较为 $%很多经济简便的处理办法分述如下 #$ 普遍拓孔的程 度也较大栓孔的加大并不会对螺 "#对摩擦接 触面的摩擦系数不作规定 这 是最 1# 栓的抗剪强度及孔壁承压强度有任何不利的影响

#重要的一点由此 可进一步规定允许采用普通防锈 #但由于接触面积的减小栓 孔周边的材料会比较容 $油漆对有油漆的连接可以不用考虑连接板间的密 #易在压应力作用下进入到屈服状态 这 会使拧紧后

#实防锈要求从而 可节省大量的为密实连接构造所 #的螺栓发生较为明显的松弛现象 螺栓将因此不能

$#需的螺栓因为摩擦系数无要求 又 省去了为保证 #获得规定的预拉力这 对摩擦型连接的抗剪强度有

**摩擦系数而在存放运输安装过程中对摩擦接触面 $着较大的影响

$施加的各种保护 %#另外值得注意的是当螺栓与栓孔间隙较小甚 "#对重要连 接点按规定施加预拉力 但 可以不 .##至无间隙时则芯板与盖板稍有滑移端部的螺栓即

像摩擦型连接高强度螺栓那样需通过严格的试验来 #*开始承剪这时若螺栓的剪切强度螺栓和板件的承

##保证预拉力同 时对 预 拉 力 的 松 弛 也 不 作 严 格 规 压强度所能提供的抗力都大于接头所能提供的最大 $#定对于次要连接点规定承压型连接的 高强螺栓 ##摩擦力则接头能抵抗继续增加的荷载 因而在钢结

$只要满足适度紧密即可 构连接过程当中还要适当 提高 连 接主 板 的抗 剪 强 "#允许采用 椭圆孔和短的长形孔 只 需在长孔 3#$度以防止板件过早破坏

$ #轴方向与外力方向垂直即可此外还 允许在两连

接构件端板之间加用楔形嵌片以调整制作误差引起

结 语 9$的整体构件不平直 钢结构高强度螺栓连接中存在的这几个问题以及 ##-.!另外在抗拉 连 接 的 承 载 力 方面 规 范 YI!*相关的影响因素无论是预拉力摩擦滑移还是抗剪抗 "(*较钢结构高强度螺栓连接的设计 施 工6//1SU.//3"#拉及变形问题对于连接来说是一个相互联系和影响 )!"对承压型连接 作 出 了 \Y\0.UT1调整及验收规程$# 的有机整体在节点设计时应结合具体的工程实际#明确指出其 抗拉承载力设计值的计算方法与

##综合衡量选取合理的连接方式采 取有效的连接措 #-.!"普通螺栓相同而 不像 规 程中 所 规 \Y\0.UT1##$施在保证连接质量的同时提高连接的经济合理性 #定的与摩擦型连接计算方法相同 所 以承压型连接

参考文献 $的抗拉承载力也要高于摩擦型连接

陈绍蕃 钢结构设计原理 第 三版 北 京 %科学技术出版社 #;;; .//61 . 钢结构设计规范 YI6//1SU.//3 3 陈友泉高强度螺栓连接的应用问题探讨钢结构##!"%;; .//51T5.3U.6孔径问题 #+5 ZM!%Z4!MZM!%3V/W/6;!#+,<><&)!")*+"*)#!"##$i*,$ew78:>

钢结构 年第 期 第 卷 总第 .//01..311510 期

范文二：钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨

工程设计

钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨

李超华

闰月梅

苏献祥

（西安科技大学建筑与土木工程学院西安７１００５４）

摘

要

对摩擦型和承压型连接的高强度螺栓受力特征和应用范围进行对比分析，并对高强度螺栓连接在设计应高强度螺栓预拉力

摩擦滑移

用过程中存在的某些问题及影响因素进行探讨，给出钢结构高强螺栓连接设计时有价值的建议。

关键词

孔径

ＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＯＦＰＲＯＢＬＥＭＳＲＥＬＡＴＥＤＴＯＨＩＧＨ—ＳＴＲＥＮＧＴＨＢＯＬＴ

ＣｏＮＮＥＣＴＩｏＮＯＦＳＴＥＥＬＳＴＲＵＣＴＵＲＥ

ＬｉＣｈａｏｈｕａ

ＹａｎＹｕｅｍｅｉ

ＳｕＸｉａｎ×ｉａｎｇ

Ｓｃｉｅｎｃｅ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｘｉ’ａｎ

７１００５４）

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｉｔｉｓａｎａｌｙｓｅｄａｎｄｐａｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｏｒｃｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ｓｃｏｐｅ

ｏｆｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｗｉｔｈ

ａｌｓｏｅｘｐｌｏｒｅｄｔｈａｔｓｏｍｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅ

ｆｒｉｃｔｉｏｎ—ｔｙｐｅａｎｄｂｅａｒｉｎｇ—ｔｙｐｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｐａｒａｔｉｖｅｌｙ；ｉｔｉｓ

ｆａｃｔｏｒｓｏｆｄｅｓｉｇｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．ＦｉｎａｌｌｙｉｔｉｓｇｉｖｅｎｖａｌｕａｂｌｅａｄＶｉｃｅｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈＫＥＹ

ｂｏｌｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．ｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈｂｏｌｔ

ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎ

ｆｒｉｃｔｉｏｎ—ｓｌｉｐ

ａｐｅｒｔｕｒｅ

ｏｎ

ｈｏｗｔｏ

ｄｅｓｉｇｎ

ＷｏＲＤＳ

高强度螺栓连接是２０世纪中叶以后发展起来的一种钢结构连接方式，在某些重型钢结构及轻钢结构中采用高强度螺栓连接比现场焊接具有更好的综合经济性和合理性，其质量的控制也比现场焊接更为方便，因此随着建筑钢结构工程的日益产业化、标准化，高强度螺栓连接得到了越来越广泛的应用。螺栓连接在钢结构应用中（施工条件、工程质量和经济效益）出现很多实际的问题，通过对以下几个方面进行总结和探讨，希望能对工程技术人员处理相关问题有所帮助。

ｌ

较小剪力，从而避免因栓杆弯曲变形导致受力状态不佳。

根据试验分析，摩擦型连接高强螺栓在磨擦面开始滑移前都具有一定的弯矩传递能力，这种能力的大小受到磨擦面数量、螺栓规格以及螺栓布置方式的影响：１）螺栓排列方式相同时，螺栓的规格越大则节点的弯矩传递能力越强。２）当摩擦面的个数以及螺栓的规格都相同时，有明显转动中心的连接节点传递弯矩的能力较差。因此，采用摩擦型高强螺栓连接时要尽量避免使某个螺栓位于转动中心处，否则将会削弱该螺栓的作用并使两侧的螺栓杆与被

二者的受力特征及应用范围

高强螺栓连接按受力特性通常分为两种类型：

连接板件间产生较大的挤压作用。

相比之下，承压型连接的高强螺栓整体性和刚度较差、剪切变形大、动力性能差、强度储备低，所以有承压型连接不得应用于直接承受动力或反复荷载作用的构件连接的规定，同时承压型连接由于在设计荷载下会产生滑移，也不宜用于承受有反向内力的连接。

美国钢结构规范明确区分了摩擦型连接高强度螺栓和承压型连接高强度螺栓的应用范围，考虑将其分别应用在不同的结构中。规定在以下结构中应采用摩擦型连接高强度螺栓：１）抗疲劳荷载中；２）超大孔径连接中；３）长形孔的长轴线方向与外力一致时；４）有显著反向荷载时；５）与焊缝共同承受外力

第一作者：李超华男１９８２年１０月出生硬士研究生

Ｅｍａｉｌ：ｌｃｈｈｏｕｓｅ＠１６３．

一种是只依靠摩擦阻力传递力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则的摩擦型连接高强螺栓；另一种是允许接触面滑移，设计时既考虑板叠接接触面的摩擦力又考虑螺栓之间的抗剪和承压，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则的承压型连接高强螺栓。

对于摩擦型连接高强螺栓，国内的规范和相关文献普遍认为其刚度大、变形小、整体性好、受力可靠、耐疲劳，这种连接具有连接紧密、耐疲劳、安装简便以及在动荷载作用下不易松动等优点。尤其在剪力较大的连接中采用摩擦型高强度螺栓时，由于在连接面上预加压力后，依靠连接面上产生较大的摩擦力，就可以承受较大的剪力，使得螺栓不受剪或受

收稿日期：２００８一０６一１６

１６钢结构Ｚ００８年第１２期第２３卷总第１１４期

万方数据　

李超华，等：钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨

时；６）结构不容许出现大的节点滑移时。除以上之外的结构，则可采用承压型连接的高强螺栓。

预拉力为ｃｒ０≤堕旦整｝掣厂ｕ。＝ｏ．６１厂ｕ。（，ｕｂ

上?厶

国内同行们应借鉴、研究美国规范在这方面的为螺栓材料的抗拉强度）。规定，来丰富和调整适合我国的钢结构设计规范，使２．２摩擦滑移及变形

钢结构设计更加经济合理。

摩擦面的抗滑移摩擦系数是影响连接性能的参数之一，它可以有效地改变连接出现滑移的时间。２高强螺栓连接存在的问题及相关因素尤其对于承压型连接高强度螺栓，被大量地用在钢２．１预拉力

结构节点和拼接接头处的抗剪连接中。而对于这种不管是承压型还是摩擦型连接的高强螺栓都存连接，各国的钢结构设计规范均仅给出了其强度计在预拉力。承压型连接高强度螺栓是否有预拉力实算公式，未考虑其滑移变形，这是由于结构所承受的际上不影响连接的极限承载能力，但预拉力的存在荷载未超过其设计承载力时，螺栓的滑移变形并不对于保证节点的刚度却是很重要的。在外荷载作用显著。但在结构的极限承载力分析中，结构往往承下受拉时，对于施加了预拉力的高强度螺栓，其预拉受远大于其设计承载力的荷载，大量工程事故和结力将被部分释放，螺栓中的拉应力并不随外荷载呈构试验表明，此时螺栓的滑移变形现象在钢结构的线性叠加关系，在即将拉断的极限状态时，螺栓杆中破坏中是非常普遍的。

的拉应力只与外力有关，与原先是否有预拉力无关。对于静定结构，连接的滑移并不影响结构的内但在螺栓连接的整体框架中如不按规定施加预拉力大小，但考虑节点的刚性，实际结构一般为非静定力，其构件的实际变形必将远大于设计计算的理论的，此时螺栓连接的滑移变形对结构的内力分布和值，刚架中梁和柱是一个整体结构，相互影响，由于整体刚度特征有着直接的影响。例如，杆系结构的梁的刚度减小，会增大刚架柱的计算长度，对结构体杆端如采用螺栓连接，则杆轴线方向的螺栓滑移变系不利。如端板连接中为保证连接节点刚度，必须形会影响杆件的轴向刚度；若杆端有弯矩，则弯矩方严格控制其预拉力，在轻钢结构使用过程中绝不允向的滑移变形会对杆端节点的转动刚度产生影响，许出现端板松开的状况。预拉力对连接刚度的增强刚度的削弱会使连接产生形变，影响到构件间正常作用可在图１中清晰地看到（￡。为端板厚度）。

力的传递，从而改变结构的受力体系，影响到结构受力性能的正常发挥。因此，在设计和施工过程中都要注意适当控制螺栓连接面的滑移，以保证结构整体的受力性能。

２．３

高强螺栓抗剪和抗拉中的某些问题

在钢结构连接过程中不管是受到轴力、弯矩还

是剪力，最终反映到螺栓的受力问题上都会只有受拉和受剪两个方面。

在抗剪方面，当摩擦型连接高强度螺栓接头较

１一预拉骡栓’２一禾预托看

长时，接头中螺栓的受力是不均匀的，两头大，中间图１螺栓预拉力对剐度的影响曲线

小，沿接头纵向呈马鞍型分布。

由图１给出的弯矩一转角关系的试验曲线可以如图２所示，螺栓传递力Ｎ的一行螺栓共有１０看出：虽然两者承受弯矩的能力随转角增大而逐渐个，中间和两边的螺栓承担的力相差较大。故大多数接近，但未施加预拉力的连接转动刚度明显偏低。

规范均在短接头的基础上对长接头加上特别的规定：同时也应该看到预拉力不是越大越好，而是不有的折减螺栓的承载力，如“规范”（ＧＢ５００１７—２００３）能超过一定的限度，这个限度由初始拉力和初始扭规定在ｚ＞１５ｄ。时，螺栓的承载力乘以折减系数口；有矩共同决定。通常控制预拉力的准则是使刀口≤的则规定头排螺栓的传力比届（犀为第ｉ排螺栓所传厂ｅ，式中，＾为螺栓的弹性极限。《钢结构设计规递的剪力与接头所传递的总剪力的比值）。

范》（ＧＢ５００１７～２００３）取＇７＝１．２，＾＝０．９厂曲，再对于承压型连接的高强度螺栓，我国“规范”（ＧＢ引进均质系数ｏ．９并考虑超张拉１０％的可能性，故

５００１７—２００３）对构件接触面的处理方法较以往作出了调整，降低了对承压型连接的要求。相比之下，承

ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２００８（１２），Ｖ０１．２３，Ｎｏ．１１４

１７

万　

方数据

工程设计

这实际上就是对它们在抗剪连接中不同传力方式的直接反应。螺栓孔径和杆径之间的差别应限制在多

一

大的范围内，是既影响施工方便程度又影响施工质量的争论性问题。根据研究资料表明，径差的大小主要会产生下列影响：降低螺栓的预拉力；导致摩擦

１１

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面的抗滑移系数降低；当摩擦被克服会产生较大的滑动，但并不降低其极限承载能力。当采用有限制的放大孔和槽孔时，对二者主要有以下要求：都可以用于摩擦型连接，而且槽孔长边可以放置在任意方向；放大孔不用于承压型连接，槽孔可以用于承压型连接，不论长槽孑Ｌ还是短槽孔都要以长边垂直于受力方向；但承载力方面，短槽孔和放大孔的摩擦型连接要乘以ｏ．８５的折减系数，长槽孑Ｌ连接则乘以ｏ．７的折减系数。

现场施工发现，由于国内施工队伍施工水平的限制，施工过程中累积的误差比较大，拓孔现象较为普遍，拓孔的程度也较大。栓孔的加大并不会对螺栓的抗剪强度及孔壁承压强度有任何不利的影响，但由于接触面积的减小，栓孔周边的材料会比较容易在压应力作用下进入到屈服状态，这会使拧紧后的螺栓发生较为明显的松弛现象，螺栓将因此不能获得规定的预拉力，这对摩擦型连接的抗剪强度有着较大的影响。

另外值得注意的是：当螺栓与栓孔间隙较小，甚至无间隙时，则芯板与盖板稍有滑移，端部的螺栓即开始承剪，这时若螺栓的剪切强度、螺栓和板件的承压强度所能提供的抗力都大于接头所能提供的最大摩擦力，则接头能抵抗继续增加的荷载，因而在钢结构连接过程当中还要适当提高连接主板的抗剪强度，以防止板件过早破坏。

３

螺栓编号

图２长连接中螺栓内力分布情况

压型连接的螺栓抗剪承载力设计值可提高约２６％，相应螺栓数量可减少２０％，按“规范”（ＧＢ５００１７—２００３）的规定，承压型连接由于充分利用了螺栓的承载力，理论上可节约５０％以上的螺栓用量。

承压型连接的抗剪承载力，是完全按照螺栓杆被剪破坏和孑Ｌ壁被挤压破坏来进行设计的，与摩擦型高强度螺栓连接有很大区别，故在实际设计和应用中可尝试借鉴美国钢结构规范的相关规定，采用很多经济简便的处理办法。分述如下：

１）对摩擦接触面的摩擦系数不作规定，这是最重要的一点，由此可进一步规定允许采用普通防锈油漆。对有油漆的连接可以不用考虑连接板间的密实防锈要求，从而可节省大量的为密实连接构造所需的螺栓。因为摩擦系数无要求，又省去了为保证摩擦系数而在存放、运输、安装过程中对摩擦接触面施加的各种保护。

２）对重要连接点按规定施加预拉力，但可以不像摩擦型连接高强度螺栓那样需通过严格的试验来保证预拉力，同时，对预拉力的松弛也不作严格规定。对于次要连接点，规定承压型连接的高强螺栓只要满足适度紧密即可。

３）允许采用椭圆孔和短的长形孔，只需在长孔轴方向与外力方向垂直即可。此外，还允许在两连接构件端板之间加用楔形嵌片以调整制作误差引起的整体构件不平直。

另外，在抗拉连接的承载力方面，“规范”（ＧＢ５００１７—２００３）较《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（ＪＧＪ８２—９１）对承压型连接作出了调整，明确指出其抗拉承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同，而不像“规程”（ＪＧＪ８２—９１）中所规定的与摩擦型连接计算方法相同，所以承压型连接的抗拉承载力也要高于摩擦型连接。２．４孔径问题

摩擦型和承压型两种连接形式所采用的螺栓材质、制造、安装以及拧紧预拉力设计值均相同，但承

结语

钢结构高强度螺栓连接中存在的这几个问题以及相关的影响因素（无论是预拉力、摩擦滑移还是抗剪抗拉及变形问题），对于连接来说是一个相互联系和影响的有机整体。在节点设计时应结合具体的工程实际，综合衡量，选取合理的连接方式，采取有效的连接措施，在保证连接质量的同时，提高连接的经济合理性。

参考文献

１陈绍蕃．钢结构设计原理．第三版．北京：科学技术出版社，２００５

２３４

ＧＢ５００１７—２００３钢结构设计规范

陈友泉．高强度螺栓连接的应用问题探讨．钢结构，２００４，１９（４）：２３—２５

ＡＩＳＣ，ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ３６０—０５．Ｓｐｅｄｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｉｎｇｓ．Ａｍｅ＾ｃａｎ

ｌｎｓｔｉｔｕｔｅ

Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

Ｓｔｅｅｌ

Ｂｕｉｌｄ．

ｏｆＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｌｎｃ．。２００５：３４２—３５０

５

王哲夫．李云涛．摩擦型高强螺栓连接节点性能试验研究．国外建

材科技，２００７（１）：５６—５７

６

王群．钢结构高强度螺栓连接应用范围的探讨．钢结构，２００７，２２

（１０）：７６—７８

压型连接螺栓孔径的要求比摩擦型连接更为严格，

１８

钢结构２００８年第１２期第２３卷总第１１４期

万方数据　

钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

李超华， 闫月梅， 苏献祥， Li Chaohua， Yon Yuemei， Su Xianxiang西安科技大学建筑与土木工程学院,西安,710054钢结构

STEEL CONSTRUCTION2008,23(12)1次

参考文献(6条)

1. 王群 钢结构高强度螺栓连接应用范围的探讨[期刊论文]-钢结构 2007(10)

2. 王哲夫;李云涛 摩擦型高强螺栓连接节点性能试验研究[期刊论文]-国外建材科技 2007(01)3. AISC ANSI/AISC 360-05.Specification for Structure Steel Buildings 20054. 陈友泉 高强度螺栓连接的应用问题探讨[期刊论文]-钢结构 2004(04)5. GB 50017-2003.钢结构设计规范6. 陈绍蕃 钢结构设计原理 2005

引证文献(1条)

1. 郑悦. 赵伟 高强螺栓轴心抗剪连接性能分析[期刊论文]-钢结构 2009(11)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gjg200812005.aspx

范文三：高强度螺栓连接

根据安装特点分为：大六角头螺栓和扭剪型螺栓。其中扭剪型只在10.9级中使用。

　　根据高强度螺栓的性能等级分为：8.8级和10.9级。其中8.8级仅有大六角型高强度螺栓，在标示方法上，小数点前数字表示热处理后的抗拉强度;小数点后的数字表示屈强比即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。8.8级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于800MPa，屈强比为0.8;10.9级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于1000MPa，屈强比为0.9.

　　结构设计中高强度螺栓直径一般有M16/M20/M22/M24/M27/M30，不过M22/M27为第二选择系列，正常情况下选用M16/M20 /M24/M30为主。

　　高强度螺栓在抗剪设计上根据设计要求分为：高强度度螺栓承压型和高强度螺栓摩擦型。摩擦型的承载能力取决于传力摩擦面的抗滑移系数和摩擦面数量，喷砂(丸)后生赤锈的摩擦系数最高，但从实际操作来看受施工水平影响很大，很多监理单位都提出能否降低标准来确保工程质量。承压型的承载能力取决于螺栓抗剪能力和栓杆承压能力能力的最小值。在只有一个连接面的情况下，M16摩擦型抗剪承载力为21.6~45.0kN，而M16承压型抗剪承载力为39.2~48.6 kN，性能要优于摩擦型。在安装上，承压型工艺要简单一些，连接面仅需清除油污及浮锈。

　　沿轴杆方向抗拉承载力，在钢结构规范中写的很有意思，摩擦型设计值等于0.8倍预拉力，承压型设计值等于螺杆有效面积乘以材料抗拉强度设计值，看起来似乎有很大区别，实际上两个值基本一致，我一直不太明白规范为什么要这么写，采用的都是同一种材料为何要用两种表达方式计算同一个数值?

　　在同时承受剪力和杆轴方向拉力时，摩擦型要求是螺栓承受的剪力与受剪承载力之比加上螺杆承受轴力与受拉承载力应力比之和小于1.0，承压型要求是螺栓承受的剪力与受剪承载力之比的平方加上螺杆承受轴力与受拉承载力应力比的平方之和小于1.0，也就是说在同种荷载组合情况下，相同直径的承压型高强度螺栓在设计上的安全储备要高于摩擦型高强度螺栓的。

　　考虑到在强震反复作用下，连接摩擦面可能会失效，这时候的抗剪承载力还是要取决于螺栓抗剪能力和板件承压能力，因此抗震规范规定了高强度螺栓极限受剪的承载力计算公式。

　　尽管承压型在设计数值上占有优势，但由于其属于剪压破坏型式，螺栓孔为类似普通螺栓的孔隙型螺栓孔，在承受荷载作用时的变形远大于摩擦型，所以高强度螺栓承压型主要用于非抗震构件连接、非承受动荷载构件连接、非反复作用构件连接。

　　这两种型式的正常使用极限状态也是有区别的：

　　摩擦型连接是指在荷载基本组合作用下连接摩擦面发生相对滑移;

　　承压型连接是指在荷载标准组合作用下连接件之间发生相对滑移;

螺栓知识2007-12-10 14:54普通螺栓

1. 普通螺栓分A、B、C三种。前两种是精制螺栓，较少用。一般说的普通螺栓，均指C级普通螺栓。

2. 在一些临时连接及需拆卸的连接中，常用到C级普通螺栓。建筑结构常用的普通螺栓有M16、M20、M24。某些机械工业粗制螺栓直径可能比较大，用途特殊。

高强螺栓

3.高强螺栓的材料与普通螺栓不同。高强螺栓一般用于永久连接。常用的有M16~M30。超大规格的高强螺栓性能不稳定，应慎重使用。

4.建筑结构的主构件的螺栓连接，一般均采用高强螺栓连接。

5.工厂出厂的高强螺栓并不分承压型还是摩擦型。

6. 究竟是摩擦型高强螺栓与承压型高强螺栓？实际上是设计计算方法上有区别：

（1）摩擦型高强螺栓以板层间出现滑动作为承载能力极限状态。

（2）承压型高强螺栓以板层间出现滑动作为正常使用极限状态，而以连接破坏作为承载能力极限状态。

7.摩擦型高强螺栓并不能充分发挥螺栓的潜能。在实际应用中，对十分重要的结构或承受动力荷载的结构，尤其是荷载引起反向应力时，应该用摩擦型高强螺拴，此时可把未发挥的螺栓潜能作为安全储备。除此以外的地方应采用承压型高强螺栓连接以降低造价。

普通螺栓与高强螺栓区别

8.普通螺栓可重复使用，高强螺栓不可重复使用。

9.高强螺栓一般由高强钢材制成（45号钢(8.8s),20MmTiB(10.9S)，是预应力螺栓,摩擦型用扭矩扳手施加规定预应力,承压型拧掉梅花头。普通螺栓一般由普通钢材(Q235)制成，只需拧紧即可。

10.普通螺栓一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级。高强螺栓一般为8.8级和10.9级，其中10.9级居多。

11.普通螺栓的螺孔不一定比高强螺栓大。实际上，普通螺栓螺孔比较小。

12.普通螺栓A、B级螺孔一般只比螺栓大0.3~0.5mm。C级螺孔一般比螺栓大1.0~1.5mm。

13.摩擦型高强螺栓靠摩擦力传递荷载，所以螺杆与螺孔之差可达1.5～2.0mm。

14.承压型高强螺栓传力特性是保证在正常使用情况下，剪力不超过摩擦力，与摩擦型高强螺栓相同。当荷载再增大时，连接板间将发生相对滑移，连接依靠螺杆抗剪和孔壁承压来传力，与普通螺栓相同，所以螺杆与螺孔之差略小些，为1.0～1.5mm。

柱脚锚栓

19.锚栓没有等级，只有材料之分：Q235和Q345。建筑结构上用锚栓最多的就是柱脚锚栓。

20.柱脚锚栓既不属于普通螺栓也不属于高强螺栓。严格来说，它不属于螺栓。柱脚锚栓一

般采用M20或M24。

21. 柱脚锚栓的制造标准应该同普通螺栓的制造标准。柱脚锚栓买入的长度应该与其与混凝土之间的摩擦力，还有就是锚栓的形式有关。

膨胀螺栓和化学螺栓

22.不管是膨胀锚栓还是化学锚栓，均非国标规范中的连接形式，应避免使用这类连接，尤其是重要的连接中。均应采用事先预埋件。

23.膨胀锚栓主要靠膨胀管的张开与砼产生摩擦力来抗拔的。抗拔力的大小与施工工艺关系较大，人为因素较大，抽检做抗拉实验也没用。

24.化学锚栓是采用打孔机打孔成型，将栓杆放入，然后灌入化学浆料以成锚固作用。常见的如慧鱼、喜力得等品牌。

25.膨胀螺栓和化学螺栓，其实都属于锚栓性质。在某些情况下，因为没有事先预埋，就需要用到膨胀螺栓或化学锚栓了。但这种情形应该在设计中努力避免。因为锚栓都应该预埋。例如柱脚锚栓。因为只有这样，才能保证最佳的粘接和受力。而且事后打孔，常常会对砼中的受力钢筋以及砼本身造成损伤。

26.砼规中，对于预埋在混凝土中的构件，都称之为预埋件。根据建设部文件，膨胀螺栓不得用于幕墙。一般新建工程，严禁采用膨胀锚栓，都应该采用预埋。

高强螺栓部分：

准确的说是高强螺栓摩擦型连接与高强螺栓承压型连接两种形式，高强螺栓种类一般是扭剪型高强螺栓和大六角头高强螺栓两种，扭剪型高强螺栓施工使用长把扳手拧掉梅花头，标志达到规定预拉力。大六角头高强螺栓施工则要使用力矩扳手施加规定预拉力。

更正一下;(9)摩擦型高强度螺栓,用扭矩搬手按其终拧扭矩施工

扭剪型高强度螺栓,用电动搬手拧掉梅花头

摩擦型是针对承压型说的，是设计和受力方法的差异

扭剪型是针对大六角头螺栓说的，是指高强螺栓产品品种和施工方法的差异．扭剪型螺栓也可以用于摩擦型设计．

9.高强螺栓一般由高强钢材制成（45号钢(8.8s),20MmTiB(10.9S)，是预应力螺栓,摩擦型用扭矩扳手施加规定预应力,承压型拧掉梅花头。普通螺栓一般由普通钢材(Q235)制成，只需拧紧即可。

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范文四：随车吊高强度螺栓连接的特点

随车吊高强度螺栓连接的特点

作者:程力随车吊 日期:2011年02月10日 来源:湖北程力随车吊公司 浏览: 147 次 精彩导读:1.随车吊高强度螺栓连接的特点 高强度螺栓的杆身采用经过热处理的45号钢戒合结钢,其性能等级为8.8级、10.9级戒更高。螺母和垫圈为相应性能等级的钢材制成,安装时要求将螺栓拧得很紧,取得很大的预紧力,将极件

1.随车吊高强度螺栓连接的特点

高强度螺栓的杆身采用经过热处理的45号钢戒合结钢,其性能等级为8.8级、10.9级戒更高。螺母和垫圈为相应性能等级的钢材制成,安装时要求将螺栓拧得很紧,取得很大的预紧力,将极件接触面压紧。摩擦型的高强度螺栓完全依靠接触面间的摩擦力来传递剪力,并以出现滑秱为承载能力的枀限状态。承压型的高强度螺栓以连接失效为承载能力的枀限状态,并以出现滑秱为正常工作的枀限状态。所施加的预紧力一般为螺栓材料净截面积不屈服枀限乘积的0.7倍,所选用的最大工作拉力应小于预紧力,以使极件接触面间仍有残余预紧力,保证正常工作的可靠性。

2.受拉螺栓的预紧力不外力间的关系

(1)当外力N作用时,由于此力并不直接加在螺栓上,而是加在被连板上,因而将被连件趋于分开,压缩变形减小,减少了板间的挤压力,使挤压力由减小为,此时由平衡条件有:,见图2(a)。外力N继续增加,当加大到板间原来的压缩变形完全消失,=0,板间的挤压力也随之消失,,不之平衡的预紧力也随之消失。但并不意味着螺栓不承受拉力,反之,当板间的压缩变形完全消失后,螺栓相应被拉长了,使螺栓拉长的力的增量,,此时由力的平衡条件有:,见图2(b):

(2)一般情况下,E1和E2近似相等,但连接件的面积比螺杆的截面积A1大得多,假设E1=E2,A2=10A1,代入(2)式ΔP=0.1P。

由以上分枂可知,拉力螺栓连接必须施加预紧力,被连接件受到挤压,当承受外力时,连接件间的挤压力随外力增大而减小,预紧力也减小。当外力加大到使两连接件刚好分开时预紧力减小为零,螺栓所受的拉力将大于原来静连接时施加的预紧力。

3.随车吊机身标准节套管连接螺栓

随车吊机身标准节为主要受力极件,工作时承受轴力、弯矩及扭矩。标准节间的联接,我厂采用套管连接螺栓,机身主肢由单角钢组成,主肢端头和套管端头的平面上下连接,平面间的摩擦力可承受工作时由扭矩引起的剪力,因此,连接螺栓可视为摩擦型,而且用高强度螺栓联接,所以预紧力是一个不容忽视的问题。我们发现,相当多的在用随车吊机身标准节连接高强度螺栓的预紧力均没达到规定数值,随着随车吊工作时,机身主肢的反复拉、压交变,螺母松弛,主肢端面间的间隙增大,使起重臂不机身连接处的水平变位增大,引起机身二次应力的拉大,使安全性减小,有的甚至酿成事故,因此预紧力的实施方法和数值控制是随车吊安装的重要环节。 4.随车吊回转支承连接螺栓

根据工作受力特点,回转支承高强度螺栓连接应属于摩擦型,回转支承不上、下支承座的连接工作一般在地面完成,拧紧螺栓时,可用扭矩法戒转角法在圆周方向对称均匀多次拧紧,达到规定的预紧力。

本文地址:http://www.zgclscd.com/xwzx/xwzx_123.html,本文来源于程力随车吊公司www.zgclscd.com

范文五：高强度螺栓连接的应用问题探讨

陈友泉:高强度螺栓连接的应用问题探讨

高强度螺栓连接的应用问题探讨

陈友泉

(浙江杭萧钢构股份有限公司 杭州 310003)

摘要在钢结构工程中对高强度螺栓的设计与施工应结合其具体构造情况,采用不同的设计和施工方案,以求 达到经济性和合理性。对高强度螺栓施加预拉力所产生的作用和影响进行了分析,指出高强度螺栓是否有预拉力 不影响连接的极限承栽力,但其预拉力对于保证节点的刚度具有重要性和必要性。为施工安装方便,考虑高强度 螺栓连接构造的多样化具有现实意义。

关键词 高强度螺栓预拉力 受拉螺栓

RESEARCH INTo USE oF HIGH.STRENGTH BoLT CoNNECTIoNS

Chen YOuauan

(Zhejiang Hangxiao Steel StmctureS Co.,Ltd Hangzhou 310003)

AB册lACT In order that a steel structure en西neering is e∞nomical and rational, the different

11igh—strength

Mt structural modes should be applied according to various en西neering constructions.The effect of pretension of 11igh_strength bolts has been analyzed.It is pointed out that the prete璐ion of high—strength bolts does not affect the ultimate bearing capacity of connections.But the pretenSion of high—stren昏h bolts is importaJlt and necessary for enSudng the rigidity of the connection.It is suggested to use the variety of}ligh_strength bolt coImections for the convenience of steel erection. KEY WoRDS }ligh—strength bolt pretension tensile bolt

高强度螺栓连接是钢结构工程中广泛使用的一 种连接形式,随着建筑钢结构工程日益产业化、标准 化,尤其在轻钢房屋钢结构中采用高强度螺栓连接 方式比现场焊接具有更好的综合经济性和合理性, 其质量的控制也比现场焊接更为方便,《钢结构设计 规范》(GB50017—2003)对高强度螺栓连接的应用 已有了部分扩充,但仍然不适应高强度螺栓连接多 样化的情况,设计人员对高强度螺栓连接的受力性 能也存在模糊认识,甚至是错误的观点。《钢结构》 2004年第1期“高强度螺栓设计与使用中一些问题 的探讨”(以下简称“探讨”)一文…中关于高强度螺 栓预拉力问题的观点值得商榷。正确地使用好高强 度螺栓的预拉力是钢结构工程中的一个重要问题。

1关于端板式高强度螺栓连接的应用问题

“探讨”一文所讨论的是广泛用于轻钢结构中的 端板式高强度螺栓连接,如图1所示,在这种连接形 式中,螺栓主要承受构件弯矩所产生的螺栓杆轴向 拉力,同时也有较小的剪力,“探讨”一文认为“为产 生摩擦力而采用张拉(力),实际上降低了受拉螺栓 的承载能力,是极其不合理的。”值得商讨,实际对于 施加了预拉力的高强度螺栓,在外荷载作用下受拉 时,其预拉力将被部分释放,螺栓中的拉应力并不随 外荷载呈线性迭加关系,在即将拉断的极限状态时, 螺栓杆中的拉应力只与外力有关,与原先是否有预

图l端板式高强度螺栓连接

拉力无关。因此不会是“探讨”一文所说“一个螺栓有 预拉力与无预拉力,其抗拉能力是不一样的”,这种 情况类似于预应力钢筋混凝土梁中对钢筋施加预应 力,只是提高梁的刚度减少变形,减少受拉区混凝土 的开裂而已,并不能因此提高或降低梁的极限承载 能力。

按照文献[2,3]可以分析端板式高强度螺栓连

作者:陈友泉男1952年12月出生高级工程师

收稿日期:2004—04一06

Sted Construction.2004(4),V01.19,No.73

轻钢结构

接中预拉力和外荷载作用下螺栓内力状况。假设端 板式连接设有加劲肋,刚度很大,可以忽略杠杆撬力 的影响。在外力T作用后,螺栓中的拉力由预拉力 P增至P下,但板件问的挤压力由C减为CT,螺栓和 构件端板均保持弹性状态,见图2,则外力和它们的 变形关系为:

PT—P=Kb△b

CT—C=一KP△P

式中 K。——高强度螺栓的刚度系数,螺栓产生单 位伸长量所需的力;

K。——端板的刚度系数,端板挤压面产生单 位压缩量所需的力;

△b——在PT—P作用下的螺栓伸长量; △P——在CT—C作用下端板挤压面的压缩 恢复量。

Jp一

2C

图2高强度螺栓的受力状况

在外力作用下,螺栓杆的伸长量△b应等于端 板挤压面的压缩恢复量,即△b=△P,于是有:

PT—P C—CT

Kb KP

将CT=PT一丁,C=P代人得:

即P+(志)丁

根据文献[2],板的刚度KP远大于螺栓刚度 Kb,Kb≈(0.05~0.1)KP,取上限Kb=0.1KP代入 上式,得:PT=P+0.09T,此即是有预拉力高强度 螺栓内力与外荷载的关系,如图3所示。

图3高强度螺栓内力状况

当外力T把连接构件刚好拉开时,PT=T即 图中的C点,T=PT≈1.1P,此时,节点刚度已失

效,螺栓杆的内力最多比预拉力大10%,按照《钢结 构设计规范》(GB50017—2003)规定,外荷载T≤ 0.8P,当T=0.8P时,螺栓杆内力在B点,PT≤ P+0.09×0.8P=1.07P,比预拉力大7%,显然螺 栓不会被拉断。如果高强度螺栓无预拉力,则螺栓 内力沿0CD直线变化,有了预拉力P,则沿ABCD 折线变化,不管是否有预拉力,板被拉开后,两者都 沿CD变化直至破坏。以上讨论是假定了端板的刚 度无限大,如果端板刚度较小,则会有可观的杠杆撬 力产生,如图4所示,端板越薄,刚度越小,杠杆撬力 也就越大。

辟一

只一

图4附加杠杆撬力

根据文献[2],连接的承载力了、随杠杆撬力Q 的增大而降低,预拉力大小对极限荷载时的撬开作 用没有什么影响。当端板厚度等于2倍的螺栓杆直 径时,其刚度之大可使杠杆撬力小至忽略不计,在工 程中用设置加劲肋的方法来提高端板刚度更为经济 合理。

“探讨”一文中在讨论端板式高强度螺栓连接 时,没有注意到节点的刚度问题,只按节点的极限强 度考虑预拉力问题,这是不妥的。事实上,端板式连 接属于半刚性连接,文献[4]的研究表明:一个端板 式节点,所带来的刚度损失可达10%~24%。轻钢 结构构件轻巧细长,有时甚至由挠度控制设计,因 此,对节点的构造所造成的刚度损失必须重视。按 摩擦型高强度螺栓的预拉力要求用于轻钢结构的端 板式连接中是非常必要的,如不按规定施加预拉力, 其构件的变形必将远大于设计计算的理论值(计算 变形时,没有考虑节点的刚度损失),刚架中梁和柱 是一个整体结构,相互影响,由于梁的刚度减小,会 增加刚架柱的计算长度,对结构体系是不利的。 根据多年来的工程实践,可以总结在轻钢结构 中使用高强度螺栓连接的主要优点如下:轻钢结构 构件轻巧细长,采用简单的端板式连接螺栓的受力 模式近似于直接受拉型,对于这种模式,因其端板接 触面剪力小,可以对接触面不作抗滑移系数要求,进 而可以涂刷普通的防锈油漆,省去复检抗滑移系数

24钢结构2004年第4期第19卷总第73期

陈友泉:高强度螺栓连接的应用问题探讨

的费用,方便了制作、运输、存放各环节,不用为保证 其接触面的抗滑移系数采取各种保护措施,由此得 到工程上的经济合理性【5’;另一方面,为保证连接 节点刚度,必须严格控制其预拉力,在轻钢结构使用 过程中绝不允许出现端板松开的状况。因此在设计 计算中应将高强度螺栓群的中性轴作为螺栓群内力 计算的准则,见图5a,不能按图5b所示的模式计 算。

…卅璇击蕊位

图5高强度螺栓的中性釉位置

轻钢结构在安装时常会出现整体构件的弯折问 题,这是因端板式连接的制作变形偏差引起的,在施 工中可以采用加楔片的方式预以调整,如图6所示, 可避免盲目打火矫正引起的工程隐患。工地现场打 火矫正,一会损害高强度螺栓预拉力,二会造成热效应 残余应力与外荷载应力迭加后加大梁的整体挠度。 j mr吁 图6加楔片调整构件的整体平直性

2现行钢结构技术规范关于高强度螺栓连接的计 算问题

我国现行钢结构技术规范对高强度螺栓的连接 形式主要分二类:一是摩擦型连接高强度螺栓;二是 承压型连接高强度螺栓。此外对8.8级的高强度螺 栓扩大应用于普通螺栓的A、B级连接方式。对于 摩擦型连接高强度螺栓连接来说,其受力模式与构 造很清楚,严格规定其预拉力和抗滑移系数,给出的 承载能力计算公式简单实用,国内外有关摩擦型连 接高强度螺栓的应用大体是一致的。但在同时承受 剪力和螺栓杆轴向拉力时,按《钢结构设计规范》 (GB50017—2003)验算承载能力采用公式:

蔫+簧g

用N:=o.9咒fpP,N?=o.8P代入可转化成N, ≤0.97lf肛(P一1.25N。),轻钢结构中广泛使用图1所示的端板式连接,在此连接中,远离中性轴的高强 度螺栓轴向拉力N。趋于0.8P时,失去了抗剪承载 能力,按此判断节点失效,将使设计过于保守。事实 上,螺栓群中的其余螺栓有极大的抗剪能力,此类连 接如按《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收 规程》(JGJ82—91)中的公式(2.4.6—2)计算: [N:]=o.9卢(咒P一1.25∑N。)

式中,咒为螺栓总数,则不会有上述的困惑。

对于承压型连接的高强度螺栓,新修订的《钢结 构设计规范》(GB 50017—2003)已取消关于摩擦面 的抗滑移系数要求和“承压型连接的高强度螺栓的 受剪承载力设计值不得大于按摩擦型连接计算的 1.3倍”之规定无疑是一大进步,可使承压型连接的 高强度螺栓的应用更为经济合理。

3高强度螺栓的多样化应用问题

在钢结构制作、安装中钢构件不可避免会有各 种变形偏差,在构件的螺栓连接中,将圆孔开成椭圆 孔、长形孔可以使现场连接安装变得方便易行。尤 其在轻钢结构的产业化、标准化中采用长形孔或椭 圆孔是一种方便施工的有效措施。在这类连接中也 需要使用高强度螺栓,按照美国ASD规范【6J,对于 非圆形孔,其高强螺栓的连接设计承载力应预以降 低,对于长形孔、椭圆孔,按其孔的长轴是顺内力方 向还是垂直内力方向给出了不同的设计承载力。为 方便施工,在钢结构设计中,采用多样化的高强度螺 栓连接构造的观念,值得我们借鉴。国内的设计往 往很少考虑施工安装的具体情况,一律按设计手册 采用同一模式的做法,造成现场安装困难。施工人 员普遍素质较低,为了赶工期,在处理螺栓不能穿孔 问题时,采用不规范的做法,给工程留下安全隐患, 这些问题值得技术规范编制人员和设计人员重视。 为了提高钢结构工程的生产效率和质量,结合工程 实际,从连接构造多样化方面考虑高强度螺栓的应 用是必要的。

4结 语

高强度螺栓连接有无预拉力不会影响节点的极 限承载力,但会影响节点的刚度,在端板的连接中, (下转第§7页)

Steel CDnstruction.2004(4),Vol-19,No.7325

徐俊,等:赣江大桥基于应力谱的疲劳寿命可靠度分析

表2各杆损伤度与剩余寿命计算结果

数,进而确定构件的疲劳寿命可靠度。

3构件的荷载可靠度分析

为了弥补上节中评估结果面临的问题,必须考

虑将可靠度理论融合进计算结果之中。使疲劳寿命

与构件的失效概率一一对应,这样才能得出更加便 于对桥梁养护进行决策的结果。下面对基于荷载变

化的疲劳寿命计算式进行推导。

将式(1)代人式(2)得:

n—v堕一壁垒一叠一翌

“一‘J

C —

C —

C —

C

(4)

其中 咒o=∑咒i

S=△口”。

因为C为材料常数,根据独立同分布中心极限

定理,当砣。为常量时,不论S服从何种类型的分

布,D均服从正态分布N(掣卓,尝些)。类似表达

可见参考文献[2]。

由于列车荷载与汽车荷载不同,其行驶线路对

于某一个车辆类型、客货运量、日通行列车趟数等因 素稳定的时问段,在等分的小时间段内,咒。的变化 幅度很小,可以假定为不变量。于是,在这些等分的

小时间段内,构件受到的疲劳损伤近似服从正态分 布。根据这一条件,就可以方便地根据实测数据或

者模拟数据确定构件的疲劳损伤度的概率分布函

4考虑可靠度的疲劳寿命

利用前面得到的模拟列车荷载,对U,L1与

u,7L1

7这两个疲劳问题较严重的杆件进行疲劳应力

历程模拟。共模拟100d的数据情况。按显著性水

平口=0.05判断样本是否拒绝正态分布,结果列于

表3中。说明模拟数据符合理论推导。

表3杆件损伤度样本统计结果

取极限状态方程为:z=1一D≥0。分别计算 得到不同失效概率条件下的可靠度指标卢,然后根

据卢计算构件的剩余疲劳寿命,列于表4中。

表4不同保证率下构件的疲劳寿命

a

5结

论

1)赣江大桥最危险的构件为位于主桁两端的第 一根吊杆,即U1Ll、U7b、U1’L1

7、U7

7b

7。

2)赣江大桥南桥第10孔钢桁梁桥在57年内是 安全的,其失效概率小于5%。在57年后,必须对

该孔桥重新进行评估。

3)单位时间通过桥梁的荷载对构件造成的疲劳

损伤服从正态分布。

4)当不考虑车辆变化产生的随机性时,疲劳寿

命计算结果的失效概率为50%。

参考文献

1罗蔚文,吴

迅.华东5号铁路于线既有旧钢梁疲劳承载力分

析.上海铁道大学学报,1997,18(4)

2

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(上接第25页)

严格规定预拉力是必要的。采用多样化的高强度螺 栓连接构造以适应不同的钢结构情况,可方便施工

安装,达到经济合理的目的,值得迸一步研究。

参考文献

1周皓淳,赵希平.高强度螺栓设计与使用中一些问题的探讨.钢结

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构,2004,19(1)

2陈绍蓍.钢结构设计原理.第二版.北京:科学出版社,19983陈绍蕃.钢结构.北京:中国建筑工业出版社,1994

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37

高强度螺栓连接的应用问题探讨

作者:陈友泉

作者单位:浙江杭萧钢构股份有限公司,杭州,310003

刊名:

钢结构

英文刊名:STEEL CONSTRUCTION

年,卷(期):2004,19(4)

被引用次数:3次

参考文献(6条)

1. AISC Manual of Steel Construction-Allowable Stress Design Chicago 1989

2. 陈友泉 轻钢结构中承压型高强度螺栓连接的设计与施工 1999(05)

3. 汤征 轻钢结构门式刚架端板连接节点附加转角的分析 [期刊论文]-工业建筑 2001(07)

4. 陈绍蕃 钢结构 1994

5. 陈绍蕃 钢结构设计原理.第二版 1998

6. 周皓淳;赵希平 高强度螺栓设计与使用中一些问题的探讨 [期刊论文]-钢结构 2004(01)

引证文献(3条)

1. 袁棪 . 马乐为 . 张明文 空间网架结构整体工作性能的分析 [期刊论文]-河南城建学院学报 2010(6)

2. 李超华 . 闫月梅 . 苏献祥 钢结构中高强度螺栓连接形式相关问题的探讨 [期刊论文]-钢结构 2008(12)

3. 朱君 大同客车车辆分段南北车库对接工程的设计及抗震分析 [期刊论文]-施工技术 2006(8)本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gjg200404008.aspx

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