日本高强度螺栓连接及其计算

高强度螺栓连接

    钢桥的梁段在工厂制造，工地安装。尤其在城市中，在施工过程中须设法对现有交通影响最小，以及疲劳问题等原因，构件之间广泛采用高强度螺栓连接。
    高强度螺栓连接形式有摩擦型，抗剪型，受拉型三种，道路桥示方书中均有规定，实际工程中基本上采用摩擦型。
8 K+ }, o; h8 Y/ Z    受拉型须在连接位置增加翼缘，就像管道之间用法兰盘连接那样，增加了构件外形尺寸，由于钢桥主要构件很多是受运输条件限制而分段的，增加外形尺寸不仅费工费料，而且难于运输，带来很多不便。而且由于翼缘刚度较小，受拉螺栓中处承受构件的拉力外，还存在由于翼缘刚度不足带来的杠杆力，降低了螺栓的连接能力。所以采用的不多。
    抗剪型采用的也很少。因为钢构件受力较大，都是采用螺栓群连接的。而钢桥的加工精度无法与机床等机械设备相比。如果采用抗剪型，制作精度上很难满足螺栓群同时受力。有可能发生螺栓逐个破坏连接整体失效的问题。
, |$ ~' }) y% O) S8 V    三种连接型方式中，摩擦型的许容值虽然最小，由于克服了受拉型和抗剪型的上述缺点，所以基本上垄断了高强度螺栓连接。实际使用中，虽然有M20，M22，M24三种直径，经过多年的市场竞争，几乎只剩下M22型独打天下。因为是摩擦连接，螺栓之中导入的预紧力大小非常关键。小了，发挥不了预期作用，大了，螺栓可能被拉断。扭剪型高强度螺栓在尾部有一凹槽，用专用工具安装时，达到一定的扭矩，从凹槽处被扭断，只要是安装完的螺栓，预紧力都可以得到保证。所以M22的扭剪型高强度螺栓得到了非常广泛的应用。

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摩擦结合型高强度螺栓连接的设计
9 s3 x1 ]+ @0 W6 N- `& S
! P) v9 d9 x  ]垂直应力作用的连接，各行螺栓须满足式1的要求。当垂直应力均匀分布时，满足式2即可。
3 {" b; o; k& ?0 T: x- p　ρpi＝Ｐi　/　ni ≦ρa                            式1
9 M( ]. D1 y& ?* J　ρp＝Ｐ　/　n ≦ρa                            式2
6 z- F$ y- ?4 g# e7 N' N4 P其中：
* J  O) [- a8 F1 {( V% Z　ρpi为第i行上单个螺栓的作用力（N）
　ρp为单个螺栓的作用力（N）
　Ｐi 为作用在第i行上的作用力（N）（连接线单侧）
5 L& l, @+ i: i! k* l' |2 j: P　Ｐ 为作用在螺栓群上的作用力（N）（连接线单侧）
" \. c9 a9 G  M# M' }7 D" ]6 i　ni 为第i行上螺栓的个数（连接线单侧）
　n 为螺栓群的个数（连接线单侧）
　ρa为单个螺栓的容许作用力（N）

4 L6 `* w5 P: G/ r& X
注：从前的要求是M*ymax/Σy^2≦ρa，（M：弯矩，ymax：离中性轴最远的螺栓距中性轴的距离）后来在工程中发现不安全，就改成现在的样子。

; p/ w0 w. a' i* h) P& A
剪切应力作用的连接，须满足式3的要求。
& D4 W2 W5 B- E2 h7 M. s' d　ρs＝S　/　n ≦ρa                            式3
其中：
　ρs为单个螺栓的作用力（N）
　S 为作用在螺栓群上的剪力（N）
9 q/ @+ {4 P/ K/ F3 r5 J　n 为螺栓群的个数（连接线单侧）
" _% Y2 {# R2 M　ρa为单个螺栓的容许作用力（N）

! \9 b. U" M, Q& j当连接同时受到弯矩，轴方向力及剪力时，须满足式4的要求。
　ρ＝(ρp^2+ρs^2)^0.5 ≦ρa                            式4
. p) ^8 [! O8 p, R其中：
  a$ m6 Z" {& m' u　ρ为单个螺栓的作用力（N）
/ K, W' j  g, u2 ~- {/ y　ρp为由于弯矩及轴力在单个螺栓的作用力（N）
  w! e! H, u- c  ~0 E1 d　ρs为由于剪力在单个螺栓的作用力（N）
　ρa为单个螺栓的容许作用力（N）

                               
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高强度螺栓连接的设计（三）
* H* p& k, U3 V7 B; u
! w8 |" P+ K8 c: d! {, R& A由于被连接母材可能因为屈曲问题许用应力值被降低；及连接处不一定处于截面控制点，在同一构件内板厚通常不变化，连接处截面的应力度有可能有富余等原因，在连接处相对于被连接母材截面应力度有富余。根据连接处内力设计出的连接板有可能板厚比母材小很多。要避免在连接处形成薄弱环节，规定连接处强度不小于0.75倍被连接截面的全强。

受到拉力作用的连接板，须使相对于纯截面算出的应力度在容许值以下。
; n8 B5 m9 p( h5 i( v纯截面积为总截面积中减去螺栓孔后的截面积。螺栓孔在计算上的孔径为公称径加3mm，即M22的螺栓的螺栓孔在计算上取25mm。根据工程实践，对于摩擦结合的连接形式，根据上述方法算出的纯截面积可以乘上1.1的系数，但不得超出总截面积。对于受拉力的连接处，为避免由于螺栓孔对截面的削弱作用使得连接处局部的截面需增大的现象，受拉力的连接板端部先是两个孔或4个孔，以减小连接处螺栓孔对截面削弱作用，随着母材上的作用力逐步传递到连接板上，再增加螺栓孔个数。这样做的好处可以是即使连接处的内力在同一构件中最大，螺栓孔对连接还有削弱作用，也有可能做到构件内部采用统一截面，连接处不必局部扩大截面。参考下图。
9 J( _/ L$ B; d* T/ g. n# V, U/ c
* O0 [% y1 w) z, l+ ^7 I; {1 a/ M受到压缩力作用的连接板，须使相对于总截面算出的应力在容许值以下。由于连接板被螺栓固定，此处的容许值选用时不必考虑失稳问题。
, }$ j+ I- o9 `9 J# r1 U/ R
0 t0 x' D0 e( p/ {5 W- J受弯矩作用的连接板，须满足σ＝Ｍ＊ｙ／Ｉ≦σa
, S" l( F2 i9 ~9 [( s其中，σ为连接板的应力度，M为弯矩，I为二次惯性矩，y为从中性轴到连接板边缘距离，σa为不考虑失稳的容许应力度

                               
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高强度螺栓连接的设计（四）
( ?( J6 D0 V1 W/ o- [/ g
  G, Y8 o, f0 @% ?! [为不对安装时产生障碍，M22型栓的最小中心间隔为75mm，在特殊情况下可以采用小至66mm的间隔。
. Y+ N& R% P7 Y5 D: h为防止连接板发生局部屈曲，M22型螺栓在应力方向的最大间隔为150mm及12t（外侧的板或型钢的厚度），在应力垂直方向的最大间隔为300mm及24t。
! g0 q, A1 d, S: g9 A, N- |7 ^5 W为防止板边缘破坏影响连接，规定了螺栓的最小边缘距离。当采用人工火焰切断时为M22型37mm，当采用自动火焰切割且对边缘进行处理时为32mm。通常边缘距离取40mm。
) d& B: u5 }" G; j2 z4 O为保证连接板之间的密着性，规定了最大边缘距离。150mm且8倍外层连接板的厚度以下。不过通常情况下不会取到这么大，M22型最典型的边缘距离取40mm。
( {6 Y8 T( \: D6 Q. f5 D为保证连接件之间的可靠接触，每个连接处最小需使用2个以上的高强度螺栓。当使用连接板对构件进行对接时，这里的每个连接处指连接线的单侧。

M22型高强度螺栓长度规格的选取：扭剪型为被连接件的总厚度+35，逢1进5元整到5mm单位，六角型为被连接件总厚度+40，逢1进5元整到5mm单位。

对于扭剪型高强度螺栓，由于需使用专用工具连接，须保证足够的工具设置空间。最典型的例子如下图左。当空间狭小时就不能采用扭剪型高强度螺栓了，即使使用六角形高强度螺栓，也须保证一定的安装空间，如下图右所示。

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谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享

好资料！谢谢搂主分享！！

好资料，涨见识了，楼主的日语不错嘛。

收藏了  哈哈。支持楼主

其实，个人认为按工民建钢结构的计算方法或者按照《混凝土结构后锚固技术规程（JGJ 145-2004）》的计算方法，都可以的，理论不一样。中国的这些规范都是从国外的规范演变而来的。

! {( U9 ]( {8 i好资料，涨见识了，