高強(qiáng)螺栓群摩擦型連接抗拉性能及其計(jì)算方法

李靖+李鴻博

摘 要：本文討論了摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接在同時(shí)承受剪力和拉力時(shí)的計(jì)算公式及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)螺栓；摩擦型；連接；計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

高強(qiáng)螺栓連接正廣泛的應(yīng)用于工程實(shí)踐中，特別是摩擦型的連接應(yīng)用更廣。本文從高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的工作性能入手，結(jié)合規(guī)范給出的公式，深入解析公式中每個(gè)變量的具體含義，并給出螺栓群同時(shí)受剪力和拉力的計(jì)算公式。

二、螺栓受力性能和承載力

1. 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的抗剪性能和承載力

高強(qiáng)螺栓安裝時(shí)將螺栓擰緊，螺桿內(nèi)產(chǎn)生預(yù)拉力 ，這個(gè)預(yù)拉力使螺桿壓緊構(gòu)件接觸面，靠接觸面的摩擦力來(lái)阻止其相互滑移，以達(dá)到傳遞外力的目的。高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接與普通螺栓連接的重要區(qū)別，就是完全不靠螺桿的抗剪和孔壁的承壓來(lái)傳力，而是靠鋼板間接觸面的摩擦力傳力。

摩擦型連接中高強(qiáng)螺栓的抗剪承載力的大小與其傳力摩擦面的抗滑移系數(shù)和對(duì)鋼板的預(yù)壓力呈正相關(guān)。

以上兩式即是按照不同的原則考慮螺栓群的受力時(shí)，高強(qiáng)螺栓摩擦型連接同時(shí)承受剪力和拉力的計(jì)算公式 。在第一種計(jì)算方法中，假定螺栓拉力為按彈性理論的傾斜直線分布而剪力為均勻分擔(dān)，在板件較厚而內(nèi)力較小時(shí)比較接近實(shí)際受力情況。但當(dāng)內(nèi)力較大時(shí)，認(rèn)為較大受拉螺栓即鋼板與螺栓壓緊力逐漸松脫處，仍能承受與其它螺栓處相等的剪力（摩擦力），則將有較大偏差。按最大拉力和均勻分擔(dān)剪力驗(yàn)算不夠時(shí)，認(rèn)為連接將局部單獨(dú)滑移失效，則更使設(shè)計(jì)偏于保守和所用螺栓過(guò)多。第二種計(jì)算方法考慮連接為整體，即比較總剪力和各螺校處所提供的摩擦力的總和，其受力分析較為合理并能節(jié)省螺栓，我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》（JGJ 82-91）中已規(guī)定采用這種方法。

四、算例

如圖1所示為一受偏心荷載的摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，偏心力 =540kN，鋼材為Q235，螺栓用10.9級(jí)的M20高強(qiáng)度螺栓，構(gòu)件接觸面經(jīng)噴沙后涂無(wú)機(jī)富鋅漆，核算螺栓是否安全。

可見(jiàn)，按照第二種計(jì)算方法能夠節(jié)省螺栓用量，且更符合實(shí)際情況。同時(shí)注意到在用第二種方法計(jì)算時(shí)，考慮到對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)計(jì)算的 沒(méi)有出現(xiàn)負(fù)值時(shí)（出現(xiàn)負(fù)值取零），平均拉力即為總拉力除以螺栓個(gè)數(shù)，與彎矩?zé)o關(guān)。

五、結(jié)語(yǔ)

本文深入分析了摩擦型高強(qiáng)螺栓連接受剪力和拉力時(shí)螺栓群的計(jì)算方法，并給出了兩種計(jì)算公式，即公式（12），（13）和（14），（15），對(duì)規(guī)范中的公式做了一定的補(bǔ)充，最后給出了具體算例。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈祖炎.鋼結(jié)構(gòu)基本原理[M].上海：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[2] 王國(guó)周，瞿履謙.鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1993.

（本文審稿 張端丹）