高强螺栓.docx

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高强螺栓

腹板则采用高强度螺栓连接，要充分理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓。

采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理。

采用高强螺栓群连接时，孔位的精度十分重要。

目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔，前者精度低，后者精度高，应优先考虑采用后者。

当采用模板制孔时，应保证模板的精度，以确保高强螺栓的组装孔和工地安装孔的精度要求。

如果孔位局部偏差，只允许使用铰刀扩孔。

严禁使用气割扩孔，若用气割扩孔，则应按重大质量事故处理。

高强螺栓群应同一方向插入螺栓孔内，高强螺栓群的拧紧顺序应由中心按幅射方向逐层向外扩展，初拧和终拧都得按预先设定的鲜明色彩在螺帽头上加以表示。

五、楼盖的设计

螺栓的拧紧

   拧紧的目的：

增强联接的刚性、紧密性、防松能力；

  对受拉螺栓还可以提高螺栓的疲劳强度；

  对受剪螺栓还可以增加螺栓的摩擦力；

拧紧力矩

　　拧紧螺母时，需要克服螺纹副的螺纹力矩T1和螺母的承压面力矩T2，因此拧紧力矩T=T1+T2（如图a）。

螺栓所受的螺纹力矩T1与头部的承压面力矩T3和夹持力矩T4相平衡，即T1=T3+T4（如图b）。

螺栓的转矩图见图c。

在螺纹力矩的影响下，螺纹副间有圆周力Ft的作用，螺栓受到预紧力F’，而被联接件则受到预紧压力F’（图d）。

a）螺母所受转矩

b）螺栓所受转矩

c）螺栓转矩图

d）螺栓和被联接件所受预紧力

  公式推导：

螺纹联接

结构设计

常用螺纹

种类：

三角形、矩形、梯形、锯齿形

选用：

联接：

三角形螺纹（粗牙或细牙）

     传动：

梯形、矩形、锯齿形（单向传力）

联接形式

螺栓联接：

构造简单、装拆方便，尽可能首先选用

双头螺柱联接：

用于不宜于开通孔或要求结构紧凑且可经常拆卸

螺钉联接：

特点同上，但不宜时常装拆，不用螺母

联接件

螺栓：

多为六角头，按加工精度可分为粗制和精制，机械制造常用精制

螺母：

多为六角头，其制造精度和螺栓相同，分为粗制和精制

垫圈：

主要用于保护支承表面及减小螺栓附加应力，分为粗制和精制

防松装置

摩擦防松：

弹簧垫圈、对顶螺母、自锁螺母等，特点简单方便但可靠性差

机械防松：

开口销与槽形螺母、止动垫片、串联金属钢丝；特点：

可靠，但稍复杂

破坏螺母副关系：

焊住、冲点、粘合等，使螺母和螺栓不能相对转动

联接计算

螺栓组计算

目的：

通过静力分析求得受力最大螺栓及其受力

典型受载形式

1、受轴向载荷（螺栓沿同心圆均匀排列）每个螺栓所受工作载荷相同

2、受横向工作载荷

受拉螺栓联接：

每个螺栓受相同的预紧拉力

受剪螺栓联接：

近似认为每个螺栓受力情况相同（剪切、挤压）

3、受旋转力矩

受拉螺栓：

每个螺栓相同的预紧力

受剪螺栓：

根据变形协调条件，距底板旋转中心最远的受力最大

4、受翻转力矩

根据变形协调条件和螺栓受正、负拉力假设，距底板翻转轴线最远的受正拉力的工作载荷最大

单个螺栓联接强度计算

静应力

受拉螺栓

松联接---

紧联接---

受剪螺栓：

变应力

受拉紧螺栓联接

受剪螺栓联接

提高螺栓联接强度的措施

1、改善螺纹牙受力分配：

原理：

减小螺栓和螺母螺距变化差

方法：

用悬置螺母、内斜螺母、环槽螺母、软材料螺母

2、提高疲劳强度

原理：

应力幅越小疲劳强度越高

方法：

减小螺栓刚度；增加被联接件的刚度、适当增加预紧力

3、减小附加应力：

用凸台、鱼眼坑、特殊垫圈

4、减小应力集中：

用退刀槽、余留螺纹、大牙根圆角半径

5、改善材料机械性能和制造工艺

请教高强螺栓连接面抗滑移系数检验方法

高强螺栓连接

1.2.1  质量监控点

1.摩擦面抗滑移系数试验；

b.  高强度螺栓连接副轴力试验（扭剪型）；扭矩系数（大六角型）；

c.  摩擦面保护情况；

d.  施工扭矩；

1.2.2  检验方法

a.验证制作厂摩擦面抗滑移系数试验报告及随构件到现场的摩擦面抗滑移系数试件（3组）；

b.通知监理对现场摩擦面抗滑移系数试件进行见证取样、送检试验，并取得有见证资格试验室的合格报告；

c.通知监理对现场高强度螺栓连接副试件进行见证取样、送检试验，并取得有见证资格试验室的合格报告；

l.目视观察摩擦面保护情况；

m.查大六角型高强扳手标定记录，现场检查（锤击法、转角法）；

e.目视观察扭剪型高强度螺栓尾部是否全部柠掉；

1.2.3  验收标准

a.摩擦面抗滑移系数≥0.50；

b.摩擦面平整无污物，允许表面生锈；

d.扭剪型高强度螺栓连接副紧固轴力平均值

e.扭剪型高强度螺栓连接初拧扭矩值

f.扭剪型高强度螺栓副终拧，尾部梅花头应全部柠掉，因故不能拧掉者，按大六角型高强度螺栓连接副终拧方法处理；

g.大六角型高强度螺栓连接副扭矩系数平均值应在0.110～0.150范围内；

h.大六角型高强度螺栓连接副初拧扭矩值为其终拧扭矩值的50％左右，终拧扭矩值：

TC＝k*PC*d；

式中：

TC——施工扭矩（N.m）；

k ——扭矩系数平均值；

PC——高强度螺栓施工预拉力（kN）；

d ——高强度螺栓杆直径（mm）；

1.2.4  过程控制制度：

a.高强螺栓连接工程施工前应对购进的高强度螺栓连接副和随构件进场的抗滑移系数试件，按现行国家规范要求由监理工程师见证取样，送有资质的实验室复试，复试结果应符合验收标准规定； 

b.构件安装前应对摩擦面进行观感检查并符合规范要求；

c.大六角头高强螺栓扭矩扳手在使用前应根据不同直径螺栓的施工扭矩进行扭矩标定；

d.高强螺栓连接工程施工分初拧、终拧，终拧在钢柱校正合格后进行

e.在施工人员自检合格的基础上，由质检员抽检；自检、专检应有相应检查记录；

f.填写报验资料报工程监理部验收签认；

1.2.5  记录：

制作厂摩擦面抗滑移系数试验报告；现场试件摩擦面抗滑移系数试验报告；高强度螺栓连接副轴力（扭剪型）、扭据系数（大六角型）试验报告；高强螺栓连接工程检验批质量验收记录表；高强螺栓连接分项工程检验评定记录；高强螺栓连接检查记录；

1.2.5  责任人：

专业工长、质检员；

第七章

钢结构连接之安全性确定

第一节

设计基本要求

第四十三条

一般规定

一、所有连接部份必须具有足够的设计承载力使结构能保持有效，并满足第二章所述的所有基本要求。

二、连接设计所使用的分项安全系数γM应取下列的数值：

（一）螺栓承载力...........................γMb=1.25

（二）焊接承载力...........................γMw=1.25

（三）高强螺栓抗滑移承载力：

▪力传递方向与长圆孔纵轴垂直，标准孔隙之圆孔，其；

　　　承载能力极限状态之抗滑承载力　γMs.ult=1.25

　　　正常使用极限状态之抗滑承载力　γMs.ser=1.10

▪力传递方向与长圆孔纵轴平行，加大孔或长圆孔，其；

　　　承载能力极限状态之抗滑承载力　γMs.ult=1.40

（四）对中空截面之格构梁，其节点连接之承载力应参考ENV1993-1-1附件K。

三、采用本条进行连接设计时必须联同第四十六条一起使用。

第四十四条

设计假定

一、承载能力极状限态下作用于连接点的力及弯矩，应按第三章所述的整体分析方法计算。

二、连接点可按任何合理的方法计算内力或弯矩分布，只要：

（一）计算内力（或弯矩）与外力（或弯矩）平衡；

（二）连接点的每一部份有足够能力抵抗在结构分析中计算的内力或应力；

（三）由内力分布引起的变形不超过连接物或焊缝及其连结部份的容许变形能力。

三、构件交接点

（一）在一般情况下，构件的重心线应尽可能在节点处汇交于一点；

（二）当构件交接点出现偏心时，节点及构件的设计必须考虑；

（三）在一个节点内有至少两个螺栓的角钢及Ｔ形钢连接情况下，螺栓群的定线可当重心线作构件的交接点使用。

四、由反复荷载或震动造成剪力之节点荷载：

（一）对于由冲击力或明显振动导致节点承受剪力之情况，应采用焊接或具锁定装置之螺栓、摩擦高强螺栓、压射螺栓或其它具有足够防移位能力之螺栓连接方式；

（二）由于承受反复之剪力荷载（或其它原因），节点位置不允许出现滑移现象，可使用摩擦高强螺栓、密接螺栓或焊接作抗滑连接；

（三）对于受风力及侧撑之稳定问题，一般可采用螺栓作承压连接。

第二节

螺栓连接

第四十五条

一般规定

一、螺栓孔的布置应尽量避免锈蚀、局部挫曲及使螺栓的安装更容易。

二、螺栓孔的布置亦须符合计算螺栓承载力时所使用的限值。

三、螺栓的最大及最小间距可按第六十五条采用。

此数值不适用于暴露结构或高腐蚀环境。

第四十六条

螺栓连接的种类

一、钢结构建筑物上使用的螺栓有下列两种：

（一）普通螺栓：

适用于承压型连接，板间接触面的剪力由螺栓承压在板上。

（二）摩擦型高强螺栓：

适用于摩擦型连接，需用一预压力将两块连接板夹紧。

二、螺栓连接按其功能可细分为下列类型：

（一）剪力螺栓连接

节点承受剪力之螺栓连接设，应符合下列其中一种类型：

▪   类型A：

承压设计

应采用强度4.6级至10.9级之普通螺栓（由低碳钢制成）或高强螺栓进行设计。

对接触面并无要求施加预压力及任何特别之措施。

设计时，承载能力极限状态下，螺栓的剪力设计值不应超过抗剪承载力设计值及承压承载力设计值，详见第四十八条。

表达式为：

Fv.Sd≤Fv.Rd

Fv.Sd≤Fb.Rd

▪   类型B：

正常使用极限状态下之抗滑移设计

应采用符合第七十五条要求，具有扭紧控制之摩擦高强螺栓进行设计。

本设计中，是不允许在正常使用极限状态下有任何滑移现象发生。

应考虑不同荷载型式下之荷载组合效应，可根据抗滑要求决定不同之荷载型式。

设计时，正常使用极限状态下的剪力设计值不应超过抗滑承载力设计值，详见第四十九条。

而承载能力极限状态下的剪力设计值不应超过抗剪承载力设计值及承压承载力设计值，详见第四十八条。

表达式为：

Fv.Sd.ser≤Fs.Rd.ser

Fv.Sd≤Fv.Rd

Fv.Sd≤Fb.Rd

▪   类型C：

承载能力极限状态下之抗滑移设计

应采用符合第七十五条要求，具有扭紧控制之摩擦高强螺栓进行设计。

本设计中，是不允许在承载能力极限状态下有任何滑移现象发生。

设计时，承载能力极限状态下的剪力设计值不应超过抗滑承载力设计值（第四十九条）及承压承载力设计值（第四十八条）。

此外，在承载能力极限状态下，螺栓孔上净截面之塑性抗拉承载力设计值Nnet.Rd应取：

Nnet.Rd=Anet⋅fy/γM0

（三）拉力螺栓连接

节点承受拉力之螺栓连接设，应符合下列其中一种类型：

▪   类型D：

普通螺栓之连接设计

应采用强度至10.9级之普通螺栓（由低碳钢制成）或高强螺栓进行设计。

本设计并无要求施加预压力。

此类型设计并不适用于经常承受反复拉力荷载之连接设计，但仍可作为承受一般抗风荷载之连接设计。

表达式为：

Ft.Sd≤Ft.Rd

▪   类型E：

摩擦高强螺栓之连接设计

应采用符合第七十五条要求，具有扭紧控制之摩擦高强螺栓进行设计。

本设计中，高强螺栓所施加之预压力会提高抗疲劳效应。

但其效能之提高及加强取决于细部配置与偏差要求。

▪   对于采用类型D及E之拉力连接设计，其接触面无须进行任何的特别处理，但当类型E之连接同时承受拉力及剪力则属例外情况（即类型E-B或E-C之组合）。

三、普通螺栓及高强螺栓的设计应符合第十九条所规定的标准。

四、螺栓的选择取决于连接点需要抵抗的力或弯矩。

一般的钢结构工程中，普通螺栓多选用4.6或8.8级。

高强螺栓通常选用8.8或10.9级，适用于有反向弯矩或振动发生的连接点，例如：

门架式建筑物的屋檐连接。

第四十七条

内力分析

一、螺栓群的内力分布

当抗剪承载力设计值Fv.Rd少于承压承载力Fb.Rd（见表二十四a），在承载能力极限状态下螺栓群的内力分布应与转动中心的距离成比例。

其它承压型螺栓群的内力分布，在承载能力极限状态下应根据塑性规定设计（见表二十四b）。

二、杠杆力

当螺栓群需要承受外加拉力，在设计上亦需考虑抵抗因杠杆效应而出现的附加力（见图三）。

杠杆力的大小与连接点的相对刚度及几何布置有关。

三、长接头

当接头两端螺栓中心的距离超过15d（d为螺栓标称直径），抗剪承载力设计值Fv.Rd必须按长度折减。

计算折减系数的方法可按ENV1993-1-1第6.5.10条执行。

表　二十四　螺栓群连接的内力计算

a.内力分布的大小与转动中心的距离成比例

b.螺栓连接有可能发生的塑性内力分布，其它真实的分布亦可使用，例如：

图三　杠杆力

第四十八条

普通螺栓的承载力计算

一、受剪设计

在承载能力极限状态下，螺栓的剪力设计值Fv.Sd不应超过以下较小的情况：

▪抗剪承载力设计值Fv.Rd（见表二十五a）；

▪承压承载力设计值Fb.Rd（见表二十五b）。

二、受拉设计

包括所有因杠杆效应产生的拉力设计值Ft.Sd，均不应超过以下较小的情况：

▪抗拉承载力设计值Ft.Rd（见表二十五c）；

▪冲切承载力设计值Fp.Rd，（见表二十五d）。

三、同时承受剪力及拉力之设计

除上述的准则外，螺栓同时受拉及受剪亦须满足下式：

表二十五　普通螺栓的承载力计算

受力方式

螺栓承载力

a.每一抗剪面的抗剪承载力Fv.Rd

式中C1=0.6（适用于4.6、5.6及8.8级）

C1=0.5（适用于4.8、5.8、6.8及10.9级）

b.承压承载力Fb.Rd

式中α=min（

）

c.抗拉承载力Ft.Rd

d.冲切剪力承载力Fp.Rd

当连接物厚tp少于0.5d，冲切剪力承载力设计值应按ENV1993-1-1第6.5.5（4）条款验算。

　注：

❶A为螺栓毛截面面积

❷As为螺栓有效抗拉面积

❸d为螺栓直径

❹d0为孔径

❺e1、e2、p1及p2之定义请参阅第六十五条

第四十九条

摩擦型高强螺栓的承载力计算

一、正常使用极限状态下的抗滑承载力设计

在抗滑连接设计中，正常使用极限状态下的剪力设计值Fv.Sd.Ser不应超过在表二十六a中所定的抗滑承载力设计值Fs.Rd.Ser。

此外，极限剪力设计值Fv.Sd亦不应超过抗剪承载力设计值Fv.Rd或承压承载力设计值Fb.Rd，Fv.Rd或Fb.Rd的设计详见第四十八条。

二、承载能力极限状态下的抗滑承载力设计

在抗滑连接设计中，承载能力极限状态下的剪力设计值Fv.Sd不应超过在表二十六b中所定的抗滑承载力设计值Fs.Rd或承压承载力设计值Fb.Rd、Fb.Rd的设计可参见第四十八条。

表二十六　摩擦型高强螺栓的承载力计算

受力方式

螺栓承载力

a.正常使用极限状态下的抗滑承载力Fs.Rd.ser

　式中

Fp.cd=0.7fubAs

μ=按摩擦面级别而定之摩擦系数

n=摩擦面数目

b.承载能力极限状态下的抗滑承载力Fs.Rd

摩擦面级别

接触面处理方法

A级（μ=0.5）

喷砂处理，清除所有浮锈，无坑槽

B级（μ=0.4）

喷砂处理后并涂上厚度达50-80μm之锌漆

C级（μ=0.3）

采用钢丝刷或火焰清除浮锈

D级（μ=0.2）

不经处理的表面

ks值

孔隙（第六十三条）

ks=1.0

标准孔隙之圆孔

ks=0.85

短形长圆孔

ks=0.70

长形长圆孔

第五十条

块状剪力撕裂承载力计算

一、靠近梁端的腹板或托座应有适当的孔距以避免螺栓群发生块状撕裂。

这种破坏模式通常包括螺栓群受拉面的破坏，以及螺栓群行受剪面同时出现剪力降服。

（见表二十七）。

二、块状剪力撕裂有效承载力应按下式计算：

Veff.Rd=（fy/

）Av.eff/γM0

式中Av.eff为有效抗剪面积（见表二十七）

表二十七块状剪力撕裂的有效抗剪面积

a.一行螺栓

k=0.5

b.二行螺栓

k=2.5

　Av.eff=tLv.eff　

　　　　　式中：

Lv.eff=Lv+L1+L2并且Lv.eff≤L3

L1=a1≤5d

L2=（a2–kd）（fu/fy）

L3=Lv+a1+a3并且L3≤（Lv+a1+a3–nd）（fu/fy）

d=螺栓的标称直径

n=受剪面上的螺栓数量

t=腹板或托座的厚度

第三节

焊缝连接

第五十一条

一般规定

本节中出现的条款适用于：

（一）符合第四章要求的焊接用结构钢；

（二）符合第八章的设计规定；

（三）符合第九章的工艺要求；

（四）采用电弧焊接作为焊接程序；

（五）钢材厚度4mm或以上；

（六）焊缝使用适当熔接材料制成的拉伸试样，其最小屈服及抗拉强度须大于母材规定的强度。

此外，焊缝金属在力学性能上必须与母材兼容。

第五十二条

焊接种类

一、焊接一般可分类为：

（一）角焊缝（见第五十四条）

▪       角焊缝－可用于熔接面角度在60o至120o间的连接部份；

▪       槽焊缝－用于圆孔或长圆孔的角焊缝。

（二）对接焊缝（见第五十五条）

▪       完全焊透的对接焊缝－充填金属完全焊透于连接母材整个厚度的对接焊缝；

▪       不焊透的对接焊缝－充填金属不焊透于连接母材整个厚度的对接焊缝。

二、焊接的种类及其代号可参看表二十八。

表二十八　焊缝的基本类形

焊缝种类

接头种类

对接接头

Ｔ形接头

搭接接头

槽焊缝

完全焊透的对接焊缝

不焊透的对接焊缝

第五十三条

内力分析

焊缝内力分布的计算必须考虑下列各点：

（一）可使用符合第四十四条之弹性或塑性行为计算；

（二）焊缝一般允许假设一个简化的荷载分布；

（三）有可能形成塑性绞的焊缝必须提供不少于最弱连接部份的设计承载力；

（四）因可能过度变形而要求有足够转动能力的焊缝，靠近焊缝之母材达至降伏时，焊缝不应先产生破坏；

（五）若果焊缝的设计承载力大于最弱连接部份的80%，则前一款之要求一般可以得到满足。

第五十四条

角焊缝的强度计算

一、有效长度

角焊缝的有效长度应取拥有完整焊缝厚度的长度，包括末端转角处。

只要焊缝有完整厚度，焊缝起始处之有效长度不需要折减。

长度L>150a（a为焊缝计算厚度）的焊接接头，其承载力设计值应按ENV1993-1-1第6.6.9条款折减。

二、焊缝计算厚度

角焊缝的计算厚度a应取在熔接面及焊缝表面内划出最大三角形中的垂直高度，详见图四。

只要初部试验证明熔深要求能够达到，深溶角焊缝可考虑额外多出的厚度。

采用自动埋弧焊进行的角焊缝，在无初部试验下其计算厚度可增加20%或2mm（取其中较小的值）。

图四　角焊缝计算厚度的定义

三、焊缝每单位长度的强度设计

角焊缝每单位长度的强度设计值Fw.Rd应符合下列条件：

Fw.Sd≤Fw.Rd

式中：

　　（作用于焊缝之合力设计值）

NSd=垂直于焊缝长度方向的轴心力设计值

Vl.Sd=沿焊缝长度方向的剪力设计值

Vt.Sd=垂直于焊缝长度方向的剪力设计值

　　（角焊缝的强度设计值）

fu=连接点较弱部份的抗拉强度

βw=修正系数（见表二十九）

表二十九　角焊缝的修正系数βw

钢材级别

抗拉强度fu

（N/mm2）

修正系数βw

S235

360

0.80

S275

430

0.85

S335

510

0.90

第五十五条

对接焊缝的强度计算

一、完全焊透的对接焊缝设计

只要焊缝使用适当焊条（或熔接材料）制成的拉伸试样，其最小屈服强度及抗拉强度大于母材规定的强度，则完全焊透的对接焊缝强度设计值应取连接点较弱部份的强度设计值。

二、不焊透的对接焊缝设计

不焊透的对接焊缝强度设计值应按深溶角焊缝的公式计算，（见第五十四条）。

焊缝的计算厚度应取熔接后可到达的厚度。

第五十六条

非加劲翼板的焊接强度设计

一、非加劲Ｉ形、H形或箱形截面与钢板之T形接头，截面母材及焊缝之宽度应考虑折减成有效宽度。

（见图五）

二、Ｉ形或H形截面的有效宽度应按下式计算：

（图五a）

　　并须符合

式中：

fy为截面的屈服强度设计值

fyp为钢板的屈服强度设计值

三、如beff小于完整宽度的0.7倍，接头应进行加劲。

四、箱形截面的有效宽度应按下式计算：

（见图五b）

　　并须符合

五、连接截面翼板与钢板的焊缝，其每单位长度之强度设计值应超过钢板每单位宽度之强度设计值。

a.Ｉ形截面

b.箱形截面

图五　非加劲T形接头的有效宽度

第八章

构造配置及设计规定

第一节

一般规定

第五十七条

最小厚度

建筑用钢结构构材厚度不宜小于4mm。

当结构在严重腐蚀环境下而没有特别防锈蚀措施，构材之最小厚度应高于以上规定值。

第五十八条

构造配置

结构中主要构件之布置应尽量对称于结构平均面。

另外在三角形结构中构件之连接应尽量将其中心轴相交于一点。

当以上的规定不能符合，计算中应考虑由偏心所产生之次力。

第五十九条

构件截面的变化

结构构件应尽量避免截面突然发生变化或局部减弱。

第六十条

连接

一、结构构件间之连接一般采用焊接方式或螺栓连接。

二、连接部份应尽量避免同时使用焊接及螺栓连接传递内力。

第六十一条

支撑

结构主要构件间之支撑应确保能达到其整体性（见第十六条）。

第六十二条

维护

结构之设计应尽量避免维护时产生困难，即难于涂装或出现不必要之积水位置。

第二节

螺栓连接

第六十三条

孔径

一