李玉秋?郭興森
摘 要:鋼結(jié)構(gòu)的連接方式有多種,螺栓連接是最常用的連接方法之一。螺栓的排列形式、距離等因素會(huì)影響構(gòu)件的承載力,本文就螺栓連接最小容許距離進(jìn)行理論分析,根據(jù)螺栓受力形式,推導(dǎo)螺栓間距控制要求,驗(yàn)算規(guī)范中數(shù)據(jù)的合理性。
關(guān)鍵詞:螺栓連接;最小容許距離;構(gòu)造要求
1 中心間距
1.1 垂直內(nèi)力方向
在計(jì)算內(nèi)力值時(shí),為了簡(jiǎn)便計(jì)算,假定螺栓承壓應(yīng)力沿螺栓直徑投影面均勻分布,故在計(jì)算中間間距的最小容許距離時(shí),不必考慮螺栓的位置和方向(即外排、中間排、沿對(duì)角線方向)。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1
由表可見(jiàn),隨板厚增加,對(duì)中距的要求增加。不同螺栓對(duì)于板厚要求不同,從高到低,依次是承壓型高強(qiáng)度螺栓、AB級(jí)螺栓、C級(jí)螺栓。綜合表中數(shù)據(jù),對(duì)于C級(jí)和A、B級(jí)螺栓大多數(shù)據(jù)小于3,其中A、B級(jí)螺栓對(duì)于構(gòu)件強(qiáng)度為Q235、Q325,板厚為60~100mm(厚板)數(shù)據(jù)為3.13和3.04,誤差為13%、4%,在實(shí)際工程中,極少采用低強(qiáng)度厚板,故取整3合理。對(duì)于承壓型高強(qiáng)度螺栓,大部分理論數(shù)據(jù)大于3。承壓型高強(qiáng)螺栓在擰緊螺帽時(shí)施加很大的預(yù)應(yīng)力,是被連接構(gòu)件的接觸面之間產(chǎn)生很大的擠壓應(yīng)力,因而垂直于螺栓桿的方向上有很大的摩擦力,故在不等式的左邊應(yīng)該加上一個(gè)較大的摩擦力,該力的大小與預(yù)拉力的大小及連接處構(gòu)件接觸面有關(guān),則,當(dāng)摩擦系數(shù)取構(gòu)件接觸面無(wú)處理時(shí)的0.3,Q235厚板t=60,預(yù)拉力為80kN,螺栓直徑為16mm,S≥3.08d0,故取整3也是合理的,即滿足要求。
1.2 順內(nèi)力方向
簡(jiǎn)圖如圖2,由鋼材凈截面的抗剪強(qiáng)度和螺栓承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值相等,可得,式中為鋼材的抗剪強(qiáng)度。各級(jí)鋼結(jié)構(gòu)的值如下表3(板厚<100)
由上表可見(jiàn),順內(nèi)力方向中間間距的要求要小于垂直于內(nèi)力方向的要求,隨板厚增加要求提高;隨鋼材強(qiáng)度的增大,間距要求減小。顯然對(duì)于C級(jí)螺栓連接,取3d0偏于保守,2.4d0即可滿足要求。當(dāng)螺栓直徑為30mm時(shí),扳手外形寬度為70mm,此時(shí)預(yù)留20mm空間便于扳手轉(zhuǎn)動(dòng),故取合理,且偏于安全。
2 中心至構(gòu)件邊緣距離
2.1順內(nèi)力方向(端距)
在受力的過(guò)程中,端部的鋼板不因端距太小而被剪脫,即鋼材的抗剪強(qiáng)度小于螺栓的承壓強(qiáng)度,可得如下公式:。各級(jí)鋼結(jié)構(gòu)的值如下表4(板厚<100)
從表中數(shù)據(jù)可見(jiàn),隨板厚增加,邊距要求增加;隨鋼材強(qiáng)度增大,邊距要求減小;螺栓的選用對(duì)于邊距的要求有影響,從高到低,依次是承壓型高強(qiáng)度螺栓、A、B級(jí)螺栓、C級(jí)螺栓。表中A、B級(jí)螺栓對(duì)應(yīng)強(qiáng)度較低Q235構(gòu)件的數(shù)據(jù)大于2,但實(shí)際工程中對(duì)于精致螺栓的應(yīng)用較少,當(dāng)采用精致螺栓時(shí)可適當(dāng)加大邊距,防止端部鋼板剪脫。
2.2垂直內(nèi)力方向(邊距)
鋼材不因邊距不因邊距太小,凈截面不足而在毛截面屈服前被拉斷,可得fAy 。式中為鋼材凈截面面積,為鋼材毛截面面積,為鋼材的屈服強(qiáng)度,為鋼材的抗拉強(qiáng)度。如圖3,若只有一排螺栓
可得。
由上式可知,s與鋼材的屈強(qiáng)比有關(guān),同時(shí)要考慮端距滿足要求。試算鋼材為Q235時(shí),當(dāng)各組試件開(kāi)孔為12、16、20、24時(shí),s均沒(méi)有超過(guò)。故可取合理。
由于考慮手工割邊鋼材考慮到切割尺寸誤差等不利影響,規(guī)定為。
3 結(jié)語(yǔ)
本文分別從中間間距和中心至邊緣距離進(jìn)行簡(jiǎn)單理論探討驗(yàn)證,分為垂直內(nèi)力方向和順內(nèi)力方向。多項(xiàng)分析可見(jiàn),高強(qiáng)承壓型螺栓相對(duì)于其他種類(lèi)螺栓對(duì)于間距的要求更高。理論計(jì)算過(guò)程中采用截面受力均勻假設(shè),結(jié)果偏于安全。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
李玉秋(1994-),女,漢族,湖北武漢人,單位:鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院,研究方向:土木工程。
郭興森(1994-),男,滿族,遼寧沈陽(yáng)人 單位:鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院,研究方向:土木工程。