钢梁拼接的摩擦型高强度螺栓连接的计算

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信阳师范学院学报 (自然科学版 )第9卷第3期 1 9年7 9 6月

J u n lo n a g Te c e sCo lg o r a fXly n a h r le e ( t r lS in e Edto ) 1 9 No. u . 99 Na u a ce c iin Vo . 3J 11 6

钢梁拼接的摩擦型高强度螺栓连接的计算熊瑞生摘

张洪敏4 40 ) 600

(阳师范学院建工系.南，阳信河信

要 末文阐明了在钢结构的设计计算中常用的钢栗拼接的摩擦型高强度螺栓连接的计

鼻方法的不足夏原因 . L力传递与分配的角度 (传力 t￣出曼，出了符合受力要求 .并^内印 t8 )培且更为经济合理的设计与计鼻方法。

关键词分类号

钢栗拼接；摩擦型高强度螺栓连接；力逢径传Tu3 9

圈

1问题的提出在钢梁的设计计算中，常遇到钢梁的拼接计算，通常情况下，用的计算方法如下经在采述设计实例所示： 1 1设计实例一图 1a所示为一焊接工字型截面梁，知在拼接点处弯矩 M= 9 0 N. . ()已 2k

m,力 V￣8 k钢材为 Q 3一 A·,用1 . S级 M2摩擦型高强度螺栓连接，件表剪 8 N, 25 F采 09 0构面经喷砂处理 .要求进行其工地拼接设计。具体设计计算如下；

崩 强L h竿竺一 1+一

收稿日期

19一 O一 o 95 1 4

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熊瑞生等；粱拼接的唪擦型高强度螺桂连接的计算锕

1翼缘板拼接 )采用与翼缘等强度拼接，面拼接板，面与翼缘板的截面相同构造要求每列布置 4单截按 个螺栓，螺栓孔径 d=2 rm。缘板净截面所能承受的轴向力为：取。 2 a翼N— A, ( 8— 4 2 ) 0 2 5 1 = 1 9 . k 一 30× 2 X 2 X 0 X 0 I72 N

单个高强度螺栓的抗剪承载力设计值为：Ⅳ= 0 9￣ . n fP= 0 X 1 0 4 .9 X . 5× 1 5= 6 . 8 N 5 2 7 k

拼接头一侧需要的螺栓数目为：, i=N/一 I 9 ./ 2 7= I . 7, 2个 .Ⅳ 172 6.8 90个取 0●

按构造要求布置螺栓如图

1 6所示，翼缘拼接板采用：一 Z 8× 8 0 ()故 1 0X3 0 5 mm。 t=因 30 2 mm< 1d= 1×2=3 0 5 o 5 Z 3 mm,以螺栓承载力设计值不再乘以折减系数。所 2腹板拼接 )梁的毛截面惯性矩，和腹板的毛截面惯性矩，别为：分J: I X 10 a 0 0×.

8 2X 2X 8X (+ 38= 6 666 m· 7c

): 4 2 1 c· z 6 0 9m

I .= I x 1 0 00 X.

腹板所分担的弯矩帆为：一

争= X2 1_N =38 . 9 2k m 0

初步选用腹板拼接板为2 8 3 0 6 mr在腹板拼接缝每侧排两列螺栓，采用 2 — X 5 X 96 d,共 0个高强度螺栓，构造要求，置螺栓如图 I6所示。验算，佯布置的螺栓满足承载力要 按布 ()经这求，算过程咯。验 3净截面强度验算 )翼缘板净截面强度和腹板净截面强度经验算均满足要求，程从略。过 I 2设计实例二 .在文献[]~[],解决此类问题时，用的计算方法如下 (用设 2 4中在采利计实例一的数据及要求。缘拼接螺栓按构造每列布置 4 )翼个； 1翼缘板净截面和毛截面所能承受的轴向力分别为： )N A, O 5 t= ( 8一 4 2 ) 2× 2 5 1 -+ O 5 4 6 . 8= + . n 3O× 2 x O 0× 0 3 .×× 2 7— 1 2 . k 3 2 8 N

N2 A, 3 0X 0X 0一= 8 2 2 5X O= 1 5 k 1 5 8 N> N 1

所以拼接头一侧需要的螺栓数目为：一

Nl

1 322. 8

.

雨

‘

为便于布置， n 4,取=2个排成6,图2列如所示。

2 )腹板拼接计算及净截面强度验算

方法和结果与设计实例一同，处从略。此 13存在的问题 .

图2

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在上述的计算中，献[] 4在计算翼缘拼接需要的螺栓数目时 .文 1~[]都是直接从翼缘板所能承受的力这一角度来考虑问题的，根本没有涉及到拼接头处内力的大小问题；样做而这虽然可以保证在梁截面不发生破坏的情况下 .接

也不发生破坏 .这样做显然存在以下三连但方面的不足：先 .首梁截面是由最大内力确定的，梁的拼接位置总是尽可能地选在内力 (而弯

矩 )小 (较小 ),样一来就会出现用由最大内力确定的梁截面的承截力米汁算和布置最或处这内力最小 (较小 )的拼接螺栓的情况；或处这显然和既安全叉经济的设计原则是不一致的。其次，文献[][中 .计算翼缘板净截面所能承受的轴向力时，了公式；在 2~妇在用 N= A 0 5 f+ .-

^;然在使用这个公式时，含了这样一个条件：钢板受力达到其强度设计值，时， 显暗当

所选用的高强度螺栓受力也达到了承截力设计值 N{这在实际工程中显然是做不到的。若利用正确的计算公式 N=A, (一o 5 ) / 1 . 来计算的话，因在螺栓的数目未求出之前是个未知数 .么将无法进行计算三，用前述的计算方法然不能明确地看出连接的传力那其采显途径，不能明确地看出拼接头处的内力是怎样传递和分配的，及在传力的过程中连接件即以的受力情况又是怎样的。

z问题的解决从上述设计实例中看出， 采用前述的计算方法 .明显有的不足之处，想克服这些不要足，应直接从传力途径着就

手，由拼接头处的内力求需要2 1翼缘板拼接 .

圈3

的螺栓数目。面就用这种方法对设计实例一重新进行设计计算：下 拼接头处的弯矩由翼缘和腹板按刚度分配 .力全部由腹板承担。剪 1梁和翼缘的毛截面惯性矩分别为： ) ,/ X 1 0X 0 8￣2 8 =1￣ 0a+2￣3￣(.

丝 )一42 1c . 609 m‘

^

I 2 X尝 ) 3 3 c, 1 X 3 (= 2 8 X 9 5m 52 L‘

2翼缘分担的弯矩为： )

M争_= M

X 07k·=8N 9 7m 2

3翼缘受到的由 M.产生的轴向力为 (图3; )而见 )N I M 1 h= 7 7 1 0= 7 1 6 N￣/, 8/ .2 7.k

4接头一侧需要的螺栓数目为： )一= =

;嘉 13.1 .用 4示形布。 =2个取2采图所的式置 .个

5翼缘拼接板与翼缘板同宽， )其截面厚度

￡由下述方法确定：

‘ (4f .瓮1。等≤ = - o又. ( . )^ bd . 一 5, )≥ ( 0等= 1 . )西—5×1 0×一0 m ( . ) 1 2m— 5 .

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熊瑞生等：粱拼接的岸攘登高强度螺栓连接的计算钢

考虑到单层拼接板的传力有偏心

的影响及布置螺栓的构造要求， t取 一 1 rm.翼缘拼接扳采用：— 1 2 a故 1 2X 8 3 0× 5 0 m . 3 r a

2 2腹板拼接 .

和设计实例一的计算方法一样 .螺栓布置见图 l 6和图 4,程此处 ()过略。●

2 3净截面强度验算， 1翼缘拼接板净截面强度验算 )拼接板净截面面积A ( 8 - 4X 2× 1= 3 0 mm 一 30 2) 2 54

拼接板毛截面面积A一 3 0X 2= 45 0 m 8 1 6 m

因 ( 0瓮为一1 . )—5一

巨 4=1 3 5 P<, 2 j P 8 _M a _ lM a

( -0 5 ) I -××Ⅳ . 77l, 6× l 0

4 6 50

: l 9 2 P< f= 2 5 P .M a 6 1M a

所以满足要求。 2腹板拼接板净截面强度验算 )

经计算满足要求·程从略。过

3结论l。● .

●

[

由前面的计算过

程看出，进行钢梁在

拼接的设计计算中， 直接从传力途径 .即从拼接头处内力的大-

、。/

小及其传递与分配这一

角度出发来考虑问r

题，然比从梁截面显所能承受的虽大内力

t -

L

^

这一角度出发来考虑

『

问题更合理。体表具现在以下三个方面：

3 1可以减少拼接 .螺栓的数目及拼接板的厚度和长度，符合既安全又经济的设计原则。所示为受动力荷更图5

载作用的工作平台的梁格布置图，主粱跨度 l, 5。需进行拼接}拼接处的内力及拼接要求设与设计实例一相同，根梁一个拼接位置，十掇主梁。每共下面就分别用设计实例一、例二和实

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1 9年 7 6月 9

改进后的计算方法对此梁所需要的翼缘拼接螺拴数目和翼缘拼接板的质量进行计算，算计结果见下表

。表中可以看出，用改进后的设计计算方法，从采比实例一和实例二所用计算方 法明显地减少了材料的消耗量；于实际工程来说，用改进后的计算方法不仅可以降低材对采料费用，且还可以降低加工、装费用；为每多钻一个栓孔，安装一个螺栓都将增加机而安因多械台班费和人工费。于多层多跨的工业厂房来说，的数量就更多，么采用新的计算方对梁那法所带 5的经济效益就更显著。 I∈附表不同计算方法时的材料消耗

实恻一的方法计算项\ 果^

实侧二的方法

改进后的方法

每个拼接位置处的螺栓数耳( 个)总的拼接螺栓数耳( 个)每十拼接位置处的拼接板质量 ( g k)总的拼接扳质量 ( g) k

8 080 0 11 4 O . 11 04●

9 690 6 10 5 2 . 1 0 25

4 840 8 3 . 79 39 7

32在计算中，必应用“ .不 N=A+ 0 5 - 这样的并不符合摩擦型高强度螺栓传力途径 f . nN的计算公式来求解需要的螺栓数目；为需要的螺栓的数目是由拼接头处的内力确定的，因而不是由梁截面的最载力确定的。 3 3可以明确地看出拼接头处内力的传递与分配情况，合连接的构造简单、力明确的 .符传设计要求。 参考文献

1陈绍蓍主编 .结构.钢中国建筑工业出版杜， 9 8 1 2 9 1 8 . 9￣1 52郑州工学院编 .结构 .钢河南科学技术出版社，9 2 7￣7}7 1 9. 5 6 12 3刘声扬主编 .结构第二版 .钢武汉工业太学出版社 . 9 2 7￣ 7 1 0 8 1 9 . 3 4}8~1 2

4刘声扬 .结构疑难释义——附解题指导武汉工业大学出版杜，9 0 2 4 9 钢 1 9 . 9~2 7 5魏明钟.结构设计新规范应用讲评 .钢中国建筑工业出版杜， 9 1 19

The Ca c a i n o h i to - t p d Hi h s r ng h lul to ft e Frc i n y e g - te t

Bo tCo n c i n i e lBe m l e l n e to n St e a Sp i cXi n o g Rulhe g s n Z a g H o m l h

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Ab t a t Th s p p r i u ta e h ia v n a e n h i e s n n t e un v r a s r c i a e l s r t s t e d s d a t g sa d t r r a o s i h le s 1 l es e lb a t e e m p i i g c l u a i n m e h d o r c i n - t p d h g s lc n a c l to t o f f i to y e i h— s r n t b l o e t n t e g h o t c nn c i o,

i e i n c l u a i n o t e t u t r n l o gi e h e s n b e a d e on m i a e i n n d s g a c l to f s e ls r c u e a d a s v s t e r a o a l n c o c ld s g

a d c lu a i t o i hc n me tfr e— b a i gde n n t eve of het a s i— n a c lton me h d wh c a e。 o e rn ma d i h iW r n m s t so n iti a i n o n e o c (. . h y o o o r n m iso . i n a d ds rb to fi n r f r e i e t e wa ff r e t a s s i n) Ke r y wo ds Ste e m p ie; ito - t p d h g - sr n t o tc nn c in; r e e lb a s l c Frc i n- y e i h- te g h b l o e to Fo c

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