高强螺栓群摩擦型连接抗拉性能及其计算方法

李靖+李鸿博

摘 要：本文讨论了摩擦型高强度螺栓连接在同时承受剪力和拉力时的计算公式及其应用。

关键词：高强螺栓；摩擦型；连接；计算

中图分类号：TU391 文献标识码：A

一、引言

高强螺栓连接正广泛的应用于工程实践中，特别是摩擦型的连接应用更广。本文从高强螺栓摩擦型连接的工作性能入手，结合规范给出的公式，深入解析公式中每个变量的具体含义，并给出螺栓群同时受剪力和拉力的计算公式。

二、螺栓受力性能和承载力

1. 高强螺栓摩擦型连接的抗剪性能和承载力

高强螺栓安装时将螺栓拧紧，螺杆内产生预拉力 ，这个预拉力使螺杆压紧构件接触面，靠接触面的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的。高强度螺栓摩擦型连接与普通螺栓连接的重要區别，就是完全不靠螺杆的抗剪和孔壁的承压来传力，而是靠钢板间接触面的摩擦力传力。

摩擦型连接中高强螺栓的抗剪承载力的大小与其传力摩擦面的抗滑移系数和对钢板的预压力呈正相关。

以上两式即是按照不同的原则考虑螺栓群的受力时，高强螺栓摩擦型连接同时承受剪力和拉力的计算公式 。在第一种计算方法中，假定螺栓拉力为按弹性理论的倾斜直线分布而剪力为均匀分担，在板件较厚而内力较小时比较接近实际受力情况。但当内力较大时，认为较大受拉螺栓即钢板与螺栓压紧力逐渐松脱处，仍能承受与其它螺栓处相等的剪力（摩擦力），则将有较大偏差。按最大拉力和均匀分担剪力验算不够时，认为连接将局部单独滑移失效，则更使设计偏于保守和所用螺栓过多。第二种计算方法考虑连接为整体，即比较总剪力和各螺校处所提供的摩擦力的总和，其受力分析较为合理并能节省螺栓，我国《钢结构高强螺栓连接的设计、施工及验收规程》（JGJ 82-91）中已规定采用这种方法。

四、算例

如图1所示为一受偏心荷载的摩擦型高强度螺栓连接，偏心力 =540kN，钢材为Q235，螺栓用10.9级的M20高强度螺栓，构件接触面经喷沙后涂无机富锌漆，核算螺栓是否安全。

可见，按照第二种计算方法能够节省螺栓用量，且更符合实际情况。同时注意到在用第二种方法计算时，考虑到对称性，当计算的 没有出现负值时（出现负值取零），平均拉力即为总拉力除以螺栓个数，与弯矩无关。

五、结语

本文深入分析了摩擦型高强螺栓连接受剪力和拉力时螺栓群的计算方法，并给出了两种计算公式，即公式（12），（13）和（14），（15），对规范中的公式做了一定的补充，最后给出了具体算例。

参考文献：

[1] 沈祖炎.钢结构基本原理[M].上海：中国建筑工业出版社，2000.

[2] 王国周，瞿履谦.钢结构原理与设计[M].北京：清华大学出版社，1993.

（本文审稿 张端丹）