简答题

关于高强度螺栓连接,有以下疑问:(1)摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓有哪些相同和不同点?(2)由于高强度螺栓作为承压型设计时,其极限状态与普通螺栓相同,这样,单个螺栓的承载力必然要高于摩擦型设计时,是这样吗?(3)高强度螺栓群承受偏心受拉时,中和轴的位置如何确定?

正确答案

对于第一个问题:
首先必须指出,高强度螺栓本身并无摩擦型和承压型之分,即,螺栓以及连接副没有差别,螺栓等级都可以是8.8级或10.9级,连接副类型有大六角头型和扭剪型。
其次,施工时,按照《钢规》的要求,二者都需要施加预拉力P,且P值均依据规范表7.2.2-2取用。
以上是相同点。不同点大致有以下几个方面:
①所采用的设计准则不同
对于抗剪连接,按摩擦型设计时,是以板件间的摩擦阻力被克服作为承载能力极限状态;按承压型设计时,以螺栓杆被剪坏或孔壁被压坏作为承载能力极限状态。
对于抗拉连接,高强度螺栓群按照摩擦型设计时,以板件间被拉开作为承载能力极限状态;按照承压型设计时,以螺栓杆被拉断作为承载能力极限状态(从公式形式上看是如此,实际情况却不同,详见后面的叙述)。
由此直接导致计算方法不同,具体包括:单个螺栓的设计承载力;验算时的相关公式。
②施工时处理措施不同
按照承压型设计时,由于其承载力与板件间的摩擦系数无关,故《钢规》规定,此时对连接板件接触表面只要求清除油污及浮锈。
③孔径的要求不同
规范规定,用于承压型时,孔径d=d+(1.5~2)mm,用于摩擦型时,孔径d=d+(1~1.5)mm,这主要是控制接头滑移后的变形。
④应用的范围不同
规范规定,高强度螺栓承压型连接不应用于直接承受动力荷载的结构。另外,与焊缝的混合连接中应按照摩擦型设计。
对于第二个问题:
高强螺栓由于有预拉力作用,当按照中和轴(旋转中心)位于螺栓群形心处计算时,不会出现螺栓受压力的情况,也就是说,板件始终被挤紧,所以,应按照绕螺栓群形心转动计算螺栓的受力。
当高强度螺栓按照承压型连接设计时,2003版《钢规》将单个螺栓抗拉承载力设计值取为N=Af,貌似对应于螺栓杆被拉断的情况,于是,认为高强度螺栓承压型连接承受偏心受拉时板件会被拉开,这其实是一个误解,原因在于,按照N=Af计算出的值绝大多数比N=0.8P还小。如表2-2-8所示,12对数据中,Af<0.8P的有9个,剩余的3个尽管Af>0.8P,但是相差不超过1%。这是问题的关键!
详细情况,读者可参阅拙作《承压型连接高强度螺栓承受弯矩作用时的计算探讨》(载于《钢结构》2008年第2期)。

答案解析

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