螺栓連接構造要求中最小容許距離的理論驗算

李玉秋?郭興森

摘 要：鋼結構的連接方式有多種，螺栓連接是最常用的連接方法之一。螺栓的排列形式、距離等因素會影響構件的承載力，本文就螺栓連接最小容許距離進行理論分析，根據螺栓受力形式，推導螺栓間距控制要求，驗算規范中數據的合理性。

關鍵詞：螺栓連接；最小容許距離；構造要求

1 中心間距

1.1 垂直內力方向

在計算內力值時，為了簡便計算，假定螺栓承壓應力沿螺栓直徑投影面均勻分布，故在計算中間間距的最小容許距離時，不必考慮螺栓的位置和方向（即外排、中間排、沿對角線方向）。計算簡圖如圖1

由表可見，隨板厚增加，對中距的要求增加。不同螺栓對于板厚要求不同，從高到低，依次是承壓型高強度螺栓、AB級螺栓、C級螺栓。綜合表中數據，對于C級和A、B級螺栓大多數據小于3，其中A、B級螺栓對于構件強度為Q235、Q325，板厚為60～100mm（厚板）數據為3.13和3.04，誤差為13%、4%，在實際工程中，極少采用低強度厚板，故取整3合理。對于承壓型高強度螺栓，大部分理論數據大于3。承壓型高強螺栓在擰緊螺帽時施加很大的預應力，是被連接構件的接觸面之間產生很大的擠壓應力，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該加上一個較大的摩擦力，該力的大小與預拉力的大小及連接處構件接觸面有關，則，當摩擦系數取構件接觸面無處理時的0.3，Q235厚板t=60，預拉力為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 順內力方向

簡圖如圖2，由鋼材凈截面的抗剪強度和螺栓承壓強度設計值相等，可得，式中為鋼材的抗剪強度。各級鋼結構的值如下表3（板厚<100）

由上表可見，順內力方向中間間距的要求要小于垂直于內力方向的要求，隨板厚增加要求提高；隨鋼材強度的增大，間距要求減小。顯然對于C級螺栓連接，取3d0偏于保守，2.4d0即可滿足要求。當螺栓直徑為30mm時，扳手外形寬度為70mm，此時預留20mm空間便于扳手轉動，故取合理，且偏于安全。

2 中心至構件邊緣距離

2.1順內力方向（端距）

在受力的過程中，端部的鋼板不因端距太小而被剪脫，即鋼材的抗剪強度小于螺栓的承壓強度，可得如下公式：。各級鋼結構的值如下表4（板厚<100）

從表中數據可見，隨板厚增加，邊距要求增加；隨鋼材強度增大，邊距要求減小；螺栓的選用對于邊距的要求有影響，從高到低，依次是承壓型高強度螺栓、A、B級螺栓、C級螺栓。表中A、B級螺栓對應強度較低Q235構件的數據大于2，但實際工程中對于精致螺栓的應用較少，當采用精致螺栓時可適當加大邊距，防止端部鋼板剪脫。

2.2垂直內力方向（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，為鋼材的屈服強度，為鋼材的抗拉強度。如圖3，若只有一排螺栓

可得。

由上式可知，s與鋼材的屈強比有關，同時要考慮端距滿足要求。試算鋼材為Q235時，當各組試件開孔為12、16、20、24時，s均沒有超過。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，規定為。

3 結語

本文分別從中間間距和中心至邊緣距離進行簡單理論探討驗證，分為垂直內力方向和順內力方向。多項分析可見，高強承壓型螺栓相對于其他種類螺栓對于間距的要求更高。理論計算過程中采用截面受力均勻假設，結果偏于安全。

參考文獻

[1]劉聲揚.鋼結構疑難釋義（第三版）[M].中國建筑工業出版社 2004.9 99～102

[2]趙順波.鋼結構設計原理[M].鄭州：鄭州大學出版社.2011.12

作者簡介

李玉秋（1994-），女，漢族，湖北武漢人，單位：鄭州大學土木工程學院，研究方向：土木工程。

郭興森（1994-），男，滿族，遼寧沈陽人 單位：鄭州大學土木工程學院，研究方向：土木工程。