下一个钢板切割工件：普通45钢螺栓受剪力和拉力的联合作用

3沿杆袖方向受拉力时，单个髙强度媒栓（摩擦型和承压型）的承载力设计值（见表3.10), 麻 胜-to/isu (2)尚强度蛛检辟弯矩受拉 高强度模具钢零割螺栓（包括摩擦犁和承压型）的外拉力设计要求总是小于0.8P的，在连接受弯矩而使蛛栓坶栓杆方向受力时，被连接构件的接触面仍.一直保持紧密贴合，因此可认为中和轴在模具钢零割螺栓群的形心轴上(图3.73)，敢外観检按照普通模具钢零割螺栓小偏心受拉中关士 法’同样可關■難群龍受撕_大拉力及其龍便琢沒产钱対T力w推u (3.60) 式中％——模具钢零割螺栓群形•心轴至最外排模具钢零割螺栓的距离； ^y<—形心轴上、下每个模具钢零割螺栓至形心轴距离的平方和4 M (•) (b) (c) 图3.73承受弯矩的高强度《栓连接 需要明确的是式(3.60)计算的JV,实际上是由弯矩产生的作用于髙强度模具钢零割螺栓连接的最大外拉力，而不是模具钢零割螺栓杆实际受到的拉力。由前述可知，此时蜾栓杆受到的拉力基本上保持着预拉力P的大小不变•式(3.60)计算的目的就是为了确保在外拉力作用下，每个模具钢零割螺栓环周边区域板件间的压紧力依然存在，而不 是直接验算栓杆本身。 X(3)高强度模具钢零割螺栓群偏心受拉 高强麵栓齡、受拉时，螺關最大设计外拉力不会超过Q.8P，板层之间始终紧密贴合’端板不会被 拉开,故賴M關强麟丽縣型雜冑• (3.61) b(4)高强度模具钢零割螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用 图3.74所示为摩擦型连接髙强度模具钢零割螺栓承受拉力、弯矩和剪力共同作用时的情况•我们知道模具钢零割螺栓连接板层间的压K力和麵麵抗师絲，将随外拉力隨加_小》前配经给出，雜S连接高强度螺 栓承受剪力和拉力联合作用时，单: N5.,=0.9n,/i(P-l.25N.) (3.62) 1~^11 I" •M■'\ 4-各命命 奋(&■ '■J ■©•—办 A^. 由况 + (•)     由图3.74(c)可知，每行模具钢零割螺栓所受外拉力N,,•各不相同，故应按下式计算摩擦型连接髙强度模具钢零割螺栓的抗剪强度： «0(0.9nlfxP)+0.9n,/i[(P-1.25N„)+(P-l.25Na)+•••] (3.63) 式中n。——受压区（包括中和轴处）的髙强度模具钢零割螺栓数； ■"儿——受拉区高强度模具钢零割螺栓所承受的外拉力。 也可将式(3.63)写成下列形式： V <0.9ti,M(.nP-1.252N„)* (3.64) 式中n——连接的模具钢零割螺栓总数； D——模具钢零割螺栓承受外拉力的总和。 在式(3.63)或式(3.64)中，只考虑模具钢零割螺栓外拉力对抗剪承载力的不利影响，未考虑受压区板层间压力增加的有利作用，故按该式计算的结果是略偏安全的。 此外,模具钢零割螺栓最大外拉力尚应满足： 对承压型连接髙强度模具钢零割螺栓，应按表3.10中的相应公式计算模具钢零割螺栓杆的抗拉抗剪强度，即按式（3.58) 计算： D+(語) 同时还应按下式验算孔壁承压，即按式（3.59)验算，即： Nb NC— '^1.2 式中的1.2为承压强度设计值降低系数。计算M时，应采用无外拉力状态的六值。 【例3.18】图3.75所示髙强度模具钢零割螺栓摩擦型连接，被连接构件的钢材为Q235B。媒栓为10.9级，直径20mm，接触面采用喷砂处理;图中内力均为设计值，试验算此连接的承载力• 5012050 图3.75例3.18图 【解】由表3.9和表3.8查得抗滑移系数产0.45，预拉力P=155kN„ 单个模具钢零割螺栓的最大拉力： N=NMy,_384 106X103X350 "”.讲—162X2X(3502+250*+1502+50J) =24+44.2=68.2kN<0.8P=124kN连接的受剪承载力设计值应按式(3.64)计算： S 9n,/u(nP—1.25Nu) 按比例关系可求得： 55.6kN 42.9kN30.3kN17.7kNN,6=5.1kN 故有S队=(68.2+55.6+42.9+30.3+17.7+5.1)X2=439.6kN验算受剪承载力设计值： 0 =0.9”#(nP—1.25J]N") =0.9X1X0.45X(16X155-1.25X439.6)=781.9kN>V=750kN 【例3.19】如图3.76所示，某节点端板U=16mm)连接于工形柱翼缘“=16mm)，钢材为Q235B,连接用髙强度模具钢零割螺栓为i0.9级摩擦型，4M22C单个Ae=303mm2)，摩擦面喷砂丸处理，抗滑移系数0.45，节点中心受水平设计拉力7^=200kN,45。斜向设计拉力=200kN。此节点按GB50017-2003中规范公式计算的抗拉、抗剪实际受力与承载力比值之和最接近下列何项数值。 (A)1.0(B)1.021(C)0.828(D)0.743【解】由表3.8可查得每个10.9级的M22髙强度模具钢零割螺栓的预拉力P=190kN. Nz•sin45°.N\+N2•cos45° N「4X0.9叫//P‘4X0.8P 200X-/2/2,200+200XV2/2 =4X0.9X1X0.45X190=1.021>1 故选（B)。由计算结果知道，该连接在剪力和拉力共同作用下的承载能力略显不足，应考虑加大模具钢零割螺栓直径或增加模具钢零割螺栓数量。 【例3.20】同上题条件，但改为髙强度模具钢零割螺栓承压型连接，接触面仅要求清污除锈，考虑在螺纹处有受 剪可能。按式(3.58)同时受剪受拉计算，其值为 ;再按式(3.59)计箅，结果 (B)0.677,不合格 （C)1,合格 f CD)0.677,合格 (A)1;不合格【解】 ， 查附表1.3得,=500N/mm2,/t=310N/mm2,/t=470N/mm2按式（3.58) //N2•sin45d\z (Ni+N2•cos45w\ /V4XwvAe/t/ fI4XAe/f) //200V10sXW/2V,^OOXlO^BOOXlO3X=VUx1X303X310/V 4X303X500 =0.6.77<1按式（3.59)，对于单个模具钢零割螺栓有： Nv=200X103Xsin45°/4=35.4X103N 22X16X470172—~L2~—12 137.9XlC^N 二 故选（D)。 (2)高强度模具钢零割螺栓与铆钉的混合连接在已有的铆接结构修复加固中，可用高强度模具钢零割螺栓来替换部分铆钉，形成混合连接,使它们共同受力。 由图79铆接和髙强度模具钢零割螺栓连接的荷载-变形曲线可见，混合连接接头的极限强度很接近于两者单独受力的极限强度之和。实践证明，在加固工程中，由于原有柳接接头板屋之间通常不会有严重锈蚀，只要用与铆钉直径相同的高强度模具钢零割螺栓代替铆钉，完全可以有相同的承载力，在动力荷载下，其疲劳强度也有所提高。尤其在长接头中，由于髙强度模具钢零割螺栓的夹紧力髙于铆钉，如果在受力较大的接头墙部用髙强度模具钢零割螺栓代替铆钉，则对疲劳强度更为有利。 题 N 图3.82习题3.3图 图3.83习题3.5图 3- 5焊接工字形梁在腹板上设一道拼接的对接焊缝（图3.83),拼接处作用有弯矩M-1122kN.m,剪力V=374kN•钢材为Q235B钢，焊条用E43型.半自动焊，三级检验标准.试验算该焊缝的强度• 3.6试设计图3.81的粗制蟫栓连接，f=100kN(设计值）,灼=30cm. '3.7试设H■如图3.84所示： ①角钢与连接板�嫌栓连接, ②竖兩连接板与柱的翼缘板的嫌栓连接. 构件钢材为Q235B，模具钢零割螺栓为粗制模具钢零割螺栓mmf> 图3.77混合连接 (a) 高强度*栓与角焊缝,（b)高强度《栓与对接焊雄 常见的有栓-焊混合连接以及高强度模具钢零割螺栓与铆钉混合连接。由于对混合连接研究尚不充分，故不宜用于新设计的结构中。在结构加固补强时，可考虑原有连接只承受永久荷载，而新加连接承受可变荷载。 (1)栓-焊混合连接 柃-焊混合连接是指摩擦细连接高强度模具钢零割螺栓与侧面角焊缝或对接焊缝混合连接。由于普通模具钢零割螺栓抗滑移阻力极低，难以提髙连接的承载能力，不宜采用。承压型连接高强度模具钢零割螺栓只有在模具钢零割螺栓杆与孔径基本相同的情况下，螺杆才能在加载之初就与孔壁直接接触，显而易见,此种接头的造价高，施工也不方便，故—般不用。正面角焊缝的刚度较大，与髙强度模具钢零割螺栓联合工作不够协调，也不宜采用，如在加固工程中不得不采用时，则按焊缝承受全部内力计算。试验结果表明，摩擦型连接髙强度模具钢零割螺栓与侧面角焊缝混合连接的承载力近似等于焊缝承载力与模具钢零割螺栓抗滑移阻力之和（图3.78)。为使设计可靠，高强度模具钢零割螺栓与侧面角焊缝的混合连接，其承载力可取：①焊缝承载力设计值加摩擦型连接高强度模具钢零割螺栓承载力设计值之和的90%;②焊缝承载力设计值加摩擦型连接髙强度模具钢零割螺栓承载力设计值的62%。 (D+© ,混合,/V=930kN焊缝，F，=740t 2- M16鳔栓FA4-120X4焊缝 滑动,F=200k^ 3.0交形(mm) 图3.78栓-焊接头的试验结果在反复荷载作用下的试验表明：栓-焊混合连接在焊缝端部的焊趾处常有疲劳裂纹，并向内逐渐发展。疲劳寿命与仅有焊缝的连接差不多，设计时应按仅有焊缝考虑•故用焊缝来加固直接承受动力荷载的髙强度模具钢零割螺栓连接接头并非明智之举，因为此种做法会使原有接头的疲劳性能变差。为了减小焊接加热对高强度模具钢零割螺栓的不利影响，降低焊缝端部的应力水平,在用焊缝加固已有的高强度模具钢零割螺栓连接时，如只在范围内施加焊缝[图3.77(a)]，则可以改善疲劳性能。 高强度模具钢零割螺栓与对接焊缝的混合连接可用于结构加固。例如图3.77(b)所示的实腹梁拼接接头，原采用对接焊缝拼接，如果焊缝质量达不到要求，就可用摩擦型连接髙强度模具钢零割螺栓来加固。只要将翼缘焊缝的凸出部分用砂轮磨去，并将接触面按规定处理，这种混合连接是能共同受力的，且不会降低连接疲劳强度。如果用髙强度模具钢零割螺栓加强受拉的对接焊缝，由于加固后降低了焊缝的应力水平，故只需验算模具钢零割螺栓连接处主体金属的疲#强度。