螺栓抗拉承载力计算
首先，纠正一下，楼主的问题应当是：螺栓抗拉承载力计算。
简单说，强度是单位面积的承载力，是一个指标。
公式：
承载力＝强度x 面积；
螺栓有螺纹，M24螺栓横截面面积不是24直径的圆面积，而是353平方毫米，称之为有效面积.
普通螺栓C级（4.6和4.8级）抗拉强度是170N/平方毫米。
那么承载力就是：170x353＝60010N.
换算一下，1吨相当于1000KG，相当于10000N，那么M24螺栓也就是可以承受约6吨的拉力。
螺栓有效面积可以从五金手册或钢结构手册查，强度指标可以从相关钢结构手册或规范查。当然这些也可以从网上查.
焊缝的抗拉强度计算公式比较简单
许用应力乘焊接接头系数在乘焊缝面积除以总面积,这就是平均焊接抗拉强度
抗拉强度与伸长率计算
公称直径为$7.0mm，其最大拉伸力为22。4KN，其断后标距为76.10mm，计算它的抗拉强度与身长率~！]
抗拉强度=拉力值/实际横截面面积
伸长率=（断后标距-标距）/标距*100%
抗拉强度Rm=22.4/(3.14*3.5*3.5)*10000=713.38MPa,修约后=715MPa
延伸A=（76.1-70）/70=8.71% ,修约后=8.5%
修约规则＜0.25 约为0
≥0.75约为1
≥0.25且小于0.75约为0.5
请问抗拉强度和屈服强度有什么区别？
抗拉强度：
当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值（b点对应值）称为强度极限或抗拉强度
屈服强度:
当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度
螺栓群受偏心力作用时 所受轴向拉力N的计算 一、小偏心时：M=F〃e不大 (F等效于M+N)，N min≥0 N max=F/n+(F〃e〃Y1)/(∑Y i2)≤N t b N min=F/n-(F〃e〃Y1)/(∑Y i2)≥0 N t b-单个螺栓的抗拉承载力设计值 n-螺栓个数∑Y i2-所有螺栓到转动中心的距离平方之和二、大偏心时（N min＜0）：转轴中心另一侧出现受压区。 N1max=F/n+(M〃Y1)/(∑Y i2)≤N t b 塔机支座螺栓受力分析实例 QT80基础承受的荷载为 工作状态：垂直力N=1057KN 水平力S=60KN 倾覆矩M=1460KNm 扭矩W=292KNm
非工作状态：垂直力N=977KN 水平力S=78KN 倾覆矩M=2165KN 支座截面边长为b=4.3m，每个角4个M33的螺栓（40Cr,调质T150）。 可先将螺栓群作为一个小单元（整体），进行拉力N计算，再将N除以小单元中螺栓个数n，最后乘以不均匀系数 1.5，即可得单个螺栓所受最大拉力。 ①水平方向：单个螺栓受力 水平力S的作用：Q S=S 4×4×1.5= 78 4×4 ×1.5=7.313KN 扭矩W的作用：Q W= W 2 b×0.5×4×4 ×1.5=8.823KN 水平方向总剪力Q=Q S2+Q W2=11.42KN ②垂直方向：由倾覆矩与垂直压力共同作用下单个螺栓受力最大值 以C点为转动中心，A点受拉力最大 a、倾覆矩产生在A点产生拉力 N MA=MY A/(Y A2+Y B2) =[2165× 2 ×b]/ [( 2 b)2+( 2 2 ×b)2]=285KN b、垂直力在A点产生的压力 N A压=N/4=977/4=244KN C、A点单个螺栓所受最大拉力 N max=( N MA- N A压)÷4×1.5=15.37KN
经计算在8级风力下单位屏所受的风压为： w s =×=m 2 预埋螺栓应力计算 （1）柱脚连接处水平方向的风荷载产生的弯矩值计算 M s =1/2w s h 2l 预埋螺栓拉应力计算 F=M s /c/2 其中：h 为隔音屏障高度； l 为隔音屏障一单元长度； c 为受拉区的螺栓力臂长度。 计算结果 M s =×××=?m F=2= N 1）、抗剪验算：查规范可知，级承压型高强螺栓抗剪承载力设计强度b c f =140MPa ，螺栓承压连接板为厚钢板，钢材为Q235钢，承压强度设计值a 305f b c MP =，则单个螺栓承载力设计值取下列三式中最小值： KN A N 35.49140*5.352f *b v e b v === KN N 524.90053*14*2.21f *t *d b c b c ===; 83 .7163.204*3.0*9.0*3.1*u *9.0*3.1b v ===P N 1.30.9 1.30.90.3681239b v N P KN μ=???=???=; 式中：b v N ------- 承压型高强螺栓剪力设计值； b c N ------- 连接钢板承压强度设计值； t-------- 连接钢板厚度； P -------- 摩擦型高强螺栓预拉力值， KN A P 63.2045.352*860*675.0*f 675.0e y ===； e A ------------ M24螺栓有效面积。 单个螺栓设计最大抗剪承载力 KN F KN N 1735.49v b v =>=，符合要求。 F v ---------受力螺栓设计剪力。 单个螺栓的受拉承载力设计值按下式计算： b b t e t N A f ψ= b t N ------ 高强度螺栓拉力设计值 ψ------- 高强度螺栓直径对承载力的影响系数，当螺栓直径小于30mm 时， 取，当螺栓直径大于30mm 时，取， e A ------ M24螺栓有效面积= mm2，螺栓有效直径= mm b t f ----- 抗拉强度设计值，按倍屈服值取480Mpa ； 单个螺栓受拉承载力设计值： KN F KN A N 7.72.169480*5.352*0.1f t b t e b t =≥===ψ; F t ------ 液压爬模受力螺栓设计拉力。 受力螺栓的荷载点距屏体面为:L=14/2＝7mm;弯矩作用在主平面，螺栓承受静力荷载或间接承受动力荷载，按下式计算： b X t X M F f A W γ+≤ 式中，X M ----- 最大弯矩，Mx=Fy*L=34*103 *=·m ； X γ----- 截面塑性发展系数，查表可知：X γ= W------ 按受压确定的抵抗矩，33 3 m m 95.93432 2.21*14.332d ===πW ； 则 MPa MPa W M A F 480973.233133.21284.2195 .934*2.12380005.3527700x x ≤=+=+=+γ ，满足要求。 F V ------液压爬模受力螺栓设计荷载，经计算受力螺栓满足要求。
螺栓组受力分析与计算 一．螺栓组联接的设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面的工作能力 5．校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置
3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t0 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。
第三章连接返回 §3-6 高强度螺栓连接的构造和计算 高强度螺栓连接的工作性能和构造要求 一、高强度螺栓连接的工作性能 1、高强度螺栓的抗剪性能 由图中可以看出，由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连板叠中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。通过1点后，连接产生了滑解，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。如果连接的承载力只用到1点，即为高强度螺栓摩擦型连接；如果连接的承载力用到4点，即为高强度螺栓承压型连接。 2、高强度螺栓的抗拉性能 高强度螺栓在承受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P，板层之间则有压力C，而P与C维持平衡（图）。当对螺栓施加外拉力N t，则栓杆在板层之间的压力未完全消失前被拉长，此时螺杆中拉力增量为ΔP，同时把压紧的板件拉松，使压力C减少ΔC（图）。 计算表明，当加于螺杆上的外拉力N t为预拉力P的80%时，螺杆内的拉力增加很少，因此可认为此时螺杆的预拉力基本不变。同时由实验得知，当外加拉力大于螺杆的预拉力时，卸荷后螺杆中的预拉力会变小，即发生松弛现象。 但当外加拉力小于螺杆预拉力的80%时，即无松弛现象发生。也就是说，被连接板件接触面间仍能保持一定的压紧力，可以假定整个板面始终处于紧密接触状态。但上述取值没有考虑杠杆作用而引起的撬力影响。实际上这种杠杆作用存在于所有螺栓的抗拉连接中。研究表明，当外拉力N t≤时，不出现撬力，如图所示，撬力Q大约在N t达到时开始出现，起初增加缓慢，以后逐渐加快，到临近破坏时因螺栓开始屈服而又有所下降。 由于撬力Q的存在，外拉力的极限值由N u下降到N'u。因此，如果在设计中不计算撬力Q，应使N≤；或者增大T形连接件翼缘板的刚度。分析表明，当翼缘板的厚度t1不小于2倍螺栓直径时，螺栓中可完全不产生撬力。实际上很难满足这一条件，可采用图所示的加劲肋代替。 在直接承受动力荷载的结构中，由于高强度螺栓连接受拉时的疲劳强度较低，每个高强度螺栓的外拉力不宜超过。 当需考虑撬力影响时，外拉力还得降低。 二、高强度螺栓连接的构造要求
螺栓组受力分析与计算 一．螺栓组联接得设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面得工作能力 5．校核螺栓所需得预紧力就是否合适 确定螺栓得公称直径后，螺栓得类型，长度，精度以及相应得螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板得厚度，螺栓在立柱上得固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1、螺栓组联接得结构设计 螺栓组联接结构设计得主要目得，在于合理地确定联接接合面得几何形状与螺栓得布置形式，力求各螺栓与联接接合面间受力均匀，便于加工与装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面得问题： 1）联接接合面得几何形状通常都设计成轴对称得简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组得对称中心与联接接合面得形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓得布置应使各螺栓得受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷得方向上成排地布置八个以上得螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓得位置适当靠近联接接合面得边缘，以减小螺栓得受力（下图）。如果同时承受轴向载荷与较大得横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓得预紧力及其结构尺寸。 接合面受弯矩或转矩时螺栓得布置
3）螺栓排列应有合理得间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线与机体壁间得最小距离，应根据扳手所需活动空间得大小来决定。扳手空间得尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高得重要联接，螺栓得间距t0不得大于下表所推荐得数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t0 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上得螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时得分度与画线。同一螺栓组中螺栓得材料，直径与长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加得弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母与螺栓头部得支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等得粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。
螺栓抗拉承载力计算 首先，纠正一下，楼主的问题应当是：螺栓抗拉承载力计算。 简单说，强度是单位面积的承载力，是一个指标。 公式： 承载力＝强度x 面积； 螺栓有螺纹，M24螺栓横截面面积不是24直径的圆面积，而是353平方毫米，称之为有效面积. 普通螺栓C级（4.6和4.8级）抗拉强度是170N/平方毫米。 那么承载力就是：170x353＝60010N. 换算一下，1吨相当于1000KG，相当于10000N，那么M24螺栓也就是可以承受约6吨的拉力。 螺栓有效面积可以从五金手册或钢结构手册查，强度指标可以从相关钢结构手册或规范查。当然这些也可以从网上查. 焊缝的抗拉强度计算公式比较简单 许用应力乘焊接接头系数在乘焊缝面积除以总面积,这就是平均焊接抗拉强度 抗拉强度与伸长率计算 公称直径为$7.0mm，其最大拉伸力为22。4KN，其断后标距为76.10mm，计算它的抗拉强度与身长率~！] 抗拉强度=拉力值/实际横截面面积 伸长率=（断后标距-标距）/标距*100% 抗拉强度Rm=22.4/(3.14*3.5*3.5)*10000=713.38MPa,修约后=715MPa 延伸A=（76.1-70）/70=8.71% ,修约后=8.5% 修约规则＜0.25 约为0 ≥0.75约为1 ≥0.25且小于0.75约为0.5 请问抗拉强度和屈服强度有什么区别？ 抗拉强度： 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值（b点对应值）称为强度极限或抗拉强度
经计算在8级风力下单位屏所受的风压为： w s =1.4×0.91=1.274kN/m 2 预埋螺栓应力计算 （1）柱脚连接处水平方向的风荷载产生的弯矩值计算 M s =1/2w s h 2l 预埋螺栓拉应力计算 F=M s /c/2 其中：h 为隔音屏障高度； l 为隔音屏障一单元长度； c 为受拉区的螺栓力臂长度。 计算结果 M s =0.5×1.274×3.62×2.5=20.639kN?m F=20.639/0.6/2=17.199K N 1）、抗剪验算：查规范可知，6.8级承压型高强螺栓抗剪承载力设计强度b c f =140MPa ，螺栓承压连接板为1.4cm 厚钢板，钢材为Q235钢，承压强度设计值a 305f b c MP =，则单个螺栓承载力设计值取下列三式中最小值： KN N 524.90053*14*2.21f *t *d b c b c ===; 83 .7163.204*3.0*9.0*3.1*u *9.0*3.1b v ===P N 1.30.9 1.30.90.3681239b v N P KN μ=???=???=; 式中：b v N ------- 承压型高强螺栓剪力设计值； b c N ------- 连接钢板承压强度设计值； t-------- 连接钢板厚度； P -------- 摩擦型高强螺栓预拉力值， KN A P 63.2045.352*860*675.0*f 675.0e y ===； e A ------------ M24螺栓有效面积。 单个螺栓设计最大抗剪承载力 KN F KN N 1735.49v b v =>=，符合要求。 F v ---------受力螺栓设计剪力。 单个螺栓的受拉承载力设计值按下式计算： b t N ------ 高强度螺栓拉力设计值 ψ------- 高强度螺栓直径对承载力的影响系数，当螺栓直径小于30mm 时， 取1.0，当螺栓直径大于30mm 时，取0.93， e A ------ M24螺栓有效面积=352.5 mm2，螺栓有效直径=21.19 mm b t f ----- 抗拉强度设计值，按0.8倍屈服值取480Mpa ； 单个螺栓受拉承载力设计值： KN F KN A N 7.72.169480*5.352*0.1f t b t e b t =≥===ψ; F t ------ 液压爬模受力螺栓设计拉力。 受力螺栓的荷载点距屏体面为:L=14/2＝7mm;弯矩作用在主平面，螺栓承受静力荷载或间接承受动力荷载，按下式计算： 式中，X M ----- 最大弯矩，Mx=Fy*L=34*103 *0.007=0.238KN ·m ； X γ----- 截面塑性发展系数，查表可知：X γ=1.2 W------ 按受压确定的抵抗矩，33 3 m m 95.93432 2.21*14.332d ===πW ； 则 MPa MPa W M A F 480973.233133.21284.2195 .934*2.1238000 5.3527700x x ≤=+=+=+γ ，满足要求。 F V ------液压爬模受力螺栓设计荷载，经计算受力螺栓满足要求。
螺栓组受力分析与计算..
螺栓组受力分析与计算 一．螺栓组联接的设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面的工作能力 5．校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置
图1 凸台与沉头座的应用图2 斜面垫圈 的应用 2. 螺栓组联接的受力分析 1)．受横向载荷的螺栓组联接 2)．受转矩的螺栓组联接 3).受轴向载荷的螺栓组联接 4)．受倾覆力矩的螺栓组联接 进行螺栓组联接受力分析的目的是，根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。 为了简化计算，在分析螺栓组联接的受力时，假设所有螺栓的材料，直径，长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面。下面针对几种典型的受载情况，分别加以讨论。 1)．受横向载荷的螺栓组联 接 图所示为一由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对称中心。当采用螺栓杆与孔壁间留有间隙的普通螺栓联接时（图a）。 靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷；当采用铰制孔用螺栓联接时（图b），靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗横向载荷。虽然两者的传力方式不同，但计算时可近 似地认为，在横向总载荷F∑的作用下，各螺栓所承担的工作载荷是均等的。因此，对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受的横向工作剪力为 （5-23） 式中z为螺栓联接数目。
一、螺栓的分类 普通螺栓一般为 4.4级、 4.8级、 5.6级和 8.8级。高强螺栓一般为 8.8级和 10.9级，其中 10.9级居多。 二、高强度螺栓的概念 根据高强度螺栓的性能等级分为： 8.8级和 10.9级。其中 8.8级仅有大六角型高强度螺栓，在标示方法上，性能等级小数点前的数字代表材料公称抗拉强度σb的1%，小数点后的数字代表材料的屈服强度σs与公称抗拉强度之比的10倍。M20螺栓 8.8性能等级公称抗拉强度σb=800MPa，最小抗拉强度σb=830MPa。 公称屈服强度σs=640，最小屈服强度σs=660。 （另外一种解释： 小数点前数字表示热处理后的抗拉强度；小数点后的数字表示屈强比即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。 8.8级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于800MPa，屈强比为
0.8； 10.9级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于1000MPa，屈强比为 0.9。） 抗拉强度也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值，当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。 三、计算方法 钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。 F=σs*A， 其中F为拉力（许用载荷），σs为材料抗拉强度，A为有效面积，有效面积为螺栓有效长度上直径最小处的横截面积。 M20的有效直径为Φ17，M20的有效横截面积为227mm^2。 8.8级M20最小抗拉强度σb=830MPa F=830*227=188410N= 188.41KN 所以M20螺栓 8.8性能等级最小抗拉力为 188.41KN。
第39卷第1期建筑结构2009年1月 高强度螺栓连接的设计计算 蔡益燕 (中国建筑标准设计研究院,北京100044) 1高强度螺栓连接的应用 高强度螺栓连接分为摩擦型和承压型。《钢结构 (G设计规范》B50017—2003)(简称钢规)指出“目前制 造厂生产供应的高强度螺栓并无用于摩擦型和承压型连接之分”“,因高强度螺栓承压型连接的剪切变形比摩擦型的大,所以只适用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构”。因为承压型连接的承载力取决于钉杆剪断或同一受力方向的钢板被压坏,其承载力较之摩擦型要高出很多。最近有人提出,摩擦面滑移量不大,因螺栓孔隙仅为115～2mm,而且不可能都偏向一侧,可以用承压型连接的承载力代替摩擦型连接的,对结构构件定位影响不大,可以节省很多螺栓,这算一项技术创新。下面谈谈对于这个问题的认识。 在抗震设计中,一律采用摩擦型;第二阶,摩擦型连接成为承压型连接,要求连接的极限承载力大于构件的塑性承载力,其最终目标是保证房屋大震不倒。如果在设计内力下就按承压型连接设计,虽然螺栓用量省了,但是设计荷载下承载力已用尽。如果来地震,螺栓连接注定要破坏,房屋将不再成为整体,势必倒塌。虽然大部分地区的设防烈度很低,但地震的发生目前仍无法准确预报,低烈度区发生较高烈度地震的概率虽然不多,但不能排除。而且钢结构的尺寸是以mm计的,现代技术设备要求精度极高,超高层建筑的安装精度要求也很高,结构按弹性设计允许摩擦面滑移,简直不可思议,只有摩擦型连接才能准确地控制结构尺寸。总体说来,笔者对上述建议很难认同。2高强度螺栓连接设计的新进展 钢规的715节“连接节点板的计算”中,提出了支撑和次梁端部高强度螺栓连接处板件受拉引起的剪切破坏形式(图1),类似破坏形式也常见于节点板连接,是对传统连接计算只考虑螺栓杆抗剪和钉孔处板件承压破坏的重要补充。 1994年美国加州北岭地震和1995年日本兵库县南部地震,是两次地震烈度很高的强震,引起大量钢框架梁柱连接的破坏,受到国际钢结构界的广泛关注。
螺栓的强度等级 螺栓的强度等级 钢结构连接用螺栓的强度等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级 螺栓强度等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是： 1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.6； 3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级 性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到： 1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.9； 3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级 螺栓强度等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa 8.8公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2 一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的， X*100=此螺栓的抗拉强度， X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度 （由于按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10） 如4.8级 则此螺栓的 抗拉强度为：400MPa 屈服强度为：400*8/10=320MPa 螺母的不同标准以及强度等级 1.六角螺母的标准：六角螺母的的规格 作为一种标准件，它就应当有自己的通用规格 对于六角螺帽，常用的标准有：GB52、GB6170、GB6172和DIN934，对于它们之间的主要区别有：GB6170的厚度要比GB52、GB6172和DIN934来的厚，俗称为厚螺帽。另外就是对边上的区别，M8的螺帽系列中DIN934、GB6170、GB6172的对边都是13MM比GB52的对边14MM要小1MM，M10的螺帽，DIN934与GB52的对边为17MM，比GB6170和GB6172的的对边要大1MM，M12的螺帽，DIN934、GB52的对边为19MM比GB6170和GB6172的对边18MM要大1MM。对于M14的螺帽，DIN934、GB52的对边为22MM比GB6170和GB6172的对边21MM要大1MM。另外就是M22的螺帽，DIN934、GB52的对边为32MM，比GB6170、GB6172的对边34MM要小2MM。（GB6170和GB6172除了其厚度不一样外，对边宽度完全一样）其余规格在不考虑厚度的情况下，可以通用。 钢结构连接用螺母性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺母材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬
中美规范下高强螺栓群受力计算方法分析及比较 摘要：本文总结分析了国内外对外伸端板连接中螺栓受力分布及简化计算的研究成果，并通过比较提出了新的计算模型，以期提高节点设计的经济性 1研究背景 随着当代建筑业的发展和对异形大跨度空间结构日益增长的需求，在钢结构，节点连接处设计方面，准确地了解连接处的真实性能，计算出结构各部件的实际受力情况及位移反应，掌握各部件弹性、弹塑性和塑性变形的全过程，继而在考虑连接处实际性能的基础上简化结构、减少计算，对进一步提高钢结构设计计算的安全性和经济性起着至关重要的作用。 其中，螺栓端板连接这种典型的半刚性连接方式以其构造简单、易于设计、便于加工、安装简便的特点迅速应用到梁-柱及梁-梁等的节点连接，现已成为轻钢结构中应用最为广泛的一种半刚性连接形式。 在外伸端板连接中，高强螺栓群受力的分布状态将直接影响节点抗弯承载力的计算，因此正确反映螺栓群拉力的分布状态是进行高强螺栓端板连接型节点设计及验算的首要任务。本文列举了中国和美国相关规范以及研究文献中所采用的弯矩作用下高强度螺栓端板连接中螺栓的受力分布形式。 2.我国端板连接中高强螺栓的计算方法 高强螺栓端板连接型节点主要承受梁端传来的弯矩和剪力，且弯矩起主导作用，在计算其螺栓的承载力时，应根据节点的受力状况分别考虑。一般可分为以下三种情况：只承受弯矩作用、承受弯矩及剪力共同作用以及承受弯矩、剪力和拉力共同作用。弯矩主要由各排螺栓中产生的拉力来抵抗，剪力主要由接触面间的摩擦力及螺栓杆与孔壁的压力（承压型连接）来抵抗。下面就现行各国规范及相关研究文献中关于端板连接中螺栓承载力的计算方法进行总结研究。[1~2] 1、高强螺栓受弯矩作用计算 （1）我国规范[3]中规定的单个摩擦型高强螺栓抗拉承载力设计值为： （式-1） 高强螺栓外拉力总是小于预拉力P，当连接承受弯矩而使螺栓沿杆轴方向受力时，可认为被连接构件的接触面一直保持紧密贴合，我国规范对受弯矩作用的
经计算在8级风力下单位屏所受的风压为： w s =1.4×0.91=1.274kN/m 2 预埋螺栓应力计算 （1）柱脚连接处水平方向的风荷载产生的弯矩值计算 M s =1/2w s h 2l 预埋螺栓拉应力计算 F=M s /c/2其中：h 为隔音屏障高度； l 为隔音屏障一单元长度； c 为受拉区的螺栓力臂长度。 计算结果 M s =0.5×1.274×3.62×2.5=20.639kN?m F=20.639/0.6/2=17.199KN 1）、抗剪验算：查规范可知，6.8级承压型高强螺栓抗剪承载力设计强度b c f =140MPa ，螺栓承压连接板为1.4cm 厚钢板，钢材为Q235钢，承压强度设计值a 305f b c MP =，则单个螺栓承载力设计值取下列三式中最小值： KN N 524.90053*14*2.21f *t *d b c b c ===; 83.7163.204*3.0*9.0*3.1*u *9.0*3.1b v ===P N 1.30.9 1.30.90.3681239b v N P KN μ=???=???=; 式中：b v N -------承压型高强螺栓剪力设计值； b c N -------连接钢板承压强度设计值； t--------连接钢板厚度； P --------摩擦型高强螺栓预拉力值， KN A P 63.2045.352*860*675.0*f 675.0e y ===； e A ------------M24螺栓有效面积。 单个螺栓设计最大抗剪承载力KN F KN N 1735.49v b v =>=，符合要求。 F v ---------受力螺栓设计剪力。 单个螺栓的受拉承载力设计值按下式计算： b t N ------高强度螺栓拉力设计值 ψ-------高强度螺栓直径对承载力的影响系数，当螺栓直径小于30mm 时，取1.0， 当螺栓直径大于30mm 时，取0.93， e A ------M24螺栓有效面积=352.5mm2，螺栓有效直径=21.19mm b t f -----抗拉强度设计值，按0.8倍屈服值取480Mpa ； 单个螺栓受拉承载力设计值：KN F KN A N 7.72.169480*5.352*0.1f t b t e b t =≥===ψ; F t ------液压爬模受力螺栓设计拉力。 受力螺栓的荷载点距屏体面为:L=14/2＝7mm;弯矩作用在主平面，螺栓承受静力荷载或间接承受动力荷载，按下式计算： 式中，X M -----最大弯矩，Mx=Fy*L=34*103 *0.007=0.238KN ·m ； X γ-----截面塑性发展系数，查表可知：X γ=1.2 W------按受压确定的抵抗矩，333 m m 95.93432 2.21*14.332d ===πW ； 则 MPa MPa W M A F 480973.233133.21284.2195 .934*2.1238000 5.3527700x x ≤=+=+=+γ，满足要求。 F V ------液压爬模受力螺栓设计荷载，经计算受力螺栓满足要求。
三、螺栓连接的构造和计算 (一)螺栓的种类 在钢结构中应用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两大类。普通螺栓又分A级、B级(精制螺栓)和C级(粗制螺栓)两种。高强度螺栓按连接方式分为摩擦型连接和承压型连接两种。此外，还有用于钢屋架和钢筋混凝土柱或钢筋混凝土基础处的锚固螺栓(简称锚栓)。 A、B级螺栓采用5.6级和8.8级钢材，C级螺栓采用4.6级和4.8级钢材。高强度螺栓采用8.8级和10.9级钢材。10.9级中10表示钢材抗拉极限强度为f u=1000N／mm2，0.9表示钢材屈服强度f y=0.9f u，其他型号以此类推。锚栓采用Q235或Q345钢材。 A级、B级螺栓(精制螺栓)由毛。坯经轧制而成，螺栓杆表面光滑，尺寸较准确，螺孔需用钻模钻成，或在单个零件上先冲成较小的孔，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径(称I类孔)。螺杆的直径与孔径间的空隙甚小，只容许0.3mm左右，安装时需轻轻击人孔，既可受剪又可受拉。但A级、B级螺栓(精制螺栓)制造和安装都较费工，价格昂贵，在钢结构中只用于重要的安装节点处，或承受动力荷载的既受剪又受拉的螺栓连接中。 C级螺栓(粗制螺栓)用圆钢辊压而成，表面较粗糙，尺寸不很精确，其螺孔制作是一次冲成或不用钻模钻成(称Ⅱ类孔)，孔径比螺杆直径大1--2mm，故在剪力作用下剪切变形很大，并有可能个别螺栓先与孔壁接触，承受超额内力而先遭破坏。由于c级螺栓(粗制螺栓)制造简单，价格便宜，安装方便，常用于各种钢结构工程中，特别适宜于承受沿螺杆轴线方向受拉的连接、可拆卸的连接和临时固定构件用安装连接中。如在连接中有较大的剪力作用时，考虑到这种螺栓的缺点而改用支托等构造措施以承受剪力，让它只受拉力以发扬它的优点。 C级螺栓亦可用于承受静力荷载或间接动力荷载的次要连接中作为受剪连接。 对直接承受动力荷载的螺栓连接应使用双螺帽或其他能防止螺栓松动的有效措施。 (二)普通螺栓的计算和构造 1．普通螺栓连接的工作性能和破坏情况 普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为受拉螺栓、受剪螺栓和受拉兼受剪螺栓三种。 当外力垂直于螺杆时，该螺栓为剪力螺栓。当外力平行于螺杆时，该螺栓为拉力螺栓。 (1)受剪螺栓的工作性能 精制螺栓受剪力作用后，螺杆与孔壁接触产生挤压力，同时螺杆本身承受剪切力。粗制螺栓则因孔径大，开始受力时螺杆与孔壁并不接触，待外力超过构件间的摩擦力(很小)而产生滑移后，螺杆才与孔壁接触。螺栓连接受力后的工作性能与钢材(或焊缝)相似，经过弹性工作阶段，屈服阶段，强化阶段而后进人破坏阶段。精制螺栓(或高强度螺栓)的这几个阶段比较明显，粗制螺栓的这几个阶段则不明显。 受剪螺栓连接破坏时可能出现五种破坏形式： 1)螺杆剪断； 2)孔壁挤压(或称承压)破坏； 3)钢板被拉断； 4)钢板端部或孔与孔间的钢板被剪坏； 5)螺栓杆弯曲破坏。 这五种破坏形式，无论哪一种先出现，整个连接就破坏了。所以设计时应控制不出现任何一种破坏形式。通常对前面三种可能出现的破坏情况，通过计算来防止，而后两种情况则用构造限制加以保证。对孔与孔间或孔与板端的钢板剪坏，是用限制孔与孔间或孔与板端的最小距离防止。对于螺栓杆弯曲损坏则用限制桥叠厚度不超过l≤5d(d为螺栓直径)来防止。 所以，螺栓连接的计算固然重要，构造要求和螺栓排列也同样重要。都是防止螺栓连
一．螺栓组联接的设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面的工作能力 5．校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。
接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置 3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t0 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。 图1 凸台与沉头座的应用图2 斜面垫圈 的应用 2. 螺栓组联接的受力分析 1)．受横向载荷的螺栓组联接
1 经计算在8级风力下单位屏所受的风压为： w s =1.4×0.91=1.274kN/m 2 预埋螺栓应力计算 （1）柱脚连接处水平方向的风荷载产生的弯矩值计算 M s =1/2w s h 2l 预埋螺栓拉应力计算 F=M s /c/2 其中：h 为隔音屏障高度； l 为隔音屏障一单元长度； c 为受拉区的螺栓力臂长度。 计算结果 M s =0.5×1.274×3.62×2.5=20.639kN ?m F=20.639/0.6/2=17.199K N 1）、抗剪验算：查规范可知，6.8级承压型高强螺栓抗剪承载力设计强度b c f =140MPa ，螺 1.4cm 厚钢板，钢材为Q235钢，承压强度设计值a 305f b c MP =，则 单个螺栓承载力设计值取下列三式中最小值： KN A N 35.49140*5.352f *b v e b v === KN N 524.90053*14*2.21 f *t *d b c b c ===; 83 .7163.204*3.0*9.0*3.1*u *9.0*3.1b v ===P N 1.30.9 1.30.90.3681239b v N P KN μ=???=???=; 式中：b v N ------- 承压型高强螺栓剪力设计值； b c N ------- 连接钢板承压强度设计值； t-------- 连接钢板厚度； P -------- 摩擦型高强螺栓预拉力值， KN A P 63.2045.352*860*675.0*f 675.0e y ===； e A ------------ M24螺栓有效面积。 单个螺栓设计最大抗剪承载力 KN F KN N 1735.49v b v =>=，符合要求。 F v ---------受力螺栓设计剪力。 单个螺栓的受拉承载力设计值按下式计算： b b t e t N A f ψ= b t N ------ 高强度螺栓拉力设计值 ψ------- 高强度螺栓直径对承载力的影响系数，当螺栓直径小于30mm 时， 取1.0，当螺栓直径大于30mm 时，取0.93， e A ------ M24螺栓有效面积=352.5 mm2，螺栓有效直径=21.19 mm b t f ----- 抗拉强度设计值，按0.8倍屈服值取480Mpa ； 单个螺栓受拉承载力设计值： KN F KN A N 7.72.169480*5.352*0.1f t b t e b t =≥===ψ; F t ------ 液压爬模受力螺栓设计拉力。 受力螺栓的荷载点距屏体面为:L=14/2＝7mm;弯矩作用在主平面，螺栓承受静力荷载或间接承受动力荷载，按下式计算： b X t X M F f A W γ+≤ 式中，X M ----- 最大弯矩，Mx=Fy*L=34*103 *0.007=0.238KN ·m ； X γ----- 截面塑性发展系数，查表可知：X γ=1.2 W------ 按受压确定的抵抗矩，33 3 mm 95.93432 2.21*14.332d ===πW ； 则 MPa MPa W M A F 480973.233133.21284.2195 .934*2.1238000 5.3527700x x ≤=+=+=+γ ， 满足要求。 F V ------液压爬模受力螺栓设计荷载，经计算受力螺栓满足要求。
一、螺栓的分类 普通螺栓一般为4.4级、4.8级、5.6级和8.8级。高强螺栓一般为8.8级和10.9级，其中10.9级居多。 二、高强度螺栓的概念 根据高强度螺栓的性能等级分为：8.8级和10.9级。其中8.8级仅有大六角型高强度螺栓，在标示方法上，性能等级小数点前的数字代表材料公称抗拉强度σb的1%，小数点后的数字代表材料的屈服强度σs与公称抗拉强度之比的10倍。M20螺栓8.8性能等级公称抗拉强度σb=800MPa，最小抗拉强度σb=830MPa。公称屈服强度σs=640 ，最小屈服强度σs=660。 （另外一种解释：小数点前数字表示热处理后的抗拉强度；小数点后的数字表示屈强比即屈服强度实测值与极限抗拉强度实测值之比。8.8级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于800MPa，屈强比为0.8；10.9级的意思就是螺栓杆的抗拉强度不小于1000MPa，屈强比为0.9。） 抗拉强度也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值，当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降
低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。 三、计算方法 钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。 F=σs*A， 其中F为拉力（许用载荷），σs为材料抗拉强度，A为有效面积，有效面积为螺栓有效长度上直径最小处的横截面积。 M20的有效直径为Φ17，M20的有效横截面积为227mm^2 。 8.8级M20最小抗拉强度σb=830MPa F=830*227=188410N=188.41KN 所以M20螺栓8.8性能等级最小抗拉力为188.41KN。
螺栓强度计算 ”前数字部分的含义表示公称抗拉强度，碳钢：公制螺栓机械性能等级可分为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8 、13.5 8.8级螺栓的前一个8的含义是每平方毫米的抗拉强度是800牛也就是80公斤的拉力，后一个八的意思是8.8级产品的屈服点为6400N/mm2 钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。 例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是： 1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.6； 3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级性能 等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到： 1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.9； 3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级 螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa 8.8公称抗拉强度800N/mm2公称屈服强度640N/mm2 一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的，X*100=此螺栓的抗拉强度，X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度（因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10） 如4.8级：则此螺栓的抗拉强度为：400MPa，屈服强度为：400*8/10=320MPa 另：不锈钢螺栓通常标为A4-70，A2-70的样子，意义另有解释 强度是单位面积的承载力，承载力=强度X面积 螺栓有螺纹，M24螺栓横截面面积不是24直径的圆面积，而是353平方毫米，称之为有效面积。普通螺栓C级（4.6和4.8级）抗拉强度是170N/平方毫米。那么承载力就是：170x353＝60010N。换算一下，1吨相当于1000KG，相当于10000N，那么M24螺栓也就是可以承受约6吨的拉力。螺栓有效面积可以从五金手册或钢结构手册查，强度指标可以从相关钢结构手册或规范查。当然这些也可以从网上查。