螺栓连接概述

1.普通螺栓的构造要求

（1）形式要求 钢结构中采用的普通螺栓的形式为六角头型，粗牙普通螺纹，代号用字母M和公称直径表示，如M16、M20等。C级螺栓采用Ⅱ类孔，其孔径d₀比螺栓直径d大1.5～2mm，即d₀=d+（1.5～2）mm。表2-3列出了螺栓及孔的图例。

表2-3 孔、螺栓图例

（2）排列要求 螺栓在连接中的排列应遵循简单整齐、便于施工的原则，常用的排列方式有两种：并列和错列。如图2-17所示，并列排布较简单，但是螺栓孔对于被连接件截面削弱较大；错列可减少螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，需要的连接板尺寸较大。当采用螺栓连接时，其排列应满足如下要求。

1）受力要求。如图2-17所示，构件受拉时，螺栓之间的中距不宜太小。在垂直于受力方向：对于受拉构件，各排螺栓的中距及边距不能太小，以免螺栓周围应力集中并相互影响，而且使钢板的截面削弱过多，降低其承载能力。在顺力的作用方向：端距应满足被连接材料的抗挤压及抗剪切等强度条件的要求，以使钢板端部不致被螺栓撕裂，规范规定端距不应小于2d₀。受压构件上的中距也不宜过大，以免被连接板件间发生鼓曲现象。

图2-17 钢板的螺栓（铆钉）排列

a）并列 b）错列

2）构造要求。螺栓的中距不应过大，否则钢板间贴合不紧密。边距和端距也不宜过大，以防止潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。

3）施工要求。要保证有一定的施工空间，便于用扳手拧紧螺帽。根据扳手尺寸和工人的施工经验，规定最小中距为3d₀。

综合以上要求，规范规定的钢板上螺栓的容许距离详见表2-4。

排列螺栓时，宜按最小容许距离布置，且应取5mm的倍数，并按等距离排布，以缩小连接的尺寸。最大容许距离一般只在起联系作用的构造连接中采用。

角钢、工字钢及槽钢上螺栓的排列除应满足表2-4规定的最大、最小容许距离外，还应符合各自的线距和最大孔径d_0max的要求。H型钢腹板上和翼缘螺栓的线距和最大孔径，可分别参照工字钢腹板和角钢的选用。

表2-4 螺栓的最大、最小容许距离

注：1.d₀为螺栓孔或柳丁孔直径，t为外层较薄板的厚度。

2.钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。

（3）螺栓连接的构造要求 螺栓连接除应满足上述排列的要求外，尚应满足下列构造要求。

1）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。

2）当普通螺栓连接直接承受动力荷载时，应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽和螺杆焊死等方法。

3）由于C级螺栓与孔壁有较大空隙，只宜用于沿其杆轴受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接，可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如制动梁或吊车梁上翼缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支承反力，同时受到反复动力荷载作用，不得采用C级螺栓。柱间支撑与柱的连接，以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘的连接，承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。

4）两个型钢构件采用高强度螺栓拼接时，由于型钢的抗弯刚度较大，不能保证摩擦面紧密贴合，故不能用型钢作为拼接件，而应采用钢板。

5）高强度螺栓连接范围内，构件接触面的处理方法应在施工图中说明。

（4）螺栓连接的强度 螺栓连接的强度设计值见表2-5。

表2-5 螺栓连接的强度设计值

注：1.A级螺栓用于d≤24mm和l≤10d或l≤150mm（按较小值）的螺栓；B级螺栓用于d＞24mm或l＞10d或l＞150mm（按较小值）的螺栓。d为螺栓公称直径，l为螺杆公称长度。

2.A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C级螺栓孔的允许偏差和孔壁表面粗糙度，均应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）的要求。

2.高强度螺栓的性能和构造

高强度螺栓的杆身、螺母和垫圈都要用抗拉强度高的钢材来制作。高强螺栓的性能等级分10.9级（20MnTiB钢和30VB钢）和8.8级（40B钢、45钢和35钢）两种。45钢或40B钢只能用于直径不大于24mm的高强螺栓。目前工程中已逐渐采用20MnTiB作为高强度螺栓的专用钢。

高强度螺栓分为摩擦型连接和承压型连接两种。

高强度螺栓摩擦型连接依靠被连接构件间的摩擦力传递外力，安装时，要将螺栓拧紧，使螺杆产生预拉力压紧构件接触面，靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，来达到传递外力的目的。当剪力与摩擦力相等时，即为连接的承载力极限状态。高强度螺栓摩擦型连接与普通螺栓连接的重要不同之处就是完全不靠螺杆的抗剪与孔壁的承压来传力，而是依靠钢板间接触面的摩擦力来传力。

高强度螺栓承压型连接的传力特征是当其剪力超过摩擦力时，构件间会产生相对滑移，螺杆与孔壁接触，使螺杆受剪，孔壁受压，破坏形式与普通螺栓一样，以螺杆被剪坏或孔壁承压破坏为其承载力的极限状态。承压型连接承载力高于摩擦型连接，但变形较大，不宜用于直接承受动力荷载的结构。(www.xing528.com)

高强度螺栓的构造和排列要求，同普通螺栓的构造及排列要求一样。

（1）高强度螺栓的预拉力

高强度螺栓的预拉力是通过扭紧螺母来实现，一般采用扭矩法、转角法或扭剪法。

1）扭矩法是采用可直接显示扭矩的特制扳手，由事先测定的扭矩和螺栓拉力之间的关系施加扭矩，使其达到预定的预拉力。

2）转角法是先用人工扳手初拧螺母直至拧不动为止，再终拧，即以初拧时拧紧的位置为起点，按螺栓直径和板叠厚度所确定的终拧角度，自动或人工控制旋拧螺母到预定角度，即达到预定的预拉力值。

3）扭剪法采用扭剪型高强度螺栓，如图2-18所示，该螺栓端部设有梅花头，在拧紧螺母时，靠拧断螺栓梅花头切口处截面来控制其预拉力值。

图2-18 扭剪型高强螺栓

高强度螺栓预拉力计算时应考虑以下几方面。

1）在扭紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪力将会降低螺栓的抗拉承载力。

2）施加预拉力时补偿应力损失的超张拉。

3）材料抗力的变异。《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）规定预拉力设计值P按式（2-9）确定。

式中 f_u——高强度螺栓的抗拉强度；

A_e——高强度螺栓的有效截面面积。

单个高强度螺栓的预拉力P见表2-6。

表2-6 单个高强度螺栓的设计预拉力P值（单位：kN）

（2）摩擦面间的抗滑移系数μ 使用高强度螺栓连接时，构件的接触面（摩擦面）应经过特殊处理，以提高摩擦系数μ的值。接触面经各种处理方法后的抗滑移系数见表2-7。承压型连接的板件接触面只要求清除油污和浮锈。

表2-7 摩擦面的抗滑移系数μ值

试验证明，构件摩擦面涂红丹后，抗滑移系数μ甚低（在0.14以下），经处理后仍然较低，故摩擦面应严格避免涂染红丹。另外，连接在潮湿或淋雨状态下进行拼装，也会降低μ值，故应采取防潮措施并避免雨天施工，以保证连接处表面干燥。

（3）高强度螺栓的排列 和普通螺栓的排列相同，应符合图2-17、图2-19、图2-20和表2-4、表2-8、表2-9、表2-10的要求。

图2-19 角钢上的螺栓排列

图2-20 型钢的螺栓排列

表2-8 角钢上螺栓或铆钉线距表（单位：mm）

表2-9 工字钢和槽钢腹板上的螺栓线距表

表2-10 工字钢和槽钢翼缘上的螺栓线距表