螺栓连接构造要求中最小容许距离的理论验算

李玉秋?郭兴森

摘 要：钢结构的连接方式有多种，螺栓连接是最常用的连接方法之一。螺栓的排列形式、距离等因素会影响构件的承载力，本文就螺栓连接最小容许距离进行理论分析，根据螺栓受力形式，推导螺栓间距控制要求，验算规范中数据的合理性。

关键词：螺栓连接；最小容许距离；构造要求

1 中心间距

1.1 垂直内力方向

在计算内力值时，为了简便计算，假定螺栓承压应力沿螺栓直径投影面均匀分布，故在计算中间间距的最小容许距离时，不必考虑螺栓的位置和方向（即外排、中间排、沿对角线方向）。计算简图如图1

由表可见，随板厚增加，对中距的要求增加。不同螺栓对于板厚要求不同，从高到低，依次是承压型高强度螺栓、AB级螺栓、C级螺栓。综合表中数据，对于C级和A、B级螺栓大多数据小于3，其中A、B级螺栓对于构件强度为Q235、Q325，板厚为60～100mm（厚板）数据为3.13和3.04，误差为13%、4%，在实际工程中，极少采用低强度厚板，故取整3合理。对于承压型高强度螺栓，大部分理论数据大于3。承压型高强螺栓在拧紧螺帽时施加很大的预应力，是被连接构件的接触面之间产生很大的挤压应力，因而垂直于螺栓杆的方向上有很大的摩擦力，故在不等式的左边应该加上一个较大的摩擦力，该力的大小与预拉力的大小及连接处构件接触面有关，则，当摩擦系数取构件接触面无处理时的0.3，Q235厚板t=60，预拉力为80kN，螺栓直径为16mm，S≥3.08d0，故取整3也是合理的，即满足要求。

1.2 顺内力方向

简图如图2，由钢材净截面的抗剪强度和螺栓承压强度设计值相等，可得，式中为钢材的抗剪强度。各级钢结构的值如下表3（板厚<100）

由上表可见，顺内力方向中间间距的要求要小于垂直于内力方向的要求，随板厚增加要求提高；随钢材强度的增大，间距要求减小。显然对于C级螺栓连接，取3d0偏于保守，2.4d0即可满足要求。当螺栓直径为30mm时，扳手外形宽度为70mm，此时预留20mm空间便于扳手转动，故取合理，且偏于安全。

2 中心至构件边缘距离

2.1顺内力方向（端距）

在受力的过程中，端部的钢板不因端距太小而被剪脱，即钢材的抗剪强度小于螺栓的承压强度，可得如下公式：。各级钢结构的值如下表4（板厚<100）

从表中数据可见，随板厚增加，边距要求增加；随钢材强度增大，边距要求减小；螺栓的选用对于边距的要求有影响，从高到低，依次是承压型高强度螺栓、A、B级螺栓、C级螺栓。表中A、B级螺栓对应强度较低Q235构件的数据大于2，但实际工程中对于精致螺栓的应用较少，当采用精致螺栓时可适当加大边距，防止端部钢板剪脱。

2.2垂直内力方向（边距）

钢材不因边距不因边距太小，净截面不足而在毛截面屈服前被拉断，可得fAy 。式中为钢材净截面面积，为钢材毛截面面积，为钢材的屈服强度，为钢材的抗拉强度。如图3，若只有一排螺栓

可得。

由上式可知，s与钢材的屈强比有关，同时要考虑端距满足要求。试算钢材为Q235时，当各组试件开孔为12、16、20、24时，s均没有超過。故可取合理。

由于考虑手工割边钢材考虑到切割尺寸误差等不利影响，规定为。

3 结语

本文分别从中间间距和中心至边缘距离进行简单理论探讨验证，分为垂直内力方向和顺内力方向。多项分析可见，高强承压型螺栓相对于其他种类螺栓对于间距的要求更高。理论计算过程中采用截面受力均匀假设，结果偏于安全。

参考文献

[1]刘声扬.钢结构疑难释义（第三版）[M].中国建筑工业出版社 2004.9 99～102

[2]赵顺波.钢结构设计原理[M].郑州：郑州大学出版社.2011.12

作者简介

李玉秋（1994-），女，汉族，湖北武汉人，单位：郑州大学土木工程学院，研究方向：土木工程。

郭兴森（1994-），男，满族，辽宁沈阳人 单位：郑州大学土木工程学院，研究方向：土木工程。