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钢结构设计中螺栓运用有哪些注意事项?

作者:广州钢构 来源:本站 发表时间:2016/4/11 10:03:44 查看:次

螺栓在钢结构设计中是一个重要的角色,占据重要的位置,不同的螺栓的用途不用,比较普遍的主要有地脚螺栓,普通螺栓和高强螺栓。本文对这三种不同的螺栓进行全面剖析,分别阐述其用途与施工要点,以及相关的参数。   

  钢结构设计中螺栓运用有哪些注意事项

1 高强螺栓   
钢结构因其制造简便,制作与施工分离,施工周期短;钢结构材料的强度高、塑性和韧性好;钢材的强度与密度之比要比砼大得多;材质均匀和力学计算的假定比较符合,所以在现代工程中被广泛应用。而高强度螺栓连接具有施工简单,拆装方便;连接紧密,受力良好,耐疲劳,可拆换,安装简单,便于养护以及动力荷载作用下不易松动等优点。因而在钢结构设计、施工中有不可替代作用。也正因为高强螺栓在结构承载力中责任重大,故在其施工及质量验收过程不容忽视。   
高强度螺栓按现行国家标准,大六角头高强螺栓的规格为m12 ~ m30,其性能等级分为 8.8 级和 10.9 级,剪扭型高强螺栓规格为 m16 ~ m24,其性能等级只有 10.9 级( 钢结构规范条文说明3.3.8.3) 。
高强螺栓的连接方式主要有两种类型: 
第一种是只是通过摩擦接触面上的摩擦阻力来传力,它以所受到的剪力不超过摩擦力作为设计值来进行计算,称这种连接方法为摩擦型连接方法;
第二种是受剪时允许接触面发生一定的相对滑移,以达到破坏时的极限承载力作为设计值来进行计算,称这种连接方法为承压型连接方法。
摩擦型连接方法的剪切变形相对较小,处于弹性工作阶段,施工相对简单,可以拆卸并重新安装,耐疲劳性能比较好,所以比较适合用于承受动力荷载的结构类型。
承压型连接方法由于其承载力大大高于摩擦型,连接比较紧促,然而剪切变形较大,所以不能直接用于承受动力荷载的结构当中,所以在工业设计中高强螺栓的连接主要采用摩擦型连接。
采用摩擦型连接方式连接的抗剪构件中,每个高强螺栓所承受的承载力设计值应按下列公式进行计算:   
其中,nf 为传力摩擦面数目; μ 为摩擦面抗滑移系数; p 为高强螺栓的预拉力。   
在螺栓杆轴方向受拉时的连接中,其中每个高强螺栓的承载力设计值取 nbv= 0.8p。   
当高强度螺栓摩擦型连接同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力时,其承载力计算公式为:      

摩擦型连接螺栓的抗剪承载力设计值与摩擦面的抗滑移系数 μ 及高强螺栓的预拉力 p 成正比,摩擦抗滑移系数与构件的钢号以及连接处构件接触面的处理方法有关。喷砂及喷砂后生赤锈抗滑移系数大,但有可能接触面被腐蚀,喷砂后涂无机富锌漆防腐蚀性能好但抗滑移系数小,螺栓承载力低,常用到的表面处理方法是喷砂,或喷砂后生赤锈。抗滑移系数与连接件的钢号有关,当连接件的钢号不是同一种时,按低钢号考虑。高强螺栓的螺孔应该用钻孔的成孔方式。摩擦型螺栓连接的高强螺栓孔径应比其公称直径 d  大 1.5 mm  ~ 2.0mm,承压型螺栓连接的高强螺栓孔径应比其公称直径 d 大 1.0 mm ~1.5mm。所以在进行结构设计时,在图纸中应该写明高强螺栓的性能等级、螺栓的连接形式、构件表面的处理方法以及抗滑移系数等的具体内容。   


2 普通螺栓   

普通螺栓大致上可以分为 a,b,c 三级。a 级和 b 级均为精制螺栓,加工精度相对比较高,c 级为粗制螺栓。其螺栓表面粗糙,所以抗拉强度较低,并且由于螺栓杆和螺栓孔之间存在着较大的间隙,当螺栓受到剪力作用时,会产生比较大的剪切滑移,所以连接变形的较大,但是因为其安装方便,而且能够有效的传递拉力,所以一般可以用于沿螺杆受拉的连接当中,或者是一些相对次要结构的抗剪连接或者是安装时的临时就位固定等。这种螺栓在我们工程中主要用来做安装螺栓, a 级,b 级为精制螺栓,其受拉受剪性能比较好, 但是由于制作和安装相对复杂,价格也相对偏高,在钢结构的应用当中比较少见。所以在工程中常用到的普通螺栓就是用来做安装螺栓的  c 级螺栓,不考虑其受力作用,在图纸中除 了标明螺栓的直径还应标明螺栓的种类。螺栓留孔大小与螺栓的公称直径有关,当螺栓直径不大于 16 mm 时,螺栓孔径大于螺栓直径 1 mm,当螺栓直径大于 16 mm 时,螺栓孔径大 于螺栓直径 1.5mm。     


3 锚栓( 地脚螺栓)    

地脚螺栓通常用在钢柱的柱脚,设备基础的支座 ; 地脚螺栓的种类很多,大致分为棘锚 栓 (构造锚栓) 、弯钩锚栓,直钩锚栓,带螺栓连接锚板锚栓,带焊接锚板锚栓,带加劲板锚 栓,通长套管锚栓,双头螺纹锚栓, t 形头锚栓,槽钢锚架 t 形头锚栓,各种锚栓的选用 可参见  hg/t 21545-2006 的总说明。

地脚螺栓埋设的好坏,直接影响钢结构安装的质量,所 以要对地脚螺栓的标高、轴线位置的准确性进行复测,在地脚螺栓埋设之后和钢结构安装之前,必须对其进行检查和矫正。

我们在设计中设备基础所用的地脚螺栓一般按照工艺专业所提的条件进行埋设,但应满足一些构造措施,一次性埋入素混凝土基础的螺栓中心至基础边缘的距离不宜小于  4d,且不小于 150 mm。若不能满足需要在基础边缘配置加强钢筋,受 力地脚螺栓的埋深不宜小于 20d。我们应在图纸中按工艺所提条件注明地脚螺栓的材质,常 见的有 q235a,q345,q345r,16mn 等。

刚接柱脚所用的地脚螺栓只承受拉力,剪力靠抗 剪键来承担,地脚螺栓的抗拉强度与地脚螺栓的材质有关,当地脚螺栓按材质采用  q235  时,其抗拉强度为 140 n/mm2,采用 q345 时,其抗拉强度为 180 n/mm2,螺栓的抗拉强 度可通过查表,或进行简单计算,计算公式为 :         

对于有水平推力的独立管架,水平推力不大时,可根据地脚螺栓的个数、间距,以及抗拉承载力进行简单的抗弯计算,通常情况下地脚螺栓材质可选用  q235-b,具体选材跟环境 温度及强度有关。地脚螺栓的材质还应与连接构件的材质相匹配,比如用于连接材质为   q235 的吊车梁的地脚螺栓的材质也用 q235,材质为 q345 的吊车梁的地脚螺栓的材质也用  q345。我们在设计图纸中应写明地脚螺栓的材质。    

紧固地脚螺栓的注意事项      
1、紧固地脚螺栓时,螺母下面应放垫铁;     
2、螺栓拧紧时,应从钢结构中间轴线开始,然后向两边交错对角进行,同时用力要均 匀,严禁拧完一边再拧紧另一边的作法,并在紧完螺母后再复查钢结构的安装水平度;      
3、紧固螺栓时,应使用标准长度的扳手,只有 m30 以上的螺栓允许加套管增加扳手的 长度,操作时,既要保证充分拧紧,又要防止用力过大而损伤螺纹;     
地脚螺栓安装的质量直接关系钢结构的稳定性、可靠性,在施工中应仔细安装地脚螺栓,发生偏差时应认真进行纠正,按照规范及设计图纸的要求进行施工,从而保证整个项目的安装质量。

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