螺栓连接中最常见的连接是抗剪连接,如图3.54(a)所示的螺栓连接试件做抗剪试验,可得出试件上a,b两点之间的相对位移δ与作用力N的关系曲线[图3.54(b)]。由曲线可见,试件由零载一直加载至连接件破坏的全过程经历了以下3个阶段。

图3.54　单个螺栓的抗剪试验结果

1)弹性阶段

施加荷载之初,连接中的剪力较小,荷载靠板件接触面间的摩擦力传递,螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变,连续工作处于弹性阶段,在N-δ图上呈现出O1斜直线段,其受力情况如图3.54(b)所示。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力,一般来说,普通螺栓的初应力很小,故此阶段很短,可略去不计。

2)相对滑移阶段

当荷载增大,连接中的剪力达到板件间摩擦力的最大值,板件间产生相对滑移,其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙,直至螺栓杆与孔壁接触,表现为N-δ曲线上的12线段。

3)弹塑性阶段

荷载继续增加,连接所承受的外力主要靠螺栓与孔壁接触传递。螺栓杆除主要受剪力外,还承受弯矩和轴向拉力,而孔壁则受到挤压。由于材料的弹性,加之螺栓杆的伸长受到螺帽的约束,增大了板件间的压紧力,使板件间的摩擦力增大,所以N-δ曲线上呈上升状态,其受力情况如图3.54(b)所示。达到“3”点时,表明螺栓或连接板达到弹性极限。

荷载继续增加,在此阶段荷载即使有很小的增量,连接的剪切变形也迅速加大,直到连接的最后破坏。N-δ曲线上的最高点“4”所对应的荷载即为普通螺栓连接的极限荷载。

抗剪螺栓连接可能的破坏形式有5种,如图3.55所示。其中螺栓杆剪断、孔壁压坏和钢板被拉断需要通过计算来保证连接安全,后两种破坏形式通过构造要求来保证,即通过限制端距e≥2d0避免板端被剪断,通过限制板叠厚度≤5d0避免螺栓杆弯曲。

图3.55　抗剪螺栓的破坏形式

单个抗剪螺栓的承载力设计值为:(www.daowen.com)

①抗剪承载力设计值

②承压承载力设计值

③一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式算得的较小值

式中　nv——螺栓受剪面数(图3.56),单剪nv=1,双剪nv=2,四剪面nv=4等;

∑t——在不同受力方向中一个受力方向承压板件总厚度的较小值。图3.56(b)中双剪面取∑t为min(a+c,b);图3.56(c)中四剪面取∑t为min(a+c+e,b+d);

图3.56　抗剪螺栓连接的受剪面数

d——螺栓杆直径;

——螺栓的抗剪、承压强度设计值,见附表1.3。