２００９年第１２期 西部探矿工程 １６７ 中美设计规范对高强螺栓连接的计算和设计比较 魏青林 （－Ｎ安建筑科技大学土木Ｚ－－程学院，陕西西安７１００５５）
摘要：讨论了中美设计规范关于摩擦型高强螺栓连接在设计中的计算公式及计算方法的比较，从其 连接的工作性能入手，结合规范给出的公式，深入解析公式中每个变量的具体含义，并给出螺栓群同 时受剪力，拉力和弯矩作用下的计算公式。 关键词：ＬＦＲＤ规范；摩擦型高强螺栓；连接；计算 中图分类号：ＴＵ１ 文献标识码：Ａ文章编号：１ＯＯ４—５７１６（２００９）１２—０１６７—０３
高强螺栓连接的优点是连接紧密、受力性能好、耐 疲劳、安装简单、便于养护和加固。因此在实际工程中 应用很广泛。 １螺栓受力性能和承载力 高强螺栓摩擦型连接单纯依靠连接构件的摩擦阻 力传递剪力，以剪力等于摩擦力为承载能力的极限状 态。高强螺栓预拉力是通过扭紧螺帽实现的，两国规范 中都给出了高强螺栓的预拉力值的大小同时也说明了 摩擦型连接中高强螺栓的抗剪承载力的大小与其传力 摩擦面的抗滑移系数和对钢板的预压力有关＿１＿ 。 ２两国设计规范的比较 ２．１中国钢结构设计规范（ＧＢ５００１７—２００３）规定 （１）一个高强螺栓的抗剪承载力设计值为口］： Ｎ 一０．９ｎｆｆＰ （１） 当存在外拉力时， Ｎ 一０．９ｎｆ （Ｐ一１．２５Ｎ ） （２） 上式是考虑在外拉力Ｎ 的作用下，构件接触面上 的挤压力变为Ｐ—Ｎ ，同时摩擦系数也下降，如保持摩 擦系数不变，就必须适当提高Ｎｆ的值，故取１．２５Ｎ 。 式中，ｎ 为传力摩擦面数目；肚为摩擦面的抗滑移系数； Ｐ为高强螺栓预拉力。 由于高强螺栓摩擦型连接的抗拉性能和承载力高 强螺栓有预拉力作用，构件间在承受外力作用前已经有 较大的挤压力，高强螺栓受到外力作用时，首先要抵消 这种压力，在克服挤压力之前，螺杆的预拉力基本不变。 试验表明，当外拉力过大时，螺栓将发生松弛现象，这对 连接抗剪性能是不利的，故规定一个高强螺栓的抗拉承 载力为： Ｎ，ｕ＝：＝０８Ｐ （３）
规范（ＧＢ ５００１７～２００３）中规定同时受剪和受拉 时，单个摩擦型高强螺栓承载力公式 ］： ＋ ≤１ （４） 式中：Ｎ 、Ｎｆ——某个高强螺栓所承受的剪力和拉力； Ｎ 、Ｎ ——一个高强螺栓的受剪、受拉承载力设计 值。 （２）高强螺栓摩擦型连接同时承受剪力和拉力计算 时应同时满足轴力和剪力的承载力要求： ｆＮ ≤Ｎ ＼Ｎ ≤ Ｌ 按照考虑剪力时的两种不同的原则，相应的会有两 种不同的计算方法： ①剪力平均分配的原则： ＋ ≤１ （６）０ ９ ｎｆｕＰ ０．８Ｐ ②整体原则： ｆＮ／ｎ＋Ｍｙ～／∑Ｙ ≤Ｏ．８Ｐ １ １ ＋ ≤ 对照规范中的公式（５），式（６）、（７）分别可简写为： Ｎ ／Ｎ ＋Ｎ ／Ｎ ≤ｌ （８） ｆＮ ≤Ｎ １Ｎ ／Ｎ ｂＴ ａ／ ｂ≤１ ‘９ ２．２美国ＬＲＦＤ钢结构规范 （１）单个高强螺栓的抗剪设计承载力为： ｒ 一ｓｏ１．１３ｆｉＴ （１Ｏ） 单个高强螺栓的抗拉设计承载力为： ｑｏｒｔ一（ＤＦ ＡＢ （１１） 式中： ——抗力分项系数； Ｆ ——名义抗拉强度； Ａ ——螺栓的名义面积； ｒｒｎ——高强螺栓的最小预拉力嘲。 １６８ 西部探矿工程 ２００９年第１２期 （２）纯剪作用下：采用ＬＲＦＤ的设计荷载摩擦连接 中的螺栓时，每个螺栓滑移抗力设计值 Ｒ 应不小于 其所受的设计荷载，其中Ｒ ＝＝：１．１３／￣ＴｂＮ ，即： Ｖ ≤ （ｖ）一 １．１３￣ＴｂＮ （１２） 式中：Ｔｂ——每个高强螺栓的最小预拉力； Ｎ ——传力摩擦面数目； 摩擦面的抗滑移系数，对于Ａ、Ｂ、Ｃ级摩擦 面分别取０．３３，０．３３，０．４０７，其他摩擦面可由试验确 定； 抗力分项系数，取值分别是１．０，０．８５，０．７０， ０．６０［引而采用ＬＲＦＤ的荷载标准值设计摩擦型连接中的 螺栓时，每个螺栓滑移抗力设计值 Ｆ Ａ Ｎ。；用公式表 示为： Ｖ ≤Ｒ 一ｑｏＦ ＡｂＮ （１３） （３）剪一拉作用下：采用ＩＪＲＦＤ的设计荷载摩擦连 接中的螺栓时，滑移抗力设计值Ｒ 必须乘以系数：［１ Ｔｕ／（１．１３ＴｂＮｂ）］，即： Ｖ，ｖ， ）≤午Ｒ ｖ／ｔ】＝ＥＪ－－Ｔｕ／（１．１ａＴｂＮｂ）￣＠．１３ Ｎｓ （１４） 式中：Ｔ ——作用在连接处的拉力设计值； Ｎ ——承受外拉力Ｔｕ的螺栓数量； ］ｒｂ——紧固件的最小预拉力［ 。 而采用ＬＲＦＤ的荷载标准值设计摩擦型连接中的 螺栓时，滑移抗力设计值ｑｏＦｖＡ ，则必须乘以系数：（１一 Ｔ ）， １、 Ｖ（ｖ／ｏ≤Ｒｖ／ｂｔ一－（１一 宁 ）ｐＦ￣ＡｂＮｓ （１５） 式中：卜作用于连接处的拉力标准值； Ｎ ——承受该拉力Ｔ的螺栓数量。 （４）剪一拉一弯作用下： 根据经典弹性理论知： Ｍ一旦 ｒ 得出： （１６） 式中：Ｍ——外弯矩； Ｐ 、Ｐ ——Ｍ在最外侧紧固件中引起的荷载； Ｊ——紧固件形心距离的平方和； ｒ－－～最外侧紧固件到形心的距离； 将Ｐ一分解到ｘ、Ｙ轴线上的分量记为Ｐｈ、Ｐ ，所 以： Ｐｈ－－ ；Ｐｖ－－一Ｍｘ＝ｘ （１７） 剪力Ｖ在每个螺栓中产生的力记为： Ｐ：一Ｖ ｎ 根据力的合成原理知：最外侧螺栓的内力：
Ｒ 一 ／（旦 ＋ ）ｚ＋（旦 ）。 （１８）
所以：①当采用荷载设计值时， √（ （ Ｖ ≤［卜
Ｔｕ／（１．１３ＴｂＮｂ）］ １．１３／￣ＴｂＮ。 （１９） ②当采用荷载标准值值时，
√（峄 （ ）ｚ≤Ｖ ｖ／１）≤（１～
） Ｆ ＡｂＮｓ （２ｏ 当Ｐ和Ｔｕ（Ｔ）同时为零时，公式（１９）、（２０）就变为 公式（１２）、（１３），所以公式（１９）、（２Ｏ）具有一般的意义。 ３算例 采用直径为３／４ｉｎ（１９．０５ｍｍ）的标准孔Ａ３２５ ＳＣ Ａ～Ｎ螺栓连接，肚＝０．３３，受力分别为：拉力Ｔ＝ ６０．６７ｋｉｐｓ（２７０ｋＮ）、剪力Ｖ一１０５．０８ｋｉｐｓ（４６７．６５ｋＮ）、 弯矩Ｍ＝２８６．６２（３２．４ｋＮ·ｍ），参见图１ Ｅ ，按美国规 范核算螺栓是否安全。
图１计算示意图 解：）（ｎ 一５０ｍｍ（１．９７ｉｎ）， ＝２５０ｍｍ（９．８４ｉｎ） Ｊ一３．５×１０ ｍｍ２（５４２．５７ｉｎ。） ｒ 一２５５ｍｍ（１０．０４ｉｎ） 由（１２）式得出： Ｐ ：５．３０ｋｉｐｓ（２３．５９ｋＮ） 由（１３）式得出： ２００９年第１２期 西部探矿工程 １６９ 半刚性基层路面的施工特点及质量控制 潘 江 （重庆交通大学研究室，重庆４０００７４）
摘要：在沥青路面结构中含有一层或一层以上厚度大于１０ｃｍ的半刚性材料且能发挥其特性时，此 沥青路面结构称为半刚性路面。水泥稳定砂砾材料铺筑沥青路面基层是半刚性路面中一种比较优越 和理想的结构形式。通过对半刚性基层沥青路面特性及应用的分析，将水泥稳定砂砾基层路面施工 中的质量控制进行简单归纳。 关键词：半刚性基层；施工特点；质量控制 中图分类号：Ｕ４１６．２文献标识码：Ｂ文章编号：１。０４—５７ｌ６（２００９）ｌ２一Ｏｌ６９～Ｏ３
路面基层材料通常可以根据其稳定用结合料及被 稳定材料的组成特征等加以分类。实际使用中不同材 料组成的路面基层材料其性能有明显的差异。除了具 体施工条件的差异外，集料级配组成的不同造成的结构 差异是主要的原因。在粉碎的或原状松散的土中掺人 定量的无机结合料（水泥、石灰或工业废渣等）和水， 拌和后经压实与养生，其抗压强度符合规定要求的材料 称为无机结合料稳定材料。由于无机结合料稳定材料 的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，故常称 此为半刚性材料，以此修筑的基层亦称为半刚性基层。
Ｐｈ一５．１９ｋｉｐｓ（２３．１２ｋＮ），Ｐ 一１．０４ｋｉｐｓ（４．６３ｋＮ） 由（１４）式得出：
Ｐ：一 ＝＝＝８．７６ｋｉｐｓ（３８．９７ｋＮ） √（ （ ）２＝１５．９ｋｉｐｓ（ｋＮ） 按设计值验算： ＋－Ｖ ￣ｇＦ Ａｒ １一
Ｕ ）
１１ ．６ ｌ ｈｌ ｈ
满足：１．０４＋８．７６—９．８４１２．３１ｋｉｐｓ
按标准值验算： ＋ ≤ １３／ｚＴｂＮ 一志）
１．Ｏ４＋８．７６≤１６．５１１ｋｉｐｓ，满足。 ４结论 给出了美国ＬＲＦＤ规范中计算公式进行具体化， 具有一般的意义。同时中国规范是按照承载能力极限 状态进行设计和验算的，美国ＬＲＦＤ规范规定了按承 载能力极限状态验算和正常使用极限状态验算，考虑了 荷载标准值和设计值两者之间的差别进行设计。
参考文献： Ｅｌｉ ＧＢ５００１７－－２００３钢结构设计规范［Ｓ］．
［２］刘玉妹．美国ＬＲＦＤ钢结构规范介绍（Ⅳ）、（Ｖ）ＥＪ］．建筑 钢结构进展，２００２（１）：５３～５９；２００２（２）：５２—５８． Ｅ－３］现代美国感结构规范设计手册ＥＭ］．同济大学出版社， ２００６． Ｅ４３李鸿博．高强螺栓摩擦型连接的计算方法Ｉ－Ｊ］．工程建设与 设计，２００５（１０）：２９—３１．
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ－Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｂｏｌｔｓ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ
ＷＥＩ Ｑｉｎｇ－ｌｉｎ （Ｘｉ＇ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｘｉ＇ａｎ Ｓｈａｎａ：ｉ ７１００５５， ｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｉｎｏ－ ＵＳ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｏＩｔｓ ｔｏ ｃｏｎｎｅｃｔ ｔｈｅ ｄｅ— ｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉ— ｓｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ ｏｆ ｗｏｒｋ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｃｏｒｎ— ｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｎｏｒｍｓ ｇｉｙｅｎ ｂｙ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ，ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ａｎ ｉｎ－ ｄｅｐｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｍｅａｎｉｎｇ ｏｆ ｅａｃｈ ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｎｄ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｂｏｌｔｓ ｇｒｏｕｐ ａｔ ｔｈｅ ｓａＩｎｅ ｔｉｍｅ，ｔｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＦＲＤ ｓｔａｎｄａｒｄ；ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｏｌｔ；ｃｏｒｍｅｃ— ｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ