结构钢构件通过填充元件或连接件相互连接，这些填充元件或连接件可以是角钢, 板甚至平行法兰通道 (全氟辛烷磺酸). 这些是工作现场采用的一些常见配置, 特别是当主要使用螺栓或螺栓连接时. 用于焊接连接, 构件有时直接相互连接，无需任何填充元件或中间连接器. 在这篇文章中，我们重点关注螺栓, 六角头和沉头, 以及一些常用的螺栓连接.
六角和沉头螺栓
左边的六角头螺栓是普通的结构紧固件. 右侧的沉头螺栓有一个锥形头，与帘布层表面齐平, 当突出的头部会污染轴承表面或运动部件时，这很重要. 这种锥度也降低了其承载能力, 如下所述.
美国钢结构学会 (AISC)
AISC 主要使用英制单位 (英寸, 磅) 尽管 SI 对应项也受支持且可用. 需要注意的一件事是，英制尺寸通常以八分之一英寸为增量 (⅛”), 这可能与 SI 中的不完全匹配.
螺栓直径比较
| ½” | – |
| ⅝” | M16 |
| ¾” | M20 |
| ⅞” | M22 |
| 1” | M24 |
| 1 ⅛” | M27 |
| 1 ¼” | M30 |
| 1 ⅜” | – |
| 1 ½” | M36 |
这些是最接近的实际等价物, 不可互换尺寸. 一个 3/4” 螺栓是 19.05 毫米反对 20 M20 的毫米, 因此孔尺寸和边距不同，并且两者在图纸上不能相互替代.
高强度螺栓
螺栓材料规格由美国材料与试验协会涵盖 (ASTM), AISC 按实力将他们分为两组:
A组—— ASTM F3125 等级 A325, A325M 和 F1852; ASTM A354 BC 级; ASTM A449
B组—— ASTM F3125 等级 A490, A490M 和 F2280; ASTM A354 BD 级
ASTM F3125 是一个综合规范，吸收了较旧的独立 A325, A490, F1852 和 F2280 文档, 这就是为什么这些现在在其中显示为等级，而不是本身的规格. 旧的图纸和计算仍然用旧的方式来称呼它们.
除了强度和其他性能上的差异, 这些组对最小预紧力有不同的要求，具体取决于螺栓直径.
EUROCODE 3 (英国国家附件)
欧洲规范完全采用 SI 单位, 因此螺栓以毫米为单位，尺寸前缀为 “m”, 例如 M16 表示 16 螺栓直径毫米.
| M12 |
| M16 |
| M20 |
| M24 |
| M30 |
螺栓类别和强度
欧洲规范螺栓按两部分名称进行分类，对两种强度进行编码. 对于写成的类 a.b, 极限拉伸强度为 一个 × 100 兆帕, 屈服强度为 b/10 那个值的. 所以类 4.6 极限拉伸强度为 400 MPa 和屈服强度 240 兆帕, 而班级 8.8 有 800 极限 MPa 和 640 兆帕产量.
以正确的方式解决这两个问题很重要, 因为螺栓阻力公式取最终值. 在计算实际螺栓阻力时, 容量也受预紧力的影响, AISC 术语中称为“pretension”, 如果施加适当的拉力，在某些情况下会增加螺栓的承载能力.
| 班级 | 拉伸, 胡说八道 (兆帕) | 屈服, 福伊布 (兆帕) | 直径范围 |
| 4.6 | 400 | 240 | M5 – M36 |
| 4.8 | 400 | 320 | M1.6 – M16 |
| 5.8 | 500 | 400 | M5 – M24 |
| 8.8 | 800 | 640 | M1.6 – M36 |
| 9.8 | 900 | 720 | M1.6 – M16 |
| 10.9 | 1000 | 900 | M5 – M36 |
| 12.9 | 1200 | 1080 | M1.6 – M36 |
六角螺栓和沉头螺栓的注意事项
六角螺栓和沉头螺栓的几何形状差异影响承载能力, 因为锥形头会从其所在的帘布层上去除材料. 轴承中的有效厚度是帘布层厚度减去埋头孔的深度, 如下图所示. (参见 AISC 手册第 14 版, 图. 7-10.)
数字 1. 沉头螺栓轴承的有效厚度
连接规格和螺栓孔
螺栓连接可以指定为紧密拧紧, 预张紧或滑动临界. 这些条件对所用螺栓孔的选择起着很大的作用. 孔型为标准型 (普通的, 用英语来说), 超大的, 或长或短的开槽, 并按连接规范采用. RCSC 规范规定了紧密密封条件的要求. 如果连接的设计目的不是紧密贴合, 该条件必须在图纸上清楚地标明, 无论是 AISC 预紧还是 EN 预紧要求.
区别不是文书工作. 一旦滑动接触，紧贴螺栓就会抵抗轴承的负载, 同时设计了防滑连接，以便夹紧力完全阻止层板移动.
在任何需要防止滑动的地方，滑动关键连接都很重要, 根据孔类型的不同，计算抗滑性时采用不同的因素, 因为过大的孔或槽孔可以让帘布层在承受压力之前有更多的移动空间. 在大多数情况下, 采用标准或普通螺栓孔以及规定水平的预拉力或预紧力. 可以使用以下工具对这些变量进行建模和分析 SkyCiv钢结构分析与设计, 这有助于工程师考虑更广泛的结构系统中的连接行为.
数字 2. 螺栓角, 一种剪力连接
螺栓连接
螺栓连接可用于剪力板连接器，例如腹板, 三通, 以及腹板角和座角, 并在瞬间连接 (死板的, 完全克制) 哪些常用填充物, 连续性和拼接板. 使用螺栓意味着添加中间连接器或刚才提到的那种连接元件.
数字 3. 螺栓法兰盘连接
理论上有很多种组合连接配置的方法. 在实践中, 可构建性和制造成本意味着某些连接类型比其他连接类型更受青睐，因此得到更广泛的采用. 以下是一些使用螺栓的常见连接类型, 并附有简短说明.
剪力 (简单) 连接数
- 单/双板 (凸片或翅片) 使用一个或多个板将梁腹板连接到支撑构件, 梁或柱. 一侧通常需要在板的边缘进行焊接, 而螺栓将其搭接连接至梁腹板.
- 单身的/双角 类似于盘子, 除了角钢可以用螺栓固定在连接的两侧之外.
- 座椅角度, 顾名思义, 使用角型材来承载被支撑构件的凸缘 (或封闭截面的平壁) 这样梁就可以放在上面. 螺栓可用于整个连接类型.
时刻 (克制) 连接数
- 法兰盘, 与剪力连接一起使用, 为构成抗力矩框架柱的法兰提供连续性, 或者更一般地在成员拼接中.
- HSS 立柱上有套环和贯通板 (RHS 或 CHS) 形成抗力矩框架的一部分. 贯通板穿过立柱, 当其周围装有套环板时, 穿起来很像衬衫上的领子. 由于涉及切割和装配，两者的制造成本都很高.
请访问我们的文章 钢结构连接的类型 了解更多, 比较紧固件 螺栓、焊缝、铆钉, 或尝试我们的 螺栓抗剪强度计算器. 的 螺栓文档 涵盖螺栓的等级, 在连接设计模块中输入孔类型和预紧力.
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参考资料
[1] 美国钢结构学会 (AISC). (2016). 钢结构建筑规范. 芝加哥, 的 60601-6204
[2] 美国钢结构学会 (AISC). (2011). 钢结构手册. 14第三版. 芝加哥, 的 60601-6204
[3] 钢结构协会和英国钢结构协会. (2014). 钢结构中的接头 符合欧洲规范的简单接头 3. 阿斯科特 SL5 7QN; 伦敦 SW1A 2ES, 英国
[4] 钢结构协会和英国钢结构协会. (2014). 符合欧洲规范的钢结构抗弯接头中的接头 3. 阿斯科特 SL5 7QN; 伦敦 SW1A 2ES, 英国
