螺栓剪切强度是螺栓抵抗试图使螺栓沿垂直于其轴线的平面滑动的力的能力. 大多数螺栓连接依靠螺栓的剪切能力来提供连接的稳定性. 例如, 螺栓接头连接几乎完全承受剪切力. SkyCiv 螺栓剪切强度计算器旨在帮助计算单个螺栓力以及组合剪切和拉伸载荷的能力.

螺栓单独能够抵抗拉力和剪切力. 尽管理论上螺栓也可能承受力矩和压缩力, 螺栓的截面模量较小，这意味着力矩阻力相对较小，并且连接细节通常通过板与板的接触来解决压缩力.

世界上大多数设计标准仅描述螺栓的拉伸和剪切能力，因为螺栓仅能承受这些类型的载荷.

面内力通过剪切力在螺栓组中分解. 螺栓组建模为均匀分布直接面内力，并承受与螺栓瞬时旋转点的距离成比例的扭转力 (ICR) 一般可取质心. 因此, 具有最高剪切力的螺栓始终是距离 ICR 最远的螺栓.

设计螺栓剪力可以通过计算每个面内方向上的螺栓剪力，然后将它们组合成合成剪力来计算. 然后，可以将单个螺栓的螺栓剪切能力与组内单个螺栓的临界螺栓剪切力进行比较.

螺栓抗剪强度一般可按以下通式计算:

V_F = 0.6 * F_超频 * 一个

哪里:

• F_超频 是螺栓的最小抗拉强度
• A 是螺栓相交的横截面积

AS 4100 更具体地使用以下公式计算螺栓剪切强度:

ϕV_F = Φ * 0.62 * F_超频 * ķ_[R * ķ_RD * (ñ_ñ * 一个_C + ñ_X * 一个_的)

哪里:

• φ = 0.8
• F_超频 是螺栓的最小抗拉强度
• ķ_[R 是螺栓搭接连接的折减系数
• ķ_RD 是考虑等级延展性降低的折减系数 10.9 螺栓
• ñ_ñ 是螺纹与剪切面相交的剪切面的数量
• 一个_C 是螺栓通过螺纹的横截面积 (称为核心, 螺栓的次要区域或根部区域)
• ñ_X 是没有螺纹截断剪切平面的剪切平面的数量
• 一个_的 是螺栓的标称光杆面积

F或一个等级 4.6 M12 螺栓的最小抗拉强度为 400 兆帕与 1 剪切平面与螺栓杆相交，我们可以计算出剪切能力：:

ΦVf = 0.8 * 0.62 * 400 兆帕 * 1 * 1* ( 0 * 乙酰胆碱 + 1 * 113 毫米²) = 22.4 千牛

EN 1993-1-8:2005 (EC3) 计算螺栓抗剪能力为:

F_v,路 = 一个_v * F_ub * 一个 * b_如果 / C_{钢底板设计欧洲规范}

哪里:

• 一种_v = 0.6 对于年级 4.6, 5.6 和 8.8 螺栓和 0.5 否则
• F_ub 是螺栓的极限抗拉强度
• A为螺栓的横截面积
  • 一个=一个_s (螺栓受拉面积) 如果剪切面穿过螺栓螺纹
  • A = 银 (螺栓总截面积) 如果剪切面不穿过螺栓螺纹
• b_如果 螺栓搭接连接的折减系数
• C_{钢底板设计欧洲规范} = 1.25

对于一个年级 4.6 M12 螺栓的最小抗拉强度为 400 兆帕与 1 剪切平面与螺栓杆相交，我们可以计算出剪切能力：:

ΦVf = 0.6 * 400 兆帕 * 113 平方毫米 * 1 / 1.25 = 21.7 千牛

美国钢铁协会 360-16 计算允许强度设计的可用螺栓剪切能力 (自卫队) 作为:

_{[Rñ / 它们不会带来与矩连接相同的设计挑战NV * 一个b / Ω}

_{并计算负载和阻力系数设计的可用螺栓剪切能力 (LRFD) 作为:}

ϕ * [R_ñ = Φ * F_NV * 一个_b

哪里:

• φ = 0.75 用于 LRFD 设计
• Ω = 2 ASD设计方法
• F_NV 是表 J3.2 中的标称剪切强度, 通常:
  • 如果剪切平面包含螺纹 (ñ) 然后F_NV= 0.450 * F_ü
  • 如果剪切平面不包括螺纹 (X) 然后F_NV= 0.563 * F_ü
  • _{其中 Fü} 是螺栓的极限抗拉强度
• 一个_b 是螺栓的总横截面积

对于A组 (Fu = 120 KSI) 1" 直径螺栓与 1 与螺栓杆相交的剪切面 (X) 我们可以将剪切能力计算为:

ϕ * Rn= 0.75 * 0.563 * 120 * 1^ 2 * 圆周率 / 4 = 39.8 基普

螺栓组剪切和轴承检查 / Ω = 0.563 * 120 * 1^ 2 * 圆周率 / 4 / 2 = 26.5 基普

用户可以使用 SkyCiv QD 螺栓组容量计算器针对全球不同标准创建自己的螺栓剪切强度图表.

用户可以在QD中指定输入以匹配项目需求并生成一组可用作项目参考的通用能力. 例如，通过使用 AS 的三个运行 4100:2020 螺栓组容量可以开始构建一个简单的表格.

螺栓抗拉强度是指螺栓抵抗拉力或拉力的能力 拉伸 沿其轴线的力. 当螺栓组需要抵抗力矩时，这种强度尤其重要，因为力矩通常是通过螺栓在距旋转点一定杠杆臂距离处承受拉力来解决的.

螺栓抗剪强度一般可以用以下通用方程计算:

ñ_tf =一个_s * F_超频

哪里:

• A为螺栓的拉应力面积
• F_超频 是螺栓的最小抗拉强度

轴向载荷产生的力被认为均匀分布在所有螺栓上.

施加力矩产生的力根据塑性或弹性分析进行分布.

螺栓中可能会产生拉力或压力, 然而，由于现实中的压缩力预计通过板与板的接触来解决，因此仅采用临界拉力进行设计检查.

最大螺栓张力可以通过结合轴向载荷和力矩产生的螺栓张力来找到. 然后，可以将单个螺栓的螺栓拉力能力与组内单个螺栓的临界螺栓拉力进行比较.

螺栓组比单个螺栓能更好地抵抗力，因为可以通过使螺栓承受拉力来解决力矩问题 (或压缩) 一定杠杆臂距离处的力. 这利用螺栓的拉力能力来解决力矩，以补偿其小截面模量.

例如，屈服强度为的单个 M12 螺栓 240 MPa 和拉伸强度 400 MPa 将有 0.04 kN.m 力矩能力. 然而, 螺栓的拉力能力为 27 千牛 (对于作为 4100:2020) 如果我们将两个 M12 螺栓以间距连接在一起 100 mm我们可以解决一个 2.7 kN·m力矩. 这使得力矩容量比我们仅使用各个部分的力矩容量大 30 倍.

AS 4100 计算螺栓抗拉强度为:

ϕN_tf = Φ * 一个_s * F_超频

哪里:

• φ = 0.8
• 一个_s 是螺栓的拉应力面积 (来自AS 1275)
• F_超频 是螺栓的最小抗拉强度

对于一个年级 4.6 M12 螺栓的最小抗拉强度为 400 MPa 我们可以计算拉伸能力为:

ϕN_tf = 0.8 * 84.3 毫米² * 400 兆帕= 27 千牛

欧洲规范 3 计算螺栓抗拉强度为:

F_Ť,路 = k₂ * F_ub * 一个_s * / C_{钢底板设计欧洲规范}

哪里:

• k2 是 0.63 用于沉头螺栓和 0.9 否则
• 一个_s 是螺栓的拉应力面积 (来自AS 1275)
• F_ub 是螺栓的最小抗拉强度
• C_{钢底板设计欧洲规范} = 1.25

对于一个年级 4.6 M12 螺栓的最小抗拉强度为 400 MPa 我们可以计算拉伸能力为:

F_Ť,路 = 0.9 * 84.3 毫米² * 400 兆帕 / 1.25 = 24.3 千牛

美国钢铁协会 360-16 计算许用强度设计的可用螺栓拉力能力 (自卫队) 作为:

_{[Rñ / 它们不会带来与矩连接相同的设计挑战恩特 * 一个b / Ω}

_{并计算负载和阻力系数设计的可用螺栓拉力能力 (LRFD) 作为:}

ϕ * [R_ñ = Φ * F_恩特 * 一个_b

哪里:

• φ = 0.75 用于 LRFD 设计
• Ω = 2 ASD设计方法
• F_恩特 是表 J3.2 中的标称拉伸强度, 通常:
  • F_恩特= 0.75 * F_ü
  • _{其中 Fü} 是螺栓的极限抗拉强度
• 一个_b 是螺栓的总横截面积

对于A组 (Fu = 120 KSI) 1" 直径螺栓与 1 与螺栓杆相交的剪切面 (X) 我们可以将张力能力计算为:

ϕ * Rn= 0.75 * 0.75* 120 * 1^ 2 * 圆周率 / 4 = 53 基普

螺栓组剪切和轴承检查 / Ω = 0.75* 120 * 1^ 2 * 圆周率 / 4 / 2 = 35.3 基普

类似于螺栓抗剪强度表, 用户还可以使用 SkyCiv QD 螺栓组容量计算器生成项目的拉力强度图表. 例如，下图是使用 AS4100 的三次运行构建的:2020 螺栓组容量计算器

螺栓组模型通常将压缩力分配给连接受压侧的螺栓.

然而压缩力, 通常期望通过板与板的接触来解决，并且连接细节通常意味着螺栓仅在拉力作用下接合.

因此建模中的螺栓压缩力 i是简化计算的理想化, 但如果螺栓实际上需要承受压缩力，工程师就应该考虑这一点.

可以使用 SkyCiv 螺栓组容量计算器通过反转负载方向并在反转模型中获取拉力来计算螺栓压缩力. 可以通过使用拉伸能力找到压缩能力的上限, 然而，压缩能力需要考虑屈曲的可能性.

由于螺栓孔降低了板的截面能力，块剪切破坏机制可能会在板上形成.

一般来说，由于在板上切割了螺栓孔，我们的板拉力和剪切能力的有效面积减少.

通常，标准要求通过将板材的总面积乘以钢材的屈服强度计算板材的屈服强度来评估板材的拉伸能力. 当有螺栓孔时，钢板的拉伸断裂强度也应通过钢板的净面积乘以钢板的极限拉伸强度来评估. 那是:

• 拉伸屈服能力 = F_和 * 一个_G
• 拉伸断裂能力=F_ü * 一个_ñ

同样，板的抗剪承载力的计算方法是将钢板总面积乘以最小值 60% 屈服强度与钢板净面积的乘积 60% 钢板的极限抗拉强度. 那是:

• 剪切屈服能力= 0.6 * F_和 * 一个_G
• 剪切断裂能力= 0.6 * F_ü * 一个_ñ

我们还可能会在板上出现拉伸和剪切的联合失效，称为块剪切. 所有螺栓孔共同撕掉板的一部分. 可能的块体剪切破坏机制如下图所示.

世界各地标准中的承载力计算方式略有不同，但它们都是通过相同的通用方法来计算的，即将剪切失效区域的承载力与拉力失效区域的承载力相结合.

当截面上的拉应力不均匀时，块剪的拉力分量通常会减少 50%.

欧洲规范将块撕裂计算为:

• V_效果,路 = 0.577 * F_和 * 一个_NV / C_{钢底板设计欧洲规范} + ü_废话 * F_ü * 一个_恩特 / C_{钢底板设计欧洲规范}

学会 360-16 将块剪切计算为:

• LRFD: ΦR_ñ = Φ (0.6 * F_ü * 一个_NV + ü_废话 * F_ü * 一个_恩特) ≤ Φ (0.6 F_和 * 一个_病毒 + ü_废话 * F_ü * 一个_恩特)
• 自卫队: 螺栓组剪切和轴承检查 / Ω = (0.6 * 螺栓的剪切强度 * 安夫 + 负载计算 * 螺栓的剪切强度 * 蚂蚁) / 哦≤ (0.6 飞云 * AGV + 负载计算 * 螺栓的剪切强度 * 蚂蚁) / Ω

澳大利亚标准计算块剪力为:

• ΦR_废话 = Φ (0.6 * F_uc * 一个_NV + ķ_废话 * F_uc * 一个_恩特) ≤ Φ (0.6 F_yc * 一个_病毒 + ü_废话 * F_ü * 一个_恩特)

哪里:

• 一个_病毒 = 断裂时承受剪切力的总面积
• 一个_NV = 断裂时承受剪切力的净面积
• 一个_恩特 = 断裂时承受拉力的净面积
• F_ü & F_uc = 钢板的最小抗拉强度
• F_和 & F_yc = 钢板的屈服强度
• ķ_废话 & ü_废话 = 非均匀张力的折减系数
  • 0.5 当拉应力不均匀时
  • 1.0 当拉应力均匀时
• C_莫0 = 1.0
• C_{钢底板设计欧洲规范} = 1.25
• φ = 0.75 对于 AISC 和 AS
• Ω = 2.00

欧洲规范提出了一种更简单、更保守的计算方法，将净剪切与屈服应力结合使用.

SkyCiv 提供广泛的云结构分析和工程设计软件, 包含:

• AS / NZS 1664 铝设计
• AS / NZS 4600 檩条设计
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