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“双剪”不能减少抗震连接的螺栓数
张利军
在高强螺栓的抗震连接设计中，是否有过这样的疑问：螺栓怎么总是那么多？联想到“双剪”的弹性抗剪承载力是“单剪”的两倍，自然就会想到：能不能用“双剪”来减少抗震连接的螺栓数量呢？下面通过一个算例来尝试解开这个疑问。（均以N和mm为单位，下面不再标明单位）。
一、已知条件：
钢梁截面如图一。材质
。
抗拉强度设计值
；
抗剪强度设计值
；
屈服强度
；
抗拉强度
；
高强螺栓10.9级，抗拉强度
；
二、用等强法估算弹性阶段腹板连接的螺栓数：
翼缘采用全熔透对接焊缝，腹板采用10.9级M20高强螺栓。摩擦系数
。只在腹板受剪验算中考虑螺栓孔的影响，假设净截面系数为0.85。
腹板受剪承载力设计值：
；
单个螺栓的抗剪承载力：
；
所需螺栓数
（单剪）。
若采用双剪连接，所需螺栓数
（双剪）
三、腹板螺栓连接的极限承载力验算：
梁全截面塑性抵抗矩：
全塑性受弯承载力：
；
假设梁净跨
，负荷宽度3m，梁上静力荷载设计值30kN/m2。
1.连接的极限抗剪承载力：
；
2. 单个10.9级M20高强螺栓的极限抗剪承载力
（1）螺杆受剪：
（单剪）。
（2）梁腹板承压：
；
，
螺栓极限抗剪承载力：
；
可见，高强螺栓的极限抗剪承载力是由梁腹板的承压承载力决定的，所以双剪连接的螺栓是发挥不了作用的。
如果要发挥双剪连接的承载力，可以反算所需的腹板厚度：
；
，
则腹板厚度
。
相对于
的截面，这样厚度的腹板是不常见也是不合理的。
3. 抗剪所需螺栓数：
，需要6个。
4. 腹板抗弯所需螺栓数估算：
为腹板塑性抗弯承载力，
；则：
，需要15个。
所需螺栓总数：
个。
现按20M20进行排列。螺栓排列如图二。
四、按螺栓实际排列（图二）验算极限承载力：
1.腹板抗弯屈服引起的螺栓剪力：
；
2.梁端剪力引起的螺栓剪力：
；
3.单个螺栓的综合剪力：
。
螺栓的数量和布置合理。
五、总结：
通过上述算例可见：
1.在弹性阶段，高强螺栓双剪连接的受剪承载力是单剪的两倍，可以用双剪连接减少一半的螺栓数。但在塑性阶段，高强螺栓的极限受剪承载力是由构件腹板的承压承载力决定的，所以双剪连接难以发挥作用。
2.需要抗震设防的结构，就需要验算极限承载力，所以抗震设防结构的螺栓连接应采用单剪连接。
3.单剪连接是偏心传力，所以连接板要比钢梁腹板加厚，连接板与柱的焊缝要加强。
勘察设计大师、规范主编
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