钢结构销轴连接的设计计算探讨

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销轴连接常用于两个结构构件之间的连接，以满足构件之间的相对转动的需要，也用于一些结构构件吊装过程中。无论是构件连接节点还是吊装节点，其节点都需要进行必要的验算，以满足结构安全及吊装安全的需要。

销轴连接方式多种多样，最常采用的连接的结构方式为单剪连接、双剪连接和多耳板连接。而建筑结构销轴连接的结构形式受到加工精度的限制比较单一，多为三耳板（下二上一或下一上二）组成的双剪结构，这种结构形式由一根销轴将一侧耳板与另一侧耳板连接起来，销轴与耳板之间可以发生相对转动，相互间的荷载通过销轴和耳板的接触面来传递。

以吊装耳板为例（图中数值为假定，并不一定为常规数值），简要说明一般常用的计算方法及公式，以供大家讨论。

销轴大样如下：

P1=400KN，P2=300KN (合力Ta=500KN)

其中销轴采用45号钢，耳板采用Q345B

销轴连接计算分为销轴的强度计算和耳板的强度计算。

一、销轴计算：

1、销轴弯曲强度验算

把销轴当作简支梁进行分析

销轴弯曲强度验算

最大弯矩值：

销轴弯曲强度计算

计算满足。

公式中：M——把销轴作为简支梁分析所求得的最大弯矩值

W——销轴截面的抗弯模量，

——销轴的许用弯曲应力，这里采用45号钢

2、销轴剪切强度验算

把销轴当作简支梁进行分析

销轴剪切强度计算

最大剪应力值（取在中和轴位置，此位置剪应力最大）：

计算满足。

公式中：Q——把销轴作为简支梁分析所求得的最大剪力值

d——销轴直径

——销轴的许用剪切应力，这里采用45号钢

3、平均剪应力复核：

将销轴按双剪进行平均剪应力计算

计算满足。

二、耳板强度验算

首先耳板的尺寸必须满足构造要求（这里我们可以参照螺栓构造要求其满足1.5~2d，在此构造满足的情况下，可不进行耳板孔周的抗拉验算，直接进行抗剪验算，此理解可供大家讨论，此处仅为笔者个人理解），在满足这一条件下进行计算。

1、耳板孔壁承压应力验算

上耳板：

计算满足。

下耳板：

计算满足。

公式中：N——构件中的轴力，即构件通过承压传给销轴的力；

——构件的承压面积，，其中d为销轴直径，为孔壁的承压总厚度

——耳板孔壁的许用承压应力，采用Q345钢取值为

注意：此处取承压面面积时，近似取用销轴直径为承压面长度，一般是可以满足结构安全的需求的，但是实际上圆柱体体侧承压，经试验表明多为沿圆周45度到135度范围内承压面接触，也就是圆柱销轴的圆周的1/4范围进行接触，所以此处的承压面长度（上文公式取为d）取为销轴周长的1/4更为准确，即：。

2、耳板抗剪验算

上耳板：

计算满足。

公式中：耳板抗剪强度设计值，采用Q345钢取值为

下耳板：

计算满足。

公式中：耳板抗剪强度设计值，采用Q345钢取值为

三、下耳板焊缝计算

下耳板连接焊缝常规情况下有两种形式，一种为等强剖口全熔透焊缝连接，一种为双面角焊缝连接，采用何种焊缝形式与耳板厚度、间距、荷载大小、施焊可操作性等都有关系，根据实际节点形式选择合理的可实施的节点焊缝形式。

将耳板作为拉弯构件进行计算

底部附加弯矩由偏心水平力产生：

公式中：——构件中的轴力的水平分力

——力作用点到支座距离

根据《钢结构设计规范》5.2拉弯构件和压弯构件规定，5.2.1弯矩作用在主平面内的拉弯构件和压弯构件，其强度应按下列规定计算：

当为等强剖口焊缝连接时，计算(焊缝和母材等强计)：

计算满足。

当为双面角焊缝连接时，（焊脚高度16mm）计算：

计算满足。

若焊缝为直角角焊缝时，净截面模量为0.7倍焊脚尺寸作为焊缝有效厚度进行计算。

参数说明：为构件所受轴力；

为构件净截面面积；

为构件所受绕X轴弯矩作用；

为构件所受绕Y轴弯矩作用；

为与X轴截面模量相应的截面塑性发展系数；

为与Y轴截面模量相应的截面塑性发展系数；

为对X轴的净截面模量（按边缘屈曲准则，取最大抵抗矩位置）；

为对Y轴的净截面模量（按边缘屈曲准则，取最大抵抗矩位置）；

为对接焊缝抗拉强度设计值。这里采用Q345钢=295；

为角焊缝抗拉强度设计值。这里采用Q345钢=200。

小结：销轴主要受力特征：

1、 销轴直径相对于耳板厚度越粗壮，销轴刚度越大，销轴以剪切变形为主；销轴直径相对于耳板厚度比较细，销轴刚度较小，销轴逐渐转变为以弯曲变形为主。

2、 上下耳板之间的间距（图中为5mm）越大，则销轴承受的弯矩越大，承压面受力分布越不均匀；间距越小甚至达到紧密贴合的程度，销轴承受的弯矩达到最小，受力状态较为理想（上文中取弯矩受力点为板中心位置，和实际受力略有区别，计算时要根据实际情况加以区分），承压面分布均匀。

3、 销轴孔径与销轴直径比值越大，则显然造成销轴承压接触面变小，计算与假定误差较大，并且应力集中现象严重；一般要求孔径与直径比尽量接近1:1，一般情况为孔径大于直径约2~5mm，这样承压区域分布均匀且接触面积与计算接近。

4、 销轴直径与耳板厚度的比值需协调，尽量不要出现极端的薄耳板大销轴或者厚耳板小销轴的情况，计算假定应尽量与实际节点形式相符合，只有此种情况下的计算结果才是可以采用的。