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1、第7章 连接计算,7.1 焊缝连接,7.1.1条 有关焊缝质量等级的选用，是设计规范的新增条文。焊缝质量等级是原钢结构工程施工及验收规范GBJ205-83首先提到的，但它只提到一、二、三级焊缝的质量标准，并未提到何种情况需要采用何级焊缝。原设计规范GBJ17-88也没有明确规定，导致一些设计人员对焊缝质量等级提出不恰当要求，影响工程质量或者给施工单位造成不必要的困难。,焊缝质量等级的规定，大部份在设计规范有关条文或表格中已有反映，但不全面不集中，现集中为一条较为直观明确。 （1）在需要计算疲劳结构中的对接焊缝（包括T 形对接与角接组合焊缝），受拉的横向焊缝应为一级，纵向对接焊缝应为二级，新规范
2、附表E-1，项次2、3、4已有反映。,（2）在不需要计算疲劳的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝，受拉时不应低于二级。因一级或二级对接焊缝的抗拉强度正好与母材的相等，而三级焊缝只有母材强度的85%。 （3）对角焊缝以及不焊透的对接与角接组合焊缝，由于内部探伤困难，不能要求其质量等级为一级或二级。因此对需要验算疲劳结构的此种焊缝只能规定其外观质量标准应符合二级。,（4） 重级工作制和Q50t的中级工作制吊车梁腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝处于构件的弯曲受压区，主要承受剪应力和轮压产生的局部压应力，没有受到明确的拉应力作用，按理不会产生疲劳破坏，但由于承担轨道偏心等带
3、来的不利影响，国内外均发现连接及附近经常开裂。所以我国74规范规定此种焊缝“应予焊透”，即不允许采用角焊缝；88年规范又补充规定“不低于二级质量标准”。新规范规定“应予焊透，质量等级不低于二级”。,（5） “需要验算疲劳结构中的横向对接焊缝受压时应为二级”、“不需要计算疲劳结构中与母材等强的受压对接焊缝宜为二级”，是根据工程实践和参考国外标准规定的。美国钢结构焊接规范AWS中，对要求熔透的与母材等强的对接焊缝，不论承受动力荷载或静力载，亦不分受拉或受压，均要求无损探伤，而我国的三级焊缝不要求探伤。由于对接焊缝中存在很大残余拉应力，且在某些情况常有偶然偏心力作用（如吊车轨道的偏移），使名义上为受
4、压的焊缝受力复杂，常难免有拉应力存在。,7.1.3、7.1.3条 GBJ17-88规范规定角焊缝和不加引弧板的对接焊缝，每条焊缝的计算长度均采用实际长度减去10mm，此种不分焊缝大小取为定值的办法不合理，现参考国外标准改为：对接焊缝减去2t；角焊缝减去2hf。 7.1.4条 斜角角焊缝的计算 两焊脚边夹角不等于900的角焊缝称为斜角角焊缝，这种焊缝一般用于T形接头中。,斜角角焊缝计算时不考虑应力方向，任何情况都取f 或（f）=1.0。这是因为以前对角焊缝的试验研究一般都是针对直角角焊缝进行的，对斜角角焊缝研究很少。而且，我国采用的计算公式也是根据直角角焊缝简化而得，不能用于斜角角焊缝。,新规范
5、参考美国钢结构焊接规范（AWS）并与我国建筑钢结构焊接技术规程进行协调，作了下列修改： （1）规定锐角角焊缝两焊脚边夹角 600，而钝角角焊缝两焊脚边夹角 1350。这表示焊脚边夹角小于600或大于1350的焊缝不推荐用作受力焊缝。,（2）原规范规定的锐角角焊缝计算厚度取he= 0.7hf ，比实际的喉部尺寸小，这是考虑到当角较小时，焊缝根部不易焊满以及在熔合线的强度较低这两个因素。现规定 600 已无此问题。因此，不论锐角和钝角的计算厚度均统一取为喉部尺寸he=hfcos/2。但当根部间隙（b、b1或b2）1.5mm，则应考虑间隙影响，取,上式可根据图中的几何关系推导得出，图中垂直于斜边的虚
6、线即计算厚度。,（3）新规范规定任何情况根部间隙（b、b1或b2）不得大于5mm，主要是图a 中的b1可能大于5mm。此时，可将板端切成图b的形状并使b 5mm。 对于斜T 形接头的角焊缝，在设计图中应绘制大样，详细标明两侧斜角角焊缝的焊脚尺寸。,7.2 紧固件（螺栓、铆钉等）连接,7.2.2条 （1）表7.2.2-1中的抗滑移系数 值作了一些修正，原规范喷砂（丸）和喷砂后生赤锈时Q345、Q390和Q420钢的 =0.55，实际上达不到此要求，降为0.50。,（2）高强度螺栓的预拉力P，原规范取为 式中考虑螺栓材质的不定性系数0.9；施工时的超张拉0.9；拧紧螺帽时螺杆所受扭转剪应力影响系数
7、1.2。此式得出的8.8级螺栓的抗剪承载力有时（当 0.4时）比同直径的普通螺栓还低，不合理，且与薄钢规范的规定不协调，现改为,由于高强度螺栓材料无明显的屈服点，用抗拉强度fu代替fy再补充一个系数0.9是适宜的。 （3）将同时受剪和受拉的摩擦型高强度螺栓的计算改用相关公式表达， 实质与原规范相同，由 Nvb =0.9nfP 和Ntb=0.8P，代入后即得原规范计算式 Nv=0.9nf( P-1.25Nt )。,7.2.3条 取消原规范“承压型连接高强度螺栓的抗剪承载力不得大于按摩擦型连接计算的1.3倍”的规定。理由为，原规范的此规定是鉴于当时使用经验不足，控制一下，使承压型在正常情况下（即荷
8、载标准值作用下）不滑移。但国外标准并没有此规定，而承压型不一定施加与摩擦型相同的预拉力，因此矛盾较多，况且现在已有使用经验。 此外，取消原规范承压型连接高强度螺栓的传力接触面要求与摩擦型连接相同的规定，只提出需清除浮锈及油污。,7.3 组合工字梁翼缘连接,7.3.2条 原规范计算式在右侧漏掉了计算截面处的紧固件数目n1，新规范已加上。另外，规范条文指出公式用于计算“翼缘与腹板连接铆钉（或摩擦型连接高强度螺栓）”，表示普通粗制螺栓和承压型连接高强度螺栓不得用于此种连接，至于A、B级螺栓，由于制造费工、装配困难，也不推荐采用。 实际上，公式还应包括翼缘板与翼缘角钢之间的承载力计算，此时取F=0。,
9、7.4 梁与柱的刚性连接,原规范没有本节内容，现参考国外标准和我国实践经验，增加了本节。 7.4.1条 规定了不设置横向加劲肋时，对柱腹板和柱翼缘厚度的要求。 在梁的受压翼缘处，柱腹板受有梁翼缘经过柱翼缘传给柱腹板的压力，柱腹板应满足强度要求和局部稳定要求。,柱腹板的强度应与梁受压翼缘等强，即 be tw fc Afc fb 式中 be柱腹板计算宽度边缘处压应力的假定分布 长度。同梁的局部压应力计算式，取 be=a+5hy； 按此公式计算腹板强度时，忽 略了柱腹板所受竖向压力的影 响。这是因为在框架内竖向压 力主要由柱翼缘传递，腹板内 所受竖向压应力一般较小。,为保证柱腹板在梁受压翼缘压力作用
10、下的局部稳定，应控制柱腹板的宽厚比，规范参考国外规定，偏安全地规定柱腹板的宽厚比应满足下式规定： 式中 hc柱腹板的计算宽度； fyc柱腹板钢材屈服点。, 在梁的受拉翼缘处，计算柱的翼缘和腹板仍用等强度准则，柱翼缘板所受拉力为： T=Aft fb 式中 Aft梁受拉翼缘 截面积； fb梁钢材抗拉 强度设计值。,拉力T由柱翼缘板三个部份共同承担，中间部份（分布长度m）直接传给柱腹板的力为fctbm（tb为梁翼缘厚度），余下部份由两侧各ABCD的板件承担。,根据试验研究，拉力在柱翼缘板的影响长度p12tc，可将此受力部份视为三边固定一边自由的板件，而在固定边将因受弯形成塑性铰。 可用屈服线理论导出
11、两侧翼缘板的承载力设计值分别为 P = c1 fc tc2 式中c1为系数，与几何尺寸p、h、q等有关。对实际工程中常用的H型钢或宽翼缘工字钢梁和柱，c1=3.55.0，可偏安全地取c1=3.5。,柱翼缘板受拉时的总承载力为3.5fctc2+fctbm。考虑到柱翼缘板中间和两侧部份刚度不同，难以充分发挥共同工作，可乘以0.8的折减系数后再与拉力T 相平衡，即 即,按统计分析， 的最小值为0.15，以此代入， 即得 当梁柱刚性连接处不满足上述公式的要求时，应设置柱腹板的横向加劲肋。高钢规程JGJ99-98规定：“框架梁与柱刚性连接时，应在梁翼缘的对应位置设置柱的水平加劲肋或隔板”。这是因为高层钢
12、结构的梁、柱一般受力较大，设计经验认为，没有不需要设置柱横向加劲肋的情况。,7.4.2条 设置柱的横向加劲肋时柱腹板节点域的计算 节点域的抗剪强度计算 柱翼缘和横向加劲肋为边界的节点腹板区域所受的剪力: 剪应力应满足下式要求： 规范规定的计算式（7.4.2-1） 在上式的基础上加以了调整和简化。,a节点域的周边有柱翼缘和加劲肋提供的约束，使抗剪承载力大大提高，故将节点域抗剪强度提高到 。 b.节点域中弯矩的影响较大，剪力的影响较小。略去剪力项使算得的结果偏于安全20%30%，但公式没有包括柱腹板轴压力设计值N对抗剪强度的不利影响，一般N与其屈服承载力Ny之比0.5，则轴压力对抗剪强度不利影响系
13、数为 ，与略去剪应力有利影响相互抵消而略偏安全。,由此，上式即成为 （a) 式中的hbhctw=Vp称为节点域的体积，对箱形截面柱，考虑两腹板受力不均的影响，取Vp=1.8hbhctw。 公式仅适用于非抗震地区的结构。对地震区的结构，节点域的计算公式参见建筑抗震设计规范的规定。, 节点域腹板的稳定：新规范规定为保证节点域的稳定，应满足下式要求： （hc+hb）/tw 90 (b) 上式与抗震规范GB50011的规定相同，也是美国规范的建议，为在强震情况下不产生弹塑性剪切失稳的条件。但在抗震规范中，根据我国初步研究，在轴力和剪力共同作用下，保证不失稳的条件应为（hc+hb）/tw 70，将此列为
14、“注”。本规范不包括抗震，取消此“注”，只将公式（b）列入作为最低限值。,7.4.3条 当柱腹板节点域不满足公式（a）的要求时，需要采取加强措施。对由板件焊成的组合柱宜将腹板在节点域加厚，加厚的范围应伸出梁上、下翼缘外不小于150mm处。 对轧制H型钢或工字钢 柱，宜用补强板加强， 补强板可伸出加劲肋各 150mm，亦可不伸过加 劲肋而与加劲肋焊接。,补强板侧边应用角焊缝与柱翼缘相连，其板面尚应采用塞焊缝与柱腹板连成整体，塞焊点之间的距离不应大于较薄焊体厚度的 ，以防止补强板向外拱曲。 采用斜加劲肋的补强办法，对抗震耗能不利，而且与纵向梁连接有时在构造上亦有困难，一般仅用于轻型结构。,7.5
15、连接节点处板件的计算,本节为新增内容。连接节点处板件（主要是桁架节点板）的计算方法，多年来一直未解决，90年代，重庆钢铁设计研究院会同云南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板的试验和理论研究，拟合出连接节点处板件在拉力作用下的强度计算式和在压力作用下的稳定计算式。新修订的规范将上述研究成果加以整理并与国外有关规定对比，提出了简化计算式。,7.5.1条 连接节点处板件的强度计算。 抗拉试验采用了不同形式的16个试件，所有试件的破坏特征均为沿最危险的 线段撕裂破坏，即图a中的三折线撕裂， 和 均与节点板边缘线基本垂直。,规范建议强度计算可用撕裂面法，沿BACD撕裂线割取自由体，沿BACD撕裂
16、线割取自由体，由于板内塑性发展引起应力重分布，可假定破坏时在撕裂面各段上平行于腹杆轴线的应力 均匀分布且折算应力达到抗拉强度fu时试件破坏。根据平衡条件并忽略M和V，则第i 段撕裂面的平均正应力i 和平均剪应力i 为:,折算应力为 即 令第i 段的拉剪折算系数 则 由 写成计算式则为 (b),第i段撕裂面与拉力作用线的夹角。 公式（b）符合破坏机理，其计算结果与试验值之比平均为87.5%，略偏安全且离散性小。 公式还适用于下图两种板件的撕裂面的计算。,7.5.2条 桁架节点板强度的有效宽度计算法。 由于桁架节点板的外形往往不规则，同时，一些受动力荷载的桁架还需要计算节点板的疲劳，用撕裂面法推导出来的公式计算比较麻烦。故参照国外多数国家的经验，规范建议对桁架节点板也可采用有效宽度法进行承载力计算。 有效宽度法假定腹杆轴力通过连接件在节点板内按照应
