第三章-焊接铆接.课件

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1、第第第第三三三三章章章章大纲要求大纲要求1.1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.2.了解焊接连接的工作性能，了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算掌握焊接连接的计算方法及构造要求；方法及构造要求；3.3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；工作的影响；4.4.了解螺栓连接的工作性能，了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算掌握螺栓连接的计算和构造要求。和构造要求。一、一、焊缝连接焊缝连接 3.13.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法对接焊缝连接对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接

2、刚度大；优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。 角焊缝连接角焊缝连接三、螺栓连接三、螺栓连接 优点：连接刚度大，传力可靠；优点：连接刚度大，传力可靠； 分为：分为： 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接二、铆钉连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，劳动强度大，施工条件差， 施施工速度慢。工速度慢。一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。钢

3、材相适应。原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 3.2 焊接连接特性焊接连接特性 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E焊条焊条( (Electrode) )第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf

4、/mm2) )第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。 优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点2.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、焊丝转盘焊丝转盘送

5、丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。 B B、优、缺点：、优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。焊接质量好。 缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。 送送丝丝器器机机器器3.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好。量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。二二. .焊缝连接形式焊缝连接形式（1）对接焊缝）对接焊缝正正对接焊缝

6、对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝焊接的连接形式？焊接的连接形式？平接平接 搭接搭接 顶顶接接3. 3. 焊缝位置焊缝位置（a a）平焊平焊（b b）横焊横焊（c c）立焊立焊（d d）仰焊仰焊三、焊缝缺陷及质量检查三、焊缝缺陷及质量检查1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷2.2.焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还

7、可以采用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定：规定： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。和三级。 三级焊缝：全部外观检测；三级焊缝：全部外观检测； 二级焊缝：全部外观检测，二级焊缝：全部外观检测，50%50%做超声波检测；做超声波检测； 一级焊缝：全部外观检测，超声波检测，一级焊缝：全部外观检测，超声波检测，2%2%做做X X射线检测；射线检测； 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：质

8、量等级的选用有如下规定： (1) (1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 3.3.焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用(2) (2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 （）重级工作制和起重量（）重级工作制和起重量 的中级工作的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆制吊车梁的腹板与上翼缘板之

9、间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。不应低于二级。 （）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷（）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。4.4.焊缝代号焊缝代号 焊缝表示：由引出线（箭头线）、焊缝焊缝表示：由引出线（箭头线）、焊缝符号和基准线三部分组成。符号和基准线三部分组成。1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式: :一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的

10、构造3.3 对接焊缝连接对接焊缝连接 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和施工条件施工条件有关。有关。 t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）2 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出

11、现缺陷，故一般用引弧、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，t t1 1较薄焊较薄焊件厚度；件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，减小应力集中。过度，减小应力集中。1:2.51:2.5对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透（自

12、学）部分焊透（自学）两种；两种；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。件强度计算相同。二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算1、轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算式中：式中： N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t板件较小厚度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； f ft tw w、f fc cw w 对接焊缝的抗拉和

13、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNlw wtA 当不满足上式时，可采用斜对当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图接焊缝连接如图B。另另: :当当tantan1.51.5时时, ,不用验算不用验算! !NNtBNsinsinNcoscoslw w2、M、V共同作用下的对接焊缝计算共同作用下的对接焊缝计算lw wtAMV因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面

14、惯性矩。（1）板件间对接连接）板件间对接连接（2）工字形截面梁对接连接计算工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式3-4和和3-5要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求：1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝的形式、角焊缝的形式: :一、角焊缝的形式和受力分析一、角焊缝

15、的形式和受力分析3.4 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝（1 1）直角角焊缝直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式（2）斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于135135o o或或606mmt6mm时，时，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸hf,min 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求应满足以下要求: : 式中式中: : t t2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另

16、另: :对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,min可减去可减去1mm; ; 对于对于T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm; ; 当当t t24mm时时, , hf,min=t=t23.3.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的继续加载，应力

17、会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：注注： 1 1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑； 2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。4.4.侧面角焊缝的最小计算长度侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规缝不可靠。故为了使

18、焊缝具有一定的承载力，规范规定：定：5. 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求 当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时： A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力 不均，规范规定：不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收、为了避免焊缝横向收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定：t1t2bD. 在在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度 的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。 C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于

19、构件转角处时，应作2h2hf f的的绕绕 角焊角焊，且转角处必须连续施焊。，且转角处必须连续施焊。b2hf ft1t2对于正面角焊缝，对于正面角焊缝，f f=0=0对于侧面角焊缝，对于侧面角焊缝，f f=0=03.4.2 直角角焊缝的强度计算公式 以上各式中：以上各式中： h he e=0.7h=0.7hf f； 静荷载取静荷载取1.221.22，动荷载取，动荷载取1 1 lw w角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实际长度减去实际长度减去2h2hf f。3.4.3 3.4.3 常用角焊缝设计常用角焊缝设计1 1、轴心力焊件的拼接、轴心

20、力焊件的拼接(1)(1)轴心力作用下的盖板对接连接轴心力作用下的盖板对接连接: :A A、仅采用侧面角焊缝连接：仅采用侧面角焊缝连接：B B、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：NNlw wlw w例：例： 用拼接板的角焊缝连接，用拼接板的角焊缝连接，设计拼接盖板设计拼接盖板。主板截面宽。主板截面宽B=270mm，厚度，厚度t1=28mm，拼接板厚度，拼接板厚度t2=16mm。承受轴心力设计。承受轴心力设计值值N=1400kN（静力荷载）。钢材为（静力荷载）。钢材为Q235，采用，采用E43系列型焊条，系列型焊条，手工焊。手工焊。 解：查附表解：查附表 A-12（1）采用侧面角焊缝时）采用侧

21、面角焊缝时焊缝总长度焊缝总长度一条焊缝的实际长度一条焊缝的实际长度盖板长度盖板长度 取取680mm。选定拼接盖板选定拼接盖板b=240mm，则，则 满足强度。满足强度。根据构造要求，应满足根据构造要求，应满足 且且满足要求，故选择拼接盖板尺寸为满足要求，故选择拼接盖板尺寸为（1）采用三面围焊时，正面角焊缝承担力为）采用三面围焊时，正面角焊缝承担力为侧面角焊缝承担的力侧面角焊缝承担的力 N1=N-N焊缝长度计算焊缝长度计算一条焊缝的实际长度一条焊缝的实际长度盖板长度盖板长度盖板为盖板为2 2、轴心受力角钢的连接、轴心受力角钢的连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得

22、由力及力矩平衡得: :故故: :Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w2对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w2例题例题 在图在图3-36所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，N=660kN(静力荷载，设计值静力荷载，设计值)，角钢，角钢211010，节点板厚度，节点板厚度t1=12mm，钢材为，钢材为Q235，焊条为，焊条为E43系列，手工焊。试确定所系列，手工焊。试确定所需角焊缝的焊角尺寸需角焊缝的焊角尺寸hf和实际长度。和实际长度。解：角焊缝的强度设计值解：角焊缝的强度设计值 为

23、为160N/mm2最小最小hf: 角钢肢尖处最大角钢肢尖处最大hf:角钢肢背处最大角钢肢背处最大hf:角钢肢尖和肢背都取角钢肢尖和肢背都取hf=8mm焊缝受力：焊缝受力：所需焊缝长度：所需焊缝长度：侧焊缝的实际长度为侧焊缝的实际长度为B B、采用三面围焊采用三面围焊由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :余下的问题同情况余下的问题同情况A，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3lw1w1lw2w2对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :Ne1e2bN1N2xxN3lw1w1lw2w2小准备：小准备：T形角焊缝连接形角焊缝连接N Nx xN Ny yN NN N代入下式验算焊

24、缝强度，即代入下式验算焊缝强度，即: :3 3、在、在N、M、V共同作用下角焊缝的计算共同作用下角焊缝的计算3 3、在、在N、M、V共同作用下角焊缝的计算共同作用下角焊缝的计算在在偏心轴力作用下角焊缝强度计算偏心轴力作用下角焊缝强度计算NeNx xNy yMANxNxM MNyNyh he eh he et t3.6.1 3.6.1 螺栓连接的构造螺栓连接的构造一、螺栓的种类一、螺栓的种类1.1.普通螺栓普通螺栓C级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu

25、u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) 1 13mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.6或或8.8级级; ;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、B、C三个级别。三个级别。2.2.高强度螺栓高强度螺

26、栓由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓扭剪型螺栓二、螺栓的排列二、螺栓的排列1.1.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小； 3.3.螺栓排列的要求螺栓排列

27、的要求（1 1）受力要求）受力要求: : 垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能螺栓的边距和端距不能太小；太小； 顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距不能太小；不能太小； 对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，中距不中距不能太大。能太大。（2 2）构造要求；）构造要求； 螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。不密，潮气侵

28、入腐蚀钢材。（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3d3do o。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。 3.6.2 3.6.2 普通螺栓的工作性能普通螺栓的工作性能一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用 二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式（一）工作性能和破坏形式 1.1.工作性能工作性能 对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗剪试验, ,即即可得到板件上可得

29、到板件上a、b两点相对位移两点相对位移和作用力和作用力N的关系曲线的关系曲线, ,该曲线该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段个阶段, ,即：即： (1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段) ) 直线段直线段连接处于弹性状态；连接处于弹性状态； 该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。NO1234NNabNN/2N/2 (2)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段) ) 克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在

30、曲线上为水平段。段。NO1234abNN/2N/2 (3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3段段) ) 该阶段主要靠栓杆与孔壁的该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、接触传力。栓杆受剪力、拉力拉力、弯矩作用弯矩作用，孔壁受挤压。由于材，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及料的弹性以及栓杆拉力增大栓杆拉力增大所导所导致的板件间摩擦力的增大，致的板件间摩擦力的增大，N-N-关系以曲线状态上升。关系以曲线状态上升。 (4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4段段) ) 达到达到3后，即使给荷后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到

31、连接破坏。变形迅速增大，直到连接破坏。 4点（曲线的最高点）点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力承载力Nu。NO1234abNN/2N/2Nu2.2.破坏形式破坏形式（1 1）螺栓杆被剪坏）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时（2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时（3 3）板件被拉断）板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN（4 4）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏( (拉豁拉豁) ) 端矩过小时；端矩不应小于端矩过小时

32、；端矩不应小于2d2dO ONN（5 5）栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值 由破坏形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定故单栓抗剪承载力由以下两式决定: :nv剪切面数目剪切面数目； d螺栓杆直径；螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；螺栓抗剪和承压强度设计值；tt连接接头连接接头一侧承压构件总厚度的

33、较小值。一侧承压构件总厚度的较小值。单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：d剪切面剪切面数目数目n nv vNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪连接计算（三）普通螺栓群抗剪连接计算1 1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明, ,栓群在轴栓群在轴力作用下各个螺栓的内力力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，沿栓群长度方向不均匀，两端大两端大, ,中间小。中间小。 当当l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，时，连接进入弹塑性工作状态后，

34、连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担。有各螺栓均担。 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，连接进入弹塑性工作状时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏, ,然后依次破坏。由试验可得连接的然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我

35、国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面: :A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :1122NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时

36、、螺栓采用错列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面: :1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面: :2222（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、受拉螺栓连接三、受拉螺栓连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式。断为其破坏形式。（二）（二）单单个普通螺栓的抗拉承载力设计值个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：式中

37、：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家标准取：，现行国家标准取：(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响 A、螺栓受拉时，一般是通过螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺与

38、螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的发生变形时，螺栓有被撬开的趋势趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺杆中，使螺杆中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生并产生弯曲现象。弯曲现象。连接件刚度越小撬连接件刚度越小撬力越大力越大。试验证明影响撬力的。试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取规范采取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（ff螺栓钢材的抗拉螺栓钢材的抗拉强度设计值）强度设计值）来考虑其影响。来考虑其影响。 B、 在构造上可以通过加强连接件的刚度

39、的方法，在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减小，可以减小甚至消除撬力的影响。甚至消除撬力的影响。( (三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：的螺栓数为：N( (四）普通螺栓群在弯矩作用下四）普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺

40、栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。显然显然11号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大由力学及假定可得：由力学及假定可得：M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴由式由式(1)得得: :将式将式(3)代入式代入式(2)得得: :因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可：四、四、普通螺栓拉、剪联合作用普通螺栓拉、剪联合作用011

41、VeM=VeV因此：因此：2 2、由试验可知，兼受剪力和拉力、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系的螺杆，其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆四分之一圆”。1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现两种破坏形作用下，可能出现两种破坏形 式：式：螺杆受剪兼受拉破坏、螺杆受剪兼受拉破坏、孔孔 壁的承压破坏；壁的承压破坏；3 3、计算时，假定剪力由螺栓群均、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，匀承担，拉力由受力情况确定。拉力由受力情况确定。 规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺螺

42、杆杆受剪兼受拉受剪兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：011a ab b 另外另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当有承托承担全部剪力时有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。，螺栓群按受拉连接计算。 承托与柱翼缘的连接角焊承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：缝按下式计算：M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)V连接角焊缝连接角焊缝式中：式中： 考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数， 一般取一般取=1.25=1.251.351.35； 其余符号同前。其余

43、符号同前。3.73.7 高强度螺栓连接计算高强度螺栓连接计算一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力 按受力特征的不同按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：高强度螺栓分为两类： 摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递内力通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力破坏准则为克服摩擦力； 承压型承压型高强度螺栓高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似受力特征与普通螺栓类似。1 1、高强度螺栓预拉力的建立方法、高强度螺栓预拉力的建立方法 通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： A A、转角法、转角法 施工方法：施工方法： 初拧

44、初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 角度，一般为角度，一般为120120o o180180o o完成终拧。完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧 和超拧；和超拧；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法： 初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的30%30%50%50%，使，使 板件贴紧密；板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。设计终拧力

45、矩拧紧。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。C C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：施工方法： 初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%60%80%80%； 终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等高强度螺栓的施工要求：高强度螺栓的施工要求： 由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：栓杆的预

46、拉力，因此施工要求较严格：1 1）终拧力矩偏差不应大于）终拧力矩偏差不应大于10%10%；2 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 如工字型梁为：如工字型梁为：上翼缘上翼缘下翼缘下翼缘腹板腹板。2 2、高强度螺栓预拉力的确定、高强度螺栓预拉力的确定 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强有效抗拉强度度确定的，并考虑了以下修正系数：确定的，并考虑了以下修正系数：考虑材料的不均匀性的折减系数考虑材料的不均匀性的折减系数0.90.9；为防止施工时

47、超张拉导致螺杆破坏的折减系数为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.90.9；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数的降低除以系数1.21.2。附加安全系数附加安全系数0.90.9。 因此，预拉力：因此，预拉力：A Ae e螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积；f fu u螺栓热处理后的最抵抗拉强度；螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.88.8级，取级，取f fu u =830N/mm =830N/mm2 2， 10.910.9级，取级，取f fu u =1040N/mm =1040N/mm2 23 3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、

48、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数F摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P P）和板件）和板件间的抗滑移系数间的抗滑移系数 ；F板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小其大小随板件间的挤压力的减小而减小； 规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数抗滑移系数, ,如下表如下表4 4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力、

49、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力(1)(1)抗剪连接工作性能抗剪连接工作性能 受力过程与普通螺栓相似，受力过程与普通螺栓相似，分为四个阶段：分为四个阶段：摩擦传力的弹性摩擦传力的弹性阶段阶段、滑移阶段滑移阶段、栓杆传力的弹栓杆传力的弹性阶段性阶段、弹塑性阶段弹塑性阶段。 但比较两条但比较两条NN曲线可知，曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。远远大于普通螺栓。高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2A、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓摩擦型摩擦型连接连接

50、，其，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为其极限状态为1点而不是点而不是4点，所以点，所以1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：型连接的抗剪承载力：NO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：式中：0.90.9抗力分项系数抗力分项系数R R的倒的倒 数数( (R R=1.111);=1.111); n nf f传力摩擦面数目传力摩擦面数目; ; -摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数; ; P P预拉力设计值预拉力设计值. .（2 2）、抗剪连接单栓承载力）、抗剪连接单栓承

51、载力B、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓承压型抗剪连接承压型抗剪连接，允许接触面发生相对滑移，破坏准允许接触面发生相对滑移，破坏准则为连接达到其极限状态则为连接达到其极限状态4点，所以点，所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。承载力计算方法与普通螺栓相同。NO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力抗剪承载力：承压承载力承压承载力：5 5、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力当外拉力为零，即当外拉力为零，即N=0=0时：时：P=C；当外拉力为当外

52、拉力为Nt时：板件有被拉开趋势，时：板件有被拉开趋势，板件间的压力板件间的压力C减小为减小为Cf，栓杆拉力栓杆拉力P增加为增加为Pf，由力及变形协调得：，由力及变形协调得：NPCP+P=Pf fC-C=Cf fNt另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于P时，卸载后螺时，卸载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生栓杆的预拉力将减小，即发生松弛现象松弛现象。但当。但当Nt不大于不大于0.8P0.8P时，则无松弛现象，且连接板件间有一定的挤压力时，则无松弛现象，且连接板件间有一定的挤压力保持紧密接触，所以现行规范规定：保持紧密接触，所以现行规范规定：B、承压型高强度螺栓的单

53、栓抗拉承载力，因其破坏准则承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力，因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同，即：为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同，即：式中：式中：A Ae e-螺栓杆的有效截面面积；螺栓杆的有效截面面积； d de e-螺栓杆的有效直径；螺栓杆的有效直径； f ft tb b高强度螺栓的抗拉强度设计值。高强度螺栓的抗拉强度设计值。上式的计算结果与上式的计算结果与0.8P相差不多。相差不多。A、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为：（1 1）高强度螺栓摩擦型连接）高强度螺栓摩擦型连接 尽管当尽管当NtP时，栓杆的预拉力变化不大，但由时

54、，栓杆的预拉力变化不大，但由于于随随Nt的增大而减小的增大而减小，且随，且随Nt的增大板件间的挤的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在压力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在V和和N共同作用下应满足下式：共同作用下应满足下式：6 6、高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下的工作、高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和单栓承载力性能和单栓承载力（2 2）高强度螺栓承压型连接）高强度螺栓承压型连接 对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓相同。作用下计算方法与普通螺栓相同。为了防止孔壁的承压破坏，应满足：

55、为了防止孔壁的承压破坏，应满足：系数系数1.21.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的承压承载力降低的修正系数。承压承载力降低的修正系数。二、高强度螺栓群的抗剪计算二、高强度螺栓群的抗剪计算1 1、轴心力作用、轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：对于承压型连接：对于承压型连接：NNNNbt tt t1 1b1 高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下, ,为了防止板件被拉断为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算尚应进行板件的净截面验算. .A A、高强度螺栓摩擦型连

56、接、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面。截面。11考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 1-1截面的内力为：截面的内力为：NNbt tt t1 1b1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面。截面。22考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 2-2截面的内力为：截面的内力为：B B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完全相同。净截面验算完全相同。三、高强度螺栓群的抗拉计算三、高强度螺栓群的抗拉计算1 1、轴心力作用、轴心力作用 假定各螺栓均匀受力，故所需假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：螺栓数

57、：N2 2、弯矩作用下、弯矩作用下 由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力力P P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认为是接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体一个整体, ,所以假所以假定定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受，最外侧螺栓受力最大。力最大。MMM1234y1y2N1N2N3N4受压区受压区中中和和轴轴由力学可得：由力学可得：因此，设计时只要满足下式即可：因此，设计时只要满足下式即可：四、高强度螺栓群在拉力和剪力共

58、同作用下的连接计算四、高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的连接计算NV单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的拉力：单个螺栓所受的拉力：1234NVN作用下作用下V作用下作用下、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓承压型承压型连接应满足：连接应满足：、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓摩擦型摩擦型连接应满足：连接应满足：所以：所以：五、高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的五、高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的 连接计算连接计算1、采用高强度螺栓摩擦型连接时采用高强度螺栓摩擦型连接时 1号螺栓在号螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述应满足：作用下所受拉力如前所述应满足：MNV12

59、34M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下 对于高强度螺栓摩擦型连接，在拉力和剪力共同对于高强度螺栓摩擦型连接，在拉力和剪力共同作用下，单栓抗剪承载力如前所述为：作用下，单栓抗剪承载力如前所述为：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：上式中上式中: :2 2、采用高强度螺栓承压型连接时、采用高强度螺栓承压型连接时螺栓的强度计算公式：螺栓的强度计算公式：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的最大拉力：单个螺栓所受的最大拉力：MNV1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下