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1、钢 结 构基 本 原 理 土木工程学院2007年2008年第二学期3 钢结构的连接本章内容：本章内容：(1) 钢结构的连接方法钢结构的连接方法 (2) 焊接方法和焊接连接形式焊接方法和焊接连接形式 (3) 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 (4) 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 (5) 螺栓连接的构造螺栓连接的构造 (6) 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算 (7) 高强度螺栓连接的工作性能和计高强度螺栓连接的工作性能和计算算本章重点：本章重点：角焊缝的构造与计算，普通螺栓连接的计角焊缝的构造与计算，普通螺栓连接的计 算，高强度螺栓连接的计算。算，高强度螺栓
2、连接的计算。本章难点：本章难点：如何运用相关公式进行各种连接计算。如何运用相关公式进行各种连接计算。2、铆接铆接1、焊接焊接 对接焊缝对接焊缝角角 焊焊 缝缝焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法3.1.1 钢结构连接种类钢结构连接种类图图3.1 3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法(a) (a) 、(b)(b)焊缝连接；焊缝连接；(c)(c)铆钉连接铆钉连接(a) (b) (c)(a) (b) (c)3、螺栓连接螺栓连接 普通螺栓：普通螺栓：高强螺栓高强螺栓靠螺栓杆承压和靠螺栓杆承压和受剪传递荷载受剪传递荷载图图3.2 3.2 螺
3、栓连接螺栓连接优点：优点：（1 1）构造简单，制造省工；）构造简单，制造省工； （2 2）不削弱截面，经济；）不削弱截面，经济； （3 3）连接刚度大，密闭性能好；）连接刚度大，密闭性能好； （4 4）易采用自动化作业，生产效率高。）易采用自动化作业，生产效率高。 缺点：缺点：（1 1）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆；）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆； （2 2）产生焊接残余应力和残余应变；）产生焊接残余应力和残余应变； （3 3）裂缝易扩展，低温下易脆断。）裂缝易扩展，低温下易脆断。1 1、焊缝连接、焊缝连接3.1.2 连接特点连接特点优点：优点：安装拆卸方便。安装拆卸方便。缺点：缺点：
4、构造复杂，削弱截面，不经济。构造复杂，削弱截面，不经济。2 2、螺栓连接、螺栓连接 1 1、普通螺栓连接、普通螺栓连接 由由235235钢制成，根据加工精度分钢制成，根据加工精度分A A、B B、C C三级。三级。 A A、B B级级精精制制螺螺栓栓,类类孔孔，孔孔径径比比杆杆径径大大0.3-0.3-0.5mm0.5mm，抗剪性能好，抗剪性能好, , 制造安装费工，少用。制造安装费工，少用。 C C 级级粗粗制制螺螺栓栓,类类孔孔，孔孔径径比比杆杆径径大大1.5-2.0mm1.5-2.0mm，抗抗剪剪性性能能差差，但但传传递递拉拉力力性性能能好好，性性能能等等级级为为4.64.6级或级或4.8
5、4.8级。级。 （1 1）性能等级）性能等级 高强钢材制成：优质碳素钢：高强钢材制成：优质碳素钢：3535号、号、4545号号 合合 金金 钢：钢：20MnTiB20MnTiB、40B40B、35VB35VB 性能等级：性能等级：8.88.8级、级、10.910.9级。级。 小数点前小数点前8 8、1010螺栓材料经热加工后的最低抗拉螺栓材料经热加工后的最低抗拉 强度为强度为800800、1000N/mm1000N/mm2 2； 小数点后小数点后0.80.8、0.90.9屈强比屈强比 2、高强螺栓连接高强螺栓连接摩擦型：摩擦型：只靠摩擦阻力传力，以只靠摩擦阻力传力，以剪力达到接触面的摩擦力剪力
6、达到接触面的摩擦力 作为承载力极限状态作为承载力极限状态设计准则。设计准则。（2 2）按抗剪性能分）按抗剪性能分承压型：承压型：以以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏作为承作为承 载力极限状态载力极限状态设计准则。设计准则。摩擦型螺栓连接：摩擦型螺栓连接：变形小，弹性性能好，耐疲劳，施工较变形小，弹性性能好，耐疲劳，施工较 简单，适用于承受动力荷载的结构。简单，适用于承受动力荷载的结构。承压型螺栓连接：承压型螺栓连接：承载力高于摩擦型连接，连接紧凑，剪承载力高于摩擦型连接，连接紧凑，剪 切变形大，不能用于承受动力荷载的结构。切变形大，不能用于承受动力荷载的结构
7、。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式3.2.1 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法 1.1.手工电弧焊手工电弧焊 打火引弧打火引弧-电弧周围的金属液化电弧周围的金属液化(溶池溶池)焊条熔化焊条熔化 滴入溶池滴入溶池与焊件的熔融金属结和冷却即形成焊缝。与焊件的熔融金属结和冷却即形成焊缝。电弧焊：电弧焊： 手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。优点：优点：方便，特别在高空和野外作业；方便，特别在高空和野外作业；缺点：缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大， 效率低。效率低。焊条焊条：
8、焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。 Q235Q235E43E43焊条；焊条； Q345Q345E50E50焊条；焊条； Q390Q390（Q420Q420）E55E55焊条。焊条。 E E焊条；型号由四部分组成焊条；型号由四部分组成 E E 前两位数前两位数 焊缝金属最小抗拉强度焊缝金属最小抗拉强度(43kg/mm(43kg/mm2 2) )； 后两位数后两位数 焊接位置、电流及药皮类型。焊接位置、电流及药皮类型。 不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。 手工电弧焊手工电弧焊2. 2. 自动（半自动）埋弧焊自动（半自动）埋弧焊电弧在焊
9、剂层下燃烧的一种方法。电弧在焊剂层下燃烧的一种方法。优点：优点：质量好，效率高；质量好，效率高；缺点：缺点：需要专用设备。需要专用设备。3. 3. 气体保护焊气体保护焊 利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为保利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为保护介质的一种方法。护介质的一种方法。优点：优点：质量好；质量好；缺点：缺点：对环境要求高。对环境要求高。（ 被连接钢材的相互位置）对接连接搭接连接T型连接角部连接焊缝连接形式 3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式1.1.焊缝连接形式焊缝连接形式图图3.3 T3.3 T形连接形连接图图3.4 3.4 搭接连接搭接连接焊缝连接形式焊缝连
10、接形式图图3.5 3.5 焊缝连接的形式焊缝连接的形式(a)(a)对接连接；对接连接；(b)(b)用拼接盖板的对接连接；用拼接盖板的对接连接；(c)(c)搭接连接；搭接连接；(d)(d)、(e) T(e) T形连接；形连接；(f)(f)、(g)(g)角部连接角部连接(1)(1)按焊缝的截面形式分按焊缝的截面形式分对接焊缝对接焊缝角角 焊焊 缝缝 2.2.焊缝形式焊缝形式图图3.6 3.6 焊缝形式焊缝形式 (a)(a)正对接连接；正对接连接；(b)(b)斜对接焊缝；斜对接焊缝；(c)(c)角焊缝角焊缝按按受受力力方方向向划划分分 正正对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 对接焊缝对
11、接焊缝 斜斜对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝倾斜倾斜于力线于力线 正面正面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 角焊缝角焊缝 侧面侧面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝平行平行于力线于力线 斜斜角焊缝角焊缝: 焊缝焊缝倾斜倾斜于力线于力线(2)(2)焊缝沿长度方向的布置焊缝沿长度方向的布置注意注意: : L L不宜过长不宜过长 在受压构件中在受压构件中 L15t L15t 在受拉构件中在受拉构件中 L30t L30t （t t为较薄焊为较薄焊 件的厚度）件的厚度）图图3.7 3.7 连接角焊缝和断续角焊缝连接角焊缝和断续角焊缝（3 3）焊缝的施焊方位）焊缝的施焊方位平焊（俯焊）平焊（俯焊） 横焊横焊
12、 立焊立焊 仰焊仰焊 图图3.8 3.8 焊缝施焊位置焊缝施焊位置 (a)(a)平焊；平焊；(b)(b)横焊；横焊；(c)(c)立焊；立焊；(d)(d)仰焊仰焊3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验1 1、焊缝缺陷：、焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热焊接过程中产生于焊缝金属或附近热 影响区钢材表面或内部的缺陷影响区钢材表面或内部的缺陷图图3.9 3.9 焊缝缺陷焊缝缺陷(a)(a)裂纹；裂纹；(b)(b)焊瘤；焊瘤；(c)(c)烧穿；烧穿；(d)(d)弧坑；弧坑；(e)(e)气孔；气孔；(f)(f)夹渣；夹渣；(g)(g)咬边；咬边；(h)(h)未熔合；未熔合；(i
13、)(i)未焊缝未焊缝2.2.焊缝质量检验焊缝质量检验三级：只进行外观检查（即检查外观缺陷和几何尺寸）三级：只进行外观检查（即检查外观缺陷和几何尺寸）二级：除外观检查，超声波抽检二级：除外观检查，超声波抽检一级：同二级一级：同二级3.3.焊缝质量等级的选用焊缝质量等级的选用 （1 1）需要进行疲劳计算的构件，凡是对接焊缝均应）需要进行疲劳计算的构件，凡是对接焊缝均应焊透。其中垂直于作用力方向的横向对接焊缝或焊透。其中垂直于作用力方向的横向对接焊缝或T T形对形对接与角接组合焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级；接与角接组合焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级；作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应
14、为二级。作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。 （2 2）不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母材）不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母材等强的对接焊缝应焊透。母材等强的受拉对接焊缝等强的对接焊缝应焊透。母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。应不低于二级；受压时宜为二级。 （3 3）重级工作制和起重量）重级工作制和起重量Q500kNQ500kN的中级工作制的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间，以及吊车桁架上弦吊车梁的腹板与上翼缘板之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的杆与节点板之间的T T形接头均要求焊透，质量等级不形接头均要求焊透，质量等级不应低于二级。应低于二级。
15、（4 4）不要求焊透的）不要求焊透的T T形接头采用的角焊缝或部分形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，一般仅要求外观质量检查，具体规定如下角焊缝，一般仅要求外观质量检查，具体规定如下: :三级检验三级检验; ;承受动力荷载且需要验算疲劳和承受动力荷载且需要验算疲劳和Q500kNQ500kN的中级吊车梁，二级。的中级吊车梁，二级。3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例焊缝代号、螺栓及其孔眼图例 焊缝符号表示法焊缝符号表示法规定：焊缝符号一般由规定：焊缝符号一般由基本基本符号符号与与指引线指引线组成，必要时还可加上
16、组成，必要时还可加上补充符号补充符号和和焊缝焊缝尺寸尺寸。基本符号：基本符号：表示焊缝的横截面形状，如用表示焊缝的横截面形状，如用“ ”表示表示角焊缝角焊缝, ,用用“V V”表示表示V V形坡口听对接焊缝；形坡口听对接焊缝；补充符号：补充符号：补充说明焊缝的某些特征，如用补充说明焊缝的某些特征，如用“ ”表表示现场安装焊缝，用示现场安装焊缝，用“ ”表示焊件三面带有焊缝；表示焊件三面带有焊缝；指引线指引线 ：一般由横线和带箭头的斜线组成，箭头指一般由横线和带箭头的斜线组成，箭头指向图形相应焊缝处，横线上方和下方用来标注基本符向图形相应焊缝处，横线上方和下方用来标注基本符号和焊缝尺寸等。号和焊
17、缝尺寸等。表表3.1 3.1 焊缝符号焊缝符号表表3.1 3.1 焊缝符号焊缝符号续表续表当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时时, ,在标注焊缝符号的同时在标注焊缝符号的同时, ,可在图形上加栅线表示。可在图形上加栅线表示。图图3.10 3.10 用栅线表示焊缝用栅线表示焊缝(a)(a)正面焊缝；正面焊缝；(b)(b)背面焊缝；背面焊缝；(c)(c)安装焊缝安装焊缝表表3.2 3.2 螺栓及其孔眼图例螺栓及其孔眼图例3. 3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的角焊缝的焊脚尺寸焊脚尺寸角焊缝的角焊缝的计算厚度计算厚度，对直角角焊
18、缝：，对直角角焊缝：按截面形式划分按截面形式划分3.3.1 角焊缝的形式与强度角焊缝的形式与强度图图3.11 3.11 直角角焊缝截面直角角焊缝截面角焊缝角焊缝直角角焊缝直角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝角焊缝一般用直角角焊缝。角焊缝一般用直角角焊缝。夹角夹角 或或 的斜角角焊缝，的斜角角焊缝，不宜不宜用作用作受力焊缝受力焊缝( (钢管结构除外钢管结构除外).).图图3.12 3.12 斜角角焊缝截面斜角角焊缝截面侧侧面面角角焊焊缝缝强强度度低低、塑塑性性好好；应应力力沿沿长长度度方方向向分分布布不不均均匀，呈两端大而中间小的状态。匀，呈两端大而中间小的状态。1 1、侧面角焊缝侧面角焊缝平行于力的
19、作用方向平行于力的作用方向NNNNtbLLaN按角焊缝与作用力的关系分按角焊缝与作用力的关系分:侧面角焊缝、正面角焊缝、斜焊缝侧面角焊缝、正面角焊缝、斜焊缝图图3.13 3.13 侧面角焊缝受力示意图侧面角焊缝受力示意图图图3.14 3.14 侧焊缝的应力侧焊缝的应力正正面面角角焊焊缝缝受受力力复复杂杂，截截面面中中的的各各面面均均存存在在正正应应力力和剪应力；强度高，塑性差。和剪应力；强度高，塑性差。2 2、正面角焊缝正面角焊缝垂直于力的作用方向垂直于力的作用方向3 3、斜焊缝、斜焊缝受力性能和强度值介于正面角焊缝受力性能和强度值介于正面角焊缝 和侧面角焊缝之间。和侧面角焊缝之间。图图3.1
20、5 3.15 正面角焊缝应力状态正面角焊缝应力状态（1 1）最大焊脚尺寸）最大焊脚尺寸对边缘角焊缝对边缘角焊缝 为避免焊缝区基本金属为避免焊缝区基本金属“过热过热”，减少焊件，减少焊件的残余应力和残余变形。的残余应力和残余变形。3.3.2 角焊缝构造要求角焊缝构造要求图图3.16 3.16 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸 焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织。快而产生淬硬组织。对自动焊对自动焊: :对对T T型连接的单面角焊缝：型连接的单面角焊缝：当焊件厚度当焊件厚度设计设计：（2 2）最小焊脚尺寸要求）最小焊脚尺寸要求（3 3）不等焊脚尺
21、寸的构造要求）不等焊脚尺寸的构造要求 当焊件的厚度相差较大且当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合要求时，等焊脚尺寸不能符合要求时，可采用不等焊脚尺寸。可采用不等焊脚尺寸。（4 4）侧面角焊缝的最大计算长度）侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝沿长度受力不均匀，两端大中间小侧面角焊缝沿长度受力不均匀，两端大中间小, ,所以一般均规定其最大计算长度。所以一般均规定其最大计算长度。6060hf 静力荷载静力荷载4040hf 动力荷载动力荷载注：若内力沿角焊缝注：若内力沿角焊缝全长分布全长分布，则计算长度，则计算长度不不受此限受此限注意注意：焊脚尺寸和焊缝计算长度：焊脚尺寸和焊缝计算长度取取mmm
22、m的整数，小数点的整数，小数点 以后都进为以后都进为1 1。图图3.17 3.17 不等焊脚尺寸的构造要求不等焊脚尺寸的构造要求设计：设计： 防防止止局局部部加加热热严严重重，焊焊缝缝起起灭灭弧弧所所引引起起的的缺缺陷陷相相距距太近，及其他缺陷，使得焊缝不可靠。太近，及其他缺陷，使得焊缝不可靠。在搭接连接中，搭接长度在搭接连接中，搭接长度L5t L5t min min ，且且25mm25mm。 为了减少收缩应力为了减少收缩应力以及因偏心在钢板与连以及因偏心在钢板与连接件中产生的次应力接件中产生的次应力（5 5）角焊缝的最小计算长度）角焊缝的最小计算长度（6 6）搭接连接的构造要求）搭接连接的构
23、造要求图图3.18 3.18 搭接连接搭接连接围焊的围焊的转角处转角处 必须必须连续施焊连续施焊. . 非围焊，可在非围焊，可在 构件转角处作构件转角处作 长度长度2 2h f 的绕的绕 角焊。角焊。为了避免焊缝为了避免焊缝横向收缩时引横向收缩时引起板件的拱曲起板件的拱曲大。大。当板件端部仅有两侧面角焊缝时，当板件端部仅有两侧面角焊缝时，lwb ( (b b为两侧焊缝距离为两侧焊缝距离) )同时同时或或图图3.19 3.19 焊缝长度及两侧焊缝间距焊缝长度及两侧焊缝间距焊缝实际长度焊缝实际长度 取为取为5mm的倍数，如的倍数，如192mm取为取为195mm，196mm取为取为200mm。角焊缝
24、的计算长度角焊缝的计算长度 lw 和实际长度和实际长度 l 的关系：的关系：4.绕角焊：侧面角焊缝 lw=l(绕角焊的2hf不在内)图图3.20 3.20 角焊缝长度的计算角焊缝长度的计算（1 1）侧面角焊缝的破坏大多在）侧面角焊缝的破坏大多在4545o o截面；截面；受力特点：受力特点：3.3.3 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式图图3.21 3.21 侧焊缝破坏形式侧焊缝破坏形式(a)(a)实际剪坏面；实际剪坏面；(b)(b)计算剪坏面计算剪坏面图图3.22 3.22 角焊缝截面角焊缝截面h焊缝厚度；焊缝厚度； hf焊缝厚度；焊缝厚度；he焊缝有效厚度焊缝有效厚度(
25、焊焊喉部位喉部位)；h1熔深；熔深；h2凸度；凸度；d焊趾；焊趾；e焊跟焊跟 （3 3）正面角焊缝破坏强度高，刚度大，塑性差。）正面角焊缝破坏强度高，刚度大，塑性差。 （2 2）正面角焊缝应力状态复杂，可能沿）正面角焊缝应力状态复杂，可能沿4545o o截面破截面破坏，也可能沿溶合边破坏；坏，也可能沿溶合边破坏；图图3.23 3.23 焊脚尺寸及有效焊脚厚度焊脚尺寸及有效焊脚厚度计算步骤：计算步骤：（1 1）求出同一平面焊缝群的形心；）求出同一平面焊缝群的形心；（2 2）将荷载向）将荷载向形心形心简化，找出简化，找出最不利位置；最不利位置；（3 3）分别求出）分别求出各荷载分量各荷载分量在最不
26、利位置产生在最不利位置产生 的的应力应力；（4 4）区分区分正面角焊缝正面角焊缝受力和受力和侧面角焊缝侧面角焊缝受力，受力， 视视荷载种类荷载种类（静荷或动荷）代入角焊缝（静荷或动荷）代入角焊缝 的基本计算公式进行计算。的基本计算公式进行计算。（5 5）验算是否满足）验算是否满足构造要求构造要求。（作用力平行于焊缝方向）（作用力平行于焊缝方向）N NN N1 1、侧面角焊缝、侧面角焊缝图图3.24 3.24 侧面角焊缝的应力分布示意图侧面角焊缝的应力分布示意图当承受动力荷载时：当承受动力荷载时：N NN N-正面角焊缝强度增大系数，正面角焊缝强度增大系数，1.22 。2 2、正面角焊缝、正面角
27、焊缝（作用力垂直于焊缝方向）（作用力垂直于焊缝方向）图图3.25 3.25 正面角焊缝的应力分布示意图正面角焊缝的应力分布示意图N NN Ny y= = NcosNcos N Nx x= =N Nsinsin3 3、斜向角焊缝、斜向角焊缝图图3.26 3.26 斜向轴心力作用斜向轴心力作用 两两 面面 侧侧 焊焊( (由构造确定由构造确定hf ) )NNNNtbLLa(1) (1) 用盖板的对接连接承受轴心力时用盖板的对接连接承受轴心力时1.1.承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算盖板长度：盖板长度：由由得得3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算各种受力状态下直角
28、角焊缝连接计算图图3.27 3.27 受轴心力的盖板连接受轴心力的盖板连接 ( (只有侧面角焊缝只有侧面角焊缝) )( (由构造确定由构造确定hf ) )NNNNtbLLa由由得得 三三 面面 围围 焊焊(a)(a)端面角焊缝承担端面角焊缝承担 N(b)(b)侧面角焊缝承担侧面角焊缝承担 N1 1图图3.28 3.28 受轴心力的盖板连接受轴心力的盖板连接 ( (三面围焊三面围焊) )盖板长度盖板长度：NNNNbtLLaNN由由N1得得(c)(c)焊缝长度计算焊缝长度计算图图3.28 3.28 受轴心力的盖板连接受轴心力的盖板连接 ( (三面围焊三面围焊) ) 解解 查附表查附表1.2 例例3
29、.13.1试设计用拼接盖板的对接连接试设计用拼接盖板的对接连接( (图图3.29)3.29)。已知钢板宽已知钢板宽B=270mmB=270mm，厚度，厚度t t1 1=28mm=28mm，拼接盖板厚度，拼接盖板厚度t t2 2=16mm=16mm。该连接承受静态轴心力该连接承受静态轴心力N=1400kN(N=1400kN(设计值设计值) )，钢材为，钢材为Q235BQ235B，手工焊，焊条为手工焊，焊条为E43E43型。型。图图3.29 3.29 例例3.13.1图图 (a)(a)两面侧焊时两面侧焊时 (1) (1) 两面侧焊两面侧焊NNNNtbLLa 盖板长度盖板长度 一条焊缝的实际长度一条
30、焊缝的实际长度取取680680mm 焊缝总长度焊缝总长度 图图3.29 3.29 例例3.13.1图图 (b)(b)两面侧焊两面侧焊 选定拼接盖板宽度选定拼接盖板宽度 b=240mmb=240mm，则：，则：A=240216=7680mm2A=27028=7560mm2满足强度要求。满足强度要求。 根据构造要求可知：根据构造要求可知： b=240mmlw=313mm且 b16t=1616=256mm满足要求，故选定拼接盖板尺寸为满足要求，故选定拼接盖板尺寸为680mm240mm16mm。(2)(2)三面围焊三面围焊 端面角焊缝承担端面角焊缝承担 N侧面角焊缝承担侧面角焊缝承担 N1 1N1=N
31、N 焊缝长度计算焊缝长度计算图图3.29 3.29 例例3.13.1图图 (c)(c)三面围焊时三面围焊时NNNNtbLLa 一条焊缝长度一条焊缝长度 盖板长度盖板长度盖板尺寸为：盖板尺寸为：取为取为180mm. .图图3.29 3.29 例例3.13.1图图 (d)(d)三面围焊三面围焊（a a） 三面围焊三面围焊N N1 1N N3 3N N2 2 N= N1+ N2+ N33.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算各种受力状态下直角角焊缝连接计算1.1.承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算(2) (2) 承受轴心力的角钢角焊缝计算承受轴心力的角钢角焊缝计算肢背、
32、肢尖焊缝承担的力肢背、肢尖焊缝承担的力 N1、N2 ， 端面焊缝承担的力端面焊缝承担的力 N3N Nlw1lw2图图3.30 3.30 三面围焊三面围焊(a(a) )(b(b) )N N1 1N N3 3N N2 2由由得端面焊缝承担的力得端面焊缝承担的力 N3图图3.30 3.30 三面围焊三面围焊图图3.30 3.30 三面围焊三面围焊(a(a) )(b(b) )(c(c) )lw1lw2N N令：令：-肢背、肢尖内力分配系数，近似取肢背、肢尖内力分配系数，近似取2/32/3，1/31/3。N N1 1N N3 3N N2 2b由由lw2lw1图图3.30 3.30 三面围焊三面围焊(a(
33、a) )N N肢尖、肢背所需焊缝长度肢尖、肢背所需焊缝长度 l1、l2图图3.30 3.30 三面围焊三面围焊(c(c) )（b b） 两面侧焊两面侧焊图图3.31 3.31 两面侧焊两面侧焊表表3.3 3.3 角钢角焊缝内力分配系数角钢角焊缝内力分配系数 例例 3.23.2 试确定图试确定图3.353.35所示承受静态轴心力作用的三面围焊所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为212521251010，与厚度为与厚度为8 8mm的节点板连接，其肢背搭接长度为的节点板连接，其肢背搭接长度为300300mm，焊脚，焊脚尺寸均
34、为尺寸均为hf=8=8mm，钢材为，钢材为Q235BQ235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43E43型。型。图图3.32 3.32 例例3.23.2图图（2 2）肢背焊缝承担的力）肢背焊缝承担的力N1（1 1）端部焊缝承担的力）端部焊缝承担的力N3 解解 ：（3 3）焊缝连接承担的力）焊缝连接承担的力N（5 5）肢尖焊缝长度）肢尖焊缝长度（4 4）肢尖焊缝承担的力）肢尖焊缝承担的力N N2 2 2.2.承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的已知：已知：M、 V 、 N 问题：验算焊缝强度或设计问题：验算焊缝强度或设计（1）应力计算）应力计算3. 3 角焊缝的构造
35、和计算角焊缝的构造和计算3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算各种受力状态下直角角焊缝连接计算图图3.33 3.33 承受偏心斜拉力的角焊缝承受偏心斜拉力的角焊缝角焊缝连接计算角焊缝连接计算N Nx xN NN Ny yM M + + +图图3.34 3.34 承受偏心斜拉力时的等价形式承受偏心斜拉力时的等价形式(c(c) )(a)(a)(b)(b)(d)(d)(e)(e)b b）M M作用下作用下a a）N Nx x作用下，焊缝是正面角焊缝作用下，焊缝是正面角焊缝N Nx xM M 图图3.34 (c)3.34 (c)图图3.34 (d)3.34 (d)（2 2）强度条件）强度条件c
36、c）N Ny y作用下，焊缝是侧面角焊缝作用下，焊缝是侧面角焊缝N Ny y图图3.34 (e)3.34 (e)3.3.承受扭矩与剪力联合作用时的角焊缝连接计算承受扭矩与剪力联合作用时的角焊缝连接计算 假定：假定：(1)(1)构件是完全刚性的，角焊缝处于弹性状态；构件是完全刚性的，角焊缝处于弹性状态； (2)(2)角焊缝群上任意一点的应力方向垂直于该点与形心角焊缝群上任意一点的应力方向垂直于该点与形心 的连线，且应力大小与连线长度的连线，且应力大小与连线长度r r成正比。成正比。图图3.35 3.35 受剪力和扭矩作用的角焊缝受剪力和扭矩作用的角焊缝图图3.35 3.35 受剪力和扭矩作用的角
37、焊缝受剪力和扭矩作用的角焊缝图图3.35 3.35 受剪力和扭矩作用的角焊缝受剪力和扭矩作用的角焊缝图图3.35 3.35 受剪力和扭矩作用的角焊缝受剪力和扭矩作用的角焊缝典型问题：典型问题：工字型牛腿焊缝的计算工字型牛腿焊缝的计算第一种方法假设：第一种方法假设：剪力由腹板焊缝承担剪力由腹板焊缝承担 弯矩由全部焊缝承担弯矩由全部焊缝承担a a）翼缘焊缝最外纤维处的应力满足：翼缘焊缝最外纤维处的应力满足：M焊缝承担的弯矩焊缝承担的弯矩Iw全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩翼缘焊缝仅承受垂翼缘焊缝仅承受垂直于焊缝长度方向直于焊缝长度方向的弯曲应力；的弯曲应力；图图3.
38、36 3.36 工字形梁工字形梁( (或牛腿或牛腿) )的角焊缝连接的角焊缝连接腹腹板板焊焊缝缝即即承承受受垂垂直直于于焊焊缝缝长长度度方方向向的的应应力力又又承承受受平平行行腹腹板板焊焊缝缝长长度度方向的剪应力方向的剪应力b b）腹板焊缝：腹板焊缝：腹板焊缝腹板焊缝A A点的强度：点的强度：h e2 腹板焊缝焊脚有效尺寸腹板焊缝焊脚有效尺寸, , h e2=0.7h f 2h 2 腹板焊缝实际长度腹板焊缝实际长度图图3.37 3.37 工字形梁的角焊缝连接工字形梁的角焊缝连接第二种方法假设第二种方法假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，此时弯矩腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩
39、，此时弯矩M可以化为一对水平力可以化为一对水平力H=M/h。则翼缘焊缝的强度计算公。则翼缘焊缝的强度计算公式为式为腹板焊缝的强度计算公式为腹板焊缝的强度计算公式为 截面特性计算截面特性计算截面积截面积：上、下翼缘及腹板截面积之和上、下翼缘及腹板截面积之和中和轴（形心）位置中和轴（形心）位置：按全截面对某轴的面积按全截面对某轴的面积矩等于各块板分别对该轴的面积矩之和求得。矩等于各块板分别对该轴的面积矩之和求得。惯性矩惯性矩：各板块自身惯性矩再加上各板块面积乘以板块中心至各板块自身惯性矩再加上各板块面积乘以板块中心至中和轴距离的平方。中和轴距离的平方。40080200201002010图图3.38
40、 3.38 截面特性计算截面特性计算各点抵抗矩各点抵抗矩：惯性矩除以该点至中和轴的距离。惯性矩除以该点至中和轴的距离。各点面积矩各点面积矩：该点以上（或以下）的截面积对中和轴的面积矩。该点以上（或以下）的截面积对中和轴的面积矩。如按如按b b点以下面积矩计算，点以下面积矩计算，中和轴以上部分取负值，以下部分取正值中和轴以上部分取负值，以下部分取正值40080200201002010图图3.38 3.38 截面特性计算截面特性计算图图3.39 3.39 例例3.33.3图图 例例 3.33.3试验算图试验算图3.423.42所示牛腿与钢柱连接角焊缝的强度。钢所示牛腿与钢柱连接角焊缝的强度。钢材为
41、材为Q235BQ235B，焊条为，焊条为E43E43型，手工焊。静态荷载设计值型，手工焊。静态荷载设计值N=365kNN=365kN，偏心距偏心距e e=350mm=350mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸hf1f1=8mm=8mm，hf2f2=6mm=6mm。图。图3.42(b)3.42(b)为焊缝为焊缝有效截面的示意图。有效截面的示意图。 a) a) 计算翼缘焊缝：计算翼缘焊缝： 解解 ：V=N=365kN， M= Ne =3650.35=127.8kNm （1 1）考虑腹板焊缝参加传递弯矩的计算方法考虑腹板焊缝参加传递弯矩的计算方法 全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为：全部焊缝有效截面对中和轴的惯
42、性矩为： 翼缘焊缝的最大应力：翼缘焊缝的最大应力： b) b) 计算腹板焊缝：计算腹板焊缝：弯矩弯矩M引起的最大应力：引起的最大应力： 剪力剪力V在腹板焊缝中产生的平均剪应力：在腹板焊缝中产生的平均剪应力： 则腹板焊缝的强度（则腹板焊缝的强度（A点为设计控制点）为：点为设计控制点）为：（2 2）不）不考虑腹板焊缝传递弯矩的计算方法考虑腹板焊缝传递弯矩的计算方法 翼缘焊缝所承受的水平力：翼缘焊缝所承受的水平力：（h值近似取近似取为翼翼缘中中线间距离）距离） 翼缘焊缝的强度：翼缘焊缝的强度：腹板焊缝的强度：腹板焊缝的强度：坡口型式：厚度很小，手工焊坡口型式：厚度很小，手工焊6mm6mm，埋弧焊埋弧
43、焊10mm10mm时时 直边缝直边缝； 一般厚度，一般厚度，单边单边V V形或形或V V形形坡口；坡口； 厚度较大，厚度较大，20mm20mm，U U形、形、K K形或形或X X 形形坡口。坡口。3.4 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算3.4.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造1 1、坡口形式、坡口形式图图3.40 3.40 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式(a)(a)直边缝；直边缝；(b)(b)单边单边V V形坡口；形坡口； (c)(c) V V形坡口；形坡口； (d)(d) U U形坡口；形坡口； (e)(e) K K形坡口；形坡口； (f)(f) X X形坡口形坡口 拼拼接接处
44、处，当当焊焊件件的的宽宽度度或或厚厚度度相相差差4mm4mm以以上上时时，从从一一侧侧或或两两侧侧做做坡坡度度不不大大于于1 1：2.5 2.5 （承承受受动动力力荷荷载载且且需需要要进进行行疲疲劳劳计算的结构不大于计算的结构不大于1 1：4 4）的斜角，平缓过渡。的斜角，平缓过渡。 静静力力荷荷载载作作用用时时允允许许不不设设。当当不不设设引引弧弧板板时时，每每条条焊焊缝缝计算长度等于实际长度减计算长度等于实际长度减2 t（t为较薄焊件厚度）。为较薄焊件厚度）。 起落弧处起落弧处, ,宜加宜加引弧板引弧板( (引出板引出板) )。2 2、截面的改变、截面的改变3 3、引弧板、引弧板图图3.4
45、1 3.41 钢板拼接钢板拼接图图3.42 3.42 用引弧板和引出板焊接用引弧板和引出板焊接(a)(a)改变宽度；改变宽度；(b)(b)改变厚度改变厚度焊缝强度与钢材强度比较：-质量检验为一、二级时质量检验为一、二级时, ,焊缝强度与钢材强度相等；焊缝强度与钢材强度相等；-质量检验为三级时质量检验为三级时, , 抗压强度、抗剪强度与钢材强度相等，抗压强度、抗剪强度与钢材强度相等， 抗拉强度等于抗拉强度等于0.85%0.85%的母材强度。的母材强度。 受拉连接受拉连接, ,三级检验时三级检验时, ,进行焊缝强度验算。进行焊缝强度验算。对接焊缝的计算公式与构件强度公式相同。对接焊缝的计算公式与构
46、件强度公式相同。焊缝可视为构件的组成部分；焊缝可视为构件的组成部分；焊缝中应力分布基本同构件。焊缝中应力分布基本同构件。3.4.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1 1、焊透的对接焊缝的计算、焊透的对接焊缝的计算(1)(1)轴心受力对接焊缝轴心受力对接焊缝时时, ,强度可不进行验算。强度可不进行验算。N 轴心拉力或压力；轴心拉力或压力；lw 焊缝的计算长度，未采用引弧板焊缝的计算长度，未采用引弧板, ,实际长度减实际长度减2 2t t 。t t 对接连接中对接连接中, ,连接件较小厚度；连接件较小厚度；T T形连接中形连接中, , 腹板厚度。腹板厚度。注：当注：当图图3.43 3.43 对接焊缝
47、受轴心力对接焊缝受轴心力(2)(2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝图图3.44 3.44 对接焊缝受弯矩和剪力联合作用对接焊缝受弯矩和剪力联合作用(a) (a) 钢板对接接头；钢板对接接头；(b)(b)工字形截面梁的对接接头工字形截面梁的对接接头Ww-焊缝截面模量焊缝截面模量Sw-焊缝截面面积矩焊缝截面面积矩Iw-焊缝截面惯性矩焊缝截面惯性矩-焊缝抗剪强度设计值焊缝抗剪强度设计值tl lw wMV a)a)矩形截面矩形截面 截面正应力截面正应力截面剪应力截面剪应力图图3.45 3.45 对接焊缝矩形截面对接焊缝矩形截面 在腹板与翼缘交接处，验算折算应在腹板与翼
48、缘交接处，验算折算应力力t t1 1Sw1w1-翼缘对中和轴的面积矩翼缘对中和轴的面积矩, ,b b b)b)工字形截面工字形截面 最大正应力最大正应力: :最大剪应力最大剪应力: :, h0 0为腹板高腹板高度度图图3.46 3.46 工字形截面工字形截面 例例 3.3.8 8(P43(P43页页) )计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度度( (图图3.50)3.50)。 F=550=550kN( (设计设计值值) )，偏心距，偏心距e e=300mm=300mm。钢材为。钢材为Q235BQ235B，焊条为，焊条为E43E43型，手工焊。焊缝为三
49、级检验标准，上、下型，手工焊。焊缝为三级检验标准，上、下翼缘加引弧板和引出板施焊。翼缘加引弧板和引出板施焊。图图3.47 3.47 例例3.43.4图图a a）最大正应力最大正应力 解解 ：截面几何特征值和内力截面几何特征值和内力: :c c）“1 1”点的折算应力点的折算应力b b）最大剪应力）最大剪应力3.5 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形3.5.1 焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因1 1、纵向焊接应力、纵向焊接应力沿焊缝长度方向沿焊缝长度方向图图3.48 3.48 施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力(a)(a)、(b)(
50、b)施焊时焊缝及附近的温度场施焊时焊缝及附近的温度场(c)(c)钢板上纵向焊接应力钢板上纵向焊接应力2 2、横向焊接应力、横向焊接应力垂直于焊缝长度方向垂直于焊缝长度方向3 3、厚度方向的焊接应力、厚度方向的焊接应力图图3.49 3.49 焊缝的横向焊接应力焊缝的横向焊接应力图图3.50 3.50 厚板中的焊接残余应力厚板中的焊接残余应力3.5.2 焊接应力对结构性能的影响焊接应力对结构性能的影响1 1、对结构静力强度的影响、对结构静力强度的影响没有影响没有影响2 2、对结构刚度的影响、对结构刚度的影响会降低结构的刚度会降低结构的刚度3 3、对低温工作的影响、对低温工作的影响 会增加钢材在低温
51、下的脆断倾向会增加钢材在低温下的脆断倾向4 4、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响有明显的不利影响有明显的不利影响3.5.3 焊接变形焊接变形 焊焊接接变变形形是是焊焊接接构构件件经经局局部部加加热热冷冷却却后后产产生生的的不不可可回回复复变变形形，包包括括纵纵向向收收缩缩、 横横收收缩缩、角角变变形形、弯弯曲曲变变形形或或扭扭曲曲变变形形等，通常是几种变形的组合。等，通常是几种变形的组合。 3.5.4 减小焊接应力和焊接变形的措施减小焊接应力和焊接变形的措施1 1、设计上的措施、设计上的措施（1 1）焊接位置的安排要合理；）焊接位置的安排要合理；（2 2）焊缝尺寸要适当；）焊缝尺寸要适当；（
52、3 3）焊缝的数量宜少，且不宜过分集中；）焊缝的数量宜少，且不宜过分集中；（4 4）应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉；）应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉；（5 5）尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。）尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。图图3.51 3.51 减小焊接应力和焊接变形影响的设计措施减小焊接应力和焊接变形影响的设计措施(a)(a)、(c)(c)、(e)(e)、(g) (g) 、(i)(i)推荐；推荐；(b)(b)、 (d)(d)、(f)(f)、(h)(h)、(j)(j)不推荐不推荐 2 2、工艺上的措施、工艺上的措施（1 1）采用合理的施焊次序；）采用合理的施焊次序； （2 2）采用
53、反变形；）采用反变形；（3 3）对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火）对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火 加热加热600600左右，然后缓慢冷却，可以部左右，然后缓慢冷却，可以部 分消除焊接应力和焊接变形。也可采用刚分消除焊接应力和焊接变形。也可采用刚 性固定法将构件加以固定来限制焊接变形，性固定法将构件加以固定来限制焊接变形， 但增加了焊接残余应力。但增加了焊接残余应力。 图图3.52 3.52 合理的施焊次序合理的施焊次序(a)(a)分段退焊；分段退焊；(b)(b)沿厚度分层焊；沿厚度分层焊；(c)(c)对角跳焊；对角跳焊；(d)(d)钢板分块拼接钢板分块拼接图图3.53 3.53 焊接
54、前反变形焊接前反变形 规格：规格：形式为大六角头型，其代号用字母形式为大六角头型，其代号用字母M M与公称与公称 直径表示。常用直径表示。常用M1616、M2020、M2424。 螺栓的排列：螺栓的排列：并列、错列。并列、错列。螺栓的排列要满足以下三个方面的要求：螺栓的排列要满足以下三个方面的要求： （1 1）受力要求：）受力要求：端距过小，端部撕裂；受压，顺内力方向，端距过小，端部撕裂；受压，顺内力方向， 中距过大，鼓曲。中距过大，鼓曲。 （2 2）构造要求：）构造要求：螺栓间距不能太大，避免压不紧潮气进入螺栓间距不能太大，避免压不紧潮气进入 导致腐蚀。导致腐蚀。 （3 3）施工要求：）施工
55、要求：螺栓间距不能太近，满足净空要求，便于螺栓间距不能太近，满足净空要求，便于 安装。安装。 3.6 螺栓连接的构造螺栓连接的构造3.6.1 螺栓的排列螺栓的排列 规规范范制制定定出出螺螺栓栓排排列列最最大大、最最小小容容许许距距离离（书书中中表表3-43-4）, ,在在型型钢钢上上排排列列的的螺螺栓栓还还应应符符合合各各自自线线距距和和最最大大孔孔径径的的要要求求（书书中中表表3-53-53-3-7 7）。）。图图3.54 3.54 钢板的螺栓钢板的螺栓( (铆钉铆钉) )排列排列(a) (a) 并列；并列；(b)(b)错列错列图图3.55 3.55 型钢的螺栓型钢的螺栓( (铆钉铆钉) )
56、排列排列 1 1、每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数、每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数 不宜少于两个；不宜少于两个； 2 2、直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或、直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或 其他防止螺帽松动的有效措施；其他防止螺帽松动的有效措施； 3 3、由于、由于C C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向 受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结 构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用构的连接和临时固定构件用的安装
57、连接中，也可用C C级级 螺栓受剪。螺栓受剪。 4 4、当采用高强螺栓连接时，拼接件不能采用型钢，只能采、当采用高强螺栓连接时，拼接件不能采用型钢，只能采 用钢板。用钢板。( (型钢抗弯刚度大，不能保证摩擦面紧密结合型钢抗弯刚度大，不能保证摩擦面紧密结合) ) 5 5、沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板，应适当增强其刚、沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板，应适当增强其刚 度，以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。度，以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。3.6.2 螺栓连接的构造要求螺栓连接的构造要求 剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆垂直于垂直于力线力线 按受力情况分为按受
58、力情况分为 拉力螺栓（抗拉螺栓）：拉力螺栓（抗拉螺栓）： 螺栓杆螺栓杆平行于平行于力线力线 既受剪又受拉的螺栓既受剪又受拉的螺栓3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算图图3.56 3.56 普通螺栓连接普通螺栓连接抗剪连接抗剪连接板件之间有板件之间有相互错动相互错动的趋势的趋势抗拉连接抗拉连接板件之间有板件之间有相互脱开相互脱开的趋势的趋势图图3.57 3.57 抗剪连接与抗拉连接抗剪连接与抗拉连接 普通螺栓按加工精度可分为：普通螺栓按加工精度可分为：1. 1. 粗制螺栓（粗制螺栓（C C级）级）优点优点：安装简单，便于拆装；：安装简单，便于拆装；缺点缺点：螺杆与钢板
59、孔壁不够紧密，传递剪力时，连接变形较大。：螺杆与钢板孔壁不够紧密，传递剪力时，连接变形较大。 宜用于宜用于承受拉力承受拉力的连接中，或用于的连接中，或用于次要结构次要结构和和可拆卸结构可拆卸结构 的受剪连接及安装时的的受剪连接及安装时的临时固定临时固定。2. 2. 精制螺栓（精制螺栓（ A A、B B级）级）优点优点：受力性能好；：受力性能好；缺点缺点：安装费时费工，且费用较高。：安装费时费工，且费用较高。 目前建筑结构中已较少使用。目前建筑结构中已较少使用。3.7.1 普通螺栓的抗剪连接（受剪螺栓连接）普通螺栓的抗剪连接（受剪螺栓连接）1 1、抗剪连接的工作性能、抗剪连接的工作性能N图图3.
60、52 3.52 单个螺栓抗剪试验结果单个螺栓抗剪试验结果 高强度螺栓高强度螺栓 普通螺栓普通螺栓 从加载至破坏经历以下四个阶段：从加载至破坏经历以下四个阶段：（1 1）弹性阶段（）弹性阶段（0101段）段） 加加载载初初，荷荷载载小小，连连接接中中剪剪力力小小，荷荷载载靠靠构构件件间间接接触触面的摩擦力传递，栓杆与孔壁之间的间隙保持不变。面的摩擦力传递，栓杆与孔壁之间的间隙保持不变。（2 2）滑移阶段（）滑移阶段（1212段）段） 剪剪力力达达到到摩摩擦擦力力最最大大值值，板板件件间间产产生生相相对对滑滑移移，直直至至栓杆与孔壁接触。栓杆与孔壁接触。（3 3）栓杆直接传力的弹性阶段）栓杆直接传
61、力的弹性阶段 外外力力主主要要是是靠靠螺螺栓栓受受剪剪和和孔孔壁壁受受挤挤压压传传递递，曲曲线线上上升升，3 3点，螺栓或连接板达到弹性极限。点，螺栓或连接板达到弹性极限。（4 4）弹塑性阶段）弹塑性阶段 在在此此阶阶段段即即使使荷荷载载增增量量很很小小，连连接接的的剪剪切切变变形形迅迅速速加加大，直至连接破坏。大，直至连接破坏。4 4点点-极限荷载。极限荷载。受剪螺栓的破坏形式受剪螺栓的破坏形式 1 1）栓杆被剪断）栓杆被剪断 2 2）钢板被挤压破坏（螺栓承压破坏）钢板被挤压破坏（螺栓承压破坏）3 3）钢板被拉断）钢板被拉断4 4）钢板被剪坏）钢板被剪坏 图图3.53 3.53 抗剪螺栓连接
62、的破坏形式抗剪螺栓连接的破坏形式 针对以上破坏形式，应采取以下措施针对以上破坏形式，应采取以下措施: : 1 1）通过计算保证螺栓抗剪）通过计算保证螺栓抗剪 2 2）通过计算保证螺栓抗挤压）通过计算保证螺栓抗挤压 3 3）通过计算保证板件有足够的拉压强度）通过计算保证板件有足够的拉压强度 4 4）螺栓端距）螺栓端距2 2d d 0 0 避免钢板被拉豁避免钢板被拉豁抗剪承载力设计值抗剪承载力设计值nv -受剪面数目受剪面数目, 单剪单剪nv =1.0 , 双剪双剪nv=2.0 , 四剪四剪nv=4.0 。d -螺栓杆直径螺栓杆直径 。NN2 2、单个普通螺栓抗剪连接的承载力、单个普通螺栓抗剪连接
63、的承载力N/2NN/2图图3.60 3.60 抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接 单个螺栓承载力设计值单个螺栓承载力设计值承压承载力设计值承压承载力设计值t -同一受力方向承压板同一受力方向承压板 较小总厚度。较小总厚度。N/2N/2N图图3.61 3.61 螺栓承压螺栓承压 单个螺栓所受的力单个螺栓所受的力N1时，对承载力进行修正：时，对承载力进行修正：所需螺栓数所需螺栓数n:n:3 3、普通螺栓群抗剪连接、普通螺栓群抗剪连接普通螺栓群轴心受剪普通螺栓群轴心受剪图图3.55 3.55 长接头螺栓的内力分布长接头螺栓的内力分布 普普通通螺螺栓栓群群轴轴心心受受剪剪的的计计算算流流程程 例例 3.9(P5
64、33.9(P53页页) )设计两块钢板用普通螺栓的盖板拼接设计两块钢板用普通螺栓的盖板拼接( (图图3.60)3.60)。已知轴心拉力的设计值。已知轴心拉力的设计值N=325=325kN，钢材为，钢材为Q235AQ235A，螺栓，螺栓直径直径d d=20mm=20mm（粗制螺栓）。（粗制螺栓）。图图3.3.5858 例例3.3.9 9 图图受剪承载力设计值受剪承载力设计值承压承载力设计值承压承载力设计值一侧所需螺栓数一侧所需螺栓数n:n:取取8 8个。个。 解解 ：假定：假定：板件绝对刚性；板件绝对刚性；螺栓弹性；螺栓弹性； 扭矩作用下螺栓受力与螺栓到旋转中心距离成正比。扭矩作用下螺栓受力与螺
65、栓到旋转中心距离成正比。V=F (V=F (剪力剪力) )T=Fe (T=Fe (扭矩扭矩) )满足满足: :普通螺栓群偏心受剪普通螺栓群偏心受剪图图3.3.5757 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪a) a) 计算计算T T作用下单个螺栓受力作用下单个螺栓受力(N(N1 1= =? ?) )图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(c)(c)图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(c)(c)图图3.61(c)3.61(c)螺栓螺栓1 1所承受的力为：所承受的力为：图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(c)(c)受力最大的螺栓受力最大的螺栓1 1所承受的力
66、为：所承受的力为：其分力为：其分力为：c) c) 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪: :b) b) 剪力剪力V V作用下：作用下：图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(b)(b)图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(d)(d) 螺栓群偏心受剪时螺栓群偏心受剪时, ,受力最大受力最大的螺栓的螺栓1 1所受的合力为所受的合力为: :图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(e)(e)图图3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(b)(b)(1)(1)当当x 3y时时, , yi i=0=0(2)(2)当当y 3x时时, , xi i=0=0 普普通通
67、螺螺栓栓群群偏偏心心受受剪剪的的计计算算流流程程 例例 3.63.6（P54P54页）页） 设计图设计图3.62 3.62 所示的普通螺栓拼接。柱翼所示的普通螺栓拼接。柱翼缘厚度为缘厚度为10mm,10mm,连接板厚度为连接板厚度为8mm,8mm,钢材为钢材为Q235B,Q235B,荷载设计值为荷载设计值为F=150=150kN, ,偏心距为偏心距为e e=250mm, =250mm, 粗制螺栓粗制螺栓M22M22。图图3.65 3.65 例例3.63.6图图 解解 ：将力向形心简化将力向形心简化扭矩作用下扭矩作用下1 1号螺栓受力号螺栓受力剪力作用下剪力作用下1 1号螺栓受力号螺栓受力1 1
68、号螺栓受力号螺栓受力承载力验算承载力验算工作性能工作性能: 连接角钢刚度大连接角钢刚度大时时 连接角钢刚度小时连接角钢刚度小时设计时不计算撬力，降低螺栓的强度。设计时不计算撬力，降低螺栓的强度。 3.7.2 普通螺栓的抗拉连接普通螺栓的抗拉连接图图3.66 3.66 受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力图图3.67 T3.67 T形连接中螺栓受拉形连接中螺栓受拉取取(a(a) )(b(b) )d de e螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； 螺栓抗拉强度设计值螺栓抗拉强度设计值; ;有效有效直径直径净直径净直径平均平均直径直径最大最大直径直径A Ae e螺栓的有效面积。螺栓的有效面积。1 1、单个普通螺栓
69、的抗拉连接、单个普通螺栓的抗拉连接图图3.68 3.68 螺栓杆直径螺栓杆直径 n 螺栓数目。螺栓数目。2 2、普通螺栓群轴心受拉、普通螺栓群轴心受拉(a)(a)(b(b) )图图3.69 3.69 螺栓群承受轴心拉力螺栓群承受轴心拉力假设：螺栓受力与到旋转中心距离成正比假设：螺栓受力与到旋转中心距离成正比3 3、普通螺栓群弯矩受拉、普通螺栓群弯矩受拉(a)(a)(b)(b)(c)(c)(d)(d)图图3.3.6363 普通螺栓弯矩受拉普通螺栓弯矩受拉图图3.70 3.70 普通螺栓弯矩受拉普通螺栓弯矩受拉(e)(e) 例例 3.73.7牛腿用牛腿用C C级普通螺栓以及承托与柱连接，如图级普通
70、螺栓以及承托与柱连接，如图3.68 3.68 ，承受竖向荷载（设计值）承受竖向荷载（设计值）F=200=200kN，偏心距为，偏心距为e e=200mm=200mm。试设计。试设计其螺栓连接。已知构件和螺栓均用其螺栓连接。已知构件和螺栓均用Q235Q235钢材，螺栓为钢材，螺栓为M20M20，孔径，孔径21.5mm21.5mm。图图3.71 3.71 例例3.73.7图图 承托传递全部剪力承托传递全部剪力V,V,弯矩由螺栓连接传递弯矩由螺栓连接传递查表查表,M20,M20（AeAe=245mm=245mm2 2）单个螺栓最大拉力单个螺栓最大拉力 解解 ：单个螺栓的抗拉承载力设计值单个螺栓的抗拉
71、承载力设计值满足要求满足要求. .大小偏心判别4 4、普通螺栓群偏心受拉、普通螺栓群偏心受拉根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉.图图3.72 3.72 螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉、小偏心受拉、小偏心受拉、大偏心受拉、大偏心受拉 例例 3.83.8 设图设图3.703.70为一刚接屋架支座节点，竖向力由承托承受为一刚接屋架支座节点，竖向力由承托承受。螺栓为。螺栓为C C级，只承受偏心拉力。设级，只承受偏心拉力。设N=250=250kN，e e=100mm=100mm。螺栓。螺栓布置如图布置如图3.70(a)3.70(a)所示。所示。图图
72、3.73 3.73 例例3.83.8、例、例3.93.9图图螺栓有效截面的核心距：螺栓有效截面的核心距：即偏心力作用在核心距以内，属小偏心受拉即偏心力作用在核心距以内，属小偏心受拉 图图3.70(c).3.70(c). 解解 ：需要的有效面积需要的有效面积：采用采用M20M20螺栓螺栓: : 例例3.93.9 同例同例3.83.8题，但取题，但取e e200mm200mm。 由于由于e e200mm200mm117mm117mm，应按大偏心受拉计算螺栓的最，应按大偏心受拉计算螺栓的最大拉力。假设螺栓直径为大拉力。假设螺栓直径为M22( M22( Ae e=303mm=303mm2 2),),并
73、假定中和并假定中和轴在上面第一排螺栓处，则以下螺栓均为受拉螺栓轴在上面第一排螺栓处，则以下螺栓均为受拉螺栓 图图3.70(d).3.70(d).需要的螺栓有效面积：需要的螺栓有效面积： 解解 承压承载力承压承载力3.7.3 普通螺栓受剪力和拉力的联合作用普通螺栓受剪力和拉力的联合作用图图3.74 3.74 螺栓群受剪力和拉力联合作用螺栓群受剪力和拉力联合作用 例例3.103.10设图设图3.723.72为短横梁与柱翼缘的连接，剪力为短横梁与柱翼缘的连接，剪力V=250=250kN，e e=120mm=120mm，螺栓为，螺栓为C C级，梁端竖板下有承托。钢材为级，梁端竖板下有承托。钢材为Q23
74、5BQ235B，手工，手工焊，焊条焊，焊条E43E43型，试按考虑承托传递全部剪力型，试按考虑承托传递全部剪力V以及不承受剪力以及不承受剪力V两种情况设计此连接。两种情况设计此连接。图图3.75 3.75 例例3.1093.109图图1 1、承托传递全部剪力、承托传递全部剪力V, V, 螺栓群受弯矩作用螺栓群受弯矩作用设螺栓为设螺栓为M20M20（A Ae e=245mm=245mm2 2），），n=8n=8（1 1）单个螺栓抗拉承载力）单个螺栓抗拉承载力（2 2）单个螺栓最大拉力）单个螺栓最大拉力（3 3）承托焊缝验算）承托焊缝验算 hf f =10mm=10mm 解解 ：（2 2）一个螺栓
75、受力）一个螺栓受力（1 1）一个螺栓承载力）一个螺栓承载力2 2、不考虑承托传递剪力、不考虑承托传递剪力V V（3 3）剪力和拉力联合作用下）剪力和拉力联合作用下摩擦型：摩擦型：只靠摩擦阻力传力只靠摩擦阻力传力, ,以剪力达到接触面的摩擦力作为以剪力达到接触面的摩擦力作为 承载力极限状态承载力极限状态设计准则设计准则（0 01 1） 承压型：承压型：以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力 极限状态极限状态设计准则设计准则（0 04 4） 3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算图图3.76 3.76 单个螺栓抗剪试验
76、结果单个螺栓抗剪试验结果 高强度螺栓高强度螺栓 普通螺栓普通螺栓 3.8.1 高强度螺栓连接的工作性能高强度螺栓连接的工作性能N 高强螺栓高强螺栓:分大六角头型和扭剪型两种。分大六角头型和扭剪型两种。P1 1、高强度螺栓的预拉力、高强度螺栓的预拉力图图3.77 3.77 高强度螺栓高强度螺栓(a)(a)大六角头型；大六角头型；(b)(b)扭剪型扭剪型 扭矩法扭矩法 使使用用一一种种能能直直接接显显示示所所施施加加扭扭矩矩大大小小的的定定扭扭扳扳手手，上上紧紧螺螺栓栓分分初初拧拧和和终终拧拧两两个个阶阶段段，初初拧拧扭扭矩矩不不得得小小于于终终拧拧扭扭矩矩的的3030。终拧扭矩由试验测定。终拧扭
77、矩由试验测定。 转角法转角法 初初拧拧后后, , 用用电电动动或或风风动动扳扳手手拧拧螺螺母母1/31/32/32/3圈圈, , 终终拧拧角角度度与板叠厚度和螺栓直径等有关与板叠厚度和螺栓直径等有关, , 可测定。可测定。 扭断螺栓尾部法扭断螺栓尾部法 适适用用扭扭剪剪型型高高强强度度螺螺栓栓。用用特特制制电电动动扳扳手手的的两两个个套套筒筒分分别别套套住住螺螺母母和和螺螺栓栓尾尾部部（正正、反反转转），由由于于螺螺栓栓尾尾部部槽槽口口深深度度是是按按终终拧拧扭扭矩矩和和预预拉拉力力之之间间的的关关系系确确定定，故故所所得得预预拉拉力力值值能能得得到到保证。保证。（1 1）预拉力的控制方法）预
78、拉力的控制方法 Ae e 有效截面面积；有效截面面积；fu u-螺栓材料经热处理后的抗拉强度。螺栓材料经热处理后的抗拉强度。0.90.9、0.90.9、0.90.9材料不均匀性、弥补预拉力损失的超张拉、材料不均匀性、弥补预拉力损失的超张拉、 采用采用fu u作标准值等。作标准值等。1.21.2拧紧螺栓时产生的扭矩将降低栓杆的承载力。拧紧螺栓时产生的扭矩将降低栓杆的承载力。（2 2）预拉力的确定）预拉力的确定表表3.4 3.4 一个高强度螺栓的设计预拉力值一个高强度螺栓的设计预拉力值（kN） 摩摩擦擦面面的的粗粗糙糙程程度度有有关关，即即与与构构件件接接触触面面的的处处理理方方法和钢号有关。法和
79、钢号有关。 抗滑移系数值有随被连接构件接触面的压紧力减小抗滑移系数值有随被连接构件接触面的压紧力减小而降低的现象。而降低的现象。表表3.5 3.5 摩擦面的抗滑移系数值摩擦面的抗滑移系数值2 2、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数（1 1）高强度螺栓摩擦型连接）高强度螺栓摩擦型连接单个螺栓承载力单个螺栓承载力式中式中 0.9 抗力分项系数抗力分项系数 的倒数，的倒数，nf 传力摩擦面数目：单剪传力摩擦面数目：单剪nf f =1, =1, 双剪双剪nf f =2 . =2 . P 一个高强度螺栓的设计预拉力，按表一个高强度螺栓的设计预拉力，按表3.4 3.4 采用；采用；P3
80、 3、高强度螺栓抗剪连接的工作性能、高强度螺栓抗剪连接的工作性能图图3.78 3.78 高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接 摩擦面抗滑移系数，按表摩擦面抗滑移系数，按表3.5 3.5 采用；采用；（2 2）高强度螺栓承压型连接）高强度螺栓承压型连接同普通螺栓的计算同普通螺栓的计算 受剪承载力设计值受剪承载力设计值 承压承载力设计值承压承载力设计值单个螺栓承载力设计值单个螺栓承载力设计值图图3.79 3.79 高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接受拉前：预拉受拉前：预拉力与接触面上力与接触面上的挤压力相平的挤压力相平衡衡 超超张张拉拉实实验验：当当外外拉拉力力超超过过P P时时，螺螺栓
81、栓将将发发生生松松弛弛现现象，即栓杆中的预拉力减小，这对抗剪不利。象，即栓杆中的预拉力减小，这对抗剪不利。外拉力外拉力0.8P,0.8P,无松弛现象无松弛现象4 4、高强度螺栓抗拉连接的工作性能、高强度螺栓抗拉连接的工作性能图图3.80 3.80 高强度螺栓受拉高强度螺栓受拉规范规范：施加于栓杆上的外拉力不得大于：施加于栓杆上的外拉力不得大于0.8P,0.8P,即即抗拉承载力设计值抗拉承载力设计值(b)(b)(a)(a)(c)(c)图图3.81 3.81 高强度螺栓群受拉高强度螺栓群受拉（1）高强度螺栓）高强度螺栓摩擦型连接摩擦型连接（2）高强度螺栓）高强度螺栓承压型连接承压型连接5 5、高强
82、度螺栓同时承受剪力和外拉力连接的工作性能、高强度螺栓同时承受剪力和外拉力连接的工作性能螺栓的抗剪承载力设计值为螺栓的抗剪承载力设计值为仍采用原抗滑移系数，仍采用原抗滑移系数，则适当增加则适当增加来弥补来弥补单个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力：单个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力：(1) (1) 高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接受拉后，连接板间的挤压力减小，受拉后，连接板间的挤压力减小，除此之外，拉力应满足除此之外，拉力应满足(2) (2) 高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接同普通螺栓的计算同普通螺栓的计算图图3.82 3.82 高强度螺栓群受剪高强度螺栓群受剪 力和拉力联合作用力和拉力联合
83、作用1.21.2折减系数。由于外拉力将减折减系数。由于外拉力将减 小被连接构件间预压力，因小被连接构件间预压力，因 而构件材料的承压强度设计而构件材料的承压强度设计 值随之降低。值随之降低。剪拉受拉承压型高强受剪剪拉受拉摩擦型高强受剪剪拉受拉普通螺栓受剪同普通螺栓，只需用高强度螺栓承载力代替普通螺栓承载力。同普通螺栓，只需用高强度螺栓承载力代替普通螺栓承载力。3.8.2 高强度螺栓群的抗剪计算高强度螺栓群的抗剪计算 例例3.113.11试设计一双盖板拼接的钢板连接。钢材试设计一双盖板拼接的钢板连接。钢材Q235BQ235B，高，高强度螺栓为强度螺栓为8.88.8级的级的M20M20，连接处构件
84、接触面用喷砂处理，作，连接处构件接触面用喷砂处理，作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N=180kNN=180kN，试设计此连，试设计此连接。接。 解解 ： （1 1）采用摩擦型连接时）采用摩擦型连接时 查得查得8.88.8级，级，M2020高强螺栓高强螺栓P=125kN=125kN，=0.45=0.45 单个螺栓承载力设计值：单个螺栓承载力设计值：一侧所需螺栓数一侧所需螺栓数n: :取取9 9个，见图个，见图3.783.78右边所示。右边所示。图图3.83 3.83 例例3.113.11图图（2 2）采用承压型连接时）采用承压型连接时单个螺栓承载力设计值：单个螺
85、栓承载力设计值：一侧所需螺栓数一侧所需螺栓数n: :取取6 6个，见图个，见图3.783.78左边所示。左边所示。计算方法同普通螺栓计算方法同普通螺栓3.8.3 高强度螺栓群的抗拉计算高强度螺栓群的抗拉计算（1 1）轴心力作用时）轴心力作用时(b)(b)(a)(a)(c)(c)图图3.84 3.84 高强度螺栓群受拉高强度螺栓群受拉在在M M作用下，中和轴在螺栓群中心处。作用下，中和轴在螺栓群中心处。（2 2）高强度螺栓群弯矩受拉）高强度螺栓群弯矩受拉图图3.85 3.85 承受弯矩的高强度螺栓连接承受弯矩的高强度螺栓连接N0.8P, N0.8P, 连接板件间接触面始终压的很紧连接板件间接触面
86、始终压的很紧, ,按小偏心受拉计算。按小偏心受拉计算。（3 3）高强度螺栓群偏心受拉）高强度螺栓群偏心受拉（4 4）高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用）高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力的共同作用a) a) 高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接 分开算，先受拉再受剪分开算，先受拉再受剪单个螺栓拉力应满足：单个螺栓抗剪承载力：螺栓群抗剪承载力：图图3.86 3.86 摩擦型连接高强度螺栓的应力摩擦型连接高强度螺栓的应力b) b) 高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接 例例3.123.12 图图3.813.81所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构件的钢所示高强度螺栓摩擦型连接，被连接构
87、件的钢材为材为Q235BQ235B。螺栓为。螺栓为10.910.9级，直径级，直径20mm20mm，接触面采用喷砂处理；，接触面采用喷砂处理；图中内力均为设计值，试验算此连接的承载力。图中内力均为设计值，试验算此连接的承载力。图图3.87 3.87 例例3.123.12图图 解解 ：由表由表3.93.9和表和表3.83.8查得抗滑移系数查得抗滑移系数=0.45=0.45，预拉力，预拉力P P=155kN=155kN 。单个螺栓的最大拉力为：单个螺栓的最大拉力为： 连接的受剪承载力设计值应按下式计算：连接的受剪承载力设计值应按下式计算： 按比例关系可求得按比例关系可求得 ：故有：故有： 验算受剪承载力设计值验算受剪承载力设计值 ：3.9 混合连接混合连接 在在一一个个连连接接接接头头中中，同同时时采采用用两两种种连连接接方方式式时时，这种连接就称为混合连接。这种连接就称为混合连接。图图3.88 3.88 混合连接混合连接(a)(a)高强度螺栓与角焊缝；高强度螺栓与角焊缝；(b)(b)高强度螺栓与对接焊缝高强度螺栓与对接焊缝
