哈工大鋼結(jié)構(gòu)PPT課件

1、 （1）焊縫出現(xiàn)不均勻溫度場(chǎng) 焊縫附近溫度最高，可高達(dá)1600度以上 在焊縫區(qū)以外，溫度則急劇下降第1頁(yè)/共95頁(yè)（2）焊縫區(qū)受熱而縱向膨脹，但這種膨脹因變形的平）焊縫區(qū)受熱而縱向膨脹，但這種膨脹因變形的平截面規(guī)律截面規(guī)律(變形前的平截面，變形后仍保持平面變形前的平截面，變形后仍保持平面)而受到其相而受到其相鄰較低溫度區(qū)的約束，使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向壓應(yīng)力。鄰較低溫度區(qū)的約束，使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向壓應(yīng)力。熱應(yīng)力互相阻礙熱應(yīng)力互相阻礙第2頁(yè)/共95頁(yè)（3）由于鋼材在）由于鋼材在600以上時(shí)呈塑性狀態(tài)以上時(shí)呈塑性狀態(tài)(熱塑性狀熱塑性狀 態(tài)態(tài))，因而高溫區(qū)的這種壓應(yīng)力使焊縫區(qū)的鋼材產(chǎn)生，因而高溫區(qū)的這種壓應(yīng)力

2、使焊縫區(qū)的鋼材產(chǎn)生塑性壓縮變形，塑性變形當(dāng)溫度下降、壓應(yīng)力消失塑性壓縮變形，塑性變形當(dāng)溫度下降、壓應(yīng)力消失時(shí)不能恢復(fù)時(shí)不能恢復(fù)應(yīng)力當(dāng)焊件完全冷卻后仍殘留在焊縫區(qū)鋼材內(nèi)，故名應(yīng)力當(dāng)焊件完全冷卻后仍殘留在焊縫區(qū)鋼材內(nèi)，故名焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力。Q235鋼等低合金鋼焊接后的殘余拉應(yīng)力?？筛哌_(dá)其屈鋼等低合金鋼焊接后的殘余拉應(yīng)力常可高達(dá)其屈服點(diǎn)。服點(diǎn)。殘余應(yīng)力是構(gòu)件未受荷載作用而早已殘留在構(gòu)件截面殘余應(yīng)力是構(gòu)件未受荷載作用而早已殘留在構(gòu)件截面內(nèi)的應(yīng)力，因而截面上的內(nèi)的應(yīng)力，因而截面上的殘余應(yīng)力自相平衡殘余應(yīng)力自相平衡。第3頁(yè)/共95頁(yè)（1）縱向焊接應(yīng)力 3. 分類 縱向焊接應(yīng)力 橫向焊接應(yīng)力 沿厚度

3、方向的焊接應(yīng)力 （2）橫向焊接應(yīng)力第4頁(yè)/共95頁(yè)兩部分組成：兩部分組成： 其一是由焊縫區(qū)的縱向收縮所引起。如把鋼板假想沿焊其一是由焊縫區(qū)的縱向收縮所引起。如把鋼板假想沿焊縫切開(kāi)，由于焊縫的縱向收縮，兩塊鋼板產(chǎn)生如圖縫切開(kāi)，由于焊縫的縱向收縮，兩塊鋼板產(chǎn)生如圖(a)中虛線中虛線所示的彎曲變形。所示的彎曲變形。第5頁(yè)/共95頁(yè)因而可見(jiàn)在焊縫長(zhǎng)度的中間部分必然產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，因而可見(jiàn)在焊縫長(zhǎng)度的中間部分必然產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而在焊縫的兩瑞則產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，應(yīng)力分布如圖而在焊縫的兩瑞則產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，應(yīng)力分布如圖(b)所示。所示。第6頁(yè)/共95頁(yè)其二是由焊縫的橫向收縮所引起。施焊時(shí)，焊縫的形成有其二是

4、由焊縫的橫向收縮所引起。施焊時(shí)，焊縫的形成有先有后，先焊的部分先冷卻，先冷卻的焊縫區(qū)限制了后冷卻焊先有后，先焊的部分先冷卻，先冷卻的焊縫區(qū)限制了后冷卻焊縫區(qū)的橫向收縮，使產(chǎn)生橫向焊接殘余應(yīng)力如圖縫區(qū)的橫向收縮，使產(chǎn)生橫向焊接殘余應(yīng)力如圖(c)所示。所示。第7頁(yè)/共95頁(yè)最后的橫向焊接殘余應(yīng)力當(dāng)為兩者即圖最后的橫向焊接殘余應(yīng)力當(dāng)為兩者即圖(b)和圖和圖(c)的疊加，的疊加，如圖如圖(d)所示。所示。第8頁(yè)/共95頁(yè)第9頁(yè)/共95頁(yè)（3）厚度方向的焊接應(yīng)力第10頁(yè)/共95頁(yè)1. 焊接不均勻的加熱 焊接區(qū)產(chǎn)生熱塑性壓縮變形 冷卻時(shí)焊接區(qū)要在縱向和橫向收縮 構(gòu)件產(chǎn)生局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)2. 焊接

5、殘余變形 縱、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等焊接后殘余在結(jié)構(gòu)的變形叫做焊接殘余變形。第11頁(yè)/共95頁(yè)縱向收縮變形和橫向收縮變形第12頁(yè)/共95頁(yè)焊縫縱向收縮所引起的彎曲變形焊縫橫向收縮所引起的角變形第13頁(yè)/共95頁(yè) 減小鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余變形是設(shè)計(jì)和施工制造時(shí)必須共同考慮的問(wèn)題，必須從設(shè)計(jì)和工藝兩方面來(lái)解決。波浪式變形波浪式變形扭曲變形扭曲變形第14頁(yè)/共95頁(yè)后冷處形成殘余拉應(yīng)力后冷處形成殘余拉應(yīng)力后冷處形成收縮變形后冷處形成收縮變形第15頁(yè)/共95頁(yè)1. 對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響 第16頁(yè)/共95頁(yè)焊接應(yīng)力自相平衡受拉區(qū)應(yīng)力面積At受壓區(qū)應(yīng)力面積Ac即At=Ac=btfy。截面達(dá)到屈

6、服點(diǎn)fy時(shí)所承受的外力 ()ycyyNABb tfBtf焊接應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度2. 對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響 焊接應(yīng)力降低結(jié)構(gòu)的剛度。 殘余應(yīng)力的拉桿的抗拉剛度為 （B-b）tE， 而無(wú)殘余應(yīng)力的相同截面的拉桿的抗拉剛度為 BtE3. 殘余應(yīng)力影響壓桿穩(wěn)定性 有效面積、有效慣性矩第17頁(yè)/共95頁(yè)4. 對(duì)低溫冷脆的影響 焊接殘余應(yīng)力對(duì)低溫冷脆影響 厚板和具有嚴(yán)重缺陷的焊縫中， 以及在交叉焊縫的情況下，產(chǎn)生了阻礙塑性變形 的三軸拉應(yīng)力，使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展。 第18頁(yè)/共95頁(yè)5. 對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 在焊縫及其附近的主體金屬殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材屈服點(diǎn)，此部位正是形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域。因此

7、，焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯不利影響。 多軸殘余效應(yīng)力將進(jìn)一步降低疲勞應(yīng)力. 構(gòu)件安裝困難 矯正 影響尺寸和外形 初偏心 初彎曲 可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力 附加內(nèi)力第19頁(yè)/共95頁(yè)（1）合理的選擇焊縫的尺寸和形式滿足最小焊腳尺寸的條件下，一般用較小的滿足最小焊腳尺寸的條件下，一般用較小的hf加大加大焊縫長(zhǎng)度。焊縫長(zhǎng)度。不要因考慮不要因考慮“安全安全”而任意加大超過(guò)計(jì)算所需要的而任意加大超過(guò)計(jì)算所需要的焊縫尺寸。焊縫尺寸。 （2）盡可能能減少不必要的焊縫 采用薄板，不適當(dāng)?shù)卮罅坎捎眉觿爬?，不但增加了裝配和焊接的工作量，易引起大的焊接變形。第20頁(yè)/共95頁(yè)（3）合理地安排焊縫的位置安排焊

8、縫時(shí)盡可能對(duì)稱于截面中性軸，（4 4）盡量避免焊縫的過(guò)分集中和交叉。焊縫不宜過(guò)分集中并盡量對(duì)稱布置焊縫以消除焊接殘余變形和盡量避免三向焊縫相交。 三向焊縫相交時(shí)，中斷次要焊縫使主要焊縫保持連續(xù)第21頁(yè)/共95頁(yè)第22頁(yè)/共95頁(yè)（5）盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力。 （6）肋板不宜帶銳角 焊縫不宜過(guò)分集中 板寬不同 避免仰焊第23頁(yè)/共95頁(yè)（1 1）采用合理的焊接順序和方向。 先焊收縮量較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫，先焊錯(cuò)開(kāi)的短焊縫，后焊直通的長(zhǎng)焊縫，使焊縫有較大的橫向收縮余地。第24頁(yè)/共95頁(yè) 采用適當(dāng)?shù)暮附禹樞蚝头较颉＠绮捎脤?duì)稱焊，分段退焊(即分段焊接，每段施焊方向與焊接推進(jìn)的

9、總方向相反)、跳焊、多層多道焊等，使各次焊接的殘余應(yīng)力和變形的方向相反和互相抵消。第25頁(yè)/共95頁(yè)（3）錘擊或輾壓焊縫（4）對(duì)于小尺寸焊件，焊前預(yù)熱，或焊后回火加熱至600左右，然后緩慢冷卻，可以消除焊接應(yīng)力和焊接變形。（2）采用反變形法減小焊接變形或焊接應(yīng)力。 （5）局部加熱（6）退火法 第26頁(yè)/共95頁(yè) 螺栓在構(gòu)件上的排列應(yīng)滿足受力、構(gòu)造和施工要求： （1）受力要求 （2）構(gòu)造要求 （3）施工要求 第27頁(yè)/共95頁(yè)l1（1）受力要求：端距與栓距過(guò)大過(guò)小都不好，受壓時(shí)栓距過(guò)大板件易發(fā)生凸曲，且螺栓易受力不均勻，受拉時(shí)端距或栓距過(guò)小板件易剪切破壞。（2）構(gòu)造要求：栓距過(guò)大則構(gòu)件接觸面不夠

10、緊密，潮氣易于侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。（3）施工要求：保證一定空間轉(zhuǎn)動(dòng)扳手。螺栓和鉚釘?shù)淖畲?、最小容許距離查表確定。螺栓和鉚釘?shù)淖畲?、最小容許距離查表確定。第28頁(yè)/共95頁(yè)第29頁(yè)/共95頁(yè)（1）為了使連接可靠，每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不宜少于兩個(gè)。（2）對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽或其他防止螺帽松動(dòng)的有效措施。彈簧墊圈（3）由于C級(jí)螺栓與孔壁有較大間隙，只宜用于沿其桿軸方向受拉的連接。承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接中，也可用C級(jí)螺栓受剪。（4）沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板（法蘭板） 加肋板 減少撬力 加強(qiáng)剛度第

11、30頁(yè)/共95頁(yè)按受力情況可分為三類： 螺栓只承受剪力；螺栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力作用。1. 四個(gè)階段：（1）摩擦傳力的 彈性階段 （2）滑移階段 （3）栓桿傳力彈 性階段（4）彈塑性階段第31頁(yè)/共95頁(yè)注意受剪螺栓與受拉螺栓的區(qū)別：螺栓受拉螺栓受拉且受剪螺栓受剪第32頁(yè)/共95頁(yè)2. 抗剪螺栓連接根據(jù)被連接鋼板的組合情況，通常有單剪抗剪螺栓連接根據(jù)被連接鋼板的組合情況，通常有單剪和雙剪兩種受力型式。和雙剪兩種受力型式。(1)當(dāng)螺栓直徑較細(xì)而被連接鋼材較厚時(shí)，可能發(fā)生螺栓當(dāng)螺栓直徑較細(xì)而被連接鋼材較厚時(shí)，可能發(fā)生螺栓桿剪切破壞。桿剪切破壞。3. 破壞形式第33頁(yè)/共95頁(yè) (2) 當(dāng)

12、螺栓直徑較粗而被連接鋼材較薄時(shí)，孔壁可能當(dāng)螺栓直徑較粗而被連接鋼材較薄時(shí)，孔壁可能在螺栓桿局部承壓或擠壓下產(chǎn)生較大擠壓應(yīng)力和塑性變?cè)诼菟U局部承壓或擠壓下產(chǎn)生較大擠壓應(yīng)力和塑性變形，最終導(dǎo)致螺栓孔拉長(zhǎng)，稱為擠壓破壞。形，最終導(dǎo)致螺栓孔拉長(zhǎng)，稱為擠壓破壞。 (3) 當(dāng)螺栓孔距板端距離較小時(shí)，導(dǎo)致板端沿最大剪當(dāng)螺栓孔距板端距離較小時(shí)，導(dǎo)致板端沿最大剪應(yīng)力方向剪斷。稱為沖剪破壞。應(yīng)力方向剪斷。稱為沖剪破壞。 (4) 當(dāng)構(gòu)件開(kāi)孔較多使截面削弱較大時(shí)，可能發(fā)生構(gòu)件當(dāng)構(gòu)件開(kāi)孔較多使截面削弱較大時(shí)，可能發(fā)生構(gòu)件沿凈截面的強(qiáng)度破壞。沿凈截面的強(qiáng)度破壞。第34頁(yè)/共95頁(yè)破壞形式有：栓桿直徑較小，板件較厚時(shí)，栓

13、桿被剪斷；當(dāng)栓桿直徑較大，板件較薄時(shí)，板件可能先被擠壞，栓桿和板件擠壓是相對(duì)的，叫做螺栓承壓破壞；端距太小，端距范圍內(nèi)的板件有可能被栓桿沖剪破壞；板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉斷。第35頁(yè)/共95頁(yè)通常情況下，采用構(gòu)造措施避免端板被剪壞。構(gòu)造措施通常情況下，采用構(gòu)造措施避免端板被剪壞。構(gòu)造措施如下：如下：螺栓孔端距滿足螺栓孔端距滿足l12d0，以免板端被剪壞。，以免板端被剪壞。對(duì)抗剪普通螺栓連接一般應(yīng)計(jì)算對(duì)抗剪普通螺栓連接一般應(yīng)計(jì)算a. 螺栓桿抗剪強(qiáng)度螺栓桿抗剪強(qiáng)度 b. 孔壁承壓強(qiáng)度孔壁承壓強(qiáng)度 c. 驗(yàn)算構(gòu)件的凈截驗(yàn)算構(gòu)件的凈截面強(qiáng)度面強(qiáng)度第36頁(yè)/共95頁(yè)計(jì)算假定： 栓桿受剪計(jì)算時(shí)，螺栓

14、受剪面上的剪應(yīng)力是均勻分布； 孔壁承壓計(jì)算時(shí)，擠壓力沿栓桿直徑平面均勻分布。 第37頁(yè)/共95頁(yè)2()4bbvvvNndfbbccNdt fminmin(,)bbbvvcNNN一個(gè)抗剪普通螺栓的承載力設(shè)計(jì)值一個(gè)抗剪普通螺栓的承載力設(shè)計(jì)值Nvbmin應(yīng)按抗剪承載應(yīng)按抗剪承載力設(shè)計(jì)值力設(shè)計(jì)值Nvb和承壓承載力設(shè)計(jì)值和承壓承載力設(shè)計(jì)值Ncb的較小值采用，即：的較小值采用，即：受剪承載力設(shè)計(jì)值： 承壓承載力設(shè)計(jì)值： 第38頁(yè)/共95頁(yè)其中螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值其中螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fvb只取決于螺栓鋼材，一般只取決于螺栓鋼材，一般用用Q235鋼鋼孔壁承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值孔壁承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fcb只取決于構(gòu)件鋼

15、材，其值按螺只取決于構(gòu)件鋼材，其值按螺栓端距等于栓端距等于2倍孔徑倍孔徑(構(gòu)造要求最小值構(gòu)造要求最小值)控制確定控制確定 式中式中:nv螺栓受剪面數(shù)目取螺栓受剪面數(shù)目取nv1(單剪單剪)或或 2(雙剪雙剪)； t 同一受力方向承壓構(gòu)件的較小總厚度，單剪時(shí)同一受力方向承壓構(gòu)件的較小總厚度，單剪時(shí)取取min(t1，t2)，雙剪時(shí)取，雙剪時(shí)取min(2t1，t2)。 minmin(,)bbbvvcNNN每個(gè)螺栓所受的實(shí)際剪力應(yīng)不超過(guò)其抗剪的承載力每個(gè)螺栓所受的實(shí)際剪力應(yīng)不超過(guò)其抗剪的承載力(均均按設(shè)計(jì)值按設(shè)計(jì)值)，即，即Nv Nvbmin。第39頁(yè)/共95頁(yè)1. 普通螺栓群軸心受剪 與側(cè)焊縫的受力相

16、似， 螺栓受力是不均勻的，兩端受力大，中間受力小。1)當(dāng)連接長(zhǎng)度 時(shí)，1015ld第40頁(yè)/共95頁(yè)螺栓數(shù)目的確定： 外力外力N(設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)值)通過(guò)螺栓群形心使螺栓受剪時(shí)，假定所通過(guò)螺栓群形心使螺栓受剪時(shí)，假定所有螺栓受力相等。有螺栓受力相等。l1n =N / Nvb min 桿件在節(jié)點(diǎn)處或拼接每側(cè)的受力螺栓至少用2個(gè)。具體排列應(yīng)符合構(gòu)造要求。所需螺栓數(shù)目為: 假定成立的依據(jù)：只要尺寸l1不是非常非常大，螺栓受力可以通過(guò)內(nèi)力重分布予以調(diào)節(jié)。第41頁(yè)/共95頁(yè)當(dāng)構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處或接頭一側(cè)的螺栓沿受力方向的連接當(dāng)構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處或接頭一側(cè)的螺栓沿受力方向的連接長(zhǎng)度長(zhǎng)度l1太長(zhǎng)時(shí)，各螺栓受力將嚴(yán)重不均勻，即

17、連接兩端的螺太長(zhǎng)時(shí)，各螺栓受力將嚴(yán)重不均勻，即連接兩端的螺栓受力大于中間螺栓而可能首先達(dá)到極限承載力引起破壞。栓受力大于中間螺栓而可能首先達(dá)到極限承載力引起破壞。l1第42頁(yè)/共95頁(yè)2) 當(dāng)當(dāng)l115d0時(shí)（時(shí)（d0為螺栓孔徑），螺栓承裁力設(shè)計(jì)值為螺栓孔徑），螺栓承裁力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式應(yīng)按下式 系數(shù)折減。系數(shù)折減。適用于普通螺栓、高強(qiáng)度螺栓和鉚釘連接。適用于普通螺栓、高強(qiáng)度螺栓和鉚釘連接。101.1150ld0.7l1101.10.7150ldminbNnN第43頁(yè)/共95頁(yè)3)構(gòu)件凈截面強(qiáng)度計(jì)算：構(gòu)件上開(kāi)設(shè)螺栓孔后，應(yīng)驗(yàn)算其凈截面強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)錯(cuò)列排列的螺栓，要考慮板件有兩個(gè)破壞截

18、面。第44頁(yè)/共95頁(yè) 螺栓群承受偏心剪力的情形，剪力F的作用線至螺栓群中心線的距離為e 。 第45頁(yè)/共95頁(yè) (1) 扭矩作用下螺栓群計(jì)算 承受扭矩承受扭矩T，每個(gè)螺栓承，每個(gè)螺栓承受扭矩引起的剪力。受扭矩引起的剪力。假定：假定：a. 被被連接件為絕對(duì)剛性連接件為絕對(duì)剛性;b. 螺栓受力均在彈性階螺栓受力均在彈性階段。段。c. 扭矩使每個(gè)螺栓扭矩使每個(gè)螺栓 i 產(chǎn)生繞螺栓群形心產(chǎn)生繞螺栓群形心o點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的切線點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的切線方向方向(即垂直于該螺栓到即垂直于該螺栓到o點(diǎn)連線的方向點(diǎn)連線的方向)的變形以及相應(yīng)的的變形以及相應(yīng)的剪力剪力Ni，其大小與連線距離，其大小與連線距離 ri 成正比。成正比。

19、第46頁(yè)/共95頁(yè)1212ininNNNNrrrr1 12 2i in nTN rN rN rN r22221111121111inNNNNrrrrrrrr2111niiNrr扭矩平衡條件:第47頁(yè)/共95頁(yè)2111niiNT rr2211niiiT rxy22maxmaxmin1nbiiviNT rxyN 設(shè)計(jì)時(shí)要求最大受力螺栓的剪力不超過(guò)一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：第48頁(yè)/共95頁(yè)(2) 扭矩和剪力共同作用下的螺栓群的計(jì)算第49頁(yè)/共95頁(yè) 豎向剪力Fy假定由全部(n個(gè))螺栓均勻分擔(dān)，每個(gè)螺栓承受的剪力為:222TTiiixiiiiyT yNNrxy22TTiiiyiiiixT xNNrxy

20、TiyNNiyNTixNNiyNNn扭矩產(chǎn)生的剪力：22TNTbiyiyiyNNNNmin(,)bbbvcNNN第50頁(yè)/共95頁(yè)當(dāng)螺栓群為一狹長(zhǎng)形布置時(shí)，例如滿足條件當(dāng)螺栓群為一狹長(zhǎng)形布置時(shí)，例如滿足條件ymax3xmax時(shí)，為了計(jì)算方便，公式可近似地改寫(xiě)為時(shí)，為了計(jì)算方便，公式可近似地改寫(xiě)為222TiiixiiiT yT yNxyy220TiiyiiT xNxy受力最大的螺栓外，其余螺栓均有潛力。F作用下的螺栓內(nèi)力時(shí)，長(zhǎng)度15d0，也不考慮。第51頁(yè)/共95頁(yè) 1. 翼緣的彎曲，使螺栓受到撬力的附加作用，桿力增加到：Nt=N+Q，式中Q稱為撬力。第52頁(yè)/共95頁(yè)2. 規(guī)范將螺栓的抗拉強(qiáng)度

21、設(shè)計(jì)值降低20%來(lái)考慮撬力影響20.80.8 215170N/mmbtff第53頁(yè)/共95頁(yè) 單個(gè)螺栓的受拉承載力的設(shè)計(jì)值為： 式中Ae為螺栓有效截面積； de為螺紋處的有效直徑1. 栓群軸心受拉 由于垂直于連接板的肋板 剛度很大，螺栓平均受拉。24bbbetettdNA ff式中，Ntb為螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值。此時(shí)所需螺栓數(shù)目n的計(jì)算公式為：btNnN第54頁(yè)/共95頁(yè)圖示圖示T形連接件與大梁下翼緣的螺拴連接，當(dāng)荷載形連接件與大梁下翼緣的螺拴連接，當(dāng)荷載N(即即圖中的圖中的2F)的作用線通過(guò)螺栓群的形心時(shí)，的作用線通過(guò)螺栓群的形心時(shí)，每個(gè)螺栓均勻軸心受拉。每個(gè)螺栓均勻軸心受拉。第55頁(yè)/共9

22、5頁(yè)式中，Ntb為螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值。此時(shí)所需螺栓數(shù)目此時(shí)所需螺栓數(shù)目n的計(jì)算公式為：的計(jì)算公式為：btNnN第56頁(yè)/共95頁(yè)2. 栓群承受彎矩作用 基本假定 (1)被連接件為絕對(duì)剛性; (2)螺栓受力均在彈性階段。 按彈性設(shè)計(jì)法，在彎矩作用下，離中和軸越遠(yuǎn)的螺栓所受拉力越大； 壓力則由部分受壓的端板承受，設(shè)中和軸至端板受壓邊緣的距離為c。第57頁(yè)/共95頁(yè)A. 預(yù)拉力不大，不計(jì)連接板件間預(yù)壓力預(yù)拉力不大，不計(jì)連接板件間預(yù)壓力； B. 梁端剪力梁端剪力V通過(guò)端板與焊接于柱上的通過(guò)端板與焊接于柱上的托板托板端部端部刨平頂刨平頂緊緊傳給柱身；傳給柱身；C. 梁端彎矩梁端彎矩M通過(guò)焊于梁端的端板

23、用粗制螺栓通過(guò)焊于梁端的端板用粗制螺栓(即即C級(jí)螺級(jí)螺栓栓)與柱的翼緣板相連而傳遞。與柱的翼緣板相連而傳遞。第58頁(yè)/共95頁(yè)在彈性分析中假定：在彈性分析中假定： Ni的大小呈線性變化，實(shí)際的大小呈線性變化，實(shí)際計(jì)算時(shí)可近似并偏安全地取中和計(jì)算時(shí)可近似并偏安全地取中和軸位于最下排螺栓軸位于最下排螺栓o處，即認(rèn)為處，即認(rèn)為連接變形為繞連接變形為繞o處水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，處水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺栓拉力與螺栓拉力與o點(diǎn)算起的縱坐標(biāo)點(diǎn)算起的縱坐標(biāo)y成成正比。正比。第59頁(yè)/共95頁(yè) 則 ：螺栓i的拉力為： 設(shè)計(jì)時(shí)要求受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過(guò)一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值：1122/iinnnyNyNyNy112

24、2iinnMN yN yN yN y2(/)iiiNyy2/iiiNMyy211/bitNMyyN列平衡方程如何判斷作用彎矩還是扭矩？m列數(shù)第60頁(yè)/共95頁(yè)3. 栓群偏心受拉 N和M作用。螺栓不受壓（1） 小偏心受拉 （2）大偏心受拉 第61頁(yè)/共95頁(yè)A. 螺栓承受拉力作用，端板與柱有脫開(kāi)（分離）趨勢(shì)B. 軸心力N由各螺栓均勻承受C. M引起以螺栓群形心O為中和軸的三角形分布 上部螺栓受拉，下部螺栓受壓D. 疊加后全部螺栓均受拉 （1）小偏心受拉2max1/bitNN nNeyyN2min1/0iNN nNeyy 可得 時(shí)的偏心距 令 為螺栓有效截面組成的核心距，則當(dāng) 時(shí)為小偏心受拉。mi

25、n0N21/()ieyny 21/() eieWynynAe第62頁(yè)/共95頁(yè)（2）大偏心受拉 近似取中和軸位于最下排螺栓O處21/()ieyny 1122/iinnNyNyNyNy1122iinnNeN yN yN yN y22111112221111211(/) (/) (/) (/) (/ )iniNyyNyyNyyNyyNyy21/iiNNe yy211/bitNNe yyN第63頁(yè)/共95頁(yè) 兩種可能破壞形式：螺栓桿受剪受拉破壞孔壁承壓破壞 第64頁(yè)/共95頁(yè)不用承托螺栓螺栓同時(shí)受剪和受拉同時(shí)受剪和受拉由于未用承托，豎向力由于未用承托，豎向力Ny使連接承受剪力使連接承受剪力VNy第6

26、5頁(yè)/共95頁(yè)vVNn如有軸心外拉力如有軸心外拉力Nx，其使各個(gè)螺栓均勻受拉，每個(gè)承受，其使各個(gè)螺栓均勻受拉，每個(gè)承受拉力拉力Nt=Nx / n。偏心外拉力偏心外拉力Nx或彎矩或彎矩M使各個(gè)螺栓不均勻受拉，應(yīng)求出使各個(gè)螺栓不均勻受拉，應(yīng)求出最大受拉螺栓所受拉力最大受拉螺栓所受拉力Nt。通常假定剪力由全部螺栓均勻分擔(dān)，則每個(gè)螺栓所承受通常假定剪力由全部螺栓均勻分擔(dān)，則每個(gè)螺栓所承受的剪力為：的剪力為：第66頁(yè)/共95頁(yè)應(yīng)驗(yàn)算最大受力螺栓同時(shí)承受剪力應(yīng)驗(yàn)算最大受力螺栓同時(shí)承受剪力Nv和拉力和拉力Nt時(shí)滿足時(shí)滿足強(qiáng)度要求。強(qiáng)度要求。其中其中Nv引起螺栓桿受剪和螺栓桿與構(gòu)件孔壁間承壓，引起螺栓桿受剪和

27、螺栓桿與構(gòu)件孔壁間承壓，Nt引起螺栓桿受拉。應(yīng)同時(shí)滿足下列兩個(gè)驗(yàn)算公式：引起螺栓桿受拉。應(yīng)同時(shí)滿足下列兩個(gè)驗(yàn)算公式：221vtbbvtNNNNbvcNN螺栓受拉受剪的相關(guān)方程規(guī)范規(guī)定第67頁(yè)/共95頁(yè) 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，把Nv / Nvb和Nt / Ntb的相關(guān)關(guān)系近似地用一圓曲線表示的經(jīng)驗(yàn)公式。C級(jí)普通螺栓的抗剪性能較差，除剪力較小的情況外，應(yīng)級(jí)普通螺栓的抗剪性能較差，除剪力較小的情況外，應(yīng)盡量設(shè)置承托來(lái)承受剪力盡量設(shè)置承托來(lái)承受剪力V。Nv / NvbNt / Ntb11第68頁(yè)/共95頁(yè) 1. 普通和高強(qiáng)度螺栓主要區(qū)別 2. 高強(qiáng)度螺栓分類摩擦型承壓型 第69頁(yè)/共95頁(yè)螺栓本身、螺母和墊圈

28、均采用高強(qiáng)度鋼材，再經(jīng)熱處螺栓本身、螺母和墊圈均采用高強(qiáng)度鋼材，再經(jīng)熱處理以進(jìn)一步提高強(qiáng)度；理以進(jìn)一步提高強(qiáng)度；目前我國(guó)采用目前我國(guó)采用8.8和和10.9兩種強(qiáng)度性能等級(jí)；兩種強(qiáng)度性能等級(jí)；其中整數(shù)部分其中整數(shù)部分“8”或或“10”表示螺栓經(jīng)熱處理后的最低表示螺栓經(jīng)熱處理后的最低抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度f(wàn)u屬于屬于800Nmm2(實(shí)際為實(shí)際為830Nmm2)或或1000Nmm2(實(shí)際為實(shí)際為1040 N mm2)這一級(jí)；這一級(jí)；小數(shù)點(diǎn)和后面數(shù)字一起即小數(shù)點(diǎn)和后面數(shù)字一起即“.8”或或“.9”表示螺栓經(jīng)熱處表示螺栓經(jīng)熱處理后的屈強(qiáng)比理后的屈強(qiáng)比f(wàn)yf ；8.8級(jí)和級(jí)和10.9級(jí)螺栓經(jīng)熱處理后的最低屈服強(qiáng)

29、度級(jí)螺栓經(jīng)熱處理后的最低屈服強(qiáng)度0.8830660Nmm2和和0.91040940Nmm2。第70頁(yè)/共95頁(yè)8.8級(jí)螺栓常用級(jí)螺栓常用45號(hào)鋼或號(hào)鋼或35號(hào)鋼；號(hào)鋼；10.9級(jí)螺栓常用級(jí)螺栓常用20MnTiB 鋼、鋼、40B(40硼硼 )鋼或鋼或35VB(35釩硼釩硼)鋼；而其螺母常用鋼；而其螺母常用45號(hào)鋼、號(hào)鋼、35號(hào)鋼或號(hào)鋼或15MnVB(15錳釩錳釩硼硼)鋼；鋼；墊圈常用墊圈常用45號(hào)鋼或號(hào)鋼或35號(hào)鋼；螺栓、螺母和墊圈制成品號(hào)鋼；螺栓、螺母和墊圈制成品均經(jīng)熱處理以達(dá)到規(guī)定指標(biāo)要求；均經(jīng)熱處理以達(dá)到規(guī)定指標(biāo)要求；45號(hào)鋼和號(hào)鋼和40B鋼制成的較大直徑螺栓的熱處理淬透性鋼制成的較大直徑

30、螺栓的熱處理淬透性較差，只用在較差，只用在d24mm的螺栓。的螺栓。第71頁(yè)/共95頁(yè)第72頁(yè)/共95頁(yè)3. 高強(qiáng)度螺栓的抗剪性能 較大的預(yù)拉力，板疊有很大的預(yù)壓力； 當(dāng)連接受剪時(shí)，依靠摩擦力傳力的螺栓的抗剪承載力可達(dá)1點(diǎn)。通過(guò)1點(diǎn)后，產(chǎn)生滑移，栓桿與孔壁接觸，連接 又可繼續(xù)承載直到破壞； 連接承載力用到1點(diǎn)，高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接； 連接承載力用到4點(diǎn)，高強(qiáng)度螺栓承壓型連接。第73頁(yè)/共95頁(yè)(1) 摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接：受剪時(shí)以外剪力達(dá)到扳件接觸面間由螺栓擰緊力受剪時(shí)以外剪力達(dá)到扳件接觸面間由螺栓擰緊力(使板件使板件壓緊壓緊)所提供的可能最大摩擦力為極限狀態(tài)，保證外剪力不超所提供的可能最大摩

31、擦力為極限狀態(tài)，保證外剪力不超過(guò)最大摩擦力；過(guò)最大摩擦力；(2) 承壓型高強(qiáng)度螺栓連接：承壓型高強(qiáng)度螺栓連接：以桿身剪切或孔壁承壓破壞，即達(dá)到連接的最大承載力，以桿身剪切或孔壁承壓破壞，即達(dá)到連接的最大承載力，作為連接受剪的極限狀態(tài)。作為連接受剪的極限狀態(tài)。第74頁(yè)/共95頁(yè)A.承受外拉力前，螺桿中有P，板層之間壓力C，而P與C平衡B.外拉力Nt，螺桿拉力增加，板件拉松，C減少；C.計(jì)算表明，Nt為預(yù)拉力P的80%時(shí)，螺桿內(nèi)拉力增加很少，基本不變；D.外加拉力大于螺桿預(yù)拉力，卸荷后螺桿中的預(yù)拉力會(huì)變小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象；E.外拉力小于預(yù)拉力的80%時(shí)，無(wú)松弛現(xiàn)象發(fā)生。4. 高強(qiáng)度螺栓的抗拉性能

32、直接承受動(dòng)載結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)度螺栓連接受拉時(shí)疲勞強(qiáng)度較低，高強(qiáng)度螺栓的外拉力不宜超過(guò)0.5P。第75頁(yè)/共95頁(yè)1. 預(yù)拉力建立 （1）大六角頭螺栓的預(yù)拉力： 力矩法 轉(zhuǎn)角法（2）扭剪型高強(qiáng)度螺栓ffTkP d2. 預(yù)拉力值的確定P由下式計(jì)算：第76頁(yè)/共95頁(yè)0.9 0.9 0.91.2euPA f式中：式中：Ae有效面積；有效面積； fu 抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度。A. 螺栓同時(shí)受到拉應(yīng)力和剪應(yīng)力作用。螺栓同時(shí)受到拉應(yīng)力和剪應(yīng)力作用。 考慮擰緊螺栓時(shí)扭矩對(duì)螺桿的不利影響系數(shù)考慮擰緊螺栓時(shí)扭矩對(duì)螺桿的不利影響系數(shù) ，取，取1.2；B. 施工時(shí)預(yù)拉力松馳，考慮超張拉系數(shù)施工時(shí)預(yù)拉力松馳，考慮超張拉系數(shù)0.

33、9；C. 考慮材質(zhì)不定性系數(shù)考慮材質(zhì)不定性系數(shù)0.9；D. 用用fu而不是而不是fy作為標(biāo)準(zhǔn)值的系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)值的系數(shù)0.9。3. 抗滑移系數(shù)抗滑移系數(shù)接觸面處理：噴砂、噴砂后涂無(wú)機(jī)富鋅漆、噴砂后生赤接觸面處理：噴砂、噴砂后涂無(wú)機(jī)富鋅漆、噴砂后生赤銹和鋼絲刷消除浮銹或表面不作處理。銹和鋼絲刷消除浮銹或表面不作處理。第77頁(yè)/共95頁(yè) 一個(gè)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值為 使被板間保持一定的壓緊力； 單個(gè)高強(qiáng)度螺栓受拉承載力設(shè)計(jì)值為：0.9bvfNnP0.8btNP式中式中 nf 為傳力摩擦面數(shù)目；為傳力摩擦面數(shù)目；為摩擦面的抗滑移系數(shù)。為摩擦面的抗滑移系數(shù)。第78頁(yè)/共95頁(yè) 當(dāng)螺栓所受外拉力 時(shí)，雖然螺

34、桿中的預(yù)拉力P基本不變，規(guī)范規(guī)定，承載力按下式：tNP1vtbbvtNNNN某螺栓所承受的剪力和拉力設(shè)計(jì)值；vNtN 一個(gè)受剪、受拉承載力設(shè)計(jì)值。 bvNbtN第79頁(yè)/共95頁(yè)2()4bbvvvNndfbbccNdt f受剪承載力設(shè)計(jì)值 承壓承載力設(shè)計(jì)值 與普通螺栓連接相同； 應(yīng)采用承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 螺紋處抗剪承載力應(yīng)按螺紋處有效截面計(jì)算。第80頁(yè)/共95頁(yè) 承壓型連接高強(qiáng)度螺栓沿桿軸方向受拉時(shí)，規(guī)范給出了相應(yīng)強(qiáng)度級(jí)別的螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、抗拉承載力的計(jì)算公式與普通螺栓相同： 24bbbetettdNA ff221vtbbvtNNNN1.2bvcNN第81頁(yè)/共95頁(yè) 1. 軸心受剪 1）連接所需螺栓數(shù)目：minbNnN2）構(gòu)造）構(gòu)造在求出所需要的螺栓數(shù)目在求出所需要的螺栓數(shù)目之后之后, 即可按照與普通螺栓一即可按照與普通螺栓一樣的要求排列螺栓。樣的要求排列螺栓。NN第82頁(yè)/共95頁(yè)3）截面強(qiáng)度驗(yàn)算）截面強(qiáng)度驗(yàn)算NfA11 0.5nnNfnANNN 螺栓數(shù)目螺栓數(shù)目n1所計(jì)算截面上所計(jì)算截面上(即最外列螺栓處即最外列螺栓處)高強(qiáng)度螺栓的數(shù)目高強(qiáng)度螺栓的數(shù)目An構(gòu)件的凈截面面積構(gòu)件的凈截面面積A 構(gòu)件的毛截面面積構(gòu)件