鋼結(jié)構(gòu)基本原理第7章鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點構(gòu)造

1、第7章 鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點構(gòu)造7.1 鋼結(jié)構(gòu)對連接的要求及連接方法鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、型鋼通過必要的連接組成構(gòu)件,連接部位應(yīng)有足夠的強度、剛度及延性。合理地連接方式及節(jié)點的細(xì)部構(gòu)造要求外還要滿足8點，見書188頁。鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 ()焊縫連接;(b)鉚釘連接;(c)普通（高強）螺栓連接。 焊縫連接優(yōu)點是構(gòu)造簡單、不削弱構(gòu)件截面、 節(jié)約鋼材、加工方便、易于采用自動化操作、連接的密封性好、剛度大。缺點是焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對結(jié)構(gòu)有不利影響,焊接結(jié)構(gòu)的低溫冷脆問題也比較突出，除少數(shù)直接承受動載結(jié)構(gòu)外可廣泛應(yīng)用鉚釘連接的優(yōu)點是塑性和韌性較好,傳力可靠,質(zhì)量易于檢查,適用于直接承是動載結(jié)構(gòu)的連接。缺點是

2、構(gòu)造復(fù)雜,用鋼量多。普通螺栓連接的優(yōu)點是施工簡單、拆裝方便。缺點是用鋼量多。適用于安裝 連接和需要經(jīng)常拆裝的結(jié)構(gòu)。普通螺栓又分為C級螺栓和A級、B級螺栓。（A、B級螺栓一般用45號鋼和35號鋼,尺寸準(zhǔn)確,加工精度高，要求I類孔，用于承受較大剪力、壓力連接；C級螺栓一般用Q235鋼(用于螺栓時也稱為4.6級)制成。要求類孔，加工粗糙,尺寸不夠準(zhǔn)確，用于承受拉力的安裝連接。I類孔的精度要求為連接板組裝時,孔口精確對準(zhǔn),孔壁平滑,孔軸線與板面垂直。類孔質(zhì)量達(dá)不到I類孔要求的都為類孔。高強度螺栓，當(dāng)螺栓（受拉）時，螺栓預(yù)拉力增加不多，外拉力是靠板件間夾緊力的減少來承受，但板件間始終保持夾緊狀態(tài)；當(dāng)（受

3、剪力）時，按設(shè)計受力要求不同分摩擦型連接和承壓型連接。摩擦型：受剪設(shè)計時外剪力達(dá)到板件接觸面間由螺栓擰緊力（使板件壓緊）所提供的可能最大摩擦力為極限狀態(tài)，亦即保證連接在整個使用期間外剪力不超過最大摩擦力。承壓型：受剪設(shè)計時，保證在正常使用荷載下，外剪力一般不會超過最大摩擦力，受力性能與摩擦型同，但如果荷載超過標(biāo)準(zhǔn)值（正常使用情況下荷載），剪力可能超過最大摩擦力，被連接板件間將發(fā)生相對滑移變形，直到螺栓桿與孔壁一側(cè)接觸，此后靠螺栓桿身剪切和孔壁承壓及桿件接觸面間摩擦共同傳力最后以桿身剪切或孔壁承壓破壞，達(dá)到連接最大承載力，作為連接受剪極限狀態(tài)。7.2 焊接連接的特性7.2.1 常用焊接方法采用的

4、焊接方法有電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等電弧焊的質(zhì)量比較可靠,是鋼結(jié)構(gòu)最常用的焊接方法。手工電弧焊是通電后在涂有焊藥的焊條與焊件間產(chǎn)生電弧,由電弧提供熱源,使焊條熔化,滴落在焊件上被電弧所吹成的小凹槽熔池中,并與焊件熔化部分結(jié)成焊縫。藥皮：由焊條藥皮形成的熔渣和氣體覆蓋熔池,防止空氣中的氧、氮等有害氣體與熔化的液體金屬接觸而形成脆性易裂的化合物。手工電弧焊焊條應(yīng)與焊件金屬強度相適應(yīng),對Q235鋼焊件用E43系列型焊條,Q345鋼焊件用E50系列型焊條,Q390鋼焊件用E55系列型焊條。自動或半自動埋弧焊是將光焊絲埋在焊劑層下,通電后,由電弧的作用使焊絲和焊劑熔化。熔化后的焊劑浮在熔化金屬

5、表面保護(hù)熔化金屬,使之不與外界空氣接觸,有時焊劑還可供給焊縫必要的合金元素,以改善焊縫質(zhì)量。P190-1977.3 對接焊縫的構(gòu)造和計算7.3.1 對接焊縫的構(gòu)造要求對接焊縫按坡口形式分為P197適用范圍：工形縫：厚度有斜坡口帶鈍邊單邊v形縫、y形縫，一般厚度t=10-20mm帶鈍邊u形縫或帶鈍邊雙單邊v形縫或雙y形縫：較厚焊件20mm。在鋼板寬度或厚度有變化連接中，為減少應(yīng)力集中，應(yīng)以板一側(cè)或2側(cè)做成坡度不大于1：2.5（1：4疲勞計算）斜坡，如板厚差不大于4mm，可不做斜坡。焊縫計算厚度取較薄板厚度。對接焊縫起弧落弧點，因不能熔透而出現(xiàn)焊口，形成類裂紋和應(yīng)力集中，為消除焊口影響，可增加引弧

6、板，焊后將引弧板切除，用砂輪磨平。P798圖7-157.3.2 對接焊縫的計算1 軸心受力的對接焊縫 N:軸心拉力或壓力的設(shè)計值 lw:焊縫計算長度,當(dāng)采用引弧板施焊時,取焊縫實際長度;當(dāng)未采用引弧板時,每條焊縫取實際長度減去2tt:連接件的較小厚度,在T形連接中為腹板厚度 :對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值,附表12（抗壓焊縫和一、二級抗拉焊縫同母材,三級抗拉焊縫為母材的85%,）當(dāng)正縫連接的強度低于焊件的強度時, 改用斜縫, 當(dāng)斜縫和作用力間夾角符合時可不計算焊縫強度。2 受彎受剪的對接焊縫計算 :焊縫截面截面模量； :焊縫截面對中和軸慣性矩 :焊縫截面計算剪力處以上部分對中和軸面積矩；:焊

7、縫抗剪強度設(shè)計值工字形，箱形，T形等構(gòu)件在腹板與翼緣相交處，會有較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力，此時除分別驗算外，還要算折算應(yīng)力驗算點處焊縫截面正應(yīng)力和剪應(yīng)力3 軸力，彎矩，剪力共同作用時，也按上折算7.3.3 部分焊透的對接焊縫（見書）例7-1 P2017.4 角焊縫的構(gòu)造和計算1 角焊縫應(yīng)力分布角焊縫焊角尺寸P202頁圖7-23角焊縫應(yīng)力分布特點：側(cè)面角焊縫：主要承受剪力作用，在彈性階段,應(yīng)力沿焊縫長度方向分布不均勻,兩端大而中間小，焊縫越長剪應(yīng)力分布越不均勻，但由于側(cè)面角焊縫的塑性較好,出現(xiàn)塑性變形,產(chǎn)生應(yīng)力重分布,應(yīng)力分布可趨于均勻。 正面角焊縫其破壞強度比側(cè)面角焊縫的要高,但塑性變形要差。在外力

8、作用下應(yīng)力曲線，焊縫跟部應(yīng)力集中最為嚴(yán)重，首先出現(xiàn)裂縫,然后擴展至整個截面，AB和BC上都有正應(yīng)力和剪應(yīng)力,且分布不均勻,但沿焊縫長度的應(yīng)力分布則比較均勻。有效截面（計算截面）：等邊角焊縫的最小截面和兩邊焊腳成/2角 (直角角焊縫為45)。實驗證明,多數(shù)角焊縫破壞都發(fā)生在這一截面。計算時假定有效截面上應(yīng)力均勻分布,并且不分抗拉、抗壓或抗剪都采用同一強度設(shè)計值，角焊縫強度設(shè)計值2 角焊縫的尺寸限制對于受動力荷載的結(jié)構(gòu)中,為了減緩應(yīng)力集中,角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形焊縫直角邊的比例:對正面角焊縫宜為1:1.5(長邊順內(nèi)力方向),側(cè)面角焊縫可為1:1為保證焊縫最小承載能力及防止焊縫冷卻過快產(chǎn)生裂紋

9、，最小焊腳尺寸（t較厚焊件厚度）mm；自動焊最小可減小1mm；T型連接單面角焊縫，增加1mm；焊件厚度小于4mm，取與焊件厚度相同。防止焊縫出現(xiàn)脆裂，焊件被燒現(xiàn)象，焊縫不易太厚（t較薄焊件厚度）鋼管除外，板件厚度為t邊緣焊縫最大：時 角焊縫長度：和40mm( 焊縫厚而短時，起落點太近，會出現(xiàn)局部加熱嚴(yán)重，加上一些缺陷，焊縫不可靠)；前講側(cè)角焊縫應(yīng)力分布不均勻，且越長，分布越不均勻如超過，多余部分計算中不考慮（內(nèi)力若沿側(cè)面角焊縫全長分布,其計算長度不受此限。例如,梁及柱的翼緣與腹板的連接焊縫,屋架中弦桿與節(jié)點板的連接焊縫,梁的支承加勁脅與腹板的連接焊縫）。3 角焊縫的其他構(gòu)造要求P2057.4.

10、2 角焊縫計算的基本公式 BDEF上應(yīng)力用表示為垂直焊縫長度方向與焊縫長度方向平行角焊縫在復(fù)雜應(yīng)力下強度條件可表示為 (a)是角焊縫的強度設(shè)計值,看作是剪切強度有效截面積為 方向 方向 ； ； 代入a) 化簡1當(dāng)只有平行于焊縫長度方向的軸心力作用,為側(cè)面角焊縫受力情況。其設(shè)計公式為:2當(dāng) 只有垂直于焊縫長度方向的軸心力作用,為正面角焊縫受力：3 當(dāng) 具有平行和垂直于焊縫長度的軸心力同時作用于焊縫的情況設(shè)計公式 若用代替1.22，上式變?yōu)?正面角焊縫 各符號意義見208頁7.4.3 常用連接方式的角焊縫計算1 受軸心力焊件的拼接板連接1）矩形拼接板與焊件用側(cè)面角焊縫連接，外力與焊縫長度方向平行：

11、角焊縫的強度設(shè)計值,見附表12； ：角焊縫的有效厚度（見書） 連接一側(cè)角焊縫的計算長度之和。2）拼接板與焊縫用正面角焊縫連接，此時外力與焊縫方向垂直3）拼接板三面圍焊連接，先按2）計算正面角焊縫所承擔(dān)的內(nèi)力,再由 按1）計算側(cè)面角焊縫。三面圍焊受動載，兩者可以合并，用4）菱形拼接板圍焊連接，克服矩形拼接板轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，忽略正面角焊縫及斜焊縫的增大系數(shù),統(tǒng)一用上式計算2 受軸心力角鋼的連接1） 用側(cè)面角焊縫連接角鋼軸心力通過角鋼截面形心,但肢背與肢尖焊縫到形心的距離不等，受力大小不同：角鋼肢背、肢尖焊縫內(nèi)力分配系數(shù)P210表肢背、肢尖焊縫強度: ：分別為肢背、肢尖焊縫有效厚度 ：分別為肢背、

12、肢尖焊縫計算長度之和。2） 采用三面圍焊先算正面角焊縫承受力 正面角焊縫計算長度之和再同上方法計算3 彎矩作用下角焊縫計算當(dāng)力矩作用平面與焊縫群所在平面垂直時,焊縫受彎如圖，彎矩產(chǎn)生應(yīng)力和焊縫長度方向垂直,呈三角形分布，焊縫有效截面計算公式： 角焊縫設(shè)計強度：角焊縫有效截面的截面模量 ：角焊縫強度增大系數(shù)4 扭矩作用下角焊縫計算1）焊縫群受扭當(dāng)力矩作用平面與焊縫群所在平面平行時,焊縫受扭計算時采取下述假定:a被連接件在扭矩作用下繞焊縫有效截面的形心O旋轉(zhuǎn)；b焊縫有效截面上任一點的應(yīng)力方向垂直于該點與形心O的連線,與其到形心距離成正比?？梢娋嘈涡淖钸h(yuǎn)點應(yīng)力最大,為焊縫有效截面繞形心O的極慣性矩

13、：焊縫有效截面繞x,y軸的慣性矩 前面有當(dāng)焊縫受垂直和平行焊縫方向力時 把代入2） 環(huán)焊縫受扭 扭矩作用下只有剪應(yīng)力沿切線方向布置計算公式為 J：焊縫環(huán)形有效截面極慣性矩 時 D：管的外徑5 彎矩、剪力、軸力共同作用下角焊縫計算水平力N，垂直力V，將它們移到焊縫群形心彎矩：垂直焊縫長度方向（有效截面截面模量）剪力V：平行焊縫長度方向水平力N：垂直焊縫長度方向焊縫計算公式：6 扭矩、剪力、軸力共同作用下角焊縫計算 計算步驟如下: 求出焊縫有效截面的形心將V平移到形心O ,得扭矩扭矩T： 剪力V： 軸力N：合力作用下危險點焊縫強度7 塞焊計算計算公式： ：焊縫強度設(shè)計值 n：塞焊點數(shù) d：孔徑例題

14、見書213頁。7.5 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形7.5.1 焊接殘余應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因焊接殘余應(yīng)力分為：縱向焊接殘余應(yīng)力，橫向殘余應(yīng)力，沿焊縫厚度方向殘余應(yīng)力，約束狀態(tài)下產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力,下面分別介紹：1 縱向焊接殘余應(yīng)力：（焊縫長度方向為縱向）作用于與焊縫長度方向相垂直的平面，力方向與焊縫長度方向相同，由焊接過程不均勻加熱和冷卻造成的。溫度不同產(chǎn)生不同的膨脹變形，溫度高，膨脹大，但受到溫度膨脹小鋼材限制，產(chǎn)生熱狀態(tài)塑性壓縮，而焊縫冷卻時，被塑性壓縮區(qū)趨向于縮得比原始長度稍短,這種縮短變形受到兩側(cè)鋼材的限制,產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中,拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強度。殘余應(yīng)力是一種

15、沒有荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力,會自相平衡。距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。2 橫向殘余應(yīng)力：（與焊縫長度相垂直方向為橫向）橫向為垂直于焊縫長度方向，作用在與焊縫長度相平行平面，產(chǎn)生原因：a 是由于焊縫縱向收縮,兩塊鋼板形成反方向的彎曲變形,但焊縫將兩塊鋼板連成整體,中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力,而在兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。b 是焊縫在施焊過程中,冷卻的時間不同,先焊已經(jīng)凝固,會阻止后焊焊縫在橫向的自由膨脹，發(fā)生橫向塑性壓縮變形。焊縫全長不同時焊接使橫向收縮不同時產(chǎn)生應(yīng)力。冷卻時，橫向塑性壓縮變形部分而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，先焊部分產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。3 沿焊縫厚度方向殘余應(yīng)力厚鋼板連接時，焊縫要多層施焊，所以沿厚度方向冷卻不均

16、勻會產(chǎn)生沿厚度方向殘余應(yīng)力，當(dāng)三力同號時會降低結(jié)構(gòu)連接塑性.形狀改變能量理論：屈服時單元體形狀改變能： =（）*2/2 ：彈性狀態(tài)；：極限狀態(tài)；：塑性狀態(tài)4 約束狀態(tài)下焊接應(yīng)力構(gòu)件橫向膨脹收縮受限制，產(chǎn)生橫向塑性壓縮，冷卻后，收縮受約束產(chǎn)生約束應(yīng)力。ef：有約束，截面全部受拉。約束作用等于ef切斷后cd橫向殘余應(yīng)力實際cd面橫向殘余應(yīng)力為上面二者的總和。7.5.2 焊接殘余應(yīng)力的影響1 對結(jié)構(gòu)靜力強度影響以2塊對焊板件縱向殘余應(yīng)力來分析，隨N增加，已達(dá)區(qū)域應(yīng)力不增大，N由彈性區(qū)域承擔(dān)，受壓區(qū)應(yīng)力也逐漸變?yōu)槭芾詈筮_(dá)板所受外力 由于焊接殘余應(yīng)力自相平衡 =無殘余應(yīng)力情況所以殘余應(yīng)力不影響靜力強

17、度2 對結(jié)構(gòu)剛度影響N增加，a增加，m下降，mh 拉力增加產(chǎn)生應(yīng)變，t :板厚 所以殘余應(yīng)力使變形增大，剛度降低3 對壓桿穩(wěn)定的影響焊接殘余應(yīng)力使壓桿的撓曲剛度減小,從而必定降低其穩(wěn)定承載能力 4 對低溫冷脆的影響 （厚板或三向交叉焊縫的情況）：三向焊接殘余應(yīng)力,阻礙塑性變形,在低溫下使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展,加速構(gòu)件的脆性破壞。5 對疲勞強度的影響焊接殘余拉應(yīng)力對疲勞強度有不利的影響，殘余壓應(yīng)力,有利于疲勞強度提高。7.5.3-7.5.4 見P225頁7.6 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算7.6.1 螺栓的排列和構(gòu)造要求 P2287.6.2 普通螺栓連接受剪、受拉時的工作性能普通螺栓連接按螺栓傳力方式

18、,可分為抗剪螺栓和抗拉螺栓連接。螺栓1為抗剪螺栓螺栓2在下面設(shè)有支托為抗拉螺栓。不設(shè)支托,則兼承拉力和剪力。C 級螺栓一般不抗剪，1應(yīng)該用焊縫或高強度螺栓代替。1 抗剪螺栓連接 受力：先摩擦力抵抗外力，摩擦力很小,構(gòu)件出現(xiàn)滑移,螺栓桿和螺栓孔壁發(fā)生接觸,使螺栓桿受剪,同時螺栓桿和孔壁互相接觸擠壓，螺栓連接有五種可能破壞情況。1） 螺栓桿被剪斷2）孔壁，栓桿被壓壞3）板拉斷4）鋼板剪斷：限制端距5）螺栓桿彎曲破壞：限制板疊厚度不超過5d彈性階段時,螺栓群受力不等,兩端大而中間小，超過彈性階段出現(xiàn)塑性變形后,因內(nèi)力重分布使各螺栓受力趨于均勻，當(dāng)拼接縫的一側(cè)螺栓很多,且沿受力方向的連接長度過大時,

19、端部的螺栓會首先破壞,隨后依次向內(nèi)逐個破壞，規(guī)范規(guī)定還是當(dāng)成螺栓均勻受力，但對螺栓的承載力乘以折減系數(shù)當(dāng) 螺栓孔徑 抗剪螺栓的設(shè)計承載能力按下面兩式計算: 抗剪承載力設(shè)計值 承壓承載力設(shè)計值 抗剪螺栓承載力取二者小值。 ：螺栓受剪面數(shù),單剪=1,雙剪=2,四剪面=4 d：螺栓桿直徑 ：在同一方向承壓的構(gòu)件較小總厚度 ：螺栓的抗剪、承壓強度設(shè)計值，鉚接取。2 抗拉螺栓連接抗拉螺栓的承載力設(shè)計值: :普通螺栓或錨栓螺紋處的有效直徑,附表7,對鉚釘連接取孔徑普通螺栓或錨栓的抗拉強度設(shè)計值,對鉚接取當(dāng)T形連接采用螺栓,必須借助附件(角鋼)才能實現(xiàn).通常角鋼的剛度不大,受拉后,垂直于拉力作用方向的角鋼肢

20、會發(fā)生變形,在該肢外側(cè)端部產(chǎn)生撬力Q.螺栓實際所受拉力為， 確定Q力比較復(fù)雜, 規(guī)范規(guī)定的普通螺栓抗拉強度設(shè)計值是取同樣鋼號鋼材抗拉強度設(shè)計值f的0.8倍(=0.8f), 以考慮Q力的影響在構(gòu)造上設(shè)置加勁肋加強角鋼剛度,來減小Q力影響.7.6.3 螺栓群的計算1 螺栓群在軸心力作用下的抗剪計算當(dāng)外力通過螺栓群形心時,假定諸螺栓平均分擔(dān)剪力,圖中接頭一邊所需要的螺栓數(shù)目 N:作用于螺栓群的軸心力的設(shè)計值拼接板在不同部位承受力是不同的, 拼接板力通過螺栓傳來,見圖由于螺栓孔削弱了板件的截面,為防止板件在凈截面上被拉斷,需要驗算凈截面的強度 ：凈截面面積以上圖所示的并列螺栓排列,以左半部分來看:截面

21、1-1,2-2,3-3的凈截面面積均相同,但受力不同,1-1受力N,2-2為,3-3為1-1受力最大,有對于拼接板,3-3受力最大,凈截面為左半部分螺栓總數(shù),、分別為截面1-1,2-2,3-3上螺栓總數(shù)對于交錯排列螺栓除考慮上述截面外,還要考慮(折線截面)破壞的可能。 : 折線截面上螺栓數(shù)例題見書。2 螺栓群在扭矩作用下抗剪計算計算時假定:a被連接構(gòu)件是剛性的,螺栓是彈性的b各螺栓繞螺栓群形心o旋轉(zhuǎn),力大小與甚至螺栓群形心O距離成正比,方向與其和螺栓群形心O連線相垂直根據(jù)力平衡條件,各螺栓剪力對形心0力矩總和=T又因為螺栓受力與其到0點距離成正比代入有當(dāng)螺栓狹長布置時,上式簡化設(shè)計時,受力最大

22、螺栓所承受設(shè)計剪力應(yīng)不大于螺栓抗剪承載力設(shè)計值(7-27,7-28中小者)3 螺栓群在扭矩、剪力、軸心力共同作用下的抗剪計算扭矩:剪力V:軸力N:螺栓合力例題見書。4 螺栓群在軸心力作用下抗拉計算當(dāng)設(shè)計拉力N通過螺栓群形心時,所需要的螺栓數(shù)目為5 螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算中和軸位置的計算比較復(fù)雜。通常近似地假定在最下邊一排螺栓軸線上,并且忽略壓力所提供的力矩(因力臂很小).力分布見圖距離成正比,所以螺栓最大內(nèi)力 m:螺栓排列的縱列數(shù) 圖中m=26 螺栓群同時承受剪力和拉力的計算a支托起臨時支承作用. 此時螺栓受彎，剪力VM:V:合力下滿足：當(dāng)板件薄時會發(fā)生壓壞，所以還要驗算：螺栓受剪力和拉

23、力；：螺栓抗剪，承壓和抗拉承載力設(shè)計值b假定剪力V由支托承受.螺栓承受彎矩同上M,力支托和柱翼緣的連接,用角焊縫連接 為考慮V對焊縫偏心影響取1.25-1.35例題見書。7.7 高強螺栓連接性能和計算高強螺栓分為10.9級（20MnTiB(錳、鈦)鋼，35VB（釩）鋼） 和8.8級（40B鋼，45號鋼，35號鋼）45號、40B，用于直徑小于24mm10.9：10螺栓處理后最低抗拉強度1000N/mm29屈強比（屈服強度fy /抗拉強度fu）高強螺栓螺帽，墊圈：45號鋼，35號鋼制成。栓孔用鉆成孔（摩擦型：孔徑比公稱直徑大1.5-2mm；承壓型：大1.0-1.5mm）前面介紹過摩擦型、承壓型受力

24、特征，下面看受拉力的高強度螺栓受力性能：由于預(yù)拉力作用,構(gòu)件間在受荷前被壓緊,受拉后，拉力首先抵消這種擠壓力。構(gòu)件被拉開后,高強度螺栓的受拉力情況就和普通螺栓受拉相同。這種連接的變形小。構(gòu)件未被拉開前,可以減少銹蝕危害,改善連接的疲勞性能。1 高強度螺栓的預(yù)拉力高強度螺栓的預(yù)拉力是通過扭緊螺帽實現(xiàn)的，有三種方法。1） 扭矩法：用可直接顯示扭矩的特制搬手,根據(jù)事先測定的扭矩和螺栓拉力之間的關(guān)系式施加扭矩,并計入必要的超張拉值。扭矩和拉力間的關(guān)系表示K：扭矩系數(shù)，先測定，d螺栓直徑，P設(shè)計時規(guī)定預(yù)拉力2） 轉(zhuǎn)角法:分2步：a初擰：用普通扳手使被連接件緊密貼合；b終擰：以初擰位置為起點，根據(jù)螺栓直徑

25、和板疊厚度，所確定終擰角度，使螺母到確定的角度，拉力達(dá)到預(yù)定值。3） 扭剪法：扭掉螺栓梅花頭切口處截面來控制預(yù)拉力。（242頁）高強螺栓預(yù)拉力與材料強度，螺栓有效截面有關(guān)，且1） 螺栓擰緊時產(chǎn)生剪力會降低螺栓抗拉能力，抗拉強度除1.2；2） 施工時為補償預(yù)拉力松弛時螺栓超張拉5-10%，所以乘0.9；3） 材料抗力變異影響乘0.9，另外再引進(jìn)一附加安全系數(shù)0.9。所以預(yù)拉力設(shè)計值，：高強螺栓抗拉強度 ：高強螺栓有效截面積附表7 （P242表7-10 預(yù)拉值表）2 高強度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)摩擦型高強螺栓連接靠被連接構(gòu)件間的摩擦阻力傳力,而摩擦阻力的大小除了螺栓的預(yù)拉力外,與摩擦面抗滑移系

26、數(shù)有關(guān)。見243頁表，構(gòu)件摩擦面涂紅丹或在潮濕或淋雨狀態(tài)下進(jìn)行拼裝,會降低值。3 高強度螺栓的排列（和普通螺栓相同，見228頁）7.7.2 高強螺栓抗剪承載力設(shè)計值1 摩擦型：設(shè)計準(zhǔn)則是外力不超過摩擦阻力，另外考慮各螺栓受力不均勻，引入系數(shù)所以高強螺栓抗剪承載設(shè)計值：一個螺栓的傳力摩擦面數(shù)目；：摩擦面的抗滑移系數(shù) P：高強度螺栓預(yù)拉力；：抗力分項系數(shù)的倒數(shù),一般取0.9,最小板厚t 小于6mm的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)取0.802 承壓型：計算方法和普通螺栓相同，摩擦力很小只起延緩滑動的作用抗剪： 承壓：抗剪面數(shù) ：高強抗剪設(shè)計值 ：直徑 ；同方向較小總厚度 ：高強抗壓設(shè)計值7.7.3 高強度螺栓群的

27、抗剪計算1 軸心力作用時a螺栓數(shù):認(rèn)為諸螺栓平擔(dān)剪力 分摩擦，承壓2種情況分取上面公式b構(gòu)件凈截面強度驗算:對承壓型連接,構(gòu)件凈截面強度驗算和普通螺栓連接的相同。(233)對摩擦型連接,一部分剪力由孔前接觸面?zhèn)鬟f，規(guī)范規(guī)定,孔前傳力占螺栓傳力的50%。 所以凈截面?zhèn)髁?：計算截面上的螺栓數(shù) n：連接一側(cè)的螺栓總數(shù)有了后，其余同普通螺栓 (鋼抗壓強度設(shè)計值)2 受扭及受扭、剪、軸拉力作用（同普通螺栓）例題見書244。7.7.4 高強度螺栓的抗拉連接 1 抗拉連接性能圖示高強度螺栓預(yù)拉力P,它與T形件翼緣接觸面的擠壓力C相平衡當(dāng)外力2作用后，,由力平衡假設(shè)螺栓與被連構(gòu)件保持彈性性能，板疊厚度，外

28、力與變形關(guān)系為： 螺栓桿截面面積 構(gòu)件擠壓面面積外力下，螺栓桿伸長量等于壓縮量 又 代入 a) 通常螺栓孔周圍的擠壓面積比螺栓桿截面面積大得多,取當(dāng)構(gòu)件剛好被拉開時，代入上式為了避免當(dāng)外力大于螺栓預(yù)拉力時,卸荷后松弛現(xiàn)象產(chǎn)生,應(yīng)使板件接觸面間始終被擠壓很緊。規(guī)范規(guī)定每個摩擦型高強度螺栓的抗拉設(shè)計承載力不得大于0.8P。將其代入a)式拉力增加7%。（可認(rèn)為螺栓桿原預(yù)拉力不變）。P247頁，圖7-832 高強度螺栓抗拉連接計算a 在外拉力N(設(shè)計值)作用下,高強度螺栓受拉，一個抗拉高強度螺栓的承載力設(shè)計值 ； 所需螺栓數(shù)：b 在彎矩M作用下當(dāng)受力最大的高強度螺栓的拉力沒有達(dá)到使板被拉開狀態(tài)，我們認(rèn)

29、為被連接構(gòu)件的接觸面一直保持緊密貼合，中和軸在螺栓群形心軸線上，以板不被拉開為承載能力的極限狀態(tài)，對于受靜載連接，板件拉開后，螺栓還可象普通螺栓一樣受力P238頁，動載時受力同上頁圖。7.7.5 同時承受剪力和拉力的高強度螺栓連接計算1 高強度螺栓摩擦型連接隨著外力的增大,板件間的擠壓力由P減至 P-Nt。每個螺栓的抗滑移承載力也隨之減小?？够葡禂?shù)也降低。對同時承受剪力和拉力的高強度螺栓摩擦型連接,每個螺栓的承載力 仍用原值：一個高強度螺栓所承受的剪力和拉力：單個高強度螺栓的受剪、受拉承載力設(shè)計值2 對高強度螺栓承壓型連接 ：每個高強度螺栓的抗剪、抗拉、承壓承載力設(shè)計值1.2：折減系數(shù)：見書

30、248頁例題見248頁i7.8 焊接梁翼緣焊縫的計算為了了解翼緣與腹板間焊縫的受力性能，三塊板材在橫向荷載作用下，產(chǎn)生如圖(b)所示的變形,各板之間產(chǎn)生相互錯動，若保證各板的整體工作，必須在板與板間加上焊縫等適當(dāng)?shù)倪B接材料,用來承擔(dān)各板之間所產(chǎn)生的剪力作用。這種剪力作用是由于彎矩沿梁長的變化而產(chǎn)生的。工字形截面梁彎曲剪應(yīng)力在腹板上成拋物線狀分布,腹板邊緣的剪應(yīng)力為： V：所計算截面處梁的剪力 Ix:所計算截面處梁截面對X軸的慣性矩;S1:上翼緣板(或下翼緣板)對梁截面中和軸的慣性矩根據(jù)剪應(yīng)力互等定理（互相垂直平面內(nèi)剪應(yīng)力成對相等出現(xiàn)）。焊接工字鋼翼緣與腹板接觸面間沿梁軸單位長度上的水平剪力Th

31、： （單位長度上假定V不變）為了保證翼緣板和腹板的整體工作，應(yīng)使兩條角焊縫的剪應(yīng)力不超過角焊縫的強度設(shè)計值： 具有雙層翼緣板的梁,外層S1取外層翼緣板對梁中和軸的面積矩 內(nèi)層S1內(nèi)外兩層翼緣板面積對梁中和軸的面積矩之和當(dāng)梁的翼緣上承受有移動集中荷載或承受有固定集中荷載而未設(shè)置支承加勁肋時,則翼緣與腹板間的連接焊縫不僅承受有上述由于梁彎曲而產(chǎn)生的水平剪力，還有集中力F產(chǎn)生垂直剪力 Tv的作用.集中荷載下腹板邊緣局壓應(yīng)力單位長度上 :局部壓應(yīng)力，見61頁3-30，：集中荷載局部增大系數(shù)，一般為1，吊車荷載1.35， ：集中荷載分布長度，3-29、3-29。下焊縫為正面角焊縫 在 、共同作用下滿足7

32、-11式例題見252頁。7.9 構(gòu)件的拼接7.9.1 等截面拉、壓桿拼接工廠拼接分為：1直接對焊：焊縫質(zhì)量達(dá)到一、二級拉壓桿；2拼接板加角焊縫：構(gòu)件的翼緣和腹板都應(yīng)有各自的拼接板和焊縫,使傳力盡量直接、均勻,避免應(yīng)力集中。工地拼接：拉桿可以用拼接板加高強螺栓或端板加高強螺栓壓桿可以采用焊接（上段構(gòu)件要事先做好坡口,下段(或上、下兩段)帶有定位零件(槽鋼或角鋼)）；或通過上、下段刨平頂緊直接承壓,同時輔以焊縫和螺栓,使不能錯動（適用于板件很厚的重型柱）。拼接見書252頁圖。拼接原則：等強度原則（拼接材料和連接件都能傳遞斷開截面最大內(nèi)力）；壓桿不會因連接變形造成構(gòu)件剛度降低而易屈曲；高強螺栓用摩擦

33、型連接，還要保證構(gòu)件整體剛度（2主軸彎曲剛度和繞縱軸抗扭剛度）。7.9.2 變截面柱拼接截面微小變化分2種情況：1腹板保持不變,僅改變翼緣厚度：直接對焊 2腹板變化不大：上下兩段柱共同焊于一塊平板的做法，板承受上柱翼緣力傳來剪力和彎矩 。截面變化較大分2種情況：1一側(cè)翼緣外表平：在上下段之間加設(shè)平板，但平板之下加一加勁肋和上段的另一翼緣對齊（防止平板彎矩太大,所需板厚增加）。腹板受上柱翼緣力，以每側(cè)30度角擴散到腹板上。若下段柱腹板厚度為,力分布寬度為， 腹板的強度設(shè)計值。2中線上下一致：有兩種做法，1加上一對水平加勁肋, 將上柱兩翼的內(nèi)力傳給下柱的兩翼,從而避免下段柱腹板負(fù)擔(dān)過重。2上下段柱

34、之間加一變截面段,它和上下段之間都設(shè)水平板相連。下柱為格構(gòu)式柱見254頁。7.9.3 梁的拼接1 工廠拼接：見P254-2562 工地拼接（圖見257頁）焊接梁用高強螺栓拼接，在拼接處同時有彎矩和剪力的作用。梁翼緣板的拼接：通常應(yīng)按照等強度原則進(jìn)行設(shè)計,即應(yīng)使拼接板的凈截面面積不小于翼緣板的凈截面面積。高強度螺栓的數(shù)量應(yīng)按翼緣板凈截面面積所能承受的軸向力計算。腹板：a剪力V全部由腹板承擔(dān),作用在螺栓群的形心處,由各螺栓平均分擔(dān)。即每個高強度螺栓所受的垂直力為（:腹板拼接縫一側(cè)的高強度螺栓總數(shù)）；b彎矩由翼緣和腹板共同分擔(dān),按它們的毛截面的慣性矩比值分配,腹板分擔(dān)的彎矩（I:梁的毛截面慣性矩:腹

35、板的毛截面慣性矩）;c距螺栓群形心最遠(yuǎn)的螺栓在扭矩下受力水平力: 豎向力如螺栓排列高而窄,忽略豎向力d當(dāng)不在彎矩最大的截面拼接,此時上式M（M分配時用）可用該截面彎矩設(shè)計值,而(:腹板螺栓群中心到拼接縫中線的距離),另外為使腹板上的螺栓和翼緣上的螺栓受力協(xié)調(diào),腹板上受力最大的高強度螺栓所受的合力應(yīng)滿足: (:摩擦型高強螺栓的抗剪設(shè)計值)腹板拼接板: :拼接板的凈截面抵抗矩例題見258頁。7.10 梁與梁的連接1.P2601. 下面分析一下圖a(次梁腹板2側(cè)各通過一短角鋼與主梁連)螺栓受力情況:螺栓B受力:分2種情況,將角鋼視為與次梁一體,B栓受支座反力R和力矩作用,而A栓只受R力；也可將角鋼視

36、為與主梁一體,B受R,而A受R,M,當(dāng)用焊縫連接,受力同上。次梁腹板還受拉剪作用,此時板件在拉剪作用下破壞公式 各字母含義見P262頁7.10.2 次梁為連接梁(見書)7.11 梁與柱的連接7.11.1 多層框架的剛性連接(見書)7.11.2 無加勁肋柱節(jié)點計算梁和柱的剛性和半剛性連接分為以下三種情況:1.不設(shè)加勁肋:破壞形式有三種（a 柱腹板在梁翼緣傳來的壓力作用下屈服或屈曲；b柱翼緣在梁翼緣傳來的拉力作用下彎曲而出現(xiàn)塑性鉸或連接焊縫被拉開,c 翼緣傳來的力還使腹板受剪。）2. 腹板全寬設(shè)加勁肋；3. 在腹板部分寬度上設(shè)置加勁肋: 只適用于單側(cè)有梁相連的柱；對于不設(shè)加勁肋的a柱腹板是否柱屈服

37、,要在柱腹板與翼緣連接焊縫(或軋制H型鋼圓角邊緣處)計算：當(dāng)梁翼緣與柱翼緣采用坡口焊縫對接時, 腹板承壓有效寬度 :梁翼緣厚 :焊縫有效高度圓角半徑,工字型鋼梁受彎矩M時，只考慮C作用,根據(jù)等強度原則 :柱腹板厚 :柱鋼材抗壓設(shè)計值:梁受壓翼緣面積 :梁鋼材抗拉（壓）強度設(shè)計值當(dāng)柱寬度較大時,柱腹板受壓區(qū)可能會發(fā)生失穩(wěn)破壞,此時腹板可按單向受壓4邊簡支板，取板長，臨界應(yīng)力 和分別為柱腹板的寬度和厚度對于Q235 可得 ，規(guī)范中柱翼緣在梁翼緣傳來的拉力作用下有如兩塊承受線荷載的三邊嵌固板,其縱向嵌固邊位于角焊縫(或圓角)邊緣.單塊板ABCD所能承受的拉力可以近似地取為（：柱翼緣厚）兩板之間承受拉

38、力(翼緣承受力) ：柱腹板厚；：梁翼緣厚引進(jìn)抗力分項系數(shù)，并考慮翼緣板中間和兩側(cè)部分抗拉剛度不同,難以充分發(fā)揮共同工作,再引進(jìn)折減系數(shù)0.8, 梁翼緣傳來的拉力應(yīng)滿足 柱抗壓強度設(shè)計值近似取:按等強度原則(柱翼緣受拉力等于梁翼緣最大受力):梁鋼材抗拉壓強度設(shè)計值；:梁受拉翼緣面積 ； 柱翼緣厚如上述計算不滿足,則需設(shè)加勁肋柱翼緣和梁受壓翼緣的連接焊縫的計算(見書267頁)7.11.3 有加勁肋柱節(jié)點域計算柱翼緣和橫向加勁助為邊界的節(jié)點腹板域所受水平剪力(加勁肋上下彎矩簡力相差不大,可忽略)剪應(yīng)力: 為簡化計算,忽略式中第2項,且考慮板固的有利約束,將抗剪強度提高所以上式分別為節(jié)點兩側(cè)梁端彎矩設(shè)計值 ;節(jié)點域腹板的體積；H形截面柱；箱形截面柱 :柱腹板厚 :柱腹板高如不滿足局部加厚腹板及P268頁7.11.4 單層框架的剛性連接（見書）7.11.5 梁柱的柔性連接（見書）7.12 柱腳設(shè)計