鋼結(jié)構(gòu)上第三章鋼結(jié)構(gòu)連接2課件

1、鋼 結(jié) 構(gòu)主 講：陳建鋒7/30/2022第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接7/30/2022大綱要求1.了解鋼結(jié)構(gòu)連接的種類及各自的特點；2.了解焊接連接的工作性能，掌握焊接連接的計算方法及構(gòu)造要求；3.了解焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因及其對結(jié)構(gòu)工作的影響；4.了解螺栓連接的工作性能，掌握螺栓連接的計算和構(gòu)造要求。Time 7/30/2022一、焊縫連接 3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法對接焊縫連接優(yōu)點：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；缺點：材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對裂紋敏感。 角焊縫連接Time 7/30/2022三、螺栓連接 優(yōu)點：連接剛度大，傳力可靠； 分為： 普通螺栓連接 高強(qiáng)度螺栓連接二、鉚釘連接N缺點

2、：對施工技術(shù)要求很高，勞動強(qiáng)度大，施工條件差， 施工速度慢。Time 7/30/2022一、鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法1.手工電弧焊A、焊條的選擇： 焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng)。原理：利用電弧產(chǎn)生熱量 熔化焊條和母材形 成焊縫。 3.2 焊接方法和焊接連接形式 焊機(jī)導(dǎo)線熔池焊條焊鉗保護(hù)氣體焊件電弧Time 7/30/2022Time 7/30/2022Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500-5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5000-5048)B、焊條的表示方法：E焊條(Electrode)第1、2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強(qiáng)度（10N/mm2)第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同

3、鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強(qiáng)度大，效率低。 優(yōu)點：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；Q235鋼選擇E43型焊條（E4300-E4328)C、優(yōu)、缺點Time 7/30/20222.埋弧焊（自動或半自動）、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件埋弧自動焊Time 7/30/2022A、焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強(qiáng)度。 B、優(yōu)、缺點： 優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強(qiáng)度低，焊接質(zhì)量好。 缺點：設(shè)備投資大，施工位置受限等。 送絲器機(jī)器Time 7/30/20223.氣體保護(hù)焊優(yōu)、缺點： 優(yōu)點：焊接速度快，焊接質(zhì)量好。 缺點：施工條件受限制等

4、。Time 7/30/2022二、焊接連接形式和焊縫形式1.焊接連接形式搭接角部連接對接T型連接Time 7/30/20222.焊縫形式（1）對接焊縫正對接焊縫（2）角焊縫T型對接焊縫斜對接焊縫Time 7/30/20223. 焊縫位置船型焊：把角焊縫的位置調(diào)整到最佳角度，可以使兩邊的焊腳焊后等高 。Time 7/30/2022三、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查1.焊縫缺陷Time 7/30/20222.焊縫質(zhì)量檢查外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無損檢驗：檢驗內(nèi)部缺陷。 內(nèi)部檢驗主要采用超聲 波，有時還用磁粉檢驗 熒光檢驗等輔助檢驗方法。還可以采用X射線或射線透照或拍片。Time 7/30/2

5、022鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定： 焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。 三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 一、二級焊縫除外觀檢查外，尚要求一定數(shù)量的超聲波檢驗并符合相應(yīng)級別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。Time 7/30/2022 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）中，對焊縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定： (1) 需要進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時應(yīng)為一級，受壓時應(yīng)為二級。 3.焊縫質(zhì)量等級及選用(2) 在不需要進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的受拉對接焊縫應(yīng)不低于二級；受壓時宜為二級。 Time 7/30/2022 （）重級工作制和起

6、重量 的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，不應(yīng)低于二級。 （）角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級。Time 7/30/2022Time 7/30/20224.焊縫代號基本符號指引線補(bǔ)充符號及焊縫尺寸Time 7/30/2022hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊縫的形式:一、角焊縫的形式和受力分析3.3 角焊縫的構(gòu)造與計算按截面分直角角焊縫、斜角角焊縫（1）直角角焊縫hehfhf凹面式Time 7/30/2022（2）斜角角焊縫對于135o

7、或6mm時，hf,maxt-(12)mm；hft1tTime 7/30/20222、最小焊腳尺寸hf,min 為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂，hf,min應(yīng)滿足以下要求: 式中: t2-較厚焊件厚度 另:對于埋弧自動焊hf,min可減去1mm; 對于T型連接單面角焊縫hf,min應(yīng)加上1mm; 當(dāng)t24mm時, hf,min=t2Time 7/30/20223.側(cè)面角焊縫的最大計算長度 側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應(yīng)力集中系數(shù)越大。如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達(dá)到屈服強(qiáng)度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會漸趨均勻；當(dāng)焊縫長度達(dá)到

8、一定的長度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：注： 1、當(dāng)實際長度大于以上值時，計算時不與考慮； 2、當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，不受上式限制。Time 7/30/20224.側(cè)面角焊縫的最小計算長度 對于焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規(guī)范規(guī)定：Time 7/30/20225. 搭接連接的構(gòu)造要求 當(dāng)板件端部僅采用兩條側(cè)面角焊縫連接時： A、為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力 不均，規(guī)范規(guī)定：B、為了避免焊縫橫向收 縮時引起板件的拱曲 太大，規(guī)范規(guī)定：t1t2bTime 7/30/2022D. 在

9、搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度 的5倍，且不得小于25mm。 C. 當(dāng)角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，應(yīng)作2hf的繞 角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。b2hft1t2Time 7/30/2022三、直角角焊縫的強(qiáng)度計算公式 1、試驗表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，故通常將45o截面作為計算截面，作用在該截面上的應(yīng)力如下圖所示：hfhehh1h2dehelwh-焊縫厚度、h1熔深h2凸度、d焊趾、e焊根Time 7/30/20222、實際上計算截面的各應(yīng)力分量的計算比較繁難， 為了簡化計算，規(guī)范假定：焊縫在有效截面處破壞，且各應(yīng)力分量滿足以下折算應(yīng)力公式: 3、由于我國規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)

10、度設(shè)計值，是根據(jù)抗剪條件確定的故上式又可表達(dá)為：式中：-焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度helwTime 7/30/20224、直角角焊縫的強(qiáng)度計算公式：NNyNxf= fhelw45O45OhfTime 7/30/2022將33、34式，代入32式得：式35即為，規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度計算通用公式f正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)； 靜載時取1.22，動載時取1.0（偏安全）。Time 7/30/2022對于正面角焊縫，f=0，由35式得：對于側(cè)面角焊縫，f=0，由35式得： 以上各式中： he=0.7hf； lw角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其 實際長度減去2hf。Time 7/30/2022四、各種

11、受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計算1、軸心力作用下(1)軸心力作用下的蓋板對接連接:A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：B、采用三面圍焊連接：NNlwlwTime 7/30/2022(2)T形角焊縫連接（斜向軸心力作用）NxNyNN代入式3-5驗算焊縫強(qiáng)度，即:Time 7/30/2022(3)角鋼角焊縫連接A、僅采用側(cè)面角焊縫連接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2Time 7/30/2022對于校核問題:對于設(shè)計問題:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2Time 7/30/2022B、采用三面圍焊由力及力矩平衡得:余下的問題同情況A，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2Ti

12、me 7/30/2022對于校核問題:對于設(shè)計問題:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2Time 7/30/2022C、采用L形圍焊代入式3-20，3-21得:對于設(shè)計問題:Ne1e2bN1xxN3lw1Time 7/30/20222、N、M、V共同作用下(1)偏心斜拉力作用下角焊縫強(qiáng)度計算NeNxNyMANxMNyhehetTime 7/30/2022(2) V、M共同作用下焊縫強(qiáng)度計算h1fAfBf對于A點：式中：Iw全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩； h1兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。xxhh2BBAh1MeFVMTime 7/30/2022對于B點：強(qiáng)度驗算公式：式中：h2、lw,2腹

13、板焊縫的計算長度； he,2腹板焊縫截面有效高度。h1f1f2fxxhh2BBAh1MVMTime 7/30/2022假定:A、被連接件絕對剛性，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉(zhuǎn)的趨勢；B、T作用下焊縫群上任意點的應(yīng)力方向垂直于該點與焊縫形心的連線，且大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。3、T、V共同作用下將F向焊縫群形心簡化得: V=F T=F(e1+e2)e2x0l1l2xxyyAA0TVr故：該連接的設(shè)計控制點 為A點和A點Fe1Time 7/30/2022xxyyrrxryATAxTAyTA0VyheT作用下A點應(yīng)力:將其沿x軸和y軸分解:e2x0l

14、1l2xxyyAA0TVrTime 7/30/2022剪力V作用下,A點應(yīng)力:A點垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力為:A點平行于焊縫長度方向的應(yīng)力為:強(qiáng)度驗算公式：思考:以上計算方法為近似計算，為什么?VxxyyrrxryATAxTAyTA0VyheTime 7/30/2022五、斜角角焊縫的計算12hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖A12hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B1、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡化計算， 規(guī)范規(guī)定：對于兩焊腳邊夾角60o135o的 斜T形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相 同的計算公式，且統(tǒng)一取f=1.0。Time 7/30/20222、斜角角焊縫

15、的計算厚度hei由幾何關(guān)系得其通式為：式中：b、b1和b25mm說明：A. b1和b21.5mm時, 可取b1、b2=0B. b1和b2 5mm時, 應(yīng)如圖“B”方式處 理，且使b5mm。C. 余弦取小值。12hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖A12hf1hf1hf2hf2he2he1b圖BTime 7/30/20221、對接焊縫的坡口形式:一、對接焊縫的構(gòu)造3.4 對接焊縫的構(gòu)造與計算 對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和施工條件有關(guān)。 t-焊件厚度(1)當(dāng):t6mm(手工焊),t20mm時，宜采用U形、K形、X形坡口。Time 7/30/2022C=0.52mm（a）C=2

16、3mm（b）C=23mm（C）p（d）C=34mmpC=34mmp（e）C=34mmp（f）Time 7/30/20222、V形、U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進(jìn)行補(bǔ)焊；3、對接焊縫的起、滅弧點易出現(xiàn)缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時，每條焊縫的計算長度等于實際長度減去2t1，t1較薄焊件厚度；4、當(dāng)板件厚度或?qū)挾仍谝粋?cè)相差大于4mm時，應(yīng)做坡度不大于1:2.5(靜載)或1:4(動載)的斜角，以平緩過度，減小應(yīng)力集中。1:2.51:2.5Time 7/30/2022對接焊縫分為：焊透和部分焊透（自學(xué)）兩種；動荷載作用下部分焊透的對接焊縫不宜用做垂直受力方向的連接焊縫；對于

17、靜載作用下的一級和二級對接焊縫其強(qiáng)度可視為與母材相同，不與計算。三級焊縫需進(jìn)行計算；對接焊縫可視作焊件的一部分，故其計算方法與構(gòu)件強(qiáng)度計算相同。二、對接焊縫的計算NNtTime 7/30/20221、軸心力作用下的對接焊縫計算式中： N軸心拉力或壓力； t板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度； ftw、fcw 對接焊縫的抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。NNlwtA 當(dāng)不滿足上式時，可采用斜對接焊縫連接如圖B。另:當(dāng)tan1.5時,不用驗算! 56.3NNtBNsinNcoslwTime 7/30/20222、M、V共同作用下的對接焊縫計算lwtAMV因焊縫截面為矩形，M、V共同作用下應(yīng)力圖為：故其強(qiáng)度計算

18、公式為：式中：Ww焊縫截面模量； Iw-焊縫截面慣性矩； Sw-焊縫中性軸以上截面面積矩。（1）板件間對接連接Time 7/30/2022（2）工字形截面梁對接連接計算MV1焊縫截面A、對于焊縫的max和max應(yīng)滿足式3-29和3-30要求；max11maxB、對于翼緣與腹板交接點焊縫（1點），其折算應(yīng) 力尚應(yīng)滿足下式要求：1.1考慮最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)的強(qiáng)度增大系數(shù)。Time 7/30/202235 焊接應(yīng)力和焊接變形一、焊接殘余應(yīng)力的分類及其產(chǎn)生的原因 1、焊接殘余應(yīng)力的分類 A、縱向焊接殘余應(yīng)力沿焊縫長度方向; B、橫向焊接殘余應(yīng)力垂直于焊縫長度方向; C、沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力。

19、 2、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 （1）縱向焊接殘余應(yīng)力Time 7/30/2022 焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫處可達(dá)1600oC，而鄰近區(qū)域溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度低、膨脹小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側(cè)鋼材的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應(yīng)力可以使鋼材達(dá)到屈服強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力是無荷載的內(nèi)應(yīng)力，故在焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力。+-500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-+Time 7/30/2022 （

20、2）橫向焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因:1、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；2、焊接時已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力；應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)。 以上兩種應(yīng)力的組合即為，橫向焊接殘余應(yīng)力。Time 7/30/2022(a)焊縫縱向收縮 時的變形趨勢-+-(b)焊縫縱向收縮 時的橫向應(yīng)力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮 時的橫向應(yīng)力xy-+-+(d)焊縫橫向殘余應(yīng)力yx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產(chǎn)生的

21、橫向殘余應(yīng)力:-+施焊方向(e)-+-施焊方向( f )xyyxTime 7/30/2022（3）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力 在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊，焊接時沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力x,y 外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力z，這三種應(yīng)力形成同號(受拉)三向應(yīng)力，大大降低連接的塑性。-+-321xyzTime 7/30/2022二、焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響1、對結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響f+-bf

22、y+-bfyNyNy因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故：當(dāng)板件全截面達(dá)到fy，即N=Ny時：結(jié)論：焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度沒有影響。+-fyfbBtTime 7/30/20222、對結(jié)構(gòu)剛度的影響A、當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時，因截面的bt部分拉應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到fy ，故該部分剛度為零（屈服），這時在N作用下應(yīng)變增量為：f+-bfyNN+-fyfNNbBtTime 7/30/2022因為B-b 2。結(jié)論： 焊接殘余應(yīng)力的存在增大了結(jié)構(gòu)的變形，即降低了結(jié)構(gòu)的剛度。B、當(dāng)截面上沒有焊接殘余應(yīng)力時，在N作用下應(yīng)變增量為： 另外，對于軸心受壓構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力使其撓曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力（詳見第五章）。T

23、ime 7/30/2022 對于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力，限制了其塑性的發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。 所以，降低或消除焊接殘余應(yīng)力是改善結(jié)構(gòu)低溫冷脆性能的重要措施。3、對低溫冷脆的影響4、對疲勞強(qiáng)度的影響 在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感區(qū)域。因此焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響。Time 7/30/2022三、焊接變形 焊接變形包括：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。 Time 7/30/2022Time 7/30/2022Time 7/30/2022Time 7/

24、30/2022Time 7/30/2022Time 7/30/2022Time 7/30/2022Time 7/30/2022四、減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的措施（自學(xué)）1、設(shè)計上的措施；（1）焊接位置的合理安排（2）焊縫尺寸要適當(dāng)（3）焊縫數(shù)量要少，且不宜過分集中（4）應(yīng)盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5）應(yīng)盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力2、加工工藝上的措施（1）采用合理的施焊順序（2）采用反變形處理（3）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理Time 7/30/2022Time 7/30/2022Time 7/30/202236 螺栓連接的構(gòu)造一、螺栓的種類1.普通螺栓C級-粗制螺栓，性能

25、等級為4.6或4.8級；4表示fu400N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；類孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d) 13mm。A、B級-精制螺栓，性能等級為5.6或8.8級;5或8表示fu500或800N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；類孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)0.30.5mm。按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為:A、B、C三個級別。Time 7/30/20222.高強(qiáng)度螺栓由45號、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理45號8.8級； 40B和20MnTiB10.9級 （a）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓Time 7/30/2022二

26、、螺栓的排列1.并列簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu) 件截面削弱大；B 錯列A 并列中距中距邊距邊距端距2.錯列排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截 面削弱??； Time 7/30/20223.螺栓排列的要求（1）受力要求: 垂直受力方向：為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、截面削弱過多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不能太??； 順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，端距不能太??； 對于受壓構(gòu)件：為防止連接板件發(fā)生鼓曲，中距不能太大。（2）構(gòu)造要求； 螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。Time 7/30/2022（3）施工要求 為了便于扳手?jǐn)Q緊螺母，螺栓中距應(yīng)不

27、小于3do。 根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。Time 7/30/2022三、螺栓連接的構(gòu)造要求為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩個永久螺栓，但組合構(gòu)件的綴條除外；直接承受動荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動；C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接： 1、承受靜載或間接動載的次要連接； 2、承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接； 3、臨時固定構(gòu)件的安裝連接。型鋼構(gòu)件拼接采用高強(qiáng)螺栓連接時，為保證接觸面緊密，應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；Time 7/30/202237 普通螺栓連接計算一、螺栓連接的受力形式FNFA 只受剪力B

28、 只受拉力C 剪力和拉力共同作用Time 7/30/2022 二、普通螺栓抗剪連接（一）工作性能和破壞形式 1.工作性能 對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移和作用力N的關(guān)系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段,即： (1)摩擦傳力的彈性階段(01段) 直線段連接處于彈性狀態(tài)； 該階段較短摩擦力較小。NO1234NNabNN/2N/2Time 7/30/2022 (2)滑移階段(12段) 克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的距離，表現(xiàn)在曲線上為水平段。NO1234abNN/2N/2 (3)栓桿傳力的彈性階段(23段) 該階段主要靠栓桿

29、與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導(dǎo)致的板件間摩擦力的增大，N-關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。 Time 7/30/2022 (4)彈塑性階段(34段) 達(dá)到3后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。 4點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。NO1234abNN/2N/2NuTime 7/30/20222.破壞形式（1）螺栓桿被剪壞 栓桿較細(xì)而板件較厚時（2）孔壁的擠壓破壞 栓桿較粗而板件較薄時（3）板件被拉斷 截面削弱過多時 以上破壞形式予以計算解決。N/2NN/2NNNNTime 7/30/2022（

30、4）板件端部被剪壞(拉豁) 端矩過小時；端矩不應(yīng)小于2dONN（5）栓桿彎曲破壞 螺栓桿過長；栓桿長度不應(yīng)大于5d這兩種破壞構(gòu)造解決N/2NN/2Time 7/30/2022（二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計值 由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:nv剪切面數(shù)目； d螺栓桿直徑；fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計值；t連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：dTime 7/30/2022剪切面數(shù)目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2Time 7/30/2022（三）普通螺栓群抗剪連接計

31、算1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算 N/2Nl1N/2平均值螺栓的內(nèi)力分布 試驗證明,栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。 當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計時假定N有各螺栓均擔(dān)。所以，連接所需螺栓數(shù)為：Time 7/30/2022 當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布,各個螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞,然后依次破壞。由試驗可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)與l1/d0的關(guān)系曲線。ECCS試驗曲線8.8級 M22我國規(guī)范1.00.750.50.25010 2

32、0 30 40 50 60 70 80l1/d0平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布故，連接所需栓數(shù)：Time 7/30/2022NNbtt1b1 普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應(yīng)進(jìn)行板件的凈截面驗算。拼接板的危險截面為2-2截面:A、螺栓采用并列排列時:主板的危險截面為1-1截面:1122Time 7/30/2022NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用錯列排列時:主板的危險截面為1-1和1-1截面:1111Time 7/30/2022NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危險截面為2-2和2-2截面:2222Time 7/30/20222、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算F作用下每個

33、螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下連接按彈性設(shè)計，其假定為： （1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； （2） T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關(guān)系，方向與ri垂直。Time 7/30/2022TxyN1TN1TxN1Tyr11 顯然，T作用下1號螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定(2)得由式3-39得:由力的平衡條件得：Time 7/30/2022TxyN1TN1TxN1Tyr11將式3-40代入式3-38得:將N1T沿坐標(biāo)軸分解得:Time 7/30/2022由此可得螺栓1的強(qiáng)度驗算公式為: 另外,當(dāng)螺栓布置比較狹長(如y13

34、x1)時,可進(jìn)行如下簡化計算：令:xi=0，則N1Ty=0Time 7/30/2022（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能三、普通螺栓的抗拉連接 抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有脫開趨勢，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉斷為其破壞形式。（二）單個普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計值式中：Ae-螺栓的有效截面面積； de-螺栓的有效直徑； ftb-螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。Time 7/30/2022dedndmd公式的兩點說明：（1）螺栓的有效截面面積 因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)?。篢ime 7/30/2022(2）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓

35、抗拉承載力的影響 A、螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢（杠桿作用），使螺桿中的拉力增加（撬力Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬力越大。試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取簡化計算的方法，取ftb=0.8f（f螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值）來考慮其影響。Time 7/30/2022 B、 在構(gòu)造上可以通過加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。Time 7/30/2022(三）普通螺栓群的軸拉設(shè)計 一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：NTime

36、7/30/2022(四）普通螺栓群在彎炬作用下M刨平頂緊承托(板)M1 2 3 4受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計，其假定為： （1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； （2）螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各 螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。Time 7/30/2022顯然1號螺栓在M作用下所受拉力最大由力學(xué)及假定可得：M刨平頂緊承托(板)M1 2 3 4受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸Time 7/30/2022由式3-52得:將式3-54代入式3-53得:因此，設(shè)計時只要滿足下式，即可：Time 7/30/2022(五）普通螺栓群在偏心拉

37、力作用下 偏心力作用下普通螺栓連接，可采用偏于安全的設(shè)計方法，即疊加法。刨平頂緊承托(板)FeN1F1 2 3 4FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和軸N4MTime 7/30/2022四、普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用011VeM=VeV因此：2、由試驗可知，兼受剪力和拉力 的螺桿，其承載力無量綱關(guān)系 曲線近似為一“四分之一圓”。1、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形 式：螺桿受剪兼受拉破壞、孔 壁的承壓破壞；3、計算時，假定剪力由螺栓群均 勻承擔(dān)，拉力由受力情況確定。Time 7/30/2022 規(guī)范規(guī)定：普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用為了防止螺桿受剪兼受拉破壞，應(yīng)滿足：為了

38、防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：011abTime 7/30/2022 另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，當(dāng)有承托承擔(dān)全部剪力時，螺栓群按受拉連接計算。 承托與柱翼緣的連接角焊縫按下式計算：式中： 考慮剪力對角焊縫偏心影響的增大系數(shù)， 一般取=1.251.35； 其余符號同前。M刨平頂緊承托(板)V連接角焊縫Time 7/30/202238 高強(qiáng)度螺栓連接計算一、高強(qiáng)度螺栓的工作性能及單栓承載力 按受力特征的不同高強(qiáng)度螺栓分為兩類： 摩擦型高強(qiáng)度螺栓通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力， 破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力； 承壓型高強(qiáng)度螺栓受力特征與普通螺栓類似。1、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法 通過擰緊螺帽的方法

39、，螺帽的緊固方法： A、轉(zhuǎn)角法 施工方法： 初擰用普通扳手?jǐn)Q至不動，使板件貼緊密； Time 7/30/2022終擰初擰基礎(chǔ)上用長扳手或電動扳手再擰過一定的 角度，一般為120o180o完成終擰。特點：預(yù)拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰 和超擰；B、扭矩法 施工方法： 初擰用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%50%，使 板件貼緊密； 終擰初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計終擰力矩擰緊。特點：簡單、易實施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。Time 7/30/2022C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）施工方法： 初擰擰至終擰力矩的60%80%； 終擰初擰基礎(chǔ)上，以扭斷螺栓桿尾部為準(zhǔn)。特點：施工簡單、技術(shù)要

40、求低易實施、質(zhì)量易保證等高強(qiáng)度螺栓的施工要求： 由于高強(qiáng)度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預(yù)拉力，因此施工要求較嚴(yán)格：1）終擰力矩偏差不應(yīng)大于10%；2）如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應(yīng)更換；3）擰固順序先主后次，且當(dāng)天安裝，當(dāng)天終擰完。 如工字型梁為：上翼緣下翼緣腹板。Time 7/30/20222、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定 高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強(qiáng)度確定的，并考慮了以下修正系數(shù)：考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.9；為防止施工時超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強(qiáng)度的降低除以系數(shù)1.2。附加安全系數(shù)0.9。 因此，預(yù)拉力：Ae螺紋處有效截面

41、積；fu螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級，取fu =830N/mm2， 10.9級，取fu =1040N/mm2Time 7/30/20223、高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（P）和板件間的抗滑移系數(shù) ；板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號有關(guān)； 規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數(shù),如下表Time 7/30/2022Time 7/30/20224、高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力(1)抗剪連接工作性能 受力過程與普通螺栓相似，分為四個階段：摩擦傳力的彈性階段、滑移階段、栓桿傳力

42、的彈性階段、彈塑性階段。 但比較兩條N曲線可知，由于高強(qiáng)度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通螺栓。高強(qiáng)度螺栓NO12341234普通螺栓abNN/2N/2Time 7/30/2022A、對于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，其破壞準(zhǔn)則為板件發(fā)生相對滑移，因此其極限狀態(tài)為1點而不是4點，所以1點的承載力即為一個高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力：NO12341234高強(qiáng)度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9抗力分項系數(shù)R的倒 數(shù)(R=1.111); nf傳力摩擦面數(shù)目; -摩擦面抗滑移系數(shù); P預(yù)拉力設(shè)計值.（2）、抗剪連接單栓承載力Time 7/30/2022B、對于高強(qiáng)度螺栓

43、承壓型抗剪連接，允許接觸面發(fā)生相對滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)4點，所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計算方法與普通螺栓相同。NO12341234高強(qiáng)度螺栓普通螺栓單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：Time 7/30/20225、高強(qiáng)度螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力當(dāng)外拉力為零，即N=0時：P=C；當(dāng)外拉力為Nt時：板件有被拉開趨勢，板件間的壓力C減小為Cf，栓桿拉力P增加為Pf，由力及變形協(xié)調(diào)得：NPCP+P=PfC-C=CfNtAb栓桿截面面積；Ap板件擠壓面面積；板疊厚度。Time 7/30/2022當(dāng)板件即將被拉開時： Cf=0，有Pf=Nt，因此： 一般板件間的擠

44、壓面面積比栓桿截面面積大的多，近似取AP/Ab=10，得：顯然栓桿的拉力增加不大。 另外，試驗證明，當(dāng)栓桿的外加拉力大于P時，卸載后螺栓桿的預(yù)拉力將減小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當(dāng)Nt不大于0.8P時，則無松弛現(xiàn)象，這時Pf=1.07P，可認(rèn)為螺桿的預(yù)拉力不變，且連接板件間有一定的擠壓力保持緊密接觸，所以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：P+P=PfC-C=CfNtTime 7/30/2022A、摩擦型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力為：上式未考慮橇力的影響，當(dāng)考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力Pf與Nt的關(guān)系曲線如圖：Nt0.5P時，橇力Q=0；Nt0.5P后，橇力Q出現(xiàn)，增加速度先慢后快。橇力Q的存在導(dǎo)致連接的極限承載力由Nu降至Nu。所以，如設(shè)計時不考慮橇力的影響,應(yīng)使Nt0.5P或增加連接板件的剛度（如設(shè)加勁肋）。300 250 200 150 100 50 050 100 150 200 250 300Pf(KN)NuNuNt(KN)2NNNQQ19518.8級 M22P=150KNQ有橇力時的螺栓破壞無橇力時的螺栓破壞Time 7/30/2022B、承壓型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破壞準(zhǔn)則為螺栓桿被拉斷，故計算方法與普通螺栓相同，即：式中：Ae-螺栓桿的有效截面面積； de-螺栓桿的有效直徑； ftb