焊接連接、螺栓連接的計算和構造要求

第三章鋼結構的連接大綱要求1.了解鋼結構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造要求；3.了解焊接應力和焊接變形產生的原因及其對結構工作的影響；4.了解螺栓連接的工作性能，掌握螺栓連接的計算和構造要求。一、焊縫連接

§3.1

鋼結構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：材質易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感。

角焊縫連接三、螺栓連接

優(yōu)點：連接剛度大，傳力可靠；

分為：

普通螺栓連接高強度螺栓連接二、鉚釘連接N缺點：對施工技術要求很高，勞動強度大，施工條件差，施工速度慢。一、鋼結構常用焊接方法1.手工電弧焊A、焊條的選擇：焊條應與焊件鋼材相適應。原理：利用電弧產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

焊機導線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧Q390、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位數字為熔融金屬的最小抗拉強度（kgf/mm2)第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。缺點：質量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，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2.埋弧焊（自動或半自動）、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件埋弧自動焊A、焊絲的選擇應與焊件等強度。B、優(yōu)、缺點：優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接質量好。缺點：設備投資大，施工位置受限等。送絲器機器3.氣體保護焊優(yōu)、缺點：優(yōu)點：焊接速度快，焊接質量好。缺點：施工條件受限制等。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T形連接對接2.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3.焊縫位置§3.3、焊縫缺陷及及焊縫質量檢檢查1.焊縫缺陷2.焊縫質量檢查查外觀檢查：檢查外觀缺陷陷和幾何尺寸寸；內部無損檢驗驗：檢驗內部缺陷陷。內部檢驗主要要采用超聲波，有時還用用磁粉檢驗熒光檢驗等輔輔助檢驗方法。還可以采采用X射線或γ射線透照或拍拍片?！朵摻Y構工程施施工及驗收規(guī)規(guī)范》規(guī)定：焊縫按其檢驗驗方法和質量量要求分為一一級、二級和三級。三級焊縫只要要求對全部焊焊縫作外觀檢檢查且符合三級質量標準準；一、二級焊縫縫除外觀檢查查外，尚要求求一定數量的的超聲波檢驗驗并符合相應應級別的質量量標準?！朵摻Y構設計規(guī)規(guī)范》（GB50017--2003）中，對焊縫縫質量等級的的選用有如下下規(guī)定：(1)需要進行疲勞勞計算的構件件中，垂直于于作用力方向向的橫向對接接焊縫受拉時時應為一級，，受壓時應為為二級。3.焊縫質量等級級及選用(2)在不需要進行行疲勞計算的的構件中，凡凡要求與母材材等強的受拉拉對接焊縫應應不低于二級級；受壓時宜宜為二級。（３）重級工工作制和起重重量Ｑ＞５５０ｔ的中級級工作制吊車車梁的腹板與與上翼緣板之之間以及吊車車桁架上弦桿桿與節(jié)點板之之間的Ｔ形接接頭焊透的對對接與角接組組合焊縫，不不應低于二級級。（４）角焊縫縫質量等級一一般為三級，，直接承受動動力荷載且需需要驗算疲勞勞和起重量ＱＱ＞５０ｔ的的中級工作制制吊車梁的角角焊縫的外觀觀質量應符合合二級。4.焊縫代號hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊縫的形形式:一、角焊縫的的形式和受力力分析§3.4角焊縫的構造造與計算直角角焊縫、、斜角角焊縫縫（1）直角角焊縫hehfhf凹面式（2）斜角角焊縫對于α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結構外外,不宜用作受力力焊縫。（1）側面角焊縫縫（側焊縫））2.直角角焊縫的的受力分析試驗表明側面面角焊縫主要要承受剪力，，強度相對較較低，塑性性性能較好。因因外力通過焊焊縫時發(fā)生彎彎折，故剪應應力沿焊縫長長度分布不均均勻，兩端大大中間小，lw/hf越大剪應力分分布越不均勻勻。剪應力τfA.應力分析NlwNB.破壞形式（2）正面角焊縫縫A.應力分析正面角焊縫受受力復雜，應應力集中嚴重重，塑性較差差，但強度較較高，與側面面角焊縫相比比可高出35%--55%以上。正面角焊縫—垂直于力的作作用方向B.正面角焊縫的的破壞形式（3）斜角焊縫斜焊縫的受力力性能介于側側面角焊縫和和正側面角焊焊縫之間。二、角焊縫的的構造1、最大焊腳尺尺寸hf,max為了避免焊縫縫處局部過熱熱，減小焊件件的焊接殘余余應力和殘余余變形，hf,max應滿足以下要要求:hf,max≤1.2t1（鋼管結構除除外）式中:t1---較薄焊件厚度度。tt1hf對于板件邊緣緣的角焊縫,尚應滿足以下要求：當t≤6mm時，hf,max≤t；當t>6mm時，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t2、最小焊腳尺尺寸hf,min為了避免在焊焊縫金屬中由由于冷卻速度度快而產生淬淬硬組織，導導致母材開裂裂，hf,min應滿足以下要要求:式中:t2----較厚焊件厚度度另:對于埋弧自動動焊hf,min可減去1mm;對于T型連接單面角角焊縫hf,min應加上1mm;當t2≤4mm時,hf,min=t23.側面角焊縫的的最大計算長長度側面角焊縫在在彈性工作階階段沿長度方方向受力不均均，兩端大而而中間小。焊焊縫長度越長長，應力集中中系數越大。。如果焊縫長長度不是太大大，焊縫兩端端達到屈服強強度后，繼續(xù)續(xù)加載，應力力會漸趨均勻勻；當焊縫長長度達到一定定的長度后，，可能破壞首首先發(fā)生在焊焊縫兩端，故故：注：1、當實際長度度大于以上值值時，計算時時不與考慮；；2、當內力沿側側焊縫全長分分布時，不受受上式限制。。4.側面角焊縫的的最小計算長長度對于焊腳尺寸寸大而長度小小的焊縫，焊焊件局部加熱熱嚴重且起落落弧坑相距太太近，以及可可能產生缺陷陷，使焊縫不不可靠。故為為了使焊縫具具有一定的承承載力，規(guī)范范規(guī)定：5.搭接連接的構構造要求當板件端部僅僅采用兩條側側面角焊縫連連接時：A、為了避免應應力傳遞的過過分彎折而使使構件中應力力不均，規(guī)范規(guī)規(guī)定：B、為了避免焊焊縫橫向收縮時引起板件件的拱曲太大，規(guī)范規(guī)規(guī)定：t1t2bD.在搭接連接中，，搭接長度不不得小于焊件件較小厚度的的5倍，且不得小小于25mm。C.當角焊縫的端端部位于構件件轉角處時，，應作2hf的繞角焊，且轉角處必必須連續(xù)施焊焊。b2hft1t2三、直角角焊焊縫的強度計計算公式1、試驗表明，直直角角焊縫的的破壞常發(fā)生生在喉部，故通常將45o截面作為計算算截面，作用用在該截面上上的應力如下下圖所示：hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根2、實際上計算截截面的各應力力分量的計算算比較繁難，，為了簡化化計算，規(guī)范范假定：焊縫在有效截截面處破壞，且各應力分分量滿足以下下折算應力公公式:┻┻∥3、由于我國規(guī)范范給定的角焊焊縫強度設計值值，是根據抗抗剪條件確定的故上上式又可表達達為：式中：--焊縫金屬的抗拉強度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw4、直角角焊縫的的強度計算公公式：┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45OhfNNyNx將3—3、3—4式，代入3—2式得：式3—5即為，規(guī)范給給定的角焊縫縫強度計算通通用公式βf—正面角焊縫強強度增大系數數；靜載時取1.22，動載時取1.0。┻┻∥┻┻∥對于正面角焊焊縫，τf=0，由3—5式得：對于側面角焊焊縫，σf=0，由3—5式得：以上各式中：：he=0.7hf；lw—角焊縫計算長長度，考慮起起滅弧缺陷時時，每條焊縫縫取其實際長度減去去2hf。四、各種受力力狀態(tài)下的直直角角焊縫連連接計算1、軸心力作用用下(1)軸心力作用下下的蓋板對接接連接:A、僅采用側面角角焊縫連接：：B、采用三面圍圍焊連接：NNlwlw’(2)T形角焊縫連接接NxNyNθN代入式3-5驗算焊縫強度度，即:(3)角鋼角焊縫連連接A、僅采用側面面角焊縫連接接由力及力矩平平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2對于校核問題題:對于設計問題題:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用三面圍焊焊由力及力矩平平衡得:余下的問題同同情況‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2對于校核問題題:對于設計問題題:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、采用L形圍焊代入下式3-20，3-21得:對于設計問題題:Ne1e2bN1xxN3lw12、N、M、V共同作用下(1)偏心軸力作用用下角焊縫強強度計算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊焊縫強度計算算h1σfAσfBτf對于A點：式中：Iw—全部焊縫有效效截面對中和和軸的慣性矩矩；h1—兩翼緣焊縫最最外側間的距距離。xxhh2BB’Ah1MeFVM對于B點：強度驗算公式式：式中：h2、lw,2—腹板焊縫的計計算長度；he,2—腹板焊縫截面面有效高度。。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM假定:A、被連接件絕絕對剛性，焊焊縫為彈性，，即：T作用下被連接接件有繞焊縫縫形心旋轉的的趨勢；B、T作用下焊縫群群上任意點的的應力方向垂垂直于該點與與焊縫形心的的連線，且大大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫縫群上的應力力均勻分布。。3、T、V共同作用下將F向焊縫群形心心簡化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：該連接的的設計控制點點為A點和A’點xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A點應力:將其沿x軸和y軸分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A點應力:A點垂直于焊縫縫長度方向的應力為:A點平行于焊縫縫長度方向的應力為:強度驗算公式式：τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe五、斜角角焊焊縫的計算α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B1、由于斜角角角焊縫的研究究不夠充分，，為簡化計算算，規(guī)范規(guī)定：對對于兩焊腳邊邊夾角60o≤α≤135o的斜T形連接，其斜斜角角焊縫采采用與直角角角焊縫相同的計算公式式，且統(tǒng)一取取βf=1.0。2、斜角角焊縫縫的計算厚度度hei由幾何關系得得其通式為：：式中：b、b1和b2≤5mm說明：A.b1和b2≤1.5mm時,可取b1、b2=0B.b1和b2>5mm時,應如圖“B”方式處理，且使b≤5mm。α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B1、對接焊縫的的坡口形式:一、對接焊縫縫的構造§3.5對接焊縫的構構造與計算對接焊縫的焊焊件常做坡口口，坡口形式式與板厚和施工條條件有關。t--焊件厚度(1)當:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)時可不做坡口,采用直邊縫;(2)t=7~20mm時，宜采用單單邊V形和雙邊V形坡口;(3)t>20mm時，宜采用U形、K形、X形坡口。C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）2、V形、U形坡口焊縫單單面施焊，但但背面需進行行補焊；3、對對接接焊焊縫縫的的起起、、滅滅弧弧點點易易出出現現缺缺陷陷，，故故一一般般用用引引弧弧板板引引出出，，焊焊完完后后將將其其切切去去；；不不能能做做引引弧弧板板時時，，每每條條焊焊縫縫的的計計算算長長度度等等于于實實際際長長度度減減去去2t1，t1—較薄薄焊焊件件厚厚度度；；4、當當板板件件厚厚度度或或寬寬度度在在一一側側相相差差大大于于4mm時，，應應做做坡坡度度不不大大于于1:2.5(靜載載)或1:4(動載載)的斜斜角角，，以以平平緩緩過過度度，，減減小小應應力力集集中中。。≤1:2.5≤1:2.5對接接焊焊縫縫分分為為：：焊透透和部分分焊焊透透（（自自學學））兩種種；；動荷荷載載作作用用下下部部分分焊焊透透的的對對接接焊焊縫縫不不宜宜用用做做垂直直受受力力方方向向的連連接接焊焊縫縫；；對于于靜靜載載作作用用下下的的一一級級和和二二級級對對接接焊焊縫縫其其強強度度可可視視為為與與母母材材相相同同，，不不與與計計算算。。三三級級焊焊縫縫需需進進行行計計算算；；對接接焊焊縫縫可可視視作作焊焊件件的的一一部部分分，，故故其其計計算算方方法法與與構構件件強強度度計計算算相相同同。。二、、對對接接焊焊縫縫的的計計算算NNt1、軸心心力力作作用用下下的的對對接接焊焊縫縫計計算算式中中：：N——軸心心拉拉力力或或壓壓力力；；t——板件件較較小小厚厚度度；；T形連連接接中中為為腹腹板板厚厚度度；；ftw、fcw—對接接焊焊縫縫的的抗抗拉拉和和抗抗壓壓強強度度設設計計值值。。NNlwtA當不不滿滿足足上上式式時時，，可可采采用用斜斜對對接接焊焊縫縫連連接接如如圖圖B。另:當tanθ≤≤1.5時,不用用驗驗算算!NNtBθNsinθNcosθlw2、M、V共同同作作用用下下的的對對接接焊焊縫縫計計算算lwtAMVστ因焊焊縫V共同作用下應力圖為：故其其強強度度計計算算公公式式為為：：式中中：：Ww—焊縫縫截截面面模模量量；；Sw--焊

Iw--焊縫截面慣性矩。（1）板板件件間間對對接接連連接接（2）工字形截截面梁對對接連接接計算MV1焊縫截面A、對于焊焊縫的σmax和τmax應滿足式式3-32和3-33要求；σmaxτσ1τ1τmaxB、對于翼翼緣與腹腹板交接接點焊縫縫（1點），其折算算應力尚應滿滿足下式式要求：：1.1—考慮最大大折算應應力只在在局部出出現的強強度增大大系數。?！?.6焊接應力力和焊接接變形一、焊接接殘余應應力的分分類及其其產生的的原因1、焊接殘殘余應力力的分類類A、縱向焊接接殘余應應力—沿焊縫長長度方向向;B、橫向焊接接殘余應應力—垂直于焊焊縫長度度方向;C、沿厚度方方向的焊焊接殘余余應力。。2、焊接殘殘余應力力產生的的原因（1）縱向焊焊接殘余余應力焊接過程程是一個個不均勻勻的加熱熱和冷卻卻過程，，焊件上上產生不不均勻的的溫度場場，焊縫縫處可達達1600oC，而鄰近近區(qū)域溫溫度驟降降。高溫溫鋼材膨膨脹大，，但受到到兩側溫溫度低、、膨脹小小的鋼材材限制，，產生熱態(tài)塑性性壓縮，焊縫冷冷卻時被被塑性壓縮縮的焊縫區(qū)區(qū)趨向收收縮，但但受到兩兩側鋼材材的限制制而產生生拉應力。對于低低碳鋼和和低合金金鋼，該該拉應力力可以使使鋼材達達到屈服強度度。焊接殘殘余應力力是無荷+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++（2）橫向焊焊接殘余余應力產生的原原因:1、焊縫的的縱向收收縮，使使焊件有有反向彎曲變形形的趨勢，，導致兩兩焊件在在焊縫處處中部受拉拉，兩端端受壓；2、焊接時時已凝固固的先焊焊焊縫，，阻止后后焊焊縫縫的橫

以上兩種應力的組合即為，橫向焊接殘余應力。(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力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時的橫向應力xy-+-+(d)焊縫橫向殘余應力yx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產生的橫向殘余應力:-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx（3）沿厚度度方向的的焊接殘殘余應力力在厚鋼板板的焊接接連接中中，焊縫縫需要多多層施焊焊，焊接接時沿厚厚度方向向已凝固固的先焊焊焊縫，，阻止后后焊焊縫縫的膨脹脹，產生生塑性壓縮縮變形。焊縫冷冷卻時，，后焊焊焊縫的收收縮受先先焊焊縫縫的限制制而產生生拉應力力，而先先焊焊縫縫產生壓壓應力，，因應力自相相平衡，更遠處處焊縫則則產生拉拉應力。。因此，，除了橫橫向和縱縱向焊接接殘余應應力σx,σy外，還存存在沿厚厚度方向向的焊接接殘余應應力σz，這三種種應力形形成同號號(受拉)三向應力力，大大大降低連接接的塑性性。-+-321σxσyσz二、焊接接殘余1、對結構構靜力強強度的影影響f+--bfy+--bfyNyNy因焊接殘殘余應力力自相平平衡，故故：當板件全全截面達達到fy，即N=Ny時：結論：焊接殘余應力對結構的靜力強度沒有影響。+--fyfbBt2、對結構構剛度的的影響A、當焊接接殘余應應力存在在時，因因截面的的bt部分拉應應力已經經達到fy，故該部部分剛度度為零（屈服）），這時在N作用下應應變增量量為：f+--bfyNN+--fyfNNbBt因為B-b<B，所以△△ε1>△ε2。結論：焊接殘余余應力的的存在增增大了結B、當截面面上沒有有焊接殘殘余應力力時，在在N作用下應應變增量量為：另外，對對于軸心心受壓構構件，焊焊接殘余余應力使使其撓曲剛度減減小，降降低壓桿桿的穩(wěn)定定承載力力（詳見見第五章章）。對于厚板板或交叉叉焊縫，，將產生生三向焊接接殘余拉拉應力，限制了了其塑性性的發(fā)展展，增加加了鋼材材低溫脆脆斷傾向向。所以，降低或消消除焊接接殘余應應力是改改善結構構低溫冷冷脆性能能的重要要措施。3、對低溫溫冷脆的的影響4、對疲勞勞強度的的影響在焊縫及及其附近近主體金金屬焊接接殘余拉拉應力通通常達到到鋼材三、焊焊接變變形焊接變變形包包括：：縱向收收縮、、橫向收收縮、彎曲變變形、角變形形和扭曲變變形等，通通常是是幾種種變形形的組組合。。四、減減小焊焊接殘殘余應應力和和焊接接變形形的措措施1、設計上上的措措施；；（1）焊接接位置置的合合理安安排（2）焊縫縫尺寸寸要適適當（3）焊縫縫數量量要少少，（4）應盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5）應盡量避免母材在厚度方向的收縮應力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，應焊前預熱或焊后回火處理§3.7螺栓連連接的的構造造一、螺螺栓的的種類類1.普通螺螺栓C級---粗制螺螺栓，性能能等級級為4.6或4.8級；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ類孔，孔徑徑(do)-栓桿直直徑(d)＝1～3mm。A、B級---精制螺螺栓，性能能等級級為5.6或8.8級;5或8表示fu≥500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅰ類孔，孔徑徑(do)-栓桿直直徑(d)＝0.3～0.5mm。按其加加工的的精細細程度度和強強度分分為:A、B、C三個級級別。。2.高強度度螺栓栓由45號、40B和20MnTiB鋼加工工而成成，并并經過過熱處處理45號－8.8級；40B和20MnTiB－10.9級

（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓扭剪型型高強強度螺螺栓二、螺螺栓的的排列列1.并列—簡單、、整齊齊、緊緊湊所所用連連接板板尺寸寸小，，但構構件截面面削弱弱大；；B錯列A并列中距中距邊距邊距端距2.錯列—排列不不緊湊湊，所所用連連接板板尺寸寸大，，但構構件截截面削弱弱??；；3.螺栓排排列的的要求求（1）受力力要求求:垂直受受力方方向：：為了防防止螺螺栓應應力集集中相相互影影響、、截面面削弱弱過多多而降降低承承載力力，螺栓的的邊距距和端端距不不能太太?。?；順力作作用方方向：：為了防防止板板件被被拉斷斷或剪剪壞，，端距不不能太太??；；對于受受壓構構件：：為防止止連接接板件件發(fā)生生鼓曲曲，中距不不能太太大。。（2）構造造要求求；螺栓的的邊距距和中中距不不宜太太大，，以免免板件件間貼貼合不不密，，潮氣氣侵入入腐蝕蝕鋼材材。（3）施工工要求求為了便便于扳扳手擰擰緊螺螺母，，螺栓栓中距距應不不小于于3do。根據以以上要要求，，規(guī)范范給定定了螺螺栓的的容許許間距距。三、螺螺栓連連接的的構造造要求求為了保保證連連接的的可靠靠性，，每個個桿件件的節(jié)節(jié)點或或拼接接接頭頭一端端不宜宜少于于兩個永永久螺螺栓；直接承承受動荷載載的普通通螺栓栓連接接應采采用雙螺帽帽，或其其他措措施以以防螺螺帽松松動；；C級螺栓栓宜用用于沿沿桿軸軸方向向的受受拉連連接，，以下下情況況可用用于抗抗剪連連接：：1、承受受靜載載或間間接動動載的的次要要連接接；2、承受受靜載載的可可拆卸卸結構構連接接；3、臨時時固定定構件件的安安裝連連接。。型鋼構構件拼拼接采采用高高強螺螺栓連連接時時，為為保證證接觸觸面緊緊密，，應采采用鋼鋼板而而不能能采用用型鋼鋼作為為拼接接件；；螺栓連連接一、螺螺栓的的種類類1.普通螺螺栓2.高強度度螺栓栓二、螺螺栓的的排列列B錯列A并列中距中距邊距邊距端距§3.8普通螺螺栓連連接計計算一、螺螺栓連連接的的受力力形式式FNFA只受剪剪力B只受拉拉力C剪力和和拉力力共同同作用用二、普普通螺螺栓抗抗剪連連接對圖示示螺栓栓連接接做抗抗剪試試驗,即可得得到板板件上上a、b兩點相對位位移δ和作用力N的關系曲線線,該曲線清楚楚的揭示了了抗剪螺栓栓受力的四四個階段,即：NδO1234NNabNN/2N/2二、普通螺螺栓抗剪連連接（一）工作作性能和破破壞形式1.工作性能對圖示螺栓栓連接做抗抗剪試驗,即可得到板板件上a、b兩點相對位位移δ和作用力N的關系曲線線,該曲線清楚楚的揭示了了抗剪螺栓栓受力的四四個階段,即：(1)摩擦傳力的的彈性階段段(0~1段)直線段—連接處于彈彈性狀態(tài)；；該階段較短短—摩擦力較小小。NδO1234NNabNN/2N/2(2)滑移階段(1~2段)克服摩擦力力后，板件件間突然發(fā)發(fā)生水平滑滑移，最大大滑移量為為栓孔和栓栓桿間的距距離，表現現在曲線上上為水平段段。NδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的的彈性階段段(2~3段)該階段主要要靠栓桿與與孔壁的接接觸傳力。。栓桿受剪剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠擠壓。由于于材料的彈彈性以及栓桿拉力增增大所導致的板板件間摩擦擦力的增大大，N-δ關系以曲線線狀態(tài)上升升。(4)彈塑性階段段(3~4段)達到‘3’后，即使給給荷載以很很小的增量量，連接的的剪切變形形迅速增大大，直到連連接破壞。?！?’點（曲線的的最高點））即為普通通螺栓抗剪剪連接的極極限承載力力Nu。NδO1234abNN/2N/2Nu2.破壞形式（1）螺栓桿被被剪壞栓桿較細而而板件較厚厚時（2）孔壁的擠擠壓破壞栓桿較粗而而板件較薄薄時（3）板件被拉拉斷截面削弱過過多時以上破壞形形式予以計計算解決。。N/2NN/2NNNN（4）板件端部部被剪壞(拉豁)端矩過小時時；端矩不不應小于2dONN（5）栓桿彎曲曲破壞螺栓桿過長長；栓桿長長度不應大大于5d這兩種破壞構造解決N/2NN/2（二）抗剪剪螺栓的單單栓承載力力設計值由破壞形式式知抗剪螺栓的的承載力取取決于螺栓栓桿受剪和和孔壁承壓壓兩種情況況，故單栓栓抗剪承載載力由以下下兩式決定定:nv—剪切面數目目；d—螺栓桿直徑徑；fvb、fcb—螺栓抗剪和和承壓強度度設計值；；∑t—連接接頭一一側承壓構構件總厚度度的較小值值。單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：d剪切面數目目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通通螺栓群抗抗剪連接計計算1、普通螺栓栓群軸心力力作用下抗抗剪計算N/2Nl1N/2平均值螺栓的內力分布試驗證明,栓群在軸力力作用下各各個螺栓的的內力沿栓栓群長度方方向不均勻勻，兩端大大,中間小。當l1≤15d0(d0為孔徑)時，連接進進入彈塑性性工作狀態(tài)態(tài)后，內力力重新分布布，各個螺螺栓內力趨趨于相同，，故設計時時假定N有各螺栓均均擔。所以，連接所需螺栓數為：當l1>15d0(d0為孔徑)時，連接進進入彈塑性性工作狀態(tài)態(tài)后，即使使內力重新新分布,各個螺栓內內力也難以以均勻，端端部螺栓首首先破壞,然后依次破破壞。由試試驗可得連連接的抗剪強度折折減系數η與l1/d0的關系曲線線。試驗曲線8.8級

M22我國規(guī)范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長連接螺栓的內力分布故，連接所需栓數：NNbtt1b1普通螺栓群群軸心力作作用下，為為了防止板板件被拉斷斷尚應進行行板件的凈凈截面驗算算。拼接板的危危險截面為為2-2截面:A、螺栓采用用并列排列列時:主板的危險險截面為1-1截面:1122NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用用錯列排列列時:主板的危險險截面為1--1和1’--1’截面:111’1’NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危危險截面為為2--2和2’--2’截面:222’2’2、普通螺栓栓群偏心力力作用下抗抗剪計算F作用下每個個螺栓受力力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下連接接按彈性設設計，其假假定為：（1）連接板件絕絕對剛性，，螺栓為彈彈性；（2）T作用下連接接板件繞栓栓群形心轉轉動，各螺螺栓剪力與與其至形心心距離呈線線形關系，，方向與ri垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’號螺栓所受受剪力最大大（r1最大）。由假定‘(2)’得由式3-39得:由力的平衡衡條件得：：TxyN1TN1TxN1Tyr11將式3--40代入式3--38得:將N1T沿坐標軸分分解得:由此可得螺螺栓1的強度驗算算公式為:另外,當螺栓布置置比較狹長長(如y1≥3x1)時,可進行如下下簡化計算算：令:xi=0，則N1Ty=0（一）普通通螺栓抗拉拉連接的工工作性能三、普通螺螺栓的抗拉拉連接抗拉螺栓連連接在外力力作用下，，連接板件接接觸面有脫脫開趨勢，螺栓桿受受桿軸方向向拉力作用用，以栓桿被拉斷斷為其破壞壞形式。（二）單個普通螺栓栓的抗拉承承載力設計計值式中：Ae--螺栓的有效效截面面積積；de--螺栓的有效效直徑；ftb--螺栓的抗拉拉強度設計計值。dedndmd公式的兩點點說明：（1）螺栓的有有效截面面面積因栓桿上的的螺紋為斜斜方向的，，所以公式式取的是有有效直徑de而不是凈直直徑dn，現行國家家標準?。海?2）螺栓垂直直連接件的的剛度對螺螺栓抗拉承承載力的影影響A、螺栓受拉時時，一般是是通過與螺螺桿垂直的的板件傳遞遞，即螺桿桿并非軸心心受拉，當當連接板件件發(fā)生變形形時，螺栓栓有被撬開開的趨勢（杠桿作用用），使螺桿中中的拉力增增加（撬力Q）并產生彎曲曲現象。連接件剛度度越小撬力力越大。試驗證明明影響撬力力的因素較較多，其大大小難以確確定，規(guī)范范采取簡化化計算的方方法，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的的抗拉強度度設計值））來考慮其影影響。B、在構造造上可以通通過加強連連接件的剛剛度的方法法，來減小小杠桿作用用引起的撬撬力，如設加勁肋，可以減小小甚至消除除撬力的影影響。(三）普通螺螺栓群的軸軸拉設計一般假定每每個螺栓均均勻受力，，因此，連連接所需的的螺栓數為為：N(四）普通螺螺栓群在彎彎炬作用下下M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸M作用下螺栓栓連接按彈彈性設計，，其假定為為：（1）連接板件件絕對剛性性，螺栓為為彈性；（2）螺栓群的的中和軸位位于最下排排螺栓的形形心處，各各螺栓所受拉拉力與其至至中和軸的的距離呈正正比。顯然‘1’號螺栓在M作用下所受受拉力最大大由力學及假定可得：M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸由式3--52得:將式3--54代入式3--53得:因此，設計時只要滿足下式，即可：(五）普通螺栓群群在偏心拉拉力作用下下偏心力作用下普通通螺栓連接接，可采用用偏于安全全的設計方方法，即疊加加法法。刨平頂緊承托(板)FeN1F1234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=F?e中和軸N4M四、、普通通螺螺栓栓拉拉、、剪剪聯(lián)聯(lián)合合作作用用011VeM=VeV因此：2、由由試試驗驗可可知知，，兼兼受受剪剪力力和和拉拉力力的螺螺桿桿，，其其承承載載力力無無量量綱綱關關系系曲線線近近似似為為一一“四分分之之一一圓圓”。1、普普通通螺螺栓栓在在拉拉力力和和剪剪力力的的共共同同作用用下下，，可可能能出出現現兩兩種種破破壞壞形形式：：螺桿桿受受剪剪兼兼受受拉拉破破壞壞、、孔壁的的承承壓壓破破壞壞；；3、計計算算時時，，假假定定剪剪力力由由螺螺栓栓群群均均勻承承擔擔，，拉力力由由受受力力情情況況確確定定。。規(guī)范范規(guī)規(guī)定定：：普普通通螺螺栓栓拉拉、、剪剪聯(lián)聯(lián)合合作作用用為為了了防防止止螺桿桿受剪剪兼兼受受拉拉破壞壞，，應應滿滿足足：：為了了防防止止孔孔壁壁的的承承壓壓破破壞壞，，應應滿滿足足：：011ab另外外，拉拉力力和和剪剪力力共共同同作作用用下下的的普普通通螺螺栓栓連連接接，，當當有承承托托承承擔擔全全部部剪剪力力時時，螺螺栓栓群群按按受受拉拉連連接接計計算算。。承托托與與柱柱翼翼緣緣的的連連接接角角焊焊縫縫按按下下式式計計算算：：式中中：：α—考慮慮剪剪力力對對角角焊焊縫縫偏偏心心影影響響的的增增大大系系數數，，一般般取取α=1.25~1.35；其余余符符號號同同前前。。M刨平頂緊承托(板)V連接角焊縫§3.9高強強度度螺螺栓栓連連接接計計算算一、、高高強強度度螺螺栓栓的的工工作作性性能能及及單單栓栓承承載載力力按受受力力特特征征的的不不同同高強強度度螺螺栓栓分分為為兩兩類類：：摩擦擦型型高高強強度度螺螺栓栓—通過過板板件件間間摩摩擦擦力力傳傳遞遞內內力力，破壞壞準準則則為為克克服服摩摩擦擦力力；承壓壓型型高強強度度螺螺栓栓—受力力特特征征與與普普通通螺螺栓栓類類似似。1、高高強強度度螺螺栓栓預預拉拉力力的的建建立立方方法法通過過擰擰緊緊螺螺帽帽的的方方法法，，螺螺帽帽的的緊緊固固方方法法：：A、轉轉角角法法施工工方方法法：：初擰擰—用普普通通扳扳手手擰擰至至不不動動，，使使板板件件貼貼緊緊密密；；終擰擰—初擰擰基基礎礎上上用用長長扳扳手手或或電電動動扳扳手手再再擰擰過過一一定定的的角角度度，，一一般般為為120o~180o完成成終終擰擰。。特點點：：預預拉拉力力的的建建立立簡簡單單、、有有效效，，但但要要防防止止欠欠擰擰、、漏漏擰擰和超超擰擰；；B、扭扭矩矩法法施工工方方法法：：初擰擰—用力力矩矩扳扳手手擰擰至至終終擰擰力力矩矩的的30%~50%，使使板件件貼貼緊緊密密；；終擰擰—初擰擰基基礎礎上上，，按按100%設計計終終擰擰力力矩矩擰擰緊緊。。特點點：：簡簡單單、、易易實實施施，，但但得得到到的的預預拉拉力力誤誤差差較較大大。。2、高高強強度度螺螺栓栓預預拉拉力力的的確確定定高強強度度螺螺栓栓預預拉拉力力是是根根據據螺螺栓栓桿桿的的有效效抗抗拉拉強強度度確定定的的，，并并考考慮慮了了以以下下修修正正系系數數：：考慮慮材材料料的的不不均均勻勻性性的的折折減減系系數數0.9；為防防止止施施工工時時超超張張拉拉導導致致螺螺桿桿破破壞壞的的折折減減系系數數0.9；考慮慮擰擰緊緊螺螺帽帽時時，，螺螺栓栓桿桿上上產產生生的的剪剪力力對對抗抗拉拉強強度度的的降降低低除除以以系系數數1.2。附加加安安全全系系數數0.9。因此此，，預預拉拉力力：：Ae—螺紋紋處處有有效效截截面面積積；；fu—螺栓栓熱熱處處理理后后的的最最抵抵抗抗拉拉強強度度；；8.8級，，取取fu=830N/mm2，10.9級，，取取fu=1040N/mm23、高高強強度度螺螺栓栓摩摩擦擦面面抗抗滑滑移移系系數數μ摩擦擦型型高高強強度度螺螺栓栓是是通通過過板板件件間間摩摩擦擦力力傳傳遞遞內內力力的的，，而而摩摩擦擦力力的的大大小小取取決決于于板板件件間間的的擠擠壓壓力力（（P）和和板板件件間間的的抗抗滑滑移移系系數數μ；板件件間間的的抗抗滑滑移移系系數數與與接接觸觸面面的的處處理理方方法法和和構構件件鋼鋼號號有有關關，，其大大小小隨隨板板件件間間的的擠擠壓壓力力的的減減小小而而減減小??；規(guī)范范給給出出了了不不同同鋼鋼材材在在不不同同接接觸觸面面的的處處理理方方法法下下的的抗抗滑滑移移系系數數μ,如下表4、高強度螺栓栓抗剪連接的的工作性能和和單栓承載力力(1)抗剪連接工作作性能受力過程與普普通螺栓相似似，分為四個階段段：摩擦傳力的彈彈性階段、滑移階段、栓桿傳力的彈彈性階段、彈塑性階段。但比較兩條N—δ曲線可知，由于高強度螺螺栓因連接件件間存在很大的摩擦力力，故其第一一個階段遠遠大于普通通螺栓。高強度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2A、對于高強度度螺栓摩擦型連接，其破壞準則則為板件發(fā)生生相對滑移，，因此其極限限狀態(tài)為1點而不是4點，所以1點的承載力即即為一個高強強度螺栓摩擦擦型連接的抗剪承載力：：NδO12341234高強度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9—抗力分項系數數γR的倒數(γR=1.111);nf—傳力摩擦面數數目;μ--摩擦面抗滑移移系數;P—預拉力設計值值.（2）、抗剪連接接單栓承載力力B、對于高強度度螺栓承壓型抗剪連連接，允許接觸面面發(fā)生相對滑滑移，破壞準準則為連接達達到其極限狀狀態(tài)4點，所以高強強度螺栓承壓壓型連接的單單栓抗剪承載載力計算方法法與普通螺栓栓相同。NδO12341234高強度螺栓普通螺栓單栓抗剪承載載力：抗剪承載力：承壓承載力：5、高強度螺栓栓抗拉連接工工作性能和單單栓承載力當外拉力為零零，即N=0時：P=C；當外拉力為Nt時：板件有被被拉開趨勢，，板件間的壓力力C減小為Cf，栓桿拉力P增加為Pf，由力及變形形協(xié)調得：NPCP+△P=PfC-△C=CfNtAb—栓桿截面面積積；Ap—板件擠壓面面面積；當板件即將被被拉開時：Cf=0，有Pf=Nt，因此：一般板件間的的擠壓面面積積比栓桿截面面面積大的多多，近似取AP/Ab=10，得：顯然栓桿的拉拉力增加不大大。另外，試驗證證明，當栓桿桿的外加拉力力大于P時，卸載后螺螺栓桿的預拉拉力將減小，，即發(fā)生松弛現象。但當Nt不大于0.8P時，則無松弛弛現象，這時時Pf=1.07P，可認為螺桿桿的預拉力不不變，且連接接板件間有一一定的擠壓力力保持緊密接接觸，所以現現行規(guī)范規(guī)定定：P+△P=PfC-△C=CfNtA、摩擦型高強度度螺栓的單栓栓抗拉承載力力為：上式未考慮橇橇力的影響，，當考慮橇力力影響時，螺螺栓桿的拉力力Pf與Nt的關系曲線如如圖：Nt≤0.5P時，橇力Q=0；Nt≥0.5P后，橇力Q出現，增加速速度先慢后快。橇力Q的存在導致連連接的極限承承載力由Nu降至Nu’。所以，如設計計時不考慮橇橇力的影響,應使Nt≤0.5P或增加連接板板件的剛度（（如設加勁肋肋）。30025020015010050050100150200250300Pf(KN)Nu’NuNt(KN)2NNNQQ19518.8級M22P=150KNQ有橇力時的螺栓破壞無橇力時的螺栓破壞B、承壓型高強度度螺栓的單栓栓抗拉承載力力，因