第七章鋼結構的連接

第七章鋼結構的連接7.1鋼結構對連接的要求及連接方法7.3對接焊縫的構造和計算7.2焊接連接的特性7.5焊接熱效應7.4角焊縫的構造和計算7.6普通螺栓連接的構造和計算7.7高強度螺栓連接的性能和計算本章學習要點基本要求：掌握焊接連接的特性和計算，普通螺栓連接的構造和計算，高強度螺栓連接的性能和計算；理解鋼結構對連接的要求及連接方法，重點：掌握焊接連接的特性和計算、普通螺栓連接、高強度螺栓連接的性能和計算。

7.1鋼結構對連接的要求及連接方法一、鋼結構對連接的要求及連接方法1.連接的原則：安全可靠、傳力明確、構造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材鋼結構中連接占有重要地位，因為：①構件、結構通過連接來實現；②連接方式影響結構的構造、工藝、造價；③連接質量影響結構的安全、使用壽命。7.1鋼結構對連接的要求及連接方法2.連接的方式：焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接連接的方式螺栓連接鉚釘連接焊接連接缺點*構造簡單任何形式的構件都可直接相連；*用料經濟不削弱截面；*制作加工方便可實現自動化操作；*連接的密閉性好，結構剛度大，整體性好。

*材質易變脆；*產生殘余應力、殘余應變、焊接缺陷*降低壓桿穩(wěn)定、影響疲勞強度*對裂紋十分敏感*低溫冷脆問題較為突出。優(yōu)點3.焊縫連接的特點現代鋼結構最基本的連接方式，應用最廣泛。7.1鋼結構對連接的要求及連接方法4.鉚釘連接及特點

鉚釘連接是用一端帶有半圓形預制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅迅速插入被連接件的釘孔中，再用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，使連接達到緊固。缺點費工費料、勞動強度高。目前承重鋼結構連接中已很少應用。優(yōu)點傳力可靠，塑性、韌性好，動力性能好7.1鋼結構對連接的要求及連接方法5.螺栓連接缺點優(yōu)點施工簡單，拆裝方便，摩擦型高強度螺栓連接動力性能好耐疲勞，易阻止裂紋擴展費料、開孔截面削弱螺栓孔加工精度要求高7.1鋼結構對連接的要求及連接方法7.1鋼結構對連接的要求及連接方法①普通螺栓連接根據加工精度分A、B、C三級。

A、B級精制螺栓，采用低合金鋼或再經熱處理后制成，Ⅰ類孔，孔徑比桿徑大0.3-0.5mm，抗剪性能好，制造安裝費工，少用。性能等級5.6級或8.8級。

C級粗制螺栓，一般Q235鋼，Ⅱ類孔，孔徑比桿徑大1.5-2.0mm，抗剪性能差，但傳遞拉力性能好，性能等級為4.6級或4.8級。②高強螺栓連接高強鋼材制成：優(yōu)質碳素鋼：35號、45號合金鋼：20MnTiB、40B、35VB

性能等級：8.8級、10.9級。小數點前8、10——螺栓材料經熱加工后的最低抗拉強度為800、1000N/mm2；小數點后0.8、0.9——屈強比7.1鋼結構對連接的要求及連接方法摩擦型高強螺栓：只靠摩擦阻力傳力，以剪力達到接觸面的摩擦力作為承載力極限狀態(tài)——設計準則。變形小，彈性性能好，耐疲勞，施工較簡單，適用于承受動力荷載的結構。承壓型高強螺栓：以作用剪力達到栓桿抗剪或孔壁承壓破壞作為承載力極限狀態(tài)——設計準則。承載力高于摩擦型連接，連接緊湊，剪切變形大，不能用于承受動力荷載的結構。7.2焊接連接的特性一、常用焊接方法電阻焊電弧焊1）手工電弧焊2）自動半自動埋弧焊氣體保護焊（1）手工電弧焊原理：利用電弧產生熱量熔化涂有焊藥的焊條和母材形成焊縫。

焊機導線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧優(yōu)點：方便，適應性強，特別適用于在高空和野外作業(yè)，小型焊接，應用最廣泛。缺點：質量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，生產效率低。電渣焊7.2焊接連接的特性A、焊條的選擇：焊條應與焊件鋼材（主體金屬）相適應。Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--E5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5001--E5048)Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)B、焊條的表示方法：E—焊條(Electrode)第1、2位數字為熔敷金屬的最小抗拉強度（kgf/mm2)第3、4表示適用焊接位置、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。7.2焊接連接的特性（2）埋弧焊（自動或半自動）光焊絲埋在焊劑下，通電后電弧使焊絲、焊件、焊劑熔化形成焊縫。焊劑溶化后形成焊渣浮在溶化金屬表面，隔絕空氣接觸，供給必要的合金元素。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊縫質量好。缺點：設備投資大，施工位置受限。7.2焊接連接的特性（4）電阻焊（3）氣體保護焊利用焊槍噴出的CO2或其他惰性氣體代替焊劑的電弧溶焊方法。直接依靠保護氣體在電弧周圍形成保護層，以防止有害氣體的侵入。

優(yōu)點：沒有熔渣，焊接速度快，焊接質量好。缺點：施工條件受限制，不適用于在風較大的地方施焊。利用電流通過焊件接觸點表面的電阻所產生的熱量來溶化金屬，再通過壓力使其焊合。適用于板疊厚度不大于12mm的焊接。

7.2焊接連接的特性（5）電渣焊利用電流通過熔渣所產生的電阻來熔化金屬，焊絲作為電極伸入并穿過渣池，使渣池產生電阻熱將焊件金屬及焊絲熔化，沉積于焊池中，形成焊縫。電渣焊一般在立焊位置進行。

7.2焊接連接的特性二、焊縫連接的優(yōu)缺點不需要在鋼材上打孔鉆眼，既省工，又不減損鋼材截面，使材料可以充分利用；任何形狀的構件都可以直接相連，不需要輔助零件，構造簡單；焊縫連接的密封性好，結構剛度大。施焊的高溫作用，形成焊縫附近的熱影響區(qū)，使鋼材的金屬組織和力學性能發(fā)生變化，材質變脆；焊接的殘余應力使焊接構件發(fā)生脆性破壞的可能性增大，殘余變形使尺寸和形狀發(fā)生變化，矯正費工；局部裂縫容易擴展到整體，低溫冷脆問題比較突出。優(yōu)點缺點7.2焊接連接的特性三、焊縫缺陷

1.焊縫缺陷：指焊接過程中產生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。

裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔夾渣咬邊未熔合未焊透7.2焊接連接的特性①裂紋最危險的缺陷，出現在焊縫內部或熱影響區(qū)內，導致裂紋尖端應力集中現象嚴重，易脆斷。產生原因鋼材化學成分不當，含C量過高；焊接工藝不合適，電流、速度等；所用焊條不符合要求及施焊次序不恰當。②氣孔氣體在焊縫金屬冷卻前沒有逸出而形成。降低塑性、密實性。③夾渣是在焊縫金屬內部或與母材熔合處形成的非金屬夾雜物。危害同氣孔。裂紋氣孔夾渣7.2焊接連接的特性④未熔合指母材與熔化金屬之間局部未熔合的現象。削弱連接強度，產生應力集中，易脆斷。咬邊未熔合未焊透⑤咬邊是在焊縫一側或兩側與母材交界處形成的凹坑。減少母材有效面積，造成應力集中。⑤未焊透削弱連接強度，產生應力集中7.2焊接連接的特性2.焊縫質量等級

《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205-2001規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級和三級。

三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查，檢查焊縫尺寸是否符合設計要求和有無看得見的裂紋、咬邊等缺陷。

二級焊縫：外觀檢查+無損檢驗（超聲波探傷）合格，用于受較大拉應力的重要連接。一級焊縫：外觀檢查+無損檢驗（超聲波探傷、X射線探傷）合格，用于抗動力、需要驗算疲勞的重要連接。一、二級對接焊縫金屬強度與被焊金屬強度相等。7.2焊接連接的特性三、焊接連接型式及焊縫形式1.連接型式：分為平接、搭接、T形連接和角部連接。7.2焊接連接的特性2.焊縫形式：分為對接焊縫和角焊縫。對接焊縫按受力與焊縫方向分：

1）直對接焊縫

2）斜對接焊縫角焊縫按受力與焊縫方向分：

1）正面角焊縫：作用力方向與焊縫長度方向垂直。

2）側面角焊縫：作用力方向與焊縫長度方向平行。7.2焊接連接的特性

1）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。

2）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應力集中。不重要或受力小的構件，可采用間斷角焊縫連接3.角焊縫沿長度方向的布置注意:

L不宜過長在受壓構件中L≤15t

在受拉構件中L≤30t

（t為較薄焊件的厚度）7.2焊接連接的特性平焊、立焊、橫焊和仰焊。4.施焊位置施焊方式平焊立焊焊條仰焊橫焊7.2焊接連接的特性五、焊縫代號①封底焊縫②I形焊縫③V形焊縫⑤單邊V形焊縫⑥帶鈍邊V形焊縫7.2焊接連接的特性⑧角焊縫⑨塞焊縫與槽焊縫⑩點焊縫⑦帶鈍邊U形焊縫7.2焊接連接的特性焊縫代號用于鋼結構施工圖上對焊縫進行標注，標明焊縫形式、尺寸和輔助要求。形式角焊縫對接焊縫三面圍焊單面焊縫雙面焊縫安裝焊縫相同焊縫標注方法7.2焊接連接的特性當焊縫分布比較復雜或用上述注標方法不能表達清楚時，可在標注焊縫代號的同時，在圖上加柵線表示焊縫。7.3對接焊縫的構造和計算一、對接焊縫的構造要求

1、坡口形式

對接焊縫常做成帶坡口的形式，故又稱為坡口焊縫。應根據焊件厚度按保證焊縫質量，便于施焊及減小焊縫截面積的原則選用。

常用的坡口形式有I形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫（Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫、雙Y形縫。I形縫：適用板厚：t≤10mm帶鈍邊單邊V形縫：帶鈍邊V形縫：適用板厚：10mm

<

t≤20mm7.3對接焊縫的構造和計算帶鈍邊U形縫：帶鈍邊雙單邊V形縫：雙Y形縫：適用板厚：t>20mm沿焊件厚度方向未開坡口的端面部分p稱為鈍邊，鈍邊的作用是防止根部燒穿。對于沒有條件清根和補焊者，要事先加墊板。7.3對接焊縫的構造和計算2、變截面鋼板拼接（a）鋼板寬度不同（b）鋼板厚度不同（c）厚差小于4mm時，由焊縫找坡，計算時，焊縫厚度取較薄板厚度。7.3對接焊縫的構造和計算3、對接焊縫的起弧和落弧，常因不能熔透而出現凹形的焊口，焊口處常產生裂紋和應力集中。施焊時可采用引弧板消除此影響；焊后將引弧板切除，并用砂輪將表面磨平。引弧板4、在直接承受動載的結構中，為提高疲勞強度，應將對接焊縫的表面磨平，打磨方向應與應力方向平行。焊透的T形連接焊縫鋼板拼接焊縫示意7.3對接焊縫的構造和計算二、對接焊縫的計算1.軸心受力的對接焊縫N——軸心拉力或壓力設計值；lw——焊縫計算長度，無引弧板時，焊縫計算長度取實際長度減去2t；有引弧板時，取實際長度；t——連接件的較小厚度，對T形接頭為腹板的厚度

；ftw、fcw——對接焊縫的抗拉、抗壓強度設計值（由P337附表12查出）。與構件母材強度計算方法相同，采用材料力學的計算公式一、二級對接焊縫不需驗算。三級焊縫需驗算。

NNlt要點7.3對接焊縫的構造和計算當正縫的連接強度低于焊件的連接強度時，為提高連接的承載能力，可改用斜縫。

對接焊縫斜向受力是指作用力通過焊縫重心，并與焊縫長度方向呈夾角，其近似計算公式為（沒考慮共同作用）：lw——斜焊縫計算長度。加引弧板時，lw＝b/sinq；不加引弧板時，lw′＝b/sinq-2t。

fvw——對接焊縫抗剪設計強度。規(guī)范規(guī)定，當斜焊縫傾角≤56.3°，即tan≤1.5時，可認為對接斜焊縫與母材等強，不用計算。b7.3對接焊縫的構造和計算2.受彎受剪的對接焊縫計算焊縫內應力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應力與剪應力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應分別滿足下列強度條件。

M——焊縫承受的彎矩；Ww——焊縫截面模量。V——焊縫承受的剪力；Iw——焊縫計算截面慣性矩；Sw——焊縫截面計算剪應力處以上部分對中和軸的面積矩。7.3對接焊縫的構造和計算對于工字形、箱形、T形等構件除應分別驗算最大正應力與最大剪應力外，還應驗算腹板與翼緣交接處的折算應力：式中：1、1——驗算點處（腹板、翼緣交接點）的正應力和剪應力。1.1為考慮到最大折算應力只在焊縫局部出現，而將焊縫強度設計值適當提高的系數。

7.3對接焊縫的構造和計算3.軸力、彎矩、剪力共同作用時對接焊縫計算NN危險點折算應力：7.3對接焊縫的構造和計算三、部分焊透的對接焊縫由于未焊透，連接處存在縫隙，應力集中現象嚴重，易脆裂。故計算時采用焊縫的有效厚度he，按角焊縫的公式計算。（a）、（b）、（c）V形坡口（d）U形坡口（e）J形坡口V形坡口：當α≥60°，he＝s；當α<60°，he＝0.75s；單邊V形和K形坡口：當α＝45°±5°，he＝s-3U形和J形坡口：he＝s各種坡口情況he≥，t為厚板厚度。s為坡口根部至焊縫表面（不考慮余高）的最短距離。7.3對接焊縫的構造和計算注意：①受動荷結構，垂直于受力方向的焊縫不宜采用部分焊透的對接焊縫。下列情況可采用部分焊透的對接焊縫：連接焊縫受力很小甚至不受力（圖a），圖c圖b焊縫受力較大，采用焊透的對接焊縫，強度富余較多；若用角焊縫，焊角又過大，此時采用“對接與角接組合焊縫”。(圖c)圖aNN焊縫只起聯(lián)系作用（圖b），7.3對接焊縫的構造和計算②部分焊透的對接焊縫受垂直于焊縫長度方向的壓力時，強度設計值提高1.22倍，其它情況βf=1.0③當熔合線處焊縫截面邊長等于s時，抗剪強度設計值乘以0.9。如單邊V形和J形。7.3對接焊縫的構造和計算對接焊縫計算步驟確定荷載；確定最不利位置；強度驗算。不同作用情況下對接焊縫計算（矩形、I形、T形）計算截面幾何特征值；進行截面應力狀態(tài)分析；7.3對接焊縫的構造和計算例1：驗算如圖所示牛腿與柱的對接焊縫連接。F=150kN，鋼材Q345，E50焊條，手工焊，質量等級為三級，不采用引弧板。1061012190F150—130×12—200×10ba【解】：施焊時未采用引弧板，翼緣焊縫的計算長度為106mm，腹板焊縫的計算長度為190mm。1.荷載計算2.截面幾何特征值計算集中力F對焊縫形心產生剪力V和彎矩M：F150baxy1y210610121903.焊縫強度驗算翼緣上邊緣焊縫拉應力：腹板下端焊縫壓應力：腹板下端正應力、剪應力均較大，需驗算折算應力：190x66.5135.510610127.4角焊縫的構造和計算一、角焊縫的構造和強度角焊縫按截面形式（兩焊腳邊的夾角）可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。對承受動力荷載的結構中，常用（c）、（d）形式的角焊縫；正面角焊縫的截面通常采用（b）形式的角焊縫；側面角焊縫的截面做成（c）形式的角焊縫。（a）（b）（c）（d）直角角焊縫7.4角焊縫的構造和計算斜角角焊縫的斜角角焊縫，除鋼管結構外，不宜用作受力焊縫7.4角焊縫的構造和計算（1）側面角焊縫：主要承受剪應力，強度低，彈性模量低，但塑性較好。彈性階段分布并不均勻，剪應力兩端大，中間??；出現塑性變形后，產生應力重分布，在規(guī)范規(guī)定長度范圍內，應力分布可趨于均勻。破壞面通常在焊縫的最小截面（45o斜截面）。破壞起點在側縫兩端，該處出現裂縫后，迅速蔓延擴展，使焊縫斷裂。1.角焊縫的應力分布側面角焊縫應力分布角焊縫應力-位移曲線7.4角焊縫的構造和計算

（2）正面角焊縫：焊縫垂直于受力方向，應力狀態(tài)較復雜。焊縫截面各面都有正應力和剪應力，分布不均勻，焊縫根部形成高峰應力，易于開裂。破壞強度高，但塑性差，彈性模量大。

正面角焊縫應力分布7.4角焊縫的構造和計算2.角焊縫的尺寸限制不計熔深和余高hf,min、hfmax為了保證焊縫的最小承載能力以及防止焊縫由于冷卻速度快而產生淬硬組織，導致母材開裂。a)最小焊腳尺寸(hf,min)手工焊角焊縫：t—較厚焊件的厚度。自動焊（熔深較大）：焊件厚度t≤4mm時：取hfmin=tT形連接單面角焊縫：（1）焊腳尺寸hfmax≤1.2t

t—較薄焊件的板厚。

b)最大焊腳尺寸(hfmax)

對板件（厚度t

）邊緣的角焊縫（貼邊焊）

當t≤6mm時，hfmax≤t

； 當t＞6mm時，hfmax≤t-(1～2)mm。

為了避免焊縫局部過熱，燒穿較薄的焊件，減小焊接殘余應力和殘余變形。hf,max應滿足以下要求:t≤6mmt＞6mm7.4角焊縫的構造和計算貼邊焊7.4角焊縫的構造和計算a)最小計算長度（lwmin）（2）焊縫長度(lw)

為了使焊縫能有一定的承載能力，根據使用經驗，側面角焊縫和正面角焊縫的計算長度均不得小于：lwmin≥8hf和40mm。b)側焊縫最大計算長度（lwmax）lwmax≤60hf

若實際長度超過以上數值，則超過部分不納入計算長度中。若內力沿側焊縫全長分布時，計算長度不受此限制。

角焊縫計算長度（lw）取值lwmin≤lw

≤lwmax

焊腳尺寸的取值hfmin≤hf≤hfmax7.4角焊縫的構造和計算2.角焊縫的其他構造要求tblw側焊縫引起焊件拱曲為了避免焊縫橫向收縮引起板件的拱曲太大，兩側面角焊縫距離不宜過大。

b≤16t（t>12mm）或190mm（t≤12mm）；a)構件端部僅有兩邊側縫連接時：試驗結果表明，連接的承載力與b/lw有關。為了避免應力傳遞的過分彎折而使構件中應力不均，應使：

lw

≥b

；b—兩側縫之間的距離；lw—側焊縫計算長度；t—較薄焊件的厚度。當b不滿足規(guī)定時，應加正面焊縫，或加槽焊或塞焊。7.4角焊縫的構造和計算

b)僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍或25mm。

c)所有圍焊的轉角應連續(xù)施焊，當焊縫端部在焊件轉角處時，應將焊縫延續(xù)繞過轉角加焊2hf。避開起落弧發(fā)生在轉角處的應力集中。2hf2hf繞角焊縫≥5t及25mm搭接連接7.4角焊縫的構造和計算二、角焊縫計算的基本公式分析計算直角角焊縫時，作如下假定和簡化處理:①假定角焊縫破壞面與直角邊的夾角為45o；②不計焊縫熔入焊件的深度和焊縫表面的弧線高度，偏安全地取破壞面上等腰三角形的高為直角角焊縫的有效厚度he，he

＝0.7hf。有效厚度he與焊縫計算長度lw的乘積稱為破壞面的有效截面面積。7.4角焊縫的構造和計算Vfz∥NfxVfyVfyABCD受力分析NfxBCD7.4角焊縫的構造和計算在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個應力：

—垂直于焊縫有效截面的正應力，

—垂直于焊縫長度的剪應力，∥—平行于焊縫長度方向的剪應力，∥=

fzVfx∥NfxVfyNfxVfy7.4角焊縫的構造和計算角焊縫在復雜應力作用下的強度條件：7.4角焊縫的構造和計算7.4角焊縫的構造和計算式中：βf——稱為正面角焊縫的強度增大系數。對承受靜力荷載或間接承受動力荷載結構中的正面角焊縫βf=1.22；對直接承受動力荷載結構中的正面角焊縫，考慮其剛度大，韌性差，將其強度降低使用，取βf

=1.0；對斜角角焊縫，不論靜力荷載或動力荷載，一律取βf

=1.0。

he——角焊縫有效厚度，對于直角角焊縫等于he=0.7hf，其中為較小焊角尺寸。對于斜角角焊縫，當60°≤α≤135°且焊件間隙不超過1.5mm時，Slw

——兩焊件間角焊縫計算長度總和?？紤]起、落弧的影響，每條焊縫的計算長度等于實際長度減去2hf。7.4角焊縫的構造和計算三、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

當焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫群的中心，焊縫的應力可認為是均勻分布的。(1）用拼接板的對接連接A、僅采用側面角焊縫連接Slw－連接一側的側面角焊縫計算長度的總和

蓋板的截面大小由等強度原則確定，即：

A被f被=A蓋f蓋7.4角焊縫的構造和計算B、僅采用正面角焊縫連接C、采用三面圍焊連接正面角焊縫承擔的內力：側面角焊縫的強度：若三面圍焊受直接動載：∑lw為連接一側所有焊縫的計算長度之和7.4角焊縫的構造和計算d、采用菱形拼接板正面角焊縫承擔的內力：斜角焊縫承擔的內力：側面角焊縫承擔的內力：計算時可忽略正面角焊縫和側面角焊縫的強度設計值增大系數。7.4角焊縫的構造和計算2.受軸心力角鋼的連接

在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點板的連接焊縫常用兩面?zhèn)群?，或三面圍焊，特殊情況也允許采用L形圍焊。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應與角鋼桿件的軸線重合。桁架腹桿節(jié)點板的連接a)僅用側面焊縫連接解上式得肢背和肢尖的受力為：由平衡條件得：NN1N2e1e2角鋼的側縫連接肢背肢尖K1—角鋼肢背焊縫的內力分配系數K2—角鋼肢尖焊縫的內力分配系數肢背、肢尖焊縫強度：7.4角焊縫的構造和計算角鋼角焊縫內力分配系數K7.4角焊縫的構造和計算

b)角鋼用三面圍焊時，可減小角鋼的搭接長度?？上燃俣ㄕ娼呛缚p的焊腳尺寸hf3

，并算出它所能承受的內力N3

：通過平衡關系得肢背和肢尖側焊縫受力為:角鋼角焊縫圍焊的計算Neblw2lw1N2N1N3e1e2肢背、肢尖焊縫強度：7.4角焊縫的構造和計算c)當采用L形圍焊時，令N2＝0，得：L形圍焊角焊縫計算公式為：肢背側面角焊縫：正面角焊縫：N1N3e1e27.4角焊縫的構造和計算7.4角焊縫的構造和計算角焊縫的計算長度lw

和實際長度l的關系：4.繞角焊：側面角焊縫

lw=l3.彎矩作用下角焊縫計算xlwx0.7hf0.7hf有效截面Ww：角焊縫有效截面的截面模量。7.4角焊縫的構造和計算4.扭矩作用下角焊縫計算①焊縫群受扭：計算假定：被連接件繞焊縫有效截面形心o旋轉，焊縫上任一點的應力方向垂直于該點與形心O的連線，應力大小與其到形心距離r成正比。J=Ix+Iy——焊縫有效截面繞形心O的極慣性矩；

r——距形心最遠點到形心的距離；

T——扭矩設計值7.4角焊縫的構造和計算7.4角焊縫的構造和計算5.彎矩、剪力、軸力共同作用下角焊縫計算危險點A的受力：7.4角焊縫的構造和計算6.扭矩、剪力、軸力共同作用下角焊縫計算①求出焊縫有效截面的形心O；②將所受外力平移到形心O，得扭矩T，剪力V，軸力N；③計算T、V、N單獨作用下危險點A的應力：④驗算危險點的應力：7.4角焊縫的構造和計算∑lw為所有角焊縫的計算長度之和7.4角焊縫的構造和計算角焊縫計算步驟確定荷載；進行截面應力狀態(tài)分析；確定焊腳尺寸，計算截面幾何特征值；強度驗算。確定最不利位置；端縫側縫典型問題：工字型牛腿焊縫的計算第一種方法假設：①剪力由腹板焊縫承擔②彎矩由全部焊縫承擔a）翼緣焊縫最外纖維處的應力滿足：M—焊縫承擔的彎矩Iw—全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩翼緣焊縫僅承受垂直于焊縫長度方向的彎曲應力；工字形梁(或牛腿)的角焊縫連接7.4角焊縫的構造和計算腹板焊縫既承受垂直于焊縫長度方向的應力又承受平行腹板焊縫長度方向的剪應力b）腹板焊縫：腹板焊縫A點的強度：7.4角焊縫的構造和計算第二種方法假設：腹板焊縫只承受剪力，翼緣焊縫承擔全部彎矩，此時彎矩M可以化為一對水平力H=M/h1。腹板焊縫的強度計算公式為：則翼緣焊縫的強度計算公式為：7.4角焊縫的構造和計算h1[例]：試驗算圖3.42所示牛腿與鋼柱連接角焊縫的強度。鋼材為Q235B，焊條為E43型，手工焊。靜態(tài)荷載設計值N=365kN，偏心距e=350mm，焊腳尺寸hf1=8mm，hf2=6mm。圖3.42(b)為焊縫有效截面的示意圖。

a)計算翼緣焊縫：[解]：V=N=365kN，

M=Ne=365×0.35=127.8kN·m（1）考慮腹板焊縫參加傳遞彎矩的計算方法全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩為：翼緣焊縫的最大應力：b)計算腹板焊縫：彎矩M引起的最大應力：剪力V在腹板焊縫中產生的平均剪應力：則腹板焊縫的強度（A點為設計控制點）為：（2）不考慮腹板焊縫傳遞彎矩的計算方法翼緣焊縫所承受的水平力：（h值近似取為翼緣中線間距離）翼緣焊縫的強度：腹板焊縫的強度：例：試設計如圖所示厚度為12mm支托板與柱翼緣搭接連接的角焊縫。已知F=100kN(靜力荷載），鋼材為Q235B，焊條為E43，手工焊?！窘狻坎捎脠D示三面圍焊FAx=21.17.4角焊縫的構造和計算86o1.焊縫有效截面的幾何性質焊縫有效截面的形心位置yx872.焊縫強度驗算(A點)

TFAx=21.17.5焊接熱效應①縱向焊接應力——沿焊縫長度方向一、焊接殘余應力的分類和產生的原因+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm施焊時焊縫附近達1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度驟降。焊縫周圍產生不均勻溫度場

施焊時焊縫處鋼材受熱伸長，但受兩側低溫區(qū)域的限制產生熱塑性壓縮；焊縫冷卻時收縮又受到限制而產生拉應力；拉應力大小可達鋼材屈服點fy；

遠離焊縫區(qū)域產生縱向壓應力，焊件內應力自相平衡。-----++7.5焊接熱效應②橫向焊接應力——垂直于焊縫長度方向焊縫縱向收縮，焊件有反向彎曲變形的趨勢，在焊縫處中部受拉，兩端受壓先焊焊縫凝固阻止后焊焊縫橫向自由膨脹，發(fā)生橫向塑性壓縮變形；焊縫冷卻，后焊焊縫收縮受限產生拉應力，先焊焊縫產生壓應力；橫向應力是上述兩種應力合成。(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-+-xy7.5焊接熱效應應力分布與施焊方向有關；-++施焊方向(e)xy-+-施焊方向(f)yx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產生的橫向殘余應力7.5焊接熱效應在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。沿厚度方向先焊焊縫凝固，阻止后焊焊縫的膨脹，產生塑性壓縮變形。-+-321σxσyσz冷卻時外圍焊縫散熱快先冷固，內層焊縫收縮受限制產生沿厚度方向的拉應力，外部則產生壓應力。因此除了橫向和縱向焊接殘余應力x

，y外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應力z

，這三種應力形成同號三向拉應力，大大降低連接的塑性。③厚度方向的焊接應力7.5焊接熱效應④約束狀態(tài)下產生的焊接應力約束焊接接頭中的殘余應力分布a-b截面上縱向殘余應力7.5焊接熱效應二、焊接殘余應力的影響（1）對結構靜力強度的影響受力前因焊接殘余應力自相平衡，故：受力后當板件全截面達到fy，即N=Ny時：結論：焊接殘余應力不會影響結構的靜力強度σ+--bfy+--bfyNyNy+--fyσbBtNcNtNN7.5焊接熱效應（2）對結構剛度的影響當焊接殘余應力存在時，因截面的bt部分拉應力已經達到fy

，故該部分剛度為零（屈服），這時在△N作用下應變增量為：σ+--bfyNN+--fyσNNbBt1>

2當截面上沒有焊接殘余應力時，在△N作用下應變增量為：結論：焊接殘余應力使結構變形增大，即降低了結構的剛度。7.5焊接熱效應（4）對低溫冷脆的影響（5）對疲勞強度的影響

對于厚板或交叉焊縫，將產生三向焊接殘余拉應力，阻礙塑性的發(fā)展，使裂縫容易發(fā)生和發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。

在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應力通常達到鋼材的屈服強度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感區(qū)域。因此焊接殘余應力對結構的疲勞強度有明顯的不利影響。

對于軸心受壓構件，焊接殘余應力使其撓曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力。（3）對壓桿穩(wěn)定的影響三軸焊接殘余應力7.5焊接熱效應在施焊時，由于不均勻的加熱和冷卻，焊區(qū)的縱向和橫向受到熱態(tài)塑性壓縮，使構件產生變形。表現主要有：三、減少焊接殘余應力和焊接殘余變形的方法7.5焊接熱效應1.合理的焊縫設計（1）合理的安排焊縫的位置（2）合理的選擇焊縫的尺寸和形式（3）盡量避免焊縫的過分集中（4）盡量避免三向焊縫相交（5）要考慮鋼板的分層問題7.5焊接熱效應（1）采用合理的施焊順序和方向；（2）采用反變形法減小焊接變形或焊接應力；（3）小尺寸焊件，應焊前預熱或焊后回火處理。2.合理的工藝措施7.6普通螺栓連接的構造和計算普通螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.6級和4.8級孔加工方式車床上經過切削而成單個零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～2mm受力特點抗剪抗拉均好抗剪差、抗拉好經濟性能價格高價格經濟用途構件精度很高的結構（機械結構）；在鋼結構中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時固定注：A、B兩級的區(qū)別只是尺寸不同。A級用于d≤24mm,l≤150mm的螺栓，B級用于d>24mm,l>150mm螺栓。

7.6普通螺栓連接的構造和計算一、普通螺栓連接的構造計算1.螺栓的排列和構造要求☆規(guī)格：形式為大六角頭型，其代號用字母M與公稱直徑表示。常用M16、M20、M24?！盥菟ǖ呐帕校翰⒘?、錯列。并列錯列7.6普通螺栓連接的構造和計算螺栓的排列要滿足以下三個方面的要求：（1）受力要求：端距過小，端部撕裂；受壓，順內力方向，中距過大，鼓曲。（2）構造要求：螺栓間距不能太大，避免壓不緊潮氣進入導致腐蝕。（3）施工要求：螺栓間距不能太近，滿足凈空要求，便于安裝。中心距太大<2d端距過小7.6普通螺栓連接的構造和計算

根據規(guī)范規(guī)定的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時宜按最小容許間距取用，且宜取5mm的倍數，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸。最大容許間距一般只在起連系作用的構造連接中采用。端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距中距邊距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0邊距7.6普通螺栓連接的構造和計算型鋼的螺栓(鉚釘)排列7.6普通螺栓連接的構造和計算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；螺栓的其它構造要求：直接承受動荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽，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構連接；

③臨時固定構件的安裝連接。沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應適當加大剛度，以減小撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。7.6普通螺栓連接的構造和計算螺栓及其孔眼圖例7.6普通螺栓連接的構造和計算

螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力。有時受剪力和拉力的共同作用。

N（B）拉力螺栓F（C）剪力和拉力共同作用F（A）剪力螺栓受力垂直螺桿，承剪、承壓。連接件有錯動趨勢受力平行螺桿，承拉連接件有脫開趨勢二、普通螺栓連接受剪、受拉時的工作性能7.6普通螺栓連接的構造和計算NδO1234NNabNN/2N/2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δ與作用力N的關系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段1.抗剪螺栓連接

(1)摩擦傳力的彈性階段(0~1段)

直線段—連接處于彈性狀態(tài)；該階段較短—摩擦力較小。(2)滑移階段(1~2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間隙，表現在曲線上為水平段?？辜袈菟ㄟB接受力后，首先由構件間的摩擦力來傳遞外力。當外力增大超過極限摩擦力后，構件間相對滑移，螺桿開始接觸構件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。單個螺栓抗剪試驗結果7.6普通螺栓連接的構造和計算NδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的彈性階段(2~3段)

該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。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致的板件間摩擦力的增大，N-δ關系以曲線狀態(tài)上升。

(4)彈塑性階段(3~4段)

達到‘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?！?’點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。7.6普通螺栓連接的構造和計算栓桿傳力的彈性階段：外力主要是靠螺栓受剪和孔壁受擠壓傳遞，內力分布不均；為防止“解鈕扣”破壞，當連接長度l1>15d0時，應將螺栓的承載力乘以折減系數。（a）塑性階段受力狀態(tài)（b）彈性階段受力狀態(tài)7.6普通螺栓連接的構造和計算彈塑性階段：內力重分布，螺栓受力趨于均勻a)AB栓桿較細而板件較厚時螺栓桿剪斷b)BA栓桿較粗而板件較薄時孔壁擠壓c)A截面削弱過多時鋼板被拉斷d)35o35oa1A端矩過小時；端矩≥2d0鋼板剪斷e)A板過厚螺栓桿過長；栓桿長度＜5d螺栓彎曲7.6普通螺栓連接的構造和計算計算保證構造保證螺栓連接的破壞情況剪力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決定：7.6普通螺栓連接的構造和計算單個剪力螺栓的設計承載力：受剪承載力設計值：承壓承載力設計值：d假定螺栓受剪面上的剪應力均勻分布；假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布驗算：抗剪承載力設計值：承壓承載力設計值：t1<t2

,Σt=t1t1t2t1t2t3t2<t1+t3

,Σt=t2d+b<a+c+e

,Σt=b+d螺栓直徑承壓設計強度剪面數目螺栓抗剪設計強度承壓構件一側總厚度的較小值一個抗剪螺栓的承載力設計值：7.6普通螺栓連接的構造和計算2.抗拉螺栓連接一個拉力螺栓的承載力設計值：de—螺栓的有效直徑，取值見附表7；—螺栓抗拉強度設計值。7.6普通螺栓連接的構造和計算a)螺栓受拉時，連接板件有被撬開的趨勢，螺桿中的拉力Pf=N+Qb)撬力大小難以確定，規(guī)范將螺栓的抗拉強度設計值降低20％來考慮撬力的影響，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強度設值）。dedndmd三、螺栓群的計算1.螺栓群在軸心力作用下的抗剪計算軸力N由每個螺栓平均分擔，連接一側所需螺栓數為：N/2Nl1N/27.6普通螺栓連接的構造和計算螺栓孔削弱了受拉鋼板的截面面積，因此還需對板件進行強度驗算，強度計算公式為：截面1-1受力為：N截面2-2受力為：截面3-3受力為：截面1-1受力最大，其凈截面面積為：對拼接板件來說，截面3-3受力最大為N，其凈截面面積為：7.6普通螺栓連接的構造和計算截面2-2受力為截面1-1受力為螺栓排列為錯列時：危險截面1-1（正交截面）、2-2（折線截面）An=min{A1-1，A2-2}7.6普通螺栓連接的構造和計算n1為危險截面1-1（正交截面）上的螺栓數、n2為危險截面2-2（折線截面）上的螺栓數。拼接板的凈截面面積計算與板件相同。7.6普通螺栓連接的構造和計算例：設計兩角鋼用C級普通螺栓的拼接，已知角鋼型號為：∟90×6，所承受軸心拉力的設計值為N=175kN，采用拼接角鋼型號與構件的相同，鋼材為Q235，螺栓直徑d=20mm，孔徑d0=21.5mm。解：①計算螺栓數一個螺栓的承載力設計值為：抗剪承載力設計值：承壓承載力設計值：連接一邊所需螺栓數：取5個，連接構造如圖示。②構件凈截面強度驗算角鋼的毛截面面積為A=10.6cm2；將角鋼按中線展開，截面1-1（正交截面）凈面積為：截面2-2（折線截面）凈面積為：7.6普通螺栓連接的構造和計算故角鋼的凈截面應力為：2.螺栓群在扭矩作用下的抗剪計算基本假設：①連接件絕對剛性，螺栓彈性；②

T作用下連接板件繞栓群形心轉動，各螺栓剪力大小與螺栓至形心的距離ri成正比，方向與它和形心的連線垂直。T設螺栓1、2、3…n至螺栓群中心O點的距離為r1、r2、r3…rn；各螺栓承受的剪力分別為：xyr11O2345x1y1y26n7.6普通螺栓連接的構造和計算根據平衡條件及幾何條件得：由于螺栓受力大小與其距O點的距離成正比，于是：于是：確定了螺栓所受的最大剪力，即可驗算連接是否可靠，其強度條件是：不大于螺栓的抗剪承載力：xyr11O2345x1y1y26n7.6普通螺栓連接的構造和計算當y1>3x1時,r1趨近于y1：3.螺栓群在扭矩、剪力、軸心力共同作用下的抗剪計算xyr11Oxy141234V1234N將它分解為水平和豎直分力：扭矩T作用下螺栓1、2、3、4所受剪力最大（r1最大），為7.6普通螺栓連接的構造和計算VTN在剪力V、軸心力N共同作用下，螺栓均勻受力，每個螺栓受力為：以上各力對螺栓來說都是剪力，故受力最大的螺栓1承受的合力N1應滿足下式：4.螺栓群在軸心力作用下抗拉計算7.6普通螺栓連接的構造和計算當設計拉力通過螺栓群形心時，所需要的螺栓數目：5.螺栓群在彎矩作用下抗拉計算MM1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸假定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成正比。7.6普通螺栓連接的構造和計算7.6普通螺栓連接的構造和計算m——螺栓排列的縱列數螺栓群承受偏心拉力，如何計算？當偏心不大時，按小偏心計算，即假定連接的旋轉中心在螺栓群計算截面的形心o處。全部螺栓受拉，計算結果方為有效，否則，按大偏心情況計算，即假定旋轉中心在最下或最上一排螺栓軸線處。6.螺栓群同時承受剪力和拉力的計算同時承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種可能破壞形式：一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。有兩種計算方法。7.6普通螺栓連接的構造和計算剪－拉聯(lián)合作用的螺栓剪力和拉力的相關曲線試驗研究結果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨作用的承載力，所得的相關關系近似為圓曲線。規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應分別符合下列公式的要求：

驗算剪-拉聯(lián)合作用：驗算孔壁承壓：Nvb——單個螺栓抗剪承載力設計值；Ncb——單個螺栓承壓承載力設計值Ntb——單個螺栓抗拉承載力設計值；Nv

、Nt——單個螺栓承受的最大剪力和拉力設計值。7.6普通螺栓連接的構造和計算支托和翼緣用角焊縫連接，驗算角焊縫：為考慮剪力V偏心對角焊縫的影響，取1.25~1.357.6普通螺栓連接的構造和計算①支托僅起安裝作用：螺栓群承受彎矩M和剪力V螺栓不發(fā)生拉剪破壞：孔壁不發(fā)生承壓破壞：②剪力由支托承受，螺栓群承受彎矩M例：設圖為短橫梁與柱翼緣的連接，剪力V=250kN，e=120mm，螺栓為M20，C級，梁端豎板下有承托。鋼材為Q235B，手工焊，焊條E43型，試按考慮承托傳遞全部剪力V以及不承受剪力V兩種情況設計此連接。1、承托傳遞全部剪力V，螺栓群受彎矩作用設螺栓為M20（Ae=245mm2），n=10（1）單個螺栓抗拉承載力（2）單個螺栓最大拉力（3）承托焊縫驗算，用側面角焊縫，取hf=10mm[解]：4×100（2）一個螺栓受力（1）一個螺栓承載力2、不考慮承托傳遞剪力V（3）剪力和拉力聯(lián)合作用下一、高強度螺栓連接的性能7.7高強度螺栓的連接性能和計算強度等級采用鋼材8.8級45號鋼、40B鋼10.9級20MnTiB鋼、35VB鋼按材料分類按受力特征分類受力特征承載力極限狀態(tài)安裝孔徑應用特點摩擦型外力達到板件摩擦力d0=d+1.5~2剪切變形小，耐疲勞，動載下不易松動承壓型外力超過摩擦力栓桿受剪板件承壓d0=d+1.0~1.5承載力比摩擦型大，剪切變形大，一般不用于直接動載情況1.高強度螺栓的預拉力①大六角頭螺栓的預拉力控制方法有：

a.力矩法初擰——用力矩扳手擰至終擰力矩的30%~50%，使板件貼緊密；終擰——初擰基礎上，按100%設計終擰力矩擰緊。

特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強度度螺栓的預拉力P的準確控制非常重要。b.轉角法

初擰——用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密；

終擰——初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的角度，一般為120o~180o完成終擰。

特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。大六角頭型7.7高強度螺栓的連接性能和計算②扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）初擰——擰至終擰力矩的60%~80%；終擰