第8章鋼結(jié)構(gòu)的連接

第8章鋼結(jié)構(gòu)的連接8.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方式連接的方式可分為兩大類(lèi)：焊縫連接和緊固件（螺栓、鉚釘?shù)龋┻B接。焊接，又可分為對(duì)接焊縫連接和角焊縫連接.緊固件連接是指鉚釘連接和螺栓連接，常簡(jiǎn)稱(chēng)栓釘連接，而螺栓連接又有普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。

(a)焊縫連接；(b)鉚釘連接立焊；(c)螺栓連接

8.2焊縫連接的特性8.2.1焊縫連接方法

（1）電弧焊

最常用的一種焊接方法，分為手工電弧焊和（半）自動(dòng)埋弧焊.

手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材(或稱(chēng)主體金屬)相適應(yīng)，一般為：Q235鋼采用E43型焊條(E4300～E4328)；Q345鋼采用E50型焊條(E5000～E5048)；Q390鋼和Q420鋼采用E55型焊條(E5500～E5518)。焊條型號(hào)中，字母E表示焊條，前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度(即分別為420、490、540N/mm2)，第三、四位數(shù)字表示適用焊接位置、電流以及藥皮類(lèi)型等。不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用低組配方案，即宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬等強(qiáng)度。有關(guān)焊條與焊絲焊劑型號(hào)和特性見(jiàn)附錄2.

(2)電渣焊

電渣焊是利用電流通過(guò)熔渣所產(chǎn)生的熱阻，來(lái)熔化金屬，使之焊合。特別適用于焊接40mm厚度以上的焊件，而且焊件可以不開(kāi)坡口。（3）電阻焊

電阻焊是利用電流通過(guò)焊件接觸點(diǎn)表面時(shí)的電阻所產(chǎn)生的熱量，來(lái)熔化焊件金屬，再利用壓力使其焊合。它適用于焊接厚度為6～12mm的板束。(4)氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是用焊槍中噴出的惰性氣體及自動(dòng)送人焊絲代替焊劑和焊條的一種焊接方法。主要用于手工操作，與手工電弧焊相比較，速度快，焊接變形小。

焊縫連接的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造簡(jiǎn)單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面；制作加工方便，既可手工施焊也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性較好。其缺點(diǎn)是：在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，易使局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使構(gòu)件受力時(shí)變形增加、降低了構(gòu)件的穩(wěn)定性；焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問(wèn)題較為突出。8.2.2焊縫連接形式1、按被連接鋼材的相互位置分對(duì)接（或平接）、搭接（或錯(cuò)接）、T形（或頂接）連接和角接等。在T形連接中也有被連接件不是垂直的情況。

2、按構(gòu)造分分對(duì)接焊縫和角焊縫焊縫金屬填充在被連接件形成的直（斜）角區(qū)域內(nèi)的焊縫稱(chēng)為角焊縫,廣泛應(yīng)用。(a)對(duì)接；(b)用拼接蓋板的對(duì)接；(c)搭接；(d)、(e)T形連接；(f)、(g)角接

在兩焊件連接面的間隙內(nèi)，用熔化的焊條金屬填塞，并與焊件熔化部分相結(jié)合，形成的焊縫稱(chēng)為對(duì)接焊縫。又分為全熔透和部分熔透(非熔透)兩種。3、按照焊縫的空間位置即施焊的方位，焊縫又可分為平焊、立焊、橫焊和仰焊。8.2.3焊縫缺陷與焊接質(zhì)量控制

1、缺陷常見(jiàn)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。裂紋是焊縫連接中最危險(xiǎn)的缺陷。2、焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)一般采用外觀檢查和內(nèi)部無(wú)損探傷兩種方法，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢查內(nèi)部缺陷。

內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)?zāi)壳皬V泛采用超聲波，使用靈活、經(jīng)濟(jì)，對(duì)內(nèi)部缺陷反應(yīng)靈敏，但不易識(shí)別缺陷性質(zhì)；有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn)、熒光檢驗(yàn)等較簡(jiǎn)單的方法作為輔助；此外還可采用x射線或射線透照或拍片，尤其x射線應(yīng)用較廣泛?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205)中規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查且符合一級(jí)、二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)外，還要求超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，若超聲波探傷不能對(duì)缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)采用射線探傷。外觀和探傷檢查的位置和數(shù)量也有專(zhuān)門(mén)的規(guī)定。設(shè)計(jì)中對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)不應(yīng)提出不恰當(dāng)?shù)囊?/p>

8.2.4焊縫圖紙表示焊縫代號(hào)由引出線、圖形符號(hào)和輔助符號(hào)三部分組成。引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。箭頭指到圖形上的相應(yīng)焊縫處，橫線的上面和下面用來(lái)標(biāo)注圖形符號(hào)和焊縫尺寸。當(dāng)引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時(shí)，應(yīng)將圖形符號(hào)和焊縫尺寸等標(biāo)注在水平橫線的上面；當(dāng)箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時(shí)，則應(yīng)將圖形符號(hào)和焊縫尺寸標(biāo)注在水平橫線的下面。

焊縫分布比較復(fù)雜或用上述標(biāo)注方法不能表達(dá)清楚時(shí)，在標(biāo)注焊縫代號(hào)的同時(shí)，可在圖形上加?xùn)啪€表示，甚至可加注必要的說(shuō)明，直至表達(dá)清楚。(a)正面焊縫；(b)背面埠縫；(c)安裝焊縫8.3對(duì)接焊縫計(jì)算和構(gòu)造8.3.1對(duì)接焊縫的構(gòu)造對(duì)接焊縫的焊件為了保證焊透常需做成坡口，故又叫坡口焊縫。坡口形式有直線形(不切坡口)、半V形(單邊V形)、全V形、雙V形(X形)、U形、K形。坡口形式與焊件厚度有關(guān)。(a)直邊縫；(b)(g)單邊V形坡口；(c)V形坡口；(d)X形坡口；(e)U形坡口；(f)K形坡口

坡口形式和尺寸一般由施工單位根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定再結(jié)合本企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)確定。對(duì)于較厚的焊件(t>20mm)，則采用U形、K形和X形坡口。對(duì)于V形縫和U形縫需對(duì)焊縫根部進(jìn)行補(bǔ)焊。當(dāng)板寬或板厚不同時(shí)，規(guī)范規(guī)定：當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于l：2．5的斜角.不同寬度和厚度板件的拼接

焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，這些缺陷對(duì)承載力影響極大，故凡要求等強(qiáng)的對(duì)接焊縫施焊時(shí)應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板（常常簡(jiǎn)述為引弧板），焊后將它割除。在設(shè)計(jì)中不得任意加大焊縫，避免焊縫立體交叉和在一處集中大量焊縫，同時(shí)焊縫的布置應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)于構(gòu)件形心軸，以減少應(yīng)力集中現(xiàn)象并降低殘余應(yīng)力的影響。8.3.2對(duì)接焊縫的強(qiáng)度對(duì)接焊縫分焊透和部分焊透兩種。本節(jié)講述焊透的對(duì)接焊縫。焊縫金屬的強(qiáng)度一般高于母材，所以對(duì)接焊縫連接的破壞通常不會(huì)在焊縫金屬部位，而是在母材或焊縫附近的熱影響區(qū)。但是，由于焊接技術(shù)問(wèn)題，焊縫中存在缺陷

等，試驗(yàn)證明，這些缺陷對(duì)受壓和受剪的對(duì)接焊縫影響不大，但對(duì)受拉的對(duì)接焊縫影響卻較為顯著。一、二級(jí)焊縫的抗拉強(qiáng)度可與母材相等，而三級(jí)焊縫允許存在的缺陷較多，其抗拉強(qiáng)度取為母材強(qiáng)度的85%。8.3.2.對(duì)接焊縫的計(jì)算1.對(duì)接焊縫受軸心力作用：式中N軸心拉力或壓力；lw

焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。施焊時(shí)，焊縫兩端設(shè)置引弧板和引出板時(shí)，取焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度；無(wú)引弧板和引出板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；t在對(duì)接接頭中連接件的較小厚度；在T形接頭中為腹板厚度；

對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。三級(jí)焊縫的抗拉強(qiáng)度比母材低。故當(dāng)設(shè)置引弧板和引出板時(shí)，只有三級(jí)焊縫才需按上式進(jìn)行抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算。如果用直縫不能滿足抗拉強(qiáng)度要求時(shí)，可采用如圖(b)所示的斜對(duì)接焊縫。計(jì)算表明，焊縫與作用力N的夾角滿足時(shí)，斜焊縫長(zhǎng)度的增加能抵消抗拉強(qiáng)度的不足，可不再進(jìn)行驗(yàn)算.

(a)垂直焊縫；(b)斜向焊縫

2.對(duì)接焊縫承受彎矩和剪力的共同作用式中M、V焊縫截面所承受的彎矩、剪力；Ww、Iw焊縫截面對(duì)中性軸的抗彎模量和慣性矩，注意無(wú)引弧板和引出板時(shí)，每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；Sw計(jì)算剪應(yīng)力處以上焊縫截面對(duì)中性軸的面積矩；

對(duì)接焊縫的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，見(jiàn)附錄1附表1.2；

圖(b)所示是工字形截面粱的對(duì)接焊縫接頭，除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力外，對(duì)于同時(shí)受有較大正應(yīng)力和較大剪應(yīng)力的腹板與翼緣交接點(diǎn)處，還應(yīng)按下式驗(yàn)算折算應(yīng)力：式中1、1驗(yàn)算點(diǎn)處的焊縫正應(yīng)力和剪應(yīng)力；1.1考慮到最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)，而將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高的系數(shù)。8.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算8.4.1角焊縫構(gòu)造角焊縫受力特點(diǎn)與對(duì)接焊縫完全不同，其的應(yīng)力狀態(tài)要復(fù)雜得多，且容易引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，但對(duì)被連接件加工精度要求低、施工方便而常常被采用。角焊縫一般用于搭接連接和T形連接。焊縫長(zhǎng)度方向垂直于力作用方向稱(chēng)為正面角焊縫（亦稱(chēng)端焊縫）、平行于力作用方向稱(chēng)為側(cè)面角焊縫（亦稱(chēng)側(cè)焊縫）、如圖。

1、最小焊腳尺寸：如果板件厚度較大而焊縫過(guò)小，則施焊時(shí)焊縫冷卻速度過(guò)快而產(chǎn)生淬硬組織，易使焊縫附近主體金屬產(chǎn)生裂紋。這種現(xiàn)象在低合金高強(qiáng)度鋼中尤為嚴(yán)重。要求：式中，t為較厚板件的厚度，單位mm；當(dāng)焊件厚度≤4mm時(shí)，則最小焊腳尺寸應(yīng)與焊件厚度相同，即hf≥4mm。2、最大焊腳尺寸：角焊縫的焊腳尺寸不能過(guò)大，否則易使母材形成“過(guò)燒”現(xiàn)象，而使構(gòu)件產(chǎn)生較大的焊接殘余變形和殘余應(yīng)力。要求：

hf≤1.2tmin

tmin為較薄焊件的厚度。

3、不等焊腳尺寸的應(yīng)用：當(dāng)兩焊件厚度相差懸殊時(shí)(下圖)，用等焊腳尺寸往往無(wú)法滿足最大和最小焊腳尺寸的規(guī)定。為解決這一矛盾，規(guī)范推薦采用不等焊腳尺寸。4、側(cè)面角焊縫的最小長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度:lf

≥8hf和40mm

5.側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度:

lf≤60hf若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布、以及粱的支承加勁肋與腹板連接焊縫等，計(jì)算長(zhǎng)度可不受上述限制。6、角焊縫的圍焊和繞角焊圍焊分為三面圍焊和L形圍焊。圍焊的轉(zhuǎn)角處是連接的重要部位，如在此處熄火或起落弧會(huì)加大應(yīng)力集中的影響，所以所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。在非圍焊的情況下，角焊縫的端部正好在構(gòu)件連接的轉(zhuǎn)角處，如此處做長(zhǎng)度為2hf的繞角焊，可以避免起落弧缺陷引起轉(zhuǎn)角處過(guò)大的應(yīng)力集中。8.4.2角焊縫的受力特點(diǎn)及強(qiáng)度1、受力特點(diǎn)當(dāng)角焊縫兩焊腳邊的夾角為90時(shí)，稱(chēng)為直角角焊縫。角焊縫的表面一般做成凸形，但對(duì)直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫，為了減少應(yīng)力集中，常將焊縫表面做成凹形。但是經(jīng)驗(yàn)表明，由于凹形表面收縮時(shí)拉應(yīng)力較大，容易在焊后產(chǎn)生裂紋，而凸形焊縫收縮時(shí)反而不容易開(kāi)裂。(a)等焊角（凸形）；(b)不等焊角；(c)等焊角（凹形）

正面角焊縫的根部(圖中的“A”點(diǎn))和趾部(圖中的“B”點(diǎn))都有很大的應(yīng)力集中。應(yīng)力集中系數(shù)隨根部的熔深大小和焊趾處斜邊與水平邊夾角而變。增大熔深和減小夾角均可大大降低應(yīng)力集中系數(shù)。側(cè)面角焊縫(圖a)主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強(qiáng)度也較低。傳力線通過(guò)側(cè)面角焊縫時(shí)產(chǎn)生彎折，因而應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。

2、角焊縫的強(qiáng)度直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部及其附近，通常認(rèn)為直角角焊縫是以45方向的最小截面(即有效厚度與焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的乘積)作為有效截面或稱(chēng)計(jì)算截面?？汕蟮米饔糜谟行Ы孛嫔系娜N應(yīng)力：垂直于有效截面的正應(yīng)力⊥、垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力⊥、以及沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力∥。計(jì)算有效厚度he時(shí)，不考慮熔深和凸度。而角焊縫的強(qiáng)度與熔深有很大的關(guān)系，尤其是埋弧自動(dòng)焊的熔深較大。

3、實(shí)用計(jì)算方法1）在通過(guò)焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下：對(duì)正面角焊縫：對(duì)側(cè)面角焊縫：2）σf和τf共同作用時(shí)：式中σf

―按焊縫有效截面（helw）計(jì)算，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；

τf

―按焊縫有效截面計(jì)算，沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力;he―角焊縫的計(jì)算厚度；he=0.7hf；lw―角焊縫的計(jì)算厚度，有引弧板為lf；無(wú)引弧板為lf

–2hf；βf―正面角焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)：承受靜載和間接承受動(dòng)載時(shí)為1.22，直接承受動(dòng)載時(shí)為1.0。8.4.3角焊縫的計(jì)算1、承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接計(jì)算當(dāng)采用三面圍焊時(shí)，拼接板的寬度通常可根據(jù)被連接件的寬度來(lái)確定:

計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度（確定焊縫長(zhǎng)度）：承受斜向軸心力的角焊縫計(jì)算：將力N分解為垂直于和平行于焊縫方向的分力,利用基本公式計(jì)算。將力N分解為垂直于和平行于焊縫方向的分力、，則2、承受軸心力的角鋼角焊縫計(jì)算鋼桁架中，弦桿、腹桿承受中心拉力或壓力，這些桿件常常采用角鋼組成,焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合,肢背處受力大而肢尖處受力小，可用內(nèi)力分配系數(shù)量化。對(duì)于圖(a)所示角鋼只用側(cè)焊縫連接時(shí)，設(shè)N1、N2分別為角鋼肢背焊縫和肢尖焊縫承擔(dān)的內(nèi)力，由平衡條件得：

式中：K1、K2為焊縫內(nèi)力分配系數(shù)，可按表查得。對(duì)于三面圍焊（圖(b)），可先確定正面角焊縫所分擔(dān)的軸心力：再通過(guò)平衡關(guān)系可解得：當(dāng)桿件受力很小時(shí)，可采用L形圍焊（圖(c)），令，由上式得：

代入前式得：3、彎矩、軸心力和剪力聯(lián)合作用下的角焊縫連接計(jì)算3、承受偏心斜向力的角焊縫連接計(jì)算圖所示的雙面角焊縫連接承受偏心斜拉力N的作用,圖中A點(diǎn)應(yīng)力最大、為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)。此處垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力由和M產(chǎn)生的兩部分組成：

平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為：有4、受彎矩作用（牛腿）角焊縫連接計(jì)算翼緣焊縫最外纖維處的應(yīng)力為：

式中Iw——全部焊縫有效截面對(duì)其中和軸的慣性矩；M——全部焊縫所承受的彎矩；

h——上下翼緣焊縫有效截面最外纖維之間的距離。腹板焊縫承受垂直于焊縫長(zhǎng)度方向、沿梁高度呈三角形分布的彎曲應(yīng)力和平行于焊縫長(zhǎng)度方向、且均勻分布的剪應(yīng)力的作用，設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為翼緣與腹板交匯點(diǎn)處A，其彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按下式計(jì)算：有5、T形截面牛腿角焊縫連接計(jì)算“A‘點(diǎn)由彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為：由剪力F產(chǎn)生的剪應(yīng)力為：式中IW—全部焊縫有效截面對(duì)其中和軸的慣性矩；

y2—中和軸至A點(diǎn)的距離?！Q直焊縫有效面積之和。

有6、承受扭矩或扭矩與剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算如圖該連接角焊縫承受豎向剪力V＝F和扭矩T＝Fe作用。計(jì)算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，假定被連接件是絕對(duì)剛性的，它有繞焊縫形心o旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而角焊縫本身是彈性；角焊縫群上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長(zhǎng)度r成正比。

焊縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力，其方向垂直于該點(diǎn)與o點(diǎn)的連線、大小與距離r成正比。此焊縫的最危險(xiǎn)點(diǎn)為A點(diǎn)或A’點(diǎn)，扭矩T在此點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力為：分解為垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力和沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力：由軸心作用的剪力V=F產(chǎn)生的沿焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力：有式中：Ip--為焊縫有效截面的極慣性矩。8.5焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形8.5.1焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因和對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響焊接應(yīng)力有縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力及厚度方向應(yīng)力，它們都是收縮變形引起的。1.縱向焊接殘余應(yīng)力縱向焊接殘余應(yīng)力指的是沿焊縫長(zhǎng)度方向的焊接應(yīng)力

2.橫向焊接殘余應(yīng)力橫向焊接殘余應(yīng)力是指垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的焊接應(yīng)力。（a）縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力（b）橫向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力；（c）橫向殘余應(yīng)力合成

施焊方向?qū)M向焊接殘余應(yīng)力的影響

3.沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力厚度方向焊接殘余應(yīng)力指的是沿構(gòu)件厚度方向的焊接應(yīng)力。4.焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響

1）對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件靜力強(qiáng)度的影響：不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；2）對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度的影響：降低結(jié)構(gòu)的剛度；

3）對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件其它方面的影響：對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響;增加鋼材在低溫下的脆斷傾向。

上圖是具有焊接殘余應(yīng)力的軸心受拉構(gòu)件應(yīng)力變化示意圖。設(shè)軸心受拉構(gòu)件在受荷前(N=0)截面上就存在縱向焊接應(yīng)力，并假設(shè)其分布如圖(a)所示。在軸心力N作用下，截面bt部分的焊接拉應(yīng)力已達(dá)屈服點(diǎn)fy，應(yīng)力不能再增加，如果鋼材具有一定的塑性，拉力N就僅由受壓的彈性區(qū)承擔(dān)。兩側(cè)受壓區(qū)應(yīng)力由原來(lái)受壓逐漸變?yōu)槭芾?，最后?yīng)力也達(dá)到屈服點(diǎn)fy，這時(shí)全截面應(yīng)力都達(dá)到fy（圖b）。8.5.2焊接殘余變形

8.5.3減小焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法1、設(shè)計(jì)方面采用適宜的焊腳尺寸和長(zhǎng)度，搭接角焊縫宜采用細(xì)長(zhǎng)焊縫，不用粗短焊縫；焊縫盡可能對(duì)稱(chēng)布置，連接盡量平

滑；避免焊縫過(guò)分集中或多方向焊縫相交于一點(diǎn)，常采用使次要焊縫斷開(kāi)而主要焊縫連續(xù)通過(guò)的構(gòu)造；搭接連接中不應(yīng)只采用正面角焊縫傳力；焊縫應(yīng)布置在焊工便于施焊的位置，盡量避免仰焊。2、焊接工藝應(yīng)采用合理的焊接順序和方向，用對(duì)稱(chēng)焊、分段焊、厚度方向分層焊等；應(yīng)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)的短縫，后焊通直的長(zhǎng)縫，；先焊使用時(shí)受力較大的主要焊縫，后焊受力較小的次要焊縫，采用預(yù)熱和后熱措施，即旋焊前先將構(gòu)件整體或局部預(yù)熱至100~C～300℃，焊后保溫一段時(shí)間，從而降低焊接殘余應(yīng)力并減少發(fā)生裂紋的危險(xiǎn)；采用高溫回火以減小焊接殘余應(yīng)力；用頭部帶小圓弧的小錘輕擊焊縫。8.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算普通螺栓分為A、B、C三個(gè)級(jí)別。A、B級(jí)用于機(jī)械，建筑用C級(jí)螺栓，有“4.6級(jí)”和“4.8級(jí)”，而用于A、B級(jí)螺栓的有“5.6級(jí)”和“8.8級(jí)”。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字“4”、“5”、“8‘’表示螺栓材料的抗拉強(qiáng)度不小于400N/mm2、500N/mm2和800N/mm2，小數(shù)點(diǎn)及后面的數(shù)字“0.6”、“0.8”表示螺栓材料的屈強(qiáng)比。A、B級(jí)為精制螺栓,孔為I類(lèi)孔。雖然精度高，受剪性能好，但制作復(fù)雜，安裝困難，價(jià)格較高，很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用.C級(jí)螺栓為粗制螺栓，由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。成孔一般采用在單個(gè)零件上一次沖成或不用鉆模鉆成，屬Ⅱ類(lèi)孔。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大2～3mm(螺栓桿直徑小于24mm的為2mm、大于24的為3mm、)。常作為安裝螺栓使用。

8.6.1普通螺栓排列和構(gòu)造1.最少螺栓數(shù)要求每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭一端，螺栓數(shù)目不宜少于2個(gè)。2.螺栓排列螺栓的排列應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、統(tǒng)一、緊湊,常用的螺栓布置有并列和錯(cuò)列兩種(圖，中距有時(shí)也稱(chēng)線距、栓距)。

螺栓的布置和排列應(yīng)滿足下列要求：1）受力要求：從受力的角度以構(gòu)造要求的形式規(guī)定了最大和最小的螺栓容許距離。2)構(gòu)造要求：當(dāng)螺栓之間的距離過(guò)大時(shí)，被連接的構(gòu)件接觸面就不夠緊密，潮氣容易浸入縫隙而造成腐蝕，所以要規(guī)定螺栓的最大容許距離。3）施工要求：要保證一定的空間，便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓扳手，因此規(guī)定了螺栓的最小容許間距。

螺栓的最小和最大容許間距

8.6.2普通螺栓的工作性能普通螺栓連接按受力情況可分為三類(lèi)：①螺栓只承受剪力；②螺栓只承受拉力。1、受剪螺栓的工作性能主要通過(guò)栓桿受剪和板件承壓來(lái)傳力。破壞類(lèi)型有：(1)栓釘桿被剪斷；(2)較薄的連接板被擠壓破壞；通常又把這種破壞稱(chēng)為螺栓承壓破壞；(3)板被拉(壓)壞；

(4)板件端部被剪壞；當(dāng)栓釘孔距板端太近時(shí)，可能出現(xiàn)這種破壞。(5)螺栓桿受彎破壞。

單個(gè)普通螺栓的抗剪承載力計(jì)算受剪承載力承壓承載單個(gè)普通螺栓的承載力式中nv——受剪面數(shù)目，常見(jiàn)的搭接為單剪nv＝1、加上下蓋板的為雙剪nv＝2；d—螺桿直徑；

—螺桿抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，∑t—同一受力方向的承壓構(gòu)件的較小總厚度；—承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，一個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值與承壓承載力設(shè)計(jì)值的較小值。2、受拉螺栓的工作性能如圖螺栓受拉的T形連接。

當(dāng)構(gòu)件剛度不足夠大時(shí)，由于杠桿作用，在構(gòu)件外側(cè)要產(chǎn)生撬力，螺栓受到的拉力要大于外拉力。因此普通螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值只取為螺栓鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的0.8倍.以考慮撬力的影響。單個(gè)抗拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為:式中de、Ae——螺栓的有效直徑和有效截面面積，要考慮螺紋的影響，P250表8-6。—螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。8.6.3受剪螺栓群的計(jì)算1、軸心受剪

--一個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值與承壓承載力設(shè)計(jì)值的較小值。解扣現(xiàn)象，因而螺栓群承載力較單個(gè)螺栓承載力之和低，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮折減。當(dāng)連接長(zhǎng)度l1>15d0時(shí)，考慮將螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值折減降低、仍按平均值計(jì)算。此折減系數(shù)可歸納為：

則對(duì)長(zhǎng)連接，所需抗剪螺栓數(shù)為：同時(shí)要驗(yàn)算構(gòu)件凈截面強(qiáng)度：式中An——構(gòu)件的凈截面面積；如圖按1-1或2-2截面計(jì)算。2、偏心受剪如圖螺栓群偏心受剪力F，向螺栓群形心簡(jiǎn)化，可得通過(guò)其形心的剪力F和扭矩（彎矩）T=Fe,在通過(guò)其形心的剪力作用下，每個(gè)螺栓受力相等：

在扭矩作用下，每個(gè)螺栓受剪，假定連接構(gòu)件是絕對(duì)剛性，螺栓在扭矩作用下繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)，其受力大小與到螺栓群形心的距離成正比，方向垂直于螺栓與形心的連線。由內(nèi)外力矩平衡可得：栓釘受力大小與其到形心的距離成正比，則：

故得螺栓i因力矩T而產(chǎn)生的剪力為：在扭矩T作用下的剪力在x、y軸方向的分量：螺栓群偏心受剪時(shí)，受力最大的螺栓1所受的合力為：8.6.4螺栓群受拉力作用1、軸心受拉計(jì)算連接所需螺栓數(shù)為:2、軸心力和彎矩共同作用下的計(jì)算

剪力V直接通過(guò)承托板傳遞，螺栓受軸心力和彎矩作用。在彎矩作用下，每個(gè)受力的大小與其到螺栓群形心軸的距離成正比，有所以…..內(nèi)外力矩平衡可得:即所以

底排與頂排螺栓受力分別為最小和最大：式中

n——連接中螺栓總個(gè)數(shù)；y1——“1”號(hào)即頂排螺栓到旋轉(zhuǎn)軸的距離；yn——“n”號(hào)即底排螺栓到旋轉(zhuǎn)軸的距離；yi——“i”號(hào)螺栓到旋轉(zhuǎn)軸的距離；當(dāng)由上式算得的Nmin≥0時(shí)，說(shuō)明所有螺栓均受拉，構(gòu)件繞栓釘群形心軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)應(yīng)驗(yàn)算滿足條件：

計(jì)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)Nmin<0的情況，表示該連接的下部螺栓受壓，而這是不可能的。因此這時(shí)應(yīng)按構(gòu)件繞底排螺栓連線軸z’一z’轉(zhuǎn)動(dòng)：e’—軸心力N到底排螺栓連線軸的距離；y1’—頂排螺栓到底排螺栓連線軸的距離，—連接中所有螺栓到旋轉(zhuǎn)軸(底排螺栓連線軸)的距離平方和;

當(dāng)無(wú)軸心力N而只有彎矩M作用時(shí)，是這種連接的一個(gè)特例。

8.6.5普通螺栓受剪力和拉力聯(lián)合作用的計(jì)算兼受剪力和拉力的普通螺栓(圖),應(yīng)考慮兩種可能的破壞形式：一是螺桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。如圖，不設(shè)支托時(shí)，螺栓受到拉力和剪力的作用。按下式計(jì)算：同時(shí)要求Nv,Nb--一個(gè)螺栓所承受的剪力和拉力設(shè)計(jì)值；—一個(gè)螺栓的螺桿抗剪和抗拉承載力設(shè)計(jì)值。—一個(gè)螺栓孔壁承壓承載力設(shè)計(jì)值。

8.7高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算8.7.1工作性能高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度鋼材制成。分8.8級(jí)、10.9級(jí)，螺母和墊圈也采用經(jīng)過(guò)熱處理的45號(hào)和35號(hào)鋼制成。高強(qiáng)度螺栓連接分為摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接和承壓型高強(qiáng)度螺栓連接?？滓话悴捎芒蝾?lèi)鉆孔，孔徑比螺栓桿公稱(chēng)直徑大1.5～2mm(摩擦型)或1～1.5mm(承壓型)。摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的剪切變形小，彈性性能好，抗疲勞性能好，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型高強(qiáng)度螺栓連接的承載力比摩擦型的高，可節(jié)約螺栓，但剪切變形稍大，一般用于承受靜力荷載。通常對(duì)連接板件的接觸面進(jìn)行處理,以提高摩擦阻力.

1、高強(qiáng)螺栓摩擦型連接的抗剪工作性能

靠壓