第七章鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造(上)

第七章鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造本章要點(diǎn)：了解三類連接（焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接）各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。了解常見(jiàn)的焊接方法和焊接形式，能夠正確識(shí)別與標(biāo)注焊縫符號(hào)。掌握對(duì)接焊縫和角焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)

算方法，并能熟練地進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。掌握焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對(duì)構(gòu)件工作性能的具體影響，了解減少焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的措施。掌握普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓（摩擦型和承壓型）的工作性能、破壞形式和計(jì)算方法，以及對(duì)螺栓排列的構(gòu)造要求。能夠根據(jù)被連接件的受力情況選用恰當(dāng)?shù)倪B接形式，并進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng);構(gòu)造簡(jiǎn)單;不削弱截面,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；連接的密閉性好,結(jié)構(gòu)剛度大對(duì)材質(zhì)要求高;熱影響區(qū)內(nèi),容易導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆;焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低;焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感;低溫冷脆問(wèn)題較突出鉚接傳力可靠,韌性和塑性好,質(zhì)量易于檢查,抗動(dòng)力荷載性能好構(gòu)造復(fù)雜，費(fèi)鋼費(fèi)工普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡(jiǎn)單螺栓精度低時(shí)不宜受剪;螺栓精度高時(shí)加工和安裝復(fù)雜，價(jià)格較高高強(qiáng)螺栓連接摩擦型剪切變形小,彈性性能好,特別適用于隨動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu).承壓型承載力高于摩擦型，連接緊湊

摩擦面處理,安裝工藝略為復(fù)雜,造價(jià)略高;承壓型連接的剪切變形大,不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。

、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件埋弧自動(dòng)焊

焊機(jī)導(dǎo)線熔池焊條焊鉗保護(hù)氣體焊件電弧手工電弧焊Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5000--5048)Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)A、焊條的選擇：焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng)。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（kgf/mm2)第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。二、焊接連接及焊接結(jié)構(gòu)的特性1、焊接連接的優(yōu)缺點(diǎn)

焊接連接與鉚釘、螺栓連接比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：1）不需打孔，省工省時(shí)；2）任何形狀的構(gòu)件可直接連接，連接構(gòu)造方便；3）氣密性、水密性好，結(jié)構(gòu)剛度較大，整體性較好。缺點(diǎn)：1）焊接附近有熱影響區(qū)，材質(zhì)變脆；2）焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化；3）焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴(kuò)展。2、常見(jiàn)的焊接缺陷：

裂紋、氣孔、未焊透、夾渣、咬邊、燒穿、凹坑、塌陷、未焊滿。3、焊接質(zhì)量檢查:焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方法:外觀檢查、內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)（超聲波探傷檢驗(yàn)、x射線檢驗(yàn)）.焊縫質(zhì)量分級(jí):

一級(jí)焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗(yàn)都合格；二級(jí)焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級(jí)焊縫需外觀檢查合格。

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017--2003）中，對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定：

(1)有引弧板的對(duì)接焊縫在抗壓和一、二級(jí)抗拉時(shí)與母材等強(qiáng)，三級(jí)抗拉焊縫的抗拉強(qiáng)度為母材的85％，

角焊縫質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)。(2)需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。

4.焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用(3)在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的受拉對(duì)接焊縫應(yīng)不低于二級(jí)；受壓時(shí)宜為二級(jí)。三、焊縫連接型式和焊縫型式1、焊縫連接型式

按兩焊件的相對(duì)位置分：平接、搭接、T(頂)接和角接

2、焊縫型式（1）對(duì)接焊縫正對(duì)接焊縫（2）角焊縫T型對(duì)接焊縫斜對(duì)接焊縫3、焊縫位置：

根據(jù)施焊工人與焊縫的位置關(guān)系可以分為俯焊、立焊、橫焊、仰焊四種，其中以俯焊施工位置最好，所以焊縫質(zhì)量也最好，仰焊最差。四、焊縫的表示方法（代號(hào)）表7-1、表7-2

第三節(jié)對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造1．對(duì)接焊縫的坡口形式:

為了保證焊接質(zhì)量，對(duì)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)。

(1)當(dāng):t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)時(shí)可不做坡口,采用直邊縫;(2)t=7~20mm時(shí)，宜采用單邊V形和雙邊V形坡口;(3)t>20mm時(shí)，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.對(duì)接焊縫的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：用料經(jīng)濟(jì)、傳力均勻、無(wú)明顯的應(yīng)力集中，利于承受動(dòng)力荷載。缺點(diǎn)：需剖口，焊件長(zhǎng)度要精確。3.對(duì)接焊縫的構(gòu)造處理

（1）起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復(fù)雜，除承受動(dòng)力荷載外，一般不用，計(jì)算時(shí)將焊縫長(zhǎng)度兩端各減去tmm（t為較小板件厚度）。（2）變厚度板對(duì)接，在板的一面或兩面切成坡度不大于1：2.5的斜面，避免應(yīng)力集中?！?:2.5≤1:2.5二、對(duì)接焊縫的計(jì)算對(duì)于靜載作用下的一級(jí)和二級(jí)對(duì)接焊縫其強(qiáng)度可視為與母材相同，不與計(jì)算。三級(jí)焊縫需進(jìn)行計(jì)算；對(duì)接焊縫可視作焊件的一部分，故其計(jì)算方法與構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算相同。對(duì)接焊縫分為：焊透和部分焊透（自學(xué)）兩種；動(dòng)荷載作用下部分焊透的對(duì)接焊縫不宜用做垂直受力方向的連接焊縫；軸心受力的對(duì)接焊縫M、V共同作用下的的對(duì)接焊縫牛腿與翼緣的對(duì)接焊縫

1、軸心受力的對(duì)接焊縫

lw——焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，無(wú)引弧板時(shí)，焊縫長(zhǎng)度取實(shí)長(zhǎng)減去2tmm，有引弧板時(shí)，取實(shí)長(zhǎng);當(dāng)不滿足上式時(shí)，可采用斜對(duì)接焊縫連接如圖B。NNlwtANNtBθNsinθNcosθlw注:當(dāng)tanθ≤1.5時(shí),不用驗(yàn)算!2、M、V共同作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算lwtAMVστ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(jì)算公式為：式中：Ww—焊縫截面模量；

Sw--焊縫截面面積矩；

Iw--焊縫截面慣性矩。（1）板件間對(duì)接連接（2）工字形截面梁對(duì)接連接計(jì)算MV1焊縫截面A、對(duì)于焊縫的σmax和τmax應(yīng)滿足式下面要求；σmaxτσ1τ1τmaxB、對(duì)于翼緣與腹板交接點(diǎn)焊縫（1點(diǎn)），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)。3、牛腿與翼緣的對(duì)接焊縫假定：剪力全部由腹板承受并均勻分布，彎矩、拉力由全截面承擔(dān)。與梁計(jì)算相同，截面形式和截面上各種應(yīng)力分布如圖。圖中1、2、3、4點(diǎn)均需強(qiáng)度驗(yàn)算：點(diǎn)1：點(diǎn)2：點(diǎn)3：點(diǎn)4：式中：A`w——有效抗剪面積，

三、部分焊透的對(duì)接焊縫（自學(xué)）應(yīng)用：當(dāng)板件較厚，而板件間連接受力較小時(shí)，可以采用部分焊透的對(duì)接焊縫。當(dāng)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向受力時(shí)，部分焊透處的應(yīng)力集中會(huì)帶來(lái)不利影響，對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的連接不宜采用；但當(dāng)平行于焊縫長(zhǎng)度方向受力時(shí)，其影響較小可以采用。計(jì)算：按角焊縫的計(jì)算公式計(jì)算，取βf＝1.0，僅在垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的壓力作用下，可取βf＝1.22。

第四節(jié)角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算一、角焊縫的構(gòu)造1、截面形式（1）直角角焊縫（2）斜角角焊縫

對(duì)于α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結(jié)構(gòu)外,不宜用作受力焊縫。hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式hehfhf凹面式2、直角角焊縫應(yīng)力分布端縫：焊縫垂直于受力方向。

特點(diǎn):受力后應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開(kāi)裂。端縫破壞強(qiáng)度要高一些，但塑性差。端焊縫的強(qiáng)度是側(cè)焊縫強(qiáng)度的1.35～1.55倍。側(cè)縫：焊縫長(zhǎng)度方向與受力方向平行。

特點(diǎn)：應(yīng)力分布簡(jiǎn)單些，但分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間小。側(cè)焊縫以45°“咽喉截面”破壞居多；側(cè)縫強(qiáng)度低，但塑性較好。

剪應(yīng)力τfNlwN3、構(gòu)造要求(1)角焊縫的尺寸限制

t2為較薄焊件厚度5t2或25mm，取兩者最大值搭接最小長(zhǎng)度搭接連接轉(zhuǎn)角處焊縫須連續(xù)施焊（圖三）轉(zhuǎn)角處加焊一段長(zhǎng)度2hf（兩面?zhèn)瓤p時(shí)）或用三面圍焊轉(zhuǎn)角端部t為較薄焊件厚距離l0

符號(hào)見(jiàn)圖二長(zhǎng)度lw

端部?jī)H有兩側(cè)面角焊縫連接

8hf或40mm，取兩者最大值下限內(nèi)力沿側(cè)縫全長(zhǎng)分布者不限60hf上限焊縫長(zhǎng)度lw

t2為較厚焊件厚；當(dāng)

下限t1為較薄焊件厚

;對(duì)板邊：

上限焊腳尺寸hf

備注構(gòu)造要求項(xiàng)目部位tt1hfhft1tt1t2bb2hft1t2圖一圖二圖三圖四4、有效厚度

hfhehh1h2deh---焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根二、角焊縫的計(jì)算1、角焊縫的承載力計(jì)算公式假定：所有角焊縫只承受剪應(yīng)力，只區(qū)分側(cè)焊縫和端焊縫；焊縫計(jì)算截面為450喉部截面，計(jì)算高度為0.7hf；在靜力條件下，考慮端焊縫強(qiáng)度提高22%；動(dòng)力荷載下，不考慮其強(qiáng)度的提高；hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根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:

式中：

——作用于焊縫有效截面上，垂直于焊縫軸線方向的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；

——作用于焊縫有效截面上，平行于焊縫軸線方向的剪應(yīng)力；

——角焊縫的（抗剪）強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。NNyNxσfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf（7－1）┻┻∥將7—2、7—3式，代入7—1式得：式7—4即為《規(guī)范》給定的角焊縫強(qiáng)度計(jì)算通用公式

βf—正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)；靜載時(shí)取1.22，動(dòng)載時(shí)取1.0。對(duì)于正面角焊縫，τf=0，由7—4式得：對(duì)于側(cè)面角焊縫，σf=0，由7—4式得：

注意在以上各式中：

he=0.7hf；

lw—角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其實(shí)際長(zhǎng)度減去2hf。2、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計(jì)算1）、軸心力作用下(1)軸心力作用下的蓋板對(duì)接連接:A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：B、采用三面圍焊連接：NNlwlw’(2)T形角焊縫連接NxNyNθN代入式7-4驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度，即:(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:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2對(duì)于校核問(wèn)題:對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用三面圍焊由力及力矩平衡得:余下的問(wèn)題同情況‘A’。Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、采用L形圍焊代入下式B中N1、N2得:對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:Ne1e2bN1xxN3lw12)、N、M、V共同作用下(1)偏心軸力作用下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊縫強(qiáng)度計(jì)算h1σfAσfBτf對(duì)于A點(diǎn)：式中：Iw—全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩；

h1—兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。xxhh2BB’Ah1MeFVM對(duì)于B點(diǎn)：強(qiáng)度驗(yàn)算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度；

he,2—腹板焊縫截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM假定:A、被連接件絕對(duì)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(shì)；B、T作用下焊縫群上任意點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)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(jiǎn)化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為A點(diǎn)和A’點(diǎn)xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A點(diǎn)應(yīng)力:將其沿x軸和y軸分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A點(diǎn)應(yīng)力:A點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為:A點(diǎn)平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為:強(qiáng)度驗(yàn)算公式：τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe[例題2、3]第五節(jié).焊接殘余應(yīng)力與焊接殘余變形一、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(zhǎng)度方向;B、橫向焊接殘余應(yīng)力—垂直于焊縫長(zhǎng)度方向;C、沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力。

2、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因（1）縱向焊接殘余應(yīng)力焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻過(guò)程，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，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(shí)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(duì)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(wú)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-----++

（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(shì)，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；2、焊接時(shí)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(shí)，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。(a)焊縫縱向收縮時(shí)的變形趨勢(shì)-+-(b)焊縫縱向收縮時(shí)的橫向應(yīng)力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時(shí)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(shí)產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力:-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx（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(shí)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(shí)，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σx,σy

外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力σz，這三種應(yīng)力形成同號(hào)(受拉)三向應(yīng)力，大大降低連接的塑性。-+-321σxσyσz二、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)靜力強(qiáng)度的影響f+--bfy+--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(shí)：結(jié)論：焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度沒(méi)有影響。+--fyfbBt2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，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)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。f+--bfyNN+--fyfNNbBt3、對(duì)壓桿的穩(wěn)定承載力的影響

對(duì)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(jiàn)壓桿穩(wěn)定部分）。

對(duì)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。4、對(duì)低溫冷脆的影響5、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響三、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。

四、減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的措施1、設(shè)計(jì)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(guò)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)熱或焊后回火處理第六節(jié)螺栓連接的構(gòu)造一、螺栓的種類1.普通螺栓C級(jí)---粗制螺栓，性能等級(jí)為4.6或4.8級(jí)；

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(do)-栓桿直徑(d)＝1～3mm。A、B級(jí)---精制螺栓，性能等級(jí)為5.6或8.8級(jí);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(do)-栓桿直徑(d)＝0.3～0.5mm。按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為:A、B、C三個(gè)級(jí)別。2.高強(qiáng)度螺栓由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過(guò)熱處理45號(hào)－8.8級(jí)；40B和20MnTiB－10.9級(jí)（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓二、螺栓的排列1）并列：簡(jiǎn)單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu)件截面削弱大；B錯(cuò)列A并列栓距線距邊距邊距端距2）錯(cuò)列：排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截面削弱??；

1、螺栓排列的分類2.螺栓排列的要求（1）受力要求:對(duì)于受拉構(gòu)件：各排螺栓距和線距太小時(shí),構(gòu)件有沿折線或直線破壞的可能；順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，端距不能太小(端距≥2d0)；對(duì)于受壓構(gòu)件：為防止連接板件發(fā)生鼓曲，栓距不能太大。（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。（3）施工要求為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不同要求）

具體要求見(jiàn)課本表7-5,對(duì)型鋼還需滿足表格7-6～7-8的要求。三、螺栓連接的構(gòu)造要求為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于兩個(gè)永久螺栓，但組合構(gòu)件的綴條除外；直接承受動(dòng)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(dòng)；C級(jí)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(dòng)載的次要連接；

2、承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；

3、臨時(shí)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(shí)，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；第七節(jié)普通螺栓連接計(jì)算一、螺栓連接的受力形式（分類）FNFA

只受剪力B

只受拉力C剪力和拉力共同作用

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(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn),即可得到板件上a、b兩點(diǎn)相對(duì)位移δ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(gè)階段,即：

(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。NδO1234NNabNN/2N/2

(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距離，表現(xiàn)在曲線上為水平段。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(dǎo)致的板件間摩擦力的增大，N-δ關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。

(4)彈塑性階段(3~4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(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。NδO1234abNN/2N/2Nu2.破壞形式（1）螺栓桿被剪壞

栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)（2）孔壁的擠壓破壞

栓桿較粗而板件較薄時(shí)（3）板件被拉斷

截面削弱過(guò)多時(shí)

以上破壞形式予以計(jì)算解決。N/2NN/2NNNN（4）板件端部被剪壞

端矩過(guò)小時(shí)；端矩不應(yīng)小于2dONN（5）栓桿彎曲破壞螺栓桿過(guò)長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于5d這兩種破壞構(gòu)造解決N/2NN/2（二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計(jì)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(jì)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：d剪切面數(shù)目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪連接計(jì)算1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算N/2Nl1N/2平均值螺栓的內(nèi)力分布

試驗(yàn)證明,栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿栓群長(zhǎng)度方向不均勻，兩端大,中間小。

當(dāng)l1≤15d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個(gè)螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計(jì)時(shí)假定N有各螺栓均擔(dān)。所以，連接所需螺栓數(shù)為：

當(dāng)l1>15d0(d0為孔徑)時(shí)，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(gè)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(yàn)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)η與l1/d0的關(guān)系曲線。ECCS試驗(yàn)曲線8.8級(jí)

M22我國(guó)規(guī)范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長(zhǎng)連接螺栓的內(nèi)力分布故，連接所需栓數(shù)：NNbtt1b1

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(yàn)算。拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2截面:A、螺栓采用并列排列時(shí)：主板的危險(xiǎn)截面為1-1截面:1122NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用錯(cuò)列排列時(shí):主板的危險(xiǎn)截面為1--1和1’--1’截面:111’1’NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危險(xiǎn)截面為2--2和2’--2’截面:222’2’2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計(jì)算F作用下每個(gè)螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：

（1）連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性；（2）T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關(guān)系，方向與ri垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’號(hào)螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得由式7-6得:由力的平衡條件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11將式7--7代入式7--5得:將N1T沿坐標(biāo)軸分解得:由此可得螺栓1的強(qiáng)度驗(yàn)算公式為:另外,當(dāng)螺栓布置比較狹長(zhǎng)(如y1≥3x1)時(shí),可進(jìn)行如下簡(jiǎn)化計(jì)算：令:xi=0，則N1Ty=0（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(kāi)趨勢(shì)，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(gè)普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)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(jì)值。dedndmd公式的兩點(diǎn)說(shuō)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?。?2）螺栓垂直連接件的剛度對(duì)螺栓抗拉承載力的影響

A、螺栓受拉時(shí)，一般是通過(guò)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(shí)，螺栓有被撬開(kāi)的趨勢(shì)（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(yàn)證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）來(lái)考慮其影響。(三）普通螺栓群的軸拉設(shè)計(jì)一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：N(四）普通螺栓群在彎矩作用下M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：

（1）連接板件絕對(duì)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。顯然‘1’號(hào)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)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸由式7--8得:將式7--10代入式7--9得:因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式，即可：(五）普通螺栓群在偏心拉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(jì)方法，即疊加法。刨平頂緊承托(板)FeN1F1234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=F?e中和軸N4M四、普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用011VeM=VeV因此：2、由試驗(yàn)可知，兼受剪力和拉力的螺桿，其承載力無(wú)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(jì)算時(shí)，假定剪力由螺栓群均勻承擔(dān)，拉力由受力情況確定。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：為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：011ab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(shí)，螺栓群按受拉連接計(jì)算。

承托與柱翼緣的連接角焊縫按下式計(jì)算：式中：

α—考慮剪力對(duì)角焊縫偏心影響的增大系數(shù)，一般取α=1.25~1.35；其余符號(hào)同前。M刨平頂緊承托(板)V連接角焊縫第八節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)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(guò)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(guò)擰緊螺帽的方法，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(dòng)，使板件貼緊密；終擰—初擰基礎(chǔ)上用長(zhǎng)扳手或電動(dòng)扳手再擰過(guò)一定的

角度，一般為120o~180o完成終擰。特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)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(jì)終擰力矩?cái)Q緊。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。C、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(diǎn)：施工簡(jiǎn)單、技術(shù)要求低易實(shí)施、質(zhì)量易保證等2、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(shí)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(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對(duì)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—螺紋處有效截面積；fu—螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級(jí)，取fu=830N/mm2，

10.9級(jí)，取fu=1040N/mm23、高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)μ摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過(guò)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)μ

；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(hào)有關(guān)，其大小隨板件間的擠壓力的減小而減?。?/p>

《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)μ。4、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(guò)程與普通螺栓相似，分為四個(gè)階段：摩擦傳力的彈性階段、滑移階段、栓桿傳力的彈性階段、彈塑性階段。

但比較兩條N—δ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(gè)階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通螺栓。高強(qiáng)度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2A、對(duì)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(duì)滑移，因此其極限狀態(tài)為1點(diǎn)而不是4點(diǎn)，所以1點(diǎn)的承載力即為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力：NδO12341234高強(qiáng)度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9—抗力分項(xiàng)系數(shù)γR的倒數(shù)(γR=1.111);

nf—傳力摩擦面數(shù)目;

μ--摩擦面抗滑移系數(shù);P—預(yù)拉力設(shè)計(jì)值.（2）、抗剪連接單栓承載力B、對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型抗剪連接，允許接觸面發(fā)生相對(duì)滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)4點(diǎn)，所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計(jì)算方法與普通螺栓相同。NδO12341234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：5、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(shí)：P=C；當(dāng)外拉力為Nt時(shí)：板件有被拉開(kāi)趨勢(shì)，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；δ—板疊厚度。當(dāng)板件即將被拉開(kāi)時(shí)：Cf=0，有Pf=Nt，因此：

一般板件間的擠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(yàn)證明，當(dāng)栓桿的外加拉力大于P時(shí)，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(shí)，則無(wú)松弛現(xiàn)象，這時(shí)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=CfNtA、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(shí)，螺栓桿的拉力Pf與Nt的關(guān)系曲線如圖：Nt≤0.5P時(shí)，橇力Q=0；Nt≥0.5P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(jì)時(shí)不考慮橇力的影響,應(yīng)使Nt≤0.5P或增加連接板件的剛度（如設(shè)加勁肋）。30025020015010050050100150200250300Pf(KN)Nu’NuNt(KN)2NNNQQ19518.8級(jí)M22P=150KNQ有橇力時(shí)的螺栓破壞無(wú)橇力時(shí)的螺栓破壞B、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(jì)算方法與普通螺栓相