鋼結(jié)構(gòu)的連接.

1、鋼結(jié)構(gòu)的連接7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法 鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、型鋼通過(guò)必要的連接組成構(gòu)件，各構(gòu)件再通過(guò)一定的安裝連接而形成整體結(jié)構(gòu)。連接部位應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度及延性。接連接構(gòu)件問(wèn)應(yīng)保持正確的相互位置，以滿(mǎn)足傳力和使用要求。連接的加工和安裝比較復(fù)雜、費(fèi)工，因此選定合適的連接方案和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)。連接設(shè)計(jì)不合理會(huì)影響結(jié)構(gòu)的造價(jià)、安全和壽命。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)連接節(jié)點(diǎn)的位置及其所要求的強(qiáng)度和剛度，合理地確定連接方式及節(jié)點(diǎn)的細(xì)部構(gòu)造和計(jì)算方法，并應(yīng)注意以下幾點(diǎn)； (1)連接的設(shè)計(jì)應(yīng)與結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時(shí)的假定相一致；(2)結(jié)構(gòu)的荷載，內(nèi)力組合應(yīng)能提供連接的最不利受力工況；(3)連接的構(gòu)造應(yīng)

2、傳力直接，各零件受力明確，并盡可能避免嚴(yán)重的應(yīng)力集中；(4)連接的計(jì)算模型應(yīng)能考慮剛度不同的零件間的變形協(xié)調(diào)；（5）構(gòu)件相互連接的節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡可能避免偏心，不能完全避免時(shí)應(yīng)考慮偏心的影響；(6)避免在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生過(guò)大的殘余應(yīng)力，尤其是約束造成的殘余應(yīng)力，避免焊縫過(guò)度密集；(7)厚鋼板沿厚度方向受力容易出現(xiàn)層間撕裂，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分注意；(8)連接的構(gòu)造應(yīng)便于制作、安裝，綜合造價(jià)低。 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊接、鉚接、普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接(如圖7-1)焊接連接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、不削弱構(gòu)件截面、節(jié)約鋼材、加工方便、易于采用自動(dòng)化操作、連接的密封性好、剛度大。缺點(diǎn)是焊

3、接殘余應(yīng)力和殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)有不利影響，焊接結(jié)構(gòu)的低溫冷脆問(wèn)題也比較突出。目前除少數(shù)直接承受動(dòng)載結(jié)構(gòu)的某些連接，如重級(jí)工作制吊車(chē)粱和柱及制動(dòng)梁的相互連接、標(biāo)架式橋梁的節(jié)點(diǎn)連接，從目前使用情況看不宜采用焊接外，焊接可廣泛用于工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)和橋梁鋼結(jié)構(gòu)。 鉚釘連接的優(yōu)點(diǎn)是塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，適用于直接承受動(dòng)載結(jié)構(gòu)的連接。缺點(diǎn)是構(gòu)造復(fù)雜，用鋼量多，日前已很少采用。 普通螺栓連接的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單、拆裝方便。缺點(diǎn)是用鋼量多。適用于安裝連接和需要經(jīng)常拆裝的結(jié)構(gòu)。普通螺栓又分為C級(jí)螺栓和A級(jí)、B級(jí)螺栓。C級(jí)螺栓一般用Q235鋼(用于螺栓時(shí)也稱(chēng)為4.6級(jí))制成。 A、B級(jí)螺栓一般用45

4、號(hào)鋼和35號(hào)鋼(用于螺栓時(shí)也稱(chēng)88級(jí))制成。A、B兩級(jí)的區(qū)別只是尺寸不同，其中A級(jí)包括d24，且的螺栓，B級(jí)包括或的螺栓， d為螺桿直徑，L為螺桿長(zhǎng)度。C級(jí)螺栓加工租糙，尺寸不夠準(zhǔn)確，只要求II類(lèi)孔，成本低，栓徑和孔徑之差，設(shè)計(jì)規(guī)范未作規(guī)定，通常多取mm。由于螺栓桿與螺孔之間存在著較大的間隙，傳遞剪力時(shí)，連接較早產(chǎn)生滑移(7-2)，但傳遞拉力的性能仍較好，所以C級(jí)螺栓廣泛用于承受拉力的安裝連接，不重要的連接或用作安裝時(shí)的臨時(shí)固定。A、B級(jí)螺校需要機(jī)械加工，尺寸準(zhǔn)確，要求I類(lèi)孔，栓徑和孔徑的公稱(chēng)尺寸相同，容許偏差為間隙。這種螺拴連接傳遞剪力的性能較好，變形很小，但制造和安裝比較復(fù)雜，價(jià)格昂貴，目

5、前在鋼結(jié)構(gòu)中較少采用。 I類(lèi)孔的精度要求為連接板組裝時(shí)，孔口精確對(duì)準(zhǔn)，孔壁平滑，孔軸線(xiàn)與板面垂直。質(zhì)量達(dá)不到I類(lèi)孔要求的都為II類(lèi)孔。 高強(qiáng)度螺栓連接和普通螺栓連接的主要區(qū)別是：普通螺栓扭緊螺帽時(shí)螺栓產(chǎn)生的預(yù)拉力很小，由板面擠壓力產(chǎn)生的摩擦力可以忽略不計(jì)。普通螺栓連接抗剪時(shí)是依靠孔壁承壓和栓桿抗剪來(lái)傳力。高強(qiáng)度螺栓除了其材料強(qiáng)度高之外，施工時(shí)還給螺栓桿施加很大的預(yù)拉力，使被連接構(gòu)件的接觸面之間產(chǎn)生擠壓力，因此板面之間垂直于螺栓桿方向受剪時(shí)有很大的摩擦力。依靠接觸面間的摩擦力來(lái)阻止其相互滑移，以達(dá)到傳遞外力的目的，因而變形較小(圖7-2中3)。高強(qiáng)度螺栓抗剪連接分為摩擦型連接和承壓型連接。前者以

6、滑移作為承載能力的極限狀態(tài)，后者的極限狀態(tài)和普通螺栓連接相同。 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接只利用摩擦傳力這一工作階段，具有連接緊密、受力良好、耐疲勞、可拆換、安裝簡(jiǎn)單以及動(dòng)力荷載作用下不易松動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，目前在橋梁、工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。尤其在栓焊衍架橋、重級(jí)工作制廠房的吊車(chē)梁系統(tǒng)和重要建筑物的支撐連接中已被證明據(jù)有明顯的優(yōu)越性。高強(qiáng)度螺栓承壓型連接，起初由摩擦傳力，后期則依靠栓桿抗剪和承壓傳力，它的承載能力比摩擦型的高，可以節(jié)約鋼材，也具有連接緊密，可拆換，安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但這種連接在摩擦力被克服后的剪切變形較大，規(guī)范規(guī)定高強(qiáng)度螺栓承壓型連接不得用于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。7.2焊接連接的

7、特性7.2.1 常用焊接方法 鋼結(jié)構(gòu)中一般采用的焊接方法有電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。 電弧焊的質(zhì)量比較可靠，是鋼結(jié)構(gòu)最常用的焊接方法。電弧焊可分為手工電弧焊、自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊。手工電弧焊(7-3)是通電后在涂有焊藥的焊條與焊件間產(chǎn)生電弧，由電弧提供熱源，使焊條熔化，滴落在焊件上被電弧所收成的小凹槽熔池中，并與焊件熔化部分結(jié)成焊縫。由焊條藥皮形成的熔渣和氣體覆蓋熔池，防止空氣中的氧、氮等有害氣體與熔化的液體金屬接觸而形成脆性易裂的化合物。焊縫質(zhì)量隨焊工的技術(shù)水平而變化。手工電弧焊焊條應(yīng)與焊件金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)，對(duì)Q235鋼焊件用43系列型焊條，Q345鈉焊件用E50系列型焊條，Q390

8、鋼悍件用E55系列型焊條。對(duì)不同鋼種的鋼材連接時(shí)，宜用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。自動(dòng)或半自動(dòng)埋孤焊是將光焊絲埋在焊劑層下，通電后，由電弧的作用使焊絲和焊劑熔化。熔化后的焊劑浮在熔化金屬表面保護(hù)熔化金屬，使之不與外界空氣接觸，有時(shí)焊劑還可供給焊縫必要的合金元素，以改善焊縫質(zhì)量。自動(dòng)焊的電流大、熱量集中而熔深大，并且焊縫質(zhì)量均勻，塑性好，沖擊韌性高。半自動(dòng)焊除由人上操作進(jìn)行外，其余過(guò)程與自動(dòng)焊相同，焊縫質(zhì)量介于自動(dòng)焊與手上焊之間。自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊所采用的焊絲和焊劑要保證其熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度不低于相應(yīng)手工焊焊條的數(shù)值，對(duì)Q235鋼焊件，可采用H08、H08A等焊絲；對(duì)Q345鋼焊件可采用H08A、

9、H08MnA和H10Mn2焊絲。對(duì)Q390鋼焊件可采用H08MnA、H10Mn2和H08MnMoA焊絲。 電渣焊是利用電流通過(guò)熔渣所產(chǎn)生的電阻來(lái)熔化金屬，焊絲作為電極伸人并穿過(guò)渣池，使渣他產(chǎn)生電阻熱將焊件金屬及焊絲熔化，沉積于熔池中，形成焊縫。電渣焊一般在立焊位置進(jìn)行，目前多用熔嘴電渣焊，以管狀焊條作為熔嘴，焊絲從管內(nèi)遞進(jìn)。 氣體保護(hù)焊是用焊槍中噴出的惰性氣體代替焊劑，焊絲可自動(dòng)送入，如CO2氣體保護(hù)焊是以CO2作為保護(hù)氣體，使被熔化的金屬不與空氣接觸，電弧加熱集中，熔化深度大，焊接連度快,焊縫強(qiáng)度高，塑性好。氣體保護(hù)焊既可用手工操作，也可進(jìn)行自動(dòng)焊接。氣體保護(hù)焊在操作時(shí)應(yīng)采取避風(fēng)措施，否則容

10、易出現(xiàn)焊坑、氣孔等缺陷。電阻焊(圖7-5)是利用電流通過(guò)焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來(lái)熔化金屬，再通過(guò)壓力使其焊合。在一般鋼結(jié)構(gòu)中電阻焊只適用于板疊厚度不大于12mm的焊接。對(duì)冷彎薄壁型鋼構(gòu)件，電阻焊可用來(lái)綴合壁厚不超過(guò)35mm的構(gòu)件，如將兩個(gè)冷彎槽鋼或C形鋼組合為I形截面構(gòu)件。722 焊縫連接的優(yōu)缺點(diǎn)焊縫連接與螺栓連接、鉚釘連接比較有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)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；（2）任何形狀的構(gòu)件都可以直接相連，不需要輔助零件，構(gòu)造簡(jiǎn)單； (3) 焊縫連接的密封性好，結(jié)構(gòu)剛度大。 但是焊縫連接也存在下列問(wèn)題： (1)由于施焊時(shí)的高溫作用，形成焊縫

11、附近的熱影響區(qū)，使鋼材的金屬組織和機(jī)械性能發(fā)生變化，材質(zhì)變脆； (2)焊接的殘余應(yīng)力使焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞的可能性增大，殘余變形使其尺寸和形狀發(fā)生變化，矯正費(fèi)工； (3)焊接結(jié)構(gòu)對(duì)整體性不利的一面是，局部裂縫一經(jīng)發(fā)生便容易擴(kuò)展到整體。焊接結(jié)構(gòu)低溫冷脆問(wèn)題比較突出 723 悍縫缺陷 焊縫中可能存在裂紋、氣孔、燒穿和未焊透等缺陷。 裂紋(圖7-6中a、b)是焊縫連接中最危險(xiǎn)的缺陷。按產(chǎn)生的時(shí)間不同可分為熱裂紋和冷裂紋，前者是在焊接時(shí)產(chǎn)生的后考是在焊縫冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的。產(chǎn)生裂紋的原因很多，如鋼材的化學(xué)成分不當(dāng)，未采用合適的電流、弧長(zhǎng)、施焊速度、焊條和施焊次序等。如果采用合理的施焊次序，可以減少焊接應(yīng)

12、力，避免出現(xiàn)裂紋；進(jìn)行預(yù)熱，緩慢冷卻或焊后熱處理，可以減少裂紋形成。 氣孔(圖7-6c)是由空氣侵入或受潮的藥皮熔化時(shí)產(chǎn)生氣體而形成的，也可能是焊件金屬上的油、銹、垢物等引起的。氣孔在焊縫內(nèi)或均勻分布，或存在于焊縫某一部位，如焊趾或焊跟處。 焊縫的其他缺陷有燒穿(圖7-6d)，夾渣(圖7-6e)，未焊透(圖7-6f、g、h)，咬邊(圖7-6i)，焊瘤(圖7-6j)等。焊縫的缺陷將削弱焊縫的受力面積，而且在缺陷處形成應(yīng)力集中，裂縫往住無(wú)從那里開(kāi)始，并擴(kuò)展開(kāi)裂，成為連接破壞的根源，對(duì)結(jié)構(gòu)很為不利。因此，焊縫質(zhì)量檢查極為重要；鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定，焊縫質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)，其中第三級(jí)只要求

13、通過(guò)外觀檢查，即檢查焊縫實(shí)際尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求和有無(wú)看得見(jiàn)的裂紋、咬邊等缺陷。對(duì)于重要結(jié)構(gòu)或要求焊縫金屬?gòu)?qiáng)度等于被焊金屬?gòu)?qiáng)度的對(duì)接焊縫，必須進(jìn)行一級(jí)或二級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)，即在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無(wú)損檢驗(yàn)。 焊縫質(zhì)量與施焊條件有關(guān)，對(duì)于施焊條件較差的高空安裝焊縫應(yīng)乘以折減系數(shù)0.9。724 焊縫連接型式及焊縫型式 連接型式：焊縫連接型式按被連接構(gòu)件間的相對(duì)位置分為平接、搭接、T形連接和角接四種。這些連接所采用的焊縫型式主要有對(duì)接焊縫和角捍縫。 圖7-7(a)所示為用對(duì)接焊縫的平接連接，它的特點(diǎn)是用料經(jīng)濟(jì)，傳力均勻平緩，沒(méi)有明顯的應(yīng)力集中，承受動(dòng)力荷載的性能較好。但是焊件邊緣需要加工，對(duì)接連接兩板的間

14、隙和坡口尺寸有嚴(yán)格的要求。 圖7-7(b)所示為用拼接板和角焊縫的平接連接，這種連接傳力不均勻、費(fèi)料，但施工簡(jiǎn)便，所接兩板的間隙大小無(wú)需嚴(yán)格控制。 圖7-7(c)所示為用頂板和角焊縫的平接連接，施工簡(jiǎn)便，用于受壓構(gòu)件較好。受拉構(gòu)件為了避免層間撕裂，不宣采用。 圖7-7(d)所示為用角焊縫的搭接連接，這種連接傳力不均勻，材料較費(fèi)、但構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，目前還廣泛應(yīng)用。 圖7-7(e)所示為用角焊縫的T形連接，構(gòu)造簡(jiǎn)單，受力性能較差，應(yīng)用也頗廣泛。 圖7-7(f)所示為焊透的T形連接，其性能與對(duì)接焊縫相同。在重要的結(jié)構(gòu)中用它代替圖7-7(e)的連接。長(zhǎng)期實(shí)踐證明：這種要求焊透的T形連接焊縫即使有未

15、焊透現(xiàn)象，但因腹板邊緣經(jīng)過(guò)加工、焊縫收縮后使翼緣和腹板頂?shù)檬志o密，焊縫受力情況大為改善，一般能保證使用要求。 圖7-7(g)、(h)所示為用角焊縫和對(duì)接焊縫的角接連接。焊縫型式： 對(duì)接焊縫按所受力的方向可分為對(duì)接正焊縫和對(duì)接斜焊縫(圖7-8a、b)。角焊縫長(zhǎng)度方向垂直于力作用方向的稱(chēng)為正面角焊縫，平行于力作用方向的稱(chēng)為側(cè)面角焊縫，如圖7-8(c)所示。焊縫按沿長(zhǎng)度方向的分布情況來(lái)分，有連縫角焊縫和斷縫角焊縫兩種型式(圖7-9)。連縫角焊縫受力性能較好，為主要的角焊縫形式。斷縫角焊縫容易引起應(yīng)力集中，重要結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免采用，它只用于一些次要構(gòu)件的連接或次要焊縫中，斷縫焊縫的間斷距離L不宜太長(zhǎng)，以

16、免因距離過(guò)大使連接不易緊密，潮氣易侵入而引起銹蝕。間斷距離L一般在受壓構(gòu)件中不應(yīng)大于15t，在受拉構(gòu)件中不應(yīng)大于30t，t為較薄構(gòu)件的厚度。 焊縫按施焊位置分，有俯焊(平焊)、立焊、橫焊、仰焊幾種(圖7-10)。俯焊的施焊工作方便質(zhì)量最易保證。立焊、橫焊的質(zhì)量及生產(chǎn)效率比俯焊的差一些。仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此府盡量避免采用仰焊焊縫725 焊 縫 代 號(hào) 在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上要用焊縫代號(hào)標(biāo)明焊縫型式、尺寸和輔助要求。焊縫符號(hào)表示方法GB32488規(guī)定：焊縫符導(dǎo)由指引線(xiàn)和表示焊縫截面形狀的基本符號(hào)組成，必要時(shí)可加上輔助符號(hào)、補(bǔ)充符號(hào)和焊縫尺寸符號(hào)。 指引線(xiàn)一般由箭頭線(xiàn)和基準(zhǔn)線(xiàn)(一條為

17、實(shí)線(xiàn)，另一條為虛線(xiàn))所組成?；鶞?zhǔn)線(xiàn)一般應(yīng)與圖紙的底邊相平行，特殊情況也可與底邊相垂直，當(dāng)引出線(xiàn)的箭頭指向焊縫所在的一面時(shí)，應(yīng)將焊縫符號(hào)標(biāo)注在基準(zhǔn)線(xiàn)的實(shí)線(xiàn)上：當(dāng)箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時(shí)，應(yīng)將焊縫符號(hào)標(biāo)注在基準(zhǔn)線(xiàn)的虛線(xiàn)上，見(jiàn)圖7-11?；痉?hào)用以表示焊縫截面形狀，符號(hào)的線(xiàn)條宜粗于指引線(xiàn)，常用的某些基本符號(hào)如表7-1所示。輔助符號(hào)用以表示焊縫表面形狀特征，如對(duì)接焊縫表面余高部分需加工使之與焊件表面齊平，則需在基本符號(hào)上加一短劃，此短劃即為輔助符號(hào)，見(jiàn)表7-2。73 對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 731 對(duì)接焊縫的構(gòu)造要求 對(duì)接焊縫按坡口形式分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫，帶鈍邊V形縫(也叫Y形

18、縫)、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫和雙Y形縫等，后二者過(guò)去分別稱(chēng)為K形縫和X形縫(圖7-13)。當(dāng)焊件厚度t很小(t不大于10mm)，可采用不切坡口的I形縫。對(duì)于一板厚度(t1020mm)的焊件，可采用有斜坡口的帶鈍邊單邊V形縫或Y形縫。以便斜坡口和焊縫跟部共同形成一個(gè)焊條能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的施焊空間，使焊縫易于焊透。對(duì)于較厚的焊件(t>20mm)，應(yīng)采用帶鈍邊U形縫或帶鈍邊雙單邊V形縫或雙Y形縫。關(guān)于坡口的形式與尺寸可參看行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程。 在鋼板寬度或厚度有變化的連接中，為了減少應(yīng)力集中，應(yīng)從板的一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1：2.5的斜坡(圖7-14)，形成平緩過(guò)渡。如板厚相差

19、不大于4mm時(shí)，可不做斜坡圖7-14d。焊縫的計(jì)算厚度取較薄板的厚度。 對(duì)接焊縫的起弧和落弧點(diǎn)，常因不能熔透而出現(xiàn)焊口，形成類(lèi)裂紋和應(yīng)力集中。為消除焊口影響。焊接時(shí)可將焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)延伸至引弧板(圖7-15)上，焊后將引弧板切除，并用砂輪將表面磨平。對(duì)于焊透的T形連接焊縫，其構(gòu)造要求如圖7-16所示。 鋼板的拼接采用對(duì)接焊縫時(shí)，縱橫兩方向的對(duì)接焊縫，可采用十字形交叉或T形交叉。當(dāng)為T(mén)形交叉時(shí)，交叉點(diǎn)間的距離不得小于20mm，且拼接料的長(zhǎng)度和寬度均不得小于300mm(圖7-17)。 在直接承受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)中，為提高疲勞強(qiáng)度，應(yīng)將對(duì)接焊縫的表面磨平，打磨方向應(yīng)與應(yīng)力方向平行。垂直于受力方向的焊縫應(yīng)

20、采用焊透的對(duì)接焊縫，不宜采用部分焊透的對(duì)接焊縫。732 對(duì)接焊縫的計(jì)算 對(duì)接焊縫的應(yīng)力分布情況，基本上與焊件原來(lái)的情況相同，可用計(jì)算焊件的力法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于重要的構(gòu)件，按一、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量，焊縫和構(gòu)件等強(qiáng)，不必另行計(jì)算。 (1)軸心受力的對(duì)接焊縫(圖7-18)應(yīng)按(7-1)式計(jì)算 733 部分焊透的對(duì)接焊縫 在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有時(shí)遇到板件較厚，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(圖7-21)，例如當(dāng)用四塊較厚的鋼板焊成的箱形截面軸心受壓柱時(shí)，由于焊縫主要起聯(lián)系作用，就可以用部分焊透的坡口焊縫(圖7-21f)。 當(dāng)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向受力時(shí)，因部分焊透處的應(yīng)力集中帶來(lái)不利的影響

21、，對(duì)于直接承受動(dòng)力荷裁的連接不宜采用；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。 其中，：s為坡口根部至焊縫表面(不考慮余高)的最短距離，a為V形坡口的夾角。當(dāng)熔合線(xiàn)處截面邊長(zhǎng)等于或接近于最短距離s時(shí)(圖7-2l中b、e)，其抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.9采用。74 角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算側(cè)面角焊縫主要承受剪力作用。在彈性階段，應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻，兩端大而中間小(圖7-24a)。圖7-24(b)表示焊縫越長(zhǎng)剪應(yīng)力分布越不均勻。但由于側(cè)面角焊縫的塑性較好，兩端出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，在規(guī)范規(guī)定長(zhǎng)度范圍內(nèi)，應(yīng)力分布可趨于均勻。不難理解，在圖7-24(a)所示連接

22、范圍內(nèi)，板的應(yīng)力分布也是不均勻的。正面角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)比側(cè)面角焊縫復(fù)雜，其破壞強(qiáng)度比側(cè)面角焊縫的要高，但塑性變形要差一些(圖7-25)。在外力作用下，由于力線(xiàn)彎折，產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，焊縫跟部應(yīng)力集中最為嚴(yán)重(圖7-26b)，故破壞總是首先在跟部出現(xiàn)裂縫，然后擴(kuò)展至整個(gè)截面。正面角焊縫焊腳截面AB和BC上都有正應(yīng)力和剪應(yīng)力(圖7-26b)，且分布不均勻，但沿焊縫長(zhǎng)度的應(yīng)力分布則比較均勻、兩端的應(yīng)力略比中間的為低(圖7-26a)。 等邊角焊縫的最小截面和兩邊焊腳成角(直角角焊縫為450)稱(chēng)為有效截面(圖7-31中BDEF)或計(jì)算截面，不計(jì)入余高和熔深。實(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)角焊縫破壞都發(fā)生在這一截面。計(jì)

23、算時(shí)假定有效截面上應(yīng)力均勻分布，并且不分抗拉、抗壓或抗剪都采用同一強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 2角焊縫的尺寸限制 在直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，為了減緩應(yīng)力集中，角焊縫表面應(yīng)做成直線(xiàn)形或凹形(圖7-23d，c)。焊縫直角邊的比例：對(duì)正面角焊縫宜為1：15，見(jiàn)圖7-23（b）(長(zhǎng)邊順內(nèi)力方向)，側(cè)面角焊縫可為1：1(圖7-23a)。角焊縫的焊腳尺寸hf不應(yīng)過(guò)小(圖7-27)，以保證焊縫的最小承載能力，并防止焊縫因冷卻過(guò)快而產(chǎn)生裂紋。焊縫縫的冷卻速度和好件的厚度有關(guān)，焊件越厚則焊縫冷卻越快，在焊件剛度較大的情況下，焊縫也容易產(chǎn)生裂紋。因此，規(guī)范規(guī)定：角焊縫的焊腳尺寸hf不得小于，t為較厚焊件厚度(單位取mm)；對(duì)

24、自動(dòng)焊，最小焊腳尺寸可減小1mm；對(duì)T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm；當(dāng)焊件厚度小于4mm時(shí)，則取與焊件厚度相同。 角焊縫的焊腳尺寸hf如果太大，則焊縫收縮時(shí)將產(chǎn)生較大的焊接變形，且熱影響區(qū)擴(kuò)大，容易產(chǎn)生脆裂，較薄焊件容易燒穿。因此，規(guī)范規(guī)定；角焊縫的焊腳尺寸不宜大于較薄焊件厚度的12倍(圖7-28a)(鋼管結(jié)構(gòu)除外)。但板件(厚度為t)的邊緣焊縫最大hf,尚應(yīng)符合下列要求：(a) 當(dāng)時(shí)， (圖7-28c)；(b)當(dāng)t>6mm時(shí)，hft- (12)mm(圖7-28b)。當(dāng)兩焊件厚度相差懸殊,用等焊腳尺寸無(wú)法滿(mǎn)足最大、最小焊縫厚度要求時(shí)，可用不等焊腳尺寸按滿(mǎn)足圖7-27(b)所示要求采用

25、。角焊縫長(zhǎng)度lw也有最大和最小的限制：焊縫的厚度大而長(zhǎng)度過(guò)小時(shí)，會(huì)使焊件局部加熱嚴(yán)重，且起落弧坑相距太近，加上一些可能產(chǎn)生的缺陷，使焊縫不夠可靠。因此，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不得小于8hf和40mm。另外，已如圖7-24所示：側(cè)面角焊縫的應(yīng)力沿其長(zhǎng)度分布并不均勻,兩端大,中間??；它的長(zhǎng)度與厚度之比越大，其差別也就越大；當(dāng)此比值過(guò)大時(shí)，焊縫端部應(yīng)力就會(huì)達(dá)到極值而破壞，而中部焊縫還未充分發(fā)揮其承載能力。這種現(xiàn)象對(duì)承受動(dòng)力荷載的構(gòu)件尤為不利。因此，側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜大于60hf。但內(nèi)力若沿側(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布，其計(jì)算長(zhǎng)度不受此限。 3角焊縫的其他構(gòu)造要求 桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫(圖7-

26、29)，一般采用兩面?zhèn)群?，也可采用三面圍焊，?duì)角鋼桿件也可用L形圍焊(圖7-35c)，所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可連續(xù)地作長(zhǎng)度為2 hf的繞角焊(圖7-29c)，以免起落弧缺陷發(fā)生在應(yīng)力集中較大的轉(zhuǎn)角處，從而改善連接的工作。 當(dāng)板件僅用兩條側(cè)焊縫連接時(shí)，為了避免應(yīng)力傳遞的過(guò)分彎折而使板什應(yīng)力過(guò)分不均，宜使 (圖7-29a)，同時(shí)為了避免因焊縫橫向收縮時(shí)引起板件拱曲太大(圖7-29a)，宜使 (t12mm時(shí))或200mm(時(shí))，t為較簿焊件厚度。當(dāng)b不滿(mǎn)足此規(guī)定時(shí)，應(yīng)加正面角焊縫，或加槽焊(圖7-29b)或塞焊(圖7-29c)。 搭接連接不能只用一條正面角悍縫傳

27、力(圖7-30a)，并且搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的五倍，同時(shí)不得小于25mm。742 角焊縫計(jì)算的基本公式 743 常用連接方式的角焊縫計(jì)算 1受軸心力焊件的拼接板連接 當(dāng)焊件受軸心力，且軸力通過(guò)連接焊縫群形心時(shí)，焊縫有效截面上的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。用拼接板將兩焊件連成整體，需要計(jì)算拼接板和連接一側(cè)(左側(cè)或右側(cè))角焊縫的強(qiáng)度。 圖7-34(a)所示為矩形拼接板，側(cè)面角焊縫連接。此時(shí)，外力與焊縫長(zhǎng)度方向平行，可按(7-7)式計(jì)算2受軸心力角鋼的連接 當(dāng)用側(cè)面角焊縫連接角鋼時(shí)，雖然軸心力通過(guò)角鋼截面形心，但肢背焊縫和肢尖焊縫到形心的距離不相等(圖7-35a)，受力大小不等。設(shè)肢背焊縫受力為

28、N1，肢尖焊縫受力為N2，由平衡條件得： 3彎矩作用下角焊縫計(jì)算 當(dāng)力矩作用平面與焊縫群所在乎面垂直時(shí)，焊縫受彎(圖7-36)。彎矩在焊縫有效截面上產(chǎn)生和焊縫長(zhǎng)度方向垂直的應(yīng)力f，此彎曲應(yīng)力呈三角形分布，邊緣應(yīng)力最大，圖7-36(b)給出焊縫有效截面，計(jì)算公式為4扭矩作用下角焊縫計(jì)算焊縫群受扭 當(dāng)力矩作用平面與焊縫群所在平面平行時(shí)，焊縫受扭(圖7-37)。計(jì)算時(shí)采取下述假定：被連接件在扭矩作用下繞焊縫有效截面的形心O旋轉(zhuǎn)，焊縫有效截面上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心O的連線(xiàn)，應(yīng)力大小與其到形心距離r成正比。按上述假定，焊縫有效截面上距形心最遠(yuǎn)點(diǎn)應(yīng)力最大，為5彎矩、剪力、軸力共同作用下角焊縫計(jì)

29、算將連接(圖7-39)所受水平力N，垂直力V平移到焊縫群形心，得到一彎矩M=V·e，剪力V和軸力N。彎矩作用下，焊縫有效截面上的應(yīng)力為三角形分布，方向與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。剪力V在焊縫有效截面上產(chǎn)生沿焊縫長(zhǎng)度方向均勻分布的應(yīng)力。N力產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向，均勻分布的應(yīng)力。三種應(yīng)力狀態(tài)疊加后，危險(xiǎn)點(diǎn)A的受力狀態(tài)如圖7-39所示。744 喇叭形焊縫的計(jì)算 喇叭形焊縫可分為單邊喇叭形焊縫(圖7-49)和喇叭形焊縫(圖7-50)。單邊喇叭形焊縫的焊腳尺寸hf不得小于被連接扳件的厚度。745 電阻點(diǎn)焊 電阻點(diǎn)焊可用于冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的綴合或組合連接，每個(gè)焊點(diǎn)的抗剪承載力設(shè)計(jì)值按表7-4采用。7.

30、 5 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形7.5.1 焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi)和產(chǎn)生的原因 (1)縱向焊接殘余應(yīng)力：焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過(guò)程。在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫及附近溫度最高，達(dá)16000C以上，其鄰近區(qū)域則溫度急劇下降(圖7-51)。不均勻的溫度場(chǎng)要求產(chǎn)生不均勻的膨脹。高溫處的鋼材膨脹最大，由于受到兩側(cè)溫度較低，膨脹較小的鋼材的限制，產(chǎn)生了熱狀態(tài)塑性壓縮。焊縫冷卻時(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮得比原始長(zhǎng)度稍短，這種縮短變形受到兩側(cè)鋼材的限制，使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力是一種沒(méi)有荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件

31、內(nèi)部自相平衡。這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力(圖7-51c)。用三塊板焊成的工字形截面，焊接殘余應(yīng)力如圖7-51(d)所示。(2) 橫向殘余應(yīng)力：橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有二，一是由于焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向于形成反方向的彎曲變形，但實(shí)際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開(kāi)，于是在焊縫中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而在兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力(圖7-52中a、b)。二是焊縫在施焊過(guò)程中，先后冷卻的時(shí)間不同，先焊的焊縫已經(jīng)凝固，且具有一定的強(qiáng)度，會(huì)因止后焊焊縫在橫向的自由膨脹，使其發(fā)生橫向的塑性壓縮變形。當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受到已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，同時(shí)在先焊部分的焊縫內(nèi)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。

32、橫向收縮引起的橫向應(yīng)力與施焊方向和順序有關(guān)（圖7-52中c、d、e）。焊縫的橫向殘余應(yīng)力是上述兩種原因產(chǎn)生的應(yīng)力合成的結(jié)果，如圖7-52(f)就是圖7-52(b)和圖7-52(c)應(yīng)力合成的結(jié)果。(3) 沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力：在厚鋼板的連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向焊接殘余應(yīng)力x、y外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接殘余應(yīng)力z (圖7-53)。這三種應(yīng)力形成比較嚴(yán)重的同號(hào)三軸應(yīng)力，大大降低結(jié)構(gòu)連接的塑性。 (4) 約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應(yīng)力：實(shí)際焊接接頭中，有的焊件并不能自由伸縮，如圖7-54(a)所示焊接，在施焊時(shí)，焊縫及其附近高溫鋼板的橫向膨脹受到阻礙而產(chǎn)生橫向塑性壓縮。焊

33、縫冷卻后，由于收縮受到約束，便產(chǎn)生了約束應(yīng)力，圖7-54(b)、(c)表示這種接頭中殘余應(yīng)力分布特點(diǎn)：ef截面上有約束，截面全部是受拉的，如果沿此截面切開(kāi)，大部分應(yīng)力得到釋放，才呈自相平衡的殘余應(yīng)力分布。當(dāng)鋼板兩邊的嵌固程度越大，兩邊約束點(diǎn)間的距離越短時(shí)，產(chǎn)生的約束應(yīng)力也就越大。因此，設(shè)計(jì)接頭及考慮焊縫的施焊次序時(shí)，要盡可能使焊件能夠自由伸縮，以便減少約束應(yīng)力。752 焊接殘余應(yīng)力的影響 (1)對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響：對(duì)于具有一定塑性的材料，在靜力荷載作用下，焊接殘余應(yīng)力是不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的。例如圖7-55(a)給出了外荷載N=0時(shí)縱向殘余應(yīng)力r的分布情況。當(dāng)施加軸心拉力時(shí)，板中殘余應(yīng)力已達(dá)屈服

34、強(qiáng)度f(wàn)y的塑性區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力不再增大，力N就僅由彈性區(qū)域承擔(dān)，焊縫兩側(cè)受壓區(qū)的應(yīng)力由原來(lái)的受壓逐漸變?yōu)槭芾?，最后?yīng)力也達(dá)到fy。如圖7-55(b)所示。所以有殘余應(yīng)力焊件的承載能力和沒(méi)有殘余應(yīng)力者完全相同，可見(jiàn)殘余應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度。(2)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響：焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度。如圖7-56所示。(3)對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響：焊接殘余應(yīng)力使壓桿的撓曲剛度減小，從而必定降低其穩(wěn)定承載能力。詳細(xì)分析見(jiàn)第四章。 (4)對(duì)低溫冷脆的影響：在厚板和有三向交叉焊縫(圖7-57)的情況下，將產(chǎn)生三向焊接殘余應(yīng)力，阻礙塑性變形，在低溫下使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展，加速構(gòu)件的脆性破壞。 (5)對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響：

35、焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度有不利的影響，原因就在丁焊縫及其近旁的高額殘余拉應(yīng)力。如果對(duì)悍縫及近旁金屬的表面進(jìn)行錘擊，使之趨于橫向擴(kuò)張，但被下層材料阻止而產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，那么疲勞強(qiáng)度會(huì)有所提高。753 烽接殘余變形 在施焊時(shí)由于焊縫的縱向和橫向受到熱態(tài)塑性壓縮，使構(gòu)件產(chǎn)生一些殘余變形，如縱向縮短，橫向縮短，彎曲變形，角變形和扭曲變形等(圖7-58)。這些變形如果超出驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定，必須加以矯正，使其不致影響構(gòu)件的使用和承載能力。754 減少焊縫殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法1. 采用合理的施焊次序；例如鋼板對(duì)按時(shí)采用分段退焊，厚焊縫采用分層焊，工字形截面按對(duì)角跳焊等(圖7-59)。2施焊前給構(gòu)件以一個(gè)

36、和焊接變形相反的預(yù)變形，使構(gòu)件在焊接后產(chǎn)生的焊接變形與之正好抵消(圖7-60a、b)。 3對(duì)于小尺寸焊件，在施焊前預(yù)熱，或施焊后回火(加熱至6000C左右，然后緩慢冷卻)，可以消除焊接殘余應(yīng)力。也可用機(jī)械方法或氧乙炔局部加熱反彎(圖7-60c)以消除焊接變形。 755 合理的焊縫設(shè)計(jì) 為了減少焊接應(yīng)力與焊接變形，設(shè)計(jì)時(shí)在構(gòu)造上要采用一些措施。例如 (1)焊接的位置要合理，焊縫的布置應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)于構(gòu)件重心，以減小焊接變形。 (2)焊縫尺寸要適當(dāng)，在容許范圍內(nèi)，可以采用較小的焊腳尺寸，并加大焊縫長(zhǎng)度，使需要的焊縫總面積不變，以免因焊腳尺寸過(guò)大而引起過(guò)大的焊接殘余應(yīng)力。焊縫過(guò)厚還可能引起施焊時(shí)燒穿、

37、過(guò)熱等現(xiàn)象。(3) 焊縫不宜過(guò)分集中，圖7-61(a)中a2比a1好。 (4)應(yīng)盡量避免三向焊縫相交，為此可使次要焊縫中斷，主要焊縫連續(xù)通過(guò) (圖7-61b)。(5)要考慮鋼板的分層問(wèn)題。本章第二節(jié)已經(jīng)提到過(guò)垂直于板面?zhèn)鬟f拉力是不合理的，圖7-61(c)中c2比c1好。 此外，為了保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、還應(yīng)注意以下問(wèn)題： 1要考慮施焊時(shí)，焊條是否易于到達(dá)。圖7-61(d)中d1的右側(cè)焊縫很難焊好，而d2則較易焊好。2焊縫連接構(gòu)造要盡可能避免仰焊。7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算761 螺栓的排列和構(gòu)造要求 螺栓在構(gòu)件上的排列可以是并列或錯(cuò)列(圖7-62、7-63、7-64)，排列時(shí)應(yīng)考慮慮下列要求

38、：(1)受力要求：為避免鋼板端部不被剪斷(參看圖7-66d)，螺栓的端距不應(yīng)小于2d0，d0為螺栓孔徑。 (2)構(gòu)造要求：若栓距及線(xiàn)距過(guò)大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易于侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。 (3)施工要求：要保證有一定的空間，便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓搬手。根據(jù)以上要求，規(guī)范規(guī)定鋼板上螺栓的最大和最小間距如圖7-62及表7-5所示。在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上螺栓及栓孔的表示方法如表7-9所示。762 普通螺栓連接受剪、受拉時(shí)的工作性能 普通螺栓連接按螺栓傳力方式，可分為抗剪螺栓和抗拉螺栓連接。圖7-65中螺栓1為抗剪螺栓，依靠螺栓桿的承壓和抗剪來(lái)傳力。螺栓2在下面設(shè)有支托的情況為抗拉螺栓。如果不設(shè)支托，則螺栓2兼承

39、拉力和剪力。GB50017規(guī)范規(guī)定，C級(jí)螺栓只能在次要連接和臨時(shí)性連接中用來(lái)抗剪。因此，即使有傳力承托，在一般正規(guī)連接中螺栓l應(yīng)該用焊縫或高強(qiáng)度螺栓代替。 1抗剪螺栓連接 抗剪螺栓連接在受力以后，首先由構(gòu)件間的摩擦力抵抗外力。不過(guò)摩撩力很小，構(gòu)件間不久就出現(xiàn)滑移，螺栓桿和螺栓孔壁發(fā)生接觸，使螺拴桿受剪，同時(shí)螺栓桿和孔壁間互相接觸擠壓。圖7-66表示螺栓連接有五種可能破壞情況。其中對(duì)螺栓桿被剪斷、孔壁擠壓以及板被拉斷，要進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)連接處于彈性階段時(shí)，螺栓群中各螺栓受力不相等，兩瑞大而中間小(圖7-67b)，超過(guò)彈性階段出現(xiàn)塑性變形后，因內(nèi)力重分布使各螺栓受力趨于均勻(圖7-67c)。但當(dāng)構(gòu)件

40、的節(jié)點(diǎn)處或拼接縫的一側(cè)螺栓很多，且沿受力方向的連接長(zhǎng)度l1過(guò)大時(shí),端部的螺栓會(huì)因受力過(guò)大而首先破壞，隨后依次向內(nèi)發(fā)展逐個(gè)破壞(即所謂解紐扣現(xiàn)象)。 一個(gè)抗剪螺栓的設(shè)計(jì)承裁能力按下面兩式計(jì)算： 2抗拉螺栓連接 在抗拉螺栓連接(圖7-69)中，外力趨向于將被連接構(gòu)件拉開(kāi)，而使螺栓受拉，最后螺栓桿會(huì)被拉斷。一個(gè)抗拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算在采用螺栓的T形連接中，必須借助附件(角鋼)才能實(shí)現(xiàn)(圖7-69a)。通常角鋼的剛度不大，受拉后，垂直于拉力作用方向的角鋼肢會(huì)發(fā)生較大的變形，并起杠桿作用。規(guī)范規(guī)定的普通螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是取同樣鋼號(hào)鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f的0.8倍(即)。如果在構(gòu)造上采取一些措施

41、加強(qiáng)角鋼剛度，可使其不致產(chǎn)生Q力，或產(chǎn)生Q力甚小，例如在角鋼兩肢間設(shè)置加勁肋(圖7-69b)，就是增大剛度的一種有效辦法。7.6.3 螺栓群的計(jì)算1螺栓群在軸心力作用下的抗剪計(jì)算當(dāng)外力通過(guò)螺栓群形心時(shí)，假定諸螺栓平均分擔(dān)剪力，圖7-70（a）中接頭一邊所需要的螺栓數(shù)目為2螺栓群在扭矩作用下的抗剪計(jì)算承受扭矩的螺栓連接，一般都是先布置好螺栓，再計(jì)算受力最大螺栓所承受的剪力和一個(gè)抗剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。圖7-72所示連接，螺栓群承受扭矩T，而使每個(gè)螺栓受剪。設(shè)各螺栓至其形心的距離7.7高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算771 高強(qiáng)度螺栓連接的性能高強(qiáng)度螺栓的性能等級(jí)有109級(jí)(有20MnTiB鋼和

42、35VB鋼)和88級(jí)（有40B鋼、45號(hào)鋼和35號(hào)鋼)。40B鋼和45號(hào)鋼已經(jīng)使用多年，但二者的淬透性不夠理想，只能用于直徑不大于24mm的高強(qiáng)度螺栓。級(jí)別劃分的小數(shù)點(diǎn)前數(shù)字是螺栓熱處理后的最低抗拉強(qiáng)度，小數(shù)點(diǎn)后數(shù)字是屈強(qiáng)比(屈服強(qiáng)度f(wàn)y與抗拉強(qiáng)fu的比值)，如88級(jí)鋼材的最低抗拉強(qiáng)度是800Nmm2，屈服強(qiáng)度是0.8× 800=640N/mm2。高強(qiáng)度螺栓所用的螺帽和墊圈采用45號(hào)鋼或35號(hào)鋼制成。高強(qiáng)度螺栓孔應(yīng)采用鉆成孔，摩擦型的孔徑比螺栓公稱(chēng)直徑大1.52.0mm，承壓型的孔徑則大1.01.5mm。 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接單純依靠被連接構(gòu)件間的摩擦力傳遞剪力，以剪力等于摩擦力為承

43、載能力的極限狀態(tài)。高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的傳力特征是剪力超過(guò)摩擦力時(shí)，構(gòu)件間發(fā)生相互滑移，螺栓桿身與孔壁接觸，開(kāi)始受剪并和孔壁承壓。但是，另一方面，摩擦力隨外力繼續(xù)增大而逐漸減弱，到連接接近破壞時(shí)，剪力全由桿身承擔(dān)。高強(qiáng)度螺栓承壓型連接以螺栓或鋼板破壞為承載能力的極限狀態(tài)，可能的破壞形式和普通螺栓相同。承受拉力的高強(qiáng)度螺栓連接，由于預(yù)拉力作用，構(gòu)件間在承受荷載前已經(jīng)有較大的擠壓力，拉力作用首先要抵消這種擠壓力。至構(gòu)件完全被拉開(kāi)后，高強(qiáng)度螺栓的受拉力情況就和普通螺栓受拉相同。不過(guò)這種連接的變形要小得多。當(dāng)拉力小于擠壓力時(shí)，構(gòu)件未被拉開(kāi)，可以減少銹蝕危害，改善連接的疲勞性能。高強(qiáng)度螺栓連接中板件間的

44、擠壓力和摩擦力對(duì)外力的傳遞有很大影響。栓桿預(yù)拉力，連接表面的抗滑移系數(shù)和鋼材種類(lèi)都直接影響到高強(qiáng)度螺栓連接的承載力。 1高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力 高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力是通過(guò)扭緊螺帽實(shí)現(xiàn)的。一般采用扭矩法、轉(zhuǎn)角法或扭掉螺栓梅花頭來(lái)控制預(yù)拉力。 扭矩法：扭矩T用下式求得轉(zhuǎn)角法：分初擰和終擰兩步。初擰是先用普通扳手使被連接構(gòu)件相互緊密貼合，終擰就是以初擰的貼緊位置為起點(diǎn)，根據(jù)按螺栓直徑和板疊厚度所確定的終擰角度，用強(qiáng)有力的扳手旋轉(zhuǎn)螺母，擰至預(yù)定角度值時(shí)，螺栓的拉力即達(dá)到了所需要的預(yù)拉力數(shù)值。扭剪法：扭剪型高強(qiáng)度螺栓的受力特征與一般高強(qiáng)度螺栓相同，只是施加預(yù)拉力的方法為用擰斷螺栓梅花頭切口處截面(圖7-78d

45、o直徑處)來(lái)控制預(yù)拉力數(shù)值。這種螺栓施加頂拉力簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。 高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)拉力值由材料強(qiáng)度和螺栓有效截面確定，并且考慮了(a)在扭緊螺栓時(shí)扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪應(yīng)力將降低螺栓的承拉能力，故對(duì)材料抗拉強(qiáng)度除以系數(shù)1.2；(b)施工時(shí)為補(bǔ)償預(yù)拉力的松弛要對(duì)螺栓超張拉5%10%，故乘以系數(shù)0.9；(c)材料抗力的變異等影響，乘以系數(shù)0.9。由于以抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)，再引進(jìn)一個(gè)附加安全系數(shù)0.9。這樣，預(yù)拉力設(shè)計(jì)值由下式計(jì)算。 2高強(qiáng)度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù) 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接完全依靠被連接構(gòu)件間的摩擦阻力傳力，而摩擦阻力的大小除了螺栓的預(yù)拉力外，與被連構(gòu)件材料及其接觸面的表面處理所確定的摩擦面抗滑移

46、系數(shù)µ有關(guān)。規(guī)范規(guī)定的摩擦面抗滑移系數(shù)µ值如表7-11。承壓型連接的扳件接觸面只要求清除油污及浮銹。 3高強(qiáng)度螺栓的排列 高強(qiáng)度螺栓的排列和普通螺栓相同，應(yīng)符合圖7-62圖7-63、表7-5表7-8的要求。它沿受力方向的連接長(zhǎng)度l1，亦考慮l1 15d。時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)承載力的不利影響。772 高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值(1)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接：高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接承受剪力時(shí)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是外力不得超過(guò)摩擦阻力。每個(gè)螺栓的摩擦阻力應(yīng)該是nfµP，但是考慮到整個(gè)連接中各個(gè)螺栓受力未必均勻，乘以系數(shù)R，故一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：(2)高強(qiáng)度螺栓承壓型連接：高強(qiáng)度螺

47、栓承壓型連接受剪時(shí)，為了充分利用高強(qiáng)度螺栓的潛力，高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的極限承載力由桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動(dòng)的作用。計(jì)算方法和普通螺栓相同。承載力設(shè)計(jì)值仍按(7-27)式和(7-28)式計(jì)算，只是、用承壓型高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。773 高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算1軸心力作用時(shí) 構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算：對(duì)承壓型連接，構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算和普通螺接連接的相同。對(duì)摩擦型連接，要考慮由于摩擦阻力作用，一部分剪力由孔前接觸面?zhèn)鬟f(圖7-79)。按照規(guī)范規(guī)定，孔前傳力占螺栓傳力的50。這樣截面1-1處凈截面?zhèn)髁椋?扭矩作用時(shí)，及扭矩、剪力、軸心力共同作用時(shí)的抗剪高強(qiáng)度螺栓所受剪力的計(jì)算，其方法

48、與普通螺栓相同，單個(gè)螺栓所受剪力應(yīng)不超過(guò)高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計(jì)值。774 高強(qiáng)度螺栓的抗拉連接1.高強(qiáng)度螺栓的抗拉連接性能圖7-81所示連接，螺栓分別受拉、受剪或同時(shí)受剪受拉。下面針對(duì)圖7-81（a）進(jìn)行分析。高強(qiáng)度螺栓在外力作用前，已經(jīng)有很高的預(yù)拉力P，它和構(gòu)件與T形件冀緣接觸面的擠壓力C相平衡，即C=P，如圖7-82所示。達(dá)到圖7-83(a)的B點(diǎn)時(shí)，被連接構(gòu)件的接觸面一直保持緊密貼合。中和軸像梁一樣位置在截面高度中央，可以認(rèn)為就在螺栓群形心軸線(xiàn)上。如果以板不被拉開(kāi)為承裁能力的極限，最上端的螺栓拉力應(yīng)滿(mǎn)足下式775 同時(shí)承受剪力和拉力的高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算圖7-76的連接，當(dāng)采用高強(qiáng)度螺栓時(shí)

49、，若支托僅作安裝之用，則螺栓同時(shí)承受剪力和拉力。圖7-81(c)所示的連接，高強(qiáng)度螺栓也承受剪力和拉力共同作用。 對(duì)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，隨著外力的增大，板件間的擠壓力由P減至P-Nt。每個(gè)螺栓的抗滑移承載力也隨之減小。另外，由試驗(yàn)知，抗滑移系數(shù)也隨板件間擠壓力的減小而降低?？紤]這些影響，對(duì)同時(shí)承受剪力和拉力的高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，每個(gè)螺栓的承載力按下式計(jì)算，抗滑移系數(shù)µ仍用原值。78 焊接梁翼緣焊縫的計(jì)算 由三塊鋼板焊接而成的工字形截面梁，通過(guò)連接焊縫保證截面的整體工作。為了了解焊縫的受力性能，可取如圖7-86(a)所示三塊疊放的受彎板材為例進(jìn)行說(shuō)明。如果三塊板材之間的接觸面上無(wú)摩

50、擦力存在或克服摩擦力之后，則在橫向荷載作用下各板將分別產(chǎn)生如圖7-86(b)所示的變形，各板之間產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)。若保證各板的整體工作，不產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)，則如圖7-86(c)所示，必須在板與板間加上焊縫等適當(dāng)?shù)倪B接材料，用來(lái)承擔(dān)各板之間所產(chǎn)生的剪力作用。這種剪力作用是由于彎矩沿梁長(zhǎng)的變化而產(chǎn)生的。具有雙層翼緣板的梁，當(dāng)計(jì)算外層翼緣板與內(nèi)層翼緣板之間的連接焊縫時(shí)，如圖7-88所示，式(7-57)中的S1應(yīng)取外層翼緣板對(duì)梁中和軸的面積矩；計(jì)算內(nèi)層翼緣板與腹板之間的連接焊縫時(shí)，則S1應(yīng)取內(nèi)外兩層翼緣板面積對(duì)梁中和軸的面積矩之和。當(dāng)梁的翼緣上承受有移動(dòng)集中荷載或承受有固定集中荷載而未設(shè)置支承加勁肋時(shí)，則翼緣

51、與腹板間的連接焊縫不僅承受有上述由于梁彎曲而產(chǎn)生的水平剪力Th的作用(圖7-89)，同時(shí)還承受有集中壓力F所產(chǎn)生的垂直剪力Tv的作用。單位長(zhǎng)度上的垂直剪力可依下式計(jì)算得到。7.9構(gòu)件的拼接7.9.1 等截面拉、壓桿拼接 等截面軸心受力構(gòu)件在制造工廠完成的拼接可以采用直接對(duì)焊(圖7-91a)或拼按板加角焊縫(圖7-91b)。如果焊縫質(zhì)量達(dá)到一、二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論受拉、受壓都可直接對(duì)焊，否則受拉要采用拼接板加角焊縫。采用后一方案時(shí)，構(gòu)件的翼緣和腹板都應(yīng)有各自的拼接板和焊縫，使傳力盡量直接、均勻，避免應(yīng)力過(guò)分集中。確定腹板拼接板寬度時(shí)，要留夠施焊縱焊縫時(shí)操作焊條所需的空間，圖7-91(b)中角不應(yīng)小

52、于300。拉壓桿的拼接宜按等強(qiáng)度原則來(lái)計(jì)算，亦即拼接材料和連接件都能傳遞開(kāi)截面的最大內(nèi)力，如翼緣的拼接板及其焊縫(或螺栓)能傳遞N=Anf，即翼緣凈截面面積乘以強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。壓桿的拼接還應(yīng)注意，不致因連接變形降低構(gòu)件剛度造成容易屈曲的弱點(diǎn)。用高強(qiáng)度螺栓時(shí)宜用摩擦型連接。主要依靠接觸面直接承壓傳力的拼接，接頭宜盡量接近桿的支承點(diǎn)，其距離不超過(guò)桿件計(jì)算長(zhǎng)度的20，以免因截面轉(zhuǎn)動(dòng)而對(duì)桿的承載能力產(chǎn)生較大影響。拼接不僅要保證斷開(kāi)截面的強(qiáng)度，也要保證構(gòu)件的整體剛度，包括繞截面兩個(gè)主軸的彎曲剛度和繞縱軸的扭轉(zhuǎn)剛度。這個(gè)原則也普遍適用于其他各類(lèi)構(gòu)件的拼接。792變截面柱拼接變截面柱有截面微小變化和較大變化兩種

53、不同情況。793梁的拼接梁的拼接依施工條件的不同分為工廠拼接和工地拼接。 (1)工廠拼接 工廠拼接為受到鋼材規(guī)格或現(xiàn)有鋼材尺寸限制而做的拼接。翼緣和腹板的工廠拼接位置最好錯(cuò)開(kāi)，并應(yīng)與加勁助和連接次梁的位置錯(cuò)開(kāi)，以避免焊縫集中，如圖7-93所示。在工廠制造時(shí)，常先將梁的翼緣板和腹板分別接長(zhǎng)，然后再拼裝成整體，可以減少梁的焊接應(yīng)力。翼緣和腹板的拼接焊縫一般都采用正面對(duì)接焊縫，在施焊時(shí)用引弧板。(2)工地拼接 工地拼接是受到運(yùn)輸或安裝條件限制而做的拼接。此時(shí)需將梁在工廠分成幾段制作，然后再運(yùn)往工地。對(duì)于僅受到運(yùn)輸條件限制的梁段，可以在工地地面上拼裝，焊接成整體，然后吊裝；而對(duì)于受到吊裝能力限制而分成

54、的梁段，則必須分段吊裝，在高空進(jìn)行拼接和焊接。工地拼接一般應(yīng)使冀緣和腹板在同一截面或接近于同一截面處斷開(kāi)，以便于分段運(yùn)輸。圖7-94(a)所示為斷在同一截面的方式，梁段比較整齊，運(yùn)輸方使。圖7-94(b)所示為將粱的上下冀緣板和腹板的拼接位置適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)的方式，可以避免焊縫集中在同一截面。這種梁段有懸出的冀緣板，運(yùn)輸過(guò)程中必須注意防止碰撞損壞。 對(duì)于鉚接梁和較重要的或受動(dòng)力荷載作用的焊接大型梁，其工地拼接常采用高強(qiáng)度螺栓連接。 圖7-95(a)所示為采用高強(qiáng)度螺栓連接的焊接梁的工地拼接。在拼接處同時(shí)有彎矩和剪力的作用。設(shè)計(jì)時(shí)必須使拼接板和高強(qiáng)度螺柱都具有足夠的強(qiáng)度，滿(mǎn)足承載力要求，并保證梁的整體性

55、。梁翼緣板的拼接，通常應(yīng)按照等強(qiáng)度原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即應(yīng)使拼接板的凈截面面積不小于翼緣板的凈截面面積。高強(qiáng)度螺栓的數(shù)量應(yīng)按翼緣板凈截面面積An所能承受的軸向力N=Anf計(jì)算，f為鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 腹板的拼接常首先進(jìn)行螺栓布置，然后驗(yàn)算。布置螺栓時(shí)應(yīng)注意滿(mǎn)足螺栓排列的容許距離要求。計(jì)算時(shí)，梁拼接截面處的剪力V視為全部由腹板承擔(dān)，并假定作用在螺栓群的形心處，由各螺栓平均分擔(dān)。即每個(gè)高強(qiáng)度螺栓所受的垂直力為：由于在腹板拼接縫一側(cè)的螺栓群常排列得高而窄，可以近似地認(rèn)為在Mw作用下,各螺栓只承受水平方向力的作用，距螺栓群形心最遠(yuǎn)的螺栓受力最大。如圖7-95(b)所示，受力最大螺栓所受的水平力為如果不在彎矩

56、最大的截面拼接，可以按該截面的內(nèi)力作拼接計(jì)算，此時(shí)式710 梁與梁的連接 主次梁相互連接的構(gòu)造與次梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖有關(guān)。次梁可以簡(jiǎn)支于主梁，也可以在和主梁連接處做成連續(xù)的。就主次梁相對(duì)位置的不同，連接構(gòu)造可以區(qū)分為疊接和側(cè)面連接。7101 次梁為簡(jiǎn)支粱 疊接：次梁直接放在主梁上(圖7-97)，用螺栓或焊縫固定其相互位置，不需計(jì)算。為避免主梁腹板局部壓力過(guò)大，在主梁相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)支承加勁肋。疊接構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便。缺點(diǎn)是主次梁所占凈空大，不宜用于樓層梁系。 側(cè)面連接：圖7-98為幾種典型的主次梁簡(jiǎn)支連接、其中前三個(gè)圖的次梁都是只連腹扳，不連冀緣。不同的是有的用連接角鋼，有的用連接板或利用主梁加勁肋。(b)圖的連接板較寬，使次梁不必切除部分冀緣。(d)圖在次梁下面設(shè)有承托角鋼，可便于安裝。承托雖然能夠傳遞次梁的全部支座壓力，但為了提供扭轉(zhuǎn)約束，次梁腹板上部還需要有連接角鋼，可