鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第3章

1、大綱要求大綱要求1.1.了解鋼結(jié)構(gòu)連接的種類(lèi)及各自的特點(diǎn)；了解鋼結(jié)構(gòu)連接的種類(lèi)及各自的特點(diǎn)；2.2.了解焊接連接的工作性能，了解焊接連接的工作性能，掌握焊接連接的計(jì)算掌握焊接連接的計(jì)算方法及構(gòu)造要求；方法及構(gòu)造要求；3.3.了解焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因及其對(duì)結(jié)構(gòu)了解焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因及其對(duì)結(jié)構(gòu)工作的影響；工作的影響；4.4.了解螺栓連接的工作性能，了解螺栓連接的工作性能，掌握螺栓連接的計(jì)算掌握螺栓連接的計(jì)算和構(gòu)造要求。和構(gòu)造要求。一、一、焊縫連接焊縫連接 3.13.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法對(duì)接焊縫連接對(duì)接焊縫連接優(yōu)點(diǎn)：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；優(yōu)點(diǎn)：不削弱截面

2、，方便施工，連接剛度大；缺點(diǎn)：材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對(duì)裂紋敏感。缺點(diǎn)：材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對(duì)裂紋敏感。 角焊縫連接角焊縫連接三、螺栓連接三、螺栓連接 優(yōu)點(diǎn)：連接剛度大，傳力可靠；優(yōu)點(diǎn)：連接剛度大，傳力可靠； 分為：分為： 普通螺栓連接普通螺栓連接 高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接二、鉚釘連接二、鉚釘連接N缺點(diǎn)：對(duì)施工技術(shù)要求很高，缺點(diǎn)：對(duì)施工技術(shù)要求很高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工條件差， 施施工速度慢。工速度慢。一、鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法一、鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法1.1.手工電弧焊手工電弧焊A、焊條的選擇：、焊條的選擇： 焊條應(yīng)與焊件焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng)。鋼材相適應(yīng)。原理：利用電弧

3、產(chǎn)生熱量原理：利用電弧產(chǎn)生熱量 熔化焊條和母材形熔化焊條和母材形 成焊縫。成焊縫。 3.2 焊接方法和焊接連接形式焊接方法和焊接連接形式 焊機(jī)焊機(jī)導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)熔池熔池焊條焊條焊鉗焊鉗保護(hù)氣體保護(hù)氣體焊件焊件電弧電弧Q390Q390、Q420Q420鋼選擇鋼選擇E55E55型焊條型焊條(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345鋼選擇鋼選擇E50E50型焊條型焊條(E5000-5048)(E5000-5048)B B、焊條的表示方法：、焊條的表示方法：E焊條焊條( (Electrode) )第第1 1、2 2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強(qiáng)度位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強(qiáng)度（kgf/m

4、m2) )第第3 3、4 4適用焊接位置、電流及藥皮的類(lèi)型。適用焊接位置、電流及藥皮的類(lèi)型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。 優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；Q235Q235鋼選擇鋼選擇E43E43型焊條（型焊條（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、優(yōu)、缺點(diǎn)、優(yōu)、缺點(diǎn)2.2.埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）、焊絲轉(zhuǎn)盤(pán)焊絲轉(zhuǎn)盤(pán)送絲器

5、送絲器焊劑漏斗焊劑漏斗焊劑焊劑熔渣熔渣焊件焊件埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊A A、焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強(qiáng)度。、焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強(qiáng)度。 B B、優(yōu)、缺點(diǎn)：、優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊接質(zhì)量好。焊接質(zhì)量好。 缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限等。缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限等。 送送絲絲器器機(jī)機(jī)器器3.3.氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快，焊接質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快，焊接質(zhì)量好。量好。 缺點(diǎn)：施工條件受限制等。缺點(diǎn)：施工條件受限制等。二、焊接連接形式和焊縫形式二、焊接連接形式和焊縫形式1.1.焊接連接形式焊

6、接連接形式搭接搭接角部連接角部連接T形連接形連接對(duì)接對(duì)接2.2.焊縫形式焊縫形式（1）對(duì)接焊縫）對(duì)接焊縫正對(duì)接焊縫正對(duì)接焊縫（2）角焊縫）角焊縫T型對(duì)接焊縫型對(duì)接焊縫斜對(duì)接焊縫斜對(duì)接焊縫3. 3. 焊縫位置焊縫位置3.3 、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查1.1.焊縫缺陷焊縫缺陷2.2.焊縫質(zhì)量檢查焊縫質(zhì)量檢查外觀(guān)檢查：外觀(guān)檢查：檢查外觀(guān)缺陷和幾何尺寸；檢查外觀(guān)缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)：內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)：檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。 內(nèi)部檢驗(yàn)主要采用超聲內(nèi)部檢驗(yàn)主要采用超聲 波，有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn)波，有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn) 熒光檢驗(yàn)等輔助檢驗(yàn)方熒光檢驗(yàn)等輔助檢驗(yàn)方法。還可以采用法。還可以

7、采用X X射線(xiàn)或射線(xiàn)或射線(xiàn)透照或拍片。射線(xiàn)透照或拍片。鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定：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)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)。和三級(jí)。 三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀(guān)檢查且符合三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀(guān)檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 一、二級(jí)焊縫除外觀(guān)檢查外，尚要求一定數(shù)一、二級(jí)焊縫除外觀(guān)檢查外，尚要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003GB50017-2003）中，對(duì)焊）中，對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如

8、下規(guī)定：縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定： (1) (1) 需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向需要進(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)。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)。 3.3.焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用(2) (2) 在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡要求與母材在不需要進(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)。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)。 （）重級(jí)工作制和起重量（）重級(jí)工作制和起重量 的中級(jí)工作的中級(jí)工作制吊車(chē)梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車(chē)桁架上弦桿制吊車(chē)梁的腹板

9、與上翼緣板之間以及吊車(chē)桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，與節(jié)點(diǎn)板之間的形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，不應(yīng)低于二級(jí)。不應(yīng)低于二級(jí)。 （）角焊縫質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，直接承受動(dòng)力（）角焊縫質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量的中級(jí)工荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量的中級(jí)工作制吊車(chē)梁的角焊縫的外觀(guān)質(zhì)量應(yīng)符合二級(jí)。作制吊車(chē)梁的角焊縫的外觀(guān)質(zhì)量應(yīng)符合二級(jí)。4.4.焊縫代號(hào)焊縫代號(hào)hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊縫的形式、角焊縫的形式: :一、角焊縫的形式和受力分析一、角焊縫的形式和受力分析3.4 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

10、直角角焊縫、斜角角焊縫直角角焊縫、斜角角焊縫（1 1）直角角焊縫直角角焊縫hehfhf凹面式凹面式按he=0.7hf斜角角焊縫按he=0.7hf(a)hfhfhfhfa）銳角角焊縫；b）鈍角角焊縫(b)按he=hf coshfhfhfhf2按he=hf cos2（2）斜角角焊縫斜角角焊縫對(duì)于對(duì)于135135o o或或606mmt6mm時(shí)，時(shí)，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t2 2、最小焊腳尺寸、最小焊腳尺寸hf,min 為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開(kāi)裂，硬組織，導(dǎo)致母材開(kāi)裂

11、，hf,min應(yīng)滿(mǎn)足以下要求應(yīng)滿(mǎn)足以下要求: : )(5 . 12min,計(jì)計(jì)算算數(shù)數(shù)值值只只進(jìn)進(jìn)不不舍舍！thf 式中式中: : t t2-較厚焊件厚度較厚焊件厚度 另另: :對(duì)于埋弧自動(dòng)焊對(duì)于埋弧自動(dòng)焊hf,min可減去可減去1mm; ; 對(duì)于對(duì)于T型連接單面角焊縫型連接單面角焊縫hf,min應(yīng)加上應(yīng)加上1mm; ; 當(dāng)當(dāng)t t24mm時(shí)時(shí), , hf,min=t=t23.3.側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度 側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長(zhǎng)度方向受力不均，側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長(zhǎng)度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，應(yīng)力集中系數(shù)越大。兩端大而中間小。焊縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，

12、應(yīng)力集中系數(shù)越大。如果焊縫長(zhǎng)度不是太大，焊縫兩端達(dá)到屈服強(qiáng)度后，如果焊縫長(zhǎng)度不是太大，焊縫兩端達(dá)到屈服強(qiáng)度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會(huì)漸趨均勻；當(dāng)焊縫長(zhǎng)度達(dá)到一定的繼續(xù)加載，應(yīng)力會(huì)漸趨均勻；當(dāng)焊縫長(zhǎng)度達(dá)到一定的長(zhǎng)度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：長(zhǎng)度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：fwhl60 注注： 1 1、當(dāng)實(shí)際長(zhǎng)度大于以上值時(shí)，計(jì)算時(shí)不與考慮；、當(dāng)實(shí)際長(zhǎng)度大于以上值時(shí)，計(jì)算時(shí)不與考慮； 2 2、當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，不受上式限制。、當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，不受上式限制。4.4.側(cè)面角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度 對(duì)于焊腳尺寸大而長(zhǎng)度小的焊縫，焊件局部加熱對(duì)于焊腳尺寸大

13、而長(zhǎng)度小的焊縫，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊嚴(yán)重且起落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規(guī)范規(guī)縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規(guī)范規(guī)定：定：mmhlfw408且不得小于且不得小于 5. 搭接連接的構(gòu)造要求搭接連接的構(gòu)造要求 當(dāng)板件端部?jī)H采用兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)：當(dāng)板件端部?jī)H采用兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)： A、為了避免應(yīng)力傳遞的過(guò)分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力、為了避免應(yīng)力傳遞的過(guò)分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力 不均，規(guī)范規(guī)定：不均，規(guī)范規(guī)定：blw B、為了避免焊縫橫向收、為了避免焊縫橫向收 縮時(shí)引起板件的拱曲縮時(shí)引起板件的拱曲 太大，規(guī)

14、范規(guī)定：太大，規(guī)范規(guī)定：）（或或）（mmtmmmmttb121901216111 t1t2bwlD. 在在搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度 的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。 C. 當(dāng)角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)作當(dāng)角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)作2h2hf f的的繞繞 角焊角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。bwl2hf f2551且且t t1t2三、直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式 1 1、試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部喉部，故通常將故通常將4545o o截面作為計(jì)算截面，作用

15、在該截面上的截面作為計(jì)算截面，作用在該截面上的應(yīng)力如下圖所示：應(yīng)力如下圖所示：hfhehh1h2dehelw wh-h-焊縫厚度、焊縫厚度、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根2 2、實(shí)際上計(jì)算截面的各應(yīng)力分量的計(jì)算比較繁難，實(shí)際上計(jì)算截面的各應(yīng)力分量的計(jì)算比較繁難， 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范假定：為了簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范假定：焊縫在有效截面處破壞焊縫在有效截面處破壞，且各應(yīng)力分量滿(mǎn)足以下折算應(yīng)力公式且各應(yīng)力分量滿(mǎn)足以下折算應(yīng)力公式: : 2223()(3 1)wuf3 3、由于我國(guó)規(guī)范給定的角焊由于我國(guó)規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，是根據(jù)抗剪條縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，是根據(jù)抗

16、剪條件確定的故上式又可表達(dá)為：件確定的故上式又可表達(dá)為：式中：式中：wuf-焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度2223()3(3 2)wwufffhelw w4 4、直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式：直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式：)43( wexflhN ) 33( weyflhN 2f ff= fh he el lw w45O45Oh hf fNNyNxwfffff3232222 將將3 33 3、3 34 4式，代入式，代入3 32 2式得：式得：得 1.22整理上式，并令 23f )53(22 wfffff 式式3 35 5即為，規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度計(jì)算通用公式即為，規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度計(jì)算通用公

17、式f f正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)；正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)； 靜載時(shí)取靜載時(shí)取1.221.22，動(dòng)載時(shí)取，動(dòng)載時(shí)取1.01.0。) 43( wexflhN ) 33( weyflhN 2f f)23(3)( 3222 wfwuff)63( wffewffhlN 對(duì)于正面角焊縫，對(duì)于正面角焊縫，f f=0=0，由，由3 35 5式得：式得：對(duì)于側(cè)面角焊縫，對(duì)于側(cè)面角焊縫，f f=0=0，由，由3 35 5式得：式得：)73( wfewffhlN 以上各式中：以上各式中： h he e=0.7h=0.7hf f； l lw w角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷

18、時(shí)，每條焊縫取其 實(shí)際長(zhǎng)度減去實(shí)際長(zhǎng)度減去2h2hf f。)53(22 wfffff ewwffhlfN 四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計(jì)算四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計(jì)算wfwefflhN 1 1、軸心力作用下、軸心力作用下(1)(1)軸心力作用下的蓋板對(duì)接連接軸心力作用下的蓋板對(duì)接連接: :A A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：僅采用側(cè)面角焊縫連接：B B、采用三面圍焊連接：、采用三面圍焊連接：wfewffhlNN NNl lw wl lw w(2)(2)T形角焊縫連接形角焊縫連接)83(cos ewfhlN )93(sin ewfhlN )53(22 wfffff N Nx xN Ny

19、 yN N2wl2wlN N代入式代入式3-53-5驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度，即驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度，即: :(3)(3)角鋼角焊縫連接角鋼角焊縫連接A A、僅采用側(cè)面角焊縫連接、僅采用側(cè)面角焊縫連接)113()103(221121 eNeNNNN由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :故故: :)133()123(2211212121 NkeeeNNNkeeeNN肢肢尖尖焊焊縫縫內(nèi)內(nèi)力力分分配配系系數(shù)數(shù)肢肢背背焊焊縫縫內(nèi)內(nèi)力力分分配配系系數(shù)數(shù) 2211212121keeekkeeekNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 對(duì)于校核

20、問(wèn)題對(duì)于校核問(wèn)題: :對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題: :)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2B B、采用三面圍焊采用三面圍焊)213(2)203(2322311 NNkNNNkN由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :)183(333 wffewfhlN )193(33 wffefbhN 余下的問(wèn)題同情況余下的問(wèn)題同情況A，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 對(duì)于校核問(wèn)題對(duì)于校核問(wèn)題: :對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:

21、:)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2)233()223(23123 NNNNkNC C、采用、采用L L形圍焊形圍焊代入下式代入下式3-203-20，3-213-21得得: :對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題: :02 N)243(333111 wwfffwfewlfNhfhNl )213(2)203(2322311 NNkNNNkNNe1e2bN1xxN3l lw1w12 2、N、M、V共同作用下共同作用下(1(1) )偏心軸力作用下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算偏心軸力作用下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算NeNx xNy y2wl2wlMAN

22、xNxM MNyNy 2,6weewxAflhMhlN ewyAfhlN , wfAffAff 2,2, h he eh he et t( (2) ) V、M共同作用下焊縫強(qiáng)度計(jì)算共同作用下焊縫強(qiáng)度計(jì)算h1fAfAfBfBf fwffwfAfhIM 21對(duì)于對(duì)于A點(diǎn)：點(diǎn)：式中：式中：I Iw w全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩；全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩； h h1 1兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。xxh h2BBAh1MeFVM對(duì)于對(duì)于B點(diǎn)：點(diǎn)： 2,2,22weffBwfBlhVhIM wffBffBf 22 強(qiáng)度驗(yàn)算公式：強(qiáng)度驗(yàn)算公式：式中：式中：h h2 2

23、、l lw,2w,2腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度；腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度； h he,2e,2腹板焊縫截面有效高度。腹板焊縫截面有效高度。h1f1f1f2f2f fxxh h2BBAh1MVM假定假定: :A A、被連接件絕對(duì)剛性，焊縫、被連接件絕對(duì)剛性，焊縫為彈性，即：為彈性，即：T T作用下被連作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉(zhuǎn)的趨接件有繞焊縫形心旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；勢(shì)；B B、T T作用下焊縫群上任意點(diǎn)的作用下焊縫群上任意點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與焊縫應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與焊縫形心的連線(xiàn)，且大小與形心的連線(xiàn)，且大小與r r成成正比；正比；C C、在、在V V作用下，焊縫群上的應(yīng)作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。力均勻分

24、布。3、T、V共同作用下共同作用下將將F F向焊縫群形心向焊縫群形心簡(jiǎn)化得簡(jiǎn)化得: : V=F V=F T=F(e T=F(e1 1+e+e2 2) )Fe1e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn) 為為A A點(diǎn)和點(diǎn)和A A點(diǎn)點(diǎn)xxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he e)253( yxPTAIIrTIrT T作用下作用下A點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力: :將其沿將其沿x x軸軸和和y y軸分解軸分解: :)273(cos)263(sin rrIrTrrIrTxPTTAyyPTTAx e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr剪力

25、剪力V作用下作用下,A,A點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力: : weVVAylhV A A點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為向的應(yīng)力為: :TAyVAyf A A點(diǎn)平行于焊縫長(zhǎng)度方點(diǎn)平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為向的應(yīng)力為: :TAxf 強(qiáng)度驗(yàn)算公式：強(qiáng)度驗(yàn)算公式：wfffff 22 wfTAxfVAyTAyf 22 即：即：V VxxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he e五、斜角角焊縫的計(jì)算五、斜角角焊縫的計(jì)算1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2圖圖A1 12 2h hf1f1h hf1

26、f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b圖圖B1 1、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡(jiǎn)化計(jì)算，、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡(jiǎn)化計(jì)算， 規(guī)范規(guī)定：對(duì)于兩焊腳邊夾角規(guī)范規(guī)定：對(duì)于兩焊腳邊夾角60o135o的的 斜斜T T形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相 同的計(jì)算公式，且統(tǒng)一取同的計(jì)算公式，且統(tǒng)一取f=1.0。2 2、斜角角焊縫的計(jì)算厚度、斜角角焊縫的計(jì)算厚度hei由幾何關(guān)系得其通式為：由幾何關(guān)系得其通式為： 2cossin21iifieibbbhh 、或或式中：式中：b b、b b1和和b b25mm5mm說(shuō)明：說(shuō)明：A

27、. bA. b1和和b b21.5mm1.5mm時(shí)時(shí), , 可取可取b b1、b b2=0=0B. bB. b1和和b b2 5mm 5mm時(shí)時(shí), , 應(yīng)如圖應(yīng)如圖“B B”方式處方式處 理，且使理，且使b5mmb5mm。1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2圖圖A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b圖圖B1 1、對(duì)接焊縫的坡口形式、對(duì)接焊縫的坡口形式: :一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造3.5 對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 對(duì)接焊

28、縫的焊件常做坡口，坡口形式與對(duì)接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和板厚和施工條件施工條件有關(guān)。有關(guān)。 t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)當(dāng)當(dāng):t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm時(shí)，宜采用時(shí)，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）2 2、V V形、形、U U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進(jìn)行補(bǔ)焊；形坡口焊縫單面施焊，但背面需進(jìn)行補(bǔ)焊；3 3、對(duì)接焊縫的起、滅弧點(diǎn)易出現(xiàn)缺陷，故一般用引弧、對(duì)接焊縫的起、滅弧點(diǎn)易

29、出現(xiàn)缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時(shí)，每條板引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時(shí)，每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減去焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減去2t2t1 1，t t1 1較薄焊較薄焊件厚度；件厚度；4 4、當(dāng)板件厚度或?qū)挾仍谝粋?cè)相差大于、當(dāng)板件厚度或?qū)挾仍谝粋?cè)相差大于4mm4mm時(shí)，應(yīng)做坡時(shí)，應(yīng)做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(靜載靜載) )或或1:4(1:4(動(dòng)載動(dòng)載) )的斜角，以平緩的斜角，以平緩過(guò)度，減小應(yīng)力集中。過(guò)度，減小應(yīng)力集中。1:2.51:2.5對(duì)接焊縫分為：對(duì)接焊縫分為：焊透焊透和和部分焊透（自學(xué)）部分焊透（自學(xué)）兩種；兩種；動(dòng)荷載作用下

30、部分焊透的對(duì)接焊縫不宜用做動(dòng)荷載作用下部分焊透的對(duì)接焊縫不宜用做垂直受垂直受力方向力方向的連接焊縫；的連接焊縫；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；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)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。件強(qiáng)度計(jì)算相同。二、對(duì)接焊縫的計(jì)算二、對(duì)接焊縫的計(jì)算NNt1、軸心力作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算軸心力作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算)283( wcwtwfftlN或 式中：式中： N軸心拉力或壓力；軸心拉力或壓力； t板件較

31、小厚度；板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度；形連接中為腹板厚度； f ft tw w、f fc cw w 對(duì)接焊縫的抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。對(duì)接焊縫的抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。NNl lw wtA 當(dāng)不滿(mǎn)足上式時(shí)，可采用斜對(duì)當(dāng)不滿(mǎn)足上式時(shí)，可采用斜對(duì)接焊縫連接如圖接焊縫連接如圖B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或另另: :當(dāng)當(dāng)tantan1.51.5時(shí)時(shí), ,不用驗(yàn)算不用驗(yàn)算! !NNtBNsinsinNcoscosl lw w2、M、V共同作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算共同作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算l lw wtAMV)293(62max wtwwftlMWM )303(23max wVwwwf

32、tlVtIVS 因焊縫截面為矩形，因焊縫截面為矩形，M、V共同作用下應(yīng)力圖為：共同作用下應(yīng)力圖為：故其強(qiáng)度計(jì)算公式為：故其強(qiáng)度計(jì)算公式為：式中：式中：W Ww w焊縫截面模量；焊縫截面模量； S Sw w-焊縫截面面積矩；焊縫截面面積矩； I Iw w-焊縫截面慣性矩。焊縫截面慣性矩。（1）板件間對(duì)接連接）板件間對(duì)接連接（2）工字形截面梁對(duì)接連接計(jì)算工字形截面梁對(duì)接連接計(jì)算MV1焊縫截面焊縫截面A A、對(duì)于焊縫的、對(duì)于焊縫的maxmax和和maxmax應(yīng)滿(mǎn)足式應(yīng)滿(mǎn)足式3-32和和3-33要求；要求；max11maxB B、對(duì)于翼緣與腹板交接點(diǎn)焊縫、對(duì)于翼緣與腹板交接點(diǎn)焊縫（1點(diǎn)）點(diǎn)），其折算應(yīng)

33、，其折算應(yīng) 力尚應(yīng)滿(mǎn)足下式要求：力尚應(yīng)滿(mǎn)足下式要求：)343(1 . 132121wtf1.11.1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)?？紤]最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)的強(qiáng)度增大系數(shù)。)323(62maxwtwwftlMWM)333(23maxwVwwwftlVtIVS3.6 焊接應(yīng)力和焊接變形焊接應(yīng)力和焊接變形一、焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi)及其產(chǎn)生的原因一、焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi)及其產(chǎn)生的原因 1 1、焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi)、焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi) A A、縱向焊接殘余應(yīng)力縱向焊接殘余應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向沿焊縫長(zhǎng)度方向; ; B B、橫向焊接殘余應(yīng)力橫向焊接殘余應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向垂直于焊縫長(zhǎng)度方向; ;

34、C C、沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力。沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力。 2 2、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 （1 1）縱向焊接殘余應(yīng)力）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)產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫處可達(dá)16001600o oC C，而鄰近區(qū)域，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)生小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時(shí)被，焊縫冷卻時(shí)被塑性塑性壓縮壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側(cè)鋼材的限

35、制而產(chǎn)生的焊縫區(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。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，該拉應(yīng)力可以使鋼材達(dá)到達(dá)到屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力是無(wú)荷載的。焊接殘余應(yīng)力是無(wú)荷載的內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力，故在，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。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。+-500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm-+ （2 2）橫向焊接殘余應(yīng)力）橫向焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因:

36、:1 1、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形彎曲變形的趨勢(shì)，的趨勢(shì)，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處導(dǎo)致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓中部受拉，兩端受壓；2 2、焊接時(shí)已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向、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)生膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫冷卻時(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，因焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力則產(chǎn)生拉應(yīng)力；應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)

37、。 以上兩種應(yīng)力的組合即為，橫向焊接殘余應(yīng)力以上兩種應(yīng)力的組合即為，橫向焊接殘余應(yīng)力。(a)焊縫縱向收縮焊縫縱向收縮 時(shí)的變形趨勢(shì)時(shí)的變形趨勢(shì)-+-(b)焊縫縱向收縮焊縫縱向收縮 時(shí)的橫向應(yīng)力時(shí)的橫向應(yīng)力xy+-+施施焊焊方方向向(c)焊縫橫向收縮焊縫橫向收縮 時(shí)的橫向應(yīng)力時(shí)的橫向應(yīng)力xy-+-+(d)焊縫橫向焊縫橫向殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力yx不同施焊方向下不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時(shí)產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力焊縫橫向收縮時(shí)產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力:-+施施焊焊方方向向(e)-+-施施焊焊方方向向( f )xyyx（3 3）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力）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

38、焊，焊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)生膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形塑性壓縮變形。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的。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)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，因生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)，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)力力。因此，除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力x x, ,y y 外，外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力z z，這三種應(yīng)力形，這

39、三種應(yīng)力形成同號(hào)成同號(hào)( (受拉受拉) )三向應(yīng)力，大大三向應(yīng)力，大大降低連接的塑性降低連接的塑性。-+-321x xy yz z二、焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響二、焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響1 1、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故：因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故： yytyftBftbBNN 當(dāng)板件全截面達(dá)到當(dāng)板件全截面達(dá)到fy，即，即N=Ny時(shí)：時(shí)：結(jié)論：結(jié)論：焊接殘余應(yīng)焊接殘余應(yīng)力力對(duì)結(jié)構(gòu)的對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度沒(méi)靜力強(qiáng)度沒(méi)有影響。有影響。+-f fy yf fb bB Bt tftbBNftbNcyt

40、 )(2 2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響A、當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，因截面的、當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，因截面的bt部分拉應(yīng)部分拉應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到力已經(jīng)達(dá)到fy ，故該部分剛度為零，故該部分剛度為零（屈服），（屈服），這時(shí)這時(shí)在在N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋鹤饔孟聭?yīng)變?cè)隽繛椋?EtbBN 1 f f+-b bf fy yNN+-f fy yf fNNb bB Bt t因?yàn)橐驗(yàn)锽-bBB-b 2 2。結(jié)論：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。了結(jié)構(gòu)的剛度。B、當(dāng)截面上沒(méi)有焊接殘余應(yīng)力時(shí)，在、當(dāng)截面上沒(méi)有焊接殘余應(yīng)力時(shí)，在N作用下應(yīng)變?cè)鲎?/p>

41、用下應(yīng)變?cè)隽繛椋毫繛椋篍tBN 2 另外，對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力使其撓另外，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)第五章）。曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力（詳見(jiàn)第五章）。 EtbBN 1 對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力三向焊接殘余拉應(yīng)力，限制了其塑性的發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。限制了其塑性的發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。 所以，所以，降低或消除焊接殘余應(yīng)力是改善結(jié)構(gòu)低溫冷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脆性能的重要措施。3 3、對(duì)低溫冷脆的影響、對(duì)低溫冷脆的影響4 4、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影

42、響、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的鋼材的屈服強(qiáng)度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感敏感區(qū)域區(qū)域。因此焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。因此焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不有明顯的不利影響利影響。三、焊接變形三、焊接變形 焊接變形包括：焊接變形包括：縱向收縮、縱向收縮、橫向收縮橫向收縮、彎曲變形彎曲變形、角變形角變形和和扭曲變形扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。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四、減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的措施1 1、設(shè)計(jì)上的

43、措施；設(shè)計(jì)上的措施；（1 1）焊接位置的合理安排）焊接位置的合理安排（2 2）焊縫尺寸要適當(dāng)）焊縫尺寸要適當(dāng)（3 3）焊縫數(shù)量要少，且不宜過(guò)分集中）焊縫數(shù)量要少，且不宜過(guò)分集中（4 4）應(yīng)盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉）應(yīng)盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5 5）應(yīng)盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力）應(yīng)盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力2 2、加工工藝上的措施、加工工藝上的措施（1 1）采用合理的施焊順序）采用合理的施焊順序（2 2）采用反變形處理）采用反變形處理（3 3）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理3.7 3.7 螺栓連接的構(gòu)造螺栓連接的構(gòu)造一、螺栓的

44、種類(lèi)一、螺栓的種類(lèi)1.1.普通螺栓普通螺栓C級(jí)級(jí)-粗制螺栓粗制螺栓，性能等級(jí)為，性能等級(jí)為4.6或或4.8級(jí)；級(jí)；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；類(lèi)孔類(lèi)孔，孔徑，孔徑(d(do o)-)-栓桿直徑栓桿直徑(d) (d) 1 13mm3mm。A、B級(jí)級(jí)-精制螺栓精制螺栓，性能等級(jí)為，性能等級(jí)為5.6或或8.8級(jí)級(jí); ;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.

45、8；類(lèi)孔類(lèi)孔，孔徑，孔徑(d(do o)-)-栓桿直徑栓桿直徑(d)(d)mm0.5mm。按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為: :A、B、C三個(gè)級(jí)別。三個(gè)級(jí)別。2.2.高強(qiáng)度螺栓高強(qiáng)度螺栓由由4545號(hào)、號(hào)、40B40B和和20MnTiB20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過(guò)熱處理鋼加工而成，并經(jīng)過(guò)熱處理45號(hào)8.8級(jí)； 40B和20MnTiB10.9級(jí) （a a）大六角頭螺栓）大六角頭螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓扭剪型高強(qiáng)度螺栓扭剪型高強(qiáng)度螺栓二、螺栓的排列二、螺栓的排列1.1.并列并列簡(jiǎn)單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu)簡(jiǎn)單、整齊、緊湊所用連接

46、板尺寸小，但構(gòu) 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 錯(cuò)列錯(cuò)列A A 并列并列中距中距中距中距邊距邊距邊距邊距端距端距2.2.錯(cuò)列錯(cuò)列排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截 面削弱??；面削弱??； 3.3.螺栓排列的要求螺栓排列的要求（1 1）受力要求）受力要求: : 垂直受力方向：垂直受力方向：為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、截面削弱過(guò)多而降低承載力，截面削弱過(guò)多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不螺栓的邊距和端距不能太??；能太??； 順力作用方向：順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，為了防止板件被拉斷或剪壞，端距端距不能太??；不能

47、太小； 對(duì)于受壓構(gòu)件：對(duì)于受壓構(gòu)件：為防止連接板件發(fā)生鼓曲，為防止連接板件發(fā)生鼓曲，中距不中距不能太大。能太大。（2 2）構(gòu)造要求；）構(gòu)造要求； 螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合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。不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。（3 3）施工要求）施工要求 為了便于扳手?jǐn)Q緊螺母，螺栓中距應(yīng)不小于為了便于扳手?jǐn)Q緊螺母，螺栓中距應(yīng)不小于3d3do o。 根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。三、螺栓連接的構(gòu)造要求三、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)或拼接接頭一為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件

48、的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于端不宜少于兩個(gè)永久螺栓兩個(gè)永久螺栓；直接承受直接承受動(dòng)荷載動(dòng)荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽雙螺帽，或其他，或其他措施以防螺帽松動(dòng)；措施以防螺帽松動(dòng)；C C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用級(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：于抗剪連接： 1 1、承受靜載或間接動(dòng)載的次要連接；、承受靜載或間接動(dòng)載的次要連接； 2 2、承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；、承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接； 3 3、臨時(shí)固定構(gòu)件的安裝連接。、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，型鋼構(gòu)件拼接采用高強(qiáng)螺栓連接時(shí)，為保

49、證接觸面緊密，應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；3.83.8 普通螺栓連接計(jì)算普通螺栓連接計(jì)算一、螺栓連接的受力形式一、螺栓連接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用 二、普通螺栓抗剪連接二、普通螺栓抗剪連接 對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn)對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn), ,即可得到板件上即可得到板件上a、b兩點(diǎn)相對(duì)位兩點(diǎn)相對(duì)位移移和作用力和作用力N的關(guān)系曲線(xiàn)的關(guān)系曲線(xiàn), ,該曲該曲線(xiàn)清楚的揭示了抗剪螺栓受力的線(xiàn)清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段四個(gè)階段, ,即：即： NO1234NNabNN/2N/2 二、普

50、通螺栓抗剪連接二、普通螺栓抗剪連接（一）工作性能和破壞形式（一）工作性能和破壞形式 1.1.工作性能工作性能 對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn)對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn), ,即可得到板件上即可得到板件上a、b兩點(diǎn)相對(duì)位兩點(diǎn)相對(duì)位移移和作用力和作用力N的關(guān)系曲線(xiàn)的關(guān)系曲線(xiàn), ,該曲該曲線(xiàn)清楚的揭示了抗剪螺栓受力的線(xiàn)清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段四個(gè)階段, ,即：即： (1)(1)摩擦傳力的彈性階段摩擦傳力的彈性階段(0(01 1段段) ) 直線(xiàn)段直線(xiàn)段連接處于彈性狀態(tài)；連接處于彈性狀態(tài)； 該階段較短該階段較短摩擦力較小。摩擦力較小。NO1234NNabNN/2N/2 (2) (2)滑移階段滑移階段(1

51、(12 2段段) ) 克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大克服摩擦力后，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(xiàn)上為水平滑移量為栓孔和栓桿間的距離，表現(xiàn)在曲線(xiàn)上為水平段。段。NO1234abNN/2N/2 (3)(3)栓桿傳力的彈性階段栓桿傳力的彈性階段(2(23 3段段) ) 該階段主要靠栓桿與孔壁的該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、接觸傳力。栓桿受剪力、拉力拉力、彎矩作用彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及料的彈性以及栓桿拉力增大栓桿拉力增大所導(dǎo)所導(dǎo)致的板件間摩擦力的增大，致的板件間摩擦力的增大，N-N-關(guān)系以曲線(xiàn)狀態(tài)上升

52、。關(guān)系以曲線(xiàn)狀態(tài)上升。 (4)(4)彈塑性階段彈塑性階段(3(34 4段段) ) 達(dá)到達(dá)到3后，即使給荷載后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。形迅速增大，直到連接破壞。 4點(diǎn)（曲線(xiàn)的最高點(diǎn)）即點(diǎn)（曲線(xiàn)的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪連接的極限承為普通螺栓抗剪連接的極限承載力載力Nu。NO1234abNN/2N/2Nu2.2.破壞形式破壞形式（1 1）螺栓桿被剪壞）螺栓桿被剪壞 栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)（2 2）孔壁的擠壓破壞）孔壁的擠壓破壞 栓桿較粗而板件較薄時(shí)栓桿較粗而板件較薄時(shí)（3 3）板件被拉斷）板件被拉斷 截面削弱過(guò)多時(shí)

53、截面削弱過(guò)多時(shí) 以上破壞形式予以計(jì)算解決。以上破壞形式予以計(jì)算解決。N/2NN/2NNNN（4 4）板件端部被剪壞）板件端部被剪壞( (拉豁拉豁) ) 端矩過(guò)小時(shí)；端矩不應(yīng)小于端矩過(guò)小時(shí)；端矩不應(yīng)小于2d2dO ONN（5 5）栓桿彎曲破壞）栓桿彎曲破壞 螺栓桿過(guò)長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于螺栓桿過(guò)長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于5d5d這這兩兩種種破破壞壞構(gòu)構(gòu)造造解解決決N/2NN/2（二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計(jì)值（二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計(jì)值 由破壞形式知由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取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，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定故單栓

54、抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定: :nv剪切面數(shù)目剪切面數(shù)目； d螺栓桿直徑；螺栓桿直徑；fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；t t連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。bcbvbNNN，minmin單栓抗剪承載力：?jiǎn)嗡辜舫休d力：)383(42bvvbvfdnN抗剪承載力：抗剪承載力：)393 (bcbcf tdN承壓承載力：承壓承載力：d剪切面數(shù)目剪切面數(shù)目n nv vNN1 vn單單剪剪：NN/2N/22 vn雙雙剪剪：4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪連接計(jì)算（三）普通螺栓群抗剪連接計(jì)算1 1、

55、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算 N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的內(nèi)力分布螺栓的內(nèi)力分布 試驗(yàn)證明試驗(yàn)證明, ,栓群在軸栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿栓群長(zhǎng)度方向不均勻，沿栓群長(zhǎng)度方向不均勻，兩端大兩端大, ,中間小。中間小。 當(dāng)當(dāng)l l1 115d15d0 0(d(d0 0為孔徑為孔徑) )時(shí)，時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，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)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)假定力趨于相同，故設(shè)計(jì)時(shí)假定N有各螺栓均擔(dān)。有各螺栓均擔(dān)。)403(minbNNn所以，連接所需螺栓數(shù)為：所以，

56、連接所需螺栓數(shù)為： 當(dāng)當(dāng)l l1 115d15d0 0(d(d0 0為孔徑為孔徑) )時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀時(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，各個(gè)螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞端部螺栓首先破壞, ,然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)與與l l1 1/d/d0 0的關(guān)系曲線(xiàn)的關(guān)系曲線(xiàn)。)353(1501 . 1601501010 dldld 時(shí)時(shí)：當(dāng)當(dāng)試驗(yàn)曲線(xiàn)試驗(yàn)曲線(xiàn)8.88.8級(jí)級(jí) M22M22我國(guó)規(guī)范我國(guó)規(guī)范1.00.750.50.25010 20 30 40 5

57、0 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值長(zhǎng)連接螺栓的內(nèi)力分布長(zhǎng)連接螺栓的內(nèi)力分布7 .06001 時(shí)時(shí)：當(dāng)當(dāng)dl)363(min bNNn 故，連接所需栓數(shù)：故，連接所需栓數(shù)：NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷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。尚應(yīng)進(jìn)行板件的凈截面驗(yàn)算。拼接板的危險(xiǎn)截面為拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2截面截面: :A A、螺栓采用并列排列時(shí)、螺栓采用并列排列時(shí): :主板的危險(xiǎn)截面為主板的危險(xiǎn)截面為1-1截面截面: :1122 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；危危險(xiǎn)險(xiǎn)截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)

58、數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值 tbmdftdmbAfANnn001 ,1 ,; 拼拼接接板板厚厚度度。危危險(xiǎn)險(xiǎn)截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；拼拼接接板板寬寬度度；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值 1101012,2,;5 . 0tmbdftdmbAfANnn NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用錯(cuò)列排列時(shí)、螺栓采用錯(cuò)列排列時(shí): :主板的危險(xiǎn)截面為主板的危險(xiǎn)截面為1-1和和1-1截面截面: : 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；危危險(xiǎn)險(xiǎn)截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值；式式中中：截截

59、面面：對(duì)對(duì)于于截截面面：對(duì)對(duì)于于 tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11 1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危險(xiǎn)截面為拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2和和2-2截面截面: : 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板寬寬度度；危危險(xiǎn)險(xiǎn)截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)；螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值；式式中中：截截面面：對(duì)對(duì)于于截截面面：對(duì)對(duì)于于 1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 22222 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計(jì)算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計(jì)算F

60、作用下每個(gè)螺栓受力作用下每個(gè)螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F)373(1 nFNFT作用下連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為作用下連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為： （1 1）連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性；連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性； （2 2） T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪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(xiàn)形關(guān)系，方向與力與其至形心距離呈線(xiàn)形關(guān)系，方向與r ri垂直。垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11 顯然，顯然，T作用下作用下1號(hào)螺號(hào)螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1最大）。最大）。)383(2211 nnTTTrNrNrNT)