鋼結(jié)構(gòu)連接計(jì)算講解課件

1、第七章 連 接Chapter 7 Connections焊縫連接螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections7.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接連接的方式焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接連接的原則安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材 圖7.1.1 連接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓連接鉚釘連接焊接連接焊縫連接螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure

2、優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、用料經(jīng)濟(jì)、連接的密閉性好、結(jié)構(gòu)剛度大。缺點(diǎn)：焊接高溫作用，材質(zhì)變脆、殘余應(yīng)力殘余變形。優(yōu)點(diǎn)：連接對(duì)材質(zhì)的影響不大，連接質(zhì)量穩(wěn)定，連接的強(qiáng)度較高。缺點(diǎn)：截面削弱、浪費(fèi)材料。第七章 連 接 Chapter 7 Connections第七章 連 接 Chapter 7 Connections（1）焊縫形式：分為對(duì)接焊縫和角焊縫。 對(duì)接焊縫按受力與焊縫方向分： 1）正對(duì)接焊縫(a)：作用力方向與焊縫方向正交。 2）斜對(duì)接焊縫(b)：作用力方向與焊縫方向斜交。 角焊縫按受力與焊縫方向分： 1）正面角焊縫(c) ：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。 2）側(cè)面角焊縫(c) ：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度

3、方向平行。 3）斜焊縫（c）：作用力方向與焊縫方向斜交。7.2 焊縫連接形式及焊縫形式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections1）對(duì)接焊縫正對(duì)接焊縫T型對(duì)接焊縫 斜對(duì)接焊縫2）角焊縫圖7.2.6 焊縫分類鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections平焊、立焊、橫焊和仰焊。 焊縫按施工位置分為： 圖7.2.7 施焊位置a)焊條平焊d)仰焊b)立焊c)橫焊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Prin

4、ciples of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections3. 焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)（1）焊縫缺陷 焊縫缺陷指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)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。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections（2）焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)：外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸； 內(nèi)部無損檢驗(yàn)：檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。（超聲波檢驗(yàn)、X射線或r射線透照

5、或拍片）鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50205-2001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)全部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)焊縫則除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波探傷檢驗(yàn)，超聲波探傷不能對(duì)缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)采用射線探傷檢驗(yàn)，并應(yīng)符合國家相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections（3） 焊縫代號(hào)表7.2.1 焊縫代號(hào)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接

6、 Chapter 7 Connections7.3 對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算7.3.1 對(duì)接焊縫的構(gòu)造1為防止熔化金屬流淌必要時(shí)可在坡口下加墊板。墊板墊板墊板圖7.3.2 根部加墊板鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections2. 在焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時(shí)可設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它們割除。圖7.3.3 對(duì)接焊縫的引弧板引弧板對(duì)接焊縫的起弧和落弧點(diǎn)，常因不能熔透而出現(xiàn)焊口，形成類裂紋和應(yīng)力集中。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Struc

7、ture第七章 連 接 Chapter 7 Connections3.在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。圖7.3.4 不同厚度或?qū)挾鹊匿摪迤唇觓) 改變厚度b) 改變寬度1:2.51:2.5鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections4. 對(duì)接焊縫的強(qiáng)度 1）受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等。 2）三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%。

8、3）一、二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections7.3.2 對(duì)接焊縫的計(jì)算1. 軸心受力的對(duì)接焊縫圖7.3.5 直對(duì)接焊縫連接（7.3.1）lw焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，t連接件的較小厚度，對(duì)T形接頭為腹板的厚度 ; ftw、fcw對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；（1）對(duì)lw的取值：考慮到起落弧缺陷的影響，無引弧板時(shí)，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；有引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度。（2）在一般加引弧板施焊的情況下，所有受壓、受剪的對(duì)接焊縫以及受拉的一、二級(jí)焊縫，均

9、與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算。 （3）直對(duì)接焊縫需要計(jì)算焊縫強(qiáng)度的只有兩種情況。a)沒有引弧板時(shí)需要計(jì)算。b)受拉情況下的三級(jí)焊縫。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections2. 承受彎矩和剪力聯(lián)合作用的對(duì)接焊縫 焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件。 （7.3.5）（7.3.4）圖7.3.7a 彎矩和剪力共同作用下的對(duì)接焊縫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(jì)算截面慣性矩；Sw計(jì)算剪應(yīng)力處以

10、上（或以下）焊縫計(jì)算截面對(duì)中和軸的面積矩。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections 對(duì)于工字形或T形截面除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力與最大剪應(yīng)力外，還應(yīng)驗(yàn)算腹板與翼緣交接處的折算應(yīng)力:（7.3.6）式中 : 1、1為腹板與翼緣交接處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)，而將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高系數(shù)。 圖7.3.7b 彎矩和剪力聯(lián)合作用下的對(duì)接焊縫工字形截面梁在彎曲時(shí)，彎曲正應(yīng)力主要由上、下翼緣承擔(dān)，剪應(yīng)力主要由腹板承擔(dān)，這使得截面上各處的材料能達(dá)到充分的利用。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

11、Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections3. 受軸力、彎矩和剪力聯(lián)合作用的對(duì)接焊縫 軸力和彎矩作用下對(duì)接焊縫產(chǎn)生正應(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生剪應(yīng)力，其計(jì)算公式為：（7.3.4*）（7.3.5*） 同樣對(duì)于工字形、箱形截面，還要計(jì)算腹板與翼緣交界處的折算應(yīng)力，其公式為 ： （7.3.6*）式中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections 對(duì)接焊縫的計(jì)算除考慮焊縫長(zhǎng)度是否減少，焊縫強(qiáng)度要否折減外，對(duì)接焊縫的計(jì)算方法

12、與母材的強(qiáng)度計(jì)算完全相同。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections例 3.1計(jì)算工字形截面牛腿與鋼柱連接的對(duì)接焊縫強(qiáng)度。 F=550kN(設(shè)計(jì)值)，偏心距e=300mm。鋼材為Q235B，焊條E43型，手工焊。焊縫為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，上、下翼緣加引弧板和引出板施焊。例3.1圖鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connectionsa）最大正應(yīng)力解：截面幾何特征值和內(nèi)力:b）最大剪應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Desi

13、gn Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connectionsc）“1”點(diǎn)的折算應(yīng)力1.角焊縫的形式和強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections7.4 角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算7.4.1 角焊縫的構(gòu)造角焊縫按截面形式（兩焊腳邊的夾角）可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。 （a） （b） （c）圖7.4.1 直角角焊縫截面（1）直角角焊縫通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（a）。對(duì)承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面通常采用（b）的形式，

14、側(cè)面角焊縫的截面則做成凹面式（c）。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections（2）斜角角焊縫兩焊邊的夾角a90或a135o或60o斜角角焊縫,除鋼管結(jié)構(gòu)外,不宜用作受力焊縫。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections （2）正面角焊縫：焊縫垂直于受力方向，受力后應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜。焊縫截面各面都有正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)力集中嚴(yán)重，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開裂。破壞強(qiáng)度要高一些，但塑性差，彈性模

15、量大。 （1）側(cè)面角焊縫：焊縫長(zhǎng)度方向與受力方向平行，應(yīng)力分布簡(jiǎn)單。主要承受剪應(yīng)力，強(qiáng)度低，彈性模量低，但塑性較好。彈性階段分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間小。角焊縫的工作性能圖7.4.3 角焊縫的應(yīng)力分布鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections2.構(gòu)造要求 角焊縫構(gòu)造包括三個(gè)方面：焊腳尺寸、焊縫長(zhǎng)度和減小焊縫應(yīng)力集中的措施。角焊縫的焊腳尺寸是指焊縫根腳至焊縫外邊的尺寸-hf（1）焊腳尺寸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(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂，hf,min應(yīng)滿足以

16、下要求: a) 最小焊腳尺寸(hf,min)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections自動(dòng)焊（溫度高而均勻）：手工焊角焊縫：t較厚焊件的厚度。焊件厚度t4mm時(shí)：取hfmin= tT形連接單面角焊縫（冷卻快）：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connectionshfmax 1.2t t較薄焊件的板厚。 b) 最大焊腳尺寸(hfmax) 對(duì)板件（厚度t ）邊緣的角焊縫（貼邊焊）當(dāng)t6mm時(shí)，hfmax

17、t ；當(dāng)t6mm時(shí)，hfmaxt - (12)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(yīng)力和殘余變形，hf,max應(yīng)滿足以下要求: 直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)的尺寸不宜大于支管壁厚的2倍。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections（2）角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度（lw）取值lwminlw lwmax 焊腳尺寸的取值hfmin hf hfmax 最小計(jì)算長(zhǎng)度（lwmin） 為了使焊縫能有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度均不得小于：lwmin8hf 和4

18、0mm 考慮到焊縫兩端的缺陷，其實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hflwmax60hf 若實(shí)際長(zhǎng)度超過以上數(shù)值，則超過部分不納入計(jì)算長(zhǎng)度中。若內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度不受此限制。 b) 側(cè)焊縫最大計(jì)算長(zhǎng)度（lwmax）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections 焊角尺寸：hfdcbadcbahehfhf1）焊縫的破壞面7.4.2 直角焊縫的基本計(jì)算公式試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常沿有效厚度方向發(fā)生。圖7.4.9 直角角焊縫截面 有效厚度：he （0.7hf） 焊縫厚度：有效厚度+熔深+凸

19、度 有效截面：有效厚度計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)假定有效截面上應(yīng)力均勻分布。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections正面角焊縫 力N與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。側(cè)面角焊縫 力N與焊縫長(zhǎng)度方向平行。（7.4.7）（7.4.8）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。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections7.4.3 角焊縫的計(jì)算1.軸心力（拉力

20、、壓力和剪力）作用時(shí)角焊縫的計(jì)算 當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。(1）用蓋板的對(duì)接連接A、僅采用側(cè)面角焊縫連接NNlwSlw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 ConnectionsB、采用三面圍焊連接NNlwlw先計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力Slw連接一側(cè)的正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和再計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度Slw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第

21、七章 連 接 Chapter 7 Connections（2）承受軸心力的角鋼端部連接 在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)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（如圖所示）。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(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。圖7.4.13 桁架腹桿節(jié)點(diǎn)板的連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 ConnectionsNN1N2eb角鋼的側(cè)縫連接 a) 僅用側(cè)面焊縫連接解上式得肢背和肢尖的受力為：（7.4.14）（7.4.15）（7.4.16） 在N1、

22、N2作用下，側(cè)縫的計(jì)算長(zhǎng)度為：（7.4.17）由平衡條件得：肢背肢尖K1角鋼肢背焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)K2角鋼肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections表7.4.1 角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections b) 角鋼用三面圍焊時(shí)，可減小角鋼的搭接長(zhǎng)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(nèi)力N3 ：（7.4.11）（7.4.

23、12）通過平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為:（7.4.13） 角鋼角焊縫圍焊的計(jì)算NN1N2ebN3lw2lw1在N1、N2作用下，側(cè)焊縫的長(zhǎng)度用公式（7.4.16、7.4.17）。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 ConnectionsNeNxNyMANxMNyhehet（1）受彎矩M 、剪力V 、軸力N聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算由軸心拉力Nx產(chǎn)生的應(yīng)力：由彎矩M產(chǎn)生的最大應(yīng)力：2.復(fù)雜受力時(shí)角焊縫連接計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接

24、 Chapter 7 ConnectionsA點(diǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力：A點(diǎn)控制應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)A點(diǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力由兩部分組成：軸心拉力Nx和彎矩M產(chǎn)生的正應(yīng)力。直接疊加得：代入角焊縫實(shí)用計(jì)算公式：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections精制螺栓粗制螺栓代號(hào)A級(jí)和B級(jí)C級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.6級(jí)和8.8級(jí)4.6級(jí)和4.8級(jí)加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個(gè)零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.250.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.53mm抗剪性能好較差經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械

25、結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)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(shí)固定7.5 螺栓連接1. 普通螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections2. 高強(qiáng)度螺栓連接 高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)螺桿和配套螺母的合稱。由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過熱處理加工而成。 45號(hào)8.8級(jí)；40B和20MnTiB10.9級(jí) （a）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connecti

26、ons高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承壓型連接傳力機(jī)理利用預(yù)拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的摩擦力，外力通過摩擦力來傳遞允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺孔之間的承壓來傳力栓孔直徑螺桿的公稱直徑+1.52.0mm螺桿的公稱直徑+1.01.5mm特點(diǎn)剪切變形小，彈性性能好，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections7.6.1 螺栓的排列和構(gòu)造要求 螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)

27、一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯(cuò)列排列兩種。圖7.6.1 螺栓的排列方式1.螺栓的排列并列比較簡(jiǎn)單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對(duì)構(gòu)件截面的削弱較大；錯(cuò)列可以減小螺栓孔對(duì)截面的削弱，但螺栓空排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections(1)受力要求 因此規(guī)范從受力的角度規(guī)定了最大和最小容許間距下限：防止孔間板破裂3d0上限：防止板間張口和鼓曲。b）螺孔中心距限制a）端距限制防止孔端鋼板剪斷，2d0 （順力方向）

28、；中心距太大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)與l1/d0的關(guān)系曲線。連接所需栓數(shù)：(7.6.5)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 ConnectionsFeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2）普通螺栓群偏心受剪F作用下每個(gè)螺栓受力：基本假設(shè) 連接件絕對(duì)剛性, 螺栓彈性； T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，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

29、線垂直。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections剪力計(jì)算公式 設(shè)各螺栓至螺栓群形心O的距離為r1 、r2 、r3 ，rn，各螺栓承受的分力分別為N1T、 N2T、N3T ， NnT，根據(jù)平衡條件得：（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下1號(hào)螺栓所受剪力最大（r1最大）。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections（c） 將（c）式代入（a），得用N1T表達(dá)的T式： 由假設(shè)得

30、到，（b）螺栓1離形心最遠(yuǎn)是危險(xiǎn)螺栓,最大剪力N1T鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections將N1T它分解為水平和豎直分力：（3.5.7）（7.6.8）得受力最大螺栓所承受的合力為:（7.6.9）xi第i個(gè)螺栓中心的x坐標(biāo)yi第i個(gè)螺栓中心的y坐標(biāo)yoxx11r1y1如果y13x1，則可假定xi=0 。 由此得N1Ty=0，則計(jì)算式為：（7.6.10）（7.6.7）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 C

31、onnections加勁肋圖7.6.7 翼緣加強(qiáng)的措施 1.單個(gè)普通螺栓受拉承載力（7.6.11）Ntb單個(gè)螺栓抗拉承載力；Ae 螺栓螺紋處的有效面積；de 螺栓有效直徑；附表9.2 (P455) ftb 螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 ftb 0.8f 假定拉應(yīng)力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，則一個(gè)拉力螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：7.6.3 普通螺栓的受拉連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections（1）栓群軸心受拉 當(dāng)外力通過螺栓群形心時(shí)，一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：（ 7.6.

32、13）（7.6.11）3. 普通螺栓群受拉N鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 ConnectionsM刨平頂緊承托(板)M1 2 3 4受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸(2）栓群承受彎矩作用M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為： 連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性； 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。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 ConnectionsM刨平頂緊承托(

33、板)M1 2 3 4受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸顯然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：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 3 Connections將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：螺栓i 的拉力: 即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 3 Connections7.6.4 剪拉螺栓群的計(jì)算同時(shí)承受剪力和拉力

34、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。圖7.6.12 剪拉聯(lián)合作用的螺栓圖7.6.13 剪力和拉力的相關(guān)曲線試驗(yàn)研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨(dú)作用的承載力，所得的相關(guān)關(guān)系近似為圓曲線。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections規(guī)范規(guī)定：同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應(yīng)分別符合下列公式的要求： 驗(yàn)算剪-拉聯(lián)合作用：（7.6.17）（7.6.18）驗(yàn)算孔壁承壓：NVb單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值；Ncb單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值Ntb單

35、個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值；Nv 、Nt單個(gè)螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計(jì)值。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接 Chapter 7 Connections例7.6 驗(yàn)算如圖所示端板和柱翼緣間普通螺栓的連接強(qiáng)度。普通螺栓4.6級(jí)，M22，孔徑23.5mm。NMoN1N=245kNa)N=245kNo柱翼緣節(jié)點(diǎn)板端板N1b) 計(jì)算模型可為（a圖）或（b圖）。 a圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在螺栓群的形心處稱小偏心； b圖彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)中心在端板上1號(hào)螺栓處，稱大偏心。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure第七章 連 接