鋼結構設計原理第三章連接1學習培訓模板課件

1、哈爾濱工業(yè)大學（威海） 第三章 連接 鋼結構設計原理第三章 連接 本章主要掌握鋼結構常用連接形式、特點、構造及計算方法等。 鋼結構連接形式 對接焊縫的構造和計算 角焊縫的構造和計算 焊接殘余應力和焊接變形 普通螺栓的構造和計算 高強螺栓的構造和計算 緊固件連接的構造和計算3.1 鋼結構的連接第三章 連接焊縫連接螺栓連接鉚釘連接緊固件連接3.1 鋼結構的連接主要連接方式焊縫施工示意3.1.1 焊縫連接3.1.1 焊縫連接 焊縫連接的特點 鋼結構常用的焊接方法 焊縫連接形式及焊縫形式 焊縫缺陷 焊縫質量檢驗3.1.1 焊縫連接優(yōu)點： 構造簡單，任何形式的構件都可直接相連； 用料經(jīng)濟，不削弱截面；

2、制作加工方便，可實現(xiàn)自動化操作； 連接的密閉性好，結構剛度大。缺點： 焊縫熱影響區(qū)內(nèi)，局部材質變脆； 焊接殘余應力使受壓構件承載力降低； 焊接結構對裂紋很敏感，容易擴展和發(fā)生低溫冷脆。 焊縫連接的特點 Q235(E43XX) ；Q345(E50XX)；Q390、Q420(E55XX ) 前兩位:最小抗拉強度，后兩位：焊接位置、電流以藥皮等。 不同鋼種相焊接時，宜與低強度鋼匹配鋼結構常用焊接方法手工電弧焊(1)電焊機；(2)導線； (3)焊件； (4)電??；(5)藥皮；(6)保護氣體；(7)熔渣；(8)焊縫金屬；(9)主體金屬；(10)焊絲；(11)熔池電路施焊過程3.1.1 焊縫連接鋼結構常用

3、焊接方法 (1)焊絲轉盤；(2)轉動焊絲的電動機；(3)焊劑漏斗；(4)電源；(5)熔化的焊劑； (6)焊縫金屬；(7)焊件；(8)焊劑；(9)移動方向埋弧焊 電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。電弧被埋在焊劑之內(nèi)，熱量集中，熔深大，效率高，適于厚板的焊接。 按焊絲送進和焊接方向的移動可分埋弧自動、半自動埋弧焊3.1.1 焊縫連接氣體保護焊 直接依靠保護氣體在電弧周圍造成局部的保護層，防止有害氣體的侵入。熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，焊縫強度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好 不適用于在風較大的地方施焊鋼結構常用焊接方法3.1.1 焊縫連接電阻焊 鋼結構常用焊接方法3.1.1 焊縫連接 利用

4、通過液體溶渣所產(chǎn)生的電阻熱進行焊接。生產(chǎn)效率高，焊接質量好電渣焊 鋼結構常用焊接方法3.1.1 焊縫連接 利用電流通過焊件接觸點表明電阻所產(chǎn)生的熱來融化金屬，再通過加壓使其焊合。電阻焊 常用于鋼混凝土組合結構。 將焊釘一端與板件表明接通電引弧，待接觸面融化后，給焊釘一定的壓力而完成焊接。 螺柱焊 鋼結構常用焊接方法3.1.1 焊縫連接按相互位置：對接、搭接、T型連接和角部連部焊縫連接形式及焊縫形式 對接連接 用拼接蓋板的對接鏈接 搭接鏈接T型連接 角部連接3.1.1 焊縫連接按受力的方向： 對接焊縫：正對接焊縫、斜對接焊縫 角焊縫： 正面角焊縫、側面角焊縫、斜焊縫 焊縫連接形式及焊縫形式3.1

5、.1 焊縫連接 正對接焊縫 斜對接焊縫 角焊縫按焊縫沿長度方向的布置： 連續(xù)角焊縫（性能較好） 間斷角焊縫（存在應力集中） 一般在受壓構件中應滿足l15t；在受拉構件中l(wèi)30t，t為較薄焊件的厚度。焊縫連接形式及焊縫形式3.1.1 焊縫連接按施焊位置： 平焊：（又稱俯焊）施焊方便 橫焊： 立焊： 仰焊：操作條件最差，質量不易保證，應盡量避免 要求焊工的操作水平比平較高焊縫連接形式及焊縫形式3.1.1 焊縫連接 平焊 橫焊 立焊 仰焊焊縫缺陷3.1.1 焊縫連接夾渣 咬邊 未熔合 未焊透裂紋 焊瘤 燒穿 弧坑 氣孔外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸內(nèi)部無損檢驗：檢查(無損)內(nèi)部缺陷。 包括：超聲波

6、檢驗、磁粉檢驗、熒光檢驗、X射線、射線透照或拍片 鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范焊縫質量分為： 三級焊縫：只求作外觀檢查 二級焊縫：除外觀檢查外，還要20探傷 一級焊縫：除外觀檢查外，還要100探傷結構的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境、應力狀態(tài)，鋼結構規(guī)范 焊縫質量檢驗3.1.1 焊縫連接3.1.2 鉚釘和螺栓連接有熱鉚和冷鉚二種方法。（使用鉚釘槍或壓鉚機）在建筑結構中一般都采用熱鉚。 釘桿高溫冷卻發(fā)生收縮，產(chǎn)生壓緊力。受剪力時磨擦力較大，提高工作性能 鉚釘連接由于構造復雜，費鋼費工，現(xiàn)已很少采用 在汽車、飛機中使用較多鉚釘連接精制螺栓粗制螺栓代號A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.

7、6級和4.8級加工方式車床上經(jīng)過切削而成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)濟性能價格高價格經(jīng)濟用途構件精度很高的結構（機械結構）；在鋼結構中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要抗剪連接；安裝臨時固定3.1.2 鉚釘和螺栓連接普通螺栓連接采用45號鋼，40B鋼和20MnTiB鋼制作，經(jīng)熱處理。 有8.8級和10.9級兩種，螺栓抗拉強度不低于800和1000，屈強比為0.8和0.9。 高強度螺栓分大六角頭型和扭剪型兩種。安裝時通過特別的板手，以較大的扭矩上緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預拉力。高強度螺栓連接 3.1.2 鉚釘和螺栓連

8、接高強度螺栓連接 3.1.2 鉚釘和螺栓連接扭剪型高強螺栓施工高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓承壓型連接3.1.2 鉚釘和螺栓連接高強度螺栓連接 特點剪切變形小，彈性性能好，特別適用于承受動力荷載的結構連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結構栓孔直徑螺桿的公稱直徑+1.52.0mm螺桿的公稱直徑+1.01.5mm傳力機理利用預拉力把被連接部件夾緊，使部件接觸面間產(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3.1.3 輕鋼結構的緊固件連接在冷彎薄壁型鋼結構中經(jīng)常采用自攻螺釘、鋼拉鉚釘、射釘?shù)葯C械式緊固件連接方式。主要用于壓型鋼板之間和壓型鋼板與冷

9、彎型鋼等支承構件之間的連接。 拉錨釘連接3.1.3 輕鋼結構的緊固件連接方法優(yōu) 點缺 點焊 接對幾何形體適應性強，構造簡單，省材省工，易于自動化，工效高 。焊接殘余應力大且不易控制，焊接變形大。對材質要求高，質檢工作量大。 鉚 接傳力可靠，韌性和塑性好，質量易于檢查，抗動力荷載好。 費鋼、費工目前很少采用。普通螺栓連接裝卸便利，設備簡單螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大。高強螺栓連接 加工方便，結構削弱少，承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好。摩擦面處理，安裝工藝略為復雜，造價略高。 主要連接方法及優(yōu)缺點3.1.4 焊縫代號、螺栓圖例焊縫代號hf3.1.4 焊縫代號、螺栓圖例當

10、焊縫分布比較復雜或用上述標注方法不能表達清楚時，在標注焊縫代號的同時，可在圖形上加柵線表示。3.1.4 焊縫代號、螺栓圖例螺栓圖例3.1.4 焊縫代號、螺栓圖例3.2 對接焊縫的構造和計算對接焊縫的形式直邊縫（t20mm）3.2.1 對接焊縫的構造對接焊縫的過渡用于寬度或厚度相差4mm以上時，以使截面過渡和緩，減小應力集中3.2.1 對接焊縫的構造引弧板在焊縫的起滅弧處，一般應設置引弧板，焊后割除。未設引弧板時，可令焊縫計算長度等于實際長度減2t。3.2.1 對接焊縫的構造3.2.1 對接焊縫的構造引弧板對接焊縫的設計強度 抗壓、剪強度與母材等強，但抗拉強度：三級檢驗的焊縫：為母材的85%一、

11、二級檢驗的焊縫：與母材等強3.2.2 對接焊縫的計算軸心受力的對接焊縫見附錄1.3垂直于軸向力N的對接焊縫 取lw時應注意是否使用引弧板，沒有引弧板應減去2t。ftw、fcw見附錄1.33.2.2 對接焊縫的計算當直焊縫不能滿足強度要求時，可采用斜對接焊縫斜對接焊縫可按下列公式計算 ：lw加引弧板時，lw=b/sin；不加引弧板時，lw=b/sin-2t當斜焊縫傾角56.3，即tg1.5時，可認為與母材等強，不用計算。 現(xiàn)在使用較少，多采用二級檢驗的直焊縫，或移至內(nèi)力較小處3.2.2 對接焊縫的計算承受彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫平板對接受彎剪 由材料力學，可知正應力為三角形分布，邊緣最大應力

12、為： Ww焊縫截面模量(抵抗矩) Sw計算位置的焊縫截面面積矩 Iw焊縫截面慣性矩 可見剪應力為拋物線形分布3.2.2 對接焊縫的計算工字形梁截面端頭的對接焊縫受彎剪 分別驗算最大正應力和最大剪應力外，對于同時受較大正應力和剪應力處，還應驗算折算應力。 腹板與翼緣的交接點處： 1、1驗算點處的焊縫正應力和剪應力；(思考如何計算之) 1.1最大折算應力只在局部出現(xiàn)，將強度設計值的提高系數(shù)。 3.2.2 對接焊縫的計算承受軸心力，彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫 軸心力和彎矩在焊縫中引起的正應力應進行疊加，仍按前面公式計算除考慮焊縫長度是否減少，焊縫強度要否折減外，對接焊縫的計算方法與母材的強度計算完

13、全相同。 3.2.2 對接焊縫的計算3.3 角焊縫的構造和計算3.3 角焊縫的構造和計算角焊縫的形式按其與作用力的關系可分為：正面角焊縫；側面角焊縫；斜焊縫按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。 3.3.1 角焊縫的構造直角角焊縫截面 (圖中的hf為焊角尺寸) 直角角焊縫常做成表面微凸的等腰直角三角形（圖a）在直接承受動力荷載的結構中，正面角焊縫的截面常采用圖（b）所示的形式，側面角焊縫則作成凹面式（圖c）3.3.1 角焊縫的構造斜角角焊縫截面 兩焊腳邊的夾角90或90的焊縫為斜角角焊縫斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結構中135或60的斜角角焊縫，除鋼管結構外，不宜用作受力焊縫3.3.1 角

14、焊縫的構造角焊縫的強度規(guī)律側面角焊縫主要承受剪應力 塑性較好，E=7104N/mm2較低，強度也較低。 應力沿焊縫長度方向的分布不均勻，兩端大而中間小。焊縫越長，應力分布越不均勻。 3.3.1 角焊縫的構造正面角焊縫受力復雜，截面的各面均存在正應力和剪應力，焊根處有很大的應力集中。 正面角焊縫的平均破壞強度比側面角焊縫要高出35%以上。但塑性變形能力較差。不同角焊縫的性能對比3.3.1 角焊縫的構造角焊縫的構造要求最大焊腳尺寸原因：避免燒穿較薄焊件，減少焊接應力和變形規(guī)定：A、直接焊接鋼管結構hf2t管壁，其它hf 1.2tminB、在板件邊緣的角焊縫，當板件厚度t6mm時，hft-(12)m

15、m，t為較薄焊件的厚度hfmax =1415mm取hf=10mm最小焊腳尺寸：規(guī)范規(guī)定，hf1.5(t)1/2，t為較厚焊件的厚度hfmin = 7.9mm3.3.3 角焊縫的計算步驟2：計算焊縫長度（lw）假設采用兩面?zhèn)群缚p，拼接蓋板采用上下兩塊。根據(jù)公式（3.3.8）式算得連接一側所需焊縫的的總長度Slw =1250mm拼接蓋板的長度 L=676mm, 取680mm由于該連接采用了上下兩塊拼接蓋板，在連接一側有4條側焊縫，一條側焊縫的實際長度lw = 333mm 驗算lwminlwlwmax3.3.3 角焊縫的計算步驟3：確定拼接蓋板的寬度（b）雖然沿拼接蓋板的寬度方向沒有施焊，但也應該根

16、據(jù)強度條件和構造要求確定其寬度。強度條件：假設b=240mm,則拼接蓋板的橫截面積A=3840mm2, 根據(jù)靜態(tài)軸力計算的強度值s=182.3 N/mm2f=215 N/mm2選用拼接蓋板的尺寸為680mm240mm16mm構造要求：當板件端部只有兩條側面角焊縫連接時，要求b/lw12mm時，b16t, t為較薄焊件的厚度3.3.3 角焊縫的計算方法二：假定焊腳尺寸和拼接蓋板尺寸-驗算焊縫承載力（如果假定的焊縫尺寸不能滿足承載力要求時，則應調(diào)整焊腳尺寸，再進行驗算）步驟1：假定焊腳尺寸（hf=10mm)步驟2：假定拼接蓋板尺寸采用菱形拼接蓋板，拼接蓋板上下兩塊3.3.3 角焊縫的計算步驟3：計

17、算各部分焊縫的承載力a)正面角焊縫N1=109.3kNb)側面角焊縫N2=448.0kNc)斜焊縫N3=854.8kN步驟4：作用力設計值與承載力比較N=1400kN 6mm時，hft-(12)mm，t為較薄焊件的厚度hfmax =89mm取hf=6mm最小焊腳尺寸：規(guī)范規(guī)定，hf1.5(t)1/2，t為較厚焊件的厚度hfmin = 5.6mm3.3.3 角焊縫的計算步驟3：計算角鋼肢背和肢尖上側縫分擔的軸力（N1 ,N2）查表（P69表3.3.1）得焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K1=0.65, K2=0.35肢背角焊縫所承受的內(nèi)力N1=373.75kN肢尖角焊縫所承受的內(nèi)力N2=201.25kNNk1N

18、k2Nlw2lw13.3.3 角焊縫的計算步驟4：計算角鋼肢背和肢尖上側縫長度（lw1 ,lw2）肢背角焊縫側縫長度lw1=278mm考慮到起滅弧的影響，肢背和肢尖角焊縫實際長度肢尖角焊縫側縫長度lw2=150mmlw2=lw2+2hf=162mmlw1=lw1+2hf=290mm3.3.3 角焊縫的計算復雜受力時角焊縫連接計算 當焊縫非軸心受力時，可將外力分解為軸力、彎矩、扭矩、剪力等簡單情況，分別計算各自應力，然后利用疊加原理，找出焊縫中受力最大的幾個點，進行焊縫驗算 角焊縫承受偏心拉力時的情況偏心拉力分解，產(chǎn)生Nx、Ny、M受力最大點為A3.3.3 角焊縫的計算由軸心拉力Nx在A點產(chǎn)生的

19、應力：由彎矩M在A點產(chǎn)生的應力：故A點垂直于焊縫長度方向的應力為上面二式的疊加： 剪力Ny在A點產(chǎn)生焊縫長度方向應力：則A點焊縫強度應滿足： 動力時f=1.0式中l(wèi)w焊縫的計算長度，為實際長度減2hf。 3.3.3 角焊縫的計算梁柱角焊縫連接同時承受彎矩、剪力的情況 翼緣板的抗剪能力極差，假設腹板焊縫承受全部剪力，而彎矩由全部焊縫承受。有兩個最危險點：焊縫1的最外邊緣；焊縫1與焊縫2的交點。焊縫有效截面3.3.3 角焊縫的計算工字形梁腹板上的切應力分布當B=10b, H=20b, t=2b時 max /min=1.18, 大致均勻 分布腹板上能承擔多少剪力？ 積分 得 總剪力的9597近似計算

20、公式：yzBHhbtminmax翼緣焊縫1的最外邊緣，只有彎矩M產(chǎn)生的最大彎曲正應力：翼緣焊縫1與腹板焊縫2的交點，承受較大的彎曲正應力和均布的剪應力：則此處焊縫應按下式驗算：3.3.3 角焊縫的計算三面圍焊承受扭矩、剪力聯(lián)合作用時的情況 圖中三面圍焊承受偏心力F。此偏心力產(chǎn)生軸心力F和扭矩T=Fe。最危險點為A或A點（請思考為什么？）。 3.3.3 角焊縫的計算使用彈性理論假設：被連接件為剛性，它有繞焊縫形心O旋轉趨勢，而焊縫為彈性；扭矩作用下，任一點的應力方向垂直于該點與形心的連線，且應力大小與連線長度r成正比。A點與A點距形心O點最遠，故由扭矩T引起的應力最大，而各點的豎向應力均相等。故

21、考慮合力后，A點和A點應力均為最大、且相等。故為設計控制點3.3.3 角焊縫的計算扭矩T=Fe在A點產(chǎn)生的應力為：其水平和垂直分應力為： 軸心力F產(chǎn)生的應力按均勻分布于全截面計算：故A點焊縫驗算公式為： Ip=IX+Iy為有效焊縫截面對其形心的極慣性矩3.3.3 角焊縫的計算例題3試設計圖中節(jié)點板和預埋鋼板間的角焊縫。偏心力P=150kN（靜力荷載）。鋼材Q235B，手工焊，焊條E43型。 3.3.3 角焊縫的計算例題4 試驗算圖示牛腿與鋼柱連接角焊縫的強度。鋼材為Q235，焊條為E43型，手工焊。荷載設計值N=365kN，偏心矩e=350mm，焊腳尺寸hf1=8mm，hf2=6mm。圖（b）

22、為焊縫有效截面。 3.3.3 角焊縫的計算斜角角焊縫的規(guī)定用于料倉壁板、管形構件等的端部T形接頭連接中不考慮應力方向，任何情況都取f（或f）=1.0假定焊縫在其所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞 斜角角焊縫的有效厚度(根部間隙小于1.5mm時) 要求：6090或90 2當截面上沒有焊接殘余應力時，在N作用下應變增量為：結論：焊接殘余應力使結構變形增大，即降低了結構的剛度。3.4.2 焊接應力和變形對結構工作性能的影響 對低溫冷脆的影響 殘余應力將會促使低溫冷脆的發(fā)生。 在焊縫較多的部分，產(chǎn)生三軸拉應力，使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展，發(fā)生脆性破壞。三向交叉焊縫的殘余應力對疲勞強度的影響 焊縫的殘余拉應力區(qū)是形

23、成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域。焊接殘余應力會降低疲勞強度。 驗算疲勞時對連接和構件分為8類，也正是基于這個原因進行的。3.4.2 焊接應力和變形對結構工作性能的影響 焊接變形的影響 焊接變形在焊接結構中經(jīng)常出現(xiàn)。焊接變形的矯正非常浪費工時。有時變形太大，甚至無法矯正，變成廢品。焊接變形不但影響結構的尺寸和外形美觀，而且有可能降低結構的承載能力，引起事故。 3.4.2 焊接應力和變形對結構工作性能的影響 合理的焊縫設計 合理選擇焊縫尺寸盡量采用較小的焊縫尺寸盡量減少不必要的焊縫不必要的構造板和加勁肋等合理安排焊縫位置接近并對稱于截面中性軸3.4.3 減少焊接應力和變形的措施避免焊縫過分集中和交

24、叉可加勁肋切角等盡量避免在母材厚度方向的收縮應力防止層狀撕裂3.4.3 減少焊接應力和變形的措施合理的工藝措施 采用合理的焊接順序和方向 盡量使焊縫能自由收縮，先焊受力較大的焊縫或收縮量較大的焊縫。工字梁接頭時，應留出一段角焊縫3最后焊接，先焊受力最大的翼緣對接焊縫1，再焊腹板對接縫2。又如圖所示的拼接板的施焊順序：先焊短焊縫1、2，最后焊長焊縫3，可使各長條板自由收縮后再連成整體。3.4.3 減少焊接應力和變形的措施工字鋼翼緣和腹板的焊接順序拼接板的施焊順序3.4.3 減少焊接應力和變形的措施采用反變形法減小焊接變形或焊接應力 需事先估計好結構變形的大小和方向錘擊或輾壓焊縫，使焊縫得到延伸，

25、從而降低焊接應力 均應在剛焊完時進行回火至600左右，緩慢冷卻剛性固定法限制焊接變形，但會增加焊接殘余應力3.4.3 減少焊接應力和變形的措施精制螺栓粗制螺栓代號A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.6級和4.8級加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個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)濟性能價格高價格經(jīng)濟用途構件精度很高的結構（機械結構）；在鋼結構中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時固定3.5 普通螺栓連接的構造和計算3.5 普通螺栓的構造和計算 螺栓的排列 排列的形式 分為并列和錯列兩種3.5.1

26、螺栓的排列和其它構造要求 錯列可減小栓孔對截面的削弱，但連接板尺寸較大注意圖中的名詞螺栓排列的要求在受力方向螺栓的端距過小時，鋼材有沖剪破壞的可能栓距過大，壓力板易發(fā)生張口鼓曲，潮氣進入容易銹蝕栓距太小,截面削弱嚴重,可能凈截面斷裂，也影響板手施工要求端距2d0要求栓距3d0要求限制最大栓距3.5.1 螺栓的排列和其它構造要求 最大最小允許距離3.5.1 螺栓的排列和其它構造要求 端距端距中距邊距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距工程一般做法： 排列螺栓時宜按最小容許間距取用，且宜取5mm的倍數(shù)，并按等距

27、離布置，以縮小連接的尺寸。最大容許間距一般只在起連系作用的構造連接中采用。3.5.1 螺栓的排列和其它構造要求 螺栓連接的其它構造要求 （1）每個拼接部位的螺栓數(shù)不宜少于兩個。對于組合構件的綴條連接可采用一個 （2）承受動力荷載的普通螺栓，應采用雙螺帽或彈簧墊圈，或點焊 （3）重要連接中應優(yōu)先采用高強度螺栓 （4）沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板，應適當加強其剛度（如設加勁肋），以減少撬力 3.5.1 螺栓的排列和其它構造要求 3.5.2 普通螺栓的受剪連接 螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力。有時受剪力和拉力的共同作用。 FNFA 只受剪力B 只受拉力C 剪力和拉力共同作用3.5.2

28、 普通螺栓的受剪連接受剪連接的工作性能01摩擦傳力的彈性階段12滑移階段 直至螺栓與孔壁接觸 23栓桿傳力的彈性階段 靠栓桿與孔壁接觸傳力，摩擦力也有加大趨勢34彈塑性階段 剪切屈服直至破壞NNabNN/2N/2NO1234取“4”點為極限承載力狀態(tài)a) 螺桿被剪斷； b) 連接件半孔壁擠壓破壞；c) 鋼板拉（壓）斷； d) 鋼板剪壞； e) 螺桿彎曲破壞 。 a)AB栓桿較細而板件較厚時b)BA栓桿較粗而板件較薄時c)A截面削弱過多；板件強度驗算d)3535a1A端矩過小時；端矩不應小于2dOe)A螺栓桿過長；栓桿長度不應大于5d受剪連接的破壞模式3.5.2 普通螺栓的受剪連接螺栓剪斷破壞沖

29、剪破壞凈截面拉斷單栓抗剪承載力：抗剪承載力設計值：承壓承載力設計值：d單個普通螺栓的受剪計算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:假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布3.5.2 普通螺栓的受剪連接抗剪承載力設計值：承壓承載力設計值：剪力螺栓的剪面數(shù)和承壓厚度nv受剪面數(shù)目； d螺栓桿直徑；fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強度設計值；t連接接頭一側承壓構件總厚度的較小值。3.5.2 普通螺栓的受剪連接普通螺栓群受剪連接計算普通螺栓群軸心受剪 當連接長度l115d0時，各螺桿所受內(nèi)力非常不均勻，端部螺栓可能首先破壞，隨后

30、由外向里依次破壞。 此時應將承載力設計值乘以折減系數(shù)： 即所需抗剪螺栓數(shù)為： 3.5.2 普通螺栓的受剪連接普通螺栓群偏心受剪 剪力F的作用線至螺栓群中心線的距離為e，故螺栓群同時受到軸心力F和扭矩T=Fe的聯(lián)合作用 在軸心力作用下可認為每個螺栓平均受力，即： 3.5.2 普通螺栓的受剪連接在扭矩T=Fe作用下，假定旋轉中心在螺栓群形心剪力大?。号c該螺栓至中心點距離成正比方向與其垂直故四個角部的螺栓在扭矩作用下剪力最大，與N1F疊加后，1、2號螺栓所受的綜合剪力最大下面求N1T 3.5.2 普通螺栓的受剪連接 以N1T表示NiT后，代入得： 由此得扭矩作用下的最大剪力為： 將NiT分解為水平分

31、力和垂直分力： 3.5.2 普通螺栓的受剪連接 由此得受力最大的1、2號螺栓所承受的合力N1應滿足： 當螺栓布置在一個狹長帶時，即y13x1，可假定xi=0，則簡化：上述連接中，除受力最大的螺栓外，其余螺栓均有潛力。所以計算軸心力F作用下的螺栓內(nèi)力時，即使連接長度l15d0，也不考慮折減系數(shù) 3.5.2 普通螺栓的受剪連接3.5.3 普通螺栓的受拉連接普通螺栓受拉的工作性能受拉螺栓的撬力 外力作用線與螺栓桿不在一條直線上，產(chǎn)生翼緣的彎曲，使螺栓受到附加撬力Q作用，實際桿力為：Nt=N+Q撬力與翼緣板厚度、螺桿直徑、螺栓位置、連接總厚度等因素有關，準確求值非常困難 普通螺栓抗拉強度設計值 將螺栓

32、的抗拉強度設計值降低20%來考慮撬力影響，即減小撬力的辦法 增加翼緣板厚度 采用加勁肋加強翼緣 3.5.3 普通螺栓的受拉連接單個普通螺栓的受拉承載力 ftb中考慮撬力之后，單個螺栓的受拉承載力的設計值為： 式中de為螺紋處的有效直徑，按公式計算或查附表9.2 普通螺栓群受拉 假定各個螺栓平均受拉，則連接所需的螺栓數(shù)： 3.5.3 普通螺栓的受拉連接可近似取中和軸位于最下排螺栓O處，螺栓1受力最大忽略端板受壓區(qū)的力矩普通螺栓群受彎矩作用 受力特點如下：受拉螺栓截面只是孤立的幾個螺栓點；而端板受壓區(qū)則是寬度較大的實體矩形截面。3.5.3 普通螺栓的受拉連接 由于 則所以受力最大的螺栓1的拉力為：

33、設計時要求上述最大拉力不超過一個螺栓的抗拉承載力設計值：3.5.3 普通螺栓的受拉連接栓群偏心受拉 連接同時承受軸心拉力N和彎矩M=Ne的作用 可能出現(xiàn)小偏心受拉和大偏心受拉兩種情況 小偏拉為所有螺栓均受拉(分離趨勢)中和軸為栓群中心 大偏拉為端板底部出現(xiàn)受壓區(qū)中和軸為最下排螺栓3.5.3 普通螺栓的受拉連接小偏拉時： 受力最大、最小螺栓的拉力應滿足： 第二式為判斷大、小偏心受拉的表達式據(jù)此可以得到核心距： 式中的yi是以螺栓群中心為中和軸計算起的則：實際偏心距e時，為大偏拉，中和軸位于最下排螺栓。3.5.3 普通螺栓的受拉連接大偏拉時： 中和軸位于最下排螺栓O處，對O點列平衡方程，可得受力最

34、大螺栓1的拉力為： （其中：e和yi自O點算起）3.5.3 普通螺栓的受拉連接3.5.4 普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用拉剪聯(lián)合作用下螺栓的受力特點破壞形式 一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞 相關曲線 拉-剪聯(lián)合作用下Nt和Nv的關系近似為1/4圓曲線拉剪聯(lián)合作用下普通螺栓的驗算公式驗算螺栓：驗算孔壁承壓：3.5.4 普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 高強度螺栓連接的工作性能 高強度螺栓的抗剪性能 3.6.1 高強度螺栓連接的工作性能和構造要求 承載力用到1點，為摩擦型連接 承載力用到4點，為承壓型連接 受力前： 受力后：高強度螺栓的抗拉性能 高強度螺栓

35、的抗拉性能 受力前：預緊力P=C 受力后：外力Nt80% P時，栓桿有拉長趨勢，板件有壓緊放松趨勢P0， CNt卸載后無松弛現(xiàn)象，板面始終緊密接觸外力Nt 80% P時，有發(fā)展塑性趨勢卸荷后螺桿預拉力變小，發(fā)生松弛現(xiàn)象所以外拉力荷載應滿足： 一般情況：Nt0.8P; 有動荷或撬力嚴重時：Nt0.5P;3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 高強度螺栓連接的構造要求 高強度螺栓預拉力的建立方法 大六角頭螺栓的預拉力控制方法： a、力矩法 扭矩扳手(指針式、電動式) 電動扳手所需扭矩： Pf施工預拉力，為1.1P(設計預拉力)； k扭矩系數(shù)，由供貨廠方給定； d高強度螺栓直徑。 施工步驟：初擰(施加擰

36、緊力矩的50%)、終擰(100%)特點：簡單易行、費用少、誤差稍大3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 b、轉角法 普通扳手初擰，緊密貼合后，再以初擰位置為起點，按終擰角度，用長扳手旋轉螺母。 終擰角度要事先試驗確定3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 扭剪型高強度螺栓的控制方法： 特制的電動扳手，有兩個套頭，一個套在螺母六角體上；另一個套在螺栓的十二角體上。 擰緊時對螺母施加順時針力矩，對十二角體施加大小相等的逆時針力矩，使螺栓斷頸部分承受扭剪。初擰力矩為擰緊力矩的50%頸槽處剪斷時即為擰緊力矩安裝后一般不拆卸。3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 高強度螺栓預拉力 ? Ae螺栓的有效截面面積；f

37、u螺栓材料經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度。8.8級：fu=830N/mm2；10.9級：fu=1040N/mm2；1.2擰緊時拉應力和扭轉剪力共同作用下的不利影響系數(shù)； 0.9在確定施工控制預拉力時，考慮了預拉力設計值的1/0.9的超張拉，故等式左端應考慮超張拉系數(shù)0.9； 0.9考慮螺栓材質的不定性系數(shù)；0.9假定屈服點fy與最低抗拉強度fu的比值。3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 高強螺栓的預拉力P可直接按下表取值3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 Q390高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù) 與接觸面的處理方法有關 與構件的鋼號有關 (鋼材強度、硬度越高，嚙合越好) 與預緊力有關鋼結構設計規(guī)范注意：預

38、緊力的影響在中并未反映，但在拉剪相關公式中反映3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 由于冷彎薄壁型鋼構件板壁較薄，其抗滑移系數(shù)均較普通鋼結構的有所降低。冷彎薄壁型鋼結構設計規(guī)范嚴禁在摩擦面上涂刷紅丹禁止在潮濕或淋雨條件下拼裝 均會降低3.6 高強度螺栓連接的構造和計算 受剪連接承載力 取決于構件接觸面的摩擦力，與下列因素有關：因此一個摩型連接高強度螺栓的受剪承載力設計值為： 0.9抗力分項系數(shù)R的倒數(shù)，R=1.1113.6.2 高強度螺栓摩擦型連接的計算螺栓所受預拉力摩擦面的抗滑移系數(shù)摩擦面數(shù)目溫度的影響不受低溫影響；t=100-150，預拉力損失10%，應隔熱受拉連接承載力 受拉時應使被連接扳

39、間保持一定的壓緊力 摩型連接中，單個高強度螺栓受拉承載力設計值為： 同時承受剪力和拉力時的承載力驗算 抗滑移系數(shù)隨外拉力的降低而降低，即外拉力將降低連接的抗剪承載力 試驗表明，外加剪力Nv和拉力Nt與高強螺栓的受拉、受剪承載力設計值之間具有線性相關關系： 3.6.2 高強度螺栓摩擦型連接的計算受剪連接承載力 承壓型連接的計算方法與普通螺栓連接類似： 與普通螺栓不同之處在于：3.6.3 高強度螺栓承壓型連接的計算fvb采用承壓型連接高強度螺栓的抗剪強度設計值，查附錄當剪切面在螺紋處時，應使用有效截面(Ae、de)計算Nvb；而普通螺栓時用公稱截面 (A、d )dedndmd受拉連接承載力 公式形

40、式與普通螺栓連接相同ftb采用承壓型連接高強度螺栓的抗拉強度設計值，查附錄同時承受剪力和拉力連接的承載力 公式形式與普通螺栓連接類似 Nvb、Ntb、Ncb一個高強度螺栓的受剪、受拉和承壓承載力設計值 1.2未受拉時，孔前區(qū)三向受壓，承壓強度fcb很高；而受拉后，承壓強度有所降低，統(tǒng)一除以1.2降低系數(shù)3.6.3 高強度螺栓承壓型連接的計算高強度螺栓群受剪 軸心受剪 所需高強螺栓數(shù)目應由下式確定： Nbmin是相應連接類型的單個高強度螺栓受剪承載力設計值的最小值，摩擦型和承壓型分別用不同公式。 高強度螺栓群的非軸心受剪 扭矩作用、剪力共同作用 計算公式與普通螺栓群相同3.6.4 高強度螺栓群的

41、計算高強度螺栓群受拉 軸心受拉 所需高強螺栓數(shù)目應由下式確定： Nbt是一個高強度螺栓受拉承載力設計值，摩擦型和承壓型分別用不同公式。3.6.4 高強度螺栓群的計算高強度螺栓群受彎矩作用 最外排螺栓受力最大，驗算式為： 高強度螺栓的外拉力總是小于預拉力P，受彎矩時被連接構件的接觸面一直緊密貼合。認為中和軸在螺栓群的形心軸上。注意跟普通螺栓群的區(qū)別3.6.4 高強度螺栓群的計算高強度螺栓群偏心受拉同樣認為中和軸在螺栓群的形心軸上。何處為受力最大螺栓？3.6.4 高強度螺栓群的計算高強度螺栓群受拉力、彎矩和剪力的共同作用摩擦型連接的計算 一個摩擦型連接高強度螺栓承受拉力和剪力聯(lián)合作用時：可見Nt不同，能承受