武漢某大學建筑結構講義下四

17連接（1）掌握鋼結構常用的連接方法、特點及應用范圍；（2）了解對接焊縫的工作性能，掌握對接焊縫的計算方法；（3）了解角焊縫的工作性能，掌握角焊縫的計算方法，理解各構造尺寸限制的意義；本章提要（4）了解焊接應力、焊接變形的形成原因，了解減少焊接應力、焊接變形的措施；（5）了解普通螺栓連接的工作性能、破壞形態(tài)，掌握普通螺栓連接的計算方法；（6）了解高強螺栓連接的工作性能，掌握高強螺栓連接的計算方法。本章內容17.1

鋼結構的連接方法17.2

焊接的基本知識17.3

對接焊縫的構造與計算17.4

角焊縫的構造與計算17.5

焊接殘余應力與焊接變形17.6

普通螺栓連接的構造與計算17.7

高強度螺栓連接的構造與計算17.1鋼結構的連接方法鋼結構的連接方法有焊接、鉚釘連接和螺栓連接三種（圖17.1）。圖17.1鋼結構連接方法(a)焊接；(b)鉚接；(c)栓接

鉚釘連接是將一端帶有預制釘頭的鉚釘，插入被連接件的釘孔中，用鉚釘槍或壓鉚機將另一端壓成封閉釘頭而成。

焊接是鋼結構最主要的連接方式，優(yōu)點是任何形狀的結構都可以用焊縫連接，構造簡單，省工省料，而且能實現(xiàn)自動化操作，生產效率高。

螺栓連接分普通螺栓連接和高強螺栓連接。普通螺栓是用A3F(Q235－A·F）鋼制造的，按加工精度分為A、B、C三級。

高強螺栓系用高強鋼材制成，可對栓桿施加很大的緊固預拉力，使板疊壓得很緊，利用板間的摩擦阻力傳遞剪力，這就是摩擦型高強螺栓連接。17.2焊接的基本知識焊接方法有電弧焊、接觸焊、汽焊等。電弧焊又分為手工焊、自動焊和半自動焊三種。目前，鋼結構中常用的是手工電弧焊。（1）

手工電弧焊與焊條

如圖17.2所示，電焊機即是一個降壓變壓器，其兩個電極一極連焊鉗（焊條），一極連焊件。常用的焊條牌號有E43型、E50型和E55型等。17.2.1焊接方法（2）

自動焊自動焊設備（自動電焊機）工藝原理如圖17.3所示。圖17.2手工電弧焊圖17.3自動埋弧電弧焊焊縫連接按構件件的相對位置可可分為平接、搭接、頂頂接、角接等形式。焊縫按按構造可分為對接焊縫和角焊縫兩種，如圖17.4所示。對接焊縫省料、、傳力均勻、強強度高，但邊緣緣須作坡口，尺尺寸要求嚴且制制造費工。焊縫按施焊位置置又可分為平焊、立焊、橫橫焊、仰焊，平焊施焊最方方便，質量易于于保證；仰焊施施焊條件最差，，質量不易保證證，設計時應盡盡量避免（圖17.5）。17.2.2焊縫與焊縫連接接形式圖17.4焊縫連接形式圖17.5焊縫的施焊位置置（平、立、橫橫、仰）在鋼結構施工圖圖中的焊縫，應應遵照《焊縫符號表示法法》（GB324——88）和《建筑結構制圖標標準》（GB/T50105）的規(guī)定予以標標注（見表17.1）。焊縫符號主要由圖形符號、輔助助符號和引出線線等部分組成。圖形符號表示焊縫截面的的基本形式。引出線由橫線、斜線及箭箭頭組成，而橫線由由兩條平行的實實線與虛線組成成，可在實線側側或虛線側標注注符號，斜線和和箭頭則將整個個焊縫符號指向向圖形的有關焊焊縫處。17.2.3焊縫符號與標注注方法當焊縫分布不規(guī)規(guī)則時，在標注注焊縫符號的同同時，宜在焊縫縫處加粗線（表表示可見焊縫））或柵線（表示示不可見焊縫）），工地安裝焊焊縫加×號（圖17.6）。表17.1焊縫符號圖17.6焊縫標注圖形(a)可見焊縫；(b)不可見焊縫；(c）工地安裝焊焊縫焊接質量將直接接影響焊縫的強強度，對焊縫的的質量應按其受受力性質和所處處的部位進行分分級檢驗。質量檢驗分為三三級，其中三級質量檢驗只對全部焊縫作作外觀檢查，即即只檢查焊縫外外觀缺陷（氣孔孔、咬邊）和幾幾何尺寸是否符符合三級標準的的要求；二級的檢驗項目目規(guī)定除對全部焊焊縫按二級標準準檢查外觀外，，還須按要求用用超聲波抽查焊焊縫長度的50%；一級的檢驗項目目則規(guī)定除對全部部焊縫按一級標標準檢查外觀外外，尚需按要求求用超聲波檢查查，并用X射線抽查焊縫長長度2%，且部分拍片。。17.2.4焊縫質量級別對接焊縫的質量量分一、二、三三級，其中一、、二級質量的強強度與母材相同同，三級質量的的抗拉強度設計計值則降低了15%。角焊縫均為三三級質量，其強強度設計值不論論拉、壓、剪均均取統(tǒng)一值。17.3對接焊縫的構造造與計算（1）選擇正確的坡口口與間隙保證焊焊透如圖17.7所示，根據焊接條件件和鋼板的厚度度可選擇圖中的的各種坡口形式式，圖中的坡口口形式（由鋼板板厚度決定）、、間隙c和角度α可參見國家有關關標準。（2）設置引弧板焊縫的起弧滅弧弧處，常會出現(xiàn)現(xiàn)弧坑等缺陷，，引起應力集中中并易產生裂紋紋?？稍O引弧板板于兩端，其材材料和坡口形式式同于焊件，在在焊接完畢后切切除（圖17.8）。17.3.1對接焊縫的構造造（3）清渣補焊U形和V形焊縫主要為正正面焊，其根部部往往沒有焊透透而存在缺陷。。所以一面焊完完后，應反過來來清渣補焊，以以保證焊縫質量量。（4）不同厚度與寬度度鋼板的連接在鋼板拼接處，，當焊件寬度不不同或厚度在一一側相差超過4mm時，應分別在寬寬度或厚度方向向從一側或雙側側做成坡度不大大于1∶2.5的斜角（如圖17.9）所示，形成平平緩過渡，減少少應力集中。（5）采用不焊透的對對接焊縫時應在設計圖中注注明坡口的形式式與尺寸，其有有效厚度he不得小于1.5√t,t為坡口所在焊件件的較大厚度。。圖17.7對接焊縫的坡口口形式圖17.8引弧板圖17.9鋼板變截面平接接(a)變寬度；(b)變厚度（1）軸心力作用時的的計算如圖17.10所示的受拉對接焊縫縫，當采用一、、二級質量時，，焊縫截面的抗抗拉、抗壓和抗抗剪的強度設計計值同于母材，，只要連接板能能承受拉力N，則焊縫不必計計算；當采用三三級質量時，抗抗拉、抗剪強度度設計值不變，，唯抗拉強度設設計值降低15%，可采用斜焊縫縫。對于斜焊縫縫只須驗算正應應力，即17.3.2對接焊縫的計算算當tanθ≤1.5（即θ≤56°19′）時，則斜焊縫縫不必驗算。（2）彎矩和剪力共同同作用時的對接接焊縫如圖17.11所示對接焊縫，應驗驗算邊緣纖維的的最大正應力、、中和軸處的最最大剪應力和腹腹板與翼緣連接接處的折算應力力?！纠?7.1】驗算如圖17.10所示的鋼板對接焊縫縫，鋼板截面500mm×10mm，軸向拉力N=1000kN，鋼材為Q235A·F，焊條E43型，焊縫為三級級質量，施工中中未采用引弧板板?！窘狻浚?）驗算鋼板的承載載能力A×f=1075kN＞N=1000kN（2）驗算直縫σ=208.3N/mm2＞ftw=185N/mm2直縫不能滿足。。（3）改為斜縫，令tanθ=1.5σ=144.2N/mm2＜ftw=185N/mm2【例17.2】如圖17.12所示，驗算工字字形牛腿與柱的的對接焊縫，N=270kN(設計值)，偏心距e=300mm，鋼材為Q235，E43型焊條，手工焊焊焊縫質量三級級，無引弧板。?！窘狻浚?）焊縫受力M=Ne=270×300=8100kN·cmV=N=270kN(2)截面幾何特征Iw=13544.6cm4Ww=677.2cm3Sw=397.5cm3S1=253.5cm3(3)強度驗算σmax=119.6N/mm2＜ftw=185N/mm2τmax=99N/mm2＜fvw=185N/mm2σ1=113.6N/mm2τ1=63.2N/mm2σeq=157.8N/mm2<1.1ftw=203.5N/mm2圖17.10軸心力作用時的的對接焊縫圖17.11彎矩和剪力共同同作用時對接焊焊縫圖17.10軸心力作用時的的對接焊縫圖17.12例17.2附圖17.4角焊縫的構造與與計算在搭接或頂接板板件的邊緣，所所焊截面為三角角形的焊縫叫做做角焊縫。角焊縫按外力力作用方向可分分為平行于力作作用方向的側面面角焊縫、垂直直于力作用方向向的正面角焊縫縫以及與力作用用方向斜交的斜斜向角焊縫（圖17.13）。角焊縫兩邊夾角角為直角的稱為為直角角焊縫（圖17.14），夾角為銳角角或鈍角的稱為為斜角角焊縫（圖17.15）。17.4.1角焊縫的構造直角角焊縫（簡簡稱角焊縫）截截面分普通式、平坡式式和凹式三種，一般多采采用普通式。角焊縫的構造要要求：（1）角焊縫的的焊腳尺尺寸hf不得小于于1.5√√t，t為較厚鋼鋼板的厚厚度。（2）角焊縫的的焊腳尺尺寸hf不能過大大，否則則易發(fā)生生損傷構構件的過過燒現(xiàn)象象和咬邊邊現(xiàn)象，，且易產產生較大大的焊接接殘余應應力和焊焊接變形形。（3）角焊縫的的兩焊腳腳尺寸一一般為相相等。（4）側面角焊焊縫和正正面角焊焊縫的計計算長度度不得小小于8hf和40mm。（5）側面角焊焊縫的計計算長度度不宜大大于60hf或40hf；當大于于上述數數值時，，其超過過部分在在計算中中不予考考慮。（6）在次要構構件或次次要焊接接連接時時，可采采用斷續(xù)續(xù)角焊縫縫。（7）當板件端端部僅有有兩側角角焊縫連連接時，，每條側側焊縫長長度不宜宜小于兩兩側面角角焊縫之之間的距距離；同同時兩側側面角焊焊縫之間間的距離離不宜大大于16t或190mm，t為較薄焊焊件的厚厚度。（8）當角焊縫縫的端部部在構件件轉角處處作長度度為2hf的繞角焊焊時，轉轉角處須須連續(xù)施施焊，以以避免在在應力集集中較大大處因起起、滅弧弧而出現(xiàn)現(xiàn)缺陷。。（9）在搭接連連接中，，搭接長長度不得得小于焊焊件較小小厚度的的5倍，并不不得小于于25mm。圖17.13側面、正正面與斜斜向角焊焊縫圖17.14直角角焊焊縫截面面形式(a)普通型；；(b)平坡式；；(c)凹式圖17.15斜角角焊焊縫截面面角焊縫的的應力狀狀態(tài)是比比較復雜雜的，應應力分布布是不均均勻的，，破壞始始自應力力集中最最嚴重的的根角A處，如圖17.16。在設計計計算中，，均假定定破壞截截面為45°喉部截面面，即圖17.16中的AD截面，稱稱為計算算截面，，he為有效厚厚度。正面焊縫縫的破壞壞強度較較側面焊焊縫高，，約為側側面焊縫縫的1.35~1.55倍。17.4.2角焊縫的的計算17.4.2.1角焊縫的的受力特特點圖17.16軸力N作用下的的角焊縫縫17.4.2.2角焊縫在在通過焊焊縫形心心的拉力力、壓力力或剪力力作用下下的強度度計算(1)正面角焊焊縫或作作用力垂垂直于焊焊縫長度度方向時時(2)側面角焊焊縫或作作用力平平行于焊焊縫長度度方向時時(3)當作用力力與焊縫縫長度方方向斜交交時，應應分別計計算焊縫縫在兩個個方向的的σf和τf，然后按按下式計計算：(4)周圍角焊焊縫如圖17.13，有正面面、側面面、斜向向各種角角焊縫組組成的周周圍角焊焊縫，假假設破壞壞時各部部分角焊焊縫都達達到各自自的極限限強度，，則：圖17.13側面、正正面與斜斜向角焊焊縫17.4.2.3在各種力力綜合作作用下角角焊縫強強度的計計算如圖17.17所示，角焊縫縫受M、N、V的綜合作作用，N引起垂直直于焊縫縫長度方方向的應應力σfN；V引起沿焊焊縫長度度方向的的應力τfV；M引起垂直直于焊縫縫長度方方向，按按三角形形分布的的應力σfM；即：式(17.10)~(17.12)分別給出出了一般般表達式式和圖示示矩形焊焊縫計算算截面的的計算式式最大應力力在焊縫縫的上端端，其驗驗算公式式為圖17.17綜合作用用下的角角焊縫17.4.2.4角鋼與節(jié)節(jié)點板連連接焊縫縫計算在普通鋼鋼屋架中中，雙角角鋼截面面軸力腹腹桿與節(jié)節(jié)點板的的連接一一般多采采用兩面?zhèn)群负?；受有動動力荷載載時，可可采用三面圍焊焊；受力較較小時，，可采用用L形圍焊，，圍焊的的轉角處處必須連續(xù)施焊焊。（1）兩面?zhèn)群负笀D17.18(a)為兩面?zhèn)葌群?，雙雙角鋼截截面的軸軸線位置置可由角角鋼表查查出e1值得到，，則焊縫縫的形心心應在截截面軸線線上。設設肢背焊焊縫承受受力N1、肢尖焊焊縫承受受力N2，由平衡衡條件N1+N2=NN1e1=N2e2解之可得得求得N1和N2后，設出出合理的的肢背、、肢尖的的焊腳尺尺寸hf1和hf2，即可計計算出肢肢背、肢肢尖所需需的焊縫縫長度lw1和lw2。（2）三面圍焊焊圖17.18(b)為三面圍圍焊，要要點也是是使焊縫縫的形心心位于角角鋼截面面的軸線線上。先先設出端端縫的焊焊腳尺寸寸hf3，則端縫縫承擔的的力N3可以求出出：N3=2×0.7hf3lw3βfffw而lw3=b(肢寬)，對N2處取矩∑∑M=0，則有Ne2-N1(e1+e2)-N3（e1+e2）/2=0可以解出出N1=Ne2/(e1+e2)-N3/2=K1N-N3/2N2=K2N-N3/2（3）L形圍焊利用式（（17.17），令N2=0，則有N3=2K2NN1=N-2K2N【例17.3】將例17.1改為雙蓋蓋板角焊焊縫平接接（圖17.19）。鋼板板截面500mm×10mm,N=1000kN（設計值值），鋼鋼材為Q235A·F，焊條E43型?！窘狻浚?）采用2塊460mm×6mm的矩形蓋蓋板，三三面圍焊焊連接，，蓋板面面積：A=2××46××0.6=55.2cm2＞50cm2按構造要要求設hf=5mm，則連接接一側的的一條側側焊縫的的長度可可求。lw1=176mm取為180mm蓋板長度度l=2××180+10=370mm。（2）為避免矩矩形蓋板板四角處處焊縫的的應力集集中，改改為（b）圖的菱菱形蓋板板，不考考慮端縫縫的βf，則接頭頭一側單單面需需要的的焊縫總總長度為為∑lw=893mm圖（b）中布置置的焊縫縫長度∑lw=906＞893mm【例17.4】由2φ140×90×8(長肢相連連)雙角鋼與與節(jié)點板板（厚12mm）相連，，軸心力力設計值值N=600kN，手工焊焊E43型焊條，，采用Q235A·F鋼，設設計連連接。?！窘狻浚?）采用兩兩面?zhèn)葌群冈Ohf1(肢背處處)=8mm＞1.5×√√12=5.2mm＜1.2×8=9.6mmhf2(肢尖處處)=6mm≤8-(1~2)=6~7mm肢背lw1=218mm取為240mm肢尖lw2=156mm取為為170mm（2）采用三三面圍圍焊設焊腳腳尺寸寸hf1=hf2=hf3=6mmN3=229.6kN肢背Lw1=205mm取為220mm肢尖Lw2=70.8mm取為90mm本桿件件內力力較大大，不不宜采采用L形圍焊焊?！纠?7.5】】鋼柱與與牛腿腿的連連接和和受力力如圖17.20所示，采用用Q235A·F鋼，手手工焊焊，E43型焊條條，設設計該該角焊焊縫連連接。?！窘狻浚?）受力分分析剪力V=150kN(由垂直直縫承承受））彎矩M=150×20=3000kN·cm最大應應力點點為垂垂直縫縫最下下邊緣緣處。。（2）焊縫有有效截截面的的幾何何特性性設hf均為10mm＜hfmax=1.2××10=12mm＞hfmin=6.7mm水平縫縫面積積Af1w=24.5cm2垂直縫縫面積積Af2w=2××0.7××1××(30-1)=40.6cm2全部有有效面面積Afw=Af1w+Af2w=24.5+40.6=65.1cm2求焊縫縫形心心位置置（近近似將將兩條條水平平縫看看作等等長等等寬的的焊縫縫，對對水平平縫軸軸線取取面積積矩））YAfw=Af2w×(29/2+1)Y=(40.6×15)/65.1=9.5cm截面慣慣性矩矩Ifw=6518cm4截面最最小抵抵抗矩矩Wfw=318cm3(3)焊縫強強度驗驗算σfw=94.3N/mm2τfw=36.9N/mm285.7N/mm2＜fwf=160N/mm2焊腳尺尺寸hf還可以以小些些（略略）。。圖17.18角鋼的的節(jié)點點板連連接焊焊縫（a）兩兩面?zhèn)葌群?；?b)三面圍圍焊；；(c)L形圍焊焊圖17.18角鋼的的節(jié)點點板連連接焊焊縫（a）兩兩面?zhèn)葌群?；?b)三面圍圍焊；；(c)L形圍焊焊圖17.19例17.3附圖(a)矩形蓋蓋板；；(b)菱形蓋蓋板圖17.20例17.5附圖17.5焊接殘殘余應應力與與焊接接變形形高度不不均勻勻的溫溫度場場造成成構件件內部部收縮縮與膨膨脹的的不均均勻性性，致致使構構件產產生變變形，，這種種變形形叫焊接變變形（如圖17.21所示）。而而焊縫縫和焊焊縫附附近鋼鋼材不不能自自由地地變形形，因因受到到周圍圍鋼材材的約約束而而產生生焊接接殘余余應力力。為了減減少和和限制制焊接接殘余余應力力和焊焊接變變形，，可以以采取取以下下措施施：（1）在設計計中不不得任任意加加大焊焊縫，，避免免焊縫縫立體體交叉叉和在在一處處集中中大量量焊縫縫。焊焊縫布布置應應盡可可能對對稱于于構件件重心心。（2）采用合合理的的焊接接順序序例如鋼鋼板對對接，，當焊焊縫較較長時時可采采用分分段退退焊（（圖17.22(a)）；厚厚度較較大時時可采采用分分層焊焊（圖17.22(b)）；鋼鋼板分分塊拼拼接合合理安安排施施焊順順序（（圖17.22(c)），工工字形形頂接接采用用對角角跳焊焊（圖17.22(d)）。（3）施焊前前使構構件有有一個個和焊焊接變變形相相反的的預變變形如圖17.23(a)中將翼翼緣預預彎，，在（b）圖中將平平接的的接縫縫處預預彎，，使與與焊接接變形形相抵抵消，，但此此法不不能去去除焊焊接應應力。。（4）對于小小尺寸寸的焊焊件可可焊前前預熱熱或焊焊后進進行退退火處處理。。退火火是將將構件件加熱熱至600℃后，使使其緩緩慢冷冷卻，，可消消除焊焊接應應力。。也可可以在在焊后后錘擊擊，以以減小小焊接接應力力和焊焊接變變形。。（5）機械校校正法法和局局部加加熱法法矯正正焊接接變形形，如如彎曲曲變形形可用用機械械頂壓壓冷矯矯正，，也可可以在在凸面面局部部加熱熱，利利用熱熱后的的冷縮縮進行行熱矯矯正。。圖17.21焊接變變形(a)縱向收收縮和和橫向向收縮縮；(b)彎曲變變形；；(c)角變形形；(d)波浪變變形；；(e)扭曲變變形圖17.22合理的的焊接接順序序圖17.23減小焊焊接變變形的的措施施17.6普通螺螺栓連連接的的構造造與計計算（1）關于螺螺栓的的基本本知識識螺栓有有不同同的性性能等等級，，如““4.6級”、、“8.8級”、、“10.9級”等，，是由螺螺栓材料料而區(qū)分分的。小小數點前前的數字字表示螺螺栓材料料的最低低抗拉強強度fu,4即為400N/mm2；小數點點及后面面的數字字（0.6、0.8等）則表表示材料料的屈強強比，普普通螺栓栓用Q235A·F鋼制成，，屬于4.6級。A、B級螺栓配配Ⅰ類孔（見見表16.9注）適用用于受剪剪連接；；C級螺栓配配Ⅱ類孔（沖沖孔或不不用鉆模模鉆孔））適用于于受拉連連接。17.6.1普通螺栓栓連接的的構造螺栓的代代號用字字母M與公稱直直徑的毫毫米數表表示，如如M16、M18等，常用用的螺栓栓是M16，M20和M24。螺栓長長度的選選用，在在考慮連連接件疊疊合厚度度的同時時，還應應考慮兩兩頭墊圈圈、螺母母的厚度度并外露露2~3扣絲扣。。（2）螺栓與螺螺孔圖例例鋼結構施施工圖表表示螺栓栓及螺孔孔的圖例例見表17.2。（3）螺栓連接接的構造造要求每一桿件件在節(jié)點點上以及及拼接接接頭的一一端，永永久性的的螺栓（（或鉚釘釘）數不不宜少于于兩個。。對組合合構件的的綴條，，其端部部連接可可采用一一個螺栓栓（鉚釘釘）。螺螺栓的排排列分并列、錯列兩種。螺栓排列列時，其其中距、、邊距和和端距應應滿足下下列要求求：①受力要求求②構造要求求③施工要求求根據上述述三個方方面的要要求，《規(guī)范》制定了螺螺栓的最最大、最最小允許許間距，，見表17.3。螺栓排排列時，，宜按最最小允許許間距選選用，且且取5mm的整數倍倍。型鋼（工工字鋼、、槽鋼、、角鋼））上的螺螺栓排列列，除滿滿足表17.3的要求，，尚需考考慮線距距（為使使螺栓的的墊圈和和螺母位位于平整整部位））、最大大孔徑d0max(避免截面面過分削削弱)的要求，，參見圖17.24和表17.4~表17.6。表17.2螺栓及螺螺孔圖例例表17.3螺栓或鉚鉚釘的最最大、最最小容許許距離圖17.24螺栓的排排列表17.4角鋼上螺螺栓或鉚鉚釘線距距表（mm）表17.5工字鋼和和槽鋼腹腹板上的的螺栓線線距表（（mm）表17.6工字鋼和和槽鋼翼翼緣上的的螺栓線線距表(mm)普通螺栓栓連接按按受力性性質分為為抗剪螺栓栓連接、受拉螺栓栓連接和拉剪螺栓栓連接。抗剪螺栓栓連接靠靠栓桿受受剪和孔孔壁承壓壓傳力，，受拉螺螺栓連接接沿栓桿桿軸線方方向受拉拉，拉剪剪螺栓連連接則兩兩者兼而而有之。。17.6.2普通螺栓栓連接的的計算17.6.2.1抗剪螺栓栓連接（1）受力特點點與破壞壞形式在圖17.25中，N為鋼板所所受拉力力，δ為鋼板間間的相對對位移。。N-δ曲線分為為三個階階段：第一階段段為上升直直線段第二階段段為水平段段第三階段段為彈塑性性工作階階段抗剪螺栓栓連接（（包括鉚鉚接和承承壓型高高強螺栓栓連接））可能有有五種破破壞形式式，如圖17.26所示：①當螺栓桿桿較細、、板件較較厚時，，螺栓桿桿被剪斷斷（圖17.26(a)）；②當螺栓桿桿較粗、、板件較較薄時，，孔壁擠擠壓破壞壞（圖17.26(b)）；③當螺孔對對板削弱弱過多時時，板件件被拉斷斷（圖17.26(c)）；④當端距太太小時，，板端可可能因沖沖剪而破破壞（圖17.26(d)）；⑤當栓桿細細長時，，栓桿可可能因彎彎曲而破破壞（圖17.26(e)）。（2）計算方法法一個螺栓栓的受剪剪承載力力計算值值按下式式計算一個螺栓栓的承壓壓承載力力設計值值按下式式計算如前所述述，當外外力N通過螺栓栓群中心心時，可可以認為為每個螺螺栓均勻勻受力，，則抗剪剪螺栓連連接中，，接頭一一側所需需螺栓數數為：n=N/Nminb由于螺栓栓孔削弱弱了構件件的截面面，還須須按下式式驗算開開孔截面面的凈截截面強度度σ=N/An在構件的的節(jié)點處處或拼接接接頭一一側，當當螺栓沿沿受力方方向的連連接長度度l1(圖17.27)過大時，，各螺栓栓的受力力將很不不均勻，，兩端螺螺栓受力力較大常常先破壞壞，后依依次破壞壞《規(guī)范》規(guī)定（包包括高強強度螺栓栓），當當l1＞15d0時，螺栓栓的承載載力設計計值Nminb應乘以下下列折減減系數β予以降低低：當l1≥15d0時，β=1.1-l1/(150d0)；當l1≥60d0時，β=0.7?！纠?7.7】設計兩角角鋼拼接接，采用用C級螺栓，，角鋼型型號φ75××5，軸心拉拉力設計計值N=119kN，采用Q235鋼。【解】（1）確定接頭頭一側螺螺栓數與與排列采用M20螺栓，d0=21.5mm，符合表表17.4規(guī)定。拼拼接角鋼鋼采用φ75××6。單釘抗剪剪和承壓壓承載力力設計值值為Nvb=40.8kNNcb=30.5kN連接一側側所需螺螺栓數目目n=4.29取為5個為安排緊湊，，采用圖17.28的錯列布置(符合表17.3和表17.4)。（2）驗算角鋼凈截截面強度將角鋼展開如如圖,φ75×5，A=7.412cm2Ⅰ-Ⅰ截面AnⅠ=6.337cm2Ⅱ-Ⅱ截面AnⅡ=5.547cm2σ=214.5N/mm2＜f=215N/mm2圖17.25單個雙剪螺栓栓連接的N－δ曲線圖17.26受剪螺栓連接接的破壞形式式(a)螺桿剪斷；(b)孔壁擠壓壞；；(c)鋼板拉斷；(d)端部鋼板剪斷斷；(e)栓桿受彎破壞壞圖17.27螺栓沿受力方方向的連接長長度圖17.28例17.7附圖17.6.2.2受拉螺栓連接接（1）單個受拉螺栓栓的抗拉承載載力設計值圖17.29所示為螺栓連接的的T形接頭，在外外力N的作用下，栓栓桿將沿桿軸軸方向受拉。。單個受拉螺栓栓抗拉承載力力設計值當螺釘群受軸軸心力作用時時，所需螺栓栓數(2)計算方法在設計時一般般先選定螺栓栓直徑、數目目及排列構造造，然后再進進行驗算。如圖17.30所示牛腿與柱的連連接中，外力力F的偏心作用使使螺栓群受剪剪力V和彎矩M。設受力最大排排螺柱個數為為m，則受力最最大螺栓（單單個）所受的的拉力同時作用有彎彎矩M和軸心拉力N時，N由各螺栓平均均承擔，螺栓栓群中螺栓所所受最大拉力力Nmax和最小拉力Nmin應符合下列條條件：當Nmin=F/n-Fey1/(m∑yi2)≥0時，螺栓群的轉動動軸在螺栓群的中中心位置O處，見圖17.31(a)所示，此時Nmax=F/n+Fey1/(m∑yi2)≤Ntb當Nmin=F/n-Fey1/(m∑yi2)＜0時，如圖17.31（b）所示，端板底部將出現(xiàn)現(xiàn)受壓區(qū)，螺栓群群轉動軸位置下移移，可偏于安全地地取轉動軸在彎矩矩指向一側最外排排螺栓O′處，此時圖17.29受拉螺栓連接圖17.30彎矩與軸力作用下下的拉力連接圖17.31受拉螺栓連接受偏偏心力作用17.6.2.3拉剪螺栓連接粗制螺栓多用于受受拉連接，若有剪剪力常設支托承受受。對于次要連接接。若不設支托，，螺栓將兼受拉剪剪，同時承受剪力力和桿軸方向拉力力的普通螺栓應分分別符合下列公式式的要求：【例17.8】工字形牛腿與柱用用Q235C級螺栓連接,F=258kN（設計值），支托托只在安裝時起作作用，設計普通螺螺栓連接?！窘狻浚?）構造設計初選M20螺栓10個排列如圖17.32，符合構造要求，，因支托僅在安裝裝時起作用，所以以螺栓兼受拉剪。。（2）求單釘抗剪、承壓壓、抗拉承載力設設計值Nvb=40.84kNNcb=122kNNtb=41.65kN(3)求受力最大螺栓所所受的拉力與剪力力Nv=25.8kNNt=32.25kN(4)驗算Nt=25.8kN＜Ncb=122kN(滿足)圖17.32例17.8附圖17.7高強度螺栓連接的的構造與計算高強度螺栓由高強度鋼材制成成，擰緊螺母可使使栓桿產生很高的的預拉力將疊合鋼鋼板壓得很緊，剪剪力則由板疊間的的摩擦力來傳遞，，而不像普通螺栓栓那樣，由栓桿受受剪和孔壁承壓來來傳遞剪力，這就就是摩擦型高強螺螺栓的工作原理。。高強度螺栓所用材材料的性能等級按按熱處理（淬火、、回火）后的強度度分8.8級和10.9級兩種，其性能等等級和采用的鋼號號可見表16.8。17.7.1高強度螺栓的基本本知識17.7.1.1高強度螺栓的受力力特點與材料17.7.1.2高強度螺栓的預拉拉力和緊固方法預拉力值為螺栓材材料的屈服強度fy和螺栓有效面積Ae的乘積考慮一定的的降低系數而確定定。按上述計算的P值，取5kN的整倍數應用，如表17.8所列。高強度螺栓按形狀狀不同，有大六角角頭和扭剪型兩種種類型，如圖17.33所示。（1）扭矩法擰緊螺母時的扭矩矩M和螺栓所要達到的的預拉力P之間成正比關系，，終擰扭矩T可用下列公式確定定：T=kd(P+ΔP)（2）轉角法分初擰和終擰兩步步。初擰用短扳手手擰緊螺母，此時時約使螺栓達到20%~30%的預拉力，使板疊疊間緊密接觸，做做出標記，然后用用長扳手將螺母從從標記位置再擰一一定的角度到終擰擰位置，終擰的角角度根據角度和預預拉力成正比，并并考慮板疊厚度和和直徑d的影響而定。（3）扭斷螺栓尾部對于扭剪型高強螺螺栓，先用普通扳扳手擰緊螺母，是是為初擰，再用特特制電動扳手的兩兩個套筒中的大套套筒套住螺母，小小套筒套住螺栓尾尾部梅花卡頭，一一個套筒正轉，一一個套筒反轉，由由于螺栓尾部槽口口深度是按終擰扭扭矩和預拉力之間間的關系而確定的的，所以梅花卡頭頭被擰斷之時，擰擰緊扭矩即達到終終擰扭矩，而螺栓栓則達到預拉力。。接觸面的粗糙程程度和處理方法法是影響μ值的主要因素，，《規(guī)范》規(guī)定了四種方法法，見表17.9。表17.8一個高強度螺栓栓的預拉力P(kN)螺栓的性能等級螺栓公稱直徑（mm）M16M20M22M24M27M308.8級80212515017523028010.9級100155190225290355圖17.33大六角頭與扭剪剪型高強螺栓表17.9摩擦面的抗滑移移系數μ在連接處構件接觸面的處理方法構件的鋼號Q235鋼Q345鋼、Q390鋼Q420鋼噴砂（丸）0.450.500.50噴砂（丸）后涂無機富鋅漆0.350.400.40噴砂（丸）后生赤銹0.450.500.50鋼絲刷清除浮銹或未經處理的干凈軋制表面0.300.350.40（1）受剪高強度螺栓栓連接的計算受剪摩擦型高強強度螺栓是以摩摩擦力被克服而而產生相對滑移移為極限狀態(tài)的的，一個螺栓的的抗剪承載力設設計值為Nvb=0.9nfμP一個高強螺栓抗抗剪承載力設計計值求出后，即即可求出連接一一側所需的高強強螺栓數目n：n≥N/Nvb17.7.2摩擦型高強度螺螺栓的計算高強螺栓連接的的凈截面強度驗驗算不同于普通通螺栓，在圖17.34中，連接一側螺栓栓數為n，驗算截面Ⅰ-Ⅰ處的螺栓數為n1，對普通螺栓而而言，凈截面An要承受全部N力；而高強度螺螺栓則不然，每每個螺栓所承受受剪力的50%已由孔前摩擦面面?zhèn)髯撸浊皞鱾髁ο禂禐?.5），故凈截面受受力為N′=N-0.5Nn1/n=N(1-0.5n1/n)凈截面驗算為雖然A＞An，但所承力N＞N′，故構件破壞也也可能由毛截面面控制，所以尚尚應進行毛截面面驗算σ=N/A≤f【例17.9】截面為320×12的板件，鋼材為為Q235，N=600kN(設計值)，設計連接。①普通C級螺栓，栓徑M20，孔徑d=21.5mm；②高強螺栓受受剪連接,10.9級M22，鋼絲刷除銹，，外徑d=23.5?！窘狻浚?）普通螺栓連接單釘承載力設計計值Nvb=81.7kNNcb=d73.2kN連接一側所需螺螺栓數為n=8.2個取為9個構造排列如圖17.35(a)。凈截面強度驗算算σ=195.7N/mm2＜f=215N/mm2（2）高強螺栓連接一個高強螺栓抗抗剪承載力設計計值Nvb=0.9nfμP=102.6kN連接一側所需螺螺栓數n=N/Nvb=5.84個取為6