混凝土結構設計原理

混凝土結構設計原理第一頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections7.1鋼結構的連接簡介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、構造簡單、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第二頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections7.1.1焊縫連接1.鋼結構常用的焊接方法電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊和電阻焊。（1）手工電弧焊原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。

圖7.1.2手工電弧焊

焊機導線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧優(yōu)點：方便，適用于任意空間位置的焊接，特別適用于在高空和野外作業(yè)，小型焊接。缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。第三頁，共九十頁，2022年，8月28日A、焊條的選擇：手工電弧焊焊條應與焊件鋼材（主體金屬）相適應。Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--E5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5001--E5048)Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7ConnectionsB、焊條的表示方法：E—焊條(Electrode)第1、2位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強度（kgf/mm2)第3、4表示適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。E4300是什么意思？第四頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗（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。熱裂紋冷裂紋氣孔燒穿夾渣根部未焊透邊緣未熔合焊縫層間未熔合咬邊焊瘤缺陷這么多，如何檢驗才放心？第五頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections（2）焊縫質(zhì)量檢驗：檢驗標準三級肉眼外觀檢查二級肉眼外觀檢查＋超聲波用于有較大拉應力的較重要連接－－不得存在裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷一級肉眼外觀檢查＋超聲波＋X射線用于抗動力、疲勞荷載的重要連接－－不得存在未滿焊、咬邊、根部收縮、裂紋、表面氣孔、夾渣、電弧擦傷等缺陷用于一般連接－－所有焊縫均應作外觀檢驗，不允許有可見裂紋等缺陷。其它缺陷如咬邊、表面氣孔、夾渣等按規(guī)范要求；超聲波檢測設備第六頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections3.焊縫連接形式及焊縫形式（1）焊縫連接形式：分為對接、搭接、T形連接和角部連接。第七頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections（2）焊縫形式：分為對接焊縫和角焊縫。用料經(jīng)濟，傳力平穩(wěn)，動力性能好較厚的板需開剖口，費工施工簡便傳力不均，應力集中嚴重，搭接時費料對接焊縫直焊縫斜焊縫角焊縫側焊縫（與力平行）端焊縫（與力垂直）第八頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections間斷焊縫連續(xù)焊縫不重要或受力小的構件，可采用間斷焊縫連接（3）焊縫形式－－連續(xù)焊縫與間斷焊縫什么情況下采用間斷焊縫？第九頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections俯焊橫焊立焊仰焊質(zhì)量好質(zhì)量一般質(zhì)量差（4）焊縫形式－－施焊方位第十頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第三章連接Chapter3Connections4焊縫代號第十一頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections7.2對接焊縫的構造和計算7.2.1對接焊縫的構造1.對接焊縫的坡口形式對接焊縫的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊縫。坡口形式與焊件厚度有關。

直邊縫單邊V形縫雙邊V形縫板厚t<10mm板厚t=10~20mmU形縫K形縫X形縫板厚t>20mm第十二頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.對接焊縫的構造處理墊板墊板墊板圖7.2.2根部加墊板1）為防止熔化金屬流淌必要時可在坡口下加墊板。第十三頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2）在焊縫的起滅弧處，常會出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時可設置引弧板和引出板，焊后將它們割除。3）在對接焊縫的拼接處，當焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時，應分別在寬度方向或厚度方向從一側或兩側做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面過渡和緩，減小應力集中。圖7.2.4不同厚度或?qū)挾鹊匿摪迤唇觓)改變厚度b)改變寬度≤1:2.5≤1:2.5圖7.2.3對接焊縫的引弧板引弧板第十四頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections7.2.2對接焊縫的計算1.軸心受力的對接焊縫圖7.2.5直對接焊縫連接（7.2.1）lw——焊縫計算長度，t——連接件的較小厚度，對T形接頭為腹板的厚度

;ftw、fcw——對接焊縫的抗拉、抗壓強度設計值（1）對lw的取值：考慮到起落弧缺陷的影響，無引弧板時，焊縫計算長度取實際長度減去2t；有引弧板時，取實際長度。（2）在一般加引弧板施焊的情況下，所有受壓、受剪的對接焊縫以及受拉的一、二級焊縫，均與母材等強，不用計算。

（3）直對接焊縫需要計算焊縫強度的只有兩種情況。a)沒有引弧板時需要計算。b)受拉情況下的三級焊縫。第十五頁，共九十頁，2022年，8月28日圖7.2.6斜對接焊縫b（7.2.2）（7.2.3）鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections斜向受力的對接焊縫

對接焊縫斜向受力是指作用力通過焊縫重心，并與焊縫長度方向呈夾角，其計算公式為：l’w——斜焊縫計算長度。加引弧板時，l’w＝b/sinq；不加引弧板時，l’w＝b/sinq－2t。

fvw——對接焊縫抗剪設計強度規(guī)范規(guī)定，當斜焊縫傾角q≦56.3°，即tanq≦1.5時，可認為對接斜焊縫與母材等強，不用計算。第十六頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.承受彎距和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫焊縫內(nèi)應力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應力與剪應力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應分別滿足下列強度條件。

（7.2.5）（7.2.4）a彎矩和剪力共同作用下的對接焊縫M——焊縫承受的彎矩；Ww——焊縫截面模量。V——焊縫承受的剪力；Iw——焊縫計算截面慣性矩；Sw——計算剪應力處以上（或以下）焊縫計算截面對中和軸的面積矩。第十七頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections對于工字形或T形截面除應分別驗算最大正應力與最大剪應力外，還應驗算腹板與翼緣交接處的折算應力:（7.2.6）式中:1、1——為腹板與翼緣交接處的正應力和剪應力。1.1為考慮到最大折算應力只在局部出現(xiàn)，而將強度設計值適當提高系數(shù)。

b彎矩和剪力聯(lián)合作用下的對接焊縫第十八頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections3.受軸力、彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫軸力和彎矩作用下對接焊縫產(chǎn)生正應力，剪力作用下產(chǎn)生剪應力，其計算公式為：（7.2.4*）（7.2.5*）彎矩M剪力V軸力N應力分布第十九頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections

同樣對于工字形、箱形截面，還要計算腹板與翼緣交界處的折算應力，其公式為：

（7.2.6*）式中彎矩M剪力V軸力N應力分布第二十頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections

對于梁柱節(jié)點處的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪應力均勻分布，其計算公式為：Aw——牛腿處腹板的焊縫計算面積。（7.2.5**）對接焊縫的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全相同。

第二十一頁，共九十頁，2022年，8月28日1.角焊縫的形式和強度鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections7.3角焊縫的構造和計算7.3.1角焊縫的構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7.3.1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）。對承受動力荷載的結構中，正面角焊縫的截面通常采用（b）的形式，側面角焊縫的截面則做成凹面式（c）。第二十二頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections（2）斜角角焊縫兩焊邊的夾角a>90°或a<90°的焊縫。通常用于鋼管結構中。圖7.3.2斜角角焊縫截面（d）斜銳角焊縫（e）斜鈍角焊縫（f）斜凹面角焊縫hehehehf—焊腳尺寸；—焊腳邊的夾角；

he—有效厚度（破壞面上焊縫厚度）并有，he＝hfcos/2對于α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結構外,不宜用作受力焊縫。第二十三頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections主要受剪應力，分布不均，兩頭大中間小，焊縫越長應力不均勻程度越高強度相對較低，塑性較好破壞常發(fā)生在近似45°斜平面上7.1側縫的應力狀態(tài)角焊縫的工作性能第二十四頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections角焊縫應力狀態(tài)遠比側焊縫復雜正、剪應力都有，且分布很不均勻根部應力集中最厲害，常常是開裂的起源點焊縫破壞強度高，但塑性差端焊縫應力分布ABCD破壞模式7.2端縫應力狀態(tài)第二十五頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.構造要求不應太小——否則不能焊透，導致實際承載力不足焊縫冷卻太快容易開裂（1）角焊縫焊腳尺寸hf不應太大——否則焊縫冷卻后產(chǎn)生較大變形較薄焊件容易燒穿hft1t2tt1hf焊腳尺寸是指角焊縫根角至焊縫截面外邊緣（焊趾）的尺寸

第二十六頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.構造要求（2）最大焊腳尺寸hf,max

hf,max≤1.2t1式中:t1---較薄焊件厚度。對于板件邊緣的角焊縫：當t≤6mm時，hf,max≤t；當t>6mm時，hf,max

≤t-(1~2)mm；鋼管構件除外第二十七頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.構造要求（3）最小焊腳尺寸hf,min式中:t2---較厚焊件厚度。當t2≤4mm時,hf,min=t2

第二十八頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.構造要求（4）側縫的最大計算長度當實際長度大于以上值時，計算時不考慮超過部分的強度；但當內(nèi)力沿側焊縫全長分布時，不受上式限制。（5）角焊縫的最小計算長度當焊件的焊接長度不受限制時，在滿足最大焊縫長度的要求下，小而長的焊縫比大而短的焊縫好！第二十九頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.構造要求（6）搭接連接的構造要求板件與節(jié)點板的連接僅用兩側縫焊接時：A、為避免應力傳遞過分彎折導致應力不均：B、為避免焊縫橫向收縮引起的板件拱曲太大：不滿足此條件時，應加塞焊或采用三面圍焊！bt1t2第三十頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2.構造要求（6）搭接連接的構造要求C、角焊縫的端部位于構件轉(zhuǎn)角處時，應作2hf的繞角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。D、在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，且不得小于25mm。b2hft1t2第三十一頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections

焊角尺寸：hfdcbadcbahehfhf1）焊縫的破壞面7.3.2直角焊縫的基本計算公式試驗表明，直角角焊縫的破壞常沿有效厚度方向發(fā)生。圖7.3.8直角角焊縫截面

有效厚度：he（＝0.7hf）

焊縫厚度：有效厚度+熔深+凸度

有效截面：有效厚度×計算長度計算時假定有效截面上應力均勻分布。第三十二頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections2）有效截面上的應力狀態(tài)圖7.3.9角焊縫有效截面上的應力dadacche

∥在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個應力：

—正應力，與焊縫長度方向（面外垂直）

∥—剪應力，與焊縫長度方向（面內(nèi)平行）

—剪應力，與焊縫長度方向（面內(nèi)垂直）

ffw——角焊縫強度設計值對復雜應力情況，采用第三強度理論：ffw由角焊縫抗剪條件確定，所以右邊√3

fw相當于角焊縫抗拉強度設計值。第三十三頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections圖7.3.10直角角焊縫的計算

如圖所示承受互相垂直的Ny、Nz兩個軸心力作用的直角角焊縫，Ny垂直于焊縫長度方向產(chǎn)生平均應力f，其在有效截面上引起的應力值為：（7.3.4）

f

對于有效截面既不是正應力也不是剪應力，但可分解為

和。對直角角焊縫：3）實用計算方法第三十四頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections圖7.3.10直角角焊縫的計算沿焊縫長度方向的力Nz，在有效截面上引起平行于焊縫長度方向的剪應力f。（7.3.5）第三十五頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections則直角角焊縫在各種應力綜合作用下的計算公式為：（7.3.3）（7.3.6）f

——正面角焊縫的強度設計值增大系數(shù)。靜載時f

＝1.22，對直接承受動力荷載的結構，f

＝1.0。

第三十六頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections正面角焊縫

f＝0，力N與焊縫長度方向垂直。側面角焊縫

f＝0，力N與焊縫長度方向平行。（7.3.7）（7.3.8）以上各式中：

he=0.7hf；lw—角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其實際長度減去2hf。第三十七頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections7.3.3角焊縫的計算1.軸心力（拉力、壓力和剪力）作用時角焊縫的計算

當焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫群的中心，焊縫的應力可認為是均勻分布的。(1）用蓋板的對接連接A、僅采用側面角焊縫連接NNlwSlw－連接一側的側面角焊縫計算長度的總和第三十八頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7ConnectionsB、采用三面圍焊連接NNlwlw’先計算正面角焊縫承擔的內(nèi)力Slw′－連接一側的正面角焊縫計算長度的總和再計算側面角焊縫的強度Slw－連接一側的側面角焊縫計算長度的總和第三十九頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections(2）承受斜向軸心力的角焊縫NNxNyθff圖7.3.12軸心力作用下的角焊縫平行于焊縫長度方向的分力Ncos垂直于焊縫長度方向的分力Nsin（7.3.9a）（7.3.9b）外力N和焊縫長度方向斜交，焊縫受到的力N被分解為：代入（7.3.6），得焊縫計算公式：→第四十頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections（3）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與角鋼桿件的軸線重合。圖7.3.13桁架腹桿節(jié)點板的連接第四十一頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7ConnectionsNN1N2eb角鋼的側縫連接

a)僅用側面焊縫連接解上式得肢背和肢尖的受力為：（7.3.14）（7.3.15）（7.3.16）

在N1、N2作用下，側縫的計算長度為：（7.3.17）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)第四十二頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections表7.3.1角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K角鋼類型連接形式內(nèi)力分配系數(shù)肢背K1肢尖K2等肢角鋼0.700.30不等肢角鋼短肢連接0.750.25不等肢角鋼長肢連接0.650.35第四十三頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections

b)角鋼用三面圍焊時，可減小角鋼的搭接長度?？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：（7.3.11）（7.3.12）通過平衡關系得肢背和肢尖側焊縫受力為:（7.3.13）角鋼角焊縫圍焊的計算NN1N2ebN3lw2lw1在N1、N2作用下，側焊縫的長度用公式（7.3.16、7.3.17）。第四十四頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7ConnectionsNθeNxNyMAσNxσMτNyhehet（1）受彎矩M、剪力V、軸力N聯(lián)合作用時角焊縫的計算由軸心拉力Nx產(chǎn)生的應力：由彎矩M產(chǎn)生的最大應力：2.復雜受力時角焊縫連接計算第四十五頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7ConnectionsA點產(chǎn)生的剪應力：A點控制應力最大為控制設計點A點產(chǎn)生的正應力由兩部分組成：軸心拉力Nx和彎矩M產(chǎn)生的正應力。直接疊加得：代入角焊縫實用計算公式（7.3.6）：第四十六頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections（2）三面圍焊受扭矩、剪力聯(lián)合作用時角焊縫的計算圖7.3.19承受偏心力的三面圍焊Fe1rxahl2xxyyAA’0TVre將F向焊縫群形心簡化得:

軸心力V＝F扭矩T=Fe故：該連接的設計控制點為A點和A’點計算時按彈性理論假定:①被連接件絕對剛性，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢，而焊縫本身為彈性。②扭距在角焊縫群上產(chǎn)生的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。③在軸心力V作用下，焊縫群上的應力均勻分布。第四十七頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connectionse2x0l1l2xxyyAA’0TFrxxyyrrxryA0θheTTfFA’T作用下A點應力:sTIp——為焊縫計算截面對形心的極慣性矩，Ip=Ix+Iy

Ix，Iy——焊縫計算截面對x、y軸的慣性矩；rx、ry——為焊縫形心到焊縫驗算點在x、y方向的距離。第四十八頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections軸力F產(chǎn)生的應力按均勻分布計算，A點應力:A點垂直于焊縫長度方向的應力為:f，F(xiàn)，平行于焊縫長度方向的應力為:T強度驗算公式：FxxyyrrxryA0θheTTfFA’第四十九頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections例題7－3，7－4，7－6第五十頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections§7.4焊接殘余應力和焊接變形7.4.1焊接殘余應力和變形的原因1.焊接殘余應力的分類

▲縱向焊接應力：平行于焊縫長度方向的應力▲橫向焊接應力：垂直于焊縫長度方向且平行于構件表面的應力；▲厚度方向焊接應力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構件表面的應力。

2.焊接殘余應力的成因a)焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫處可達1600oC，而鄰近區(qū)域溫度驟降。（1）縱向焊接殘余應力第五十一頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections焊縫周圍溫度場產(chǎn)生原因焊接殘余變形

—由焊縫及其周圍不均勻熱脹冷縮引起焊接殘余應力

—由焊縫冷卻收縮受到阻礙引起壓住內(nèi)應力焊縫θ變形第五十二頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections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0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm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7.5螺栓連接1.普通螺栓連接（小數(shù)點前為螺栓熱處理后的最低抗拉強度，小數(shù)點后的數(shù)字是屈強比）第五十三頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections7.5.1螺栓的排列和構造要求

螺栓的排列應簡單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構造合理又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯列排列兩種。圖3.5.1螺栓的排列方式1.螺栓的排列并列比較簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對構件截面的削弱較大；錯列可以減小螺栓孔對截面的削弱，但螺栓空排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大。第五十四頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections中心距太大<2d端距過小受力要求——

螺距過?。轰摪寮魤?。螺距過大：受壓時鋼板張開。構造要求——

螺距過大：連接不緊密，潮氣侵入腐蝕。施工要求——

螺距過?。菏┕r轉(zhuǎn)動扳手困難。螺栓間距布置要求第五十五頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections端距端距中距邊距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距第五十六頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections根據(jù)規(guī)范規(guī)定（P86表3.5.1）的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時宜按最小容許間距取用，且宜取5mm的倍數(shù)。第五十七頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections7.5.2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第五十八頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7ConnectionsNδO1234NNabNN/2N/2對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移δ和作用力N的關系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段1.受剪連接的工作性能

(1)摩擦傳力的彈性階段(0~1段)

直線段—連接處于彈性狀態(tài)；該階段較短—摩擦力較小。(2)滑移階段(1~2段)

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間隙，表現(xiàn)在曲線上為水平段。第五十九頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructureNδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的彈性階段(2~3段)

該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導致的板件間摩擦力的增大，N-δ關系以曲線狀態(tài)上升。

(4)彈塑性階段(3~4段)

達到‘3’后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。‘4’點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。第七章連接Chapter7Connections第六十頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure圖3.5.2受剪螺栓的破壞情況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。受剪螺栓的破壞形式：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截面削弱過多時d)35o35oa1A端距過小時；端距不應小于2dOe)A螺栓桿過長；栓桿長度不應大于5d第七章連接Chapter7Connections第六十一頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure單栓抗剪承載力：抗剪承載力設計值：承壓承載力設計值：d2.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:（7.5.1）（7.5.2）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）均勻分布第七章連接Chapter7Connections第六十二頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure抗剪承載力設計值：承壓承載力設計值：（7.5.1）（7.5.2）圖3.5.3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。第七章連接Chapter7Connections第六十三頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure3普通螺栓的受拉連接(1).普通螺栓受拉的工作性能第七章連接Chapter7Connections產(chǎn)生撬力的原因——角鋼抗彎剛度不足，水平肢有較大變形對螺栓受力影響——使螺栓拉力增大減小撬力的措施——增強角鋼抗彎剛度，加大厚度或增設加勁肋螺栓拉力：Pf=N/2+V剛度越小，V越大NN撬力加勁肋第六十四頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructureN/2Nl1N/2平均值螺栓的內(nèi)力分布試驗證明,栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。

當l1≤15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力趨于相同，故設計時假定N由各螺栓平均分擔。7.5.3.普通螺栓群抗剪連接計算（1）普通螺栓群軸心受剪計算

連接所需螺栓數(shù)為：(7.5.3)第七章連接Chapter7Connections第六十五頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructureECCS試驗曲線8.8級M22我國規(guī)范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布當l1>15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布,各個螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞，然后依次破壞。由試驗可得連接的抗剪強度折減系數(shù)η與l1/d0的關系曲線。連接所需栓數(shù)：(7.5.5)第七章連接Chapter7Connections第六十六頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections1、螺栓群在軸心力作用下的抗剪計算（1）螺栓抗剪計算求n時，取整數(shù)（2）鋼板強度計算鋼材抗拉或抗壓設計強度鋼板凈截面積螺栓并列布置螺栓錯列布置螺栓總數(shù)nbI截面AnI螺栓并列布置螺栓錯列布置aII截面AnII軸力N第六十七頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructureFeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F2普通螺栓群偏心受剪（剪扭共同工作）F作用下每個螺栓受力：基本假設①連接件絕對剛性,螺栓彈性；②T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，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線垂直。第七章連接Chapter7Connections第六十八頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure剪力計算公式

設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’號螺栓所受剪力最大（r1最大）。第七章連接Chapter7Connections第六十九頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure（c）將（c）式代入（a），得用N1T表達的T式：

由假設②得到，（b）螺栓1離形心最遠是危險螺栓,最大剪力N1T第七章連接Chapter7Connections第七十頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure將N1T它分解為水平和豎直分力：（3.5.7）（7.5.8）得受力最大螺栓所承受的合力為:（7.5.9）xi—第i個螺栓中心的x坐標yi—第i個螺栓中心的y坐標yoxx11r1y1如果y1≥3x1，則可假定xi=0。由此得N1Ty=0，則計算式為：（7.5.10）（7.5.7）第七章連接Chapter7Connections第七十一頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure（1）栓群軸心受拉

當外力通過螺栓群形心時，一般假定每個螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：（7.5.13）（7.5.11）3.普通螺栓群受拉N第七章連接Chapter7Connections第七十二頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructureM刨平頂緊承托(板)M1234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計，其假定為：①連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；②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。第七章連接Chapter7Connections第七十三頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructureM刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸顯然‘1’號螺栓在M作用下所受拉力最大由力學及假定可得：第七章連接Chapter7Connections第七十四頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure將式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，設計時只要滿足下式即可：螺栓i的拉力:

即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過一個螺栓的抗拉承載力設計值第七章連接Chapter7Connections第七十五頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure7.5.4剪－拉螺栓群的計算同時承受剪力和拉力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7.5.12剪－拉聯(lián)合作用的螺栓圖7.5.13剪力和拉力的相關曲線試驗研究結果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨作用的承載力，所得的相關關系近似為圓曲線。第七章連接Chapter7Connections第七十六頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應分別符合下列公式的要求：

驗算剪-拉聯(lián)合作用：（7.5.17）（7.5.18）驗算孔壁承壓：NVb——單個螺栓抗剪承載力設計值；Ncb——單個螺栓承壓承載力設計值Ntb——單個螺栓抗拉承載力設計值；Nv、Nt——單個螺栓承受的最大剪力和拉力設計值。第七章連接Chapter7Connections第七十七頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure例題：第七章連接Chapter7Connections第七十八頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure§7.7高強度螺栓連接的構造和計算7.7.1高強度螺栓的工作性能和構造要求第七章連接Chapter7Connections（小數(shù)點前為螺栓熱處理后的最低抗拉強度，小數(shù)點后的數(shù)字是屈強比）螺栓強度等級螺栓采用鋼材8.8級45號鋼，40B鋼10.9級20MnTiB鋼，35VB鋼按材質(zhì)分類受力特征承載力極限狀態(tài)安裝孔孔徑d0（mm)應用特點摩擦型連接外力達到最大摩擦力，有相對滑移的趨勢d0＝d＋1.5~2.0剪切變形小，耐疲勞，動載下不易松動承壓型連接外力超過最大靜摩擦力，螺栓承剪，孔壁承壓，發(fā)生相對滑移d0＝d＋1.0~1.5承載力比摩擦型大，剪切變形大，一般不用于直接動載情況按受力狀況分類第七十九頁，共九十頁，2022年，8月28日鋼結構設計原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章連接Chapter7Connections螺栓高強度螺栓普通螺栓