鋼結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造計(jì)算方法連接形式工作性能有詳細(xì)計(jì)算過程

鋼結(jié)構(gòu)原理

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接2鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

3.1焊接方法和焊縫連接形式3.2角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3.4焊接應(yīng)力和焊接變形

3.5螺栓連接的構(gòu)造

3.6普通螺栓連接的工作性能和計(jì)算

3.7高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計(jì)算

3.8混合連接

3.9

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法43.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法引言1、鋼結(jié)構(gòu)制作過程鋼板、型鋼等組成的基本構(gòu)件（工廠制作）現(xiàn)場(chǎng)安裝（吊裝、連接）結(jié)構(gòu)整體。2、連接的作用就是通過一定方式將板材或型鋼組合成構(gòu)件，或?qū)⑷舾蓸?gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)，以保證其共同工作。3、原則安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、節(jié)約鋼材。54、連接方法（1）焊接連接把需要連接的兩個(gè)構(gòu)件的局部金屬加熱成液態(tài)，使兩者熔合，相互結(jié)成一個(gè)整體。（2）螺栓連接通過施擰，使螺栓產(chǎn)生緊固力，從而使被連接件結(jié)成一體。（3）鉚釘連接（4）銷釘連接6（a）焊接連接；（b）鉚釘連接；（c）螺栓連接73.1.1焊縫連接（welding）是目前鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單；用料經(jīng)濟(jì)；制作加工方便；密閉性好；結(jié)構(gòu)剛度大。缺點(diǎn)：焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對(duì)構(gòu)件承載力有不利影響；局部裂紋容易擴(kuò)展到整體；低溫冷脆問題較為突出。83.1.2螺栓連接（bolting）

分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。1、普通螺栓

（1）分為A、B、C三級(jí)。（2）A級(jí)與B級(jí)為精制螺栓，螺栓桿直徑與螺栓孔徑相同。性能等級(jí)有5.6級(jí)和8.8級(jí)，精度高，受剪性能好，但制作和安裝復(fù)雜，價(jià)格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。9

（3）C級(jí)為粗制螺栓，螺栓孔直徑比螺栓桿直徑大1.5~3mm。螺栓表面粗糙，性能等級(jí)有4.6級(jí)和4.8級(jí)。連接變形大，但安裝方便，能有效傳遞拉力，故可用于沿螺栓桿軸方向受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固定。

（4）螺栓規(guī)格表示方法：如M16，表示螺桿直徑為16mm。（5）螺栓等級(jí)表示方法：小數(shù)點(diǎn)前為材料抗拉強(qiáng)度，小數(shù)點(diǎn)后為屈強(qiáng)比。例如4.6級(jí)，螺栓成品抗拉強(qiáng)度不小于400N/mm2，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比為0.6。102、高強(qiáng)度螺栓

（1）由高強(qiáng)鋼材制成。（2）按傳剪力方式，分為摩擦型和承壓型。摩擦型連接孔徑比桿徑大1.5~2mm；承壓型連接孔徑比桿徑大1.0~1.5mm。（3）性能等級(jí)有8.8級(jí)和10.9級(jí)。例：10.9SM2011

（4）按施工方法分為大六角頭和扭剪型。12133.1.3鉚釘連接（riveting）

構(gòu)造復(fù)雜，費(fèi)鋼費(fèi)工，現(xiàn)已很少采用。但塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查。

在一些重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，有時(shí)仍然采用。

3.2焊接方法和焊縫連接形式153.2焊接方法和焊縫連接形式3.2.1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

焊接方法很多，但在鋼結(jié)構(gòu)中通常采用電弧焊。1、手工電弧焊通電后在涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧，使電弧周圍的金屬變成液態(tài)，將焊條中的焊絲與焊件結(jié)合在一起，冷卻后形成焊縫。焊接過程中焊藥形成焊渣和保護(hù)氣體。靈活方便，高空作業(yè)，焊后需清渣，質(zhì)量離散性大。1617手工電弧焊焊條應(yīng)與焊接的金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)。對(duì)Q235的鋼焊件宜用E43型焊條，對(duì)Q345的鋼焊件宜用E50型系列焊條，對(duì)Q390和Q420的鋼焊件宜用E55型系列焊條。不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，例如Q235鋼與Q345鋼相焊接，宜采用低組配方案。即采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。182、埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）自動(dòng)和半自動(dòng)，光焊絲和焊劑，焊嘴內(nèi)送絲，熔深大、質(zhì)量均勻、效率高，用于車間構(gòu)件成型，需專用設(shè)備。埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬相適應(yīng)。19移動(dòng)方向203、氣體保護(hù)焊

噴槍噴出二氧化碳或其它惰性氣體，作為電弧的保護(hù)介質(zhì)，使熔化金屬與空氣隔絕。特點(diǎn)：沒有熔渣，焊縫熔深大，質(zhì)量好，效率高，但不適于野外操作，風(fēng)較大時(shí)保護(hù)效果不好。213.2.2焊縫連接形式及焊縫形式1、焊縫連接形式

按被連接鋼材的相互位置，可分為對(duì)接、搭接、T形連接、角部連接四種。按照構(gòu)造可分為對(duì)接焊縫、角焊縫。對(duì)接焊縫強(qiáng)度高，受力性能好，但施工比較費(fèi)工；角焊縫會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，受力性能差，但施工簡(jiǎn)單。22232、焊縫形式（1）對(duì)接焊縫按所受力的方向分為正對(duì)接焊縫、斜對(duì)接焊縫。角焊縫按所受力的方向分為正面角焊縫、側(cè)面角焊縫、斜焊縫。24（2）角焊縫沿長(zhǎng)度方向的布置分為連續(xù)角焊縫和斷續(xù)角焊縫。連續(xù)角焊縫受力性能較好，斷續(xù)角焊縫容易引起應(yīng)力集中。斷續(xù)角焊縫長(zhǎng)度不得小于10hf或50mm，間斷距離滿足以下要求：受壓構(gòu)件：受拉構(gòu)件：25（3）按焊縫施焊位置分為平焊、立焊、橫焊、仰焊。圖3.7焊縫施焊位置（a）俯焊；（b）立焊；（c）橫焊；（d）仰焊263.2.3焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查1、焊縫缺陷（welddefect）272、焊縫質(zhì)量檢查

外觀檢查：主要采用目視檢查，輔以磁粉探傷、滲透探傷檢查表面和近表面缺陷。內(nèi)部檢查：射線探傷、超聲波探傷。《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》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)、三級(jí)。28三級(jí)目測(cè)全部，外觀檢查，看其外觀是否有缺陷，幾何尺寸是否符合三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。二級(jí)目測(cè)全部，外觀檢查，看其外觀是否有缺陷，幾何尺寸是否符合二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。20%用超聲波抽查。如有不合格重焊，并100%超聲波檢查一級(jí)目測(cè)全部，外觀檢查，看其外觀是否有缺陷，幾何尺寸是否符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。100%用超聲波檢查，2%X射線抽查，并部分拍片。293、焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）

（1）對(duì)需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件：對(duì)接焊縫應(yīng)焊透；橫向?qū)雍缚p和組合焊縫受拉時(shí)選用一級(jí)、受壓時(shí)選用二級(jí)；縱向?qū)雍缚p選二級(jí)。

（2）對(duì)不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件，凡要求與母材等強(qiáng)的對(duì)接焊縫應(yīng)焊透。受拉對(duì)接焊縫不低于二級(jí)；受壓對(duì)接焊縫宜選二級(jí)。30（4）不要求焊透的T形接頭采用的角焊縫或部分焊透的組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，一般僅要求外觀質(zhì)量檢查。（3）重級(jí)工作制和起重量大于500kN的中級(jí)工作制吊車梁的腹板與上翼緣之間，以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的T形接頭均應(yīng)焊透，焊縫形式一般為組合焊縫，質(zhì)量等級(jí)不低于二級(jí)。313.2.4焊縫符號(hào)、螺栓及其孔眼圖例1、焊縫符號(hào)：作用：表明焊縫型式、尺寸和輔助要求。構(gòu)成：基本符號(hào)+指引線+（補(bǔ)充符號(hào)）+（焊縫尺寸）

基本符號(hào)：表示焊縫的橫截面形狀補(bǔ)充符號(hào)：補(bǔ)充說明焊縫的某些特征焊縫尺寸：圖例中的指引線：由橫線和帶箭頭的斜線組成，箭頭指向焊縫處，橫線上下方用來標(biāo)注基本符號(hào)和焊縫尺寸。32表3.2焊縫符號(hào)另外，在平面圖中，焊縫的表示方法見圖3.9。33補(bǔ)充：基本符號(hào)表342、螺栓及其孔眼圖例

3.3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算363.3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算3.3.1角焊縫的形式和強(qiáng)度1、角焊縫分類按與作用力的關(guān)系分：正面角焊縫、側(cè)面角焊縫，斜焊縫。按截面形式分：直角角焊縫、斜角角焊縫。直角角焊縫截面要求：通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面。37圖3.10直角角焊縫截面圖3.11斜角角焊縫截面382、焊縫破壞面

不論端縫或側(cè)縫，直角角焊縫破壞面假定沿焊腳面破壞，為焊腳邊的夾角。破壞面上的焊縫厚度稱為有效厚度或計(jì)算厚度，用表示。該截面稱為有效截面。對(duì)于直角角焊縫：393、側(cè)面角焊縫應(yīng)力分布作用力與焊縫平行，焊縫主要承受剪應(yīng)力，兩端大中間小。但在接近塑性工作階段時(shí)，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象趨于緩和。404、正面角焊縫應(yīng)力分布截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力。焊根處存在很嚴(yán)重的應(yīng)力集中。41幾個(gè)重要概念注意！焊腳尺寸hf：焊縫直邊尺寸，設(shè)計(jì)標(biāo)注尺寸有效厚度he：焊縫破壞面尺寸計(jì)算長(zhǎng)度lw：有效受力長(zhǎng)度，為實(shí)際長(zhǎng)度lw′

減起弧、滅弧處長(zhǎng)度。423.3.2角焊縫的構(gòu)造要求原因：避免焊縫區(qū)金屬過熱。要求：焊腳尺寸不宜大于較薄焊件厚度的1.2倍。對(duì)于板件邊緣的焊縫，當(dāng)t

>6mm時(shí)，hf

≤t－(1~2)mm；當(dāng)t≤6mm時(shí)，hf≤t。(圖a、b，t為較薄焊件的厚度)1、最大焊腳尺寸43原因：避免施焊時(shí)冷卻速度過快，導(dǎo)致母材開裂。手工焊：自動(dòng)焊：T形連接單面角焊縫：焊件厚度≤4mm時(shí)：t為較厚焊件的厚度2、最小焊腳尺寸44當(dāng)構(gòu)件厚度相差較大，且等焊腳尺寸不能同時(shí)符合前兩項(xiàng)要求時(shí)，可采用不等焊腳尺寸。與較薄焊件接觸的焊腳邊應(yīng)符合最大焊腳尺寸要求，與較厚焊件接觸的焊腳邊應(yīng)符合最小焊腳尺寸要求。3、不等焊腳尺寸構(gòu)造要求45

焊縫應(yīng)力沿長(zhǎng)度分布不均勻，兩端較中間大，焊縫越長(zhǎng)其差別越大，太長(zhǎng)時(shí)側(cè)縫兩端應(yīng)力可先達(dá)到極限而破壞，中間還未發(fā)揮其承載力。故一般規(guī)定，側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度：4、側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度46

原因：角焊縫的焊腳尺寸大而長(zhǎng)度較小時(shí)，焊件局部加熱嚴(yán)重，起弧、滅弧所引起的缺陷以及可能產(chǎn)生的其它缺陷相距太近，使焊縫不夠可靠。規(guī)定：角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度：5、角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度47

當(dāng)板件端部?jī)H有兩側(cè)面角焊縫連接時(shí)，應(yīng)滿足：6、搭接連接的構(gòu)造要求48

搭接長(zhǎng)度不得小于較小厚度的5倍，也不得小于25mm。493.3.3直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式1、理論公式50其中：2、基本公式51作用力垂直于焊縫時(shí)：作用力平行于焊縫時(shí)：對(duì)承受直接動(dòng)力荷載的焊縫（3.6）（3.8）討論：523.3.4各種受力狀態(tài)下直角角焊縫連接的計(jì)算（1）用蓋板的對(duì)接連接承受軸心力（拉力或壓力）1、承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接計(jì)算53只有正面角焊縫時(shí)只有側(cè)面角焊縫時(shí)54三面圍焊時(shí)端縫側(cè)縫端縫、側(cè)縫受到的作用力分別是多少？55【例3.2】試設(shè)計(jì)用拼接蓋板的對(duì)接連接(圖3.24)。已知鋼板寬B=270mm，厚度t1=28mm，拼接蓋板厚度t2=16mm。該連接承受的靜態(tài)軸心力N=1400kN(設(shè)計(jì)值)，鋼材為Q235B，手工焊，焊條為E43型。56焊腳尺寸hf

：兩面?zhèn)群敢粋?cè)焊縫總長(zhǎng)度：由得一條側(cè)焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度：實(shí)取hf=10mmhfmax=t2-(1～2)=15or14mm57一條側(cè)焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度：蓋板長(zhǎng)度：

，取L=680mm蓋板寬度：根據(jù)強(qiáng)度條件和構(gòu)造要求確定強(qiáng)度條件：設(shè)b=240mm，蓋板不會(huì)發(fā)生受拉破壞。58構(gòu)造條件：b=240mm＜lw=313mm

且b＜16t=16×16=256mm∴滿足構(gòu)造要求故選定拼接蓋板尺寸為680mm×240mm×16mm59三面圍焊

仍取蓋板寬度b=240mm，則正面角焊縫承受的內(nèi)力為:

側(cè)面角焊縫承受的力為N-N′，連接一側(cè)側(cè)面角焊縫總計(jì)算長(zhǎng)度為：

一條側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為：，符合構(gòu)造要求。60

一條側(cè)面角焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度為：則拼接蓋板的長(zhǎng)度為：蓋板的設(shè)計(jì)步驟與兩面?zhèn)群赶嗤?。菱形拼接（略?1（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計(jì)算62【例3.1】試計(jì)算圖示直角角焊縫的強(qiáng)度。已知焊縫承受的靜態(tài)斜向力N＝280kN（設(shè)計(jì)值），θ＝60°，角焊縫的焊腳尺寸hf＝8mm，實(shí)際長(zhǎng)度lw′＝155mm，鋼材為Q235B，手工焊，焊條為E43型。63（3）承受軸心力的角鋼角焊縫計(jì)算

角鋼用側(cè)焊縫連接時(shí)，由于角鋼截面形心到肢背和肢尖的距離不相等，靠近形心的肢背焊縫承受較大的內(nèi)力。桁架腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接64三面圍焊正面角焊縫正好達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的作用力為：對(duì)肢尖取矩，由∑M=0得肢背焊縫上的作用力為：近似取2/3三條焊縫上的作用力分別是多少？肢背焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為：65對(duì)肢背取矩，由∑M=0得肢尖焊縫上的作用力為：近似取1/3肢尖焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為：66只有兩個(gè)未知力N1和N2，可用平衡條件求出。兩面?zhèn)群?7只有兩個(gè)未知力N1和N3，可用平衡條件求出。其中：L形圍焊68總結(jié)：各種情況下焊縫計(jì)算與實(shí)際長(zhǎng)度的關(guān)系側(cè)面角焊縫：正面角焊縫：三面圍焊?jìng)?cè)面角焊縫：兩面?zhèn)群咐@角焊時(shí)側(cè)面角焊縫：側(cè)面角焊縫：L形圍焊未采用繞角焊時(shí)正面角焊縫：采用繞角焊時(shí)正面角焊縫：69【例3.3】試確定圖示承受靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長(zhǎng)度。已知角鋼為2∟125×10，與厚度為8mm的節(jié)點(diǎn)板連接，其搭接長(zhǎng)度為300mm，焊腳尺寸hf＝8mm，鋼材為Q235B，手工焊，焊條為E43型。70解：正面角焊縫所能承受的內(nèi)力N3為：肢背角焊縫所能承受的內(nèi)力N1為：71N與N1、N3存在下列關(guān)系：肢尖焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度為：由上式可得三面圍焊焊縫群的承載力為：肢尖焊縫上的作用力為：72（1）雙面角焊縫連接承受偏心斜拉力N作用2、承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算控制設(shè)計(jì)點(diǎn)？A點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力最大，為設(shè)計(jì)的控制點(diǎn)。73代入下式驗(yàn)算：74

方法1：假設(shè)剪力僅由腹板焊縫承受，而彎矩則由全部焊縫承受。（2）工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣的角焊縫連接控制設(shè)計(jì)點(diǎn)？1275翼緣焊縫最外纖維處1點(diǎn)：翼緣焊縫與腹板焊縫交點(diǎn)處2點(diǎn)：1276

方法2：假設(shè)剪力由腹板焊縫承受，彎矩僅由翼緣焊縫承受。HH將彎矩M化為一對(duì)水平力：77翼緣焊縫中只有正應(yīng)力，計(jì)算公式：腹板焊縫中只有剪應(yīng)力，計(jì)算公式：HH78【例3.5】試驗(yàn)算圖示牛腿與鋼柱連接角焊縫的強(qiáng)度。鋼材為Q235B，焊條為E43型，手工焊。荷載設(shè)計(jì)值為N=365kN，偏心矩e=350mm，翼緣焊角尺寸hf1=8mm，腹板焊腳尺寸hf2=6mm。工字型鋼梁寬度為210mm，腹板厚度為10mm。79

全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩為：

角焊縫形心處所受剪力V、彎矩M為：

方法1:彎矩由全部焊縫共同承受，剪力僅由腹板焊縫承受80

翼緣焊縫中只有正應(yīng)力，最外緣處的正應(yīng)力值為：A點(diǎn)既有正應(yīng)力，也有剪應(yīng)力。正應(yīng)力值為：81腹板焊縫中的剪應(yīng)力由剪力V產(chǎn)生，平均分布：A點(diǎn)的折算應(yīng)力為：所以，該焊縫群符合強(qiáng)度要求。（方法2略）82（3）承受扭矩與剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算83

計(jì)算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，基于如下假定：①被連接件是絕對(duì)剛性的，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而角焊縫本身是彈性的。②角焊縫群上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長(zhǎng)度r成正比。設(shè)計(jì)控制點(diǎn)？A點(diǎn)（或A′）距離形心最遠(yuǎn)，由扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力最大，為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)。8485【例3.7】圖示鋼板長(zhǎng)度l1=400mm，搭接長(zhǎng)度l2=300mm，荷載設(shè)計(jì)值F=217kN，偏心距e1=300mm（至柱邊緣的距離），鋼材為Q235B，手工焊，焊條E43型。確定該焊縫的焊腳尺寸并驗(yàn)算該焊縫的強(qiáng)度。l1x0e2e1l286

解：（1）確定焊縫的計(jì)算尺寸在已知兩鋼板厚度的情況下，根據(jù)構(gòu)造要求，確定焊腳尺寸hf=8mm。焊縫尺寸如圖所示。

焊縫重心距離豎直焊縫中心線的距離：（2）求極慣性矩xoA87極慣性矩：xo88（3）求扭矩l1x0e2e1l2A點(diǎn)與O點(diǎn)的距離：xo89扭矩T在A點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力為：xo（3）求應(yīng)力90剪力V在A點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力為：xo91代入角焊縫強(qiáng)度公式:∴該焊縫群符合安全要求。xo

書上本題的做法未考慮焊縫厚度。923.3.5直角角焊縫計(jì)算總結(jié)1、驗(yàn)算型題目

（1）問題特點(diǎn)：已知焊縫尺寸和荷載情況，要求驗(yàn)算焊縫是否滿足設(shè)計(jì)要求。（2）求解方法：①驗(yàn)算焊縫是否滿足構(gòu)造條件；②將荷載向焊縫形心簡(jiǎn)化，分析焊縫的應(yīng)力分布情況，判斷危險(xiǎn)點(diǎn)(即應(yīng)力最大點(diǎn))；③求出各單項(xiàng)荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力，再迭加求出σf

、τf，檢驗(yàn)是否滿足強(qiáng)度要求。932、設(shè)計(jì)型題目

（1）特點(diǎn)：已知荷載情況和連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造情況，要求完成連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。（2）求解方法：①確定連接方式和焊縫布置方式。②確定焊縫受力特征、應(yīng)力分布情況，判斷可能的危險(xiǎn)點(diǎn)位置。③依據(jù)構(gòu)造條件初選hf，根據(jù)“應(yīng)力≤強(qiáng)度”的要求，求焊縫長(zhǎng)度lw?；蛘吒鶕?jù)問題已定出的焊縫長(zhǎng)度，求hf。94④驗(yàn)算所用lw或hf是否滿足構(gòu)造條件。若不滿足，重選hf或lw,重復(fù)上述過程直至滿足。⑤根據(jù)求出的lw或hf．確定實(shí)際采用的lw′或hf值。

（1）要考慮起滅弧的影響，lw和lw′的關(guān)系；（2）hf應(yīng)取為1mm的倍數(shù)，lw′盡量取為10mm的倍數(shù)。3、注意事項(xiàng)95斜角角焊縫一般用于腹板傾斜的T形接頭，采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。3.3.6斜角角焊縫的計(jì)算96

根部間隙（b、b1或b2）不大于1.5mm時(shí)：

根部間隙（b、b1或b2）大于1.5mm時(shí)：斜角角焊縫與直角角焊縫計(jì)算的不同點(diǎn)：1、斜角角焊縫不論其有效截面上的應(yīng)力情況如何，不考慮焊縫的方向，一律取βf=1.0。2、有效厚度的算法不同。

3.4對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算983.4.1對(duì)接焊縫的構(gòu)造1、坡口形式對(duì)接焊縫的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊縫。坡口形式與焊件厚度有關(guān)。992、切斜坡在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差4mm以上時(shí)，應(yīng)做成坡度不大于1:2.5的斜角(動(dòng)力荷載時(shí)不大于1:4)。1003、引弧板和引出板為避免引弧和滅弧時(shí)的缺陷，在焊接時(shí)一般應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板，焊后再將其割除。無引弧板和引出板時(shí)，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減去2t（較薄焊件的厚度）。101

對(duì)接焊縫強(qiáng)度的特點(diǎn)如果焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強(qiáng)度一般是高于母材的。受壓、受剪：可認(rèn)為焊縫強(qiáng)度與母材相等。受拉：一、二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材相等。三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫抗拉強(qiáng)度比母材低。3.4.2對(duì)接焊縫的計(jì)算1、焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算

對(duì)接焊縫應(yīng)力的特點(diǎn)由于對(duì)接焊縫是焊件截面的組成部分，焊縫中的應(yīng)力分布基本上與焊件原來的情況相同。102軸心受拉、壓時(shí)的應(yīng)力：t：在對(duì)接接頭中為連接件的較小厚度；在T形接頭中為腹板厚度。（有引弧板）（無引弧板）（1）軸心受拉、壓的垂直對(duì)接焊縫103對(duì)于梁柱節(jié)點(diǎn)處的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪力均勻分布，其計(jì)算公式為：（2）受剪的對(duì)接焊縫104①矩形截面（3）彎剪共同作用的對(duì)接焊縫正應(yīng)力與剪應(yīng)力最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件：Sw：計(jì)算點(diǎn)所在截面處以外的面積對(duì)中和軸的面積矩。1051.1：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。

應(yīng)驗(yàn)算以下內(nèi)容：

a.b.c.腹板與翼緣交接點(diǎn)1的折算應(yīng)力：②工字形截面123106【例3.10】計(jì)算工字形截面牛腿與鋼柱連結(jié)的對(duì)接焊縫強(qiáng)度。F=550kN(設(shè)計(jì)值)，偏心矩e=300mm。鋼材為Q235B，焊條為E43型，手工焊。焊縫為三級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。上下翼緣加引弧板和引出板施焊。自學(xué)。107解：應(yīng)分別驗(yàn)算σmax、τmax、1點(diǎn)的折算應(yīng)力。108109自學(xué)。3.4.2對(duì)接焊縫的計(jì)算2、部分焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算

3.5焊接應(yīng)力和焊接變形1113.5.1焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因1、焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因不均勻的熱脹冷縮。2、焊接應(yīng)力的特點(diǎn)

焊接應(yīng)力是一種無荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件內(nèi)部自相平衡。1123、焊接應(yīng)力的分類由焊縫的縱向收縮引起的拉應(yīng)力。這種拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。（1）縱向焊接應(yīng)力（2）橫向焊接應(yīng)力（3）厚度方向的焊接應(yīng)力三向拉應(yīng)力場(chǎng)，將大大降低連接的塑性。1133.5.2減小焊接應(yīng)力和焊接變形的措施1、設(shè)計(jì)上的措施114（1）采取合理的施焊次序2、工藝上的措施115（3）對(duì)于小尺寸焊件，焊前預(yù)熱，或焊后回火加熱至600℃左右，然后緩慢冷卻，可以消除焊接應(yīng)力和焊接變形。（2）采用反變形2、工藝上的措施

3.6螺栓連接的構(gòu)造1173.6.1螺栓的排列對(duì)截面削弱小，連接板尺寸大簡(jiǎn)單整齊，連接板尺寸小，對(duì)截面削弱大1、排列形式并列錯(cuò)列118垂直于受力方向：邊、中距不能過??；平行于受力方向：端距不小于2d0；受壓構(gòu)件：中距不能過大。2、排列要求（1）受力要求邊距及中距不宜過大，以免潮氣侵入。（2）構(gòu)造要求中距不小于3d0，以方便施工時(shí)擰緊螺帽。（3）施工要求119120e最小值參看表3.5a最小值參看表3.7c最小值參看表3.6c最小值參考工字鋼e最小值參考角鋼（4）線距要求1213.6.2螺栓連接的構(gòu)造要求1、每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不宜少與兩個(gè)。2、對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓受拉連接，應(yīng)采取防止螺帽松動(dòng)的有效措施。3、C級(jí)螺栓與孔壁有較大間隙，只宜用于沿桿軸方向受拉的連接和不重要的連接。4、高強(qiáng)螺栓拼接件宜采用鋼板。5、沿桿軸受拉的螺栓連接的端板，應(yīng)適當(dāng)增加其剛度，以減少撬力對(duì)螺栓抗拉承載力的不利影響。

3.7普通螺栓連接的工作性能和計(jì)算1233.7普通螺栓連接的工作性能和計(jì)算受剪螺栓：作用力與螺桿垂直受拉螺栓：作用力與螺桿平行引言124螺栓只承受剪力螺栓只承受拉力螺栓承受拉力和剪力的共同作用1253.7.1普通螺栓的抗剪連接抗剪試驗(yàn)：在剪力作用下測(cè)得a、b兩點(diǎn)之間的相對(duì)位移δ與作用力N的關(guān)系曲線。1、抗剪連接的工作性能（1）螺栓受剪的破壞過程126（a）0~1，摩擦傳力的彈性階段（b）1~2，滑移階段（c）2~3，栓桿直接傳力的彈性階段（d）3~4，彈塑性階段最高點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的荷載即普通螺栓連接的極限荷載螺栓受剪破壞過程經(jīng)歷了如下四個(gè)階段：普通螺栓可忽略127螺栓桿剪斷；孔壁壓壞；板被拉斷；板端被沖剪破壞；螺栓桿彎曲（2）螺栓受剪的破壞形式128圖c“板被拉斷”屬構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算；圖d“板端被沖剪破壞”通過端距大于2d0來保證；圖a和e都屬于螺栓桿的破壞，圖b叫做螺栓承壓破壞?？辜袈菟ㄟB接的計(jì)算只考慮螺栓桿受剪和孔壁承壓（即螺栓承壓）兩種情況。129假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布，則單個(gè)抗剪螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：2、單個(gè)普通螺栓抗剪連接的承載力（1）螺栓桿受剪承載力130為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定螺栓承壓應(yīng)力分布于螺栓直徑平面上，而且均勻分布，則單個(gè)抗剪螺栓連接的承壓承載力設(shè)計(jì)值為：

單個(gè)螺栓的抗剪承載力取螺桿受剪和孔壁承壓這兩個(gè)公式計(jì)算結(jié)果的較小值。（2）孔壁承壓（或螺栓承壓）承載力131t1t2t3t1t2132（1）普通螺栓群軸心受剪3、普通螺栓群抗剪連接計(jì)算133普通螺栓群軸心受剪時(shí)，需要的螺栓數(shù)為：η：長(zhǎng)連接抗剪螺栓的強(qiáng)度折減系數(shù)。（l1/d0≤15

）（15＜l1/d0

≤60）

（l1/d0＞60

）134【例題3.11】設(shè)計(jì)兩塊鋼板用普通螺栓的蓋板拼接。已知軸心拉力的設(shè)計(jì)值N＝325kN，鋼材為Q235A，螺栓直徑d＝20mm（粗制螺栓）。135可轉(zhuǎn)化為軸心力F和扭矩T=Fe的聯(lián)合作用。（2）普通螺栓群偏心受剪136①軸心力F作用下單個(gè)螺栓受到的剪力按下式計(jì)算：137②扭矩T作用下每個(gè)螺栓均受剪，按彈性設(shè)計(jì)法計(jì)算，基于下列假定：a）連接板件為絕對(duì)剛性，螺栓為彈性體；

b）連接板件繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)，各螺栓所受剪力大小與該螺栓至螺栓群形心的距離ri成正比，方向與連線ri垂直。138螺栓群在扭矩T作用下，4個(gè)角上的螺栓受剪力最大：139∴在偏心剪力作用下:140【例題3.12】設(shè)計(jì)下圖所示的普通螺栓連接。柱翼緣厚度為10mm，連接板厚度為8mm，鋼材為Q235B，荷載設(shè)計(jì)值F＝150kN，偏心矩e＝250mm，粗制螺栓M22。141解：該螺栓群受豎向剪力和扭矩的聯(lián)合作用，且右上角螺栓內(nèi)力最大。（1）求螺栓的最大內(nèi)力142143（2）求單個(gè)螺栓的抗剪承載力螺栓直徑為22mm，則單個(gè)螺栓的抗剪承載力為：對(duì)于螺栓桿受剪：對(duì)于孔壁承壓：所以，該螺栓群滿足強(qiáng)度要求。144

抗拉螺栓連接在外力作用下，構(gòu)件的接觸面有脫開趨勢(shì)。此時(shí)螺栓受到沿桿軸方向的拉力作用，故抗拉螺栓連接的破壞形式為栓桿被拉斷。3.7.2普通螺栓的抗拉連接不同直徑螺栓的有效截面積查附表8.11、單個(gè)普通螺栓的抗拉承載力145特別說明的兩個(gè)問題：（1）螺栓的有效截面積/有效直徑146受拉時(shí)，連接板脫開，形成杠桿作用，螺栓有被撬開的趨勢(shì)。（2）螺栓垂直連接件的剛度對(duì)螺栓抗拉承載力的影響147

解決方法：

1、取

2、增加連接板厚度或設(shè)加勁肋。1482、普通普通群軸心受拉每個(gè)螺栓受到的拉力為均勻分布。149豎向剪力：由承托板承受。彎矩：彈性設(shè)計(jì)法，螺栓受拉，部分端板受壓。假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)中和軸在最下排螺栓處，螺栓拉力與縱坐標(biāo)y成正比。3、普通螺栓群彎矩受拉150每個(gè)螺栓的內(nèi)力：最上排螺栓最危險(xiǎn)，其內(nèi)力應(yīng)滿足：151【例題3.13】牛腿與柱用C級(jí)普通螺栓和承托連接，如右圖，承受豎向荷載（設(shè)計(jì)值）F＝220kN，偏心矩e＝200mm。試設(shè)計(jì)其螺栓連接。已知構(gòu)件和螺栓均用Q235鋼材，螺栓M20，孔徑21.5mm。152

解：（1）分析受力情況，布置螺栓根據(jù)構(gòu)造要求，初步確定螺栓布置如右圖所示。豎向剪力V=220kN由承托板承受，彎矩由螺栓（受拉）和部分端板（受壓）承受。153

最上排螺栓承受的拉力最大，其值為：

單個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值為：所以，該螺栓群滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）計(jì)算內(nèi)力

（3）驗(yàn)算承載力1544、普通螺栓群偏心受拉

根據(jù)偏心距的大小，可分為大偏心受拉與小偏心受拉兩種情況。155NeV破壞形式螺桿破壞（剪拉）孔壁承壓破壞注：此類連接因無支托板，一般應(yīng)考慮采用精制螺栓，以減少連接變形。3.7.3普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用156011螺桿剪拉破壞孔壁承壓破壞

3.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計(jì)算1583.8高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計(jì)算3.8.1高強(qiáng)螺栓的工作原理1、關(guān)于高強(qiáng)度螺栓

（1）由高強(qiáng)鋼材制成。（2）按傳剪力方式，分為摩擦型和承壓型?？讖奖葪U徑大。（3）性能等級(jí)有8.8級(jí)和10.9級(jí)。（4）按施工方法分大六角頭型和扭剪型。159依靠被連接件之間的摩擦阻力傳遞內(nèi)力，極限狀態(tài)為圖中的1點(diǎn)。安裝螺栓時(shí)需對(duì)螺栓施加非常大的預(yù)拉力，以使板件之間產(chǎn)生法向的壓緊力。2、摩擦型連接的工作原理160安裝螺栓時(shí)仍然有非常大的預(yù)拉力，但摩擦力只起延緩滑動(dòng)的作用，承壓型連接以滑動(dòng)后連接達(dá)到破壞的極限狀態(tài)作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，極限狀態(tài)為圖中的4點(diǎn)。3、承壓型連接的工作原理1613.8.2影響高強(qiáng)螺栓承載力的幾個(gè)重要因素螺栓預(yù)拉力越大，被連接板件之間