鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 第三章

第三章連接

Chapter3Connections焊縫連接螺栓連接第三章連接Chapter3Connections3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接★用于鋼結(jié)構(gòu)的連接必須滿足以下要求：

安全可靠；傳力明確；構(gòu)造簡單；制造方便；節(jié)約鋼材。第三章連接Chapter3Connections連接的方式焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接a)NNNNc)NNb)螺栓連接鉚釘連接焊接連接第三章連接Chapter3Connections連接的方式焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接螺栓連接鉚釘連接焊接連接第三章連接Chapter3Connections*構(gòu)造簡單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；*用料經(jīng)濟，不削弱截面；*制作加工方便，可實現(xiàn)自動化操作；*連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好。

3.1.1焊縫連接*焊縫附近有熱影響區(qū)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；*焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞、降低壓桿穩(wěn)定的臨界荷載，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化；*焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴展到整體；*低溫冷脆問題較為突出。焊接的特點第三章連接Chapter3Connections3.1.2鉚釘連接鉚釘連接的特點優(yōu)點：塑性韌性好，傳力可靠，質(zhì)量比較容易保證。缺點：構(gòu)造復(fù)雜，技術(shù)要求高削弱截面，費鋼費工；第三章連接Chapter3Connections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(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機械結(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；安裝的臨時固定3.1.3螺栓連接1.普通螺栓連接第三章連接Chapter3Connections1.普通螺栓連接C級螺栓材料的性能等級為4.6或4.8級，4代表螺栓的抗拉強度不低于400kN/mm2，0.6，0.8代表材料的屈強比。直徑與孔徑相差1.5mm～3mm，便于安裝，但螺桿與鋼板孔壁不夠緊密，螺栓不宜受剪。A、B級螺栓（精制螺栓）材料的性能等級為8.8級。其栓桿與栓孔的加工都有嚴格要求，受力性能較C級螺栓為好，但費用較高。第三章連接Chapter3Connections2.高強度螺栓連接

高強度螺栓是高強螺桿和配套螺母的合稱。由45號、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過熱處理加工而成。

45號－8.8級；40B和20MnTiB－10.9級（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓第三章連接Chapter3Connections高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓承壓型連接傳力機理利用預(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+1.5～2.0mm＝螺桿的公稱直徑+1.0～1.5mm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(jié)構(gòu)連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)高強度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較第三章連接Chapter3Connections連接方法優(yōu)點缺點焊接對幾何形體適應(yīng)性強，構(gòu)造簡單，省材省工，易于自動化，工效高。焊接殘余應(yīng)力大且不易控制，焊接變形大。對材質(zhì)要求高，質(zhì)量檢驗工作量大。鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)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(shè)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，對結(jié)構(gòu)削弱少，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好。摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高主要連接方法及優(yōu)缺點第三章連接Chapter3Connections其他連接方法除上述常用連接外，在薄鋼結(jié)構(gòu)中還經(jīng)常采用射釘，自攻螺釘和焊釘?shù)冗B接方式。第三章連接Chapter3Connections1.鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法3.2焊接方法和焊縫連接形式1、鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法：電弧焊，電阻焊，氣焊①電弧焊Ⅰ手工電弧焊Ⅱ埋弧焊Ⅲ氣體保護焊第三章連接Chapter3Connections（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3.1.2手工電弧焊

焊機導(dǎo)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。第三章連接Chapter3ConnectionsA、焊條的選擇：焊條應(yīng)與焊件鋼材（主體金屬）相適應(yīng)。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)B、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(yīng)的焊條。第三章連接Chapter3Connections（2）埋弧焊（自動或半自動）電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件圖3.1.3埋弧自動焊機器優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接質(zhì)量好。缺點：設(shè)備投資大，施工位置受限。焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強度。第三章連接Chapter3Connections（3）氣體保護焊利用焊槍噴出的CO2或其他惰性氣體代替焊劑的電弧溶焊方法。直接依靠保護氣體在電弧周圍形成保護層，以防止有害氣體的侵入。

優(yōu)點：沒有熔渣，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點：施工條件受限制，不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。（4）電阻焊利用電流通過焊件接觸點表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來溶化金屬，再通過壓力使其焊合。適用于板疊厚度不大于12ｍｍ的焊接。

第三章連接Chapter3Connections（5）氣焊和電阻焊電阻焊氣焊第三章連接Chapter3Connections2.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。第三章連接Chapter3Connections（2）焊縫形式：分為對接焊縫和角焊縫。對接焊縫按受力與焊縫方向分：

1）正對接焊縫(a)：作用力方向與焊縫方向正交。2）斜對接焊縫(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度方向垂直。2）側(cè)面角焊縫(c)：作用力方向與焊縫長度方向平行。3）斜焊縫（c）：作用力方向與焊縫方向斜交。圖3.1.5焊縫形式第三章連接Chapter3Connections1）對接焊縫正對接焊縫T型對接焊縫斜對接焊縫2）角焊縫第三章連接Chapter3Connections角焊縫沿長度方向的布置

1）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。

2）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中。平焊、立焊、橫焊和仰焊。焊縫按施工位置分為：圖3.1.6施焊位置a)焊條平焊d)仰焊b)立焊c)橫焊第三章連接Chapter3Connections3.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。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。

第三章連接Chapter3Connections（2）焊縫質(zhì)量檢驗：外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無損檢驗：檢驗內(nèi)部缺陷。（超聲波檢驗、X射線或r射線透照或拍片）《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質(zhì)量標準；一級、二級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，超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時，應(yīng)采用射線探傷檢驗，并應(yīng)符合國家相應(yīng)質(zhì)量標準的要求。第三章連接Chapter3Connections（3）焊縫質(zhì)量等級及選用

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017--2003）中，對焊縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定：1）需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時應(yīng)為一級，受壓時應(yīng)為二級。平行于作用力方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級。2）在不需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應(yīng)不低于二級；受壓時宜為二級。

3）重級工作制和起重量Ｑ＞50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的Ｔ形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，質(zhì)量不應(yīng)低于二級。4）角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，但對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量Q＞50t的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級。第三章連接Chapter3Connections（4）焊縫代號第三章連接Chapter3Connections3.4對接焊縫的構(gòu)造和計算3.4.1對接焊縫的構(gòu)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(guān)。

圖3.2.1對接焊縫的坡口形式a）直邊縫：適合板厚t

10mm

b）單邊V形、c）雙邊V形：適合板厚t＝10～20mmd）U形、e）K形、f）X形：適合板厚t>20mm

第三章連接Chapter3Connections2.對接焊縫的優(yōu)缺點

優(yōu)點：用料經(jīng)濟、傳力均勻、無明顯的應(yīng)力集中，利于承受動力荷載。缺點：需剖口，焊件長度要求精確。

3.對接焊縫的構(gòu)造處理墊板墊板墊板圖3.2.2根部加墊板圖3.2.3對接焊縫的引弧板引弧板第三章連接Chapter3Connections1）為防止熔化金屬流淌必要時可在坡口下加墊板。2）在焊縫的起滅弧處，常會出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時可設(shè)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(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時，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3.2.4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第三章連接Chapter3Connections4.對接焊縫的強度

1）受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等。2）三級檢驗的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85%。3）一、二級檢驗的焊縫的抗拉強度可認為與母材強度相等。第三章連接Chapter3Connections3.4.2對接焊縫的計算1.軸心受力的對接焊縫圖3.2.5直對接焊縫連接（3.2.1）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(shè)計值（P382表1.3）；（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。圖3.2.6斜對接焊縫b（3.2.2）（3.2.3）第三章連接Chapter3Connections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(shè)計強度。規(guī)范規(guī)定，當(dāng)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。第三章連接Chapter3Connections例題1：試驗算下圖所示鋼板的對接焊縫的強度。圖中b=540mm，t=22mm，軸心力的設(shè)計值為N=2150kN。鋼材Q235-B，手工焊，焊條為E43型，三級檢驗標準的焊縫，施焊時加引弧板。第三章連接Chapter3Connections第三章連接Chapter3Connections2.承受彎距和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫焊縫內(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)分別滿足下列強度條件。

（3.2.5）（3.2.4）圖3.2.7a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(yīng)力處以上（或以下）焊縫計算截面對中和軸的面積矩。第三章連接Chapter3Connections對于工字形或T形截面除應(yīng)分別驗算最大正應(yīng)力與最大剪應(yīng)力外，還應(yīng)驗算腹板與翼緣交接處的折算應(yīng)力:（3.2.6）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)，而將強度設(shè)計值適當(dāng)提高系數(shù)。

圖3.2.7b彎矩和剪力聯(lián)合作用下的對接焊縫工字形截面梁在彎曲時，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到充分的利用。第三章連接Chapter3Connections例題2驗算工字形截面牛腿連接焊縫的對接焊縫強度。F=550kN，偏心距e=300mm。鋼材為Q235—B，焊條為E43型，手工焊。焊縫為三級檢驗標準。上、下翼緣加引弧板施焊。Fe第三章連接Chapter3Connections3.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(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生剪應(yīng)力，其計算公式為：（3.2.4*）（3.2.5*）

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(yīng)力，其公式為：

（3.2.6*）式中第三章連接Chapter3Connections

對于梁柱節(jié)點處的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪應(yīng)力均勻分布，其計算公式為：Aw——牛腿處腹板的焊縫計算面積。（3.2.5)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。

1.角焊縫的形式和強度第三章連接Chapter3Connections3.3角焊縫的構(gòu)造和計算3.3.1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3.3.1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(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面通常采用（b）的形式，側(cè)面角焊縫的截面則做成凹面式（c）。第三章連接Chapter3Connections（2）斜角角焊縫兩焊邊的夾角a>90°或a<90°的焊縫。通常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。圖3.3.2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(jié)構(gòu)外,不宜用作受力焊縫。第三章連接Chapter3Connections

（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)力集中嚴重，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開裂。破壞強度要高一些，但塑性差，彈性模量大。

（1）側(cè)面角焊縫：焊縫長度方向與受力方向平行，應(yīng)力分布簡單。主要承受剪應(yīng)力，強度低，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3.3.3角焊縫的應(yīng)力分布第三章連接Chapter3Connections破壞形式第三章連接Chapter3Connections圖3.3.4角焊縫荷載與變形關(guān)系

斜焊縫的受力性能和強度介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。

q為試驗焊縫與試件水平方向的夾角。正面角焊縫的破壞強度比側(cè)面角焊縫高。第三章連接Chapter3Connections2.構(gòu)造要求角焊縫構(gòu)造包括三個方面：焊腳尺寸、焊縫長度和減小焊縫應(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)滿足以下要求:

a)最小焊腳尺寸(hf,min)第三章連接Chapter3Connections自動焊（溫度高而均勻）：手工焊角焊縫：t—較厚焊件的厚度。焊件厚度t≤4mm時：取hfmin=tT形連接單面角焊縫（冷卻快）：第三章連接Chapter3Connectionshfmax≤1.2t

t—較薄焊件的板厚。

b)最大焊腳尺寸(hfmax)

對板件（厚度t）邊緣的角焊縫（貼邊焊）

當(dāng)t≤6mm時，hfmax≤t； 當(dāng)t＞6mm時，hfmax≤t-(1～2)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。對于圓孔或槽孔內(nèi)的角焊縫尺寸不宜大于圓孔直徑或槽孔短徑的1/3。第三章連接Chapter3Connections第三章連接Chapter3Connections（2）角焊縫計算長度角焊縫計算長度（lw）取值lwmin≤lw

≤lwmax

焊腳尺寸的取值hfmin≤hf≤hfmax最小計算長度（lwmin）為了使焊縫能有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗，側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計算長度均不得小于：lwmin≥8hf和40mm考慮到焊縫兩端的缺陷，其實際長度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hflwmax≤60hf

若實際長度超過以上數(shù)值，則超過部分不納入計算長度中。若內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，計算長度不受此限制。

b)側(cè)焊縫最大計算長度（lwmax）第三章連接Chapter3Connections（3）減小角焊縫應(yīng)力集中的措施tblw圖3.3.5側(cè)焊縫引起焊件拱曲為了避免焊縫橫向收縮引起板件的拱曲太大，b≤16t（t>12mm）或200mm（t≤12mm）；a)構(gòu)件端部僅有兩邊側(cè)縫連接時：試驗結(jié)果表明，連接的承載力與b/lw有關(guān)。為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，每條側(cè)縫長度b

/lw≤1；b為兩側(cè)縫之間的距離；lw為焊縫長度；t為較薄焊件的厚度。第三章連接Chapter3Connections

c)直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：正面角焊縫宜為1:1.5，長邊與內(nèi)力方向一致；側(cè)面角焊縫可用直角焊縫為1:1。

b)僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍或25mm。

d)當(dāng)焊縫端部在焊件轉(zhuǎn)角處時，應(yīng)將焊縫延續(xù)繞過轉(zhuǎn)角加焊2hf。避開起落弧發(fā)生在轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。b)2hfa)2hf2hf圖3.3.6繞角焊縫第三章連接Chapter3Connections

e)在次要構(gòu)件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫的長度不得小于10hf或50mm，斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應(yīng)大于15t（對受壓構(gòu)件）或30t（對受拉構(gòu)件），t為較薄焊件的厚度。以防板件局部凸曲鼓起，而對受力不利或潮氣易于侵入而引起銹蝕。圖3.3.7斷續(xù)角焊縫第三章連接Chapter3Connections

焊角尺寸：hfd

c

b

a

dcbahehfhf1）焊縫的破壞面3.3.2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3.3.8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(yīng)力均勻分布。第三章連接Chapter3Connections2）有效截面上的應(yīng)力狀態(tài)圖3.3.9角焊縫有效截面上的應(yīng)力國際標準化組織（ISO）推薦用式（3.3.1）確定角焊縫的極限強度d

a

dacc

he

∥

在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個應(yīng)力：

—正應(yīng)力，與焊縫長度方向（面外垂直）

∥—剪應(yīng)力，與焊縫長度方向（面內(nèi)平行）

—剪應(yīng)力，與焊縫長度方向（面內(nèi)垂直）

上式相當(dāng)于國產(chǎn)Q235鋼提出，其它鋼種公式左邊系數(shù)（1.7～3.0）式中：

fuw

--焊縫金屬的抗拉強度第三章連接Chapter3Connections（3.3.3）ffw——角焊縫強度設(shè)計值我國《規(guī)范》采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項系數(shù)后得角焊縫計算公式為：

出于偏于安全考慮，且與母材的能量強度理論的折算應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會（ECCS），將（3.3.1）的1.8改為3即：ffw由角焊縫抗剪條件確定，所以公式右邊相當(dāng)于角焊縫抗拉強度設(shè)計值。第三章連接Chapter3Connections圖3.3.10直角角焊縫的計算

如圖所示承受互相垂直的Ny、Nx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(yīng)力

f，其在有效截面上引起的應(yīng)力值為：（3.3.4）

f

對于有效截面既不是正應(yīng)力也不是剪應(yīng)力，但可分解為

和

。對直角角焊縫：3）實用計算方法第三章連接Chapter3Connections圖3.3.10直角角焊縫的計算沿焊縫長度方向的力Nx，在有效截面上引起平行于焊縫長度方向的剪應(yīng)力

f。（3.3.5）第三章連接Chapter3Connections則直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計算公式為：（3.3.3）（3.3.6）

f

——正面角焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)。靜載時

f

＝1.22，對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，

f

＝1.0。

第三章連接Chapter3Connections正面角焊縫

f＝0，力N與焊縫長度方向垂直。側(cè)面角焊縫

f＝0，力N與焊縫長度方向平行。（3.3.7）（3.3.8）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。第三章連接Chapter3Connections3.3.3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(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)力可認為是均勻分布的。(1）用蓋板的對接連接A、僅采用側(cè)面角焊縫連接NNlwSlw－連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計算長度的總和第三章連接Chapter3ConnectionsB、采用三面圍焊連接NNlwlw’先計算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力Slw′－連接一側(cè)的正面角焊縫計算長度的總和再計算側(cè)面角焊縫的強度Slw－連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計算長度的總和第三章連接Chapter3Connections(2）承受斜向軸心力的角焊縫NNxNyθ

f

f圖3.3.12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

（3.3.9a）（3.3.9b）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（3.3.6），得焊縫計算公式：→第三章連接Chapter3Connections（3.3.10）取得：令：則斜焊縫的計算公式為：

0°20°30°40°50°60°70°80～90°

f1.001.021.041.081.121.141.201.22將

f（斜焊縫強度增大系數(shù)）作成表格第三章連接Chapter3Connections（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(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。圖3.3.13桁架腹桿節(jié)點板的連接第三章連接Chapter3ConnectionsNN1N2eb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：（3.3.14）（3.3.15）（3.3.16）

在N1、N2作用下，側(cè)縫的計算長度為：（3.3.17）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)第三章連接Chapter3Connections表3.3.1角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K第三章連接Chapter3Connections

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：（3.3.11）（3.3.12）通過平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為:（3.3.13）角鋼角焊縫圍焊的計算NN1N2ebN3lw2lw1在N1、N2作用下，側(cè)焊縫的長度用公式（3.3.16、3.3.17）。第三章連接Chapter3Connectionsc)當(dāng)采用L形圍焊時，令N2＝0，得：L形圍焊角焊縫計算公式為：（3.3.19）若求出得hf3大于hfmax

,則不能采用L形圍焊。（3.3.18）（3.3.20）第三章連接Chapter3Connections例題3.2

試設(shè)計用拼接蓋板的對接連接。已知鋼板寬B＝270mm，厚度t1=28mm，拼接蓋板的厚度t2=16mm。該連接承受的靜態(tài)軸心力N＝1400kN（設(shè)計值），鋼材為Q235B，手工焊，焊條為E43型第三章連接Chapter3Connections[分析]方法一：假定焊腳尺寸----焊縫長度----拼接蓋板尺寸步驟1：假定焊腳尺寸（hf）角焊縫的尺寸是根據(jù)板件的厚度確定的。最大焊腳尺寸：規(guī)范規(guī)定，當(dāng)t>6mm時，hf≦t-(1～2)mm，t為較薄焊件的厚度hfmax=14～15mm取hf=10mm最小焊腳尺寸：規(guī)范規(guī)定，hf≧1.5(t)1/2，t為較厚焊件的厚度hfmin=7.9mm第三章連接Chapter3Connections步驟2：計算焊縫長度（lw）假設(shè)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(cè)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(cè)有4條側(cè)焊縫，一條側(cè)焊縫的實際長度lw′=333mm驗算lwmin≦lw′≦lwmax第三章連接Chapter3Connections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(yīng)該根據(jù)強度條件和構(gòu)造要求確定其寬度。強度條件：假設(shè)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=182.3N/mm2<f=215N/mm2選用拼接蓋板的尺寸為680mm×240mm×16mm構(gòu)造要求：當(dāng)板件端部只有兩條側(cè)面角焊縫連接時，要求b/lw<1。

當(dāng)t>12mm時，b≦16t,t為較薄焊件的厚度第三章連接Chapter3Connections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(yīng)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，拼接蓋板上下兩塊第三章連接Chapter3Connections步驟3：計算各部分焊縫的承載力a)正面角焊縫N1=109.3kNb)側(cè)面角焊縫N2=448.0kNc)斜焊縫N3=854.8kN步驟4：作用力設(shè)計值與承載力比較N=1400kN<N′=N1+N2+N3=1412kN滿足要求第三章連接Chapter3Connections例3.3

設(shè)計如圖所示雙面不等邊角鋼和節(jié)點板間的連接角焊縫。受動力荷載N=575kN。鋼材Q235，手工焊，焊條E43型。N=575kN2160×100×10[分析]目標：設(shè)計焊縫（包括焊腳尺寸、焊縫長度）方法：假定焊腳尺寸----焊縫長度第三章連接Chapter3Connections

步驟1：確定焊縫強度設(shè)計值（ffw）查《規(guī)范》（P382表1.3）得ffw=160N/mm2步驟2：假定焊腳尺寸（hf）角焊縫的尺寸是根據(jù)板件的厚度確定的。最大焊腳尺寸：規(guī)范規(guī)定，當(dāng)t>6mm時，hf≦t-(1～2)mm，t為較薄焊件的厚度hfmax=8～9mm取hf=6mm最小焊腳尺寸：規(guī)范規(guī)定，hf≧1.5(t)1/2，t為較厚焊件的厚度hfmin=5.6mm第三章連接Chapter3Connections步驟3：計算角鋼肢背和肢尖上側(cè)縫分擔(dān)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=201.25kNNk1Nk2Nlw2lw1第三章連接Chapter3Connections步驟4：計算角鋼肢背和肢尖上側(cè)縫長度（lw1,lw2）肢背角焊縫側(cè)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(cè)縫長度lw2′=150mmlw2=lw2′+2hf=162mmlw1=lw1′+2hf=290mm第三章連接Chapter3Connections驗算下圖所示連接的強度(采用三面圍焊)。已知鋼板寬B1=400mm，厚t1=18mm,受軸心力N=1425kN（靜荷載），鋼材Q235B，手工焊，焊條E43型。取hf=8mm。兩塊矩形蓋板寬B2=340mm，厚t2=12mm。NNNN第三章連接Chapter3ConnectionsNθeNxNyMAσNxσMτNyhehet（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(yīng)力：由彎矩M產(chǎn)生的最大應(yīng)力：2.復(fù)雜受力時角焊縫連接計算第三章連接Chapter3ConnectionsA點產(chǎn)生的剪應(yīng)力：A點控制應(yīng)力最大為控制設(shè)計點A點產(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：代入角焊縫實用計算公式（3.3.6）：第三章連接Chapter3Connections（2）V、M共同作用下焊縫強度計算h1σf1σf2τfxxhh222’1h1MeFVM對于1點：式中：Iw—全部焊縫有效截面對中性軸的慣性矩；

h1—兩翼緣焊縫有效截面最外纖維間的距離（3.3.21）假設(shè)：腹板焊縫承受全部剪力，全部焊縫承受彎矩第三章連接Chapter3Connectionsh1σf1σf2τfxxhh222’1h1MeFVM對于2點：強度驗算公式：h2—腹板焊縫的實際長度；lw2—腹板焊縫的計算長度；he2—腹板焊縫截面有效高度。第三章連接Chapter3Connections工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣角焊縫的連接另一種計算方法是使焊縫傳遞應(yīng)力近似與材料所承受應(yīng)力相協(xié)調(diào)，即假設(shè)腹板焊縫只承受剪力，翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，并將彎矩M化為一對水平力H=M/h。腹板焊縫的強度計算式：HH翼緣焊縫的強度計算式：V第三章連接Chapter3Connections（3）三面圍焊受扭矩、剪力聯(lián)合作用時角焊縫的計算圖3.3.19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(shè)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(yīng)力方向垂直于該點與形心的連線，且應(yīng)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(yīng)力均勻分布。第三章連接Chapter3Connectionse2x0l1l2xxyyAA’0TFrxxyyrrxryA0θhe

T

T

f

FA’T作用下A點應(yīng)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。第三章連接Chapter3Connections軸力F產(chǎn)生的應(yīng)力按均勻分布計算，A點應(yīng)力:A點垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力為:

f，

F，平行于焊縫長度方向的應(yīng)力為:

T強度驗算公式：

FxxyyrrxryA0θhe

T

T

f

FA’第三章連接Chapter3Connectionsα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B（1）不考慮應(yīng)力方向，統(tǒng)一取βf=1.0。3.3.4斜角角焊縫和部分對接焊縫的計算1.斜角焊縫的計算計算方法與直角焊縫相同，按公式（3.3.6）至（3.3.8）計算（2）在確定斜角角焊縫的有效厚度時，假定焊縫在其所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞。第三章連接Chapter3Connections（3）規(guī)范規(guī)定：當(dāng)兩焊腳邊夾角60o≤α2<90o，90o<α1≤135o，且根部間隙（b、b1、b2）不大于1.5mm時，取焊縫有效厚度為：

he=hfcos(a/2)（4）當(dāng)根部間隙（b、b1、b2）大于1.5mm時，焊縫有效厚度為：cos(ai/2)（5）任何根部間隙不得大于5mm。第三章連接Chapter3Connections（1）焊縫受力很小甚至不受力，且要求外觀齊平美觀。（2）焊縫受力雖較大，但采用焊透對接焊縫強度又得不到發(fā)揮；如采用角焊縫，焊腳又過大，于是做成用坡口加強的角焊縫。2.部分焊透對接焊縫的計算圖3.3.22部分焊透的對接焊縫截面型式坡口形式有V形（全V形和半V形）、U形和J形三種。在轉(zhuǎn)角處采用半V形和J形坡口時，不宜在板的厚度上開坡口，這樣可避免焊縫收縮的板厚度方向產(chǎn)生裂紋。第三章連接Chapter3Connections例3.4驗算圖中梁與鋼柱間的連接角焊縫的強度。鋼材Q235，手工焊，焊條E43型。荷載設(shè)計值N=400kN（靜力荷載），e=250mm，焊腳尺寸hf=8mm。NVMa)b)c)例題3.4(角焊縫受偏心剪力)第三章連接Chapter3Connections[分析]對于工字梁與鋼柱的角焊縫連接，通常只承受彎矩M和剪力V的作用，荷載情況簡單，但是焊縫采用了周邊圍焊，焊縫截面情況比較復(fù)雜。目的：驗算角焊縫的強度（焊腳尺寸hf已知，焊縫長度lw可以根據(jù)構(gòu)造要求確定）計算時可以采用兩種假設(shè)：A：腹板焊縫承受全部剪力，彎矩由全部焊縫承擔(dān)；B：腹板焊縫承受全部剪力，翼緣焊縫承受全部彎矩。第三章連接Chapter3Connections[計算]步驟2：作用在焊縫形心上力素的計算V=N=400kNM=Ne=10000kN·cm

步驟1：確定焊縫強度設(shè)計值（ffw）查《規(guī)范》（P382表1.3）得ffw=160N/mm2采用假設(shè)A：腹板焊縫承受全部剪力，彎矩由全部焊縫承擔(dān)步驟3：計算焊縫有效截面對中和軸的慣性矩Iw=2*0.7*8*200*(205.6-5.6/2)2+4*0.7*8*95*(170+5.6/2)2+2*0.7*8*3403/12=19235*104mm2第三章連接Chapter3Connections翼緣焊縫的最大正應(yīng)力

sf1=106.9N/mm2<bf*160=195N/mm2

步驟4：計算控制點應(yīng)力控制點有兩點：

a)翼緣焊縫的最外纖維處b)翼緣焊縫與腹板焊縫的交點處

b)腹板焊縫中由彎矩引起的最大正應(yīng)力sf2=88.4N/mm2剪力V在腹板焊縫中產(chǎn)生的平均剪應(yīng)力tf=105.0N/mm2（3.3.6）腹板焊縫的強度為127.6N/mm2<160N/mm2

滿足強度要求第三章連接Chapter3Connections采用假設(shè)B：腹板焊縫承受全部剪力，翼緣焊縫承受全部彎矩HH

步驟3：翼緣焊縫所承受的水平力（翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，可以將彎矩轉(zhuǎn)化為一對水平力）H=M/h=263kN(h值近似取為翼緣中線的距離)翼緣焊縫的強度sf＝120.4N/mm2<195N/mm2腹板焊縫的強度tf＝105.0N/mm2<160N/mm2均滿足要求第三章連接Chapter3Connections例3.5

設(shè)計牛腿板與鋼柱間的連接角焊縫（三面圍焊），并驗算焊縫強度。板邊長度l1=300mm，l2=400mm，偏心力F=196kN，e1=300mm，承受靜力荷載，鋼材Q235，手工焊，焊條為E43型，鋼板厚t=10mm。ye1MFVAoa)e2l1l2xryrxrb)yoxy0.7hf第三章連接Chapter3Connectionsye1MFVAoa)e2l1l2[分析]該三面圍焊共同承受剪力V和扭距T的作用，將偏心力F移至焊縫計算截面的重心就可以求出相應(yīng)的V和T。目的：設(shè)計牛腿板和鋼柱板之間的角焊縫（焊縫長度可以根據(jù)構(gòu)造要求確定）設(shè)計中，l1,l2都緊貼牛腿板一側(cè)（并不在焊縫的中線），這樣焊縫的實際長度要比l1,l2稍大，因此計算長度采用l1,l2,不再扣除水平焊縫的端部缺陷。假設(shè)焊腳尺寸－－驗算角焊縫的強度第三章連接Chapter3Connections[計算]步驟2：焊縫計算截面的重心位置

x0=90mm

步驟1：確定焊縫強度設(shè)計值（ffw）查《規(guī)范》（P382表1.3）得ffw=160N/mm2xyx300400步驟3：焊縫截面的慣性矩

Ix=16.4*107mm4Iy＝5.5*107mm4Ip＝21.9*107mm4第三章連接Chapter3Connections步驟4：作用在焊縫上的力素計算

V=F=196kNe=e1+e2=e1+(l1-x0)=510mmT=Fe=109N-mmrMVxyx300400e2e1NA步驟5：控制點A強度計算

sf=96N/mm2

tT=91N/mm2

sF=35N/mm2

（3.3.6）控制點強度為140.8N/mm2<160N/mm2

滿足強度要求第三章連接Chapter3Connections§3.5焊接殘余應(yīng)力和焊接變形3.5.1焊接殘余應(yīng)力和變形的原因1.焊接殘余應(yīng)力的分類

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

2.焊接殘余應(yīng)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(yīng)力第三章連接Chapter3Connectionsb)高溫鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度低、膨脹小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側(cè)鋼材的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應(yīng)力可以使鋼材達到屈服強度。c)焊接殘余應(yīng)力是無荷載的內(nèi)應(yīng)力，故在焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm第三章連接Chapter3Connections（2）橫向焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因:a)

焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；b)焊接時已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力；應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)。

以上兩種應(yīng)力的組合即為橫向焊接殘余應(yīng)力第三章連接Chapter3Connections(a)焊縫縱向收縮時的變形趨勢-+-(b)焊縫縱向收縮時的橫向應(yīng)力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時的橫向應(yīng)力xy-+-+(d)焊縫橫向殘余應(yīng)力yx-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力第三章連接Chapter3Connections（3）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力a)在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。-+-321σxσyσzb)焊接時沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力。c)因此，除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力

x，

y外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力

z，這三種應(yīng)力形成同號(受拉)三向應(yīng)力，大大降低連接的塑性。第三章連接Chapter3Connections3.焊接殘余變形的產(chǎn)生

在施焊時，由于不均勻的加熱和冷卻，焊區(qū)的縱向和橫向受到熱態(tài)塑性壓縮，使構(gòu)件產(chǎn)生變形。表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。圖3.4.4焊接變形第三章連接Chapter3Connections（1）對結(jié)構(gòu)靜力強度的影響σ+--bfy+--bfyNyNy因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故：當(dāng)板件全截面達到fy，即N=Ny時：結(jié)論：焊接殘余應(yīng)力不會影響結(jié)構(gòu)的靜力強度+--fyσbBt3.5.2焊接應(yīng)力和變形對結(jié)構(gòu)工作性能的影響1.焊接應(yīng)力的影響第三章連接Chapter3Connections（2）對結(jié)構(gòu)剛度的影響當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時，因截面的bt部分拉應(yīng)力已經(jīng)達到fy，故該部分剛度為零（屈服），這時在N作用下應(yīng)變增量為：σ+--bfyNN+--fyσNNbBt△ε1>△ε2當(dāng)截面上沒有焊接殘余應(yīng)力時，在N作用下應(yīng)變增量為：結(jié)論：焊接殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)變形增大，即降低了結(jié)構(gòu)的剛度。第三章連接Chapter3Connections（3）對低溫冷脆的影響（4）對疲勞強度的影響

對于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力，阻礙塑性的發(fā)展，使裂縫容易發(fā)生和發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。所以，降低或消除焊接殘余應(yīng)力是改善結(jié)構(gòu)低溫冷脆性能的重要措施。

在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達到鋼材的屈服強度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感區(qū)域。因此焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的疲勞強度有明顯的不利影響。

對于軸心受壓構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力使其撓曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力。（5）對壓桿穩(wěn)定的影響第三章連接Chapter3Connections焊接應(yīng)力的影響

▲常溫下不影響結(jié)構(gòu)的靜力強度；

▲增大結(jié)構(gòu)的變形，降低結(jié)構(gòu)的剛度；

▲降低疲勞強度；

▲在厚板或交叉焊縫處產(chǎn)生三向應(yīng)力狀態(tài)，阻礙了塑性 變形，在低溫下使裂紋易發(fā)生和發(fā)展；

▲降低壓桿的穩(wěn)定性。2.焊接變形的影響▲焊接變形若超出驗收規(guī)范規(guī)定，需花許多工時去矯正；▲影響構(gòu)件的尺寸和外形美觀，還可能降低結(jié)構(gòu)的承載力，引起事故。第三章連接Chapter3Connections3.4.3減少焊接應(yīng)力和變形的措施（1）采用合理的施焊順序和方向（2）采用反變形法減小焊接變形或焊接應(yīng)力（3）錘擊或碾壓焊縫使焊縫得到延伸（4）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理1.合理的焊縫設(shè)計（1）合理的選擇焊縫的尺寸和形式（2）盡可能減少不必要的焊縫（3）合理的安排焊縫的位置（4）盡量避免焊縫的過分集中和交叉（5）盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力2.合理的工藝措施第三章連接Chapter3Connections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(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機械結(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；安裝的臨時固定§3.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計算第三章連接Chapter3Connections3.6.1螺栓的排列和構(gòu)造要求

螺栓的排列應(yīng)簡單、統(tǒng)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(gòu)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。第三章連接Chapter3Connections(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

；中心距太大<2d端距過小第三章連接Chapter3Connections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（2）構(gòu)造要求

若栓距及線距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。規(guī)范規(guī)定了螺栓的最大容許間距。（3）施工要求

要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動扳手，擰緊螺母。因此規(guī)范規(guī)定了螺栓的最小容許間距。第三章連接Chapter3Connections

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)，并按等距離布置，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(gòu)造連接中采用。第三章連接Chapter3Connections為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩個永久螺栓；2.螺栓的其它構(gòu)造要求直接承受動荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動；C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：

①

承受靜載或間接動載的次要連接；

②

承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；

③

臨時固定構(gòu)件的安裝連接。型鋼構(gòu)件拼接采用高強螺栓連接時，為保證接觸面緊密，應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；第三章連接Chapter3Connections3.7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三章連接Chapter3ConnectionsNδO1234NNabNN/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(guān)系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段3.7.1.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。第三章連接Chapter3ConnectionsNδO1234abNN/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(dǎo)致的板件間摩擦力的增大，N-δ關(guān)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。第三章連接Chapter3Connections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端矩過小時；端矩不應(yīng)小于2dOe)A螺栓桿過長；栓桿長度不應(yīng)大于5d第三章連接Chapter3Connections單栓抗剪承載力：抗剪承載力設(shè)計值：承壓承載力設(shè)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:（3.5.1）（3.5.2）假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應(yīng)于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布第三章連接Chapter3Connections抗剪承載力設(shè)計值：承壓承載力設(shè)計值：（3.5.1）（3.5.2）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(shè)計值；∑t—連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。第三章連接Chapter3ConnectionsN/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(dāng)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(shè)計時假定N由各螺栓平均分擔(dān)。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：(3.5.3)第三章連接Chapter3ConnectionsECCS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(dāng)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(guān)系曲線。連接所需栓數(shù)：(3.5.5)第三章連接Chap