《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：鋼結(jié)構(gòu)的連接》課件

鋼結(jié)構(gòu)的連接

鋼結(jié)構(gòu)的連接是鋼結(jié)構(gòu)的重要組成部分，鋼結(jié)構(gòu)的建造（制作和安裝）工作量大部分都在連接上。連接設(shè)計(jì)的合理與否，關(guān)系到結(jié)構(gòu)的使用性能、施工難易和造價(jià)等諸多方面。

§4-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及其應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)連接原則：安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便、節(jié)約鋼材連接方法焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接、輕型鋼結(jié)構(gòu)用的緊固件連接a-焊縫連接；b-鉚釘連接；c-螺栓連接;d-緊固件連接

§4-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及其應(yīng)用各種連接方法對(duì)比§4-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及其應(yīng)用電弧發(fā)熱—局部溶化—冷卻凝結(jié)———形成焊縫優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面；制作加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大

缺點(diǎn)：在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問(wèn)題較為突出一、焊縫連接§4-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及其應(yīng)用二、鉚釘連接

構(gòu)造復(fù)雜，費(fèi)鋼費(fèi)工，現(xiàn)已很少采用；鉚釘連接的塑性和韌性較好，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。三、螺栓連接

1、普通螺栓連接A級(jí)、B級(jí)螺栓材料性能為8.8級(jí)

表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度下限值為800N/mm2

屈強(qiáng)比為0.8C級(jí)螺栓材料性能為4.6級(jí)或4.8級(jí)

表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度下限值為400N/mm2

屈強(qiáng)比為0.6或0.8§4-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及其應(yīng)用類(lèi)別加工精度抗剪性能成本使用范圍精制(A、B)級(jí)高，栓徑與孔徑之差為0.5～0.8mm，I類(lèi)孔高高1）構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)；2）連接點(diǎn)僅用一個(gè)螺栓或有模具套鉆的多個(gè)螺栓連接的可調(diào)節(jié)桿件（柔性桿）粗制(C級(jí))較低，栓徑與孔徑之差為1～1.5mm,Ⅱ類(lèi)孔較低低1）抗拉連接；

2）靜力荷載下抗剪連接；3）加防松措施后受風(fēng)振作用抗剪；4）可拆卸連接；5）安裝螺栓；6）與抗剪支托配合抗拉剪聯(lián)合作用普通螺栓對(duì)比分析§4-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及其應(yīng)用分類(lèi)：按傳力機(jī)理分摩擦型高強(qiáng)螺栓、承壓型高強(qiáng)螺栓

兩種螺栓構(gòu)造、安裝基本相同

摩擦型高強(qiáng)螺栓：只依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過(guò)接觸面摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則螺桿與螺孔之差1.5～2.0mm，變形小，承載力低，耐疲勞、抗動(dòng)力荷載性能好承壓型高強(qiáng)螺栓：允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則摩擦型高強(qiáng)螺栓的連接較承壓型高強(qiáng)螺栓的。而承壓型高強(qiáng)螺栓連接承載力高，但抗剪變形大，所以一般僅用于承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的連接

材料：一般采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的45號(hào)鋼、40B鋼，合金鋼中的20MnTiB鋼等，性能等級(jí)可達(dá)8.8級(jí)和10.9級(jí)

2、高強(qiáng)度螺栓連接§4-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及其應(yīng)用兩類(lèi)高強(qiáng)螺栓對(duì)比：摩擦型高強(qiáng)螺栓：螺桿與螺孔之差1.5～2.0mm剪切變形小，彈性性能號(hào)，施工較簡(jiǎn)單，可拆卸，耐疲勞、抗動(dòng)力荷載性能好，承載力較承壓型低特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)承壓型高強(qiáng)螺栓：螺桿與螺孔之差1.0～1.5mm承載力高，連接緊湊，但抗剪變形大一般僅用于承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的連接（與普通螺栓類(lèi)似）

§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)一、常用焊接方法鋼結(jié)構(gòu)中通常采用電弧焊

電弧焊又分為手工電弧焊、埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）以及氣體保護(hù)焊等§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)1、手工電弧焊

手工電弧焊示意圖§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)優(yōu)缺點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適用于任意空間，工位復(fù)雜，形狀復(fù)雜的焊縫焊接，特別適用于焊接短焊縫全手動(dòng)，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量和焊工的精神狀態(tài)與技術(shù)水平有很大關(guān)系焊條與焊劑：短焊條(350－400mm)：Q235—E43型；Q345—E50型；Q390與Q420—E55焊劑：附于焊條之藥皮，保護(hù)電弧和溶化金屬§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)2、埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）

埋弧焊示意圖§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)特點(diǎn)：焊絲不涂藥皮，施焊端靠由焊劑漏頭自動(dòng)流下的顆粒狀焊劑所覆蓋電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接生產(chǎn)率高，工藝條件穩(wěn)定，焊縫化學(xué)成分均勻，焊縫的質(zhì)量好，質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)，焊件變形小，減小了熱影響區(qū)的范圍裝配精度（如間隙）要求比手工焊高

§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)3、氣體保護(hù)焊利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)，保證了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性速度快，焊縫強(qiáng)度高于手工電弧焊，塑性、抗腐蝕性好

§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)二、焊縫連接形式及焊縫形式1、焊縫連接形式§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)2、焊縫形式按受力方向分：對(duì)接焊縫：正對(duì)接焊縫、斜對(duì)接焊縫角焊縫：正面角焊縫、側(cè)面角焊縫、斜焊縫§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)2、焊縫形式按長(zhǎng)度方向的布置分：連續(xù)角焊縫：受力性能較好，主要的角焊縫形式間斷角焊縫：容易引起應(yīng)力集中只能用于一些次要構(gòu)件的連接或受力很小的連接中連續(xù)角焊縫間斷角焊縫§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)2、焊縫形式按施縫位置分：

平焊橫焊立焊仰焊§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)三、焊縫符號(hào)及標(biāo)注方法焊縫代號(hào)由引出線、圖形符號(hào)、輔助符號(hào)三部分組成§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)四、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量等級(jí)1、焊縫缺陷焊縫缺陷：焊接過(guò)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(jiàn)缺陷：§4-2焊接方法、焊縫形式和質(zhì)量等級(jí)四、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量等級(jí)2、焊縫質(zhì)量等級(jí)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方法分：外觀檢查、超聲波探傷檢驗(yàn)、X射線檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量分三級(jí):一級(jí)焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗(yàn)都合格；二級(jí)焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級(jí)焊縫需外觀檢查合格；

本章學(xué)習(xí)思考1、掌握結(jié)構(gòu)的兩類(lèi)極限狀態(tài)的含義；2、理解繼續(xù)按狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式；3、了解鋼結(jié)構(gòu)的疲勞概念。

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造對(duì)接焊縫（butt

welds）的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊縫（groove

welds）

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造直邊縫：適合板厚t

10mm單邊V形：適合板厚t＝10～20mm雙邊V形：適合板厚t＝10～20mmU形：適合板厚t>20mmK形：適合板厚t>20mmX形：適合板厚t>20mm

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算變厚度板對(duì)接，在板的一面或兩面切成坡度不大于1：2.5的斜面，避免應(yīng)力集中

變寬度板對(duì)接，在板的一側(cè)或兩側(cè)切成坡度不大于1：2.5的斜邊，避免應(yīng)力集中

起落弧處易有焊接缺陷，用引弧板，采用引弧板施工復(fù)雜，除承受動(dòng)力荷載外，一般不用，計(jì)算每條焊縫長(zhǎng)度應(yīng)則減去2t（t為較薄焊件厚度）

一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、對(duì)接焊縫的計(jì)算（一）焊透對(duì)接焊縫的計(jì)算影響對(duì)接焊縫強(qiáng)度的因素：所用鋼材的牌號(hào)、焊條型號(hào)、焊縫質(zhì)量等級(jí)對(duì)接焊縫強(qiáng)度：受壓、受剪強(qiáng)度與母材強(qiáng)度相等一、二級(jí)焊縫抗拉強(qiáng)度與母材相等三級(jí)焊縫抗拉強(qiáng)度大約為母材強(qiáng)度的85％

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算（一）焊透對(duì)接焊縫的計(jì)算1、軸心受力作用時(shí)對(duì)接焊縫的計(jì)算

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算對(duì)接焊縫承受垂直于焊縫的軸心力作用時(shí)，計(jì)算公式如下：1、軸心受力作用時(shí)對(duì)接焊縫的計(jì)算4.1式中N——軸心拉力或軸心壓力；

——焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，當(dāng)未采用引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；

——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按教材P59表4.2選用。

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算斜對(duì)接焊縫的計(jì)算：當(dāng)斜焊縫傾角θ≤56°，即tgθ≤1.5時(shí)，其強(qiáng)度不低于母材，不用計(jì)算

思考：為什么？

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算例1試驗(yàn)算圖示鋼板的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度。圖中a=540mm,t=22mm，軸心力的設(shè)計(jì)值為N=2500kN。鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型，三級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的焊縫，施焊時(shí)加引弧板

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2、彎矩和剪力作用時(shí)對(duì)接焊縫的計(jì)算

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2、彎矩和剪力作用時(shí)對(duì)接焊縫的計(jì)算(1)矩形截面：如上圖a，焊縫中的最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：4.2式中——焊縫截面模量，對(duì)矩形截面；

——焊縫計(jì)算截面剪應(yīng)力處以上部分對(duì)中和軸的面積矩；

——焊縫截面慣性矩；

——板厚；

——對(duì)接焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按教材P59表4.2選用。4.3

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2、彎矩和剪力作用時(shí)對(duì)接焊縫的計(jì)算(1)工字形截面：如上圖a，不僅需分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力（式4.2、4.3），對(duì)腹板與翼緣的交接點(diǎn)處同時(shí)受有較大正應(yīng)力和較大剪應(yīng)力處，還驗(yàn)算該處折算應(yīng)力：式中——腹板對(duì)接焊縫“1”點(diǎn)處的正應(yīng)力，；

——腹板對(duì)接焊縫“1”點(diǎn)處的剪應(yīng)力

；

——受拉翼緣對(duì)中和軸的面積矩；

——腹板厚度；

1.1——考慮最大折算應(yīng)力只在焊縫的局部產(chǎn)生，因而將焊縫強(qiáng)度提高的系數(shù)。4.4

§4-3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算例2、教材P61例4.12、彎矩和剪力作用時(shí)對(duì)接焊縫的計(jì)算(1)工字形截面：（二）未焊透對(duì)接焊縫的計(jì)算未焊透的對(duì)接焊縫計(jì)算同角焊縫的計(jì)算（如下文)

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、角焊縫的形式和強(qiáng)度焊縫有效厚度he=0.7hf為焊縫橫截面的內(nèi)接等腰三角形的最短距，即不考慮熔深和凸度焊縫焊腳尺寸hf角焊縫截面

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算一、角焊縫的形式與構(gòu)造1、角焊縫的形式側(cè)面角焊縫：焊縫長(zhǎng)度方向與受力方向平行正面角焊縫：焊縫長(zhǎng)度方向與受力方向垂直斜焊縫：焊縫長(zhǎng)度方向與受力方向成斜角按角焊縫長(zhǎng)度方向與外力作用方向的關(guān)系分為：

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算按截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫直角角焊縫斜角角焊縫1、角焊縫的形式

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2角焊縫的構(gòu)造190

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算1、角焊縫應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度側(cè)面角焊縫：焊縫長(zhǎng)度方向與受力方向平行，主要承受剪應(yīng)力，其特點(diǎn)為應(yīng)力分布簡(jiǎn)單些，但分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間小。彈模低強(qiáng)度低，但塑性較好正面角焊縫：焊縫垂直于受力方向，其特點(diǎn)為受力后應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開(kāi)裂。破壞強(qiáng)度要高一些，但塑性差斜焊縫：受力性能和強(qiáng)度介于兩者之間

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算假定：直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部角焊縫的有效截面為焊縫有效厚度（喉部尺寸）與計(jì)算長(zhǎng)度的乘積也即以45°方向的最小截面角焊縫有效截面上的應(yīng)力2、角焊縫強(qiáng)度條件的基本表達(dá)式

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

根據(jù)上圖應(yīng)力分析，在焊縫有效截面上，由Nx引起的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向按有效截面計(jì)算的應(yīng)力σf

為：

σf既非正應(yīng)力，也非剪應(yīng)力，故將σf

分解為垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力和垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力：式4.5式4.6

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

此外，有Ny引起的平行于焊縫長(zhǎng)度方向按有效截面計(jì)算的剪應(yīng)力τ//

為：

在綜合作用下，角焊縫處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，按強(qiáng)度理論的折算應(yīng)力公式，其破壞的強(qiáng)度條件為：式4.7式4.8

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

將式4.5、4.6、4.7代入式4.8，簡(jiǎn)化后可得：式4.9

式4.9是《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的角焊縫基本計(jì)算公式，可用于任何受力狀態(tài)下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算。

σf

——按焊縫有效截面計(jì)算垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；

τf

——按焊縫有效截面計(jì)算沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力；

he

——角焊縫計(jì)算厚度，對(duì)直角角焊縫，he

=0.7hf

，hf

為焊腳尺寸；

lw

——角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，每條角焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減2hf

（每端減hf）；

ffw

——角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

f

——正面角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)：對(duì)承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，f

=1.22，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載

f

=1.0。

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

3、軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算

（1）當(dāng)力的作用方向與焊縫長(zhǎng)度方向垂直時(shí)，相當(dāng)于正面角焊縫，在式4.9中，令τf=0，式4.10

（2）當(dāng)力的作用方向與焊縫長(zhǎng)度方向平行時(shí)，相當(dāng)于側(cè)面角焊縫，在式4.9中，令σf=0，式4.11

（3）當(dāng)力的作用方向與焊縫長(zhǎng)度方向傾斜，或焊縫處于多個(gè)力綜合作用時(shí)，可以采用力的分解與合成的方式進(jìn)行簡(jiǎn)化，用4.9進(jìn)行驗(yàn)算。（板書(shū)說(shuō)明）

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

（4）當(dāng)角鋼采用角焊縫連接時(shí)a－兩面?zhèn)群竍－三面圍焊c－L形圍焊

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（轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊）

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

①當(dāng)采用兩邊側(cè)焊時(shí)，（圖a）式4.12式4.13K1、

K2——角鋼肢背和肢尖焊縫內(nèi)力分配系數(shù)；（見(jiàn)下表）N1

、N2

——分別為角鋼肢背和肢尖傳遞的內(nèi)力；e——角鋼形心距附表（見(jiàn)8、9）。

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

設(shè)計(jì)時(shí)也可近似取K1＝2/3，K2=1/3角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

②當(dāng)采用三面?zhèn)群笗r(shí)，（圖b）式4.14

先假定正面角焊縫的焊腳尺寸hf3，正面角焊縫所分擔(dān)的軸心力N3

式4.15式4.16

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

③當(dāng)采用L型圍焊時(shí)（圖C），在式4.16中，令N2=0，可得：式4.17式4.18

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

式4.19式4.20

按上述方法求出焊縫分擔(dān)的內(nèi)力后，假定角鋼肢背和肢尖的焊腳尺寸hf1和hf2

（對(duì)三面圍焊宜假定hf1、hf2、hf3相等），按下式計(jì)算焊縫計(jì)算長(zhǎng)度：

對(duì)L型圍焊，可按下式4.21求出hf3

，然后使得hf1=hf3

，再由式4.19求出lw1.式4.21

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

例3

試設(shè)計(jì)用拼接蓋板的對(duì)接連接。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Q235-B，手工焊，焊條為E43型。

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

解：角焊縫的焊腳尺寸hf應(yīng)根據(jù)板件厚度按構(gòu)造要求確定：

由于此處的焊縫在板件邊緣施焊，且拼接蓋板厚度t2=16mm＞6mm，t2＜t1，則：

取hf＝10mm，查表可得角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：ffw＝160N/mm2

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

(1)采用兩面?zhèn)群笗r(shí)：連接一側(cè)四條焊縫總長(zhǎng)度，按式（3.8）有：一條側(cè)焊縫實(shí)際長(zhǎng)度：

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

(2)采用菱形拼接蓋板時(shí)：

設(shè)計(jì)時(shí)，一般先假定拼接蓋板的尺寸再進(jìn)行驗(yàn)算。拼接蓋板尺寸如圖所示，則各部分焊縫的承載力分別為：

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

例4試確定圖中所示承受靜態(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Q235-B，手工焊，焊條為E43型。

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

解：焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw＝160N/mm2。查表可得K1＝0.70，K2＝0.30；正面角焊縫長(zhǎng)度等于相連角鋼肢的寬度，即：lw3＝b＝125mm，則正面角焊縫所能承受的內(nèi)力N3為：由式4.15知：

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

由式4.16計(jì)算肢尖焊縫承受的內(nèi)力N2為：

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

例5教材P69例4.2例6教材P70例4.3

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

4、彎矩、剪力和軸心力共同作用時(shí)T型接頭的角焊縫計(jì)算

如上圖所示，一T型角焊縫連接接頭在彎矩M、剪力V和軸向力N（對(duì)于單一通過(guò)焊縫形心的斜向力可分解為此三個(gè)等效力）共同作用下，圖中焊縫端點(diǎn)A為危險(xiǎn)點(diǎn)，在M和N產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為：AA

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

式4.21

由V產(chǎn)生的平行于焊縫長(zhǎng)度方向均勻分布的應(yīng)力為：式4.23

——角焊縫有效截面的截面模量和截面面積。式4.22

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

根據(jù)式4.9，A點(diǎn)焊縫在M、N、V共同作用下應(yīng)滿足：式4.24

若僅有M、V共同作用，則在上式中設(shè)σf

N

=0，式4.25

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

例7教材P72例4.4

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

對(duì)工字形梁角焊縫焊接接頭的幾點(diǎn)說(shuō)明：為焊縫分布較合理，宜在每個(gè)翼緣的上下兩側(cè)均勻布置焊縫假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，彎矩則由全部焊縫承受彎曲應(yīng)力沿梁高度呈三角形分布，最大應(yīng)力發(fā)生在翼緣焊縫的最外纖維1處翼緣焊縫只承受垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的彎曲應(yīng)力，翼緣焊縫最外纖維處的應(yīng)力滿足角焊縫的強(qiáng)度條件式4.26

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

工字形梁角焊縫焊接接頭計(jì)算方法一：腹板焊縫承受彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的聯(lián)合作用：彎曲應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且沿梁高度呈三角形分布剪應(yīng)力平行于焊縫長(zhǎng)度方向且沿焊縫截面均勻分布設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為翼緣焊縫與腹板焊縫2的交點(diǎn)處計(jì)算例題：同上教材例4.4

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

工字形梁角焊縫焊接接頭計(jì)算方法二：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(duì)水平力H=M/h1

腹板焊縫2的端點(diǎn)應(yīng)按下式驗(yàn)算強(qiáng)度：式4.27式4.28各位同學(xué)按此方法計(jì)算教材例4.4

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

5、扭矩、剪力和軸心力共同作用時(shí)搭接接頭的角焊縫計(jì)算在扭矩T作用下，一般假定：（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。注意：彎、扭的區(qū)別分辨OOθ

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

按照上述假定，圖示A、B點(diǎn)為最危險(xiǎn)點(diǎn)。對(duì)A點(diǎn)，在扭矩T作用下，其應(yīng)力為：式4.29式4.30

將分解為垂直于水平焊縫長(zhǎng)度方向的分力和平行于水平焊縫長(zhǎng)度方向的分力：式4.31

式中：IP——焊縫有效計(jì)算截面對(duì)形心的極慣性矩，IP=Ix+Iy，Ix、Iy為焊縫有效計(jì)算截面x軸和y軸的慣性矩；

rx、ry——焊縫角點(diǎn)到焊縫形心的坐標(biāo)距離

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

在剪力V作用下產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向均勻分布的應(yīng)力為：式4.32式4.33在軸心力N作用下產(chǎn)生的平行于焊縫長(zhǎng)度方向均勻分布的應(yīng)力為：

根據(jù)式4.9，A點(diǎn)焊縫在T、N、V共同作用下應(yīng)滿足：式4.34

§4-4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算二、角焊縫的計(jì)算

例4.8教材P74例4.5

§4-6焊接殘余應(yīng)力與殘余變形一、焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的成因

焊接殘余應(yīng)力簡(jiǎn)稱焊接應(yīng)力：焊接后冷卻時(shí)，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應(yīng)力

焊接應(yīng)力是由于兩塊鋼板上施焊時(shí)，產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫附近溫度高達(dá)1600

C，其鄰近區(qū)域溫度較低，且冷卻很快。冷卻時(shí)鋼材收縮，冷卻慢的區(qū)域收縮受到限制，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，冷卻快的區(qū)域受到壓應(yīng)力。焊接應(yīng)力的分類(lèi)：縱向焊接應(yīng)力：沿焊縫長(zhǎng)度方向；橫向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力；沿厚度方向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力

§4-6焊接殘余應(yīng)力與殘余變形

焊接變形是由于焊接過(guò)程中焊區(qū)的收縮變形引起的，表現(xiàn)在構(gòu)件局部的鼓起、歪曲、彎曲或扭曲等。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。如圖：

§4-6焊接殘余應(yīng)力與殘余變形二、焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的影響

對(duì)常溫下承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度沒(méi)有影響，但剛度降低；由于焊接應(yīng)力使焊縫處于三向應(yīng)力狀態(tài)，阻礙了塑性變形，裂紋易發(fā)生和發(fā)展；降低疲勞強(qiáng)度；降低壓桿的穩(wěn)定性（易產(chǎn)生初偏心、初彎矩）；使構(gòu)件提前進(jìn)入彈塑性工作階段；

§4-6焊接殘余應(yīng)力與殘余變形二、減少焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的方法

1、設(shè)計(jì)措施合理安排焊接位置焊縫尺寸要適當(dāng)焊縫數(shù)量宜少，且不宜過(guò)分集中應(yīng)盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉采用適當(dāng)?shù)暮附映绦颍绶侄魏浮⒎謱雍?；盡可能采用對(duì)稱焊縫，使其變形相反而抵消；施焊前使結(jié)構(gòu)有一個(gè)和焊接變形相反的預(yù)變形；對(duì)于小構(gòu)件焊前預(yù)熱、焊后回火，然后慢慢冷卻，以消除焊接應(yīng)力；

2、工藝措施P83圖4.42圖4.43P83圖4.41

§4-8螺栓連接的構(gòu)造與緊固一、螺栓的形式和規(guī)格螺栓形式（了解）規(guī)格：M16、M20、M22、M24、M27、M30（M22、M27不常用）二、螺栓及孔的圖例教材P84表4.5

§4-8螺栓連接的構(gòu)造與緊固三、螺栓的排列排列原則：簡(jiǎn)單緊湊、整齊劃一、便于安裝排列方式：錯(cuò)列、并列排列要求：受力要求：端距過(guò)小，易發(fā)生剪斷或撕裂。受拉構(gòu)件，中距太小，沿折線或直線破壞。受壓構(gòu)件，栓距過(guò)大，鼓曲或張口。構(gòu)造要求：防止鋼板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中矩最大值。施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不同要求）

。螺栓排列容許距離參見(jiàn)P85-86表4.6-4.9

§4-8螺栓連接的構(gòu)造與緊固四、螺栓的緊固方法和預(yù)拉力的控制普通螺栓：普通扳手緊固高強(qiáng)度螺栓：特殊緊固方式，需提供緊固預(yù)拉力P

緊固方式：扭矩法、轉(zhuǎn)角法、扭斷螺栓尾部法原理：利用螺栓材料轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)角（外力）的正比關(guān)系對(duì)螺栓施加一定的外力二達(dá)到螺栓所需的預(yù)拉力P。過(guò)程：初擰（普通擰緊）——終擰

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算一、受剪螺栓連接1、受力性能剪力螺栓受力后，當(dāng)外力不大時(shí)，由構(gòu)件間的摩擦力來(lái)傳遞外力。當(dāng)外力增大超過(guò)極限摩擦力后，構(gòu)件間相對(duì)滑移，螺桿開(kāi)始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。當(dāng)連接處于彈性階段，螺栓群中的各螺栓受力不等，兩端大，中間小；當(dāng)外力繼續(xù)增大，達(dá)到塑性階段時(shí)，各螺栓承擔(dān)的荷載逐漸接近，最后趨于相等直到破壞。受剪螺栓連接是靠栓桿受剪和孔壁承壓傳力

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算一、受剪螺栓連接2、破壞形式1）螺栓栓桿剪斷：栓桿較細(xì)，鋼板相對(duì)較厚（動(dòng)畫(huà)1）（動(dòng)畫(huà)2）

2）鋼板孔壁擠壓破壞：栓桿較粗，鋼板相對(duì)較?。▌?dòng)畫(huà)）3）鋼板拉斷：鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷（動(dòng)畫(huà)）4）端部鋼板沖剪破壞：鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞（動(dòng)畫(huà)）5）栓桿受彎破壞：螺桿因太長(zhǎng)或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞（動(dòng)畫(huà)）

后兩種破壞分別靠構(gòu)造保證：最小容許距離2d0和螺栓的夾緊長(zhǎng)度為4~6倍（普通螺栓）或5~7倍（高強(qiáng)度螺栓）螺栓直徑；前三種破壞靠計(jì)算保證。

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算一、受剪螺栓連接3、計(jì)算方法（1）單個(gè)螺栓的抗剪承載力1）抗剪承載力設(shè)計(jì)值——假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布，單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：式4.352）承壓承載力設(shè)計(jì)值——假定擠壓力沿栓桿直徑投影面均勻分布，單個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值為：式4.36（解釋公式中各符號(hào)的含義，注意區(qū)別解釋螺栓公稱直徑和有效直徑）單個(gè)受剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值取和中的較小者。

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算一、受剪螺栓連接（2）螺栓群的受剪螺栓連接計(jì)算（按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，每一節(jié)點(diǎn)及接頭一端永久性螺栓數(shù)目不宜少于兩個(gè)，故螺栓連接一般均為螺栓群）1）螺栓群承受軸心力作用①確定螺栓數(shù)目每側(cè)所需螺栓數(shù)目（按螺栓群每個(gè)螺栓平均受力計(jì)算）：式4.37若螺栓群沿受力方向的連接長(zhǎng)度，則：式4.38式中，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，。注意：螺栓偏心受力，需增加螺栓數(shù)目的情況

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算②驗(yàn)算凈截面強(qiáng)度一、受剪螺栓連接式4.39注意：凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算不利截面的選擇，

P90圖4.51例4.9P92例4.7例4.10P93例4.8

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算一、受剪螺栓連接2）螺栓群承受偏心力作用

如上圖所示，將偏心力簡(jiǎn)化為等效作用扭矩T和軸心剪力V。在T作用下，假定：（1）被連接件是絕對(duì)剛性的，而螺栓本身是彈性的；（2）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形心距離ri成正比，其方向與連線ri垂直。

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算一、受剪螺栓連接在扭矩T作用下，根據(jù)上述假定，有：根據(jù)平衡條件，并代入上式，有：所以：

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算一、受剪螺栓連接螺栓“1”離形心o最遠(yuǎn)，其受力最大，將上式分解，有：在軸心剪力V作用下可認(rèn)為每個(gè)螺栓平均受力，即：在扭矩T和軸心剪力V共同作用，螺栓“1”所收合力應(yīng)滿足：式4.40

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算一、受剪螺栓連接當(dāng)螺栓群為帶狀布置時(shí)，上式4.40可簡(jiǎn)化為：式4.41式4.42例4.11P95例4.9

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接1、受力性能和破壞形式受力性能：螺栓沿桿軸方向受拉。

破壞形式：栓桿被拉斷。

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接注：——螺栓螺紋處的有效截面面積和有效直徑。式4.432、計(jì)算方法（1）單個(gè)螺栓的受拉承載力設(shè)計(jì)值——假定拉應(yīng)力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，單個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值為：

——螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。注：我國(guó)規(guī)范將螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值降低20%來(lái)簡(jiǎn)化考慮撬力影響，即:

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接式4.44（2）受拉螺栓群的受拉連接計(jì)算

1）螺栓群受軸心力作用時(shí)受拉螺栓的計(jì)算

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接2）螺栓群受彎矩作用時(shí)受拉螺栓的計(jì)算剪力V通過(guò)承托板傳遞按彈性設(shè)計(jì)法，彎矩作用下，離中和軸越遠(yuǎn)的螺栓所受拉力越大，而壓力則由部分受壓的端板承受，設(shè)中和軸至端板受壓邊緣的距離為c

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接式4.45近似地取中和軸位于最下排螺栓O處（偏安全），即認(rèn)為連接變形為繞O處水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺栓拉力與O點(diǎn)算起的縱坐標(biāo)y成正：

對(duì)高強(qiáng)度螺栓承壓型連接，其強(qiáng)度條件為：強(qiáng)度條件為：式4.46

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接例4.12P98例4.11

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接3）螺栓群受偏心力作用時(shí)受拉螺栓的計(jì)算相當(dāng)于承受軸心拉力N和彎知M=N?e的聯(lián)合作用按彈性設(shè)計(jì)法，根據(jù)偏心距的大小可能出現(xiàn)小偏心受拉和大偏心受拉兩種情況

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接小偏心受拉：軸心拉力N由各螺栓均勻承受彎矩M則引起以螺栓群形心O為中和軸的三角形內(nèi)力分布（上部螺栓受拉，下部螺栓受壓）疊加后，所有螺栓均承受拉力作用計(jì)算公式如下（yi均自O(shè)點(diǎn)算起）：

式4.48式4.47注：式4.48為公式4.47的適用條件，即:按照式4.48判別大小偏心

§4-9普通螺栓連接及高強(qiáng)度螺栓承壓性連接的計(jì)算二、受拉螺栓連接大偏心受拉：偏心距e較大，即e＞ρ＝∑yi/(ny1)

端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)近似取中和軸位于最下排螺栓o‘處