第3章-鋼結(jié)連接構(gòu)-0講解學(xué)習(xí)

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接圖3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法§1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法圖3.22

圖3.1b鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊接：構(gòu)造簡單，節(jié)省材料，操作簡便省工，生產(chǎn)效率高，在鋼結(jié)構(gòu)連接中應(yīng)用較廣。栓接：普通螺栓連接

(Q235鋼)精制螺栓連接：A，B級粗制螺栓連接：C級高強(qiáng)度

螺栓連接摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接：用于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型高強(qiáng)度螺栓連接：用于承受靜力或間接動力的結(jié)構(gòu)。鉚接：傳力可靠，塑性、韌性較好，但制造費(fèi)工費(fèi)料，且勞動強(qiáng)度高，目前已使用極少?！?焊縫的形式、質(zhì)量等級及檢查方法一、焊接的形式1.根據(jù)焊件的接頭位置可分為對接接頭–––對接焊縫角接接頭搭接接頭–––角焊縫T形接頭對接焊縫角焊縫圖3.2焊接接頭及焊縫的形式2.根據(jù)施焊的位置可分為平焊立焊橫焊仰焊(a)(b)(c)(d)(e)圖3.3焊縫的施焊位置二、焊縫的表示方法焊縫符號表3.1hfhf

E50daaaahfhf

hfhf

aaaad角焊縫單面焊縫雙面焊縫安裝焊縫相同焊縫型式標(biāo)注方法對接焊縫塞焊縫三面圍縫E50為對焊條的輔助說明三、焊縫的質(zhì)量等級及檢查1.焊縫的缺陷常見的缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等。圖3.4焊縫缺陷2.焊縫的質(zhì)量等級及檢查依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB502－95)III級：外觀檢查II級：外觀檢查+超聲波I級：外觀檢查+超聲波+

射線質(zhì)量等級增高（1）對接焊縫正對接焊縫（2）角焊縫T型對接焊縫斜對接焊縫3.3對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算3.3.1焊縫的形式3.3對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算3.3.2對接焊縫的構(gòu)造（p49）1常見的坡口型式：I型、V型、U型、X型、單邊V型、K型、單邊U型。2焊件尺寸不同時(shí)的處理方法1）板寬不同時(shí)2）板厚不同時(shí)的處理方法3.3.3對接焊縫的計(jì)算2計(jì)算的基本假設(shè)：2）焊縫中應(yīng)力分布情況基本與焊件原有相同。1）

焊縫視為焊件截面的延續(xù)部分；1對接焊縫分為：焊透和部分焊透（自學(xué)）兩種；部分焊透不能垂直受力承受動載NNt3.3.3.1軸心力作用式中：lw––焊縫的計(jì)算長度，當(dāng)有引弧板時(shí)取

l

無引弧板時(shí)取l-2t

t––焊件中較薄焊件的厚度

；

T形連接中為腹板厚度––對接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。lNNt當(dāng)計(jì)算不滿足時(shí)怎么辦？當(dāng)計(jì)算不滿足時(shí)改為斜對接焊縫NNtBθNsinθNcosθlw另:當(dāng)tanθ≤1.5時(shí),不用驗(yàn)算!NNlwtAt

MM

max

max3.3.3.2彎矩和剪力共同作用時(shí)1.矩形截面1）正應(yīng)力計(jì)算2）剪應(yīng)力計(jì)算式中：Ww–––焊縫截面抵抗矩；–––對接焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。Sw–––焊縫截面計(jì)算剪應(yīng)力處以上部分對中和軸的面積矩；Iw–––焊縫截面慣性矩；2.“I”字形截面除按矩形截面驗(yàn)算

max、

max點(diǎn)外，尚須補(bǔ)充：式中為何引用系數(shù)1.1？考慮折算應(yīng)力只在局部發(fā)生，因而將焊縫強(qiáng)度提高。MV1焊縫截面σmaxτσ1τ1τmax[例1]兩塊鋼板連接，采用對接焊縫。已知F=950kN(設(shè)計(jì)值)，板寬600mm，板厚為8mm，鋼材Q235，焊條E43系列，手工焊，無引弧板。NNlwtA問焊縫承受的最大應(yīng)力是多少？3.4.1角焊縫的構(gòu)造P3.4.1.1角焊縫的形式按焊縫長度與外力作用方向關(guān)系不同可側(cè)面角焊縫正面角焊縫3.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫的形式：側(cè)面角焊縫和正面角焊縫按角焊縫截面形式直角角焊縫斜角角焊縫(a)普通型(b)平坦型hf(c)凹面型（2）斜角角焊縫對于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。

試驗(yàn)表明側(cè)面角焊縫主要承受剪力，強(qiáng)度相對較低，塑性性能較好。因外力通過焊縫時(shí)發(fā)生彎折，故剪應(yīng)力沿焊縫長度分布不均勻，兩端大中間小，lw/hf越大剪應(yīng)力分布越不均勻。剪應(yīng)力τfA.應(yīng)力分析NlwN（1）側(cè)面角焊縫（側(cè)焊縫）B.破壞形式A.

應(yīng)力分析

正面角焊縫受力復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，塑性較差，但強(qiáng)度較高，與側(cè)面角焊縫相比可高出35%--55%以上。（2）正面角焊縫B.正面角焊縫的破壞形式二、角焊縫的構(gòu)造

1、最大焊腳尺寸hf,max

為了避免焊縫處局部過熱，減小焊件的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，hf,max應(yīng)滿足以下要求:

hf,max≤1.2t1（鋼管結(jié)構(gòu)除外）式中:t1---較薄焊件厚度。tt1hf

對于板件邊緣的角焊縫,尚應(yīng)滿足以下要求：

當(dāng)t≤6mm時(shí)，hf,max≤t；當(dāng)t>6mm時(shí)，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t2、最小焊腳尺寸hf,min

為了避免在焊縫金屬中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:

式中:t2----較厚焊件厚度

另:對于埋弧自動焊hf,min可減去1mm;

對于T型連接單面角焊縫hf,min應(yīng)加上1mm;

當(dāng)t2≤4mm時(shí),hf,min=t23.側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長度

側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應(yīng)力集中系數(shù)越大。如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達(dá)到屈服強(qiáng)度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會漸趨均勻；當(dāng)焊縫長度達(dá)到一定的長度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：注：

1、當(dāng)實(shí)際長度大于以上值時(shí)，計(jì)算時(shí)不與考慮；

2、當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時(shí)，不受上式限制。4.側(cè)面角焊縫的最小計(jì)算長度

對于焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規(guī)范規(guī)定：5.搭接連接的構(gòu)造要求

當(dāng)板件端部僅采用兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)：

A、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，規(guī)范規(guī)定：B、為了避免焊縫橫向收縮時(shí)引起板件的拱曲太大，規(guī)范規(guī)定：t1t2bD.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。

C.當(dāng)角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)作2hf的繞角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。b2hft1t2三、直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式

1、試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，故通常將45o截面作為計(jì)算截面，作用在該截面上的應(yīng)力如下圖所示：hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根2、實(shí)際上計(jì)算截面的各應(yīng)力分量的計(jì)算比較繁難，為了簡化計(jì)算，規(guī)范假定：焊縫在有效截面處破壞，且各應(yīng)力分量滿足以下折算應(yīng)力公式:

┻┻∥3、由于我國規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，是根據(jù)抗剪條件確定的故上式又可表達(dá)為：式中：--焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw4、直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式：NNyNx┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf將3—3、3—4式，代入3—2式得：式3—5即為，規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度計(jì)算通用公式βf—正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)；靜載時(shí)取1.22，動載時(shí)取1.0。┻┻∥┻┻∥對于正面角焊縫，τf=0，由3—5式得：對于側(cè)面角焊縫，σf=0，由3—5式得：

以上各式中：

he=0.7hf；

lw—角焊縫計(jì)算長度，考慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其實(shí)際長度減去2hf。四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計(jì)算1、軸心力作用下(1)軸心力作用下的蓋板對接連接:A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：B、采用三面圍焊連接：NNlwlw’(2)T形角焊縫連接NxNyNθN代入式3-5驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度，即:B.兩個(gè)方面力綜合作用時(shí)式中：(對豎直焊縫)(對水平焊縫)(3)角鋼角焊縫連接A、僅采用側(cè)面角焊縫連接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2角鋼兩側(cè)角焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)表3.2角鋼類型等邊不等邊不等邊連接情況分配

系數(shù)角鋼肢背

1角鋼肢尖

20.700.300.750.250.650.35對于校核問題:對于設(shè)計(jì)問題:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用三面圍焊由力及力矩平衡得:余下的問題同情況‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2對于校核問題:對于設(shè)計(jì)問題:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、采用L形圍焊代入下式3-20，3-21得:對于設(shè)計(jì)問題:Ne1e2bN1xxN3lw1[例2]如圖所示雙角鋼支撐拉桿，承受軸心拉力N=700kN(設(shè)計(jì)值，間接動力荷載)，試設(shè)計(jì)其與節(jié)點(diǎn)板的連接角焊縫。已知鋼材為Q235－A·F，焊條E為43型。[分析]設(shè)計(jì)角鋼連接角焊縫的型式，因此有三種不同型式可供采用：

兩面?zhèn)群福?三面圍焊；

L形圍焊。通常解此類題型是先假設(shè)焊腳尺寸后，再求焊縫的長度。[已知條件]

荷載設(shè)計(jì)值及其性質(zhì)；

連接板及角鋼的尺寸。解：一、按構(gòu)造要求，確定角焊縫焊腳尺寸范圍已知：節(jié)點(diǎn)板t=14mm,角鋼t1=10mmhf,max

=t1–1=9mm(角鋼尖和角鋼端部)。二、角焊縫設(shè)計(jì)1.用側(cè)面角焊縫等邊角鋼，正反面角焊縫，每面需要：實(shí)用角焊縫已標(biāo)于圖中：角鋼背：12–200(12190=2280mm2>2188mm2)角鋼尖：6–170(6160=960mm2>938mm2)。如題中未給出焊腳尺寸，則設(shè)角鋼背焊腳尺寸為12mm，長lw1，設(shè)角鋼尖焊腳尺寸為6mm，長lw2考慮無引弧板：N3=20.78901601.22=196.76kN2.采用三面圍焊設(shè)全部角焊縫焊腳尺寸為8mm實(shí)用：l1=lw1+5=214mm，取215mml2=lw2+5=68mm，取70mml3=b=90mm3.L形圍焊因內(nèi)力較大，需hf3過大，不能采用L形圍焊。3.4.2.3彎矩、剪力和軸力共同作用時(shí)的角焊縫計(jì)算

矩形截面將綜合作用分解為各力單獨(dú)作用之和有：3.4.2角焊縫的計(jì)算3.4.2.3彎矩、剪力和軸力共同作用時(shí)的角焊縫計(jì)算(1)偏心軸力作用下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊縫強(qiáng)度計(jì)算h1σfAσfBτf對于A點(diǎn)：式中：Iw—全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；

h1—兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。xxhh2BB’Ah1MeFVM對于B點(diǎn)：強(qiáng)度驗(yàn)算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊縫的計(jì)算長度；

he,2—腹板焊縫截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVMyeNxVFAOA

三、扭矩、剪力和軸力共同作用圖3.21扭矩、剪力和軸心力共同作用時(shí)搭接接頭的角焊縫=yT=VeO

x

yyxNVO

假定:A、被連接件絕對剛性，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉(zhuǎn)的趨勢；B、T作用下焊縫群上任意點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與焊縫形心的連線，且大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。3T、V共同作用下將F向焊縫群形心簡化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為A點(diǎn)和A’點(diǎn)xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A點(diǎn)應(yīng)力:將其沿x軸和y軸分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A點(diǎn)應(yīng)力:A點(diǎn)垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力為:A點(diǎn)平行于焊縫長度方向的應(yīng)力為:強(qiáng)度驗(yàn)算公式：思考:以上計(jì)算方法為近似計(jì)算，為什么?τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe根據(jù)角焊縫強(qiáng)度的基本公式：[例3]試設(shè)計(jì)圖示柱牛腿與柱的連接角焊縫。已知F=250kN(設(shè)計(jì)值，直接動力荷載)，

e=0.4m，鋼材Q235－B，焊條E4316型。圖3.20[已知條件]荷載設(shè)計(jì)值及性質(zhì)；焊縫形狀及尺寸；[求解]焊腳厚度hf

。解：M=Fe=2500.4=100kN·mV=F=250kN一、求等效荷載：二、計(jì)算焊縫截面幾何特征計(jì)算時(shí)注意無引弧板If=

0.7

hf

(23003/12+21901622+4901502)

=15.80106hfmm4Aw=

2

0.7hf300mm2設(shè)焊縫焊腳尺寸為hfA點(diǎn)：B點(diǎn)：

動力荷載Bf=1.0計(jì)算假定：N、V由焊縫全截面均勻承擔(dān)。

連接為絕對剛性，焊縫處于彈性工作狀態(tài)；根據(jù)假設(shè)，焊縫群最不利點(diǎn)是A點(diǎn)式中：r–––A點(diǎn)的半徑IP

=Ix+Iy–––角焊縫有效截面的極慣性矩。[例4]試設(shè)計(jì)圖示厚度為12mm的支托板和柱搭接的角焊縫，作用力F=100kN(設(shè)計(jì)值，靜力)至柱翼緣邊距離為200mm，鋼材Q235，焊條E43系列。圖3.22–12–20200100F220x0y95假設(shè)焊腳尺寸為hf一、計(jì)算形心O的位置根據(jù)材料力學(xué)，在忽略焊腳尺寸的影響后有：[已知條件]：荷載設(shè)計(jì)值及性質(zhì)，焊縫形式及尺寸；[求解]：焊腳尺寸。二、計(jì)算有效焊縫截面幾何特征三、焊腳尺寸計(jì)算§3.4殘余應(yīng)力和殘余變形3.4.1產(chǎn)生的原因鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中，局部區(qū)域受到高溫作用，引起不均勻的加熱和冷卻，使構(gòu)件產(chǎn)生焊接變形焊接殘余應(yīng)力有縱向、橫向和沿厚度方向之分。縱向橫向焊接殘余應(yīng)力沿厚度方向焊接殘余應(yīng)力3.4.2焊接殘余應(yīng)力影響（1）對結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響。鋼材有一定塑性，在靜荷載作用下，焊接殘余應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度，對承載能力沒有影響。（2）對結(jié)構(gòu)剛度的影響。構(gòu)件上的焊接殘余應(yīng)力會降低結(jié)構(gòu)的剛度。（3）對低溫冷脆的影響。焊接殘余應(yīng)力對低溫冷脆的影響經(jīng)常是決定性的，必須引起足夠的重視。（４）對疲勞強(qiáng)度的影響。焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯不利影響。焊接殘余變形3.4.4減少焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法1、合理的焊縫設(shè)計(jì)合理地選擇焊縫的尺寸和形式盡可能減少不必要焊縫合理地安排焊縫的位置盡量避免焊縫的過分集中和交叉盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力2合理的工藝措施采用合理的焊接順序和方向采用反變形法減小焊接殘余變形或焊接殘余應(yīng)力錘擊或輾壓焊縫，使焊縫得到延伸，從而降低焊接應(yīng)力小尺寸焊件，焊前預(yù)熱，或焊后回火接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形。§5普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算3.5.1普通螺栓連接的構(gòu)造1普通螺栓的規(guī)格表示方法：標(biāo)準(zhǔn)螺栓直徑：M12、(14)、16、(18)、20、(22)、24、27、30mm等A、B、級5.6或8.8級do--d＝0.3～0.5mmC級4.6或4.8級do--d＝1～3mmM+公稱直徑分為:A、B、C三個(gè)級別高強(qiáng)度螺栓規(guī)格（簡介）材料由45號、40B和20MnTiB鋼熱處理45號－8.8級；40B和20MnTiB－10.9級

（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓2螺栓的排列形式1.受力要求2.構(gòu)造要求3.施工要求3.5.1普通螺栓連接的構(gòu)造A并列中距中距邊距邊距端距B錯(cuò)列邊距中距中距邊距端距中距中距邊距邊距端距中距acacee2e1e2e1(a)(b)螺栓的排列圖3.22

圖3.22

3.5.2、普通螺栓連接的受力性能和計(jì)算傳力方式受剪螺栓連接：靠栓桿受剪，孔壁承壓傳力。受拉螺栓連接：靠栓桿沿桿軸方向受拉傳力。拉剪螺栓連接：兼有兩種形式。FNF1受剪螺栓連接破壞形式（1）螺栓桿被剪壞栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)N/2NN/2NNNN（2）孔壁的擠壓破壞栓桿較粗而板件較薄時(shí)（3）板件被拉斷截面削弱過多時(shí)

以上破壞形式予以計(jì)算解決。（4）板件端部被剪壞(拉豁)

端矩過小時(shí)；端矩不應(yīng)小于2dONN（5）栓桿彎曲破壞螺栓桿過長；栓桿長度不應(yīng)大于5d這兩種破壞構(gòu)造解決N/2NN/2(1)栓桿剪斷(2)孔壁擠壓壞(3)鋼板拉斷(4)端部鋼板剪斷(5)柱桿受彎破壞計(jì)算滿足構(gòu)造保證2.計(jì)算方法(1)單個(gè)受剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值

抗剪承載力設(shè)計(jì)值假定：螺栓受剪面上的剪應(yīng)力為均勻分布式中：nv–––受剪數(shù)目，單剪nv=1，雙剪nv=2。N/2NN/2(a)(b)t5t3t1t2t4(c)

承壓承載力設(shè)計(jì)值假定：承壓應(yīng)力沿螺栓直徑的投影面均勻分布式中：

t

–––在同一受力方向的承壓構(gòu)件中的較小總厚度。d(2)螺栓群的受剪螺栓連接計(jì)算

軸心力作用時(shí)圖3.25螺栓群受軸心力作用時(shí)受剪螺栓NNNNbt1t1l1tIIIIIIIIIIII(a)A.確定螺栓需要數(shù)目B.驗(yàn)算鋼板凈截面強(qiáng)度式中：An–––構(gòu)件或連接板的凈截面積。

并列布置：構(gòu)件截面：An=(b–n1d0)t連接板截面：An=2(b–n1d0)t1

A并列中距中距邊距邊距端距

錯(cuò)列布置：IIIeeeee1e1baNNNNt1tt1III(b)1’1’11

受偏心力作用時(shí)yeFOxxxT=Feyyx1y1OO假定：剛性，彈性體，受扭所有螺栓均繞螺栓群形心O旋轉(zhuǎn)。TxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F

受剪時(shí)1受拉螺栓連接1）受力性能和破壞形式3.5.2、普通螺栓連接的受力性能和計(jì)算2.計(jì)算方法(1)單個(gè)受拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值式中：Ae,de–––螺栓螺紋處有效面積和直徑。

dedndmd

受偏心力作用時(shí)N1maxN2N3NiN

1maxy1y

1y2yiFNeMV11

刨光頂緊支托OA.小偏心(2)螺栓群的受拉螺栓連接計(jì)算

受軸心拉力作用時(shí)受彎時(shí)中和軸位于螺栓群形心O處式中：m–––螺栓列數(shù)。受拉時(shí)每個(gè)螺栓均勻受力：B.大偏心N1maxN2Niynyiy2y1e

FO

1

1V中和軸位于最下一排螺栓處，則中和軸位于最下一排螺栓處，則(三)拉剪螺栓連接重要連接–––用支托板承受剪力。次要連接–––滿足相關(guān)方程。3.5.2、普通螺栓連接的受力性能和計(jì)算圖3.31[例5]試設(shè)計(jì)一C級螺栓的搭接接頭。作用力設(shè)計(jì)值F=230kN，偏心距e=300mm。材料Q235鋼。圖3.27[解]試選M20螺栓，d0=21.5mm，縱向排列，采用比中距最小容許距離3d0稍大的尺寸，以增長力臂。單個(gè)受剪螺栓的抗剪和承壓承載力設(shè)計(jì)值：因y1=30cm>3x1=35=15cm，得[例6]試設(shè)計(jì)一屋架下弦端板和柱翼緣板的C級螺栓連接。豎向剪力V=250kN由支托承受，螺栓只承受水平拉力F=420–200=220kN。420kNN1max580=400e=320e=120320kN250200O

O圖3.30[解]初選12個(gè)M20螺栓，d0=21.5mm。并按圖中所示尺寸排列，中距比最小容許距離3d0稍大。e=12cm。先按小偏心情況計(jì)算。單個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值。須改按大偏心情況計(jì)算，即假定中和軸在最上一排螺栓軸線O

處，e=32cm。§3－6

高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算3.6.1、高強(qiáng)度螺栓的工作性能及單栓承載力

1、按受力特征的不同高強(qiáng)度螺栓分為兩類：

摩擦型高強(qiáng)度螺栓—通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，

破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力；

承壓型高強(qiáng)度螺栓—受力特征與普通螺栓類似。2、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定

高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強(qiáng)度確定的，并考慮了以下修正系數(shù)：考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.9；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強(qiáng)度的降低除以系數(shù)1.2。附加安全系數(shù)0.9。因此，預(yù)拉力：Ae—螺紋處有效截面積；fu—螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級，取fu=830N/mm2，

10.9級，取fu=1040N/mm23、高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)μ摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（P）和板件間的抗滑移系數(shù)μ

；板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號有關(guān)，其大小隨板件間的擠壓力的減小而減??；規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數(shù)μ,如下表4、高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力(1)抗剪連接工作性能受力過程與普通螺栓相似，分為四個(gè)階段：摩擦傳力的彈性階段、滑移階段、栓桿傳力的彈性階段、彈塑性階段。但比較兩條N—δ曲線可知，由于高強(qiáng)度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個(gè)階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通螺栓。abNN/2N/2abNN/2N/2式中：0.9—抗力分項(xiàng)系數(shù)γR的倒數(shù)(γR=1.111);nf—傳力摩擦面數(shù)目;

μ--摩擦面抗滑移系數(shù);P—預(yù)拉力設(shè)計(jì)值.（2）抗剪連接單栓承載力（摩擦型）單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：（2）抗剪連接單栓承載力（承壓型）5、高強(qiáng)度螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力NPCP+△P=PfC-△C=CfNtA、摩擦型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力為：B、承壓型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破壞準(zhǔn)則為螺栓桿被拉斷，故計(jì)算方法與普通螺栓相同，即：式中：Ae--螺栓桿的有效截面面積；

de--螺栓桿的有效直徑；

ftb—高強(qiáng)度螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。上式的計(jì)算結(jié)果與0.8P相差不多。（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接6、高強(qiáng)度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和單栓承載力（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接

對于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計(jì)算方法與普通螺栓相同。為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿足：系數(shù)1.2是考慮由于外拉力的存在導(dǎo)致高強(qiáng)度螺栓的承壓承載力降低的修正系數(shù)。二、高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計(jì)算1、軸心力作用假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數(shù)：對于摩擦型連接：對于承壓型連接：NNNNbtt1b1

高強(qiáng)度螺栓群軸心力作用下,為了防止板件被拉斷尚應(yīng)進(jìn)行板件的凈截面驗(yàn)算.A、高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接主板的危險(xiǎn)截面為1-1截面。11考慮孔前傳力50%得：1-1截面的內(nèi)力為：2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下

計(jì)算方法與普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力F作用下每個(gè)螺栓受力：三、高強(qiáng)度螺栓群的抗拉計(jì)算1、軸心力作用假定各螺栓均勻受力，故所需螺栓數(shù)：N2、彎矩作用下

由于高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預(yù)拉力P，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認(rèn)為是一個(gè)整體,所以假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側(cè)螺栓受力最大。MMM1234y1y2N1N2N3N4受壓區(qū)中和軸由力學(xué)可得：因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可：3、偏心拉力作用下

偏心力作用下的高強(qiáng)度螺栓連接，螺栓最大拉力不應(yīng)大于0.8P，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用以下方法（疊加法）計(jì)算:Ne1234M=N?eNy1y2N1N2N3N4中和軸M作用下N作用下四、高強(qiáng)度螺栓群在拉力和剪力共同作