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1、第 三 章 钢 结 构 的 连 接1一、焊缝概述 1.焊缝的施焊方位 根据所持焊条与焊件间的相互位置，施焊方位 分为平焊(俯焊)、立焊、横焊、仰焊四种，按照文字所述顺序操作渐难，质量保证渐难。2.焊缝质量检验 三级：只要求做外观检查，即检查焊缝尺寸、有无 裂纹、咬肉等现象。二级：三级基础上+超声波检查，一级：二级基础上+X射线检查，通过几级检查的焊缝就称为几级质量焊缝。2 3.角焊缝的焊脚尺寸与计算长度 hf min1.5 4mm t：较厚焊件厚 hf max 1.2 t t：薄焊件厚 贴边角焊缝还应满足：hf maxt (t6mm)hf maxt (12)mm (t 6mm)故：hf min
2、 hf hf max 角焊缝的计算长度(并非几何长度)贴边3 4.对接焊缝的构造 焊缝的起点和终点有缺陷，故施焊时必须设引弧板，使起弧、落弧在引弧板上发生。若设引弧板困难而没设，则计算长度为：(t：薄板厚度)焊透的对接焊缝 部分焊透的对接焊缝 焊缝有缺陷，规范规定：对接焊缝的抗压设计强度与母材相同。通过一、二级质量检验标准的焊缝，其抗拉设计强度与母材的抗拉设计强度相同，质量属于三级的焊缝，焊缝的抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的0.85倍。对接焊缝分4二、焊接残余应力和焊接残余变形 焊件冷却后产生的变形2，称焊接残余变形，此时焊件中的应力称焊接残余应力。焊接残余应力对结构的影响 残余应力自相平
3、衡，对静力强度无影响 降低刚度 降低压杆的稳定承载力 降低疲劳强度 加剧低温冷脆危险5三、螺栓连接的概述 粗制螺栓连接 精制螺栓连接 高强螺栓摩擦型连接 高强螺栓承压型连接 螺栓的性能统一用螺栓的性能等级表示，如4.6级、8.8级、10.9级。小数点前的数字表示螺栓材料的最低抗拉强度，小数点及后面的数字表示屈强比。由未经加工的圆钢压制而成，螺栓粗 糙，螺杆直径比螺孔小31.5 mm，栓 孔间隙大，受剪时易产生滑移，导致螺 栓群中各个螺栓受力不均，故宜用于受 拉，不宜用于受剪。普通螺栓连接高强螺栓连接螺栓连接粗制普通螺栓：（C级螺栓）6 传力机理靠板件间的摩擦阻力传力，以 摩擦阻力被克服为承载力
4、的极限状态。孔径大于螺栓公称直径1.52.0mm，受力好，耐疲劳，用于受动荷载结构。靠摩擦阻力和栓杆共同传力，以栓杆被 剪断或板件被挤压破坏为承载力的极限 状态。孔径大于螺栓公称直径1.01.5mm，受 剪变形大，只适用于承受静载。承载力较前者高，变形较前者大。1.螺栓的排列和构造要求 简单整齐，连接板尺寸小，栓孔对构件截面削弱大。螺栓摩擦型连接：螺栓承压型连接：并列排列：7 布置松散，连接板尺寸大，栓孔对构件截面削弱小。螺栓的排列要求：a.受力要求：端矩2d0，否则顺力方向剪坏；中矩过大，受压时起拱；中矩过 小，则截面削弱大。d0：孔径 b.构造要求：中距不能过大，否则连接件接触不紧密，潮汽
5、易 侵入缝隙，造成锈蚀。c.施工要求：中距3d0，否则无转动扳手的空间。据a、b、c综合考虑，得出螺栓容许距离。错列排列：8 2.螺栓受剪时的工作性能（包括高强螺栓）抗剪连接 抗拉连接 a.弹性工作阶段 在此阶段依靠板间的摩擦阻力传力，摩擦阻力的大小决定于拧紧螺栓时栓杆中初拉力的大小。弹性工作阶段即01直线段，c 级螺栓初拉力很小，故01段很短，而高强螺栓初拉力很大，故01段很高。螺栓连接9 b.相对滑移阶段 即12段，外力超过了板件间的摩擦力后，板件间产生相对滑移。c.弹塑性工作阶段 到2点后，栓杆和孔壁开始接触，栓杆受剪切，孔壁受挤压，同时栓杆受到弯曲和轴向拉伸作用，因而使栓杆产生拉力，增
6、大了板间的摩阻，工作曲线的坡度又开始上升，达3点后，随外力的增加，变形迅速增大，曲线逐渐平缓，最后破坏。c 级螺栓靠栓杆承剪和孔壁承压传力，以栓杆被剪断或孔壁被挤压破坏为承载力的极限状态。即3点。10 摩擦型高强螺栓依靠板间的摩擦阻力传力，以摩擦阻力被克服为承载力的极限状态。即图中1点。承压型高强螺栓依靠板间的摩擦阻力和栓杆共同传力，以栓杆被剪断或孔壁被挤压破坏为承载力的极限状态。即3点。摩擦只起到延缓滑移的作用。螺栓受剪时的破坏形式：栓杆被剪断 板件被挤压破坏 板件被拉断破坏（栓孔削弱截面）板件被冲剪破坏（端矩太小造成）抗剪承载力验算承压承载力验算危险截面验算构造防范计算防范11四、角焊缝连
7、接的基本计算公式 焊缝长度方向和受力方向平行的焊缝为侧面焊缝，焊缝长度方向和受力方向垂直的焊缝为正面焊缝，1.侧面焊缝的受力分析 在计算长度范围内按均布计算。2.正面焊缝的受力分析 正面焊缝承受动力荷载时，正面焊缝承受静力荷载时，12 3.一般情况 N 分解为 Nx 和 Nz，Nz产生f（），Nx产生f，正面焊缝承受静力荷载时，按 计算。正面焊缝承受动力荷载时，按 计算；13五、角焊缝连接的计算 1.用盖板的对接连接承受轴心力作用时 盖板的截面大小，要满足 即：A被f被A盖f盖 由 A盖 的大小确定采用一块或两块盖板。a.仅采用侧面焊缝时：或据此式求出角焊缝的 为盖板缝一侧焊缝总计算长度，一条
8、焊缝计算长度为 ，n：焊缝条数 盖板长 10mm：表示两块被连接板之间的缝隙。等强度要求，14 b.仅采用正面焊缝时：c.采用三面围焊时：先求出正面焊缝所能承受的力：受静载或间接动载直接受动载然后计算侧面焊缝：15 2.角钢连接的角焊缝的计算 a.承受轴心力作用的角钢采用侧面焊缝连接 角钢截面重心到肢尖、肢背 的距离不等，因而肢背、肢 尖焊缝所承担的内力不等。对肢尖取矩：N1（e1+e2）Ne2式中：k1、k2 分别是肢背、肢尖的内力分配系数（查表）同理：16 b.承受轴心力作用的角钢采用三面围焊缝连接 先求出正面焊缝（充分发 挥作用）所承担的内力，分别对肢背、肢尖取矩，可得：因而肢背、肢尖焊
9、缝的计算长度分别为：或17 3.在轴心力、弯矩、剪力作用下T形连接角焊缝的计算 Nf、Vf 已学过 找出角焊缝上的危险点+M作用下：或 危险点18 4.搭接连接的角焊缝在扭矩和剪力共同作用下的计算 通常将N移到焊缝群的形心处，如此焊缝群受剪力V=N和扭矩T=Ne。分析角焊缝在扭矩作用下的应力时，采用以下假设：被连接的板件为绝对刚性的，而焊缝则是弹性的；焊缝群绕形心旋转，角焊缝群上任一点处的应力方 向垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与该点 距形心的距离成正比。A、B点离形心最远，则A、B点由T引起的应力最大。+19 式中：0：角焊缝群计算截面对形心 的极惯性矩 x、y：分别是角焊缝群计算 截
10、面对x、y轴的惯性矩 以A点为例将TA分解为：剪力V在A点引起的应力为：A点应力应满足：20六、C 级螺栓的计算 d：螺栓杆公称直径 fcb：螺栓承压强度设计值 fvb：螺栓抗剪强度设计值 nv：螺栓受剪面数，单剪nv 1，双剪nv 2 ：在同一受力方向承压构件的较小总厚度，或 取小值 单个螺栓抗拉承载力设计值为：ftb：螺栓抗拉强度设计值 de：螺栓螺纹处的有效直径单个螺栓抗剪承载力设计值：单个螺栓承压承载力设计值：取小值，即N bmin21 1.抗剪螺栓群在轴心力作用下的计算 被连接板缝一侧所需螺栓数：N bmin为Nvb、Ncb的小值 另外需验算构件净截面的强度，以防止构件在净截面处被拉
11、断，An：构件的净截面面积 An=A-nd0t n：危险截面螺栓数 危险截面11，22 An取A1-1、A2-2小值 22 2.螺栓群承受扭矩时的计算 分析螺栓群受扭时采用假设：被连接构件为绝对刚性体，螺栓为弹性体；各螺栓绕螺栓群形心旋转，其受力大小与至螺栓群 形心的距离 r 成正比，力的方向与该螺栓和螺栓群 形心的连线相垂直。在T作用下，每个螺栓均受剪，周围四个螺栓受力最大，假定其中一个为1号，若 N1Nvb、N1Ncb，则螺栓安全。将 N1 分解为 N1x、N1y 受力最大螺栓满足既不承压破坏又不剪切破坏为安全。233.螺栓群在扭矩、剪力和轴心力共同作用下的抗剪计算 在V作用下，各螺栓受力
12、相等，向下。在N作用下，各螺栓受力相等，向右。在T作用下，四角螺栓受力大小相等，但方向不同。考虑叠加，1号螺栓受力最大，在V作用下，N1yVV/n 在N作用下，N1xNN/n 1号螺栓所受合力应满足：在T作用下，24 4.螺栓群在弯矩作用下的计算 M作用下，上部螺栓受拉，使上部连接有分离的趋势，螺栓群的旋转中心下移。计算时，近似取中和轴即旋转中心位于最下排螺栓处。各螺栓受力大小与该螺栓距中和轴的距离成正比所以1号螺栓受力最大。其中：假设存在m列螺栓，则：25七、高强螺栓连接的计算 1.高强螺栓承受剪力的计算 a.高强螺栓摩擦型连接 摩擦型高强螺栓依靠板间的摩擦阻力传力，以摩擦阻力被克服为承载力
13、的极限状态。所以高强螺栓摩擦型连接承受剪力的设计准则是外力不超过摩擦力。一个摩擦型高强螺栓连接的抗剪承载力设计值为：式中：0.9：抗力分项系数 1.111的倒数；nf：传力摩擦面数；单剪nf1；双剪nf2 P：高强螺栓预拉力的设计值；：摩擦面的抗滑移系数 26 b.高强螺栓承压型连接 高强螺栓承压型连接受剪时，极限承载力由栓杆抗剪和孔壁承压来决定，摩擦力仅起延缓滑移的作用。注：a.当剪切面在螺纹处时，NVb要按有效截面计算。2.高强螺栓群的抗剪计算 在轴心力作用下；在扭矩作用下；在扭矩、剪力、轴心力共同作用下的计算，均与普通螺栓连接的计算方法相同，只是在计算时要用高强螺栓的承载力设计值。注意：
14、高强螺栓摩擦型连接净截面计算与普通螺栓连接净 截面计算不同。取小值，即N bmin即：27 由于摩擦作用，在危险的第一排螺栓孔中心前已传掉50的力，故最外排危险截面螺栓处的内力为：NN0.5n1N/n 即：N(10.5n1/n)N 危险截面应力 N/An f 式中：n1：危险截面螺栓数 同时，还需验算毛截面强度 N/Af 3.高强螺栓承受拉力时的计算 a.高强螺栓摩擦型连接 提问：受外拉力N后，螺栓内力为 Pf=P+N?当加于螺栓连接的设计外拉力不超过预拉力P时，栓杆的拉力基本不增加，即认为栓杆内的原预拉力基本不变。危险截面不对即 Pf P28 当Nt0.8 P 时，则无松弛现象。故规范从抗剪
15、的角度考虑，规定摩擦型连接螺栓的抗拉设计承载力为：直接承受动力荷载时，摩擦型连接螺栓的抗拉设计承载力为：所以每个承受外拉力作用的摩擦型连接不破坏的条件为：b.高强螺栓承压型连接 承压型连接抗拉承载力设计值同普通螺栓注：仅在杆轴方向受拉时，可以不施加预拉力；但只要有 剪力，预拉力应与摩擦型连接的预拉力相同。即：Ntb0.8 PNtb0.5 PNt Ntb29 4.高强螺栓群在弯矩或偏心拉力作用下的抗拉计算 螺栓群在弯矩或偏心拉力作用时，因螺栓的预拉力很大，将板件压的很紧，互相连接的板件可看成一个整体，所以螺栓群的中性轴保持在螺栓群的重心轴上，即旋转中心在螺栓群的形心上，按小偏心情况计算，公式的推导和结果与普通螺栓相同。注意：承压型连接若没有施加预拉力，计算完全同普通 螺栓。即：或者：式中：30