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1、一、焊缝连接 3.1 钢结构的连接方法对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。角焊缝连接第1页/共147页三、螺栓连接 优点：连接刚度大，传力可靠；分为：普通螺栓连接 高强度螺栓连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。第2页/共147页一、钢结构常用焊接方法1.手工电弧焊A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形 成焊缝。3.2 焊接方法和焊接连接形式 焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧第3页/共147页单击图片播放第4页/共147页Q390、Q420钢选择E5
2、5型焊条(E5500-5518)Q345钢选择E50型焊条(E5000-5048)B、焊条的表示方法：E焊条(Electrode)第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第3、4适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235钢选择E43型焊条（E4300-E4328)C、优、缺点第5页/共147页2.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件埋弧自动焊第6页/共147页A、焊丝的选择应与焊件等强
3、度。B、优、缺点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。送丝器机器第7页/共147页3.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优点：焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件受限制等。第8页/共147页二、焊接连接形式和焊缝形式二、焊接连接形式和焊缝形式1.焊接连接形式搭接角部连接T形连接对接单击图片播放单击图片播放第9页/共147页2.2.焊缝形式焊缝形式（1）对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝T型对接焊缝斜对接焊缝第10页/共147页3.焊缝位置第11页/共147页三、焊缝缺陷及焊缝质量检查三、焊缝缺陷及焊缝质量检查1.焊缝缺陷第12页/共147页2
4、.2.焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方法。还可以采用X射线或射线透照或拍片。第13页/共147页钢结构工程施工及验收规范规定：焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。第14页/共147页 钢结构设计规范（GB50017-2003）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：(1)需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级
5、，受压时应为二级。3.3.焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用(2)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。第15页/共147页（）重级工作制和起重量 的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。（）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。第16页/共147页第17页/共147页4.4.焊缝代号焊缝代号第18页/共147页hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊缝的形式:一、角焊缝的形式和受力
6、分析一、角焊缝的形式和受力分析3.3 角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝（1）直角角焊缝hehfhf凹面式第19页/共147页（2）斜角角焊缝对于135o或6mm时，hf,maxt-(12)mm；hft1t第28页/共147页2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸hf,min 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求应满足以下要求:式中:t2-较厚焊件厚度 另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;当t24mm时,hf,min=t
7、2第29页/共147页3.3.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：端，故：注：1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；2、当内力沿侧焊缝全长分
8、布时，不受上式限制。第30页/共147页4.4.侧面角焊缝的最小计算长度侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：规范规定：第31页/共147页5.搭接连接的构造要求 当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力 不均，规范规定：不
9、均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收 缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：t1t2b第32页/共147页D.在在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度度 的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕 角焊，且转角处必须连续施焊。b2hft1t2第33页/共147页三、直角角焊缝的强度计算公式三、直角角焊缝的强度计算公式 1 1、试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部喉部，故通常将故通常将4545o o截面作为计算截面，作用在该截面上截面作为计算截面，作用在该截面上的应力如
10、下图所示：的应力如下图所示：hfhehh1h2dehelwh-焊缝厚度、h1熔深h2凸度、d焊趾、e焊根第34页/共147页2 2、实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，为了简化计算，规范假定：为了简化计算，规范假定：焊缝在有效截面处破焊缝在有效截面处破坏坏，且各应力分量满足以下折算应力公式，且各应力分量满足以下折算应力公式:3、由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：式中：-焊缝金属的抗拉强度helw第35页/共147页4 4、直角角焊缝的强度计算公式：直角角焊缝的强度计算公式：NNyNxf=fhelw45O45
11、Ohf第36页/共147页将33、34式，代入32式得：式35即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式f正面角焊缝强度增大系数；静载时取1.22，动载时取1.0。第37页/共147页对于正面角焊缝，f=0，由35式得：对于侧面角焊缝，f=0，由35式得：以上各式中：he=0.7hf；lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实际长度减去2hf。第38页/共147页四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算1、轴心力作用下(1)轴心力作用下的盖板对接连接:A、仅采用侧面角焊缝连接：B、采用三面围焊连接：NNlwlw第39页/共147页(2)T形角焊缝连接NxNyNN代入式3-5验算焊缝强度，
12、即:第40页/共147页(3)角钢角焊缝连接A、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2第41页/共147页对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2第42页/共147页B、采用三面围焊由力及力矩平衡得:余下的问题同情况A，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2第43页/共147页对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2第44页/共147页C、采用L形围焊代入下式3-20，3-21得:对于设计问题:Ne1e2bN1xxN3lw1第45页/共147页2、N、M、V共同作用下(1)偏心轴力作用下角焊缝强度
13、计算NeNxNyMANxMNyhehet第46页/共147页(2)V、M共同作用下焊缝强度计算h1fAfBf对于A点：式中：Iw全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；h1两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxh h2BBAh1MeFVM第47页/共147页对于B点：强度验算公式：式中：h2、lw,2腹板焊缝的计算长度；he,2腹板焊缝截面有效高度。h1f1f2fxxh h2BBAh1MVM第48页/共147页假定:A、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：T作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；B、T作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与r成正比；C、在V作用下，焊缝群上的应力均匀
14、分布。3、T、V共同作用下共同作用下将将F F向焊缝群形心向焊缝群形心简化得简化得:V=F V=F T=F(e T=F(e1 1+e+e2 2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA0TVr故：该连接的设计控制点 为A点和A点第49页/共147页xxyyrrxryATAxTAyTA0VyheT作用下A点应力:将其沿x轴和y轴分解:e2x0l1l2xxyyAA0TVr第50页/共147页剪力V作用下,A点应力:A点垂直于焊缝长度方向的应力为:A点平行于焊缝长度方向的应力为:强度验算公式：思考:以上计算方法为近似计算，为什么?VxxyyrrxryATAxTAyTA0Vyhe第51页/共147页五、斜角
15、角焊缝的计算五、斜角角焊缝的计算12hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2图A12hf1hf1hf2hf2he2he1b图B1、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算，规范规定：对于两焊脚边夹角60o135o的 斜T形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相 同的计算公式，且统一取f=1.0。第52页/共147页2 2、斜角角焊缝的计算厚度、斜角角焊缝的计算厚度hei由几何关系得其通式为：由几何关系得其通式为：式中：b、b1和b25mm说明：A.b1和b21.5mm时,可取b1、b2=0B.b1和b2 5mm时,应如图“B”方式处 理，且使b5mm。12hf1hf1hf2hf2he2he1
16、b1b2图A12hf1hf1hf2hf2he2he1b图B第53页/共147页1、对接焊缝的坡口形式:一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造3.4 对接焊缝的构造与计算 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施工条件有关。t-焊件厚度(1)当:t6mm(手工焊),t20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。第54页/共147页C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p（d）C=34mmpC=34mmp（e）C=34mmp（f）第55页/共147页2 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易
17、出现缺陷，故一般用、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，t t1 1较薄焊件厚度；较薄焊件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做时，应做坡度不大于坡度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载)或或1:4(1:4(动载动载)的斜角，以的斜角，以平缓过度，减小应力集中。平缓过度，减小应力集中。1:2.51:2.5第56页/共147页对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和
18、和部分焊透（自学）部分焊透（自学）两种；两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直垂直受力方向受力方向的连接焊缝；的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；视为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。构件强度计算相同。二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算NNt第57页/共147页1、轴心力作用下的对接焊缝计算式中：N轴心拉力或压力；t板件较小厚度；T
19、形连接中为腹板厚度；ftw、fcw 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNlwtA 当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图B。另:当tan1.5时,不用验算!NNtBNsinNcoslw第58页/共147页2、M、V共同作用下的对接焊缝计算共同作用下的对接焊缝计算lwtAMV因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：式中：Ww焊缝截面模量；Sw-焊缝截面面积矩；Iw-焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接第59页/共147页（2）工字形截面梁对接连接计算工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面A、对于焊缝的max和max应满足式3-29和3-30要求；max11maxB、对于
20、翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应 力尚应满足下式要求：1.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。第60页/共147页35 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类及其产生的原因一、焊接残余应力的分类及其产生的原因 1 1、焊接残余应力的分类、焊接残余应力的分类 A A、纵向焊接残余应力纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向沿焊缝长度方向;B B、横向焊接残余应力横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向垂直于焊缝长度方向;C C、沿厚度方向的焊接残余应力。沿厚度方向的焊接残余应力。2 2、焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力产生的原因 （1 1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应
21、力第61页/共147页 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。+-500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-+第62页/共147页 （2 2）横向焊接残余应）横向焊接残余应力力产生的原因产生的原因:1
22、 1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形弯曲变形的趋的趋势，导致两焊件在焊缝处势，导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压中部受拉，两端受压；2 2、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生向膨胀，产生横向塑性压缩变形横向塑性压缩变形。焊缝冷却时，焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远，更远处焊缝则产生拉应力处焊缝则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关应力分布与施焊方向有关。以
23、上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力。第63页/共147页(a)焊缝纵向收缩 时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩 时的横向应力xy+-+施焊方向(c)焊缝横向收缩 时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向残余应力yx不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-+施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx第64页/共147页（3 3）沿厚度方向的焊接残余应力）沿厚度方向的焊接残余应力 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止
24、后焊焊缝的膨胀，产生的膨胀，产生塑性压缩变形塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因焊缝产生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远处焊缝则，更远处焊缝则产生拉应力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力产生拉应力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力x x,y y 外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力z z，这三种应力形成同号这三种应力形成同号(受拉受拉)三向应力，大大三向应力，大大降低连降低连接的塑性接的塑性。-+-321xyz第65页/共147页二、
25、焊接残余应力对结构性能的影响二、焊接残余应力对结构性能的影响1 1、对结构静力强度的影响、对结构静力强度的影响f+-bfy+-bfyNyNy因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到fy，即N=Ny时：结论：焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。+-fyfbBt第66页/共147页2 2、对结构刚度的影响、对结构刚度的影响A、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应力已经达到fy，故该部分刚度为零（屈服），这时在N作用下应变增量为：f+-bfyNN+-fyfNNbBt第67页/共147页因为因为B-bBB-b 2 2。结论：焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。B、当截面
26、上没有焊接残余应力时，在、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应作用下应变增量为：变增量为：另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。第68页/共147页 对于厚板或交叉焊缝，将产生对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉三向焊接残余拉应力应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。向。所以，所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施温冷脆性能的重要措施。3 3、对低温冷脆的影响、对低温冷脆的影响4、对疲劳强度的影响 在焊缝及其附近主体金属焊接残
27、余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。第69页/共147页三、焊接变形三、焊接变形 焊接变形包括：焊接变形包括：纵向收缩、纵向收缩、横向收缩横向收缩、弯曲变弯曲变形形、角变形角变形和和扭曲变形扭曲变形等，通常是几种变形的组等，通常是几种变形的组合。合。第70页/共147页单击图片播放第71页/共147页单击图片播放第72页/共147页单击图片播放第73页/共147页单击图片播放第74页/共147页单击图片播放第75页/共147页单击图片播放第76页/共147页单击图片播放第77页/共147页单击图片播放第78页/
28、共147页四、减小焊接残余应力和焊接变形的措施四、减小焊接残余应力和焊接变形的措施1 1、设计上的措施；设计上的措施；（1 1）焊接位置的合理安排）焊接位置的合理安排（2 2）焊缝尺寸要适当）焊缝尺寸要适当（3 3）焊缝数量要少，且不宜过分集中）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4 4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5 5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2 2、加工工艺上的措施、加工工艺上的措施（1 1）采用合理的施焊顺序）采用合理的施焊顺序（2 2）采用反变形处理）采用反变形处理（3 3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回
29、火处理）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理第79页/共147页单击图片播放第80页/共147页单击图片播放第81页/共147页36 螺栓连接的构造一、螺栓的种类一、螺栓的种类1.普通螺栓C级-粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级；4表示fu400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)13mm。A、B级-精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级;5或8表示fu500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)0.30.5mm。按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。第82页/共1
30、47页2.2.高强度螺栓高强度螺栓由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理45号8.8级；40B和20MnTiB10.9级（a）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓第83页/共147页扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓单击图片播放第84页/共147页二、螺栓的排列1.并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；B 错列A 并列中距中距边距边距端距2.错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；第85页/共147页3.3.螺栓排列的要求螺栓排列的要求（1 1）受力要求）受力要求:垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、为了防止螺栓应力集中相互影响
31、、截面削弱过多而降低承载力，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不螺栓的边距和端距不能太小；能太小；顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端端距不能太小；距不能太小；对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，中距中距不能太大。不能太大。（2 2）构造要求；）构造要求；螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。合不密，潮气侵入腐蚀钢材。第86页/共147页（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不
32、小于3d3do o。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。第87页/共147页三、螺栓连接的构造要求三、螺栓连接的构造要求为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于一端不宜少于两个永久螺栓两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽双螺帽，或其，或其他措施以防螺帽松动；他措施以防螺帽松动；C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：用于抗剪
33、连接：1 1、承受静载或间接动载的次要连接；、承受静载或间接动载的次要连接；2 2、承受静载的可拆卸结构连接；、承受静载的可拆卸结构连接；3 3、临时固定构件的安装连接。、临时固定构件的安装连接。型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；第88页/共147页337 7 普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力B 只受拉力C 剪力和拉力共同作用第89页/共147页 二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式（一）工
34、作性能和破坏形式 1.1.工作性能工作性能 对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上即可得到板件上a、b两点相对两点相对位移位移和作用力和作用力N的关系曲线的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段力的四个阶段,即：即：(1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段)直线段直线段连接处于弹性状态；连接处于弹性状态；该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。NO1234NNabNN/2N/2第90页/共147页(2)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段)克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最克服摩擦力后，板
35、件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。水平段。NO1234abNN/2N/2(3)栓杆传力的弹性阶段(23段)该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，N-关系以曲线状态上升。第91页/共147页 (4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4段段)达到达到3后，即使给荷后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。变形迅速增大，直到连接破坏。4点（曲线的最高点）点（曲线的最高点
36、）即为普通螺栓抗剪连接的极限即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力承载力Nu。NO1234abNN/2N/2Nu第92页/共147页2.2.破坏形式破坏形式（1 1）螺栓杆被剪坏）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时（2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时（3 3）板件被拉断）板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN第93页/共147页（4 4）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏(拉豁拉豁)端矩过小时；端矩不应小于端矩过小时；端矩不应小于2d2dO ONN（5）栓杆弯曲
37、破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d这两种破坏构造解决N/2NN/2第94页/共147页（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值 由破坏形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定定:nv剪切面数目；d螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：d第95页/共147页剪切面数目剪切面数目n nv vNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2第9
38、6页/共147页（三）普通螺栓群抗剪连接计算（三）普通螺栓群抗剪连接计算1 1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布 试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。当l115d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担。所以，连接所需螺栓数为：第97页/共147页 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径)时，连接进入弹塑性工时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布作状态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也
39、难以各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏均匀，端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可然后依次破坏。由试验可得连接的得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与ll1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。ECCS试验曲线8.8级 M22我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l1/d0平均值长连接螺栓的内力分布故，连接所需栓数：第98页/共147页NNbtt1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。拉断尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面
40、截面:A、螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为1-1截面:1122第99页/共147页NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为1-1和1-1截面:1111第100页/共147页NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为2-2和2-2截面:2222第101页/共147页2 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下连接按弹性设计，其假定为：（1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2）T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈
41、线形关系，方向与ri垂直。第102页/共147页TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，T作用下1号螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定(2)得由式3-39得:由力的平衡条件得：第103页/共147页TxyN1TN1TxN1Tyr11将式3-40代入式3-38得:将N1T沿坐标轴分解得:第104页/共147页由此可得螺栓由此可得螺栓1的强度验算公式为的强度验算公式为:另外,当螺栓布置比较狭长(如y13x1)时,可进行如下简化计算：令:xi=0，则N1Ty=0第105页/共147页（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、普通螺栓的抗拉连接三、普通螺栓的抗拉连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接
42、触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：Ae-螺栓的有效截面面积；de-螺栓的有效直径；ftb-螺栓的抗拉强度设计值。第106页/共147页dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径是有效直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家标准取：，现行国家标准取：第107页/共147页(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响响 A、螺栓受拉时
43、，一般是通螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，过与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连即螺杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势被撬开的趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加使螺杆中的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生弯曲现象。并产生弯曲现象。连接件连接件刚度越小撬力越大刚度越小撬力越大。试验证。试验证明影响撬力的因素较多，其明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取简大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（f f螺栓钢材的抗螺栓钢材的抗拉强度设计值）拉强度设计值）来考虑
44、其影来考虑其影响。响。单击图片播放第108页/共147页 B、在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减，可以减小甚至消除撬力的影响。小甚至消除撬力的影响。单击图片播放第109页/共147页(三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：N第110页/共147页(四）普通螺栓群在弯炬作用下M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：（1）连接板件绝对刚性，螺栓
45、为弹性；（2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。第111页/共147页显然1号螺栓在M作用下所受拉力最大由力学及假定可得：M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴第112页/共147页由式由式3-52得得:将式将式3-54代入式代入式3-53得得:因此，设计时只要满足下式，即可：第113页/共147页(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下 偏心力作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。刨平顶紧承托(板)FeN1F1234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和轴N4M第114页/共147页四、四、普通螺
46、栓拉、剪联合作用普通螺栓拉、剪联合作用011VeM=VeV因此：2、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系 曲线近似为一“四分之一圆”。1、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现两种破坏形 式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔 壁的承压破坏；3、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，拉力由受力情况确定。第115页/共147页 规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止止螺杆螺杆受剪兼受拉受剪兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：011ab第116页/共147页 另外另外，拉力和剪力共同作用
47、下的普通螺栓连接，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当当有承托承担全部剪力时有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。，螺栓群按受拉连接计算。承托与柱翼缘的连接角承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：焊缝按下式计算：式中：考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，一般取=1.251.35；其余符号同前。M刨平顶紧承托(板)V连接角焊缝第117页/共147页338 8 高强度螺栓连接计算高强度螺栓连接计算一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力 按受力特征的不同按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：高强度螺栓分为两类：摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递
48、内通过板件间摩擦力传递内力力，破坏准则为克服摩擦力破坏准则为克服摩擦力；承压型承压型高强度螺栓高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似受力特征与普通螺栓类似。1 1、高强度螺栓预拉力的建立方法、高强度螺栓预拉力的建立方法 通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：A A、转角法、转角法 施工方法：施工方法：初拧初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；第118页/共147页终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的定的 角度，一般为角度，一般为120120o o180180o o完成终拧。完成终拧。特
49、点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧拧 和超拧；和超拧；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法：初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的30%30%50%50%，使，使 板件贴紧密；板件贴紧密；终拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。设计终拧力矩拧紧。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。第119页/共147页C C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：施工方法：初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧
50、力矩的60%60%80%80%；终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等等高强度螺栓的施工要求：高强度螺栓的施工要求：由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：1 1）终拧力矩偏差不应大于）终拧力矩偏差不应大于10%10%；2 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。）拧固顺序先主后次，且当