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1、第四章第四章 钢结构钢结构的连接的连接v 常见的连接方法常见的连接方法v 焊缝连接焊缝连接v 普通螺栓连接普通螺栓连接v 高强螺栓连接高强螺栓连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接4.1 4.1 常见常见的连接方法的连接方法焊缝焊缝连接连接第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接螺栓连接螺栓连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接铆钉连接铆钉连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系1 1、焊缝、焊缝连接及其特点连接及其特点焊缝图焊缝图特点特点（1
2、 1）不削弱截面，节约材料；）不削弱截面，节约材料；（2 2）构造简单，加工方便；）构造简单，加工方便；（3 3）密闭性好，刚度大；）密闭性好，刚度大；（4 4）自动化作业，生产效率高；）自动化作业，生产效率高；（5 5）热影响区材质变脆，残余变形，残余应力）热影响区材质变脆，残余变形，残余应力第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系2 2、铆钉、铆钉连接及其特点连接及其特点铆钉图铆钉图 特点特点（1 1）良好的塑性与韧性，适合与直接承受动载）良好的塑性与韧性，适合与直接承受动载（2 2）工艺复杂，技术要求高；）工艺复杂，技术要求高；（3 3）削弱截面，费工费
3、料，已很少采用；）削弱截面，费工费料，已很少采用；第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系3 3、普通螺栓、普通螺栓连接及其特点连接及其特点普通螺栓图普通螺栓图 特点特点（1 1）精制螺栓）精制螺栓A A、B B级，粗制螺栓级，粗制螺栓C C级级（2 2）刚度较弱；）刚度较弱；（3 3）削弱截面，不省材；）削弱截面，不省材；第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系4 4、高强螺栓、高强螺栓连接及其特点连接及其特点高强螺栓图高强螺栓图 特点特点（1 1）材质与普通螺栓不同；）材质与普通螺栓不同；（2 2）变形小，适合承受动载）变
4、形小，适合承受动载,抗疲劳性能好；抗疲劳性能好；（3 3）削弱截面，不省材；）削弱截面，不省材；（4 4）安装方便）安装方便第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 试验表明：试验表明：“有孔的板的疲劳强度，因为没有摩有孔的板的疲劳强度，因为没有摩擦力，明显地较高强栓接头为低擦力，明显地较高强栓接头为低”4.2 4.2 焊接方法焊接方法简介简介1 1、手工、手工电弧焊电弧焊（1 1）焊缝金属要与主体金属匹配，当两种不同强）焊缝金属要与主体金属匹配，当两种不同强度的钢材相焊接，采用与较低强度匹配的焊条。度的钢材相焊接，采用与较低强度匹配的焊条。Q235(E43*
5、)Q345(E50*)Q390Q235(E43*)Q345(E50*)Q390与与Q420(E55*)Q420(E55*)（2 2）焊条型号表示方法：）焊条型号表示方法：E E表示焊条；表示焊条；4343表示焊条钢丝抗拉强度最表示焊条钢丝抗拉强度最小值为小值为43kgf/mm43kgf/mm2 2；*，如，如1515表示药皮类型等表示药皮类型等第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系2 2、自动、自动（或半自动）埋弧焊（或半自动）埋弧焊（1 1）焊缝金属要与主体金属匹配，）焊缝金属要与主体金属匹配，Q235(H08)Q235(H08)。（2 2）焊丝型号表示方
6、法：）焊丝型号表示方法：H08H08、H10MnSi H10MnSi（3 3）熔深大，效率高，质量均匀，塑性韧性较好，便于工）熔深大，效率高，质量均匀，塑性韧性较好，便于工厂焊接，焊接位置长而直的焊缝厂焊接，焊接位置长而直的焊缝第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系3 3、气体、气体保护焊保护焊（1 1）保护气如）保护气如CO2CO2代替焊剂，代替焊剂，保护焊缝金属。保护焊缝金属。（2 2）熔深大，效率高，质量）熔深大，效率高，质量好。好。（3 3）施焊时周围风速要求小，）施焊时周围风速要求小，以免气体吹散，目前应用还以免气体吹散，目前应用还不广。不广。第四
7、章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系4.3 4.3 焊接焊接结构的特点与焊缝连接结构的特点与焊缝连接1 1、焊接、焊接结构特点结构特点（1 1）不削弱截面，不需额外连接件，构造简单。）不削弱截面，不需额外连接件，构造简单。（2 2）密闭性好，刚度、整体性好。）密闭性好，刚度、整体性好。第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接（3 3）热影响区材质变脆。）热影响区材质变脆。（4 4）焊缝易存在各种缺陷：裂缝、气泡、夹渣等）焊缝易存在各种缺陷：裂缝、气泡、夹渣等（5 5）焊接结构刚度大，局部裂缝易扩展到整体。）焊接结构刚度大，局部裂缝易扩展到整体。（6 6）出现残余
8、应力与残余变形）出现残余应力与残余变形中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系2 2、避免不利影响的措施、避免不利影响的措施（1 1）合理选择钢材合理选择钢材，控制，控制“碳当量碳当量”，保证可焊性。，保证可焊性。C C0.20%（2 2）合理设计焊缝合理设计焊缝，尽量减少应力集中、残余应力及变形。，尽量减少应力集中、残余应力及变形。第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（3 3）采用）采用合理的焊接工艺合理的焊接工艺，如分段、分层，开坡口等。，如分段、分层，开坡口等。（4 4）提高）提高
9、焊工技术焊工技术，注意焊工定期考核。，注意焊工定期考核。（5 5）根据）根据钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范进行进行检查验收检查验收。第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系3 3 质量等级质量等级(钢结构施工质量验收规范钢结构施工质量验收规范)（a a）外观检查：）外观检查：目视、放大镜、尺量等目视、放大镜、尺量等检查表面气泡、夹渣、裂纹、外形等。检查表面气泡、夹渣、裂纹、外形等。质检内容质检内容第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（b b）内部缺陷检查：）内部缺陷检查：超声波探伤，射线超声波探伤，射
10、线检验、磁粉探伤。检验、磁粉探伤。外形检查外形检查第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系构件组装允许偏差构件组装允许偏差第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系超声波探伤超声波探伤射线探伤射线探伤（a a）一级：外观检查对每条焊缝的）一级：外观检查对每条焊缝的100100作超声波探伤。作超声波探伤。（b b）二级：外观检查对每条焊缝的）二级：外观检查对每条焊缝的2020且不小于且不小于200mm200mm作超声波探伤作超声波探伤（c c）三级：仅作外观
11、检查。）三级：仅作外观检查。三个等级三个等级第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系说明说明（a a）依据：）依据：钢结构工程施工验收规范钢结构工程施工验收规范。（b b）不同等级，外观检查要求不同。）不同等级，外观检查要求不同。（c c）一、二级焊缝强度与母材一致；）一、二级焊缝强度与母材一致；三级焊缝三级焊缝强度较母材低。强度较母材低。第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接质量等级确定原则：质量等级确定原则：（a)a)根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境、应根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境、应力状态等确定力状态等确定 （b)b)具体要求
12、见具体要求见P91.P91.中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系外观质量标准：外观质量标准：第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系焊缝强度设计值焊缝强度设计值第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系3 3、焊缝的类别与焊接接头的形式焊缝的类别与焊接接头的形式第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(a)(a)对接焊缝对接焊缝 (b)(b)角焊缝角焊缝焊缝类型：对接焊缝与角焊缝焊缝类型：对接焊缝与角焊缝(c)(c)塞焊缝塞焊缝(d)(d)槽焊缝槽焊缝(e)(e)点焊缝点焊缝第四章第四章 钢结构
13、的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系常见的接头形式：对接、搭接、常见的接头形式：对接、搭接、T T接、角接等接、角接等第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系4 4、焊接、焊接位置位置 施焊时焊条与焊缝的相对位置称为焊接位置，施焊时焊条与焊缝的相对位置称为焊接位置，如俯焊、横焊、立焊、仰焊如俯焊、横焊、立焊、仰焊。5 5、焊缝、焊缝符号（课程设计时再熟悉）符号（课程设计时再熟悉）第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系4.4 4.4 对接对接焊缝的构造与计算焊缝的构造与计算1 1、构造、构造特点特点（1 1）
14、坡口）坡口第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（2 2）变截面对接焊缝）变截面对接焊缝第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接（3 3）纵横两向对接焊缝）纵横两向对接焊缝中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（4 4）引弧板：）引弧板：焊缝计算长度是否扣焊缝计算长度是否扣2t2t？第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系2 2、对接、对接焊缝强度计算焊缝强度计算（1 1）一、二级焊缝用引弧板，不需单独计算。）一、二级焊缝用引弧板，不需单独计算。（2 2）以下情况需要单独计算）以下情况需要单独计算 （a)a)三级焊缝；三级焊缝；
15、(b)(b)未用引弧板；未用引弧板；(c)(c)施工条件较差的高空安装焊缝，强度取施工条件较差的高空安装焊缝，强度取0.90.9折；折；(d)(d)无垫板的单面施焊对接焊缝，不易焊满，强度取无垫板的单面施焊对接焊缝，不易焊满，强度取0.850.85折折第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（a a）同构件截面强度计算。）同构件截面强度计算。（b b）不考虑塑性发展，按弹性理论计算。）不考虑塑性发展，按弹性理论计算。（c c）折算应力强度增大系数）折算应力强度增大系数1.11.1。（d d）斜焊缝的强度计算问题。）斜焊缝的强度计算问题。（3）计算方法的几点说明
16、）计算方法的几点说明第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系4.5 4.5 角焊缝角焊缝的构造与计算的构造与计算1 1、构造、构造特点特点(1)(1)角焊缝的分类角焊缝的分类直角角焊缝直角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系角焊缝的危险截面角焊缝的危险截面第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接h hf f 焊脚尺寸焊脚尺寸h he e焊缝有效（计算）厚度，直角焊缝为焊缝有效（计算）厚度，直角焊缝为0.7 h0.7 hf f第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系普
17、通角焊缝普通角焊缝平坡角焊缝平坡角焊缝凹面角焊缝凹面角焊缝第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(2)(2)正面角焊缝与侧面角焊缝正面角焊缝与侧面角焊缝第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接侧焊缝侧焊缝（与力平行）（与力平行）端焊缝端焊缝（与力垂直）（与力垂直）中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系侧面角焊缝应力状态侧面角焊缝应力状态第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，焊缝越长应力不均匀程度越高焊缝越长应力不均匀程度越高破坏常发生在近似破坏常发生在近似4545斜平面上斜平面上承载能力
18、相对正面焊缝低，但塑性较好承载能力相对正面焊缝低，但塑性较好中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系正面角焊缝应力状态正面角焊缝应力状态第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂，正、剪应力都有角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂，正、剪应力都有有效截面上沿焊缝长度应力分布比较均匀有效截面上沿焊缝长度应力分布比较均匀承载能力相对侧焊缝高承载能力相对侧焊缝高1/31/3左右，但塑性差左右，但塑性差中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(3)(3)焊脚尺寸焊脚尺寸h hf f的要求的要求第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接不应太小不应太小 焊缝热量很快被焊件吸收，焊缝冷却太快，焊缝变脆
19、焊缝热量很快被焊件吸收，焊缝冷却太快，焊缝变脆不应太大不应太大 焊缝冷却后产生较大变形，焊件容易被烧穿焊缝冷却后产生较大变形，焊件容易被烧穿hft1t2中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(4)(4)焊缝长度的要求焊缝长度的要求第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接最大计算长度（侧焊缝）：最大计算长度（侧焊缝）：当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。原因：原因：侧焊缝过长，
20、侧焊缝过长，剪应力分布不均匀剪应力分布不均匀中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接最小计算长度（正面与侧面焊缝）：最小计算长度（正面与侧面焊缝）：原因：起焊点与落焊点焊缝易塌落，质量部可靠，位置不原因：起焊点与落焊点焊缝易塌落，质量部可靠，位置不 能太靠近。能太靠近。中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(5)(5)其他构造要求其他构造要求第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接断续角焊缝：断续角焊缝：用于次要构件或用于次要构件或次要连接次要连接。中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系2 2
21、、角焊缝计算公式、角焊缝计算公式(1)(1)几点说明几点说明取取4545度方向的焊缝截面为计算时的破坏面。度方向的焊缝截面为计算时的破坏面。角焊缝抗拉、抗压、抗剪强度设计值均取为角焊缝抗拉、抗压、抗剪强度设计值均取为在通过焊缝形心的拉力、压力、剪力作用下，沿在通过焊缝形心的拉力、压力、剪力作用下，沿焊缝长度方向应力均匀分布。焊缝长度方向应力均匀分布。（见（见P494,P494,实际就是抗剪强度）实际就是抗剪强度）第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(2)(2)传统强度计算方法（铁路规范）传统强度计算方法（铁路规范）计算公式计算公式第四章第四章 钢结构的连接
22、钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系实际是不考虑正面角焊缝的承载能力高于侧面角焊缝。实际是不考虑正面角焊缝的承载能力高于侧面角焊缝。(2)(2)新的强度计算方法（建筑规范）新的强度计算方法（建筑规范）基本公式基本公式实用公式实用公式？第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系应力状态分析应力状态分析计算截面应力分析计算截面应力分析第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 作用力平行于焊缝长度方作用力平行于焊缝长度方向向第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系作用力垂直于焊缝方向作用力
23、垂直于焊缝方向 分解分解第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系沿焊缝长度方向剪应力：沿焊缝长度方向剪应力：垂直于焊缝长度方向应力：垂直于焊缝长度方向应力：分解分解两种力同时作用两种力同时作用第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系代入基本公式：代入基本公式：角焊缝的有效截面角焊缝的有效截面A Ae e=L=Lw wh he e L Lw w焊缝计算长度，焊缝计算长度，L-2 hL-2 hf f h he e焊缝有效（计算）厚度，焊缝有效（计算）厚度，0.7 h0.7 hf f h hf f 焊角尺寸焊角尺寸第四章第四章 钢结
24、构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系3 3、角焊缝连接的计算、角焊缝连接的计算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接轴力、剪力及联合作用轴力、剪力及联合作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用焊缝群截面特性计算焊缝群截面特性计算计算长度：非连续焊缝计算长度计算长度：非连续焊缝计算长度Lw=L-nLw=L-nhfhf 连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除hfhf焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等 应力计算应力计算强度校核
25、强度校核焊缝（焊缝群）内力分析焊缝（焊缝群）内力分析中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（1 1）拼接板连接）拼接板连接 承受轴力承受轴力N N作用作用第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接 认为焊缝有效截面上认为焊缝有效截面上应力均匀分布，而且只应力均匀分布，而且只有剪应力有剪应力中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接 认为焊缝有效截面上认为焊缝有效截面上应力均匀分布，而且只应力均匀分布，而且只有应力有应力中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接由端焊缝由端焊缝1N1122再验算侧焊缝再验算侧焊缝中南大学桥梁工程系中南大学
26、桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接简化验算简化验算 无论静载、动载无论静载、动载中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 斜向角焊缝承载能力斜向角焊缝承载能力介于正面与侧面角焊缝介于正面与侧面角焊缝之间，提高部分不多，之间，提高部分不多，见见P75P75。第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接（2）角钢与）角钢与拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝blw2lw1N1、N2 不均匀分配不均匀分配,如何分配？如何分配？由平衡条件由平衡条件中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系角钢类型角钢类型连接形式连接形式内力分配系数内力分配系数肢背肢背K1肢尖
27、肢尖K2等肢角钢等肢角钢0.700.30不等肢角钢不等肢角钢短肢连接短肢连接0.750.25不等肢角钢不等肢角钢长肢连接长肢连接0.650.35内力分配系数如下：内力分配系数如下：第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接blw2lw1三面围焊三面围焊由端焊缝强度验算确定由端焊缝强度验算确定由平衡由平衡中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接（3）梁柱）梁柱连接连接 弯矩、剪力、轴力作用弯矩、剪力、轴力作用中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接梁柱连接梁柱
28、连接 整个焊缝截面整个焊缝截面 焊缝应力分布焊缝应力分布 弯矩弯矩 轴力轴力 剪力剪力 加劲肋加劲肋整个截面整个截面Aw,Iw中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系Iw 有效截面对应的惯性矩有效截面对应的惯性矩弯矩、剪力、轴力在焊缝截面产生的应力效果。弯矩、剪力、轴力在焊缝截面产生的应力效果。第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接危险点危险点 b强度计算强度计算梁柱连接梁柱连接 整个焊缝截面整个焊缝截面 焊缝应力分布焊缝应力分布 弯矩弯矩 轴力轴力 剪力剪力 加劲肋加劲肋整个截面整个截面Aw,Iw仅腹板仅腹板焊缝截面焊缝截面中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连
29、接梁柱连接梁柱连接 整个焊缝截面整个焊缝截面 焊缝应力分布焊缝应力分布 弯矩弯矩 轴力轴力 剪力剪力 加劲肋加劲肋整个截面整个截面Aw,Iw中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系危险点危险点 a强度计算强度计算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接（4）牛腿焊接）牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用扭矩、剪力、轴力作用焊缝截面焊缝截面 V(a+e)剪力剪力V产生的产生的A点应力点应力轴力轴力N产生产生A点的应力点的应力中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接焊缝截面焊缝截面 V(a+e)基本假定：基本假定：（a a）焊缝为弹性体，板焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心为刚
30、性体，绕形心 o o 旋转旋转 （b b）由由T T引起的应力与引起的应力与OAOA垂直，大小与垂直，大小与OAOA成正比成正比扭矩扭矩T作用的应力作用的应力？中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接焊缝截面焊缝截面 V(a+e)X方向合应力：方向合应力：Y方向合应力：方向合应力：验算：验算：A A点：点：应力合成与强度验算应力合成与强度验算中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系4.6 4.6 焊接焊接残余应力与焊接残余变形残余应力与焊接残余变形1 1、焊接、焊接残余应力残余应力钢材热胀冷缩钢材热胀冷缩高温下发生塑性压缩高温下发生塑性压缩变形，冷却时不能恢复变形
31、，冷却时不能恢复要点要点:第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接焊缝周围温度场焊缝周围温度场中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系实例实例:约束钢杆件应力分析约束钢杆件应力分析（2 2）纵向焊接残余应力纵向焊接残余应力第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接纵向焊接应力纵向焊接应力平平 板板 工字形截面工字形截面中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（3 3）横向焊接残余应力横向焊接残余应力纵向收缩导致反向弯曲，引起横向残余应力纵向收缩导致反向弯曲，引起横向残余应力横向收缩产生的残余应力（与施焊顺序直接相关）横向收缩产生的残余应力（与施焊顺序直接相关）第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接第一部分第
32、一部分 施焊施焊方向方向收缩收缩应力分布应力分布 第二部分第二部分=合成合成 应力应力中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（4 4）板厚方向焊接残余应力板厚方向焊接残余应力板厚为板厚为202030mm30mm以下时，不考虑此焊接残余应力以下时，不考虑此焊接残余应力厚板的三向同号应力使钢材变脆。厚板的三向同号应力使钢材变脆。（5 5）约束状态下的焊接残余应力约束状态下的焊接残余应力第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系2 2、焊接、焊接残余变形残余变形第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系3 3、残余应力与变形对结构的影响残
33、余应力与变形对结构的影响不影响构件静力强度不影响构件静力强度降低结构的刚度降低结构的刚度降低构件稳定承载力降低构件稳定承载力加速构件的脆性破坏加速构件的脆性破坏降低结构的疲劳强度降低结构的疲劳强度残余变形影响结构的安装、正常使用残余变形影响结构的安装、正常使用第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系4 4、减少残余应力、减少残余应力与与残余残余变形的措施变形的措施(设计与施工设计与施工)第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接选择合理的施焊顺序选择合理的施焊顺序(分段、分层、分块等分段、分层、分块等)；中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 合理安排焊接次序，拆分
34、多道焊缝。合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。施焊前，预加反向变形，机械矫形。施焊前，预加反向变形，机械矫形。焊接次序交替进行焊接次序交替进行 分多道焊缝分多道焊缝 预加反变形预加反变形第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接采用合理的焊缝设计采用合理的焊缝设计(焊缝尺寸，焊缝形式，焊缝位置，焊缝尺寸，焊缝形式，焊缝位置，施工可行性施工可行性)中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系差差好好差差好好加劲板开孔，让主要焊缝加劲板开孔，让主要焊缝通过，次要焊缝中断通过，次要焊缝中断第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系差差好好4.74.7 螺栓连接概述螺栓连接概述1 1、
35、螺栓种类螺栓种类（1 1）粗制螺栓（）粗制螺栓（C C级）级）性能等级：性能等级：4.64.6级，级，4.84.8级，普通碳素钢级，普通碳素钢Q235Q235类孔：冲成孔，孔径比杆径大类孔：冲成孔，孔径比杆径大1 11.5mm1.5mm使用于临时安装连接使用于临时安装连接第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（2 2）精制螺栓）精制螺栓 （A A，B B级）级）性能等级：性能等级：5.65.6级级,8.8,8.8级，优质碳素钢级，优质碳素钢4545号钢号钢3535号钢号钢类孔：钻成孔，孔径比杆径大类孔：钻成孔，孔径比杆径大0.30.30.5mm0.5mm很少
36、使用很少使用第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（3 3）高强螺栓）高强螺栓性能等级：性能等级：10.910.9级，级，8.88.8级级类孔：钻成孔，孔径比杆径大类孔：钻成孔，孔径比杆径大1 11.5mm1.5mm应用广泛，尤其在桥梁中应用广泛，尤其在桥梁中第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系2 2、螺栓连接类型（按受力分）螺栓连接类型（按受力分）（1 1）抗剪螺栓连接）抗剪螺栓连接第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（2 2）抗拉螺栓连接）抗拉螺栓连接第四章第四章 钢结构的连接钢
37、结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（3 3）抗剪抗拉螺栓连接）抗剪抗拉螺栓连接第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系3 3、螺栓的排列螺栓的排列（1 1）并列与错列方式）并列与错列方式（2 2）线距、栓距、端距、边距）线距、栓距、端距、边距第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（3 3）保持适当距离的理由及规定）保持适当距离的理由及规定第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接受力要求受力要求 螺距过小：钢板剪坏。螺距过小：钢板剪坏。螺距过大：受压时钢板张开。螺距过大：受压时钢板张开。构造要求构造要求 螺距过大：连
38、接不紧密，潮气侵入腐蚀。螺距过大：连接不紧密，潮气侵入腐蚀。施工要求施工要求 螺距过小：施工时转动扳手困难。螺距过小：施工时转动扳手困难。螺栓螺栓间距间距布置布置要求要求中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（4 4）排列要求）排列要求第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系钢板板叠上钢板板叠上螺栓排列螺栓排列第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系角钢上螺栓角钢上螺栓排列排列第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系工字钢、槽钢工字钢、槽钢上螺栓排列上螺栓排列（1 1）抗剪螺栓连接可能破坏形态）
39、抗剪螺栓连接可能破坏形态第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接4 4、普通、普通螺栓的计算螺栓的计算（a）螺栓剪断）螺栓剪断（板较厚，螺栓较细）（板较厚，螺栓较细）（b）钢板孔壁挤压破坏）钢板孔壁挤压破坏（板较薄，螺栓较粗）（板较薄，螺栓较粗）（c）钢板拉断）钢板拉断（板开孔，截面削弱）（板开孔，截面削弱）应对措施应对措施:(a)(b)(c)通过计算解决通过计算解决中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接（d）钢板剪坏）钢板剪坏（螺栓端距过小）（螺栓端距过小）（e）螺栓弯曲破坏）螺栓弯曲破坏（板过厚，螺栓细长）（板过厚，螺栓细长）端距端距 2d。夹板厚度夹板厚
40、度 5d应对措施应对措施:(d)(e)通过构造措施预防通过构造措施预防中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（2 2）单个抗剪螺栓承载力计算）单个抗剪螺栓承载力计算螺栓杆直径螺栓杆直径d d怎么取？怎么取？（普通螺栓采用螺杆直径（普通螺栓采用螺杆直径P525P525）（承压高栓采用螺纹有效直径）（承压高栓采用螺纹有效直径）（铆钉采用孔径）（铆钉采用孔径）第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接NvNv中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系关键：关键：确定各个剪切面所传递的力，要求其不超过盖剪切面确定各个剪切面所传递的力，要求其不超过盖剪切面的抗剪承载力即可。的抗剪承载力即可。第四章第四章 钢结构的连
41、接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系剪切面数目如何数？剪切面数目如何数？第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接哪个承压面最危险？哪个承压面最危险？承压强度与连接件及螺栓均有关承压强度与连接件及螺栓均有关P524P524中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（3 3）剪力螺栓群的不均匀受力剪力螺栓群的不均匀受力第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(4)(4)轴心力作用下螺栓群的抗剪连接计算轴心力作用下
42、螺栓群的抗剪连接计算适当布置螺栓使得连接长度最短适当布置螺栓使得连接长度最短计算连接所需螺栓数：计算连接所需螺栓数：第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接几点说明几点说明bI 截面截面AnIaII 截面截面AnII中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系构件净截面强度计算构件净截面强度计算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接几点说明几点说明bI 截面截面AnIaII 截面截面AnII螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓错列布置螺栓错列布置中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系找可能的危险截面；找可能的危险截面；确定该截面的内力确定该截面的内力验算该截面的强度验算该截面的强度块状拉剪破坏计算块状拉剪破坏计算
43、第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(5)(5)偏心力作用下螺栓群的抗剪连接计算偏心力作用下螺栓群的抗剪连接计算先排列，后验算螺栓强度先排列，后验算螺栓强度关键：确定扭矩关键：确定扭矩T T作用下各螺栓分担的力作用下各螺栓分担的力合成得到关键螺栓所分担的力，并作强度验算合成得到关键螺栓所分担的力，并作强度验算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（6 6）单个抗拉螺栓承载力计
44、算）单个抗拉螺栓承载力计算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接NN撬力撬力加劲肋加劲肋螺栓拉力：螺栓拉力：Pf=N/2+V N/2 (刚度越大，刚度越大，V 越小越小)螺栓有效直径螺栓有效直径螺栓抗拉设计强度螺栓抗拉设计强度 考虑撬力的影响考虑撬力的影响中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(7)(7)弯矩作用下螺栓群的抗拉连接计算弯矩作用下螺栓群的抗拉连接计算关键：确定弯矩关键：确定弯矩M M作用下各螺栓分担的拉力，作用下各螺栓分担的拉力，绕谁转动？绕谁转动？第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(8)(8)剪力与轴力作用下螺栓群的连接计算剪力与轴力作用下
45、螺栓群的连接计算拉剪联合公式拉剪联合公式孔壁承压强度验算孔壁承压强度验算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(普通螺栓普通螺栓)(高强螺栓高强螺栓)4.8 4.8 高强螺栓高强螺栓连接连接1 1、高强螺栓、高强螺栓种类种类性能等级：性能等级：8.88.8级，级，10.910.9级级第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系2 2、工作性能工作性能摩擦型高强螺栓抗剪连接摩擦型高强螺栓抗剪连接承压型高强螺栓抗剪连接承压型高强螺栓抗剪连接第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系外力外力N预拉力预拉
46、力P挤压力挤压力Q摩擦力摩擦力F拧紧螺母产生预拉力拧紧螺母产生预拉力剪力剪力N变形变形NNNN摩擦型螺栓摩擦型螺栓设计准则设计准则承压型螺栓承压型螺栓设计准则设计准则外力可超过摩擦力，经外力可超过摩擦力，经滑移后由螺杆承剪承压。滑移后由螺杆承剪承压。抗拉型高强螺栓连接抗拉型高强螺栓连接第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系抗拉抗剪型高强螺栓连接抗拉抗剪型高强螺栓连接紧固方法：扭距法；转角法；扭剪法紧固方法：扭距法；转角法；扭剪法第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接3 3、预拉力、预拉力P P中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系预拉力计算式预拉力计算式0.9
47、0.9螺栓材质不均匀折减系数螺栓材质不均匀折减系数0.90.9施工时考虑超张拉影响施工时考虑超张拉影响0.90.9因为因为fufu附加安全系数附加安全系数1.21.2考虑剪力的不利影响考虑剪力的不利影响第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系高强度螺栓设计预拉力高强度螺栓设计预拉力 P（kN）第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系抗滑移系数抗滑移系数4 4、摩擦型高强抗剪螺栓群强度计算摩擦型高强抗剪螺栓群强度计算(1)(1)摩擦型高强螺栓摩擦型高强螺栓第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系
48、铁路规范计算公式：铁路规范计算公式：（2 2）轴力）轴力作用下摩擦型高强螺栓群强度计算作用下摩擦型高强螺栓群强度计算计算单个螺栓承载力计算单个螺栓承载力确定所需螺栓数确定所需螺栓数排列螺栓排列螺栓构件截面强度计算构件截面强度计算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系(关键：考虑孔前摩擦面传力问题关键：考虑孔前摩擦面传力问题)（3 3）偏力作）偏力作用下摩擦型高强螺栓群强度计算用下摩擦型高强螺栓群强度计算同普通螺栓计算同普通螺栓计算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系5 5、摩擦型高强螺栓群抗拉强度计算摩擦型高强螺栓群抗拉
49、强度计算问题：问题：单个螺栓分担多大力？能承担多大力？单个螺栓分担多大力？能承担多大力？中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接问题：问题：NtNt作用下螺栓杆实际拉力有多大作用下螺栓杆实际拉力有多大?是是Nt+PNt+P吗？吗？第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接单个摩擦型高强螺栓受拉承载力：单个摩擦型高强螺栓受拉承载力：确保板件处于受压状态确保板件处于受压状态中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系（2 2）高强螺栓）高强螺栓群抗拉连接计算（群抗拉连接计算（弯矩作用弯矩作用）注意：弯矩作用下，中性轴的定位问题注意：弯矩作用下，中性轴的定位问题第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系1234566 6、摩擦型高强螺栓、摩擦型高强螺栓群抗拉抗剪连接计算群抗拉抗剪连接计算第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系123456剪力剪力V验算：验算：弯矩弯矩M拉力拉力N确保抗剪承载力（不滑移）确保抗剪承载力（不滑移）确保抗拉承载力（压紧）确保抗拉承载力（压紧）第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系物理概念明确物理概念明确公式简明好记公式简明好记第四章第四章 钢结构的连接钢结构的连接中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系7 7、本章总结、本章总结