钢结构第三章连接幻灯片.ppt

第第第第三三三三章章章章§3.1§3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法连接设计遵循原则：安全可靠、传力明确、构连接设计遵循原则：安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则造简单、制造方便和节约钢材的原则对接焊缝连接对接焊缝连接优点：优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好．结构刚度大接的密闭性好．结构刚度大角焊缝连接角焊缝连接缺点：缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出一、一、焊接连接焊接连接 (P52)(P52) 1、焊接连接的特点、焊接连接的特点2、钢结构常用焊接方法、钢结构常用焊接方法（（1 1））. .手工电弧焊手工电弧焊用手工操纵焊条、用电弧作为热源的焊接方法用手工操纵焊条、用电弧作为热源的焊接方法 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧Ø焊条的选择：焊条的选择：焊条应与焊件钢材焊条应与焊件钢材(或称主体金属或称主体金属)相适应。

相适应Q390Q390、、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500--5518)(E5500--5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000--5048)(E5000--5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300--E4328)E4300--E4328)焊条的表示方法：焊条的表示方法：E—焊条焊条( (Electrode) )第第1 1、、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（（kgf/mm2) )第第3 3、、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型适用焊接位置、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，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；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Ø手工电弧焊优、缺点手工电弧焊优、缺点(2).(2).埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）利用在焊剂层下燃烧的电弧进行焊接的方法焊接的方法 Ø焊丝的选择应与焊件等强度。

焊丝的选择应与焊件等强度 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好接质量好缺点：设备投资大，施工位置受限等缺点：设备投资大，施工位置受限等 （（3 3））. .气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好 缺点：施工条件受限制等缺点：施工条件受限制等(4)、电渣焊、电渣焊(P54)(5)、电阻焊、电阻焊(P55)(6)、螺栓焊、螺栓焊(P55)3 3、焊接连接形式和焊缝形式、焊接连接形式和焊缝形式(P56)(P56)(1).(1).焊缝连接形式（焊缝连接形式（P56P56））按被连接钢材的相对位置分按被连接钢材的相对位置分对接链接对接链接采用拼接盖板的对接链接采用拼接盖板的对接链接搭接连接搭接连接T形链接形链接角部连接角部连接对接连接、搭接连接、对接连接、搭接连接、T形连接和角部连接形连接和角部连接A、对接焊缝：焊缝位于被连接板件或其中一个板、对接焊缝：焊缝位于被连接板件或其中一个板件的平面内，分件的平面内，分正对接焊缝和斜对接焊缝正对接焊缝和斜对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝 B、角焊缝：焊缝位于两个被连接板件的边缘位置、角焊缝：焊缝位于两个被连接板件的边缘位置T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝(2)、焊缝形式、焊缝形式(P56)角焊缝分为角焊缝分为正面角焊缝正面角焊缝—焊缝长度方向平行于力的作用方向焊缝长度方向平行于力的作用方向侧面角焊缝侧面角焊缝—焊缝长度方向平行于力的作用方向焊缝长度方向平行于力的作用方向斜焊缝斜焊缝—焊缝长度方向既不平行也不垂直于力焊缝长度方向既不平行也不垂直于力的作用方向的作用方向图图3.1.9按长度方向分布分：连续角焊缝和间断角焊缝两种按长度方向分布分：连续角焊缝和间断角焊缝两种图图3.1.10按施焊位置分平焊按施焊位置分平焊(又称俯焊又称俯焊)、横焊、立焊及仰焊、横焊、立焊及仰焊图图3.1.114 4、焊缝缺陷及焊缝质量检查、焊缝缺陷及焊缝质量检查(P57)(P57)（（1 1））. .焊缝缺陷焊缝缺陷裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透(2).(2).焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。

检验内部缺陷 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法还可以采用法还可以采用X X射线或射线或γγ射线透照或拍片射线透照或拍片《《钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范》》规定（不要求）规定（不要求） 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级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焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级质量标准； 一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数一、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量的超声波检验并符合相应级别的质量标准 《《钢结构设计规范钢结构设计规范》》（（GB50017--2003GB50017--2003）中，对焊缝）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：质量等级的选用有如下规定： (1) (1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向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，受压时应为二级。

的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级 (3).(3).焊缝质量等级的规定焊缝质量等级的规定(P38)(P38)(2) (2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材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；受压时宜为二级等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级  （３）重级工作制和起重量（３）重级工作制和起重量 Ｑ＞５０ｔ的中级工作Ｑ＞５０ｔ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Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，与节点板之间的Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级不应低于二级 （４）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷（４）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Ｑ＞５０ｔ的中级工作制载且需要验算疲劳和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级2、螺栓连接、螺栓连接 优点：连接刚度大，传力可靠；优点：连接刚度大，传力可靠； 普通螺栓连接普通螺栓连接(bolted connections) 二、铆钉连接和螺栓连接二、铆钉连接和螺栓连接(P59)N缺点：对施工技术要求很高，劳动缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，强度大，施工条件差， 施工速度慢。

施工速度慢1、、铆钉连接铆钉连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接(high-strength bolted connections)(1).(1).普通螺栓连接（普通螺栓连接（P59P59））C级级---粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u≥400N/mm≥400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；；ⅡⅡ类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) ＝＝1.51.5～～3mm3mmA、、B级级---精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.6或或8.8级级; ;5或或8表示表示f fu u≥500≥500或或800800N/mmN/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；；ⅠⅠ类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)＝＝0.30.3～～0.5mm0.5mm按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、、B、、C三个级别三个级别(2(2））. .高强度螺栓连接高强度螺栓连接(P59)(P59)由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理45号－8.8级； 40B和20MnTiB－10.9级大六角高强螺栓大六角高强螺栓扭剪型高强螺栓扭剪型高强螺栓经过热处理后螺栓抗拉强度分别不低于800N/mm2和1000N/m2图图3.1.13高强螺栓连接分摩擦型高强螺栓连接及承压型高强高强螺栓连接分摩擦型高强螺栓连接及承压型高强螺栓连接两种螺栓连接两种摩擦型高强螺栓孔径摩擦型高强螺栓孔径d0d0=d(螺杆公称直径螺杆公称直径)+1.5~2.0mm承压型高强螺栓孔径承压型高强螺栓孔径d0d0=d(螺杆公称直径螺杆公称直径)+1.0~1.5mmØ承压型高强螺栓连接承压型高强螺栓连接—依靠栓杆和螺栓孔之间承依靠栓杆和螺栓孔之间承压来传力。

压来传力承压型高强螺栓连接承载力高于摩擦型，但剪切承压型高强螺栓连接承载力高于摩擦型，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构中变形大，不得用于承受动力荷载的结构中剪切变形小，弹性性能好，适用于承受动荷载的结构剪切变形小，弹性性能好，适用于承受动荷载的结构Ø摩擦型高强螺栓连接摩擦型高强螺栓连接—通过部件接触面的摩擦力通过部件接触面的摩擦力来传力三、轻钢结构的紧固件连接三、轻钢结构的紧固件连接(P60-61)—自学自学四、焊缝代号、螺栓图例四、焊缝代号、螺栓图例(P61)1、焊缝代号、焊缝代号—由引出线、图形符号和辅助符号三部由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成焊缝分布比较复杂时，在标注焊缝代号的同时，在焊缝分布比较复杂时，在标注焊缝代号的同时，在图形上加栅线表示图形上加栅线表示2、螺栓及其孔眼图例、螺栓及其孔眼图例(P62)1 1、对接焊缝的坡口形式、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§3.2 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算(P62) 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和施工条件施工条件有关。

有关 t--t--焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t<6mm(:t<6mm(手工焊手工焊),t<10mm(),t<10mm(埋弧焊埋弧焊) )时可不做坡时可不做坡 口口, ,采用直边缝采用直边缝; ; (2)t=7(2)t=7~20mm20mm时，宜采用单边时，宜采用单边V形和双边形和双边V形坡口形坡口; ; (3)t>20mm(3)t>20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口C=0.5~2mm（（a）直边缝）直边缝C=2~3mm（（b）单边）单边V形坡口形坡口ααC=2~3mm（（C））V形坡口形坡口ααp p（（d））U形坡口形坡口C=3~4mmp pC=3~4mmp p（（e））K形坡口形坡口C=3~4mmp p（（f））X形坡口形坡口2 2、、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧、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，每条板引出，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焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，，t t1 1—较薄焊较薄焊件厚度；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，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，减小应力集中。

过度，减小应力集中≤1:2.5≤1:2.55、起落弧处为避免弧坑缺陷，设引弧板、起落弧处为避免弧坑缺陷，设引弧板(或引出板或引出板)，，焊后割除焊后割除如没有设置引弧板如没有设置引弧板焊缝计算长度焊缝计算长度=焊缝实际长度焊缝实际长度-2tt—较薄焊件厚度较薄焊件厚度Ø对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透（自学）部分焊透（自学）两种；两种；Ø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受垂直受力方向力方向的连接焊缝；的连接焊缝；Ø对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视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，不予计算三级焊缝需进行计算；为与母材相同，不予计算三级焊缝需进行计算；Ø对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构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件强度计算相同二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算(P63)NNt1、、轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算式中：式中： N—轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t—板件较小厚度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； f ft tw w、、f fc cw w —对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。

对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值NNlw wtA 当不满足上式时，可采用斜对当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图接焊缝连接如图B另另: :当当tantanθ≤θ≤1.51.5时时, ,不用验算不用验算! !NNtBθNsinsinθNcoscosθlw w阅读阅读P64例题例题3.1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lw wtAMVσσττ因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W Ww w—焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w----焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w----焊缝截面惯性矩焊缝截面惯性矩1）板件间对接连接）板件间对接连接（（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焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的σσmaxmax和和ττmaxmax应满足式应满足式3.2.4和和3.2.5要求；要求；σσmaxττσ1ττ1ττmaxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（（1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求：1.11.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。

考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝的形式和强度、角焊缝的形式和强度: :一、角焊缝的形式和受力分析一、角焊缝的形式和受力分析§3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算(P66)直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝（（1 1））直角角焊缝直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式正面角焊缝正面角焊缝—焊缝长度方向平行于力的作用方向焊缝长度方向平行于力的作用方向侧面角焊缝侧面角焊缝—焊缝长度方向平行于力的作用方向焊缝长度方向平行于力的作用方向斜焊缝斜焊缝—焊缝长度方向既不平行也不垂直于力的作用方向焊缝长度方向既不平行也不垂直于力的作用方向（（2））斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于αα>135>135o o或或αα<60<60o o斜斜角角焊缝角角焊缝, ,除除钢管结构外钢管结构外, ,不宜用作受不宜用作受力焊缝Ø直角角焊缝的受力分析直角角焊缝的受力分析(P67)(P67)图图3.3.4 试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较低，塑性性能较好因外力通过焊缝时发生弯折，故低，塑性性能较好。

因外力通过焊缝时发生弯折，故剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw w/h/hf f越大剪应力分布越不均匀越大剪应力分布越不均匀剪应力剪应力ττf fA. A. 应力分析应力分析Nlw wN（（1 1）侧面角焊缝（）侧面角焊缝（侧焊缝侧焊缝））B. 破坏形式破坏形式A.A. 应力分析应力分析 正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差，正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差，但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%35%--55%以上2））正面角焊缝正面角焊缝B. B. 正面角焊缝的破坏形式正面角焊缝的破坏形式（（3 3））斜角焊缝斜角焊缝 斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊缝之间图图3.3.5二、角焊缝的构造要求二、角焊缝的构造要求(P67)(P67) 1 1、最大焊脚尺寸、最大焊脚尺寸hf,max 为了避免焊缝处局部过热，烧穿较薄焊件，减小焊为了避免焊缝处局部过热，烧穿较薄焊件，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，件的焊接残余应力和残余变形，h hf,maxf,max应满足以下要求应满足以下要求: : h hf,maxf,max≤1.2t≤1.2t1 1（钢管结构除外）（钢管结构除外）式中式中: t: t1 1------较薄焊件厚度。

较薄焊件厚度tt t1 1hf f 对于板件边缘的角焊缝对于板件边缘的角焊缝, ,尚应满足尚应满足以下要求：以下要求： 当当 t≤6mmt≤6mm时，时，h hf,maxf,max≤t≤t；；(P68(P68书上内容有错误！书上内容有错误！) ) 当当 t>6mmt>6mm时，时，h hf,maxf,max≤t-(1≤t-(1~2)mm2)mm；；hf ft t1 1t2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸hf,min 式中式中: : t t2--------较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另: :对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,min可减去可减去1mm; ; 对于对于T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm; ; 当当t t2≤≤4mm时时, , hf,min=t=t2为了保证焊缝的最小承载能力，避免在焊缝金属中为了保证焊缝的最小承载能力，避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生裂纹，由于冷却速度快而产生裂纹，hf,min应满足以下要求应满足以下要求: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均，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，应力集中系数越大，两端大而中间小，焊缝长度越长，应力集中系数越大，两端首先达到强度极限而破坏。

如果焊缝长度不是太两端首先达到强度极限而破坏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；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首趋均匀；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端，故：先发生在焊缝两端，故：注注：： 1 1、当实际长度大于以上值时，计算时不予考虑；、当实际长度大于以上值时，计算时不予考虑； 2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上述限制当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上述限制4.4.角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热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，使焊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，规范规缝不可靠故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：定：Ø没有用引弧板时：没有用引弧板时：焊缝计算长度焊缝计算长度=焊缝实际长度焊缝实际长度-2hf5. 搭接连接的构造要求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：不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收、为了避免焊缝横向收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定：t1t2bD. 在在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度 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，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2h2hf f的的绕绕 角焊角焊，且转角处必须连续施焊且转角处必须连续施焊b2hf ft1t2图图3.3.8E、杆件与节点板的连接焊缝、杆件与节点板的连接焊缝(P69)二、直角角焊缝的基本计算公式(P69) 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，作用在该截面上的截面作为计算截面，作用在该截面上的应力如下图所示：应力如下图所示：图图3.3.9图图3.3.10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坏焊缝在有效截面处破坏，，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 3、、由于我国规范给定的角焊由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：件确定的故上式又可表达为：式中：式中：----焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度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：NNyNx┻┻┻┻∥ ∥σfσ┻┻ττ┻┻τ∥ ∥= τfh he elw w45O45Oh hf f将将3.3.43.3.4、、3.3.53.3.5式，代入式，代入3.3.33.3.3式得：式得：或或式式3.3.63.3.6即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式ββf f—正面角焊缝强度增大系数；正面角焊缝强度增大系数； 静载时取静载时取1.221.22，动载时取，动载时取1.01.0。

对于正面角焊缝，对于正面角焊缝，ττf f=0=0，由，由3.3.63.3.6式得：式得：对于侧面角焊缝，对于侧面角焊缝，σσf f=0=0，由，由3 3—6 6式得：式得： 以上各式中：以上各式中： h he e=0.7h=0.7hf f；； lw w—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取 其实际长度减去其实际长度减去2h2hf f式（式（3.3.6）、（）、（3.3.7）、（）、（3.3.8）为直角角焊缝）为直角角焊缝的基本计算公式的基本计算公式三、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算三、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算(P71)(P71)1 1、轴心力作用时角焊缝连接的计算、轴心力作用时角焊缝连接的计算(1)(1)轴心力作用下的盖板轴心力作用下的盖板( (拼接板拼接板) )对接连接对接连接: :A A、仅采用侧面角焊缝连接：、仅采用侧面角焊缝连接：B B、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：NNlw wlw w’(2)(2)承受斜向轴心力的角焊缝连接承受斜向轴心力的角焊缝连接N N代入式代入式3.3.63.3.6验算焊缝强度，即验算焊缝强度，即: :A、分力法、分力法B、合力法、合力法(自学自学)N Nx xN Ny yN Nθθ(3)(3)角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :故故: :Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w2对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w2B B、采用三面围焊、采用三面围焊由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :余下的问题同情况余下的问题同情况‘A’，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3lw1w1lw2w2对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :Ne1e2bN1N2xxN3lw1w1lw2w2C C、采用、采用L L形围焊形围焊代入式代入式(3.3.12)(3.3.12)，，(3.3.13)(3.3.13)得得: :对于设计问题对于设计问题: :Ne1e2bN1xxN3lw1w1阅读阅读P74例例3—2阅读阅读P76例例3—3P75第十行错误：第十行错误：一条侧焊缝的实际长度为：一条侧焊缝的实际长度为：(1) (1) N、、M、、V共同作用时角焊缝计算共同作用时角焊缝计算Nx xNy yMAσσNxNxσσM MττNyNyh he eh he et t2 2、、复杂受力时角焊缝连接计算（复杂受力时角焊缝连接计算（P76））Nθθe( (2) ) V、、M共同作用下焊缝强度计算共同作用下焊缝强度计算h1σσfAfAσσfBfBττf f对于对于A点：点：式中：式中：I Iw w—全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩； h h1 1—两翼缘焊缝最外侧间的距离。

两翼缘焊缝最外侧间的距离xxh h2BB’Ah1MeFVM对于对于B点：点：强度验算公式：强度验算公式：式中：式中：h h2 2、、lw2w2—腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度； h he2e2—腹板焊缝截面有效高度腹板焊缝截面有效高度h1σσf1f1σσf2f2ττf fxxh h2BB’Ah1MVM阅读阅读P79例例3-4作业：作业：P114题题3-10P116题题3-18(1)、、(2)假定假定: :A A、被连接件绝对刚性，焊缝、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：为弹性，即：T T作用下被连作用下被连接件有绕焊缝形心接件有绕焊缝形心O O旋转的旋转的趋势；趋势；B B、、T T作用下焊缝群上任意点的作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与形心的连线，且大小与r r成成正比；正比；C C、在、在V V作用下，焊缝群上的应作用下，焊缝群上的应力均匀分布力均匀分布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) )Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：该连接的设计控制点故：该连接的设计控制点 为为A A点和点和A A’点点xxyyrrxryAττTAxTAxττTAyTAyττTATA0θττVyVyh he eT作用下作用下A点应力点应力: :将其沿将其沿x x轴轴和和y y轴分解轴分解: :e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力剪力V作用下作用下,A,A点应力点应力: :A A点垂直于焊缝长度方点垂直于焊缝长度方向的应力为向的应力为: :A A点平行于焊缝长度方点平行于焊缝长度方向的应力为向的应力为: :强度验算公式：强度验算公式：ττV VxxyyrrxryAττTAxTAxττTAyTAyττTATA0θττVyVyh he e阅读阅读阅读阅读T T、、、、V V联合作用下联合作用下联合作用下联合作用下 的例的例的例的例题题题题3-5(P81)3-5(P81)3-5(P81)3-5(P81)四、斜角角焊缝和部分焊透对接焊缝的计算四、斜角角焊缝和部分焊透对接焊缝的计算(自学自学)αα1 1αα2 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2图图Aαα1 1αα2 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b图图B1 1、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算，、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算， 规范规定：对于两焊脚边夹角规范规定：对于两焊脚边夹角60o≤α≤135o的的 斜斜T T形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相 同的计算公式，且统一取同的计算公式，且统一取βf=1.0。

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：式中：b b、、b b1和和b b2≤5mm≤5mm说明：说明：A. bA. b1和和b b2≤1.5mm≤1.5mm时时, , 可取可取b b1、、b b2=0=0B. bB. b1和和b b2 > 5mm > 5mm时时, , 应如图应如图“B B”方式处方式处 理，且使理，且使b≤5mmb≤5mmαα1 1αα2 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2图图Aαα1 1αα2 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b图图B§3.4 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形(P85)一、焊接残余应力和变形的成因一、焊接残余应力和变形的成因 1 1、焊接残余应力的成因、焊接残余应力的成因 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; ; 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; ; 沿厚度方向的焊接残余应力。

沿厚度方向的焊接残余应力 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上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，焊缝处可达产生不均匀的温度场，焊缝处可达16001600o oC C，而邻近区域，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，产生小的钢材限制，产生热态塑性压缩热态塑性压缩，焊缝冷却时被，焊缝冷却时被塑性塑性压缩压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力拉应力对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到达到屈服强度屈服强度焊接残余应力是无荷载的焊接残余应力是无荷载的内应力内应力，故在，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm-----++（（1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力 （（2 2）横向焊接残余应力）横向焊接残余应力产生的原因产生的原因: :1 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势，的趋势，导致两焊件在焊缝处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，阻止后焊焊缝的横向、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生膨胀，产生横向塑性压缩变形横向塑性压缩变形。

焊缝冷却时，后焊焊缝冷却时，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，更远处焊缝则产生拉应力则产生拉应力；；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(a)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的变形趋势时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的横向应力时的横向应力xy+-+施施焊焊方方向向(c)焊缝横向收缩焊缝横向收缩 时的横向应力时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向焊缝横向残余应力残余应力yx不同施焊方向下不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-++施施焊焊方方向向(e)-+-施施焊焊方方向向( f )xyyx（（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，阻止后焊焊缝的接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生膨胀，产生塑性压缩变形塑性压缩变形。

焊缝冷却时，后焊焊缝的焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产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，因生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应，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力因此，除了横向和纵向焊接残余应力σσx x, ,σσy y 外，外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力还存在沿厚度方向的焊接残余应力σσz z，这三种应力形，这三种应力形成同号成同号( (受拉受拉) )三向应力，大大三向应力，大大降低连接的塑性降低连接的塑性321σσx xσσy yσσz z二、焊接残余变形的成因二、焊接残余变形的成因(P86) 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、、弯曲变形弯曲变形、、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合等，通常是几种变形的组合 二、焊接残余应力和变形对结构工作性能的影响二、焊接残余应力和变形对结构工作性能的影响(P87)(P87)(1)(1)、对结构静力强度的影响、对结构静力强度的影响f f+--b bf fy y+--b bf fy yNyNy因焊接残余应力自相平衡，故：因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即，即N=Ny时：时：结论：结论：焊接残余应焊接残余应力力对结构的对结构的静力强度没静力强度没有影响。

有影响f fy yf fb bB Bt t1 1、焊接应力的影响、焊接应力的影响(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、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应部分拉应力已经达到力已经达到fy ，故该部分刚度为零，故该部分刚度为零（屈服），（屈服），这时这时在在N作用下应变增量为：作用下应变增量为：f f+--b bf fy yNN+--f fy yf fNNb bB Bt t因为因为B-b > △ε△ε2 2结论：结论： 焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低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了结构的刚度B、当截面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作用下应变增作用下应变增量为：量为： 另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠另外，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）曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章） 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应力三向焊接残余拉应力，，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。

限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向 所以，所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆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)(4)、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响 在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到在焊缝及其附近主体金属焊接残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钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感敏感区域区域因此焊接残余应力对结构的疲劳强度因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不有明显的不利影响利影响2、焊接变形的影响、焊接变形的影响(P88)1、安装困难、安装困难2、矫正麻烦、矫正麻烦3、引入几何缺陷，降低稳定承载力、引入几何缺陷，降低稳定承载力三、减小焊接残余应力和变形的措施三、减小焊接残余应力和变形的措施（自学）（自学）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（1 1、、2 2））（（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火处理）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理一、螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列和其他构造要求(1)(1)并列并列—简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距(2)(2)错列错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小； §3.5 §3.5 螺栓连接的构造和工作性能螺栓连接的构造和工作性能(P90)(P90)1、螺栓的排列、螺栓的排列(3).(3).螺栓排列的要求螺栓排列的要求①①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、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能螺栓的边距和端距不能太小；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，端距端距不能太小；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，中距不中距不能太大。

能太大②②构造要求构造要求: : 螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材潮气侵入腐蚀钢材③③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2、螺栓连接的其他构造要求（、螺栓连接的其他构造要求（P91））¯为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一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，或其他，或其他措施以防螺帽松动；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，以下情况可用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：于抗剪连接： 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，为保证接触面紧密，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；应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；二、螺栓的工作性能二、螺栓的工作性能(P91)FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用 （一）、螺栓的抗剪性能（一）、螺栓的抗剪性能(P91)(P91)1 1、工作性能和破坏形式、工作性能和破坏形式 (1).(1).普通螺栓的工作性能普通螺栓的工作性能 对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗剪试验, ,即即可得到板件上可得到板件上a、、b两点相对位移两点相对位移δδ和作用力和作用力N的关系曲线的关系曲线, ,该曲线该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段个阶段, ,即：即： ①①摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(0~1 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NδδO1234NNabNN/2N/2 ②②滑移阶段滑移阶段(1(1~2 2段段) ) 克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大克服摩擦力后，板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，表现在曲线上为水平滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。

段NδδO1234abNN/2N/2 ③③栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(2~3 3段段) ) 该阶段主要靠栓杆与孔壁的该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力栓杆受剪力、接触传力栓杆受剪力、拉力拉力、、弯矩作用弯矩作用，孔壁受挤压由于材，孔壁受挤压由于材料的弹性以及料的弹性以及栓杆拉力增大栓杆拉力增大所导所导致的板件间摩擦力的增大，致的板件间摩擦力的增大，N-N-δδ关系以曲线状态上升关系以曲线状态上升  ④④弹塑性阶段弹塑性阶段(3(3~4 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）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NuNδδO1234abNN/2N/2Nu(2)(2)高强螺栓抗剪连接工作性能高强螺栓抗剪连接工作性能 受力过程与普通螺栓相似，受力过程与普通螺栓相似，分为四个阶段：分为四个阶段：摩擦传力的弹性摩擦传力的弹性阶段阶段、、滑移阶段滑移阶段、、栓杆传力的弹栓杆传力的弹性阶段性阶段、、弹塑性阶段弹塑性阶段。

但比较两条但比较两条N N—δδ曲线可知，曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓远远大于普通螺栓高强度高强度螺栓螺栓NδδO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2NN(3).(3).破坏形式破坏形式①①螺栓杆剪断螺栓杆剪断 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时②②孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时③③板件净板件净截面强度破坏截面强度破坏 截面削弱过多时截面削弱过多时N/2NN/2NN通通过过计计算算来来保保证证 ④④板件端部冲剪破坏板件端部冲剪破坏 端距过小时；端距不应小于端距过小时；端距不应小于2d2dO ONN ⑤⑤栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2(二二)、螺栓的抗拉性能、螺栓的抗拉性能(P93)1、普通螺栓的抗拉性能、普通螺栓的抗拉性能 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板连接板件接触面有脱开趋势件接触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。

栓杆被拉断为其破坏形式Ø螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响 A、、螺栓有被撬开的趋势螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺杆中，使螺杆中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q））并并产生弯曲现象产生弯曲现象连接件刚连接件刚度越小撬力越大度越小撬力越大试验证明影响撬力的因素较多，明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（（f f—螺栓钢材的螺栓钢材的抗拉强度设计值）抗拉强度设计值）来考虑来考虑其影响 B、、 在构造上在构造上可以通过加强可以通过加强连接件的刚度连接件的刚度的方法，来减的方法，来减小杠杆作用引小杠杆作用引起的撬力，如起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可，可以减小甚至消以减小甚至消除撬力的影响除撬力的影响(2) 高强螺栓的抗拉性能高强螺栓的抗拉性能(P94)承受拉力前承受拉力前承受拉力后承受拉力后（（a）代入（）代入（b）得：）得：变形协调条件变形协调条件设螺栓和被连接板有效面积分别为设螺栓和被连接板有效面积分别为Ab和和 A ，被连接，被连接板厚度为板厚度为 ，则，则代入（代入（b）有：）有：由于由于取取得得对对Nt考虑平均荷载分项系数考虑平均荷载分项系数1.3，有，有当构件刚好被拉开时Pf=P+P＝Nt时时为了避免外力大于螺栓预拉力时，卸载后产生松弛现象，规范规定：Nt0.8P (此时Pf＝1.07P)考虑橇力的影响，当考虑橇考虑橇力的影响，当考虑橇力影响时，螺栓杆的拉力力影响时，螺栓杆的拉力Pf与与Nt的关系曲线如图：的关系曲线如图：Nt≤0.5P时，橇力时，橇力Q=0；；Nt≥0.5P后，橇力后，橇力Q出现，出现，增加速度增加速度先慢后快先慢后快。

橇力橇力Q的存在导致连接的极的存在导致连接的极限承载力由限承载力由Nu降至降至Nu’所以，如设计时不考虑橇力所以，如设计时不考虑橇力的影响的影响,应使应使Nt≤0.5P或增加或增加连接板件的刚度（如设加劲连接板件的刚度（如设加劲肋）300 250 200 150 100 50 050 100 150 200 250 300Pf(KN)(KN)Nu u’ Nu uNt(kN)(kN)2NNN191951518.8级级 M22P=150kNQ Q有橇力时的有橇力时的螺栓破坏螺栓破坏无橇力时的无橇力时的螺栓破坏螺栓破坏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、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； (三三)、高强螺栓的预拉力、高强螺栓的预拉力(P95)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 定的角度，一般为定的角度，一般为120120o o~180180o o完成终拧。

完成终拧特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、 漏拧超拧；漏拧超拧；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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）2 2、高强度螺栓预拉力的确定、高强度螺栓预拉力的确定 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强有效抗拉强度度确定的，并考虑了以下修正系数：确定的，并考虑了以下修正系数：œ考虑材料的不均匀性的折减系数考虑材料的不均匀性的折减系数0.90.9；；œ为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.90.9；；œ考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数的降低除以系数1.21.2。

œ附加安全系数附加安全系数0.90.9 因此，预拉力：因此，预拉力：A Ae e—螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积；f fu u—螺栓热处理后的最抵抗拉强度；螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.88.8级，取级，取f fu u =830N/mm =830N/mm2 2，， 10.910.9级，取级，取f fu u =1040N/mm =1040N/mm2 23 3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μμF摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P P）和板件）和板件间的抗滑移系数间的抗滑移系数μμ ；；F板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小其大小随板件间的挤压力的减小而减小；； 规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数抗滑移系数μμ, ,如下表如下表§3.6 螺栓连接计算螺栓连接计算(P98)一、普通螺栓连接的计算一、普通螺栓连接的计算nv—剪切面数目剪切面数目；； d—螺栓杆直径；螺栓杆直径；fvb、、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值；螺栓抗剪和承压强度设计值；∑∑t t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。

连接接头一侧承压构件总厚度的较小值单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：承压承载力：(一一)单个螺栓受剪承载力计算单个螺栓受剪承载力计算d剪切面数目剪切面数目n nv vNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（二）普通螺栓群抗剪连接计算（二）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/2Nl1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明, ,栓群在轴栓群在轴力作用下各个螺栓的内力力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，沿栓群长度方向不均匀，两端大两端大, ,中间小 当当l1 1≤15d≤15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，时，连接进入弹塑性工作状态后，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担有各螺栓均担所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为： 当当l l1 1>15d>15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，连接进入弹塑性工作状时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏, ,然后依次破坏。

由试验可得连接的然后依次破坏由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数ηη与与l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l1 1/d/d0 0η平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断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截面截面: :A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :1122NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1--1和和1’--1’截面截面: :111’1’NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2--2和和2’--2’截面截面: :222’2’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：：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F★T作用下连接按弹性设计，其假定为作用下连接按弹性设计，其假定为：： （（1 1））连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （（2 2）） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪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线形关系，方向与力与其至形心距离呈线形关系，方向与r ri垂直。

垂直TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，显然，T作用下作用下‘1’号螺号螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（（r r1最大）由假定由假定‘(2)(2)’得得由力的平衡条件得：由力的平衡条件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11将将N1T1T沿坐标轴分解得沿坐标轴分解得: :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: : 另外另外, ,当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长( (如如y y1 1≥3x≥3x1 1) )时时, ,可进行可进行如下简化计算：如下简化计算：令令:x:xi i=0=0，则，则N1Ty1Ty=0=0P100例题例题3.6作业作业P115：：3.15 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式断为其破坏形式三）（三）单单个普通螺栓的抗拉承载力设计值个普通螺栓的抗拉承载力设计值(P101)式中：式中：A Ae e--螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； d de e--螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b--螺栓的抗拉强度设计值。

螺栓的抗拉强度设计值dedndmdØ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，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径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：( (四）普通螺栓群受拉四）普通螺栓群受拉 (P102)(P102) 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：的螺栓数为：N1、栓群轴心受拉（、栓群轴心受拉（P102））2 2、普通螺栓群在弯矩作用下（、普通螺栓群在弯矩作用下（P102P102））M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴☻M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：： （（1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （（2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）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。

螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比显然显然‘1 1’号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大由力学及假定可得：由力学及假定可得：M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1234受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴由由(a)(a)式得式得: :将式将式（（c））代入式代入式(b)得得: :因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可：3 3、普通螺栓群在偏心拉力作用下、普通螺栓群在偏心拉力作用下(P103)(P103) （（1）小偏心力）小偏心力作用下普通螺栓连接，作用下普通螺栓连接，Ne1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下Ø小偏心的条件是小偏心的条件是 (2)大偏心力大偏心力作用下普通螺栓连接（作用下普通螺栓连接（P103P103））•近似并安全的取中和轴位于最近似并安全的取中和轴位于最下排螺栓下排螺栓O′O′处，列弯矩平衡处，列弯矩平衡方程，可求得方程，可求得阅读：阅读：P104 例题例题3.7(五五)、普通螺栓拉、剪联合作用、普通螺栓拉、剪联合作用(P104)011VeM=VeV因此：因此：2 2、由试验可知，兼受剪力和拉力、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系的螺杆，其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆四分之一圆”。

1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、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作用下，可能出现两种破坏形 式：式：螺杆受剪兼受拉破坏、螺杆受剪兼受拉破坏、孔孔 壁的承压破坏；壁的承压破坏；3 3、计算时，假定剪力由螺栓群均、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，匀承担，拉力由受力情况确定拉力由受力情况确定 规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺螺杆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：011a ab bP105 例题例题3.8 另外另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算 承托与柱翼缘的连接角焊承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：缝按下式计算：式中：式中： αα—考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数， 一般取一般取αα=1.25=1.25~1.351.35；； 其余符号同前。

其余符号同前M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)V连接角焊缝连接角焊缝§3.6.2§3.6.2 高强度螺栓连接的计算高强度螺栓连接的计算(P106)(P106)一、摩擦型高强度螺栓连接计算一、摩擦型高强度螺栓连接计算(P106)(P106) 1 1、受剪连接承载力、受剪连接承载力NδδO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2对于对于摩擦型摩擦型高强度螺栓连接，其破坏高强度螺栓连接，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此准则为板件发生相对滑移，因此1点的点的承载力即为一个摩擦型高强度螺栓连承载力即为一个摩擦型高强度螺栓连接的抗剪承载力：接的抗剪承载力：式式中：中：0.90.9—抗力分项系数抗力分项系数γγR R的倒的倒 数数( (γγR R=1.111);=1.111); n nf f—传力摩擦面数目传力摩擦面数目; ; μμ----摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数; ; P P—预拉力设计值预拉力设计值. .2 受拉连接承载力（受拉连接承载力（P106）） 尽管当尽管当Nt≤P时，栓杆的预拉力变化不大，但由于时，栓杆的预拉力变化不大，但由于μμ随随Nt的增大而减小的增大而减小，且随，且随Nt的增大板件间的挤压力减的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗剪能力下降。

规范规定在小，故连接的抗剪能力下降规范规定在V和和N共同共同作用下应满足下式：作用下应满足下式：3 同时承受剪力和拉力连接的承载力同时承受剪力和拉力连接的承载力(P106)破坏准则为连接达到其极限状态破坏准则为连接达到其极限状态4点，所以高强度螺栓承压型连接点，所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同通螺栓相同NδδO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力抗剪承载力：：承压承载力承压承载力：：二、承压型高强度螺栓连接计算二、承压型高强度螺栓连接计算1、受剪连接承载力、受剪连接承载力(P107)2、、受拉连接受拉连接单栓承载力单栓承载力式中：式中：A Ae e--螺栓杆的有效截面面积；螺栓杆的有效截面面积； d de e--螺栓杆的有效直径；螺栓杆的有效直径； f ft tb b—高强度螺栓的抗拉强度设计值高强度螺栓的抗拉强度设计值上式的计算结果与上式的计算结果与0.8P相差不多相差不多当剪切面在螺纹处时，抗剪承载力应按螺纹处当剪切面在螺纹处时，抗剪承载力应按螺纹处的有效截面计算。

普通螺栓则不加区分的有效截面计算普通螺栓则不加区分说明：说明：因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同，即：螺栓相同，即：3 3、同时承受剪力和拉力连接的承载力（、同时承受剪力和拉力连接的承载力（P107P107）） 对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓相同作用下计算方法与普通螺栓相同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：系数系数1.21.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的承压承载力降低的修正系数承压承载力降低的修正系数三、高强度螺栓群的计算三、高强度螺栓群的计算(P107)1 1、轴心力作用：、轴心力作用：对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：对于承压型连接：对于承压型连接：NN（一）高强螺栓群受剪（一）高强螺栓群受剪Ø计算所需螺栓数：计算所需螺栓数：NNbt tt t1 1b1Ø净截面强度验算净截面强度验算. .A A、高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面。

截面11考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 1-1截面的内力为：截面的内力为：NNbt tt t1 1b1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面22考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 2-2截面的内力为：截面的内力为：2 2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下、扭矩或扭矩、剪力共同作用下( (非轴心受剪非轴心受剪) ) 计算方法与普通螺栓相同计算方法与普通螺栓相同 B B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完全相同净截面验算完全相同作业作业 ：：P115 3.16(二二)、高强度螺栓群的抗拉计算、高强度螺栓群的抗拉计算1 1、轴心力作用、轴心力作用 假定各螺栓均匀受力，故所需假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：螺栓数：N2 2、弯矩作用下、弯矩作用下 由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力力P P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认为是接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体一个整体, ,所以假所以假定定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受，最外侧螺栓受力最大。

力最大MMM1234y1y2N1N2N3N4受压区受压区中中和和轴轴由力学可得：由力学可得：因此，设计时只要满足下式即可：因此，设计时只要满足下式即可：3 3、偏心拉力作用下、偏心拉力作用下 偏心力偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型和承压型均可采用以下方法摩擦型和承压型均可采用以下方法（（叠加法叠加法））计算计算: :Ne1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下( (三三) )、高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的计算、高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的计算NV单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的拉力：单个螺栓所受的拉力：1234NVN作用下作用下V作用下作用下（（2 2）、）、承压型承压型高强度螺栓连接：高强度螺栓连接：(1)(1)摩擦型摩擦型高强度螺栓连接：高强度螺栓连接：( (三三) )、高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力共同、高强度螺栓群承受拉力、弯矩和剪力共同作用作用MNV1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下V作用下单个螺栓所受的剪力：作用下单个螺栓所受的剪力：N作用下单个螺栓所受的拉力：作用下单个螺栓所受的拉力：1、、采用摩擦型高强度螺栓连接时采用摩擦型高强度螺栓连接时 1号螺栓在号螺栓在N、、M作用下所受拉力如前所述应满足：作用下所受拉力如前所述应满足：上式中上式中: :在拉力和剪力共同作用下，单在拉力和剪力共同作用下，单栓抗剪承载力如前所述为：栓抗剪承载力如前所述为：螺栓在拉、剪联合作用时，其抗剪承载力设计值为螺栓在拉、剪联合作用时，其抗剪承载力设计值为在弯矩和拉力共同作用下在弯矩和拉力共同作用下各个螺栓所受拉力不同，其抗剪承载力也各不相各个螺栓所受拉力不同，其抗剪承载力也各不相同，剪力同，剪力V的验算应满足下式：的验算应满足下式：或或2 2、采用高强度螺栓承压型连接时、采用高强度螺栓承压型连接时螺栓的强度计算公式：螺栓的强度计算公式：MNV1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下单个螺栓所受剪力和拉力同摩擦型高强螺栓单个螺栓所受剪力和拉力同摩擦型高强螺栓阅读阅读P110 例例3.9作业作业 P116 3.18§3.7 轻钢结构紧固件连接的构轻钢结构紧固件连接的构造和计算造和计算(P111)自学内容自学内容。