掌握角焊縫的計(jì)算方法ppt課件

1、2連接連接1 掌握鋼構(gòu)造常用的銜接方法、特點(diǎn)及運(yùn)掌握鋼構(gòu)造常用的銜接方法、特點(diǎn)及運(yùn)用范圍；用范圍；2 了解對(duì)接焊縫的任務(wù)性能，掌握對(duì)接焊了解對(duì)接焊縫的任務(wù)性能，掌握對(duì)接焊縫的計(jì)算方法；縫的計(jì)算方法；3 了解角焊縫的任務(wù)性能，掌握角焊縫的了解角焊縫的任務(wù)性能，掌握角焊縫的計(jì)算方法，了解各構(gòu)造尺寸限制的意義；計(jì)算方法，了解各構(gòu)造尺寸限制的意義；本章提要本章提要4 了解焊接應(yīng)力、焊接變形的構(gòu)成緣由，了了解焊接應(yīng)力、焊接變形的構(gòu)成緣由，了解減少焊接應(yīng)力、焊接變形的措施；解減少焊接應(yīng)力、焊接變形的措施；5 了解普通螺栓銜接的任務(wù)性能、破壞形狀，了解普通螺栓銜接的任務(wù)性能、破壞形狀，掌握普通螺栓銜接的計(jì)算

2、方法；掌握普通螺栓銜接的計(jì)算方法；6 了解高強(qiáng)螺栓銜接的任務(wù)性能，掌握高強(qiáng)了解高強(qiáng)螺栓銜接的任務(wù)性能，掌握高強(qiáng)螺栓銜接的計(jì)算方法。螺栓銜接的計(jì)算方法。 本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容2.1 鋼構(gòu)造的銜接方法鋼構(gòu)造的銜接方法2.2 焊接的根本知識(shí)焊接的根本知識(shí)2.3 對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2.4 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2.5 焊接剩余應(yīng)力與焊接變形焊接剩余應(yīng)力與焊接變形2.6 普通螺栓銜接的構(gòu)造與計(jì)算普通螺栓銜接的構(gòu)造與計(jì)算2.7 高強(qiáng)度螺栓銜接的構(gòu)造與計(jì)算高強(qiáng)度螺栓銜接的構(gòu)造與計(jì)算2.1 鋼構(gòu)造的銜接方法鋼構(gòu)造的銜接方法鋼構(gòu)造的銜接方法有焊接、鉚釘銜接和螺栓銜接三種圖2

3、.1。 圖2.1鋼構(gòu)造銜接方法 (a) 焊接；(b) 鉚接；(c) 栓接 鉚釘銜接是將一端帶有預(yù)制釘頭的鉚釘，插入被銜接件的釘孔中，用鉚釘槍或壓鉚機(jī)將另一端壓成封鎖釘頭而成。 焊接是鋼構(gòu)造最主要的銜接方式，優(yōu)點(diǎn)是任何外形的構(gòu)造都可以用焊縫銜接，構(gòu)造簡(jiǎn)單，省工省料，而且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，消費(fèi)效率高。 螺栓銜接分普通螺栓銜接和高強(qiáng)螺栓銜接。普通螺栓是用A3F(Q235AF鋼制造的，按加工精度分為A、B、C三級(jí)。 高強(qiáng)螺栓系用高強(qiáng)鋼材制成，可對(duì)栓桿施加很大的緊固預(yù)拉力，使板疊壓得很緊，利用板間的摩擦阻力傳送剪力，這就是摩擦型高強(qiáng)螺栓銜接。 2.2 焊接的根本知識(shí)焊接的根本知識(shí)焊接方法有電弧焊、接觸焊

4、、汽焊等。電弧焊又分為手工焊、自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊三種。目前，鋼構(gòu)造中常用的是手工電弧焊。 1 手工電弧焊與焊條如圖2.2所示，電焊機(jī)即是一個(gè)降壓變壓器，其兩個(gè)電極一極連焊鉗焊條，一極連焊件。常用的焊條牌號(hào)有E43型、E50型和E55型等。2.2.1 焊接方法焊接方法 2 自動(dòng)焊自動(dòng)焊設(shè)備自動(dòng)電焊機(jī)工藝原理如圖2.3所示。 圖2.2手工電弧焊 圖2.3自動(dòng)埋弧電弧焊 焊縫銜接按構(gòu)件的相對(duì)位置可分為平接、搭接、頂接、角接等方式。焊縫按構(gòu)造可分為對(duì)接焊縫和角焊縫兩種，如圖2.4所示。 對(duì)接焊縫省料、傳力均勻、強(qiáng)度高，但邊緣須作坡口，尺寸要求嚴(yán)且制造費(fèi)工。焊縫按施焊位置又可分為平焊、立焊、橫焊、仰焊，平

5、焊施焊最方便，質(zhì)量易于保證；仰焊施焊條件最差，質(zhì)量不易保證，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量防止圖2.5。 2.2.2 焊縫與焊縫銜接方式焊縫與焊縫銜接方式圖2.4焊縫銜接方式 圖2.5焊縫的施焊位置平、立、橫、仰 在鋼構(gòu)造施工圖中的焊縫，應(yīng)遵照GB 32488和GB/T50105的規(guī)定予以標(biāo)注見表2.1。 焊縫符號(hào)主要由圖形符號(hào)、輔助符號(hào)和引出線等部分組成。 圖形符號(hào)表示焊縫截面的根本方式。引出線由橫線、斜線及箭頭組成，而橫線由兩條平行的實(shí)線與虛線組成，可在實(shí)線側(cè)或虛線側(cè)標(biāo)注符號(hào)，斜線和箭頭那么將整個(gè)焊縫符號(hào)指向圖形的有關(guān)焊縫處。 2.2.3 焊縫符號(hào)與標(biāo)注方法焊縫符號(hào)與標(biāo)注方法當(dāng)焊縫分布不規(guī)那么時(shí)，在標(biāo)注焊縫

6、符號(hào)的同時(shí)，宜在焊縫處加粗線表示可見焊縫或柵線表示不可見焊縫，工地安裝焊縫加號(hào)圖2.6。表表2.1焊縫符號(hào)焊縫符號(hào) 圖2.6焊縫標(biāo)注圖形 (a) 可見焊縫；(b) 不可見焊縫；(c 工地安裝焊縫 焊接質(zhì)量將直接影響焊縫的強(qiáng)度，對(duì)焊縫的質(zhì)量應(yīng)按其受力性質(zhì)和所處的部位進(jìn)展分級(jí)檢驗(yàn)。質(zhì)量檢驗(yàn)分為三級(jí)，其中三級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)只對(duì)全部焊縫作外觀檢查，即只檢查焊縫外觀缺陷氣孔、咬邊和幾何尺寸能否符合三級(jí)規(guī)范的要求；二級(jí)的檢驗(yàn)工程規(guī)定除對(duì)全部焊縫按二級(jí)規(guī)范檢查外觀外，還須按要求用超聲波抽查焊縫長(zhǎng)度的50%；一級(jí)的檢驗(yàn)工程那么規(guī)定除對(duì)全部焊縫按一級(jí)規(guī)范檢查外觀外，尚需按要求用超聲波檢查，并用X射線抽查焊縫長(zhǎng)度2%，

7、且部分拍片。 2.2.4 焊縫質(zhì)量級(jí)別焊縫質(zhì)量級(jí)別對(duì)接焊縫的質(zhì)量分一、二、三級(jí)，其中一、二級(jí)質(zhì)量的強(qiáng)度與母材一樣，三級(jí)質(zhì)量的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值那么降低了15%。角焊縫均為三級(jí)質(zhì)量，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不論拉、壓、剪均取一致值。 2.3 對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算1 選擇正確的坡口與間隙保證焊透如圖2.7所示，根據(jù)焊接條件和鋼板的厚度可選擇圖中的各種坡口方式，圖中的坡口方式由鋼板厚度決議、間隙c和角度可參見國(guó)家有關(guān)規(guī)范。2 設(shè)置引弧板 焊縫的起弧滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，引起應(yīng)力集中并易產(chǎn)生裂紋?？稍O(shè)引弧板于兩端，其資料和坡口方式同于焊件，在焊接終了后切除圖2.8。 2.3.1 對(duì)接焊縫的構(gòu)

8、造對(duì)接焊縫的構(gòu)造3 清渣補(bǔ)焊U形和V形焊縫主要為正面焊，其根部往往沒有焊透而存在缺陷。所以一面焊完后，應(yīng)反過來清渣補(bǔ)焊，以保證焊縫質(zhì)量。4 不同厚度與寬度鋼板的銜接在鋼板拼接處，當(dāng)焊件寬度不同或厚度在一側(cè)相差超越4mm時(shí)，應(yīng)分別在寬度或厚度方向從一側(cè)或雙側(cè)做成坡度不大于1 2.5的斜角如圖2.9所示，構(gòu)成平緩過渡，減少應(yīng)力集中。 5 采用不焊透的對(duì)接焊縫時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)圖中注明坡口的方式與尺寸，其有效厚度he不得小于1.5t,t為坡口所在焊件的較大厚度。 圖2.7對(duì)接焊縫的坡口方式 圖2.8引弧板 圖2.9鋼板變截面平接 (a) 變寬度；(b) 變厚度 1 軸心力作用時(shí)的計(jì)算如圖2.10所示的受拉對(duì)

9、接焊縫，當(dāng)采用一、二級(jí)質(zhì)量時(shí)，焊縫截面的抗拉、抗壓和抗剪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值同于母材，只需銜接板能接受拉力N，那么焊縫不用計(jì)算；當(dāng)采用三級(jí)質(zhì)量時(shí)，抗拉、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不變，唯抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值降低15%，可采用斜焊縫。對(duì)于斜焊縫只須驗(yàn)算正應(yīng)力，即 2.3.2 對(duì)接焊縫的計(jì)算對(duì)接焊縫的計(jì)算wcwNfl t當(dāng)tan1.5即5619時(shí)，那么斜焊縫不用驗(yàn)算。 2sinsinwtwNNfl tbt2 彎矩和剪力共同作用時(shí)的對(duì)接焊縫如圖2.11所示對(duì)接焊縫，應(yīng)驗(yàn)算邊緣纖維的最大正應(yīng)力、中和軸處的最大剪應(yīng)力和腹板與翼緣銜接處的折算應(yīng)力。 maxmax221131.1wtwwwvw wweqtMfWVSfI tf【例2.

10、1】驗(yàn)算如圖2.10所示的鋼板對(duì)接焊縫，鋼板截面500mm10mm，軸向拉力N=1000kN，鋼材為Q235AF，焊條E43型，焊縫為三級(jí)質(zhì)量，施工中未采用引弧板。【解】1 驗(yàn)算鋼板的承載才干Af=1075kNN=1000kN2 驗(yàn)算直縫=208.3N/mm2ftw=185N/mm2直縫不能滿足。3 改為斜縫，令tan=1.5=144.2N/mm2ftw=185N/mm2 【例2.2】如圖2.12所示，驗(yàn)算工字形牛腿與柱的對(duì)接焊縫，N=270kN(設(shè)計(jì)值)，偏心距e=300mm，鋼材為Q235，E43型焊條，手工焊焊縫質(zhì)量三級(jí)，無引弧板?！窘狻? 焊縫受力M=Ne=270300=8100kNc

11、mV=N=270kN(2) 截面幾何特征Iw=44.6cm4Ww=677.2cm3Sw=397.5cm3S1=253.5cm3 (3) 強(qiáng)度驗(yàn)算max=119.6N/mm2ftw=185N/mm2max=99N/mm2fvw=185N/mm21=113.6N/mm21=63.2N/mm2eq=157.8N/mm21.1ftw=203.5N/mm2 圖2.10軸心力作用時(shí)的對(duì)接焊縫 圖2.11彎矩和剪力共同作用時(shí)對(duì)接焊縫 圖2.10軸心力作用時(shí)的對(duì)接焊縫 圖2.12例17.2附圖 2.4 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算在搭接或頂接板件的邊緣，所焊截面為三角形的焊縫叫做角焊縫。角焊縫按外力作

12、用方向可分為平行于力作用方向的側(cè)面角焊縫、垂直于力作用方向的正面角焊縫以及與力作用方向斜交的斜向角焊縫圖2.13。角焊縫兩邊夾角為直角的稱為直角角焊縫圖2.14，夾角為銳角或鈍角的稱為斜角角焊縫圖2.15。2.4.1 角焊縫的構(gòu)造角焊縫的構(gòu)造直角角焊縫簡(jiǎn)稱角焊縫截面分普通式、平坡式和凹式三種，普通多采用普通式。角焊縫的構(gòu)造要求：1 角焊縫的焊腳尺寸hf不得小于1.5t，t為較厚鋼板的厚度。2 角焊縫的焊腳尺寸hf不能過大，否那么易發(fā)生損傷構(gòu)件的過燒景象和咬邊景象，且易產(chǎn)生較大的焊接剩余應(yīng)力和焊接變形。 3 角焊縫的兩焊腳尺寸普通為相等。 4 側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不得小于8hf和40

13、mm。 5 側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜大于60hf或40hf；當(dāng)大于上述數(shù)值時(shí)，其超越部分在計(jì)算中不予思索。 6 在次要構(gòu)件或次要焊接銜接時(shí)，可采用斷續(xù)角焊縫。 7 當(dāng)板件端部?jī)H有兩側(cè)角焊縫銜接時(shí)，每條側(cè)焊縫長(zhǎng)度不宜小于兩側(cè)面角焊縫之間的間隔；同時(shí)兩側(cè)面角焊縫之間的間隔不宜大于16t或190mm，t為較薄焊件的厚度。 8 當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處作長(zhǎng)度為2hf的繞角焊時(shí)，轉(zhuǎn)角處須延續(xù)施焊，以防止在應(yīng)力集中較大處因起、滅弧而出現(xiàn)缺陷。9 在搭接銜接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍，并不得小于25mm。圖2.13側(cè)面、正面與斜向角焊縫 圖2.14直角角焊縫截面方式 (a) 普通型；(b) 平

14、坡式；(c) 凹式 圖2.15斜角角焊縫截面 角焊縫的應(yīng)力形狀是比較復(fù)雜的，應(yīng)力分布是不均勻的，破壞始自應(yīng)力集中最嚴(yán)重的根角A處，如圖2.16。 在設(shè)計(jì)計(jì)算中，均假定破壞截面為45喉部截面，即圖2.16中的AD截面，稱為計(jì)算截面，he為有效厚度。 正面焊縫的破壞強(qiáng)度較側(cè)面焊縫高，約為側(cè)面焊縫的1.351.55倍。 2.4.2 角焊縫的計(jì)算角焊縫的計(jì)算 角焊縫的受力特點(diǎn)角焊縫的受力特點(diǎn)圖2.16軸力N作用下的角焊縫 角焊縫在經(jīng)過焊縫形心的拉力、壓角焊縫在經(jīng)過焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下的強(qiáng)度計(jì)算力或剪力作用下的強(qiáng)度計(jì)算(1) 正面角焊縫或作用力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向

15、時(shí)(2) 側(cè)面角焊縫或作用力平行于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí) (3) 當(dāng)作用力與焊縫長(zhǎng)度方向斜交時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算焊縫在兩個(gè)方向的f和f，然后按下式計(jì)算： wifte wNfh lwite wNfh l (4) 周圍角焊縫如圖2.13，有正面、側(cè)面、斜向各種角焊縫組成的周圍角焊縫，假設(shè)破壞時(shí)各部分角焊縫都到達(dá)各自的極限強(qiáng)度，那么： 22()fwftff()wtfe wNfh l圖2.13側(cè)面、正面與斜向角焊縫 在各種力綜協(xié)作用下角焊縫強(qiáng)度的在各種力綜協(xié)作用下角焊縫強(qiáng)度的計(jì)算計(jì)算如圖2.17所示，角焊縫受M、N、V的綜協(xié)作用，N引起垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力fN；V引起沿焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力fV；M

16、引起垂直于焊縫長(zhǎng)度方向，按三角形分布的應(yīng)力fM；即： 222 0.762 0.72 0.7Nfwff wMfwff wVfwff wNNAh lNMWh lVVAh l式(2.10)(2.12)分別給出了普通表達(dá)式和圖示矩形焊縫計(jì)算截面的計(jì)算式 最大應(yīng)力在焊縫的上端，其驗(yàn)算公式為 22()()fVwftffNMfff圖2.17綜協(xié)作用下的角焊縫 角鋼與節(jié)點(diǎn)板銜接焊縫計(jì)算角鋼與節(jié)點(diǎn)板銜接焊縫計(jì)算在普通鋼屋架中，雙角鋼截面軸力腹桿與節(jié)點(diǎn)板的銜接普通多采用兩面?zhèn)群?；受有?dòng)力荷載時(shí)，可采用三面圍焊；受力較小時(shí)，可采用L形圍焊，圍焊的轉(zhuǎn)角處必需延續(xù)施焊。1 兩面?zhèn)群笀D2.18(a)為兩面

17、側(cè)焊，雙角鋼截面的軸線位置可由角鋼表查出e1值得到，那么焊縫的形心應(yīng)在截面軸線上。設(shè)肢背焊縫接受力N1、肢尖焊縫接受力N2，由平衡條件N1+N2=NN1e1=N2e2 解之可得 2111212212eNNK NeeeNNK Nee求得N1和N2后，設(shè)出合理的肢背、肢尖的焊腳尺寸hf1和hf2，即可計(jì)算出肢背、肢尖所需的焊縫長(zhǎng)度lw1和lw2。 2 三面圍焊圖2.18(b)為三面圍焊，要點(diǎn)也是使焊縫的形心位于角鋼截面的軸線上。先設(shè)出端縫的焊腳尺寸hf3，那么端縫承當(dāng)?shù)牧3可以求出：N3=20.7hf3lw3fffw而lw3=b(肢寬)，對(duì)N2處取矩M=0，那么有Ne2-N1(e1+e2)-N3

18、e1+e2/2=0可以解出N1=Ne2/(e1+e2)-N3/2=K1N-N3/2N2=K2N-N3/23 L形圍焊利用式2.17，令N2=0，那么有N3=2K2NN1=N-2K2N【例2.3】將例17.1改為雙蓋板角焊縫平接圖2.19。鋼板截面500mm10mm,N=1000kN設(shè)計(jì)值，鋼材為Q235AF，焊條E43型。 【解】1采用2塊460mm6mm的矩形蓋板，三面圍焊銜接，蓋板面積：A=2460.6=55.2cm250cm2按構(gòu)造要求設(shè)hf=5mm，那么銜接一側(cè)的一條側(cè)焊縫的長(zhǎng)度可求。lw1=176mm 取為180mm蓋板長(zhǎng)度l=2180+10=370mm。2 為防止矩形蓋板四角處焊縫

19、的應(yīng)力集中，改為b圖的菱形蓋板，不思索端縫的f，那么接頭一側(cè)單面需求的焊縫總長(zhǎng)度為lw=893mm圖b中布置的焊縫長(zhǎng)度lw=906893mm 【例2.4】由2140908(長(zhǎng)肢相連)雙角鋼與節(jié)點(diǎn)板厚12mm相連，軸心力設(shè)計(jì)值N=600kN，手工焊E43型焊條，采用Q235AF鋼，設(shè)計(jì)銜接?！窘狻? 采用兩面?zhèn)群冈O(shè)hf1(肢背處)=8mm1.512=5.2mm1.28=9.6mm hf2(肢尖處)=6mm8-(12)=67mm肢背lw1=218mm 取為240mm肢尖lw2=156mm取為170mm2 采用三面圍焊設(shè)焊腳尺寸hf1=hf2=hf3=6mmN3=229.6kN肢背Lw1=205mm

20、取為220mm肢尖Lw2=70.8mm 取為90mm本桿件內(nèi)力較大，不宜采用L形圍焊。【例2.5】鋼柱與牛腿的銜接和受力如圖2.20所示，采用Q235AF鋼，手工焊，E43型焊條，設(shè)計(jì)該角焊縫銜接。 【解】1 受力分析剪力V=150kN(由垂直縫接受彎矩M=15020=3000kNcm最大應(yīng)力點(diǎn)為垂直縫最下邊緣處。2 焊縫有效截面的幾何特性設(shè)hf均為10mm hfmax=1.210=12mm hfmin=6.7mm程度縫面積Af1w=24.5cm2 垂直縫面積Af2w=20.71(30-1)=40.6cm2全部有效面積Afw=Af1w+Af2w=24.5+40.6=65.1cm2求焊縫形心位置

21、近似將兩條程度縫看作等長(zhǎng)等寬的焊縫，對(duì)程度縫軸線取面積矩YAfw=Af2w(29/2+1)Y=(40.615) /65.1=9.5cm截面慣性矩Ifw=6518cm4截面最小抵抗矩Wfw=318cm3(3) 焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算fw=94.3N/mm2fw=36.9N/mm285.7N/mm2fwf=160N/mm2焊腳尺寸hf還可以小些略。圖2.18角鋼的節(jié)點(diǎn)板銜接焊縫 a 兩面?zhèn)群福?b) 三面圍焊；(c) L形圍焊 圖2.18角鋼的節(jié)點(diǎn)板銜接焊縫 a 兩面?zhèn)群福?b) 三面圍焊；(c) L形圍焊 圖2.19 例2.3附圖 (a) 矩形蓋板；(b) 菱形蓋板 圖2.20 例2.5附圖 2.5 焊接

22、剩余應(yīng)力與焊接變形焊接剩余應(yīng)力與焊接變形高度不均勻的溫度場(chǎng)呵斥構(gòu)件內(nèi)部收縮與膨脹的不均勻性，致使構(gòu)件產(chǎn)生變形，這種變形叫焊接變形如圖2.21所示。而焊縫和焊縫附近鋼材不能自在地變形，因遭到周圍鋼材的約束而產(chǎn)生焊接剩余應(yīng)力。為了減少和限制焊接剩余應(yīng)力和焊接變形，可以采取以下措施：1 在設(shè)計(jì)中不得恣意加大焊縫，防止焊縫立體交叉和在一處集中大量焊縫。焊縫布置應(yīng)盡能夠?qū)ΨQ于構(gòu)件重心。 2 采用合理的焊接順序例如鋼板對(duì)接，當(dāng)焊縫較長(zhǎng)時(shí)可采用分段退焊圖2.22(a)；厚度較大時(shí)可采用分層焊圖2.22(b)；鋼板分塊拼接合理安排施焊順序圖2.22(c)，工字形頂接采用對(duì)角跳焊圖2.22(d)。 3 施焊前使

23、構(gòu)件有一個(gè)和焊接變形相反的預(yù)變形如圖2.23(a)中將翼緣預(yù)彎，在b圖中將平接的接縫處預(yù)彎，使與焊接變形相抵消，但此法不能去除焊接應(yīng)力。4 對(duì)于小尺寸的焊件可焊前預(yù)熱或焊后進(jìn)展退火處置。退火是將構(gòu)件加熱至600后，使其緩慢冷卻，可消除焊接應(yīng)力。也可以在焊后錘擊，以減小焊接應(yīng)力和焊接變形。5 機(jī)械校正法和部分加熱法矯正焊接變形，如彎曲變形可用機(jī)械頂壓冷矯正，也可以在凸面部分加熱，利用熱后的冷縮進(jìn)展熱矯正。 圖2.21 焊接變形 (a) 縱向收縮和橫向收縮；(b) 彎曲變形；(c) 角變形；(d) 波浪變形；(e) 扭曲變形 圖2.22 合理的焊接順序 圖2.23 減小焊接變形的措施 2.6 普通

24、螺栓銜接的構(gòu)造與計(jì)算普通螺栓銜接的構(gòu)造與計(jì)算1 關(guān)于螺栓的根本知識(shí)螺栓有不同的性能等級(jí)，如“4.6級(jí)、“8.8級(jí)、“10.9級(jí)等，是由螺栓資料而區(qū)分的。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示螺栓資料的最低抗拉強(qiáng)度fu,4即為400N/mm2；小數(shù)點(diǎn)及后面的數(shù)字0.6、0.8等那么表示資料的屈強(qiáng)比，普通螺栓用Q235AF鋼制成，屬于4.6級(jí)。A、B級(jí)螺栓配類孔見表16.9注適用于受剪銜接；C級(jí)螺栓配類孔沖孔或不用鉆模鉆孔適用于受拉銜接。 2.6.1 普通螺栓銜接的構(gòu)造普通螺栓銜接的構(gòu)造螺栓的代號(hào)用字母M與公稱直徑的毫米數(shù)表示，如M16、M18等，常用的螺栓是M16，M20和M24。螺栓長(zhǎng)度的選用，在思索銜接件疊合厚

25、度的同時(shí)，還應(yīng)思索兩頭墊圈、螺母的厚度并外露23扣絲扣。 2 螺栓與螺孔圖例鋼構(gòu)造施工圖表示螺栓及螺孔的圖例見表2.2。 3 螺栓銜接的構(gòu)造要求每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久性的螺栓或鉚釘數(shù)不宜少于兩個(gè)。對(duì)組合構(gòu)件的綴條，其端部銜接可采用一個(gè)螺栓鉚釘。螺栓的陳列分并列、錯(cuò)列兩種。 螺栓陳列時(shí)，其中距、邊距和端距應(yīng)滿足以下要求： 受力要求 構(gòu)造要求 施工要求 根據(jù)上述三個(gè)方面的要求，制定了螺栓的最大、最小允許間距，見表2.3。螺栓陳列時(shí)，宜按最小允許間距選用，且取5mm的整數(shù)倍。型鋼工字鋼、槽鋼、角鋼上的螺栓陳列，除滿足表17.3的要求，尚需思索線距為使螺栓的墊圈和螺母位于平整部位、最

26、大孔徑d0max(防止截面過分減弱)的要求，參見圖2.24和表2.4表2.6。 表表2.2 螺栓及螺孔圖例螺栓及螺孔圖例 表表2.3 螺栓或鉚釘?shù)淖畲蟆⒆钚≡试S間隔螺栓或鉚釘?shù)淖畲?、最小允許間隔 圖2.24 螺栓的陳列 表表2.4角鋼上螺栓或鉚釘線距表角鋼上螺栓或鉚釘線距表mm 表表2.5 工字鋼和槽鋼腹板上的螺栓線距表工字鋼和槽鋼腹板上的螺栓線距表mm 表表2.6 工字鋼和槽鋼翼緣上的螺栓線距表工字鋼和槽鋼翼緣上的螺栓線距表(mm) 普通螺栓銜接按受力性質(zhì)分為抗剪螺栓銜接、受拉螺栓銜接和拉剪螺栓銜接。抗剪螺栓銜接靠栓桿受剪和孔壁承壓傳力，受拉螺栓銜接沿栓桿軸線方向受拉，拉剪螺栓銜接那么兩者兼

27、而有之。 2.6.2 普通螺栓銜接的計(jì)算普通螺栓銜接的計(jì)算 抗剪螺栓銜接抗剪螺栓銜接1 受力特點(diǎn)與破壞方式在圖2.25中，N為鋼板所受拉力，為鋼板間的相對(duì)位移。N-曲線分為三個(gè)階段：第一階段為上升直線段第二階段為程度段 第三階段為彈塑性任務(wù)階段 抗剪螺栓銜接包括鉚接和承壓型高強(qiáng)螺栓銜接能夠有五種破壞方式，如圖2.26所示： 當(dāng)螺栓桿較細(xì)、板件較厚時(shí)，螺栓桿被剪斷圖2.26(a)； 當(dāng)螺栓桿較粗、板件較薄時(shí)，孔壁擠壓破壞圖2.26(b)； 當(dāng)螺孔對(duì)板減弱過多時(shí)，板件被拉斷圖2.26(c)； 當(dāng)端距太小時(shí)，板端能夠因沖剪而破壞圖2.26(d)； 當(dāng)栓桿細(xì)長(zhǎng)時(shí)，栓桿能夠因彎曲而破壞圖2

28、.26(e)。 2 計(jì)算方法一個(gè)螺栓的受剪承載力計(jì)算值按下式計(jì)算一個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算 24bbVVVdNnfbbccNdt f如前所述，當(dāng)外力N經(jīng)過螺栓群中心時(shí)，可以以為每個(gè)螺栓均勻受力，那么抗剪螺栓銜接中，接頭一側(cè)所需螺栓數(shù)為：n=N/Nminb由于螺栓孔減弱了構(gòu)件的截面，還須按下式驗(yàn)算開孔截面的凈截面強(qiáng)度=N/An在構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)處或拼接接頭一側(cè)，當(dāng)螺栓沿受力方向的銜接長(zhǎng)度l1(圖2.27)過大時(shí)，各螺栓的受力將很不均勻，兩端螺栓受力較大常先破壞，后依次破壞 規(guī)定包括高強(qiáng)度螺栓，當(dāng)l115d0時(shí)，螺栓的承載力設(shè)計(jì)值Nminb應(yīng)乘以以下折減系數(shù)予以降低： 當(dāng)l115d0時(shí)，=1.

29、1-l1/(150d0)；當(dāng)l160d0時(shí)，=0.7。 【例2.7】設(shè)計(jì)兩角鋼拼接，采用C級(jí)螺栓，角鋼型號(hào)755，軸心拉力設(shè)計(jì)值N=119kN，采用Q235鋼?！窘狻? 確定接頭一側(cè)螺栓數(shù)與陳列采用M20螺栓，d0=21.5mm，符合表17.4規(guī)定。拼接角鋼采用756。單釘抗剪和承壓承載力設(shè)計(jì)值為Nvb=40.8kNNcb=30.5kN銜接一側(cè)所需螺栓數(shù)目n=4.29取為5個(gè)為安排緊湊，采用圖2.28的錯(cuò)列布置(符合表17.3和表17.4)。2 驗(yàn)算角鋼凈截面強(qiáng)度將角鋼展開如圖,755，A=7.412cm2-截面An=6.337cm2-截面An=5.547cm2=214.5N/mm2f=215

30、N/mm2 圖2.25 單個(gè)雙剪螺栓銜接的N曲線 圖2.26 受剪螺栓銜接的破壞方式 (a) 螺桿剪斷；(b) 孔壁擠壓壞；(c) 鋼板拉斷；(d) 端部鋼板剪斷；(e) 栓桿受彎破壞 圖2.27 螺栓沿受力方向的銜接長(zhǎng)度 圖2.28 例2.7附圖 受拉螺栓銜接受拉螺栓銜接1 單個(gè)受拉螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值圖2.29所示為螺栓銜接的T形接頭，在外力N的作用下，栓桿將沿桿軸方向受拉。 單個(gè)受拉螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值 當(dāng)螺釘群受軸心力作用時(shí)，所需螺栓數(shù) 24bbbtettdNA ffbtNnN(2) 計(jì)算方法 在設(shè)計(jì)時(shí)普通先選定螺栓直徑、數(shù)目及陳列構(gòu)造，然后再進(jìn)展驗(yàn)算。如圖2.30所

31、示牛腿與柱的銜接中，外力F的偏心作用使螺栓群受剪力V和彎矩M。設(shè)受力最大排螺柱個(gè)數(shù)為m， 那么受力最大螺栓單個(gè)所受的拉力 maxmaxtiMyNy同時(shí)作用有彎矩M和軸心拉力N時(shí)，N由各螺栓平均承當(dāng)，螺栓群中螺栓所受最大拉力Nmax和最小拉力Nmin應(yīng)符合以下條件：當(dāng)Nmin=F/n-Fey1/(my i2)0時(shí)，螺栓群的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在螺栓群的中心位置O處，見圖2.31(a)所示，此時(shí)Nmax=F/n+Fey1/(myi2)NtbmaxmaxMbttiMyNNmy當(dāng)Nmin=F/n-Fey1/(my i 2)0時(shí)，如圖2.31b所示，端板底部將出現(xiàn)受壓區(qū)，螺栓群轉(zhuǎn)動(dòng)軸位置下移，可偏于平安地取轉(zhuǎn)動(dòng)軸在彎

32、矩指向一側(cè)最外排螺栓O處，此時(shí) max12betiF yNNmy圖2.29 受拉螺栓銜接 圖2.30 彎矩與軸力作用下的拉力銜接 圖2.31 受拉螺栓銜接受偏心力作用 拉剪螺栓銜接拉剪螺栓銜接粗制螺栓多用于受拉銜接，假設(shè)有剪力常設(shè)支托接受。對(duì)于次要銜接。假設(shè)不設(shè)支托，螺栓將兼受拉剪，同時(shí)接受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓應(yīng)分別符合以下公式的要求： 22()()1VtbbVtbcNNNNNvN【例2.8】工字形牛腿與柱用Q235C級(jí)螺栓銜接,F=258kN設(shè)計(jì)值，支托只在安裝時(shí)起作用，設(shè)計(jì)普通螺栓銜接。【解】1 構(gòu)造設(shè)計(jì)初選M20螺栓10個(gè)陳列如圖2.32，符合構(gòu)造要求，因支托僅在

33、安裝時(shí)起作用，所以螺栓兼受拉剪。 2 求單釘抗剪、承壓、抗拉承載力設(shè)計(jì)值Nvb=40.84kNNcb=122kNNtb=41.65kN (3) 求受力最大螺栓所受的拉力與剪力Nv=25.8kNNt=32.25kN(4) 驗(yàn)算Nt=25.8kNNcb=122kN(滿足) 22()()0.9991VtbbVtNNNN圖2.32 例2.8附圖 2.7 高強(qiáng)度螺栓銜接的構(gòu)造與計(jì)算高強(qiáng)度螺栓銜接的構(gòu)造與計(jì)算高強(qiáng)度螺栓由高強(qiáng)度鋼材制成，擰緊螺母可使栓桿產(chǎn)生很高的預(yù)拉力將疊合鋼板壓得很緊，剪力那么由板疊間的摩擦力來傳送，而不像普通螺栓那樣，由栓桿受剪和孔壁承壓來傳送剪力，這就是摩擦型高強(qiáng)螺栓的任務(wù)原理。高強(qiáng)

34、度螺栓所用資料的性能等級(jí)按熱處置淬火、回火后的強(qiáng)度分8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種，其性能等級(jí)和采用的鋼號(hào)可見表16.8。 2.7.1 高強(qiáng)度螺栓的根本知識(shí)高強(qiáng)度螺栓的根本知識(shí) 高強(qiáng)度螺栓的受力特點(diǎn)與資料高強(qiáng)度螺栓的受力特點(diǎn)與資料 高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力和緊固方法高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力和緊固方法預(yù)拉力值為螺栓資料的屈服強(qiáng)度fy和螺栓有效面積Ae的乘積思索一定的降低系數(shù)而確定。按上述計(jì)算的P值，取5kN的整倍數(shù)運(yùn)用，如表2.8所列。 高強(qiáng)度螺栓按外形不同，有大六角頭和扭剪型兩種類型，如圖2.33所示。 0.9 0.9 0.91.2uef AP1 扭矩法擰緊螺母時(shí)的扭矩M和螺栓所要到

35、達(dá)的預(yù)拉力P之間成正比關(guān)系，終擰扭矩T可用以下公式確定：T=kd(P+P)2 轉(zhuǎn)角法分初擰和終擰兩步。初擰用短扳手?jǐn)Q緊螺母，此時(shí)約使螺栓到達(dá)20%30%的預(yù)拉力，使板疊間嚴(yán)密接觸，做出標(biāo)志，然后用長(zhǎng)扳手將螺母從標(biāo)志位置再擰一定的角度到終擰位置，終擰的角度根據(jù)角度和預(yù)拉力成正比，并思索板疊厚度和直徑d的影響而定。3 扭斷螺栓尾部對(duì)于扭剪型高強(qiáng)螺栓，先用普通扳手?jǐn)Q緊螺母，是為初擰，再用特制電動(dòng)扳手的兩個(gè)套筒中的大套筒套住螺母，小套筒套住螺栓尾部梅花卡頭，一個(gè)套筒正轉(zhuǎn)，一個(gè)套筒反轉(zhuǎn)，由于螺栓尾部槽口深度是按終擰扭矩和預(yù)拉力之間的關(guān)系而確定的，所以梅花卡頭被擰斷之時(shí)，擰緊扭矩即到達(dá)終擰扭矩，而螺栓那么

36、到達(dá)預(yù)拉力。接觸面的粗糙程度和處置方法是影響值的主要要素，規(guī)定了四種方法，見表2.9。 表表2.8 一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力一個(gè)高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P(kN) 螺栓的性能等級(jí) 螺栓公稱直徑（mm） M16M20M22M24M27M308.8級(jí) 80212515017523028010.9級(jí) 100155190225290355圖2.33 大六角頭與扭剪型高強(qiáng)螺栓 表表2.9 摩擦面的抗滑移系數(shù)摩擦面的抗滑移系數(shù) 在連接處構(gòu)件接觸面的處理方法 構(gòu)件的鋼號(hào) Q235鋼Q345鋼、Q390鋼Q420鋼噴砂（丸） 0.450.500.50噴砂（丸）后涂無機(jī)富鋅漆 0.350.400.40噴砂（丸）后生赤銹

37、 0.450.500.50鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面 0.300.350.401 受剪高強(qiáng)度螺栓銜接的計(jì)算受剪摩擦型高強(qiáng)度螺栓是以摩擦力被抑制而產(chǎn)生相對(duì)滑移為極限形狀的，一個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為Nvb=0.9nfP一個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值求出后，即可求出銜接一側(cè)所需的高強(qiáng)螺栓數(shù)目n：nN/Nvb2.7.2 摩擦型高強(qiáng)度螺栓的計(jì)算摩擦型高強(qiáng)度螺栓的計(jì)算高強(qiáng)螺栓銜接的凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算不同于普通螺栓，在圖2.34中，銜接一側(cè)螺栓數(shù)為n，驗(yàn)算截面-處的螺栓數(shù)為n1，對(duì)普通螺栓而言，凈截面An要接受全部N力；而高強(qiáng)度螺栓那么不然，每個(gè)螺栓所接受剪力的50%已由孔前摩擦面?zhèn)髯呖浊皞髁ο禂?shù)

38、為0.5，故凈截面受力為N=N-0.5N n1/n=N(1-0.5n1/n) 凈截面驗(yàn)算為 雖然AAn，但所承力NN，故構(gòu)件破壞也能夠由毛截面控制，所以尚應(yīng)進(jìn)展毛截面驗(yàn)算 =N/Af 1(1 0.5)nnnNNnfAA【例2.9】截面為32012的板件，鋼材為Q235，N=600kN(設(shè)計(jì)值)，設(shè)計(jì)銜接。 普通C級(jí)螺栓，栓徑M20，孔徑d=21.5mm； 高強(qiáng)螺栓受剪銜接,10.9級(jí)M22，鋼絲刷除銹，外徑d=23.5。【解】1 普通螺栓銜接單釘承載力設(shè)計(jì)值Nvb=81.7kNNcb=d73.2kN銜接一側(cè)所需螺栓數(shù)為 n=8.2個(gè)取為9個(gè)構(gòu)造陳列如圖2.35(a)。 凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算=195.7N/mm2f=215N/mm22 高強(qiáng)螺栓銜接一個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值Nvb=0.9nfP=102.6kN銜接一側(cè)所需螺栓數(shù)n=N/Nvb=5.84個(gè)取為6個(gè)按構(gòu)造陳列如圖2.35(b)。(2) 受拉高強(qiáng)螺栓的計(jì)算 單個(gè)高強(qiáng)螺栓受拉承載力設(shè)計(jì)值當(dāng)高強(qiáng)螺栓在沿桿軸方向接受外拉力時(shí)，板疊間的摩擦阻力將降低。偏于平安地規(guī)定單個(gè)高強(qiáng)螺栓的