第3章 鋼結(jié)構(gòu)的連接

1、第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接（1） 掌握鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法、特點及應(yīng)掌握鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法、特點及應(yīng)用范圍；用范圍；（2） 了解對接焊縫的工作性能，掌握對接焊了解對接焊縫的工作性能，掌握對接焊縫的計算方法；縫的計算方法；（3） 了解角焊縫的工作性能，掌握角焊縫的了解角焊縫的工作性能，掌握角焊縫的計算方法，理解各構(gòu)造尺寸限制的意義；計算方法，理解各構(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、焊接變形的形成原因，了了解焊接應(yīng)力、焊接變形的形成原因，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） 了解普通螺栓連接的工作性能、破壞形態(tài)，了解普通螺栓連

2、接的工作性能、破壞形態(tài)，掌握普通螺栓連接的計算方法；掌握普通螺栓連接的計算方法；（6） 了解高強螺栓連接的工作性能，掌握高強了解高強螺栓連接的工作性能，掌握高強螺栓連接的計算方法。螺栓連接的計算方法。 本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點2 焊接連接的特性和焊縫焊接連接的特性和焊縫3 對接焊縫的構(gòu)造與計算對接焊縫的構(gòu)造與計算4 角焊縫的構(gòu)造與計算角焊縫的構(gòu)造與計算5 焊接殘余應(yīng)力和殘余變形焊接殘余應(yīng)力和殘余變形6 螺栓連接的排列和構(gòu)造要求螺栓連接的排列和構(gòu)造要求7 普通螺栓連接的工作性能與計算普通螺栓連接的工作性能與計算8 高強度螺栓連接的工作性能與計算高強度

3、螺栓連接的工作性能與計算1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊接、鉚釘連接和螺栓連接三種。 3-1鋼結(jié)構(gòu)連接方法 (a) 焊接；(b) 鉚接；(c) 栓接 鉚釘連接是將一端帶有預(yù)制釘頭的鉚釘，插入被連接件的釘孔中，用鉚釘槍或壓鉚機將另一端壓成封閉釘頭而成。 焊接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式，優(yōu)點是任何形狀的結(jié)構(gòu)都可以用焊縫連接，構(gòu)造簡單，省工省料，而且能實現(xiàn)自動化操作，生產(chǎn)效率高。 螺栓連接分普通螺栓連接和高強螺栓連接。普通螺栓是用A3F(Q235AF）鋼制造的，按加工精度分為A、B、C三級。 螺栓性能等級“m.n級”，小數(shù)點前的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強度不小于m1

4、00N/mm2，小數(shù)點及小數(shù)點后的數(shù)字表示螺栓材料的屈強比，即屈服點與抗拉強度的比值。高強度螺栓分高強度螺栓摩擦型連接、高強度螺栓承壓型連接兩種。系用高強鋼材制成，可對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遞剪力，這就是摩擦型高強螺栓連接。承壓型連接允許連接件之間接觸面發(fā)生相對滑移，以栓桿被剪斷或承壓破壞作為連接承載能力的極限狀態(tài)。 在摩擦阻力被克服以后繼續(xù)靠栓桿承擔荷載，連接變形比摩擦型大，只能用于承受靜荷載。2 焊接連接的特性和焊縫質(zhì)量等級焊接連接的特性和焊縫質(zhì)量等級焊接方法有電弧焊、電阻焊、氣焊等。電弧焊又分為手工焊、自動焊和半自動焊三種。目前，鋼結(jié)構(gòu)中常用的是手

5、工電弧焊。（1） 手工電弧焊與焊條如圖3-2所示，電焊機即是一個降壓變壓器，其兩個電極一極連焊鉗（焊條），一極連焊件。常用的焊條牌號有E43型、E50型和E55型等。優(yōu)點：方便，特別適合在高空和野外作業(yè)，小型焊接。缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。鋼結(jié)構(gòu)焊接方法鋼結(jié)構(gòu)焊接方法（2） 自動焊或半自動焊自動焊設(shè)備（自動電焊機）工藝原理如圖3-3所示。自動或半自動埋弧焊所用焊絲和焊劑還應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬強度等強度。優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接質(zhì)量好。缺點：設(shè)備投資大，施工位置受限等。圖3-2手工電弧焊 圖3-3自動埋弧電弧焊 焊縫連接

6、按構(gòu)件的相對位置可分為對接、搭接、T形連接、角部連接等形式。焊縫按構(gòu)造可分為對接焊縫和角焊縫兩種，如圖3-4所示。 對接焊縫：在兩焊件連接面的間隙內(nèi)，用溶化的焊條金屬填設(shè)，并與焊件溶化部分相結(jié)合，形成的焊縫。角焊縫：焊縫金屬填充在被連接件形成的直（斜）角區(qū)域內(nèi)的焊縫。對接焊縫省料、傳力均勻、強度高，但邊緣須作坡口，尺寸要求嚴且制造費工。焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式圖3-4焊縫連接形式 （1）按兩焊件的相對位置分：（2）對接焊縫按受力與焊縫方向分： a）直縫：作用力方向與焊縫方向正交 b）斜縫：作用力方向與焊縫方向斜交圖3-6焊縫的施焊位置（平、立、橫、仰）（3）角焊縫按受力與焊

7、縫方向分： a）端縫：作用力方向與焊縫長度方向垂直 b）側(cè)縫：作用力方向與焊縫長度方向平行 （4）按焊縫連續(xù)性： a）連續(xù)焊縫：受力較好 ； b）斷續(xù)焊縫：易發(fā)生應(yīng)力集中 焊縫按施焊位置又可分為平焊、立焊、橫焊、仰焊，平焊施焊最方便，質(zhì)量易于保證；仰焊施焊條件最差，質(zhì)量不易保證，設(shè)計時應(yīng)盡量避免（圖3-6）。 常見的焊接缺陷： 裂紋、氣孔、未焊透、夾渣、咬邊、燒穿、凹坑、塌陷、未焊滿。裂紋是焊縫連接中最危險的缺陷。焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗焊接質(zhì)量將直接影響焊縫的強度，對焊縫的質(zhì)量應(yīng)按其受力性質(zhì)和所處的部位進行分級檢驗。質(zhì)量檢驗分為三級，其中三級質(zhì)量檢驗只對全部焊縫作外觀檢查，即只檢

8、查焊縫外觀缺陷（氣孔、咬邊）和幾何尺寸是否符合三級標準的要求；二級的檢驗項目規(guī)定除對全部焊縫按二級標準檢查外觀外，還須按要求用超聲波抽查焊縫長度的50%；一級的檢驗項目則規(guī)定除對全部焊縫按一級標準檢查外觀外，尚需按要求用超聲波檢查，并用X射線抽查焊縫長度2%，且部分拍片。 對接焊縫的質(zhì)量分一、二、三級，其中一、二級質(zhì)量的強度與母材相同，三級質(zhì)量的抗拉強度設(shè)計值則降低了15%。角焊縫均為三級質(zhì)量，其強度設(shè)計值不論拉、壓、剪均取統(tǒng)一值。 焊縫質(zhì)量檢驗方法分：外觀檢查、超聲波探傷檢驗、X射線檢驗。 焊縫質(zhì)量分三級: 一級焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗都合格；二級焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合

9、格；三級焊縫需外觀檢查合格。在鋼結(jié)構(gòu)施工圖中的焊縫，應(yīng)遵照焊縫符號表示法（GB 32488）和建筑結(jié)構(gòu)制圖標準（GB/T50105）的規(guī)定予以標注（見表3-1）。 焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成。 圖形符號表示焊縫截面的基本形式。引出線由橫線、斜線及箭頭組成，而橫線由兩條平行的實線與虛線組成，可在實線側(cè)或虛線側(cè)標注符號，斜線和箭頭則將整個焊縫符號指向圖形的有關(guān)焊縫處。 焊縫符號與標注方法焊縫符號與標注方法當焊縫分布不規(guī)則時，在標注焊縫符號的同時，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（圖3-7）。圖3-7焊縫標注圖形 (a) 可見焊縫；(

10、b) 不可見焊縫；(c） 工地安裝焊縫 表表3-1焊縫符號焊縫符號 3 對接焊縫的構(gòu)造和計算對接焊縫的構(gòu)造和計算（1） 選擇正確的坡口與間隙保證焊透如圖3-8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形式，圖中的坡口形式（由鋼板厚度決定）、間隙c和角度可參見國家有關(guān)標準。（2） 設(shè)置引弧板 焊縫的起弧滅弧處，常會出現(xiàn)弧坑等缺陷，引起應(yīng)力集中并易產(chǎn)生裂紋。可設(shè)引弧板于兩端，其材料和坡口形式同于焊件，在焊接完畢后切除（圖3-9）。 1 對接焊縫的構(gòu)造對接焊縫的構(gòu)造（3） 清渣補焊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)反過來清渣補焊，以保證焊縫質(zhì)量。（4

11、） 不同厚度與寬度鋼板的連接在鋼板拼接處，當焊件寬度不同或厚度在一側(cè)相差超過4mm時，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3-10）所示，形成平緩過渡，減少應(yīng)力集中。 （5） 采用不焊透的對接焊縫時應(yīng)在設(shè)計圖中注明坡口的形式與尺寸，其有效厚度he不得小于1.5 ,t為坡口所在焊件的較大厚度。 t圖3-8對接焊縫的坡口形式 圖3-9引弧板 圖3-10鋼板變截面平接 (a) 變寬度；(b) 變厚度 （1） 軸心受力的對接焊縫計算2 對接焊縫的計算對接焊縫的計算 或 wcwNfl twtft-在對接連接中較小的厚度，在T形接頭中為腹板厚度。lw-焊縫計算長度，無引弧

12、板時，焊縫長度取實長減去2t，有引弧板時，取實長即為板寬。受拉對接焊縫，當采用一、二級質(zhì)量時，焊縫截面的抗拉、抗壓和抗剪的強度設(shè)計值同于母材，只要連接板能承受拉力N，則焊縫不必計算；當采用三級質(zhì)量時，抗拉、抗剪強度設(shè)計值不變，唯抗拉強度設(shè)計值降低15%，可采用斜焊縫。對于斜焊縫只須驗算正應(yīng)力，即 當tan1.5（即5619）時，則斜焊縫不必驗算。2 對接焊縫的計算對接焊縫的計算2sinsinwtwNNfl tbt圖3-10軸心力作用時的對接焊縫 （2） 彎矩和剪力共同作用時的對接焊縫計算如圖3-11所示對接焊縫，應(yīng)驗算邊緣纖維的最大正應(yīng)力、中和軸處的最大剪應(yīng)力和腹板與翼緣連接處的折算應(yīng)力。 m

13、axmax221131.1wtwwwvw wweqtMfWVSfI tf圖3-11彎矩和剪力共同作用時對接焊縫 4 角焊縫的構(gòu)造與計算角焊縫的構(gòu)造與計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3-13）。按其截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。角焊縫兩邊夾角為直角的稱為直角角焊縫（圖3-14），夾角為銳角或鈍角的稱為斜角角焊縫（圖3-15）。1 角焊縫的形式和構(gòu)造要求角焊縫的形式和構(gòu)造要求圖3-13正面、側(cè)面與斜向角焊縫 圖3-14直角角焊縫截面形式 (a

14、) 普通型；(b) 平坡式；(c) 凹式 直角角焊縫（簡稱角焊縫）截面分普通式、平坡式和凹式三種，一般多采用普通式。hf-焊腳尺寸，he-焊縫有效厚度 圖3-15斜角角焊縫截面 角焊縫的構(gòu)造要求：（1）最小焊角尺寸： 角焊縫的焊腳尺寸hf不得小于1.5t2，t2為較厚焊件的厚度。（2） 最大焊角尺寸：角焊縫的焊腳尺寸hf不能過大，否則易發(fā)生損傷構(gòu)件的過燒現(xiàn)象和咬邊現(xiàn)象，且易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力和焊接變形。角焊縫的焊腳尺寸hf不得大于1.2t1，t1為較薄焊件的厚度 （3） 角焊縫的兩焊腳尺寸一般為相等。 （4） 角焊縫的最小計算長度：側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計算長度不得小于8hf和40mm。

15、 （5） 側(cè)面角焊縫的最大計算長度：側(cè)面角焊縫的計算長度不宜大于60hf或40hf；當大于上述數(shù)值時，其超過部分在計算中不予考慮。 （6） 在次要構(gòu)件或次要焊接連接時，可采用斷續(xù)角焊縫。 （7） 搭接連接的構(gòu)造要求：當板件端部僅有兩側(cè)角焊縫連接時，每條側(cè)焊縫長度不宜小于兩側(cè)面角焊縫之間的距離；同時兩側(cè)面角焊縫之間的距離不宜大于16t或190mm，t為較薄焊件的厚度。 （8） 減小角焊縫應(yīng)力集中的措施：三面圍焊時，當角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處作長度為2hf的繞角焊時，轉(zhuǎn)角處須連續(xù)施焊，以避免在應(yīng)力集中較大處因起、滅弧而出現(xiàn)缺陷。（9） 在搭接連接中，當僅采用正面角焊縫時，搭接長度不得小于焊件較小厚

16、度的5倍，并不得小于25mm。角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)是比較復(fù)雜的，應(yīng)力分布是不均勻的，破壞始自應(yīng)力集中最嚴重的根角A處，如圖3-16。 在設(shè)計計算中，均假定破壞截面為45喉部截面，即圖3-16中的AD截面，稱為計算截面，he為有效厚度。 正面焊縫的破壞強度較側(cè)面焊縫高，約為側(cè)面焊縫的1.351.55倍。 2 角焊縫的受力特點及強度角焊縫的受力特點及強度圖3-16軸力N作用下的角焊縫 角焊縫在通過焊縫形心的拉力、壓力或剪角焊縫在通過焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下的強度計算力作用下的強度計算(1) 正面角焊縫或作用力垂直于焊縫長度方向時(2) 側(cè)面角焊縫或作用力平行于焊縫長度方向時 (3) 當作用力與

17、焊縫長度方向斜交時，應(yīng)分別計算焊縫在兩個方向的f和f，然后按下式計算： wifte wNfh lwite wNfh l (4) 周圍角焊縫如圖3-13，有正面、側(cè)面、斜向各種角焊縫組成的周圍角焊縫，假設(shè)破壞時各部分角焊縫都達到各自的極限強度，則： 22()fwftff()wtfe wNfh l圖3-13側(cè)面、正面與斜向角焊縫 角鋼與節(jié)點板連接焊縫計算角鋼與節(jié)點板連接焊縫計算在普通鋼屋架中，雙角鋼截面軸力腹桿與節(jié)點板的連接一般多采用兩面?zhèn)群?；受有動力荷載時，可采用三面圍焊；受力較小時，可采用L形圍焊，圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。（1） 兩面?zhèn)群笀D3-15(a)為兩面?zhèn)群福p角鋼截面的軸線位置可由角

18、鋼表查出e1值得到，則焊縫的形心應(yīng)在截面軸線上。設(shè)肢背焊縫承受力N1、肢尖焊縫承受力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，即可計算出肢背、肢尖所需的焊縫長度lw1和lw2。 （2） 三面圍焊圖3-15(b)為三面圍焊，要點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，則端縫承擔的力N3可以求出：N3=20.7hf3lw3fffw N1+N2+N3=N e1+e2=b N1e1=N2e2+N2(0.5b-e1)可以解出N1=Ne2/(e1+

19、e2)-N3/2=K1N-N3/2N2=K2N-N3/2（3） L形圍焊利用式（17.17），令N2=0，則有N3=2K2NN1=N-N3=N-2K2N圖3-15角鋼的節(jié)點板連接焊縫 （a） 兩面?zhèn)群福?b) 三面圍焊；(c) L形圍焊 例例3-43-4 試確定圖試確定圖.15所示承受靜態(tài)軸心力的所示承受靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長度。已知三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長度。已知角鋼角鋼212521251010，與厚度為，與厚度為8mm8mm的節(jié)點板連接，的節(jié)點板連接，其搭接長度為其搭接長度為300mm300mm，焊腳尺寸，焊腳尺寸h hf f=8mm=8

20、mm，鋼材為，鋼材為Q235-BQ235-B，手工焊，焊條為，手工焊，焊條為E43E43型。型。如圖3-14所示，角焊縫受M、N、V的綜合作用，N引起垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力fN；V引起沿焊縫長度方向的應(yīng)力fV；M引起垂直于焊縫長度方向，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分別給出了一般表達式和圖示矩形焊縫計算截面的計算式 最大應(yīng)力在焊縫的上端，其驗算公式為 22()()fVwftffNMfff3.5 焊接殘余應(yīng)力與焊接變形焊接殘余應(yīng)力與焊接變形高度不均勻的溫度場造成構(gòu)件內(nèi)部收縮與膨脹的

21、不均勻性，致使構(gòu)件產(chǎn)生變形，這種變形叫焊接變形。而焊縫和焊縫附近鋼材不能自由地變形，因受到周圍鋼材的約束而產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。 焊接變形：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點在焊接過程中，局部區(qū)域受到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。 焊接應(yīng)力：焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為焊接應(yīng)力。 焊接應(yīng)力的形成和對鋼結(jié)構(gòu)的影響 （1）形成 兩塊鋼板上施焊時，產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫附近溫度高達1600C，其鄰近區(qū)域溫度較低，且冷卻很快。冷卻時鋼材收縮，冷卻慢的區(qū)域收縮受到限制，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，冷卻快的區(qū)域受到壓應(yīng)力。 （2）焊接應(yīng)力的分類 縱向應(yīng)力：

22、沿著焊縫長度方向的應(yīng)力 橫向應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力 厚度方向應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。 （3）焊接應(yīng)力的影響 對常溫下承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的強度沒有影響，但剛度降低； 由于焊接應(yīng)力使焊縫處于三向應(yīng)力狀態(tài)，阻礙了塑性變形，裂紋易發(fā)生和發(fā)展； 降低疲勞強度； 降低壓桿的穩(wěn)定性； 使構(gòu)件提前進入彈塑性工作階段。2. 焊接變形的產(chǎn)生和防止 焊接變形是由于焊接過程中焊區(qū)的收縮變形引起的，表現(xiàn)在構(gòu)件局部的鼓起、歪曲、彎曲或扭曲等。 表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。如圖:圖17.21 焊接變形 (a) 縱向收縮和橫向收縮；(b

23、) 彎曲變形；(c) 角變形；(d) 波浪變形；(e) 扭曲變形 為了減少和限制焊接殘余應(yīng)力和焊接變形，可以采取以下措施：（1） 在設(shè)計中不得任意加大焊縫，避免焊縫立體交叉和在一處集中大量焊縫。焊縫布置應(yīng)盡可能對稱于構(gòu)件重心。 （2） 采用合理的焊接順序例如鋼板對接，當焊縫較長時可采用分段退焊；厚度較大時可采用分層焊；鋼板分塊拼接合理安排施焊順序，工字形頂接采用對角跳焊。 （3） 施焊前使構(gòu)件有一個和焊接變形相反的預(yù)變形如圖17.23(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） 對于小尺寸的焊件可焊前預(yù)熱或焊后進行退火處理。退火是將構(gòu)件

24、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） 機械校正法和局部加熱法矯正焊接變形，如彎曲變形可用機械頂壓冷矯正，也可以在凸面局部加熱，利用熱后的冷縮進行熱矯正。 3. 減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法： （1）采用適當?shù)暮附映绦?，如分段焊、分層焊?（2）盡可能采用對稱焊縫，使其變形相反而抵消； （3）施焊前使結(jié)構(gòu)有一個和焊接變形相反的預(yù)變形； （4）對于小構(gòu)件焊前預(yù)熱、焊后回火，然后慢慢冷卻，以消除焊接應(yīng)力。4. 合理的焊縫設(shè)計： （1）避免焊縫集中、三向交叉焊縫； （2）焊縫尺寸不宜太大； （3）焊縫盡可能對稱布置，連接過渡平滑，避免應(yīng)力集中

25、現(xiàn)象； （4）避免仰焊。 3.6 螺栓連接的排列和構(gòu)造要求螺栓連接的排列和構(gòu)造要求螺栓連接的構(gòu)造要求螺栓連接的構(gòu)造要求：每一桿件在節(jié)點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。對組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用一個螺栓（鉚釘）。螺栓的排列分并列、錯列兩種。 螺栓排列時，其中距、邊距和端距應(yīng)滿足下列要求： 受力要求 構(gòu)造要求 施工要求 （1）受力要求：在受力方向螺栓的端距過小時，鋼材有剪斷或撕裂的可能。各排螺栓距和線距太小時，構(gòu)件有沿折線或直線破壞的可能。對受壓構(gòu)件，當沿作用方向螺栓距過大時，被連板間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。（2）構(gòu)造要求：螺栓的中矩及邊距不宜過大，否則鋼板間不能

26、緊密貼合，潮氣侵入縫隙使鋼材銹蝕。（3）施工要求：要保證一定的空間，便于轉(zhuǎn)動螺栓板手擰緊螺帽。根據(jù)上述三個方面的要求，規(guī)范制定了螺栓的最大、最小允許間距，見表17.3。螺栓排列時，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）上的螺栓排列，除滿足表17.3的要求，尚需考慮線距（為使螺栓的墊圈和螺母位于平整部位）、最大孔徑d0max(避免截面過分削弱)的要求，參見圖17.24和表17.4表17.6。 表表17.2 螺栓及螺孔圖例螺栓及螺孔圖例 表表17.3 螺栓或鉚釘?shù)淖畲蟆⒆钚∪菰S距離螺栓或鉚釘?shù)淖畲?、最小容許距離 圖17.24 螺栓的排列 表表17.4角鋼上螺栓或鉚釘線

27、距表（角鋼上螺栓或鉚釘線距表（mm） 表表17.5 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17.6 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) （1） 關(guān)于螺栓的基本知識螺栓有不同的性能等級，如“4.6級”、“8.8級”、“10.9級”等，是由螺栓材料而區(qū)分的。小數(shù)點前的數(shù)字表示螺栓材料的最低抗拉強度fu,4即為400N/mm2；小數(shù)點及后面的數(shù)字（0.6、0.8等）則表示材料的屈強比，普通螺栓用Q235AF鋼制成，屬于4.6級。A、B級螺栓配類孔（見表16.9注）適用于受剪連接；C級螺栓配類孔（沖孔或不用鉆模鉆孔）適用于受拉連接

28、。 3.7 普通螺栓連接的工作性能和計算普通螺栓連接的工作性能和計算螺栓的代號用字母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。螺栓長度的選用，在考慮連接件疊合厚度的同時，還應(yīng)考慮兩頭墊圈、螺母的厚度并外露23扣絲扣。 （2） 螺栓與螺孔圖例鋼結(jié)構(gòu)施工圖表示螺栓及螺孔的圖例見表17.2。 表表17.2 螺栓及螺孔圖例螺栓及螺孔圖例 普通螺栓連接按受力性質(zhì)分為抗剪螺栓連接、受拉螺栓連接和拉剪螺栓連接?？辜袈菟ㄟB接靠栓桿受剪和孔壁承壓傳力，受拉螺栓連接沿栓桿軸線方向受拉，拉剪螺栓連接則兩者兼而有之。 普通螺栓的抗剪連接的破壞形式：螺栓受剪破壞孔壁擠壓破壞連接板

29、凈截面破壞螺栓受彎破壞連接板沖剪破壞圖17.26 受剪螺栓連接的破壞形式 (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 a）螺栓剪斷）螺栓剪斷 b）鋼板孔壁擠壓破壞）鋼板孔壁擠壓破壞 c）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷 d）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞 de2e）螺桿因太長或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞）螺桿因太長或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞 dt5f）螺栓雙剪破壞）螺栓雙剪破壞 單個受剪螺栓的承載力計算單個受剪螺栓的承載力計算螺栓抗剪：螺栓抗剪：孔壁承壓：孔壁

30、承壓：最大承載力：最大承載力：bV2VbV4fdnNbCbCftdNbCbVbminV;minNNNN如前所述，當外力N通過螺栓群中心時，可以認為每個螺栓均勻受力，則抗剪螺栓連接中，接頭一側(cè)所需螺栓數(shù)為：n=N/Nminb由于螺栓孔削弱了構(gòu)件的截面，還須按下式驗算開孔截面的凈截面強度=N/Anf在構(gòu)件的節(jié)點處或拼接接頭一側(cè)，當螺栓沿受力方向的連接長度l1過大時，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 。3.7.2 普通螺栓的抗拉連接普通螺栓的抗拉連接（1） 單個受拉螺栓的抗拉承載力設(shè)計值 單個受拉螺栓抗拉承載力設(shè)計值 當螺釘群受軸心力作用時，在軸心力作用下可認為每個螺栓平

31、均受力，即所需螺栓數(shù) ：24bbbtettdNA ffbtNnNbtNnNNt(2) 螺栓群的彎矩受拉 在設(shè)計時一般先選定螺栓直徑、數(shù)目及排列構(gòu)造，然后再進行驗算。如圖17.30所示牛腿與柱的連接中，外力F的偏心作用使螺栓群受剪力V和彎矩M。設(shè)受力最大排螺柱個數(shù)為m， 則受力最大螺栓（單個）所受的拉力 maxmaxtiMyNymaxmaxMbttiMyNNmy圖17.30 彎矩與軸力作用下的拉力連接 3、栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉相當于連接承受軸心拉力N和彎知M=Ne的聯(lián)合作用。按彈性設(shè)計法，根據(jù)偏心距的大小可能出現(xiàn)小偏心受拉和大偏心受拉兩種情況。（偏心距e超過1/6受壓截面高度，就是大偏心受

32、拉）圖17.31 受拉螺栓連接受偏心力作用 （1）小偏心受拉當偏心較小時，所有螺栓均承受拉力作用，端板與柱翼緣有分離趨勢，故在計算時軸心拉力N由各螺栓均勻承受；彎矩M則引起以螺栓群形心O為中和軸的三角形內(nèi)力分布，使上部螺栓受拉，下部螺栓受壓；疊加后全部螺栓均受拉?？赏瞥鲎畲蟆⒆钚∈芰β菟ǖ睦蜐M足設(shè)計要求的公式如下（yi均自O(shè)點算起）：（2）大偏心受拉 3.7.3 普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用普通螺栓受剪力和拉力的聯(lián)合作用4、拉剪共同作用螺栓連接計算 同時承受剪力和拉力作用的普通螺栓，有兩種可能破壞形式：一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞。規(guī)范規(guī)定：規(guī)范規(guī)定：同時承受剪力和桿軸方向拉

33、力的普通螺栓，應(yīng)分別符合下列公同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應(yīng)分別符合下列公式的要求：式的要求：粗制螺栓多用于受拉連接，若有剪力常設(shè)支托承受。對于次要連接。若不設(shè)支托，螺栓將兼受拉剪，同時承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓應(yīng)分別符合下列公式的要求： 22()()1VtbbVtbcNNNNNvN17.7 高強度螺栓連接的構(gòu)造與計算高強度螺栓連接的構(gòu)造與計算高強度螺栓由高強度鋼材制成，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，剪力則由板疊間的摩擦力來傳遞，而不像普通螺栓那樣，由栓桿受剪和孔壁承壓來傳遞剪力，這就是摩擦型高強螺栓的工作原理。高強度螺栓所用材料的性能等級按熱處理（淬火、

34、回火）后的強度分8.8級和10.9級兩種，其性能等級和采用的鋼號可見表16.8。 17.7.1 高強度螺栓的基本知識高強度螺栓的基本知識 高強度螺栓的受力特點與材料高強度螺栓的受力特點與材料 高強度螺栓的預(yù)拉力和緊固方法高強度螺栓的預(yù)拉力和緊固方法預(yù)拉力值為螺栓材料的屈服強度fy和螺栓有效面積Ae的乘積考慮一定的降低系數(shù)而確定。按上述計算的P值，取5kN的整倍數(shù)應(yīng)用，如表17.8所列。 高強度螺栓按形狀不同，有大六角頭和扭剪型兩種類型，如圖17.33所示。 0.9 0.9 0.91.2uef AP（1） 扭矩法擰緊螺母時的扭矩M和螺栓所要達到的預(yù)拉力P之間成正比

35、關(guān)系，終擰扭矩T可用下列公式確定：T=kd(P+P)（2） 轉(zhuǎn)角法分初擰和終擰兩步。初擰用短扳手擰緊螺母，此時約使螺栓達到20%30%的預(yù)拉力，使板疊間緊密接觸，做出標記，然后用長扳手將螺母從標記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，并考慮板疊厚度和直徑d的影響而定。（3） 扭斷螺栓尾部對于扭剪型高強螺栓，先用普通扳手擰緊螺母，是為初擰，再用特制電動扳手的兩個套筒中的大套筒套住螺母，小套筒套住螺栓尾部梅花卡頭，一個套筒正轉(zhuǎn)，一個套筒反轉(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，擰緊扭矩即達到終擰扭矩，而螺栓則達到預(yù)拉力。接觸

36、面的粗糙程度和處理方法是影響值的主要因素，規(guī)范規(guī)定了四種方法，見表17.9。 表表17.8 一個高強度螺栓的預(yù)拉力一個高強度螺栓的預(yù)拉力P(kN) 螺栓的性能等級 螺栓公稱直徑（mm） M16M20M22M24M27M308.8級 80212515017523028010.9級 100155190225290355圖17.33 大六角頭與扭剪型高強螺栓 表表17.9 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 Q235鋼Q345鋼、Q390鋼Q420鋼噴砂（丸） 0.450.500.50噴砂（丸）后涂無機富鋅漆 0.350.400.40噴砂（丸）后生赤銹 0

37、.450.500.50鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面 0.300.350.40（1） 受剪高強度螺栓連接的計算受剪摩擦型高強度螺栓是以摩擦力被克服而產(chǎn)生相對滑移為極限狀態(tài)的，一個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值為Nvb=0.9nfP一個高強螺栓抗剪承載力設(shè)計值求出后，即可求出連接一側(cè)所需的高強螺栓數(shù)目n：nN/Nvb17.7.2 摩擦型高強度螺栓的計算摩擦型高強度螺栓的計算高強螺栓連接的凈截面強度驗算不同于普通螺栓，在圖17.34中，連接一側(cè)螺栓數(shù)為n，驗算截面-處的螺栓數(shù)為n1，對普通螺栓而言，凈截面An要承受全部N力；而高強度螺栓則不然，每個螺栓所承受剪力的50%已由孔前摩擦面?zhèn)髯撸浊皞髁?/p>

38、系數(shù)為0.5），故凈截面受力為N=N-0.5N n1/n=N(1-0.5n1/n) 凈截面驗算為 雖然AAn，但所承力NN，故構(gòu)件破壞也可能由毛截面控制，所以尚應(yīng)進行毛截面驗算 =N/Af 1(1 0.5)nnnNNnfAA【例17.9】截面為32012的板件，鋼材為Q235，N=600kN(設(shè)計值)，設(shè)計連接。 普通C級螺栓，栓徑M20，孔徑d=21.5mm； 高強螺栓受剪連接,10.9級M22，鋼絲刷除銹，外徑d=23.5?！窘狻浚?） 普通螺栓連接單釘承載力設(shè)計值Nvb=81.7kNNcb=d73.2kN連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為 n=8.2個取為9個構(gòu)造排列如圖17.35(a)。 凈截面強度驗算=195.7N/mm2f=215N/mm2（2） 高強螺栓連接一個高強螺栓抗剪承載力設(shè)計值Nvb=0.9nfP=102.6kN連接一側(cè)所需螺栓數(shù)n=N/Nvb=5.84個取為6個按構(gòu)造排列如圖17.35(b)。(2) 受拉高強螺栓的計算 單個高強螺栓受拉承載力設(shè)計值當高強螺栓在沿桿軸方向承受外拉力時，板疊間的摩擦阻力將降低。規(guī)范偏于安全地規(guī)定單個高強螺栓的抗拉承載力設(shè)計值為Ntb=0.8P 拉力計算螺栓群受沿桿軸方