鋼結(jié)構(gòu)的常用連接方法

17連接接（1）掌握握鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)常用的的連接方方法、特特點(diǎn)及應(yīng)應(yīng)用范圍圍；（2）了解解對(duì)接焊焊縫的工工作性能能，掌握握對(duì)接焊焊縫的計(jì)計(jì)算方法法；（3）了解解角焊縫縫的工作作性能，，掌握角角焊縫的的計(jì)算方方法，理理解各構(gòu)構(gòu)造尺寸寸限制的的意義；；本章提要要（4）了解解焊接應(yīng)應(yīng)力、焊焊接變形形的形成成原因，，了解減減少焊接接應(yīng)力、、焊接變變形的措措施；（5）了解解普通螺螺栓連接接的工作作性能、、破壞形形態(tài)，掌掌握普通通螺栓連連接的計(jì)計(jì)算方法法；（6）了解解高強(qiáng)螺螺栓連接接的工作作性能，，掌握高高強(qiáng)螺栓栓連接的的計(jì)算方方法。本章內(nèi)內(nèi)容容17.1鋼結(jié)構(gòu)的的連接方方法17.2焊接的基基本知識(shí)識(shí)17.3對(duì)接焊縫縫的構(gòu)造造與計(jì)算算17.4角焊縫的的構(gòu)造與與計(jì)算17.5焊接殘余余應(yīng)力與與焊接變變形17.6普通螺栓栓連接的的構(gòu)造與與計(jì)算17.7高強(qiáng)度螺螺栓連接接的構(gòu)造造與計(jì)算算17.1鋼結(jié)構(gòu)的的連接方方法鋼結(jié)構(gòu)的的連接方方法有焊接、鉚鉚釘連接接和螺栓栓連接三種（圖17.1）。圖17.1鋼結(jié)構(gòu)連連接方法法(a)焊接；(b)鉚接；(c)栓接鉚釘連接接是將一端端帶有預(yù)預(yù)制釘頭頭的鉚釘釘，插入入被連接接件的釘釘孔中，，用鉚釘釘槍或壓壓鉚機(jī)將將另一端端壓成封封閉釘頭頭而成。。焊接是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)最主要要的連接接方式，，優(yōu)點(diǎn)是是任何形形狀的結(jié)結(jié)構(gòu)都可可以用焊焊縫連接接，構(gòu)造造簡單，，省工省省料，而而且能實(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)化操作作，生產(chǎn)產(chǎn)效率高高。螺栓連接接分普通螺栓栓連接和高強(qiáng)螺栓栓連接。普通螺栓栓是用A3F(Q235－A·F）鋼制造造的，按按加工精精度分為為A、B、C三級(jí)。高強(qiáng)螺栓栓系用高強(qiáng)強(qiáng)鋼材制制成，可可對(duì)栓桿桿施加很很大的緊緊固預(yù)拉拉力，使使板疊壓壓得很緊緊，利用用板間的的摩擦阻阻力傳遞遞剪力，，這就是是摩擦型型高強(qiáng)螺螺栓連接接。17.2焊接的基基本知識(shí)識(shí)焊接方法法有電弧焊、、接觸焊焊、汽焊焊等。電弧弧焊又分分為手工焊、、自動(dòng)焊焊和半自自動(dòng)焊三種。。目前，，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)中常用用的是手手工電弧弧焊。（1）手工電弧弧焊與焊焊條如圖17.2所示，電焊機(jī)機(jī)即是一一個(gè)降壓壓變壓器器，其兩兩個(gè)電極極一極連連焊鉗（（焊條）），一極極連焊件件。常用的焊焊條牌號(hào)號(hào)有E43型、E50型和E55型等。17.2.1焊接方法法（2）自動(dòng)焊自動(dòng)焊設(shè)設(shè)備（自自動(dòng)電焊焊機(jī)）工工藝原理理如圖17.3所示。圖17.2手工電弧弧焊圖17.3自動(dòng)埋弧弧電弧焊焊焊縫連接接按構(gòu)件件的相對(duì)對(duì)位置可可分為平接、搭搭接、頂頂接、角角接等形式。。焊縫按按構(gòu)造可可分為對(duì)接焊縫縫和角焊縫兩種，如圖17.4所示。對(duì)接焊縫縫省料、、傳力均均勻、強(qiáng)強(qiáng)度高，，但邊緣緣須作坡坡口，尺尺寸要求求嚴(yán)且制制造費(fèi)工工。焊縫按施施焊位置置又可分分為平焊、立立焊、橫橫焊、仰仰焊，平焊施施焊最方方便，質(zhì)質(zhì)量易于于保證；；仰焊施施焊條件件最差，，質(zhì)量不不易保證證，設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)應(yīng)盡盡量避免免（圖17.5）。17.2.2焊縫與焊焊縫連接接形式圖17.4焊縫連接接形式圖17.5焊縫的施施焊位置置（平、、立、橫橫、仰））在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)施工圖圖中的焊焊縫，應(yīng)應(yīng)遵照《焊縫符號(hào)號(hào)表示法法》（GB324——88）和《建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)制圖標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50105）的規(guī)定定予以標(biāo)標(biāo)注（見表17.1）。焊縫符號(hào)號(hào)主要由圖形符號(hào)號(hào)、輔助助符號(hào)和和引出線線等部分組組成。圖形符號(hào)號(hào)表示焊縫縫截面的的基本形形式。引出線由橫線、斜斜線及箭箭頭組成，而而橫線由由兩條平平行的實(shí)實(shí)線與虛虛線組成成，可在在實(shí)線側(cè)側(cè)或虛線線側(cè)標(biāo)注注符號(hào)，，斜線和和箭頭則則將整個(gè)個(gè)焊縫符符號(hào)指向向圖形的的有關(guān)焊焊縫處。。17.2.3焊縫符號(hào)號(hào)與標(biāo)注注方法當(dāng)焊縫分分布不規(guī)規(guī)則時(shí)，，在標(biāo)注注焊縫符符號(hào)的同同時(shí)，宜宜在焊縫縫處加粗粗線（表表示可見見焊縫））或柵線線（表示示不可見見焊縫）），工地地安裝焊焊縫加×號(hào)（圖17.6）。表17.1焊縫符號(hào)號(hào)圖17.6焊縫標(biāo)注注圖形(a)可見焊縫縫；(b)不可見焊焊縫；(c）工地地安裝焊焊縫焊接質(zhì)量量將直接接影響焊焊縫的強(qiáng)強(qiáng)度，對(duì)對(duì)焊縫的的質(zhì)量應(yīng)應(yīng)按其受受力性質(zhì)質(zhì)和所處處的部位位進(jìn)行分分級(jí)檢驗(yàn)驗(yàn)。質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)分為三三級(jí)，其其中三級(jí)質(zhì)量量檢驗(yàn)只對(duì)全部部焊縫作作外觀檢檢查，即即只檢查查焊縫外外觀缺陷陷（氣孔孔、咬邊邊）和幾幾何尺寸寸是否符符合三級(jí)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的的要求；；二級(jí)的檢檢驗(yàn)項(xiàng)目目規(guī)定除對(duì)對(duì)全部焊焊縫按二二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)檢查外外觀外，，還須按按要求用用超聲波波抽查焊焊縫長度度的50%；一級(jí)的檢檢驗(yàn)項(xiàng)目目則規(guī)定除除對(duì)全部部焊縫按按一級(jí)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)檢查查外觀外外，尚需需按要求求用超聲聲波檢查查，并用用X射線抽查焊縫縫長度2%，且部分拍片片。17.2.4焊縫質(zhì)量級(jí)別別對(duì)接焊縫的質(zhì)質(zhì)量分一、二二、三級(jí)，其其中一、二級(jí)級(jí)質(zhì)量的強(qiáng)度度與母材相同同，三級(jí)質(zhì)量量的抗拉強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值則降降低了15%。角焊縫均為為三級(jí)質(zhì)量，，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值不論拉、、壓、剪均取取統(tǒng)一值。17.3對(duì)接焊縫的構(gòu)構(gòu)造與計(jì)算（1）選擇正確的坡坡口與間隙保保證焊透如圖17.7所示，根據(jù)焊接條條件和鋼板的的厚度可選擇擇圖中的各種種坡口形式，，圖中的坡口口形式（由鋼鋼板厚度決定定）、間隙c和角度α可參見國家有有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（2）設(shè)置引弧板焊縫的起弧滅滅弧處，常會(huì)會(huì)出現(xiàn)弧坑等等缺陷，引起起應(yīng)力集中并并易產(chǎn)生裂紋紋?？稍O(shè)引弧弧板于兩端，，其材料和坡坡口形式同于于焊件，在焊焊接完畢后切切除（圖17.8）。17.3.1對(duì)接焊縫的構(gòu)構(gòu)造（3）清渣補(bǔ)焊U形和V形焊縫主要為為正面焊，其其根部往往沒沒有焊透而存存在缺陷。所所以一面焊完完后，應(yīng)反過過來清渣補(bǔ)焊焊，以保證焊焊縫質(zhì)量。（4）不同厚度與寬寬度鋼板的連連接在鋼板拼接處處，當(dāng)焊件寬寬度不同或厚厚度在一側(cè)相相差超過4mm時(shí)，應(yīng)分別在在寬度或厚度度方向從一側(cè)側(cè)或雙側(cè)做成成坡度不大于于1∶2.5的斜角（如圖17.9）所示，形成成平緩過渡，，減少應(yīng)力集集中。（5）采用不焊透的的對(duì)接焊縫時(shí)時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)圖中中注明坡口的的形式與尺寸寸，其有效厚厚度he不得小于1.5√t,t為坡口所在焊焊件的較大厚厚度。圖17.7對(duì)接焊縫的坡坡口形式圖17.8引弧板圖17.9鋼板變截面平平接(a)變寬度；(b)變厚度（1）軸心力作用時(shí)時(shí)的計(jì)算如圖17.10所示的受拉對(duì)接焊焊縫，當(dāng)采用用一、二級(jí)質(zhì)質(zhì)量時(shí)，焊縫縫截面的抗拉拉、抗壓和抗抗剪的強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值同于母母材，只要連連接板能承受受拉力N，則焊縫不必必計(jì)算；當(dāng)采采用三級(jí)質(zhì)量量時(shí)，抗拉、、抗剪強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值不變，，唯抗拉強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值降低低15%，可采用斜焊焊縫。對(duì)于斜斜焊縫只須驗(yàn)驗(yàn)算正應(yīng)力，，即17.3.2對(duì)接焊縫的計(jì)計(jì)算當(dāng)tanθ≤1.5（即θ≤56°19′）時(shí)，則斜焊焊縫不必驗(yàn)算算。（2）彎矩和剪力共共同作用時(shí)的的對(duì)接焊縫如圖17.11所示對(duì)接焊縫，應(yīng)應(yīng)驗(yàn)算邊緣纖纖維的最大正正應(yīng)力、中和和軸處的最大大剪應(yīng)力和腹腹板與翼緣連連接處的折算算應(yīng)力?！纠?7.1】驗(yàn)算如圖17.10所示的鋼板對(duì)接焊焊縫，鋼板截截面500mm××10mm，軸向拉力N=1000kN，鋼材為Q235A··F，焊條E43型，焊縫為三三級(jí)質(zhì)量，施施工中未采用用引弧板?！窘狻浚?）驗(yàn)算鋼板的承承載能力A×f=1075kN＞N=1000kN（2）驗(yàn)算直縫σ=208.3N/mm2＞ftw=185N/mm2直縫不能滿足足。（3）改為斜縫，令令tanθ=1.5σ=144.2N/mm2＜ftw=185N/mm2【例17.2】如圖17.12所示，驗(yàn)算工工字形牛腿與與柱的對(duì)接焊焊縫，N=270kN(設(shè)計(jì)值)，偏心距e=300mm，鋼材為Q235，E43型焊條，手工工焊焊縫質(zhì)量量三級(jí)，無引引弧板?！窘狻浚?）焊縫受力M=Ne=270×300=8100kN··cmV=N=270kN(2)截面幾何特征征Iw=13544.6cm4Ww=677.2cm3Sw=397.5cm3S1=253.5cm3(3)強(qiáng)度驗(yàn)算σmax=119.6N/mm2＜ftw=185N/mm2τmax=99N/mm2＜fvw=185N/mm2σ1=113.6N/mm2τ1=63.2N/mm2σeq=157.8N/mm2<1.1ftw=203.5N/mm2圖17.10軸心力作用時(shí)時(shí)的對(duì)接焊縫縫圖17.11彎矩和剪力共共同作用時(shí)對(duì)對(duì)接焊縫圖17.10軸心力作用時(shí)時(shí)的對(duì)接焊縫縫圖17.12例17.2附圖17.4角焊縫的構(gòu)造造與計(jì)算在搭接或頂接接板件的邊緣緣，所焊截面面為三角形的的焊縫叫做角焊縫。角焊縫按外外力作用方向向可分為平行行于力作用方方向的側(cè)面角角焊縫、垂直直于力作用方方向的正面角角焊縫以及與與力作用方向向斜交的斜向向角焊縫（圖17.13）。角焊縫兩邊夾夾角為直角的的稱為直角角焊縫（圖17.14），夾角為銳銳角或鈍角的的稱為斜角角焊縫（圖17.15）。17.4.1角焊縫的構(gòu)造造直角角焊縫（（簡稱角焊縫縫）截面分普通式、平坡坡式和凹式三種，一般多多采用普通式式。角焊縫的構(gòu)造造要求：（1）角焊縫的焊腳腳尺寸hf不得小于1.5√t，t為較厚鋼板的的厚度。（2）角焊縫的焊腳腳尺寸hf不能過大，否否則易發(fā)生損損傷構(gòu)件的過過燒現(xiàn)象和咬咬邊現(xiàn)象，且且易產(chǎn)生較大大的焊接殘余余應(yīng)力和焊接接變形。（3）角焊縫的兩焊焊腳尺寸一般般為相等。（4）側(cè)面角焊縫和和正面角焊縫縫的計(jì)算長度度不得小于8hf和40mm。（5）側(cè)面角焊縫的的計(jì)算長度不不宜大于60hf或40hf；當(dāng)大于上述述數(shù)值時(shí)，其其超過部分在在計(jì)算中不予予考慮。（6）在次要構(gòu)件或或次要焊接連連接時(shí)，可采采用斷續(xù)角焊焊縫。（7）當(dāng)板件端部僅僅有兩側(cè)角焊焊縫連接時(shí)，，每條側(cè)焊縫縫長度不宜小小于兩側(cè)面角角焊縫之間的的距離；同時(shí)時(shí)兩側(cè)面角焊焊縫之間的距距離不宜大于于16t或190mm，t為較薄焊件的的厚度。（8）當(dāng)角焊縫的端端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角處作長度度為2hf的繞角焊時(shí)，，轉(zhuǎn)角處須連連續(xù)施焊，以以避免在應(yīng)力力集中較大處處因起、滅弧弧而出現(xiàn)缺陷陷。（9）在搭接連接中中，搭接長度度不得小于焊焊件較小厚度度的5倍，并不得得小于25mm。圖17.13側(cè)面、正面面與斜向角角焊縫圖17.14直角角焊縫縫截面形式式(a)普通型；(b)平坡式；(c)凹式圖17.15斜角角焊縫縫截面角焊縫的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)是是比較復(fù)雜雜的，應(yīng)力力分布是不不均勻的，，破壞始自自應(yīng)力集中中最嚴(yán)重的的根角A處，如圖17.16。在設(shè)計(jì)計(jì)算算中，均假假定破壞截截面為45°喉部截面，，即圖17.16中的AD截面，稱為為計(jì)算截面面，he為有效厚度度。正面焊縫的的破壞強(qiáng)度度較側(cè)面焊焊縫高，約約為側(cè)面焊焊縫的1.35~1.55倍。17.4.2角焊縫的計(jì)計(jì)算17.4.2.1角焊縫的受受力特點(diǎn)圖17.16軸力N作用下的角角焊縫17.4.2.2角焊縫在通通過焊縫形形心的拉力力、壓力或或剪力作用用下的強(qiáng)度度計(jì)算(1)正面角焊縫縫或作用力力垂直于焊焊縫長度方方向時(shí)(2)側(cè)面角焊縫縫或作用力力平行于焊焊縫長度方方向時(shí)(3)當(dāng)作用力與與焊縫長度度方向斜交交時(shí)，應(yīng)分分別計(jì)算焊焊縫在兩個(gè)個(gè)方向的σf和τf，然后按下下式計(jì)算：：(4)周圍角焊縫縫如圖17.13，有正面、、側(cè)面、斜斜向各種角角焊縫組成成的周圍角角焊縫，假假設(shè)破壞時(shí)時(shí)各部分角角焊縫都達(dá)達(dá)到各自的的極限強(qiáng)度度，則：圖17.13側(cè)面、正面面與斜向角角焊縫17.4.2.3在各種力綜綜合作用下下角焊縫強(qiáng)強(qiáng)度的計(jì)算算如圖17.17所示，角焊縫受受M、N、V的綜合作用用，N引起垂直于于焊縫長度度方向的應(yīng)應(yīng)力σfN；V引起沿焊縫縫長度方向向的應(yīng)力τfV；M引起垂直于于焊縫長度度方向，按按三角形分分布的應(yīng)力力σfM；即：式(17.10)~(17.12)分別給出了了一般表達(dá)達(dá)式和圖示示矩形焊縫縫計(jì)算截面面的計(jì)算式式最大應(yīng)力在在焊縫的上上端，其驗(yàn)驗(yàn)算公式為為圖17.17綜合作用下下的角焊縫縫17.4.2.4角鋼與節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板連接焊焊縫計(jì)算在普通鋼屋屋架中，雙雙角鋼截面面軸力腹桿桿與節(jié)點(diǎn)板板的連接一一般多采用用兩面?zhèn)群?；受有?dòng)力力荷載時(shí)，，可采用三面圍焊；受力較小小時(shí)，可采采用L形圍焊，圍圍焊的轉(zhuǎn)角角處必須連續(xù)施焊。（1）兩面?zhèn)群笀D17.18(a)為兩面?zhèn)群负福p角鋼鋼截面的軸軸線位置可可由角鋼表表查出e1值得到，則則焊縫的形形心應(yīng)在截截面軸線上上。設(shè)肢背背焊縫承受受力N1、肢尖焊縫縫承受力N2，由平衡條條件N1+N2=NN1e1=N2e2解之可得求得N1和N2后，設(shè)出合合理的肢背背、肢尖的的焊腳尺寸寸hf1和hf2，即可計(jì)算算出肢背、、肢尖所需需的焊縫長長度lw1和lw2。（2）三面圍焊圖17.18(b)為三面圍焊焊，要點(diǎn)也也是使焊縫縫的形心位位于角鋼截截面的軸線線上。先設(shè)設(shè)出端縫的的焊腳尺寸寸hf3，則端縫承承擔(dān)的力N3可以求出：：N3=2×0.7hf3lw3βfffw而lw3=b(肢寬)，對(duì)N2處取矩∑M=0，則有Ne2-N1(e1+e2)-N3（e1+e2）/2=0可以解出N1=Ne2/(e1+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-2K2N【例17.3】】將例17.1改為雙蓋板板角焊縫平平接（圖17.19）。鋼板截截面500mm×10mm,N=1000kN（設(shè)計(jì)值）），鋼材為為Q235A·F，焊條E43型?！窘狻浚?）采用2塊460mm×6mm的矩形蓋板板，三面圍圍焊連接，，蓋板面積積：A=2×46×0.6=55.2cm2＞50cm2按構(gòu)造要求求設(shè)hf=5mm，則連接一一側(cè)的一條條側(cè)焊縫的的長度可求求。lw1=176mm取為180mm蓋板長度l=2×180+10=370mm。（2）為避免矩形形蓋板四角角處焊縫的的應(yīng)力集中中，改為（（b）圖的菱形形蓋板，不不考慮端縫縫的βf，則接頭一一側(cè)單面需需要的的焊縫總長長度為∑lw=893mm圖（b）中布置的的焊縫長度度∑lw=906＞893mm【例17.4】】由2φ140×90××8(長肢相連)雙角鋼與節(jié)節(jié)點(diǎn)板（厚厚12mm）相連，軸軸心力設(shè)計(jì)計(jì)值N=600kN，手工焊E43型焊條，采采用Q235A·F鋼，設(shè)計(jì)連連接?！窘狻浚?）采用兩面?zhèn)葌?cè)焊設(shè)hf1(肢背處)=8mm＞1.5×√√12=5.2mm＜1.2×8=9.6mmhf2(肢尖處)=6mm≤8-(1~2)=6~7mm肢背lw1=218mm取為240mm肢尖lw2=156mm取為為170mm（2）采用三三面圍圍焊設(shè)焊腳腳尺寸寸hf1=hf2=hf3=6mmN3=229.6kN肢背Lw1=205mm取為220mm肢尖Lw2=70.8mm取為90mm本桿件內(nèi)內(nèi)力較大大，不宜宜采用L形圍焊。?！纠?7.5】鋼柱與牛牛腿的連連接和受受力如圖17.20所示，采用Q235A·F鋼，手工工焊，E43型焊條，，設(shè)計(jì)該該角焊縫縫連接。?！窘狻浚?）受力分析析剪力V=150kN(由垂直縫縫承受））彎矩M=150×20=3000kN··cm最大應(yīng)力力點(diǎn)為垂垂直縫最最下邊緣緣處。（2）焊縫有效效截面的的幾何特特性設(shè)hf均為10mm＜hfmax=1.2×10=12mm＞hfmin=6.7mm水平縫面面積Af1w=24.5cm2垂直縫面面積Af2w=2×0.7××1×(30-1)=40.6cm2全部有效效面積Afw=Af1w+Af2w=24.5+40.6=65.1cm2求焊縫形形心位置置（近似似將兩條條水平縫縫看作等等長等寬寬的焊縫縫，對(duì)水水平縫軸軸線取面面積矩））YAfw=Af2w×(29/2+1)Y=(40.6×15)/65.1=9.5cm截面慣性性矩Ifw=6518cm4截面最小小抵抗矩矩Wfw=318cm3(3)焊縫強(qiáng)度度驗(yàn)算σfw=94.3N/mm2τfw=36.9N/mm285.7N/mm2＜fwf=160N/mm2焊腳尺寸寸hf還可以小小些（略略）。圖17.18角鋼的節(jié)節(jié)點(diǎn)板連連接焊縫縫（a）兩面面?zhèn)群福唬?b)三面圍焊焊；(c)L形圍焊圖17.18角鋼的節(jié)節(jié)點(diǎn)板連連接焊縫縫（a）兩面面?zhèn)群?；?b)三面圍焊焊；(c)L形圍焊圖17.19例17.3附圖(a)矩形蓋板板；(b)菱形蓋板板圖17.20例17.5附圖17.5焊接殘余余應(yīng)力與與焊接變變形高度不均均勻的溫溫度場(chǎng)造造成構(gòu)件件內(nèi)部收收縮與膨膨脹的不不均勻性性，致使使構(gòu)件產(chǎn)產(chǎn)生變形形，這種種變形叫叫焊接變形形（如圖17.21所示）。而焊焊縫和焊焊縫附近近鋼材不不能自由由地變形形，因受受到周圍圍鋼材的的約束而而產(chǎn)生焊焊接殘余余應(yīng)力。。為了減少少和限制制焊接殘殘余應(yīng)力力和焊接接變形，，可以采采取以下下措施：：（1）在設(shè)計(jì)中中不得任任意加大大焊縫，，避免焊焊縫立體體交叉和和在一處處集中大大量焊縫縫。焊縫縫布置應(yīng)應(yīng)盡可能能對(duì)稱于于構(gòu)件重重心。（2）采用合理理的焊接接順序例如鋼板板對(duì)接，，當(dāng)焊縫縫較長時(shí)時(shí)可采用用分段退退焊（圖17.22(a)）；厚度度較大時(shí)時(shí)可采用用分層焊焊（圖17.22(b)）；鋼板板分塊拼拼接合理理安排施施焊順序序（圖17.22(c)），工字字形頂接接采用對(duì)對(duì)角跳焊焊（圖17.22(d)）。（3）施焊前使使構(gòu)件有有一個(gè)和和焊接變變形相反反的預(yù)變變形如圖17.23(a)中將翼緣緣預(yù)彎，，在（b）圖中將平接接的接縫縫處預(yù)彎彎，使與與焊接變變形相抵抵消，但但此法不不能去除除焊接應(yīng)應(yīng)力。（4）對(duì)于小尺尺寸的焊焊件可焊焊前預(yù)熱熱或焊后后進(jìn)行退退火處理理。退火火是將構(gòu)構(gòu)件加熱熱至600℃℃后，使其其緩慢冷冷卻，可可消除焊焊接應(yīng)力力。也可可以在焊焊后錘擊擊，以減減小焊接接應(yīng)力和和焊接變變形。（5）機(jī)械校正正法和局局部加熱熱法矯正正焊接變變形，如如彎曲變變形可用用機(jī)械頂頂壓冷矯矯正，也也可以在在凸面局局部加熱熱，利用用熱后的的冷縮進(jìn)進(jìn)行熱矯矯正。圖17.21焊接變形形(a)縱向收縮縮和橫向向收縮；；(b)彎曲變形形；(c)角變形；；(d)波浪變形形；(e)扭曲變形形圖17.22合理的焊焊接順序序圖17.23減小焊接接變形的的措施17.6普通螺栓栓連接的的構(gòu)造與與計(jì)算（1）關(guān)于螺栓栓的基本本知識(shí)螺栓有不不同的性性能等級(jí)級(jí)，如““4.6級(jí)”、““8.8級(jí)”、““10.9級(jí)”等，，是由螺螺栓材料料而區(qū)分分的。小小數(shù)點(diǎn)前前的數(shù)字字表示螺螺栓材料料的最低低抗拉強(qiáng)強(qiáng)度fu,4即為400N/mm2；小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)及后面面的數(shù)字字（0.6、0.8等）則表表示材料料的屈強(qiáng)強(qiáng)比，普普通螺栓栓用Q235A·F鋼制成，，屬于4.6級(jí)。A、B級(jí)螺栓配配Ⅰ類孔（見見表16.9注）適用用于受剪剪連接；；C級(jí)螺栓配配Ⅱ類孔（沖沖孔或不不用鉆模模鉆孔））適用于于受拉連連接。17.6.1普通螺栓栓連接的的構(gòu)造螺栓的代代號(hào)用字字母M與公稱直直徑的毫毫米數(shù)表表示，如如M16、M18等，常用用的螺栓栓是M16，M20和M24。螺栓長長度的選選用，在在考慮連連接件疊疊合厚度度的同時(shí)時(shí)，還應(yīng)應(yīng)考慮兩兩頭墊圈圈、螺母母的厚度度并外露露2~3扣絲扣。。（2）螺栓與螺螺孔圖例例鋼結(jié)構(gòu)施施工圖表表示螺栓栓及螺孔孔的圖例例見表17.2。（3）螺栓連接接的構(gòu)造造要求每一桿件件在節(jié)點(diǎn)點(diǎn)上以及及拼接接接頭的一一端，永永久性的的螺栓（（或鉚釘釘）數(shù)不不宜少于于兩個(gè)。。對(duì)組合合構(gòu)件的的綴條，，其端部部連接可可采用一一個(gè)螺栓栓（鉚釘釘）。螺螺栓的排排列分并列、錯(cuò)列兩種。螺栓排列列時(shí)，其其中距、、邊距和和端距應(yīng)應(yīng)滿足下下列要求求：①受力要求求②構(gòu)造要求求③施工要求求根據(jù)上述述三個(gè)方方面的要要求，《規(guī)范》制定了螺螺栓的最最大、最最小允許許間距，，見表17.3。螺栓排排列時(shí)，，宜按最最小允許許間距選選用，且且取5mm的整數(shù)倍倍。型鋼（工工字鋼、、槽鋼、、角鋼））上的螺螺栓排列列，除滿滿足表17.3的要求，，尚需考考慮線距距（為使使螺栓的的墊圈和和螺母位位于平整整部位））、最大大孔徑d0max(避免截面面過分削削弱)的要求，，參見圖17.24和表17.4~表17.6。表17.2螺栓及螺螺孔圖例例表17.3螺栓或鉚鉚釘?shù)淖钭畲?、最最小容許許距離圖17.24螺栓的排排列表17.4角鋼上螺螺栓或鉚鉚釘線距距表（mm）表17.5工字鋼和和槽鋼腹腹板上的的螺栓線線距表（（mm）表17.6工字鋼鋼和槽槽鋼翼翼緣上上的螺螺栓線線距表表(mm)普通螺螺栓連連接按按受力力性質(zhì)質(zhì)分為為抗剪螺螺栓連連接、受拉螺螺栓連連接和拉剪螺螺栓連連接。抗剪螺螺栓連連接靠靠栓桿桿受剪剪和孔孔壁承承壓傳傳力，，受拉拉螺栓栓連接接沿栓栓桿軸軸線方方向受受拉，，拉剪剪螺栓栓連接接則兩兩者兼兼而有有之。。17.6.2普通螺螺栓連連接的的計(jì)算算17.6.2.1抗剪螺螺栓連連接（1）受力特特點(diǎn)與與破壞壞形式式在圖17.25中，N為鋼板板所受受拉力力，δ為鋼板板間的的相對(duì)對(duì)位移移。N-δδ曲線分分為三三個(gè)階階段：：第一階階段為上升升直線線段第二階階段為水平平段第三階階段為彈塑塑性工工作階階段抗剪螺螺栓連連接（（包括括鉚接接和承承壓型型高強(qiáng)強(qiáng)螺栓栓連接接）可可能有有五種種破壞壞形式式，如圖17.26所示：①當(dāng)螺栓栓桿較較細(xì)、、板件件較厚厚時(shí)，，螺栓栓桿被被剪斷斷（圖17.26(a)）；②當(dāng)螺栓栓桿較較粗、、板件件較薄薄時(shí)，，孔壁壁擠壓壓破壞壞（圖17.26(b)）；③當(dāng)螺孔孔對(duì)板板削弱弱過多多時(shí)，，板件件被拉拉斷（（圖17.26(c)）；④當(dāng)端距距太小小時(shí)，，板端端可能能因沖沖剪而而破壞壞（圖17.26(d)）；⑤當(dāng)栓桿桿細(xì)長長時(shí)，，栓桿桿可能能因彎彎曲而而破壞壞（圖17.26(e)）。（2）計(jì)算方方法一個(gè)螺螺栓的的受剪剪承載載力計(jì)計(jì)算值值按下下式計(jì)計(jì)算一個(gè)螺螺栓的的承壓壓承載載力設(shè)設(shè)計(jì)值值按下下式計(jì)計(jì)算如前所所述，，當(dāng)外外力N通過螺螺栓群群中心心時(shí)，，可以以認(rèn)為為每個(gè)個(gè)螺栓栓均勻勻受力力，則則抗剪剪螺栓栓連接接中，，接頭頭一側(cè)側(cè)所需需螺栓栓數(shù)為為：n=N/Nminb由于螺螺栓孔孔削弱弱了構(gòu)構(gòu)件的的截面面，還還須按按下式式驗(yàn)算算開孔孔截面面的凈凈截面面強(qiáng)度度σ=N/An在構(gòu)件件的節(jié)節(jié)點(diǎn)處處或拼拼接接接頭一一側(cè)，，當(dāng)螺螺栓沿沿受力力方向向的連連接長長度l1(圖17.27)過大時(shí)時(shí)，各各螺栓栓的受受力將將很不不均勻勻，兩兩端螺螺栓受受力較較大常常先破破壞，，后依依次破破壞《規(guī)范》規(guī)定（（包括括高強(qiáng)強(qiáng)度螺螺栓）），當(dāng)當(dāng)l1＞15d0時(shí)，螺螺栓的的承載載力設(shè)設(shè)計(jì)值值Nminb應(yīng)乘以以下列列折減減系數(shù)數(shù)β予以降降低：：當(dāng)l1≥15d0時(shí)，β=1.1-l1/(150d0)；當(dāng)l1≥60d0時(shí)，β=0.7。【例17.7】】設(shè)計(jì)兩兩角鋼鋼拼接接，采采用C級(jí)螺栓栓，角角鋼型型號(hào)φ75×5，軸心心拉力力設(shè)計(jì)計(jì)值N=119kN，采用Q235鋼?！窘狻浚?）確定接頭一一側(cè)螺栓數(shù)數(shù)與排列采用M20螺栓，d0=21.5mm，符合表17.4規(guī)定。拼接接角鋼采用用φ75×6。單釘抗剪和和承壓承載載力設(shè)計(jì)值值為Nvb=40.8kNNcb=30.5kN連接一側(cè)所所需螺栓數(shù)數(shù)目n=4.29取為5個(gè)為安排緊湊湊，采用圖17.28的錯(cuò)列布置置(符合表17.3和表17.4)。（2）驗(yàn)算角鋼凈凈截面強(qiáng)度度將角鋼展開開如圖,φ75××5，A=7.412cm2Ⅰ-Ⅰ截面AnⅠ=6.337cm2Ⅱ-Ⅱ截面AnⅡ=5.547cm2σ=214.5N/mm2＜f=215N/mm2圖17.25單個(gè)雙剪螺螺栓連接的的N－δ曲線圖17.26受剪螺栓連連接的破壞壞形式(a)螺桿剪斷；；(b)孔壁擠壓壞壞；(c)鋼板拉斷；；(d)端部鋼板剪剪斷；(e)栓桿受彎破破壞圖17.27螺栓沿受力力方向的連連接長度圖17.28例17.7附圖17.6.2.2受拉螺栓連連接（1）單個(gè)受拉螺螺栓的抗拉拉承載力設(shè)設(shè)計(jì)值圖17.29所示為螺栓連接接的T形接頭，在在外力N的作用下，，栓桿將沿沿桿軸方向向受拉。單個(gè)受拉螺螺栓抗拉承承載力設(shè)計(jì)計(jì)值當(dāng)螺釘群受受軸心力作作用時(shí)，所所需螺栓數(shù)數(shù)(2)計(jì)算方法在設(shè)計(jì)時(shí)一一般先選定定螺栓直徑徑、數(shù)目及及排列構(gòu)造造，然后再再進(jìn)行驗(yàn)算算。如圖17.30所示牛腿與柱的的連接中，，外力F的偏心作用用使螺栓群群受剪力V和彎矩M。設(shè)受力最大大排螺柱個(gè)個(gè)數(shù)為m，則受力力最大螺栓栓（單個(gè)））所受的拉拉力同時(shí)作用有有彎矩M和軸心拉力力N時(shí)，N由各螺栓平平均承擔(dān)，，螺栓群中中螺栓所受受最大拉力力Nmax和最小拉力力Nmin應(yīng)符合下列列條件：當(dāng)Nmin=F/n-Fey1/(m∑yi2)≥0時(shí)，螺栓群群的轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸在螺栓群群的中心位位置O處，見圖17.31(a)所示，此時(shí)Nmax=F/n+Fey1/(m∑yi2)≤Ntb當(dāng)Nmin=F/n-Fey1/(m∑yi2)＜0時(shí)，如圖17.31（b）所示，端板底部部將出現(xiàn)受受壓區(qū)，螺螺栓群轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)軸位置下下移，可偏偏于安全地地取轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸在彎矩指指向一側(cè)最最外排螺栓栓O′處，此時(shí)圖17.29受拉螺栓連連接圖17.30彎矩與軸力力作用下的的拉力連接接圖17.31受拉螺栓連連接受偏心心力作用17.6.2.3拉剪螺栓連連接粗制螺栓多多用于受拉拉連接，若若有剪力常常設(shè)支托承承受。對(duì)于于次要連接接。若不設(shè)設(shè)支托，螺螺栓將兼受受拉剪，同同時(shí)承受剪剪力和桿軸軸方向拉力力的普通螺螺栓應(yīng)分別別符合下列列公式的要要求：【例17.8】工字形牛腿與與柱用Q235C級(jí)螺栓連接,F=258kN（設(shè)計(jì)值），，支托只在安安裝時(shí)起作用用，設(shè)計(jì)普通通螺栓連接。。【解】（1）構(gòu)造設(shè)計(jì)初選M20螺栓10個(gè)排列如圖17.32，符合構(gòu)造要要求，因支托托僅在安裝時(shí)時(shí)起作用，所所以螺栓兼受受拉剪。（2）求單釘抗剪、、承壓、抗拉拉承載力設(shè)計(jì)計(jì)值Nvb=40.84kNNcb=122kNNtb=41.65kN(3)求受力最大螺螺栓所受的拉拉力與剪力Nv=25.8kNNt=32.25kN(4)驗(yàn)算Nt=25.8kN＜Ncb=122kN(滿足)圖17.32例17.8附圖17.7高強(qiáng)度螺栓連連接的構(gòu)造與與計(jì)算高強(qiáng)度螺栓由高強(qiáng)度鋼材材制成，擰緊緊螺母可使栓栓桿產(chǎn)生很高高的預(yù)拉力將將疊合鋼板壓壓得很緊，剪剪力則由板疊疊間的摩擦力力來傳遞，而而不像普通螺螺栓那樣，由由栓桿受剪和和孔壁承壓來來傳遞剪力，，這就是摩擦擦型高強(qiáng)螺栓栓的工作原理理。高強(qiáng)度螺栓所所用材料的性性能等級(jí)按熱熱處理（淬火火、回火）后后的強(qiáng)度分8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種，其性性能等級(jí)和采采用的鋼號(hào)可可見表16.8。17.7.1高強(qiáng)度螺栓的的基本知識(shí)17.7.1.1高強(qiáng)度螺栓的的受力特點(diǎn)與與材料17.7.1.2高強(qiáng)度螺栓的的預(yù)拉力和緊緊固方法預(yù)拉力值為螺螺栓材料的屈屈服強(qiáng)度fy和螺栓有效面面積Ae的乘積考慮一一定的降低系系數(shù)而確定。。按上述計(jì)算的的P值，取5kN的整倍數(shù)應(yīng)用用，如表17.8所列。高強(qiáng)度螺栓按按形狀不同，，有大六角頭頭和扭剪型兩兩種類型，如圖17.33所示。（1）扭矩法擰緊螺母時(shí)的的扭矩M和螺栓所要達(dá)達(dá)到的預(yù)拉力力P之間成正比關(guān)關(guān)系，終擰扭扭矩T可用下列公式式確定：T=kd(P+ΔP)（2）轉(zhuǎn)角法分初擰和終擰擰兩步。初擰擰用短扳手?jǐn)Q擰緊螺母，此此時(shí)約使螺栓栓達(dá)到20%~30%的預(yù)拉力，使使板疊間緊密密接觸，做出出標(biāo)記，然后后用長扳手將將螺母從標(biāo)記記位置再擰一一定的角度到到終擰位置，，終擰的角度度根據(jù)角度和和預(yù)拉力成正正比，并考慮慮板疊厚度和和直徑d的影響而定。。（3）扭斷螺栓尾部部對(duì)于扭剪型高高強(qiáng)螺栓，先先用普通扳手手?jǐn)Q緊螺母，，是為初擰，，再用特制電電動(dòng)扳手的兩兩個(gè)套筒中的的大套筒套住住螺母，小套套筒套住螺栓栓尾部梅花卡卡頭，一個(gè)套套筒正轉(zhuǎn)，一一個(gè)套筒反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，由于螺栓栓尾部槽口深深度是按終擰擰扭矩和預(yù)拉拉力之間的關(guān)關(guān)系而確定的的，所以梅花花卡頭被擰斷斷之時(shí)，擰緊緊扭矩即達(dá)到到終擰扭矩，，而螺栓則達(dá)達(dá)到預(yù)拉力。。接觸面的粗糙糙程度和處理理方法是影響響μ值的主要因素素，《規(guī)范》規(guī)定了四種方方法，見表17.9。表17.8一個(gè)高強(qiáng)度螺螺栓的預(yù)拉力力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17.33大六角頭與扭扭剪型高強(qiáng)螺螺栓表17.9摩擦面的抗滑滑移系數(shù)μ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0.300.350.40（1）受剪高強(qiáng)度螺螺栓連接的計(jì)計(jì)算受剪摩擦型高高強(qiáng)度螺栓是是以摩擦力被被克服而產(chǎn)生生相對(duì)滑移為為極限狀態(tài)的的，一個(gè)螺栓栓的抗剪承載載力設(shè)計(jì)值為為Nvb=0.9nfμP一個(gè)高強(qiáng)螺栓栓抗剪承載力力設(shè)計(jì)值求出出后，即可求求出連接一側(cè)側(cè)所需的高強(qiáng)強(qiáng)螺栓數(shù)目n：n≥N/Nvb17.7.2摩擦型高強(qiáng)度度螺栓的計(jì)算算高強(qiáng)螺栓連接接的凈截面強(qiáng)強(qiáng)度驗(yàn)算不同同于普通螺栓栓，在圖17.34中，連接一側(cè)螺螺栓數(shù)為n，驗(yàn)算截面Ⅰ-Ⅰ處的螺栓數(shù)為為n1，對(duì)普通螺栓栓而言，凈截截面An要承受全部N力；而高強(qiáng)度度螺栓則不然然，每個(gè)螺栓栓所承受剪力力的50%已由孔前摩擦擦面?zhèn)髯撸卓浊皞髁ο禂?shù)數(shù)為0.5），故凈截面面受力為N′=N-0.5Nn1/n=N(1-0.5n1/n)凈截面驗(yàn)算為為雖然A＞An，但所承力N＞N′，故構(gòu)件破壞壞也可能由毛毛截面控制，，所以尚應(yīng)進(jìn)進(jìn)行毛截面驗(yàn)驗(yàn)算σ=N/A≤≤f【例17.9】截面為320×12的板件，鋼材材為Q235，N=600kN(設(shè)計(jì)值)，設(shè)計(jì)連接。。①普通C級(jí)螺栓，栓徑徑M20，孔徑d=21.5mm；②高強(qiáng)螺栓栓受剪連接,10.9級(jí)M22，鋼絲刷除銹銹，外徑d=23.5。【解】（1）普通螺栓連接接單釘承載力設(shè)設(shè)計(jì)值Nvb=81.7kNNcb=d73.2kN連接一側(cè)所需需螺栓數(shù)為n=8.2個(gè)取為9個(gè)構(gòu)造排列如圖17.35(a)。凈截面強(qiáng)度驗(yàn)驗(yàn)算σ=195.7N/mm2＜f=215N/mm2（2）高強(qiáng)螺栓連接接一個(gè)高強(qiáng)螺栓栓抗剪承載力力設(shè)計(jì)值Nvb=0.9nfμP=102.6kN連接一側(cè)所需需螺栓數(shù)n=N/Nvb=5.84個(gè)取為6個(gè)按構(gòu)造排列列如圖17