重慶大學(xué)《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》第3章-鋼結(jié)構(gòu)的連接

第七章鋼結(jié)構(gòu)的連接大綱要求1.了解鋼結(jié)構(gòu)連接的種類(lèi)及各自的特點(diǎn)；2.了解焊接連接的工作性能，掌握焊接連接的計(jì)算方法及構(gòu)造要求；3.了解焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因及其對(duì)結(jié)構(gòu)工作的影響；4.了解螺栓連接的工作性能，掌握螺栓連接的計(jì)算和構(gòu)造要求。一、焊縫連接

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法對(duì)接焊縫連接角焊縫連接三、螺栓連接

優(yōu)點(diǎn)：連接剛度大，傳力可靠；

分為：

普通螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接二、鉚釘連接N缺點(diǎn)：對(duì)施工技術(shù)要求很高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工條件差，施工速度慢。§7.1

焊接連接的基本知識(shí)優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面；制作加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；連接的密閉性好．結(jié)構(gòu)剛度大。缺點(diǎn)：在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問(wèn)題較為突出。一、焊縫連接的特點(diǎn)

1.焊縫形式（1）對(duì)接焊縫：焊縫位于被連接板件或其中一個(gè)板件的平面內(nèi)正對(duì)接焊縫（2）角焊縫：焊縫位于兩個(gè)被連接板件的邊緣位置T型對(duì)接焊縫斜對(duì)接焊縫二、焊接連接的形式2.焊接連接形式（按被連接構(gòu)件的相對(duì)位置）對(duì)接鏈接采用拼接蓋板的對(duì)接鏈接搭接連接T形鏈接角部連接hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊縫的形式:角焊縫的形式直角角焊縫、斜角角焊縫（1）直角角焊縫hehfhf凹面式（2）斜角角焊縫對(duì)于α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結(jié)構(gòu)外,不宜用作受力焊縫。焊縫符號(hào)表示焊縫施悍的位置鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法1.手工電弧焊用手工操縱焊條、用電弧作為熱源的焊接方法

焊機(jī)導(dǎo)線熔池焊條焊鉗保護(hù)氣體焊件電弧焊條的選擇：焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng)。Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--E5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5000--E5048)Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)焊條的表示方法：E—焊條(Electrode)第1、2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強(qiáng)度（kgf/mm2)第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類(lèi)型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；手工電弧焊優(yōu)、缺點(diǎn)2.埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）利用在焊劑層下燃燒的電弧進(jìn)行焊接的方法

焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強(qiáng)度。優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限等。3.氣體保護(hù)焊優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：施工條件受限制等。三、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查1.焊縫缺陷裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔夾渣咬邊未熔合未焊透2.焊縫質(zhì)量檢查外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)：檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。

內(nèi)部檢驗(yàn)主要采用超聲波，有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn)熒光檢驗(yàn)等輔助檢驗(yàn)方法。還可以采用X射線或γ射線透照或拍片?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定（不要求）

焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。

三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；

一、二級(jí)焊縫除外觀檢查外，尚要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017--2003）中，對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定：

(1)需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。3.焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用(2)在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的受拉對(duì)接焊縫應(yīng)不低于二級(jí)；受壓時(shí)宜為二級(jí)。

（３）重級(jí)工作制和起重量Ｑ＞５０ｔ的中級(jí)工作制吊車(chē)梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車(chē)桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的Ｔ形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，不應(yīng)低于二級(jí)。（４）角焊縫質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量Ｑ＞５０ｔ的中級(jí)工作制吊車(chē)梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級(jí)。

試驗(yàn)表明側(cè)面角焊縫主要承受剪力，強(qiáng)度相對(duì)較低，塑性性能較好。因外力通過(guò)焊縫時(shí)發(fā)生彎折，故剪應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度分布不均勻，兩端大中間小，lw/hf越大剪應(yīng)力分布越不均勻。剪應(yīng)力τfA.應(yīng)力分析NlwN（1）側(cè)面角焊縫（側(cè)焊縫）1.直角角焊縫的受力分析§7.3角焊縫連接的設(shè)計(jì)B.破壞形式A.

應(yīng)力分析

正面角焊縫受力復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，塑性較差，但強(qiáng)度較高，與側(cè)面角焊縫相比可高出35%--55%以上。（2）正面角焊縫B.正面角焊縫的破壞形式（3）斜角焊縫

斜焊縫的受力性能介于側(cè)面角焊縫和正側(cè)面角焊縫之間。二、直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式該式即為，規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度計(jì)算通用公式βf

—正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)；靜載時(shí)取1.22，動(dòng)載時(shí)取1.0。對(duì)于正面角焊縫，τf=0，得：對(duì)于側(cè)面角焊縫，σf=0，得：

以上各式中：

he=0.7hf；

lw—角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其實(shí)際長(zhǎng)度減去2hf。三、角焊縫的構(gòu)造

1、最大焊腳尺寸hf,max

為了避免焊縫處局部過(guò)熱，減小焊件的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，hf,max應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:

hf,max≤1.2t1（鋼管結(jié)構(gòu)除外）式中:t1---較薄焊件厚度。tt1hf

對(duì)于板件邊緣的角焊縫,尚應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

當(dāng)t≤6mm時(shí)，hf,max≤t；當(dāng)t>6mm時(shí)，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t2、最小焊腳尺寸hf,min

為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開(kāi)裂，hf,min應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:

式中:t2----較厚焊件厚度

另:對(duì)于埋弧自動(dòng)焊hf,min可減去1mm;

對(duì)于T型連接單面角焊縫hf,min應(yīng)加上1mm;

當(dāng)t2≤4mm時(shí),hf,min=t23.側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度

側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長(zhǎng)度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，應(yīng)力集中系數(shù)越大。如果焊縫長(zhǎng)度不是太大，焊縫兩端達(dá)到屈服強(qiáng)度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會(huì)漸趨均勻；當(dāng)焊縫長(zhǎng)度達(dá)到一定的長(zhǎng)度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：注：

1、當(dāng)實(shí)際長(zhǎng)度大于以上值時(shí)，計(jì)算時(shí)不予考慮；

2、當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，不受上式限制。4.角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度

對(duì)于焊腳尺寸大而長(zhǎng)度小的焊縫，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規(guī)范規(guī)定：5.搭接連接的構(gòu)造要求

當(dāng)板件端部?jī)H采用兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)：

A、為了避免應(yīng)力傳遞的過(guò)分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，規(guī)范規(guī)定：B、為了避免焊縫橫向收縮時(shí)引起板件的拱曲太大，規(guī)范規(guī)定：t1t2bD.在搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度

的5倍，且不得小于25mm。

C.當(dāng)角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)作2hf的繞角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。b2hft1t2四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計(jì)算1、軸心力作用下(1)軸心力作用下的蓋板對(duì)接連接:A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：B、采用三面圍焊連接：NNlwlw’(2)T形角焊縫連接NxNyNθN代入式7-6驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度，即:(3)角鋼角焊縫連接A、僅采用側(cè)面角焊縫連接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2對(duì)于校核問(wèn)題:對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用三面圍焊由力及力矩平衡得:余下的問(wèn)題同情況‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2對(duì)于校核問(wèn)題:對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、采用L形圍焊代入下式7-20，7-21得:對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:Ne1e2bN1xxN3lw12、N、M、V共同作用下(1)偏心軸力作用下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊縫強(qiáng)度計(jì)算h1σfAσfBτf對(duì)于A點(diǎn)：式中：Iw—全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩；

h1—兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。xxhh2BB’Ah1MeFVM對(duì)于B點(diǎn)：強(qiáng)度驗(yàn)算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度；

he,2—腹板焊縫截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM假定:A、被連接件絕對(duì)剛性，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；B、T作用下焊縫群上任意點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與焊縫形心的連線，且大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。3、T、V共同作用下將F向焊縫群形心簡(jiǎn)化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為A點(diǎn)和A’點(diǎn)xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A點(diǎn)應(yīng)力:將其沿x軸和y軸分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A點(diǎn)應(yīng)力:A點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為:A點(diǎn)平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為:強(qiáng)度驗(yàn)算公式：τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT、V聯(lián)合作用下的例題1、對(duì)接焊縫的坡口形式:一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造§7.4對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

對(duì)接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和施工條件有關(guān)。

t--焊件厚度(1)當(dāng):t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)時(shí)可不做坡口,采用直邊縫;(2)t=7~20mm時(shí)，宜采用單邊V形和雙邊V形坡口;(3)t>20mm時(shí)，宜采用U形、K形、X形坡口。C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）2、V形、U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進(jìn)行補(bǔ)焊；3、對(duì)接焊縫的起、滅弧點(diǎn)易出現(xiàn)缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時(shí)，每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減去2t1，t1—較薄焊件厚度；4、當(dāng)板件厚度或?qū)挾仍谝粋?cè)相差大于4mm時(shí)，應(yīng)做坡度不大于1:2.5(靜載)或1:4(動(dòng)載)的斜角，以平緩過(guò)度，減小應(yīng)力集中?！?:2.5≤1:2.5對(duì)接焊縫分為：焊透和部分焊透（自學(xué)）兩種；動(dòng)荷載作用下部分焊透的對(duì)接焊縫不宜用做垂直受力方向的連接焊縫；對(duì)于靜載作用下的一級(jí)和二級(jí)對(duì)接焊縫其強(qiáng)度可視為與母材相同，不予計(jì)算。三級(jí)焊縫需進(jìn)行計(jì)算；對(duì)接焊縫可視作焊件的一部分，故其計(jì)算方法與構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算相同。二、對(duì)接焊縫的計(jì)算NNt1、軸心力作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算式中：

N—軸心拉力或壓力；

t—板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度；

ftw、fcw

—對(duì)接焊縫的抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。NNlwtA

當(dāng)不滿(mǎn)足上式時(shí)，可采用斜對(duì)接焊縫連接如圖B。另:當(dāng)tanθ≤1.5時(shí),不用驗(yàn)算!NNtBθNsinθNcosθlw2、M、V共同作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算lwtAMVστ因焊縫截面為矩形，M、V共同作用下應(yīng)力圖為：故其強(qiáng)度計(jì)算公式為：式中：Ww—焊縫截面模量；Sw--焊縫截面面積矩；

Iw--焊縫截面慣性矩。（1）板件間對(duì)接連接（2）工字形截面梁對(duì)接連接計(jì)算MV1焊縫截面A、對(duì)于焊縫的σmax和τmax應(yīng)滿(mǎn)足式3-29和3-30要求；σmaxτσ1τ1τmaxB、對(duì)于翼緣與腹板交接點(diǎn)焊縫（1點(diǎn)），其折算應(yīng)力尚應(yīng)滿(mǎn)足下式要求：1.1—考慮最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)的強(qiáng)度增大系數(shù)?！?－5焊接應(yīng)力和焊接變形一、焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi)

1、焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi)

A、縱向焊接殘余應(yīng)力—沿焊縫長(zhǎng)度方向;B、橫向焊接殘余應(yīng)力—垂直于焊縫長(zhǎng)度方向;C、沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力。

二、焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響1、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度沒(méi)有影響。2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響焊接殘余應(yīng)力的存在增大了結(jié)構(gòu)的變形，即降低了結(jié)構(gòu)的剛度。

對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力，限制了其塑性的發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。所以，降低或消除焊接殘余應(yīng)力是改善結(jié)構(gòu)低溫冷脆性能的重要措施。3、對(duì)低溫冷脆的影響4、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感區(qū)域。因此焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響。三、焊接變形

焊接變形包括：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。

四、減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的措施（自學(xué)）1、設(shè)計(jì)上的措施；（1）焊接位置的合理安排（2）焊縫尺寸要適當(dāng)（3）焊縫數(shù)量要少，且不宜過(guò)分集中（4）應(yīng)盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉2、加工工藝上的措施（1）采用合理的施焊順序（2）采用反變形處理（3）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理§7－6螺栓連接的構(gòu)造一、螺栓的種類(lèi)1.普通螺栓C級(jí)---粗制螺栓，性能等級(jí)為4.6或4.8級(jí)；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ類(lèi)孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)＝1～3mm。A、B級(jí)---精制螺栓，性能等級(jí)為5.6或8.8級(jí);5或8表示fu≥500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅰ類(lèi)孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)＝0.3～0.5mm。按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為:A、B、C三個(gè)級(jí)別。2.高強(qiáng)度螺栓由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過(guò)熱處理45號(hào)－8.8級(jí)；40B和20MnTiB－10.9級(jí)大六角高強(qiáng)螺栓扭剪型高強(qiáng)螺栓二、螺栓的排列1.并列—簡(jiǎn)單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu)件截面削弱大；B錯(cuò)列A并列中距中距邊距邊距端距2.錯(cuò)列—排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截面削弱??；

3.螺栓排列的要求（1）受力要求:

垂直受力方向：為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、截面削弱過(guò)多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不能太小；

順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，端距不能太??；

對(duì)于受壓構(gòu)件：為防止連接板件發(fā)生鼓曲，中距不能太大。（2）構(gòu)造要求；

螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。（3）施工要求

為了便于扳手?jǐn)Q緊螺母，螺栓中距應(yīng)不小于3do。

根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。三、螺栓連接的構(gòu)造要求為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于兩個(gè)永久螺栓，但組合構(gòu)件的綴條除外；直接承受動(dòng)荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動(dòng)；C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：

1、承受靜載或間接動(dòng)載的次要連接；

2、承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；

3、臨時(shí)固定構(gòu)件的安裝連接。型鋼構(gòu)件拼接采用高強(qiáng)螺栓連接時(shí)，為保證接觸面緊密，應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；§7－7

普通螺栓連接計(jì)算★一、螺栓連接的受力形式FNFA

只受剪力B

只受拉力C剪力和拉力共同作用（1）螺栓桿被剪壞

栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)（2）孔壁的擠壓破壞

栓桿較粗而板件較薄時(shí)（3）板件被拉斷

截面削弱過(guò)多時(shí)

以上破壞形式予以計(jì)算解決。N/2NN/2NNNN

二、普通螺栓抗剪連接（4）板件端部沖剪破壞

端矩過(guò)小時(shí)；端矩不應(yīng)小于2dONN（5）栓桿彎曲破壞螺栓桿過(guò)長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于5d這兩種破壞構(gòu)造解決N/2NN/2（二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計(jì)值

由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:nv—剪切面數(shù)目；d—螺栓桿直徑；fvb、fcb—螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；∑t—連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：d剪切面數(shù)目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪連接計(jì)算1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算N/2Nl1N/2平均值螺栓的內(nèi)力分布

試驗(yàn)證明,栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿栓群長(zhǎng)度方向不均勻，兩端大,中間小。

當(dāng)l1≤15d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個(gè)螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計(jì)時(shí)假定N有各螺栓均擔(dān)。所以，連接所需螺栓數(shù)為：

當(dāng)l1>15d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布,各個(gè)螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞,然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)η與l1/d0的關(guān)系曲線。ECCS試驗(yàn)曲線8.8級(jí)

M22我國(guó)規(guī)范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長(zhǎng)連接螺栓的內(nèi)力分布故，連接所需栓數(shù)：2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計(jì)算F作用下每個(gè)螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：

（1）連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性；

（2）T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關(guān)系，方向與ri垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11

顯然，T作用下‘1’號(hào)螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得由式3-39得:由力的平衡條件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11將式3--40代入式3--38得:將N1T沿坐標(biāo)軸分解得:由此可得螺栓1的強(qiáng)度驗(yàn)算公式為:

另外,當(dāng)螺栓布置比較狹長(zhǎng)(如y1≥3x1)時(shí),可進(jìn)行如下簡(jiǎn)化計(jì)算：令:xi=0，則N1Ty=0（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能三、普通螺栓的抗拉連接

抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有脫開(kāi)趨勢(shì)，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉斷為其破壞形式。（二）單個(gè)普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值式中：Ae--螺栓的有效截面面積；

de--螺栓的有效直徑；

ftb--螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。dedndmd公式的兩點(diǎn)說(shuō)明：（1）螺栓的有效截面面積

因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?。?2）螺栓垂直連接件的剛度對(duì)螺栓抗拉承載力的影響

A、螺栓受拉時(shí)，一般是通過(guò)與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，螺栓有被撬開(kāi)的趨勢(shì)（杠桿作用），使螺桿中的拉力增加（撬力Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬力越大。試驗(yàn)證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）來(lái)考慮其影響。B、在構(gòu)造上可以通過(guò)加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來(lái)減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。(三）普通螺栓群的軸拉設(shè)計(jì)

一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：N(四）普通螺栓群在彎炬作用下M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：

（1）連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性；（2）螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。顯然‘1’號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大由力學(xué)及假定可得：M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸由式7--52得:將式7--54代入式7--53得:因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿(mǎn)足下式，即可：(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下

小偏心力作用下普通螺栓連接，Ne1234M=N?eNy1y2N1N2N3N4中和軸M作用下N作用下小偏心的條件是

大偏心力作用下普通螺栓連接，近似并安全的取中和軸位于最下排螺栓O′處，列彎矩平衡方程，可求得四、普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用011VeM=VeV因此：2、由試驗(yàn)可知，兼受剪力和拉力的螺桿，其承載力無(wú)量綱關(guān)系曲線近似為一“四分之一圓”。1、普通螺栓在拉力和剪力的共同作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形式：螺桿受剪兼受拉破壞、孔壁的承壓破壞；3、計(jì)算時(shí)，假定剪力由螺栓群均勻承擔(dān)，拉力由受力情況確定。

規(guī)范規(guī)定：普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用為了防止螺桿受剪兼受拉破壞，應(yīng)滿(mǎn)足：為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿(mǎn)足：011ab

另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，當(dāng)有承托承擔(dān)全部剪力時(shí)，螺栓群按受拉連接計(jì)算。

承托與柱翼緣的連接角焊縫按下式計(jì)算：式中：

α—考慮剪力對(duì)角焊縫偏心影響的增大系數(shù)，一般取α=1.25~1.35；其余符號(hào)同前。M刨平頂緊承托(板)V連接角焊縫§7－7

高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算一、高強(qiáng)度螺栓的工作性能及單栓承載力

按受力特征的不同高強(qiáng)度螺栓分為兩類(lèi)：

摩擦型高強(qiáng)度螺栓—通過(guò)板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準(zhǔn)則為剪力超過(guò)摩擦力；

承壓型高強(qiáng)度螺栓—受力特征與普通螺栓類(lèi)似。1、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定

高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強(qiáng)度確定的，并考慮了以下修正系數(shù)：考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.9；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對(duì)抗拉強(qiáng)度的降低除以系數(shù)1.2。附加安全系數(shù)0.9。因此，預(yù)拉力：Ae—螺紋處有效截面積；fu—螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級(jí)，取fu=830N/mm2，

10.9級(jí)，取fu=1040N/mm22、高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)μ摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過(guò)板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（P）和板件間的抗滑移系數(shù)μ

；板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號(hào)有關(guān)，其大小隨板件間的擠壓力的減小而減??；規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數(shù)μ,如下表3、高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力(1)抗剪連接工作性能受力過(guò)程與普通螺栓相似，分為四個(gè)階段：摩擦傳力的彈性階段、滑移階段、栓桿傳力的彈性階段、彈塑性階段。但比較兩條N—δ曲線可知，由于高強(qiáng)度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個(gè)階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通螺栓。高強(qiáng)度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2A、對(duì)于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，其破壞準(zhǔn)則為板件發(fā)生相對(duì)滑移，因此其極限狀態(tài)為1點(diǎn)而不是4點(diǎn)，所以1點(diǎn)的承載力即為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力：NδO12341234高強(qiáng)度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9—抗力分項(xiàng)系數(shù)γR的倒數(shù)(γR=1.111);nf—傳力摩擦面數(shù)目;

μ--摩擦面抗滑移系數(shù);P—預(yù)拉力設(shè)計(jì)值.（2）、抗剪連接單栓承載力B、對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型抗剪連接，允許接觸面發(fā)生相對(duì)滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)4點(diǎn)，所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計(jì)算方法與普通螺栓相同。NδO12341234高強(qiáng)度螺栓普通螺栓單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：4、高強(qiáng)度螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力螺栓安裝完畢后，當(dāng)外拉力N=0時(shí)，螺栓只受到預(yù)緊力P作用，板疊受到壓力C作用，P=C，螺栓伸長(zhǎng)，板疊壓縮；當(dāng)外拉力為Nt時(shí)，板件有被拉開(kāi)趨勢(shì)，板件間壓力C減小為Cf，△C=C-

Cf，栓桿拉力P增加為Pf，△P=Pf–P

，且有Pf=

Nt

+

Cf，NPCP+△P=PfC-△C=CfNt

試驗(yàn)證明，當(dāng)栓桿的外加拉力大于P時(shí)，卸載后螺栓桿的預(yù)拉力將減小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當(dāng)Nt不大于0.8P時(shí)，則無(wú)松弛現(xiàn)象，這時(shí)Pf=1.07P，可認(rèn)為螺桿的預(yù)拉力不變，且連接板件間有一定的擠壓力保持緊密接觸，所以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：A、摩擦型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力為：上式未考慮橇力的影響，當(dāng)考慮橇力影響時(shí)，螺栓桿的拉力Pf與Nt的關(guān)系曲線如圖：Nt≤0.5P時(shí)，橇力Q=0；Nt≥0.5P后，橇力Q出現(xiàn)，增加速度先慢后快。橇力Q的存在導(dǎo)致連接的極限承載力由Nu降至Nu’。所以，如設(shè)計(jì)時(shí)不考慮橇力的影響,應(yīng)使Nt≤0.5P或增加連接板件的剛度（如設(shè)加勁肋）。30025020015010050050100150200250300Pf(KN)Nu’NuNt(KN)2NNNQQ19518.8級(jí)M22P=150KNQ有橇力時(shí)的螺栓破壞無(wú)橇力時(shí)的螺栓破壞B、承壓型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破壞準(zhǔn)則為螺栓桿被拉斷，故計(jì)算方法與普通螺栓相同，即：式中：Ae--螺栓桿的有效截面面積；

de--螺栓桿的有效直徑；

ftb—高強(qiáng)度螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。上式的計(jì)算結(jié)果與0.8P相差不多。（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接盡管當(dāng)Nt≤P時(shí)，栓桿的預(yù)拉力變化不大，但由于μ隨Nt的增大而減小，且隨Nt的增大板件間的擠壓力減小，故連接的抗剪能力下降。規(guī)范規(guī)定在V和N共同作用下應(yīng)滿(mǎn)足下式：5、高強(qiáng)度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作