第七章鋼結(jié)構(gòu)的連接

第七章鋼結(jié)構(gòu)的連接7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算7.2焊接連接的特性7.5焊接熱效應(yīng)7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算7.7高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)基本要求：掌握焊接連接的特性和計(jì)算，普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算，高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算；理解鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法，重點(diǎn)：掌握焊接連接的特性和計(jì)算、普通螺栓連接、高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算。

7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法一、鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法1.連接的原則：安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材鋼結(jié)構(gòu)中連接占有重要地位，因?yàn)椋孩贅?gòu)件、結(jié)構(gòu)通過連接來實(shí)現(xiàn)；②連接方式影響結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、工藝、造價(jià)；③連接質(zhì)量影響結(jié)構(gòu)的安全、使用壽命。7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法2.連接的方式：焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接連接的方式螺栓連接鉚釘連接焊接連接缺點(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，整體性好。

*材質(zhì)易變脆；*產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變、焊接缺陷*降低壓桿穩(wěn)定、影響疲勞強(qiáng)度*對(duì)裂紋十分敏感*低溫冷脆問題較為突出。優(yōu)點(diǎn)3.焊縫連接的特點(diǎn)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式，應(yīng)用最廣泛。7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法4.鉚釘連接及特點(diǎn)

鉚釘連接是用一端帶有半圓形預(yù)制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅迅速插入被連接件的釘孔中，再用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，使連接達(dá)到緊固。缺點(diǎn)費(fèi)工費(fèi)料、勞動(dòng)強(qiáng)度高。目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)傳力可靠，塑性、韌性好，動(dòng)力性能好7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法5.螺栓連接缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)施工簡(jiǎn)單，拆裝方便，摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接動(dòng)力性能好耐疲勞，易阻止裂紋擴(kuò)展費(fèi)料、開孔截面削弱螺栓孔加工精度要求高7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法①普通螺栓連接根據(jù)加工精度分A、B、C三級(jí)。

A、B級(jí)精制螺栓，采用低合金鋼或再經(jīng)熱處理后制成，Ⅰ類孔，孔徑比桿徑大0.3-0.5mm，抗剪性能好，制造安裝費(fèi)工，少用。性能等級(jí)5.6級(jí)或8.8級(jí)。

C級(jí)粗制螺栓，一般Q235鋼，Ⅱ類孔，孔徑比桿徑大1.5-2.0mm，抗剪性能差，但傳遞拉力性能好，性能等級(jí)為4.6級(jí)或4.8級(jí)。②高強(qiáng)螺栓連接高強(qiáng)鋼材制成：優(yōu)質(zhì)碳素鋼：35號(hào)、45號(hào)合金鋼：20MnTiB、40B、35VB

性能等級(jí)：8.8級(jí)、10.9級(jí)。小數(shù)點(diǎn)前8、10——螺栓材料經(jīng)熱加工后的最低抗拉強(qiáng)度為800、1000N/mm2；小數(shù)點(diǎn)后0.8、0.9——屈強(qiáng)比7.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法摩擦型高強(qiáng)螺栓：只靠摩擦阻力傳力，以剪力達(dá)到接觸面的摩擦力作為承載力極限狀態(tài)——設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。變形小，彈性性能好，耐疲勞，施工較簡(jiǎn)單，適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型高強(qiáng)螺栓：以作用剪力達(dá)到栓桿抗剪或孔壁承壓破壞作為承載力極限狀態(tài)——設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。承載力高于摩擦型連接，連接緊湊，剪切變形大，不能用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。7.2焊接連接的特性一、常用焊接方法電阻焊電弧焊1）手工電弧焊2）自動(dòng)半自動(dòng)埋弧焊氣體保護(hù)焊（1）手工電弧焊原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化涂有焊藥的焊條和母材形成焊縫。

焊機(jī)導(dǎo)線熔池焊條焊鉗保護(hù)氣體焊件電弧優(yōu)點(diǎn)：方便，適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用于在高空和野外作業(yè)，小型焊接，應(yīng)用最廣泛。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，生產(chǎn)效率低。電渣焊7.2焊接連接的特性A、焊條的選擇：焊條應(yīng)與焊件鋼材（主體金屬）相適應(yīng)。Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--E5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5001--E5048)Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)B、焊條的表示方法：E—焊條(Electrode)第1、2位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度（kgf/mm2)第3、4表示適用焊接位置、電流及藥皮的類型。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。7.2焊接連接的特性（2）埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）光焊絲埋在焊劑下，通電后電弧使焊絲、焊件、焊劑熔化形成焊縫。焊劑溶化后形成焊渣浮在溶化金屬表面，隔絕空氣接觸，供給必要的合金元素。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊縫質(zhì)量好。缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限。7.2焊接連接的特性（4）電阻焊（3）氣體保護(hù)焊利用焊槍噴出的CO2或其他惰性氣體代替焊劑的電弧溶焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍形成保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入。

優(yōu)點(diǎn)：沒有熔渣，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：施工條件受限制，不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來溶化金屬，再通過壓力使其焊合。適用于板疊厚度不大于12mm的焊接。

7.2焊接連接的特性（5）電渣焊利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻來熔化金屬，焊絲作為電極伸入并穿過渣池，使渣池產(chǎn)生電阻熱將焊件金屬及焊絲熔化，沉積于焊池中，形成焊縫。電渣焊一般在立焊位置進(jìn)行。

7.2焊接連接的特性二、焊縫連接的優(yōu)缺點(diǎn)不需要在鋼材上打孔鉆眼，既省工，又不減損鋼材截面，使材料可以充分利用；任何形狀的構(gòu)件都可以直接相連，不需要輔助零件，構(gòu)造簡(jiǎn)單；焊縫連接的密封性好，結(jié)構(gòu)剛度大。施焊的高溫作用，形成焊縫附近的熱影響區(qū)，使鋼材的金屬組織和力學(xué)性能發(fā)生變化，材質(zhì)變脆；焊接的殘余應(yīng)力使焊接構(gòu)件發(fā)生脆性破壞的可能性增大，殘余變形使尺寸和形狀發(fā)生變化，矯正費(fèi)工；局部裂縫容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問題比較突出。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)7.2焊接連接的特性三、焊縫缺陷

1.焊縫缺陷：指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。

裂紋焊瘤燒穿弧坑氣孔夾渣咬邊未熔合未焊透7.2焊接連接的特性①裂紋最危險(xiǎn)的缺陷，出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部或熱影響區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致裂紋尖端應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，易脆斷。產(chǎn)生原因鋼材化學(xué)成分不當(dāng)，含C量過高；焊接工藝不合適，電流、速度等；所用焊條不符合要求及施焊次序不恰當(dāng)。②氣孔氣體在焊縫金屬冷卻前沒有逸出而形成。降低塑性、密實(shí)性。③夾渣是在焊縫金屬內(nèi)部或與母材熔合處形成的非金屬夾雜物。危害同氣孔。裂紋氣孔夾渣7.2焊接連接的特性④未熔合指母材與熔化金屬之間局部未熔合的現(xiàn)象。削弱連接強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力集中，易脆斷。咬邊未熔合未焊透⑤咬邊是在焊縫一側(cè)或兩側(cè)與母材交界處形成的凹坑。減少母材有效面積，造成應(yīng)力集中。⑤未焊透削弱連接強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力集中7.2焊接連接的特性2.焊縫質(zhì)量等級(jí)

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001規(guī)定焊縫按其檢驗(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，檢查焊縫尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求和有無看得見的裂紋、咬邊等缺陷。

二級(jí)焊縫：外觀檢查+無損檢驗(yàn)（超聲波探傷）合格，用于受較大拉應(yīng)力的重要連接。一級(jí)焊縫：外觀檢查+無損檢驗(yàn)（超聲波探傷、X射線探傷）合格，用于抗動(dòng)力、需要驗(yàn)算疲勞的重要連接。一、二級(jí)對(duì)接焊縫金屬強(qiáng)度與被焊金屬強(qiáng)度相等。7.2焊接連接的特性三、焊接連接型式及焊縫形式1.連接型式：分為平接、搭接、T形連接和角部連接。7.2焊接連接的特性2.焊縫形式：分為對(duì)接焊縫和角焊縫。對(duì)接焊縫按受力與焊縫方向分：

1）直對(duì)接焊縫

2）斜對(duì)接焊縫角焊縫按受力與焊縫方向分：

1）正面角焊縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。

2）側(cè)面角焊縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向平行。7.2焊接連接的特性

1）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。

2）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中。不重要或受力小的構(gòu)件，可采用間斷角焊縫連接3.角焊縫沿長(zhǎng)度方向的布置注意:

L不宜過長(zhǎng)在受壓構(gòu)件中L≤15t

在受拉構(gòu)件中L≤30t

（t為較薄焊件的厚度）7.2焊接連接的特性平焊、立焊、橫焊和仰焊。4.施焊位置施焊方式平焊立焊焊條仰焊橫焊7.2焊接連接的特性五、焊縫代號(hào)①封底焊縫②I形焊縫③V形焊縫⑤單邊V形焊縫⑥帶鈍邊V形焊縫7.2焊接連接的特性⑧角焊縫⑨塞焊縫與槽焊縫⑩點(diǎn)焊縫⑦帶鈍邊U形焊縫7.2焊接連接的特性焊縫代號(hào)用于鋼結(jié)構(gòu)施工圖上對(duì)焊縫進(jìn)行標(biāo)注，標(biāo)明焊縫形式、尺寸和輔助要求。形式角焊縫對(duì)接焊縫三面圍焊單面焊縫雙面焊縫安裝焊縫相同焊縫標(biāo)注方法7.2焊接連接的特性當(dāng)焊縫分布比較復(fù)雜或用上述注標(biāo)方法不能表達(dá)清楚時(shí)，可在標(biāo)注焊縫代號(hào)的同時(shí)，在圖上加?xùn)啪€表示焊縫。7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造要求

1、坡口形式

對(duì)接焊縫常做成帶坡口的形式，故又稱為坡口焊縫。應(yīng)根據(jù)焊件厚度按保證焊縫質(zhì)量，便于施焊及減小焊縫截面積的原則選用。

常用的坡口形式有I形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫（Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫、雙Y形縫。I形縫：適用板厚：t≤10mm帶鈍邊單邊V形縫：帶鈍邊V形縫：適用板厚：10mm

<

t≤20mm7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算帶鈍邊U形縫：帶鈍邊雙單邊V形縫：雙Y形縫：適用板厚：t>20mm沿焊件厚度方向未開坡口的端面部分p稱為鈍邊，鈍邊的作用是防止根部燒穿。對(duì)于沒有條件清根和補(bǔ)焊者，要事先加墊板。7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算2、變截面鋼板拼接（a）鋼板寬度不同（b）鋼板厚度不同（c）厚差小于4mm時(shí)，由焊縫找坡，計(jì)算時(shí)，焊縫厚度取較薄板厚度。7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算3、對(duì)接焊縫的起弧和落弧，常因不能熔透而出現(xiàn)凹形的焊口，焊口處常產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力集中。施焊時(shí)可采用引弧板消除此影響；焊后將引弧板切除，并用砂輪將表面磨平。引弧板4、在直接承受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)中，為提高疲勞強(qiáng)度，應(yīng)將對(duì)接焊縫的表面磨平，打磨方向應(yīng)與應(yīng)力方向平行。焊透的T形連接焊縫鋼板拼接焊縫示意7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算二、對(duì)接焊縫的計(jì)算1.軸心受力的對(duì)接焊縫N——軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；lw——焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，無引弧板時(shí)，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；有引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度；t——連接件的較小厚度，對(duì)T形接頭為腹板的厚度

；ftw、fcw——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（由P337附表12查出）。與構(gòu)件母材強(qiáng)度計(jì)算方法相同，采用材料力學(xué)的計(jì)算公式一、二級(jí)對(duì)接焊縫不需驗(yàn)算。三級(jí)焊縫需驗(yàn)算。

NNlt要點(diǎn)7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算當(dāng)正縫的連接強(qiáng)度低于焊件的連接強(qiáng)度時(shí)，為提高連接的承載能力，可改用斜縫。

對(duì)接焊縫斜向受力是指作用力通過焊縫重心，并與焊縫長(zhǎng)度方向呈夾角，其近似計(jì)算公式為（沒考慮共同作用）：lw——斜焊縫計(jì)算長(zhǎng)度。加引弧板時(shí)，lw＝b/sinq；不加引弧板時(shí)，lw′＝b/sinq-2t。

fvw——對(duì)接焊縫抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。規(guī)范規(guī)定，當(dāng)斜焊縫傾角≤56.3°，即tan≤1.5時(shí)，可認(rèn)為對(duì)接斜焊縫與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算。b7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算2.受彎受剪的對(duì)接焊縫計(jì)算焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件。

M——焊縫承受的彎矩；Ww——焊縫截面模量。V——焊縫承受的剪力；Iw——焊縫計(jì)算截面慣性矩；Sw——焊縫截面計(jì)算剪應(yīng)力處以上部分對(duì)中和軸的面積矩。7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算對(duì)于工字形、箱形、T形等構(gòu)件除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力與最大剪應(yīng)力外，還應(yīng)驗(yàn)算腹板與翼緣交接處的折算應(yīng)力：式中：1、1——驗(yàn)算點(diǎn)處（腹板、翼緣交接點(diǎn)）的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在焊縫局部出現(xiàn)，而將焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高的系數(shù)。

7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算3.軸力、彎矩、剪力共同作用時(shí)對(duì)接焊縫計(jì)算NN危險(xiǎn)點(diǎn)折算應(yīng)力：7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算三、部分焊透的對(duì)接焊縫由于未焊透，連接處存在縫隙，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，易脆裂。故計(jì)算時(shí)采用焊縫的有效厚度he，按角焊縫的公式計(jì)算。（a）、（b）、（c）V形坡口（d）U形坡口（e）J形坡口V形坡口：當(dāng)α≥60°，he＝s；當(dāng)α<60°，he＝0.75s；單邊V形和K形坡口：當(dāng)α＝45°±5°，he＝s-3U形和J形坡口：he＝s各種坡口情況he≥，t為厚板厚度。s為坡口根部至焊縫表面（不考慮余高）的最短距離。7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算注意：①受動(dòng)荷結(jié)構(gòu)，垂直于受力方向的焊縫不宜采用部分焊透的對(duì)接焊縫。下列情況可采用部分焊透的對(duì)接焊縫：連接焊縫受力很小甚至不受力（圖a），圖c圖b焊縫受力較大，采用焊透的對(duì)接焊縫，強(qiáng)度富余較多；若用角焊縫，焊角又過大，此時(shí)采用“對(duì)接與角接組合焊縫”。(圖c)圖aNN焊縫只起聯(lián)系作用（圖b），7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算②部分焊透的對(duì)接焊縫受垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的壓力時(shí)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值提高1.22倍，其它情況βf=1.0③當(dāng)熔合線處焊縫截面邊長(zhǎng)等于s時(shí)，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.9。如單邊V形和J形。7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算對(duì)接焊縫計(jì)算步驟確定荷載；確定最不利位置；強(qiáng)度驗(yàn)算。不同作用情況下對(duì)接焊縫計(jì)算（矩形、I形、T形）計(jì)算截面幾何特征值；進(jìn)行截面應(yīng)力狀態(tài)分析；7.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算例1：驗(yàn)算如圖所示牛腿與柱的對(duì)接焊縫連接。F=150kN，鋼材Q345，E50焊條，手工焊，質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)，不采用引弧板。1061012190F150—130×12—200×10ba【解】：施焊時(shí)未采用引弧板，翼緣焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為106mm，腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為190mm。1.荷載計(jì)算2.截面幾何特征值計(jì)算集中力F對(duì)焊縫形心產(chǎn)生剪力V和彎矩M：F150baxy1y210610121903.焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算翼緣上邊緣焊縫拉應(yīng)力：腹板下端焊縫壓應(yīng)力：腹板下端正應(yīng)力、剪應(yīng)力均較大，需驗(yàn)算折算應(yīng)力：190x66.5135.510610127.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算一、角焊縫的構(gòu)造和強(qiáng)度角焊縫按截面形式（兩焊腳邊的夾角）可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。對(duì)承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，常用（c）、（d）形式的角焊縫；正面角焊縫的截面通常采用（b）形式的角焊縫；側(cè)面角焊縫的截面做成（c）形式的角焊縫。（a）（b）（c）（d）直角角焊縫7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算斜角角焊縫的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算（1）側(cè)面角焊縫：主要承受剪應(yīng)力，強(qiáng)度低，彈性模量低，但塑性較好。彈性階段分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間??；出現(xiàn)塑性變形后，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，在規(guī)范規(guī)定長(zhǎng)度范圍內(nèi)，應(yīng)力分布可趨于均勻。破壞面通常在焊縫的最小截面（45o斜截面）。破壞起點(diǎn)在側(cè)縫兩端，該處出現(xiàn)裂縫后，迅速蔓延擴(kuò)展，使焊縫斷裂。1.角焊縫的應(yīng)力分布側(cè)面角焊縫應(yīng)力分布角焊縫應(yīng)力-位移曲線7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

（2）正面角焊縫：焊縫垂直于受力方向，應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜。焊縫截面各面都有正應(yīng)力和剪應(yīng)力，分布不均勻，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開裂。破壞強(qiáng)度高，但塑性差，彈性模量大。

正面角焊縫應(yīng)力分布7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算2.角焊縫的尺寸限制不計(jì)熔深和余高h(yuǎn)f,min、hfmax為了保證焊縫的最小承載能力以及防止焊縫由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂。a)最小焊腳尺寸(hf,min)手工焊角焊縫：t—較厚焊件的厚度。自動(dòng)焊（熔深較大）：焊件厚度t≤4mm時(shí)：取hfmin=tT形連接單面角焊縫：（1）焊腳尺寸hfmax≤1.2t

t—較薄焊件的板厚。

b)最大焊腳尺寸(hfmax)

對(duì)板件（厚度t

）邊緣的角焊縫（貼邊焊）

當(dāng)t≤6mm時(shí)，hfmax≤t

； 當(dāng)t＞6mm時(shí)，hfmax≤t-(1～2)mm。

為了避免焊縫局部過熱，燒穿較薄的焊件，減小焊接殘余應(yīng)力和殘余變形。hf,max應(yīng)滿足以下要求:t≤6mmt＞6mm7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算貼邊焊7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算a)最小計(jì)算長(zhǎng)度（lwmin）（2）焊縫長(zhǎng)度(lw)

為了使焊縫能有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度均不得小于：lwmin≥8hf和40mm。b)側(cè)焊縫最大計(jì)算長(zhǎng)度（lwmax）lwmax≤60hf

若實(shí)際長(zhǎng)度超過以上數(shù)值，則超過部分不納入計(jì)算長(zhǎng)度中。若內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度不受此限制。

角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度（lw）取值lwmin≤lw

≤lwmax

焊腳尺寸的取值hfmin≤hf≤hfmax7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算2.角焊縫的其他構(gòu)造要求tblw側(cè)焊縫引起焊件拱曲為了避免焊縫橫向收縮引起板件的拱曲太大，兩側(cè)面角焊縫距離不宜過大。

b≤16t（t>12mm）或190mm（t≤12mm）；a)構(gòu)件端部?jī)H有兩邊側(cè)縫連接時(shí)：試驗(yàn)結(jié)果表明，連接的承載力與b/lw有關(guān)。為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，應(yīng)使：

lw

≥b

；b—兩側(cè)縫之間的距離；lw—側(cè)焊縫計(jì)算長(zhǎng)度；t—較薄焊件的厚度。當(dāng)b不滿足規(guī)定時(shí)，應(yīng)加正面焊縫，或加槽焊或塞焊。7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

b)僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍或25mm。

c)所有圍焊的轉(zhuǎn)角應(yīng)連續(xù)施焊，當(dāng)焊縫端部在焊件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)將焊縫延續(xù)繞過轉(zhuǎn)角加焊2hf。避開起落弧發(fā)生在轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。2hf2hf繞角焊縫≥5t及25mm搭接連接7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算二、角焊縫計(jì)算的基本公式分析計(jì)算直角角焊縫時(shí)，作如下假定和簡(jiǎn)化處理:①假定角焊縫破壞面與直角邊的夾角為45o；②不計(jì)焊縫熔入焊件的深度和焊縫表面的弧線高度，偏安全地取破壞面上等腰三角形的高為直角角焊縫的有效厚度he，he

＝0.7hf。有效厚度he與焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw的乘積稱為破壞面的有效截面面積。7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算Vfz∥NfxVfyVfyABCD受力分析NfxBCD7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個(gè)應(yīng)力：

—垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力，

—垂直于焊縫長(zhǎng)度的剪應(yīng)力，∥—平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力，∥=

fzVfx∥NfxVfyNfxVfy7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度條件：7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算式中：βf——稱為正面角焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)。對(duì)承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的正面角焊縫βf=1.22；對(duì)直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的正面角焊縫，考慮其剛度大，韌性差，將其強(qiáng)度降低使用，取βf

=1.0；對(duì)斜角角焊縫，不論靜力荷載或動(dòng)力荷載，一律取βf

=1.0。

he——角焊縫有效厚度，對(duì)于直角角焊縫等于he=0.7hf，其中為較小焊角尺寸。對(duì)于斜角角焊縫，當(dāng)60°≤α≤135°且焊件間隙不超過1.5mm時(shí)，Slw

——兩焊件間角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度總和?？紤]起、落弧的影響，每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減去2hf。7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算三、常用連接方式的角焊縫計(jì)算1.受軸心力焊件的拼接板連接

當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。(1）用拼接板的對(duì)接連接A、僅采用側(cè)面角焊縫連接Slw－連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和

蓋板的截面大小由等強(qiáng)度原則確定，即：

A被f被=A蓋f蓋7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算B、僅采用正面角焊縫連接C、采用三面圍焊連接正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力：側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度：若三面圍焊受直接動(dòng)載：∑lw為連接一側(cè)所有焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度之和7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算d、采用菱形拼接板正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力：斜角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力：側(cè)面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力：計(jì)算時(shí)可忽略正面角焊縫和側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算2.受軸心力角鋼的連接

在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫常用兩面?zhèn)群福蛉鎳?，特殊情況也允許采用L形圍焊。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。桁架腹桿節(jié)點(diǎn)板的連接a)僅用側(cè)面焊縫連接解上式得肢背和肢尖的受力為：由平衡條件得：NN1N2e1e2角鋼的側(cè)縫連接肢背肢尖K1—角鋼肢背焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)K2—角鋼肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)肢背、肢尖焊縫強(qiáng)度：7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

b)角鋼用三面圍焊時(shí)，可減小角鋼的搭接長(zhǎng)度。可先假定正面角焊縫的焊腳尺寸hf3

，并算出它所能承受的內(nèi)力N3

：通過平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為:角鋼角焊縫圍焊的計(jì)算Neblw2lw1N2N1N3e1e2肢背、肢尖焊縫強(qiáng)度：7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算c)當(dāng)采用L形圍焊時(shí)，令N2＝0，得：L形圍焊角焊縫計(jì)算公式為：肢背側(cè)面角焊縫：正面角焊縫：N1N3e1e27.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度lw

和實(shí)際長(zhǎng)度l的關(guān)系：4.繞角焊：側(cè)面角焊縫

lw=l3.彎矩作用下角焊縫計(jì)算xlwx0.7hf0.7hf有效截面Ww：角焊縫有效截面的截面模量。7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算4.扭矩作用下角焊縫計(jì)算①焊縫群受扭：計(jì)算假定：被連接件繞焊縫有效截面形心o旋轉(zhuǎn)，焊縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心O的連線，應(yīng)力大小與其到形心距離r成正比。J=Ix+Iy——焊縫有效截面繞形心O的極慣性矩；

r——距形心最遠(yuǎn)點(diǎn)到形心的距離；

T——扭矩設(shè)計(jì)值7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算5.彎矩、剪力、軸力共同作用下角焊縫計(jì)算危險(xiǎn)點(diǎn)A的受力：7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算6.扭矩、剪力、軸力共同作用下角焊縫計(jì)算①求出焊縫有效截面的形心O；②將所受外力平移到形心O，得扭矩T，剪力V，軸力N；③計(jì)算T、V、N單獨(dú)作用下危險(xiǎn)點(diǎn)A的應(yīng)力：④驗(yàn)算危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力：7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算∑lw為所有角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度之和7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫計(jì)算步驟確定荷載；進(jìn)行截面應(yīng)力狀態(tài)分析；確定焊腳尺寸，計(jì)算截面幾何特征值；強(qiáng)度驗(yàn)算。確定最不利位置；端縫側(cè)縫典型問題：工字型牛腿焊縫的計(jì)算第一種方法假設(shè)：①剪力由腹板焊縫承擔(dān)②彎矩由全部焊縫承擔(dān)a）翼緣焊縫最外纖維處的應(yīng)力滿足：M—焊縫承擔(dān)的彎矩Iw—全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩翼緣焊縫僅承受垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的彎曲應(yīng)力；工字形梁(或牛腿)的角焊縫連接7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算腹板焊縫既承受垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力又承受平行腹板焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力b）腹板焊縫：腹板焊縫A點(diǎn)的強(qiáng)度：7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算第二種方法假設(shè)：腹板焊縫只承受剪力，翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，此時(shí)彎矩M可以化為一對(duì)水平力H=M/h1。腹板焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式為：則翼緣焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式為：7.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算h1[例]：試驗(yàn)算圖3.42所示牛腿與鋼柱連接角焊縫的強(qiáng)度。鋼材為Q235B，焊條為E43型，手工焊。靜態(tài)荷載設(shè)計(jì)值N=365kN，偏心距e=350mm，焊腳尺寸hf1=8mm，hf2=6mm。圖3.42(b)為焊縫有效截面的示意圖。

a)計(jì)算翼緣焊縫：[解]：V=N=365kN，

M=Ne=365×0.35=127.8kN·m（1）考慮腹板焊縫參加傳遞彎矩的計(jì)算方法全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩為：翼緣焊縫的最大應(yīng)力：b)計(jì)算腹板焊縫：彎矩M引起的最大應(yīng)力：剪力V在腹板焊縫中產(chǎn)生的平均剪應(yīng)力：則腹板焊縫的強(qiáng)度（A點(diǎn)為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)）為：（2）不考慮腹板焊縫傳遞彎矩的計(jì)算方法翼緣焊縫所承受的水平力：（h值近似取為翼緣中線間距離）翼緣焊縫的強(qiáng)度：腹板焊縫的強(qiáng)度：例：試設(shè)計(jì)如圖所示厚度為12mm支托板與柱翼緣搭接連接的角焊縫。已知F=100kN(靜力荷載），鋼材為Q235B，焊條為E43，手工焊?！窘狻坎捎脠D示三面圍焊FAx=21.17.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算86o1.焊縫有效截面的幾何性質(zhì)焊縫有效截面的形心位置yx872.焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算(A點(diǎn))

TFAx=21.17.5焊接熱效應(yīng)①縱向焊接應(yīng)力——沿焊縫長(zhǎng)度方向一、焊接殘余應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm施焊時(shí)焊縫附近達(dá)1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度驟降。焊縫周圍產(chǎn)生不均勻溫度場(chǎng)

施焊時(shí)焊縫處鋼材受熱伸長(zhǎng)，但受兩側(cè)低溫區(qū)域的限制產(chǎn)生熱塑性壓縮；焊縫冷卻時(shí)收縮又受到限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力；拉應(yīng)力大小可達(dá)鋼材屈服點(diǎn)fy；

遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域產(chǎn)生縱向壓應(yīng)力，焊件內(nèi)應(yīng)力自相平衡。-----++7.5焊接熱效應(yīng)②橫向焊接應(yīng)力——垂直于焊縫長(zhǎng)度方向焊縫縱向收縮，焊件有反向彎曲變形的趨勢(shì)，在焊縫處中部受拉，兩端受壓先焊焊縫凝固阻止后焊焊縫橫向自由膨脹，發(fā)生橫向塑性壓縮變形；焊縫冷卻，后焊焊縫收縮受限產(chǎn)生拉應(yīng)力，先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力；橫向應(yīng)力是上述兩種應(yīng)力合成。(a)焊縫縱向收縮時(shí)的變形趨勢(shì)-+-(b)焊縫縱向收縮時(shí)的橫向應(yīng)力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時(shí)的橫向應(yīng)力xy(d)焊縫橫向殘余應(yīng)力-+-xy7.5焊接熱效應(yīng)應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)；-++施焊方向(e)xy-+-施焊方向(f)yx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時(shí)產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力7.5焊接熱效應(yīng)在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。沿厚度方向先焊焊縫凝固，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。-+-321σxσyσz冷卻時(shí)外圍焊縫散熱快先冷固，內(nèi)層焊縫收縮受限制產(chǎn)生沿厚度方向的拉應(yīng)力，外部則產(chǎn)生壓應(yīng)力。因此除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力x

，y外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力z

，這三種應(yīng)力形成同號(hào)三向拉應(yīng)力，大大降低連接的塑性。③厚度方向的焊接應(yīng)力7.5焊接熱效應(yīng)④約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應(yīng)力約束焊接接頭中的殘余應(yīng)力分布a-b截面上縱向殘余應(yīng)力7.5焊接熱效應(yīng)二、焊接殘余應(yīng)力的影響（1）對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響受力前因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故：受力后當(dāng)板件全截面達(dá)到fy，即N=Ny時(shí)：結(jié)論：焊接殘余應(yīng)力不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度σ+--bfy+--bfyNyNy+--fyσbBtNcNtNN7.5焊接熱效應(yīng)（2）對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，因截面的bt部分拉應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到fy

，故該部分剛度為零（屈服），這時(shí)在△N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋害?--bfyNN+--fyσNNbBt1>

2當(dāng)截面上沒有焊接殘余應(yīng)力時(shí)，在△N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋航Y(jié)論：焊接殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)變形增大，即降低了結(jié)構(gòu)的剛度。7.5焊接熱效應(yīng)（4）對(duì)低溫冷脆的影響（5）對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力，阻礙塑性的發(fā)展，使裂縫容易發(fā)生和發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。

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。

對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力使其撓曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力。（3）對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響三軸焊接殘余應(yīng)力7.5焊接熱效應(yīng)在施焊時(shí)，由于不均勻的加熱和冷卻，焊區(qū)的縱向和橫向受到熱態(tài)塑性壓縮，使構(gòu)件產(chǎn)生變形。表現(xiàn)主要有：三、減少焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法7.5焊接熱效應(yīng)1.合理的焊縫設(shè)計(jì)（1）合理的安排焊縫的位置（2）合理的選擇焊縫的尺寸和形式（3）盡量避免焊縫的過分集中（4）盡量避免三向焊縫相交（5）要考慮鋼板的分層問題7.5焊接熱效應(yīng)（1）采用合理的施焊順序和方向；（2）采用反變形法減小焊接變形或焊接應(yīng)力；（3）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理。2.合理的工藝措施7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算普通螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類A級(jí)和B級(jí)C級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.6級(jí)和8.8級(jí)4.6級(jí)和4.8級(jí)孔加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個(gè)零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～2mm受力特點(diǎn)抗剪抗拉均好抗剪差、抗拉好經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時(shí)固定注：A、B兩級(jí)的區(qū)別只是尺寸不同。A級(jí)用于d≤24mm,l≤150mm的螺栓，B級(jí)用于d>24mm,l>150mm螺栓。

7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算一、普通螺栓連接的構(gòu)造計(jì)算1.螺栓的排列和構(gòu)造要求☆規(guī)格：形式為大六角頭型，其代號(hào)用字母M與公稱直徑表示。常用M16、M20、M24?！盥菟ǖ呐帕校翰⒘?、錯(cuò)列。并列錯(cuò)列7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓的排列要滿足以下三個(gè)方面的要求：（1）受力要求：端距過小，端部撕裂；受壓，順內(nèi)力方向，中距過大，鼓曲。（2）構(gòu)造要求：螺栓間距不能太大，避免壓不緊潮氣進(jìn)入導(dǎo)致腐蝕。（3）施工要求：螺栓間距不能太近，滿足凈空要求，便于安裝。中心距太大<2d端距過小7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算

根據(jù)規(guī)范規(guī)定的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時(shí)宜按最小容許間距取用，且宜取5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸。最大容許間距一般只在起連系作用的構(gòu)造連接中采用。端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距中距邊距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0邊距7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算型鋼的螺栓(鉚釘)排列7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算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；螺栓的其它構(gòu)造要求：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。沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應(yīng)適當(dāng)加大剛度，以減小撬力對(duì)螺栓抗拉承載力的不利影響。7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓及其孔眼圖例7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算

螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力。有時(shí)受剪力和拉力的共同作用。

N（B）拉力螺栓F（C）剪力和拉力共同作用F（A）剪力螺栓受力垂直螺桿，承剪、承壓。連接件有錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)受力平行螺桿，承拉連接件有脫開趨勢(shì)二、普通螺栓連接受剪、受拉時(shí)的工作性能7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算NδO1234NNabNN/2N/2對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn),即可得到板件上a、b兩點(diǎn)相對(duì)位移δ與作用力N的關(guān)系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段1.抗剪螺栓連接

(1)摩擦傳力的彈性階段(0~1段)

直線段—連接處于彈性狀態(tài)；該階段較短—摩擦力較小。(2)滑移階段(1~2段)

克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的間隙，表現(xiàn)在曲線上為水平段?？辜袈菟ㄟB接受力后，首先由構(gòu)件間的摩擦力來傳遞外力。當(dāng)外力增大超過極限摩擦力后，構(gòu)件間相對(duì)滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。單個(gè)螺栓抗剪試驗(yàn)結(jié)果7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算NδO1234abNN/2N/2(3)栓桿傳力的彈性階段(2~3段)

該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導(dǎo)致的板件間摩擦力的增大，N-δ關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。

(4)彈塑性階段(3~4段)

達(dá)到‘3’后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞?！?’點(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算栓桿傳力的彈性階段：外力主要是靠螺栓受剪和孔壁受擠壓傳遞，內(nèi)力分布不均；為防止“解鈕扣”破壞，當(dāng)連接長(zhǎng)度l1>15d0時(shí)，應(yīng)將螺栓的承載力乘以折減系數(shù)。（a）塑性階段受力狀態(tài)（b）彈性階段受力狀態(tài)7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算彈塑性階段：內(nèi)力重分布，螺栓受力趨于均勻a)AB栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)螺栓桿剪斷b)BA栓桿較粗而板件較薄時(shí)孔壁擠壓c)A截面削弱過多時(shí)鋼板被拉斷d)35o35oa1A端矩過小時(shí)；端矩≥2d0鋼板剪斷e)A板過厚螺栓桿過長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度＜5d螺栓彎曲7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算計(jì)算保證構(gòu)造保證螺栓連接的破壞情況剪力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：7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算單個(gè)剪力螺栓的設(shè)計(jì)承載力：受剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：d假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布；假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實(shí)際上是相應(yīng)于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布驗(yàn)算：抗剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：t1<t2

,Σt=t1t1t2t1t2t3t2<t1+t3

,Σt=t2d+b<a+c+e

,Σt=b+d螺栓直徑承壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度剪面數(shù)目螺栓抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度承壓構(gòu)件一側(cè)總厚度的較小值一個(gè)抗剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算2.抗拉螺栓連接一個(gè)拉力螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：de—螺栓的有效直徑，取值見附表7；—螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算a)螺栓受拉時(shí)，連接板件有被撬開的趨勢(shì)，螺桿中的拉力Pf=N+Qb)撬力大小難以確定，規(guī)范將螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值降低20％來考慮撬力的影響，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)值）。dedndmd三、螺栓群的計(jì)算1.螺栓群在軸心力作用下的抗剪計(jì)算軸力N由每個(gè)螺栓平均分擔(dān)，連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為：N/2Nl1N/27.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算螺栓孔削弱了受拉鋼板的截面面積，因此還需對(duì)板件進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，強(qiáng)度計(jì)算公式為：截面1-1受力為：N截面2-2受力為：截面3-3受力為：截面1-1受力最大，其凈截面面積為：對(duì)拼接板件來說，截面3-3受力最大為N，其凈截面面積為：7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算截面2-2受力為截面1-1受力為螺栓排列為錯(cuò)列時(shí)：危險(xiǎn)截面1-1（正交截面）、2-2（折線截面）An=min{A1-1，A2-2}7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算n1為危險(xiǎn)截面1-1（正交截面）上的螺栓數(shù)、n2為危險(xiǎn)截面2-2（折線截面）上的螺栓數(shù)。拼接板的凈截面面積計(jì)算與板件相同。7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算例：設(shè)計(jì)兩角鋼用C級(jí)普通螺栓的拼接，已知角鋼型號(hào)為：∟90×6，所承受軸心拉力的設(shè)計(jì)值為N=175kN，采用拼接角鋼型號(hào)與構(gòu)件的相同，鋼材為Q235，螺栓直徑d=20mm，孔徑d0=21.5mm。解：①計(jì)算螺栓數(shù)一個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為：抗剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：連接一邊所需螺栓數(shù)：取5個(gè)，連接構(gòu)造如圖示。②構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算角鋼的毛截面面積為A=10.6cm2；將角鋼按中線展開，截面1-1（正交截面）凈面積為：截面2-2（折線截面）凈面積為：7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算故角鋼的凈截面應(yīng)力為：2.螺栓群在扭矩作用下的抗剪計(jì)算基本假設(shè)：①連接件絕對(duì)剛性，螺栓彈性；②

T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪力大小與螺栓至形心的距離ri成正比，方向與它和形心的連線垂直。T設(shè)螺栓1、2、3…n至螺栓群中心O點(diǎn)的距離為r1、r2、r3…rn；各螺栓承受的剪力分別為：xyr11O2345x1y1y26n7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算根據(jù)平衡條件及幾何條件得：由于螺栓受力大小與其距O點(diǎn)的距離成正比，于是：于是：確定了螺栓所受的最大剪力，即可驗(yàn)算連接是否可靠，其強(qiáng)度條件是：不大于螺栓的抗剪承載力：xyr11O2345x1y1y26n7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算當(dāng)y1>3x1時(shí),r1趨近于y1：3.螺栓群在扭矩、剪力、軸心力共同作用下的抗剪計(jì)算xyr11Oxy141234V1234N將它分解為水平和豎直分力：扭矩T作用下螺栓1、2、3、4所受剪力最大（r1最大），為7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算VTN在剪力V、軸心力N共同作用下，螺栓均勻受力，每個(gè)螺栓受力為：以上各力對(duì)螺栓來說都是剪力，故受力最大的螺栓1承受的合力N1應(yīng)滿足下式：4.螺栓群在軸心力作用下抗拉計(jì)算7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算當(dāng)設(shè)計(jì)拉力通過螺栓群形心時(shí)，所需要的螺栓數(shù)目：5.螺栓群在彎矩作用下抗拉計(jì)算MM1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸假定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成正比。7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算m——螺栓排列的縱列數(shù)螺栓群承受偏心拉力，如何計(jì)算？當(dāng)偏心不大時(shí)，按小偏心計(jì)算，即假定連接的旋轉(zhuǎn)中心在螺栓群計(jì)算截面的形心o處。全部螺栓受拉，計(jì)算結(jié)果方為有效，否則，按大偏心情況計(jì)算，即假定旋轉(zhuǎn)中心在最下或最上一排螺栓軸線處。6.螺栓群同時(shí)承受剪力和拉力的計(jì)算同時(shí)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。有兩種計(jì)算方法。7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算剪－拉聯(lián)合作用的螺栓剪力和拉力的相關(guān)曲線試驗(yàn)研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨(dú)作用的承載力，所得的相關(guān)關(guān)系近似為圓曲線。規(guī)范規(guī)定：同時(shí)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：

驗(yàn)算剪-拉聯(lián)合作用：驗(yàn)算孔壁承壓：Nvb——單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值；Ncb——單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值Ntb——單個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值；Nv

、Nt——單個(gè)螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計(jì)值。7.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算支托和翼緣用角焊縫連接，驗(yàn)算角焊縫：為考慮剪力V偏心對(duì)角焊縫的影響，取1.25~1.357.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算①支托僅起安裝作用：螺栓群承受彎矩M和剪力V螺栓不發(fā)生拉剪破壞：孔壁不發(fā)生承壓破壞：②剪力由支托承受，螺栓群承受彎矩M例：設(shè)圖為短橫梁與柱翼緣的連接，剪力V=250kN，e=120mm，螺栓為M20，C級(jí)，梁端豎板下有承托。鋼材為Q235B，手工焊，焊條E43型，試按考慮承托傳遞全部剪力V以及不承受剪力V兩種情況設(shè)計(jì)此連接。1、承托傳遞全部剪力V，螺栓群受彎矩作用設(shè)螺栓為M20（Ae=245mm2），n=10（1）單個(gè)螺栓抗拉承載力（2）單個(gè)螺栓最大拉力（3）承托焊縫驗(yàn)算，用側(cè)面角焊縫，取hf=10mm[解]：4×100（2）一個(gè)螺栓受力（1）一個(gè)螺栓承載力2、不考慮承托傳遞剪力V（3）剪力和拉力聯(lián)合作用下一、高強(qiáng)度螺栓連接的性能7.7高強(qiáng)度螺栓的連接性能和計(jì)算強(qiáng)度等級(jí)采用鋼材8.8級(jí)45號(hào)鋼、40B鋼10.9級(jí)20MnTiB鋼、35VB鋼按材料分類按受力特征分類受力特征承載力極限狀態(tài)安裝孔徑應(yīng)用特點(diǎn)摩擦型外力達(dá)到板件摩擦力d0=d+1.5~2剪切變形小，耐疲勞，動(dòng)載下不易松動(dòng)承壓型外力超過摩擦力栓桿受剪板件承壓d0=d+1.0~1.5承載力比摩擦型大，剪切變形大，一般不用于直接動(dòng)載情況1.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力①大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法有：

a.力矩法初擰——用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%~50%，使板件貼緊密；終擰——初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。

特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。為了保證通過摩擦力傳遞剪力，高強(qiáng)度度螺栓的預(yù)拉力P的準(zhǔn)確控制非常重要。b.轉(zhuǎn)角法

初擰——用普通扳手?jǐn)Q至不動(dòng)，使板件貼緊密；

終擰——初擰基礎(chǔ)上用長(zhǎng)扳手或電動(dòng)扳手再擰過一定的角度，一般為120o~180o完成終擰。

特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰。大六角頭型7.7高強(qiáng)度螺栓的連接性能和計(jì)算②扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）初擰——擰至終擰力矩的60%~80%；終擰