四章鋼結構連接

四章鋼結構連接大綱要求1.了解鋼結構連接的種類及各自的特點；2.了解焊接連接的工作性能，掌握焊接連接的計算方法及構造要求；3.了解焊接應力和焊接變形產(chǎn)生的原因及其對結構工作的影響；4.了解螺栓連接的工作性能，掌握螺栓連接的計算和構造要求。2一、焊縫連接

§4.1鋼結構的連接方法對接焊縫連接優(yōu)點：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；缺點：材質(zhì)易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感。角焊縫連接34三、螺栓連接優(yōu)點：連接剛度大，傳力可靠；分為：普通螺栓連接高強度螺栓連接二、鉚釘連接N缺點：對施工技術要求很高，勞動強度大，施工條件差，施工速度慢。56一、鋼結構常用焊接方法1.手工電弧焊A、焊條的選擇：焊條應與焊件鋼材相適應。原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。

§4.2焊接方法和焊接連接形式

焊機導線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧7Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5000--5048)B、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度（kgf/mm2)第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。優(yōu)點：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)C、優(yōu)、缺點82.埋弧焊（自動或半自動）9A、焊絲的選擇應與焊件等強度。B、優(yōu)、缺點：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：設備投資大，施工位置受限等。103.氣體保護焊優(yōu)、缺點：優(yōu)點：焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點：施工條件受限制等。1112二、焊接連接形式和焊縫形式1.焊接連接形式搭接角部連接T形連接對接132.焊縫形式（1）對接焊縫正對接焊縫（2）角焊縫T型對接焊縫斜對接焊縫143.焊縫位置15三、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查1.焊縫缺陷162.焊縫質(zhì)量檢查外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無損檢驗：檢驗內(nèi)部缺陷。

內(nèi)部檢驗主要采用超聲波，有時還用磁粉檢驗熒光檢驗等輔助檢驗方法。還可以采用X射線或γ射線透照或拍片。17《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定：焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質(zhì)量標準；

一、二級焊縫除外觀檢查外，尚要求一定數(shù)量的超聲波檢驗并符合相應級別的質(zhì)量標準。18

《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017--2003）中，對焊縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定：

(1)需要進行疲勞計算的構件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時應為一級，受壓時應為二級。3.焊縫質(zhì)量等級及選用(2)在不需要進行疲勞計算的構件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應不低于二級；受壓時宜為二級。19

（３）重級工作制和起重量Ｑ＞５０ｔ的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的Ｔ形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，不應低于二級。（４）角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量Ｑ＞５０ｔ的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應符合二級。204.焊縫代號214.焊縫標注221、對接焊縫的坡口形式:一、對接焊縫的構造§4.3對接焊縫的構造與計算對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和施工條件有關。(1)當:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)時可不做坡口,采用直邊縫;(2)t=7~20mm時，宜采用單邊V形和雙邊V形坡口;C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp23（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）(3)t>20mm時，宜采用U形、K形、X形坡口。242、V形、U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進行補焊；3、對接焊縫的起、滅弧點易出現(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，每條焊縫的計算長度等于實際長度減去2t1，t1—較薄焊件厚度；25≤1:2.5≤1:2.54、當板件厚度或?qū)挾仍谝粋认嗖畲笥?mm時，應做坡度不大于1:2.5(靜載)或1:4(動載)的斜角，以平緩過度，減小應力集中。26對接焊縫分為：焊透和部分焊透（自學）兩種；動荷載作用下部分焊透的對接焊縫不宜用做垂直受力方向的連接焊縫；對于靜載作用下的一級和二級對接焊縫其強度可視為與母材相同，不予計算。三級焊縫需進行計算；一級和二級時：二、對接焊縫的計算NNt三級時：以5N/mm2倍數(shù)取整27對接焊縫可視作焊件的一部分，故其計算方法與構件強度計算相同。281、軸心力作用下的對接焊縫計算式中：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

—對接焊縫的抗拉和抗壓強度設計值。NNlwtA當不滿足上式時，可采用斜對接焊縫連接如圖B。另:當tanθ≤1.5時,不用驗算!NNtBθNsinθNcosθlw292、M、V共同作用下的對接焊縫計算lwtAMVστ因焊縫截面為矩形，M、V共同作用下應力圖為：故其強度計算公式為：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）板件間對接連接30（2）工字形截面梁對接連接計算MV1焊縫截面A、對于焊縫的σmax和τmax應滿足式4-4和4-5要求；σmaxτσ1τ1τmax31B、對于翼緣與腹板交接點焊縫（1點），其折算應力尚應滿足下式要求：1.1—考慮最大折算應力只在局部出現(xiàn)的強度增大系數(shù)。3、M、N、V共同作用下的對接焊縫計算1焊縫截面σMτVσ1τ1τmaxσNσmaxσmaxV柱牛腿N3233[例4-1]500mmx8mm鋼板,如圖所示,采用對接焊縫連接,承受軸向拉力N=850KN,焊條E430,焊縫質(zhì)量三級,施焊時不用引弧板。試設計對接焊縫，鋼板鋼材為Q235-B.F34解:（1）設采用直焊縫連接，則焊縫中應力:按三級質(zhì)量，直縫不能滿足受力要求，要改成斜縫，加長焊縫長度。（2）改用斜焊縫，如上圖（b），斜度取tanθ≤1.5，按經(jīng)驗可不必驗算。35牛腿與鋼柱間用對接焊縫相連。鋼材為Q235-BF，焊條E43型，手工焊，焊縫等級三級該牛腿受一豎向力N=400KN,e=250mm,焊縫試驗算此焊縫強度。[例題4-2]如下圖所示，36剪力：V=N=400KN彎矩：M=Ne=400X25=10000KNcm解：（1）分析焊縫受力，將N向焊縫形心簡化。(2)焊縫截面與牛腿截面相同，計算其幾何特性37(3)驗算最大正應力，最大剪應力，以及翼緣與腹板交界處1點的折算應力(4)1點的折算應力381點折算應力為：

因此，該對接焊縫的強度滿足要求。作業(yè)：課后習題第97頁：4-1，4-239hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊縫的形式:4.4.1角焊縫的形式和受力分析§4.4角焊縫的構造與計算直角角焊縫、斜角角焊縫（1）直角角焊縫hehfhf凹面式40（2）斜角角焊縫對于α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結構外,不宜用作受力焊縫。412.角焊縫的布置按角焊縫與外力的關系可分為：側焊縫端焊縫斜焊縫圍焊縫N42（1）側面角焊縫（側焊縫）3.直角角焊縫的受力分析43試驗表明側面角焊縫主要承受剪力，強度相對較低，塑性性能較好。因外力通過焊縫時發(fā)生彎折，故剪應力沿焊縫長度分布不均勻，兩端大中間小，lw/hf越大剪應力分布越不均勻。剪應力τfA.應力分析NlwN44B.破壞形式45（2）正面角焊縫46A.應力分析正面角焊縫受力復雜，應力集中嚴重，塑性較差，但強度較高，與側面角焊縫相比可高出35%--55%以上。47B.正面角焊縫的破壞形式48（3）斜角焊縫斜焊縫的受力性能介于側面角焊縫和正面角焊縫之間。494破壞截面的提出直角角焊縫破壞試驗結果表明：

側焊縫破壞沿45°喉截面居多

端焊縫破壞則多不在45°喉截面而直角角焊縫中：

側焊縫破壞強度最低

端焊縫破壞強度最高，是側焊縫的1.35~1.55倍

斜焊縫居中故偏于安全地假定破壞發(fā)生于45°喉截面上50hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式hehfhf凹面式有效截面或計算截面——等邊角焊縫的最小截面或兩邊焊角成α/2角的截面。hf——焊角尺寸有效厚度he=0.7hf51（一）焊角尺寸的構造要求

1、最大焊腳尺寸hf,max為了避免焊縫處局部過熱，減小焊件的焊接殘余應力和殘余變形，hf,max應滿足以下要求:hf,max≤1.2t1（鋼管結構除外）式中:t1---較薄焊件厚度。對于板件邊緣的角焊縫,尚應滿足以下要求：當t≤6mm時，hf,max≤t；當t>6mm時，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t、角焊縫的構造t1hft522、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，導致母材開裂，hf,min應滿足以下要求:式中:t2----較厚焊件厚度另:對于埋弧自動焊hf,min可減去1mm;對于T型連接單面角焊縫hf,min應加上1mm;當t2≤4mm時,hf,min=t2533.設計焊角尺寸hf應滿足：541.側面角焊縫的最大計算長度側面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應力集中系數(shù)越大。如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達到屈服強度后，繼續(xù)加載，應力會漸趨均勻；當焊縫長度達到一定的長度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：注：

1、當實際長度大于以上值時，計算時不與考慮；2、當內(nèi)力沿側焊縫全長分布時，不受上式限制。（二）焊縫的計算長度552.側面角焊縫的最小計算長度對于焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱嚴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：3.側面角焊縫的計算長度應介于最大計算長度和最小計算長度之間56（三）搭接連接的構造要求當板件端部僅采用兩條側面角焊縫連接時：A、為了避免應力傳遞的過分彎折而使構件中應力不均，規(guī)范規(guī)定：B、為了避免焊縫橫向收縮時引起板件的拱曲太大，規(guī)范規(guī)定：t1t2b57D.在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度

的5倍，且不得小于25mm。

C.當角焊縫的端部位于構件轉角處時，應作2hf的繞角焊，且轉角處必須連續(xù)施焊。b2hft1t258、直角角焊縫的強度計算公式

1、試驗表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，故通常將45o截面作為計算截面，作用在該截面上的應力如下圖所示：hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根59Nσfτ┸σ┸+Vτ∥VN602、實際上計算截面的各應力分量的計算比較繁難，為了簡化計算，規(guī)范假定：焊縫在有效截面處破壞，且各應力分量滿足以下折算應力公式:

┻┻∥3、由于我國規(guī)范給定的角焊縫強度設計值，是根據(jù)抗剪條件確定的故上式又可表達為：式中：--焊縫金屬的抗拉強度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw614、直角角焊縫的強度計算公式：NNyNx┻┻∥τ∥=τfhelwσ┻τ┻45O45OhfNσf62將4—12、4—13式，代入4—11式得：式4—14即為，規(guī)范給定的角焊縫強度計算通用公式βf—正面角焊縫強度增大系數(shù)；靜載時取1.22，動載時取1.0。┻┻∥63對于正面角焊縫，τf=0，由4—14式得：對于側面角焊縫，σf=0，由4—14式得：以上各式中：he=0.7hf；

lw—角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，不設引（出）弧板時，每條焊縫取其實際長度減去2hf。設引（出）弧板時，

lw取焊縫實際長度。64討論：直角角焊縫強度計算公式的另一種形式NNyNxθ∥σ┸τ┸σfNσfτ∥NyNxnfθθ65將σf和τf代入下式，整理后，得：66βfθ—斜向受力直角角焊縫強度增大系數(shù)（動載時取1.0）。θ≤90°—斜軸心力N與角焊縫軸線所夾銳角圍焊縫時：67、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計算1、軸心力作用下(1)軸心力作用下的蓋板對接連接:A、僅采用側面角焊縫連接：B、采用三面圍焊連接（矩形蓋板）：NNlwlw’68注意：he=0.7hf圍焊縫時lw=l實際-hf

l′w=l′實際

不設引弧板：僅用兩條側焊縫時lw=l實際-2hf設引弧板取lw=l實際69C、采用三面圍焊連接（菱形蓋板）：NNlw1lw3lw270[例]試設計用拼接蓋板的對接連接。已知鋼板寬B＝270mm，厚度t1=28mm，拼接蓋板厚度t2＝16mm。該連接承受的靜態(tài)軸心力N＝1400kN(設計值)，鋼材為Q235—B，手工焊，焊條為E43型。

[解]設計拼接蓋板的對接連接有兩種方法。一種方法是假定焊腳尺寸求焊縫長度，再由焊縫長度確定拼接蓋板的尺寸；另一方法是先假定焊腳尺寸和拼接蓋板的尺寸，然后驗算焊縫的承載力。如果假定的焊縫尺寸不能滿足承載力要求時，則應調(diào)整焊腳尺寸，再行驗算，直到滿足承裁力要求為止。717273(2)采用三面圍焊時74

當拼接板寬度較大時，采用菱形拼接蓋板可減小角部的應力集中，從面使連接的工作性能得以改善。菱形拼接蓋板的連接焊縫由正面角焊縫、側面角焊縫和斜焊縫等組成。設計時，一般先假定拼接蓋板的尺寸再進行驗算。拼接蓋板尺寸如圖(c)所示，則各部分焊縫的承載力分別為：75正面角焊縫：側面角焊縫：斜焊縫：（可采用已知力驗算焊縫法和已知焊縫求力的方法）一側焊縫能承擔的荷載為：76(2)T形角焊縫連接NxNyNθN代入式4-14驗算焊縫強度，即:分力法求解：77直接法求解：78[例]試驗算圖示直角角焊縫的強度。已知焊縫承受的靜態(tài)斜向力N＝280kN(設計值)，θ=60°，角焊縫的焊腳尺寸hf＝8mm，焊縫實際長度為155mm，鋼村為Q235—B，手工焊，焊條為E43型。7980(3)角鋼角焊縫連接A、僅采用側面角焊縫連接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw281角鋼與節(jié)點板連接焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)

角鋼類型

分配系數(shù)

角鋼肢背k1角鋼肢尖k2等邊角鋼0.700.30不等邊角鋼（短邊相連）

0.750.25不等邊角鋼（長邊相連）

0.650.358283對于校核問題:對于設計問題:Ne1e2bN1N2xxlw1lw284B、采用三面圍焊由力及力矩平衡得:余下的問題同情況‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw285對于校核問題:對于設計問題:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw286C、采用L形圍焊代入式4-30，4-31得:對于設計問題:Ne1e2bN1xxN3lw187[例]屋架端斜桿選用兩角鋼2L100X80X10,長肢相連組成T形截面，以角焊縫焊于節(jié)點板上。桿件受靜力為450KN,鋼材為Q235，焊條E43型，試設計焊縫尺寸板厚14例4-4（單位：mm）2L100×80×10N88解：1采用側焊縫焊接(1)選擇焊角尺寸對肢尖

89肢背和肢尖可以采用不同的焊腳尺寸，肢背用，肢尖。肢背焊縫傳力：肢尖焊縫傳力：(3)確定肢背肢尖焊縫長度(2)計算肢背肢尖焊縫傳力肢背焊縫：90

163+2×8=179mm取180mm肢尖焊縫:

117+2×6=129mm取130mm肢背焊縫

(4)檢驗焊縫長度：91現(xiàn)肢背焊縫長為180mm,符合規(guī)范規(guī)定。肢尖焊縫

現(xiàn)肢尖焊縫長為130mm,符合規(guī)范規(guī)定。2采用三面圍焊設肢背、肢尖采用相同焊腳尺寸。92(1)計算各條焊縫受力=肢背焊縫：肢尖焊縫：端焊縫：93肢背焊縫：157+6=163mm取165mm(2)確定側焊縫長度肢尖焊縫：56+6=62mm取65mm94檢驗焊縫長度：符合規(guī)范規(guī)定。焊縫的布置見圖示。9596[例]試確定圖示承受靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長度。己知角鋼為2∠125×10，與厚度為8mm的節(jié)點板連接，其搭接長度為300mm，焊腳尺寸hf＝8mm．鋼材為Q235—B，手工焊，焊條為E43型。97

角焊縫強度設計值ffw＝160N/mm2。焊縫內(nèi)力分配系數(shù)為k1＝0.7，k2＝0.3。正面角焊縫的長度等于相連角鋼肢的寬度，即lw3＝b＝125mm，則有正面角焊縫所能承受的內(nèi)力N3為：[解]肢背角焊縫所能承受的內(nèi)力N1為：由下式：98由下式計算肢尖焊縫承受的內(nèi)力N2為：由此可算出肢尖焊縫的長度為：99檢驗焊縫長度：符合規(guī)范規(guī)定。1002、N、M、V共同作用下(1)偏心軸力作用下角焊縫強度計算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet101(2)V、M共同作用下焊縫強度計算對于A點：式中：Iw—全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；h1—兩翼緣焊縫最外側間的距離。h1σfAσfBτfxxhh2BB’Ah1MeFVM102對于B點：強度驗算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊縫的計算長度；he,2—腹板焊縫截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM103[例題4-5]把例題4-2中圖所示的牛腿與鋼柱間對接焊縫改為角焊縫（周邊圍焊），鋼材為Q235，手工焊，焊條E43型，焊腳尺寸=8mm。試驗算牛腿與鋼柱間的角焊縫。104105解：工字型圍焊縫的有效截面如圖，焊縫的受力情況同例題4-2，把N向焊縫有效截面形心簡化:剪力V=400KN彎矩M=10000KNcm(1)計算有效截面幾何特性106有效截面對x軸慣性矩：

翼緣焊縫外邊緣纖維對x軸的抵抗矩：107腹板上角焊縫的有效面積：

（2）驗算焊縫強度-彎矩由整個連接角焊縫的有效截面承受，其分布情況見圖,則：108

假定剪力全部由牛腿腹板上的兩條焊縫承受，且應力在其中均勻分布，則：在牛腿與翼緣交界處“2”點受有較大的、，應對此點進行驗算：所以，此角焊縫強度滿足要求。109假定:A、被連接件絕對剛性，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉的趨勢；B、T作用下焊縫群上任意點的應力方向垂直于該點與焊縫形心的連線，且大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫群上的應力均勻分布。3、T、V共同作用下將F向焊縫群形心簡化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：該連接的設計控制點為A點和A’點110xxyyrrxryAτTAxσTAyτTA0θσVyheT作用下A點應力:將其沿x軸和y軸分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr111剪力V作用下,A點應力:A點垂直于焊縫長度方向的應力為:A點平行于焊縫長度方向的應力為:強度驗算公式：思考:以上計算方法為近似計算，為什么?τVrxτTAxxxyyrryAσTAyτTA0θσVyhe112

[例題4-6]驗算支托板與柱的連接，見下圖，板厚t=12mm，Q235鋼材，采用三面圍焊，在焊縫群重心上作用有軸力N=50KN,剪力V=200KN,扭矩T=160KN·m，手工焊，焊條E43型，焊腳尺寸=10mm。（設計焊縫端部無缺陷影響）113114解：（1）計算有效截面幾何特性有效截面面積形心位置：慣性矩：

115（2）驗算危險點A的應力116所以，此連接的焊縫強度滿足要求。=117例題[例題1]某簡支鋼梁，跨度L＝12m，截面如圖所示，鋼材為Q235—B鋼，抗彎強度設計值f＝215N／mm2，承受均布靜力荷載設計值q＝69kN／m。設梁有足夠的側向支承，不會使梁側扭屈曲，因而截面由抗彎強度控制。今因鋼板長度不夠，擬對其腹板在跨度方向離支座為x處設置工廠焊接的對接焊縫(圖1．1a)，焊縫質(zhì)量等級為三級，手工焊，E43型焊條。試根據(jù)焊縫的強度，求該拼接焊縫的位置x。118【解】一、截面幾何特性(圖b)對接焊縫的有效截面與腹板相同，因而焊縫所在的截面幾何特性不變，與母材相同。二、腹板對接焊縫處梁能承受的彎曲應力x處截面上的彎曲應力圖如圖c示。已知E43型焊條、手工焊的三級對接焊縫抗彎曲受拉強度設計值f＝185N／mm2。按對接焊縫的抗彎強度要求，該處梁截面所能承受的邊緣纖維彎曲拉應力為：119三、由焊縫處梁截面能承受的最大彎曲應力求x該處梁截面上的最大拉應力應滿足下式的要求：四、強度校核120結論：按焊縫的抗拉強度，腹板的拼接焊縫必須位于離梁支座小于或等于4.0m處。折算應力計算：121[例題2]如圖所示為一由雙槽鋼組成的箱形柱上的鋼牛腿，由兩塊各厚22mm的鋼板組成，鋼材為Q235—B鋼。牛腿承受靜力荷載設計值v＝300kN。每塊牛腿鋼板由四條角焊縫與槽鋼相焊接，尺寸如圖示，手工焊，E43型焊條。求應采用的焊腳尺寸hf。122[解]一、每塊鋼板上角焊縫有效截面的幾何特性(he＝0.7hf為角焊縫的有效厚度)面積：慣性矩：極慣性矩：（以上對圍焊中的焊縫1-4和2-3的計算長度均未扣除hf，焊縫1-2的計算長度未扣除2hf，是為了簡化成對稱形式，由此引起的誤差一般較小，可不計。）123二、荷載分析三、焊縫應力計算在作用于焊縫形心的堅向力作用下，可假定焊縫為均勻受力，在點1處：在扭矩T1作用下，以離焊縫形心O最遠的點1和點2受力最大。今取點1作為計算點。焊縫受力方向為1-5，與0-1相垂直。把此力分解成水平和垂直兩個應力分量，前者與焊縫軸線平行，記為，后者與焊縫軸線垂直，記為，其值分別為:(點l的坐標為x1＝90mm，y1＝120mm)124四：確定焊縫焊角尺寸點1處的應力應滿足下述條件將ffw＝160N／mm2和βf＝1．22代入上式可得125牛腿鋼板厚22mm，出而構造要求角焊縫的最小焊腳尺寸為：結論：因此，采用hf＝7mm或8mm(習慣上，hf＞5mm時，宜采用偶數(shù))?？梢姡捎脠D示的焊縫布置方式時，所需要的焊腳尺寸hf由構造控制。[例題3】：取消例題2中鋼牛腿的角焊縫1·2，其余均不改變，試求焊腳尺寸hf。126[解]如圖所示角焊縫的有效截面，因是三面圍焊，水平焊縫1-4和3-2的計算長度各為180-hf=l80一8＝172mm(這里為簡化計算，在確定焊縫汁算長度時根據(jù)最小焊腳尺寸試取hf＝8mm，由此造成計算結果的誤差一般可以忽略不計)。焊縫有效厚度為he＝0.7hf。一、角焊縫有效截面的幾何特性面積：Af＝(2×17.2十24)he＝58.4hecm2確定形心：127慣性矩：極慣性矩：二、焊縫所受荷載設計值把豎向力移至焊縫形心處，焊經(jīng)受到下列荷載：形心處豎向力：v1＝150kN扭矩：T1＝V1e＝150(0.20十0.18-0.0507)＝49.4kNm三、點1處的應力(點1的坐標xl＝121.3mm，yl＝120mm)128在作用于焊縫形心的堅向力作用下，可假定焊縫為均勻受力，在點1處：在扭矩T1作用下，點1處應力最大，其兩個分應力為四、確定角焊縫的焊腳尺寸hf129結論：可見，本例題中hf由計算確定而非由構造確定。比較例題2和3，可見如例題2中焊縫1-2具有施焊必需的空間，則以例題2所需的hf較小。[例題4]工字形截面的牛腿與工字形柱的翼緣相焊接，如下圖所示。牛腿翼緣板與柱用v形對接焊縫連接；牛腿腹板用角焊縫與柱相連，hf＝8mm。已知牛腿與柱的連接面承受荷載設計值：剪力V＝470kN，彎矩M＝235kN·m。鋼材為Q235-E鋼。手工焊，E43型焊條，二級焊縫。試驗算焊縫的強度。130[解]一、焊縫的有效截面(圖b)由于對接焊縫的強度設計值ftw＝215N／mm2，角焊縫的強度設計值ffw＝160N／mm2，兩者不等，應先把對接焊縫的寬度b＝200mm按強度設計值換算成等效寬度：腹板角焊縫尺寸為：式中30mm為腹板上、下端的開孔，為便于翼緣對接焊縫施焊而設。腹板角焊縫hf＝8mm，he＝0.7hf＝5.6mm，其有效面積；Afw＝2×0.56×32.4＝36.29cm2全部焊縫有效截面的慣性矩：131二、焊縫強度驗算1.牛腿頂面對接焊縫的彎曲拉應力：2．牛腿腹板角焊縫上應力由兩部分組成以上計算中，假定剪力全部由腹板的豎向角焊縫平均承受。在焊縫有效截面為工字形和T形時，考慮到翼緣的豎向剛度與腹板的相比是較小的，作此假定是合適的。132§4－5焊接應力和焊接變形一、焊接殘余應力的分類及其產(chǎn)生的原因

1、焊接殘余應力的分類A、縱向焊接殘余應力—沿焊縫長度方向;B、橫向焊接殘余應力—垂直于焊縫長度方向;C、沿厚度方向的焊接殘余應力。2、焊接殘余應力產(chǎn)生的原因（1）縱向焊接殘余應力133焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫處可達1600oC，而鄰近區(qū)域溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側溫度低、膨脹小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側鋼材的限制而產(chǎn)生拉應力。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應力可以使鋼材達到屈服強度。焊接殘余應力是無荷載的內(nèi)應力，故在焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠區(qū)產(chǎn)生壓應力。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++134（2）橫向焊接殘余應力產(chǎn)生的原因:1、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢，導致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；2、焊接時已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應力，因應力自相平衡，更遠處焊縫則產(chǎn)生拉應力；應力分布與施焊方向有關。

以上兩種應力的組合即為，橫向焊接殘余應力。135(a)焊縫縱向收縮時的變形趨勢-+-(b)焊縫縱向收縮時的橫向應力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時的橫向應力xy-+-+(d)焊縫橫向殘余應力yx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產(chǎn)生的橫向殘余應力:-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx(c)焊縫橫向收縮時的變形趨勢136（3）沿厚度方向的焊接殘余應力

在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊，焊接時沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，兩側與空氣接觸面先冷卻，中間后冷卻，從而中間產(chǎn)生拉應力上下表面處產(chǎn)生壓應力。因此，除了橫向和縱向焊接殘余應力σx,σy

外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應力σz，這三種應力形成同號(受拉)三向應力，大大降低連接的塑性。-+-321σxσyσz137二、焊接殘余應力對結構性能的影響1、對結構靜力強度的影響f+--bfy+--bfyNyNy因焊接殘余應力自相平衡，故：當板件全截面達到fy，即N=Ny時：結論：焊接殘余應力對結構的靜力強度沒有影響。+--fyfbBt1382、對結構剛度的影響A、當焊接殘余應力存在時，因截面的bt部分拉應力已經(jīng)達到fy，故該部分剛度為零（屈服），這時在N作用下應變增量為：f+--bfyNN+--fyfNNbBt139因為B-b<B，所以△ε1>△ε2。結論：焊接殘余應力的存在增大了結構的變形，即降低了結構的剛度。B、當截面上沒有焊接殘余應力時，在N作用下應變增量為：

另外，對于軸心受壓構件，焊接殘余應力使其剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力（詳見第五章）。140對于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應力，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力是改善結構低溫冷脆性能的重要措施。3、對低溫冷脆的影響4、對疲勞強度的影響

在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應力通常達到鋼材的屈服強度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感區(qū)域。因此焊接殘余應力對結構的疲勞強度有明顯的不利影響。141三、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。142四、減小焊接殘余應力和焊接變形的措施1、設計上的措施；（1）焊接位置的合理安排,盡可能的對稱布置（2）焊縫尺寸要適當（3）焊縫數(shù)量要少，且不宜過分集中（4）應盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5）應盡量避免母材在厚度方向的收縮應力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，應焊前預熱或焊后回火處理143單擊圖片播放144§4－6螺栓連接的構造一、螺栓的種類1.普通螺栓C級---粗制螺栓，性能等級為4.6或4.8級；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ類孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)＝1.5～3mm。A、B級---精制螺栓，性能等級為5.6或8.8級;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類孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)＝0.3～0.5mm。按其加工的精細程度和強度分為:A、B、C三個級別。1452.高強度螺栓由45號、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理45號－8.8級；40B和20MnTiB－10.9級（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓146高強度螺栓分類：

根據(jù)確定承載力極限的原則不同，分為高強度螺栓摩擦型連接和高強度螺栓承壓型連接。傳力途徑：

摩擦型——依靠被連板件間摩擦力傳力，以摩擦阻力被克服作為承載能力極限狀態(tài)（設計準則）。承壓型——依靠螺栓桿與孔壁承壓傳力，以螺栓桿被剪壞或孔壁被壓壞作為承載能力極限狀態(tài)（破壞時的極限承載力）。孔徑：摩擦型連接的高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大；承壓型連接的高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大。147扭剪型高強度螺栓148二、螺栓的排列1.并列—簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構件截面削弱大；B錯列A并列栓距線距邊距邊距端距2.錯列—排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構件截面削弱?。?493.螺栓排列的要求（1）受力要求在受力方向，螺栓的端距過小時，鋼板有剪斷的可能，因而要規(guī)定一個最小端距。當各排螺栓距、線距和邊距過小時，構件有沿折線或直線破壞的可能；對受壓構件，當沿作用力方向螺栓距過大時，在被連接的板件間易發(fā)生張口或鼓曲現(xiàn)象，因此從受力的角度規(guī)定了最小和最大的螺栓容許距離。NNtt1bc2c3c4c1111’1’NN150（3）施工要求

為了便于扳手擰緊螺母，要保證一定的空間，因此規(guī)定了螺栓最小容許間距。

根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。（2）構造要求

螺栓距和線距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。151152三、螺栓連接的構造要求為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩個永久螺栓，但組合構件的綴條除外；直接承受動荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動；C級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、承受靜載或間接動載的次要連接；

2、承受靜載的可拆卸結構連接；

3、臨時固定構件的安裝連接。型鋼構件拼接采用高強螺栓連接時，為保證接觸面緊密，應采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；153§4－7普通螺栓連接計算一、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154

二、普通螺栓抗剪連接（一）工作性能和破壞形式1.工作性能對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移δ和作用力N的關系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段,即：(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。NδO1234NNabNN/2N/2155(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距離，表現(xiàn)在曲線上為水平段。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致的板件間摩擦力的增大，N-δ關系以曲線狀態(tài)上升。156

(4)彈塑性階段(3~4段)達到‘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。

‘4’點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。NδO1234abNN/2N/2Nu157NN2.破壞形式（1）螺栓桿被剪壞

栓桿較細而板件較厚時（2）孔壁的擠壓破壞

栓桿較粗而板件較薄時（3）板件被拉斷

截面削弱過多時

以上破壞形式予以計算解決。N/2NN/2NN158（4）板件端部被剪壞(拉豁)

端矩過小時；端矩不應小于2dONN（5）栓桿彎曲破壞螺栓桿過長；栓桿長度不應大于5d這兩種破壞構造解決N/2NN/2159（6）塊狀拉剪破壞

當角鋼、被切角后的槽鋼或工字鋼腹板等板件厚度較薄且邊緣有栓孔削弱時，有可能出現(xiàn)圖示斜線鋼材0123整塊被拉剪而破壞。160（二）抗剪螺栓的單栓承載力設計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:一個抗剪普通螺栓的承載力設計值：單栓抗剪設計承載力：單栓承壓設計承載力：d161nv—剪切面數(shù)目；d—螺栓桿直徑；fvb、fcb—螺栓抗剪和承壓強度設計值；∑t—連接接頭一側承壓構件總厚度的較小值。對雙剪：取t1與t2+t3中較小者對單剪：取t1與t2中較小者162剪切面數(shù)目nvN/2N/3N/3N/3N/2NN/2N/2t2t1t3NNt2t1163（三）普通螺栓群抗剪連接計算1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算N/2Nl1N/2平均值螺栓的內(nèi)力分布

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

當l1≤15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力趨于相同，故設計時假定N有各螺栓均擔。所以，連接所需螺栓數(shù)為：164

當l1>15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布,各個螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞,然后依次破壞。由試驗可得連接的抗剪強度折減系數(shù)η與l1/d0的關系曲線。ECCS試驗曲線8.8級M22我國規(guī)范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布故，連接所需栓數(shù)：165NNbtt1b1普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應進行板件的凈截面驗算。拼接板的危險截面為2-2截面:A、螺栓采用并列排列時:主板的危險截面為1-1截面:1122166NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用錯列排列時:主板的危險截面為1--1和1’--1’截面:111’1’167NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危險截面為2--2和2’--2’截面:222’2’168

【例題】兩塊截面為14×400mm的鋼板，采用雙拼接板進行拼接，拼接板厚8mm，鋼材Q235，板件受軸向拉力N=960KN，按以下四種形式設計栓釘數(shù)。（1）

用普通螺栓C級拼接，d=20mm；（2）

用鉚釘拼接，孔徑=21mm，Ⅱ類孔；（3）用摩擦型高強度螺栓拼接，d=20mm，接觸面噴砂處理，8.8級；（4）用承壓型高強度螺栓拼接，d=20mm，8.8級。169解：（1）用普通螺栓拼接單栓抗剪承載力設計值：

單栓承壓承載力設計值：

板件一側所需的螺栓數(shù)：170布置見圖（a）

171（2）用鉚釘連接單釘抗剪承載力設計值：

單釘抗壓承載力設計值：

板件一側所需鉚釘數(shù)：172布置見圖（a）（3）用摩擦型高強螺栓連接單栓抗剪承載力設計值：

板件一側所需螺栓數(shù)：布置見圖4-49（a）173（4）承壓型高強度螺栓連接單栓抗剪承載力設計值：

單栓承壓承載力設計值：

板件一側所需螺栓數(shù)：取8個布置見圖（b）174【例題】兩單角鋼用4.6級普通螺栓連接，角鋼型號為90×8，承受軸心拉力N=220kN（設計值），拼接角鋼用同樣的型號。螺栓用M22，孔徑23.5mm，角鋼和螺栓均用Q235A鋼材。要求：確定螺栓的布置。解：（1）螺栓連接設計螺栓為單剪，查表得=140N/mm2，=305N/mm2單栓抗剪承載力設計值：＝53.19kN175單栓承壓承載力設計值：

一個螺栓的承載力設計值所需螺栓數(shù)n＝220/53.19=4.14實際采用6個。為減小孔洞削弱，兩個角鋼邊上螺栓采用錯列布置，如圖。螺栓孔在主角鋼上的線距采用e＝50mm，螺栓中距最小為3d0＝70.5mm，用80mm；端距2d0＝47mm，用50mm。此時一側連接長度為250mm<15d0，不需要考慮螺栓承載力的折減。176177由于拼接角鋼與主角鋼型號相同，而拼接角鋼需要在根部切棱，凈截面積會小于主角鋼，所以需要對拼接角鋼進行強度驗算。主角鋼內(nèi)圓弧半徑r＝10mm，今切棱尺寸偏大按10×10mm三角形計算。＝1394-23.5×8-10×10/2＝1156mm2220×103/1156=190.38N/mm2<N/mm2，滿足要求計算鋸齒凈截面時需要將拼接角鋼展開。展開后等效總寬度為B＝A/t＝1394/8=174.2mm，一側螺栓到肢背位置的距離保持不變，為42mm，另一側為42-8＝35mm，螺栓到肢尖位置的距離為（174.2-34-42）/2＝49.1mm。（2）角鋼強度凈截面驗算（a）直線凈截面強度驗算（b）鋸齒凈截面強度驗算178＝1047mm2220×103/1047=210.1N/mm2<N/mm2，滿足要求【例題】圖示一鋼板的對接拼接，解：179需要螺栓個數(shù)排列螺栓如圖:180在截面1—1處在截面2—2處，內(nèi)力較截面1—1處為小，鋼板上只有兩個螺栓孔，因此不需驗算。因拼接板的截面積與鋼板的截面積完全相同，故在驗算了鋼板的抗拉強度后，拼接板的強度就不必再驗算。1812、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算F作用下每個螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下連接按彈性設計，其假定為：

（1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；

（2）T作用下連接板件繞栓群形心轉動，各螺栓剪力與其至形心距離ri成正比，方向與ri垂直。182TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’號螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得由式4-49得:由力的平衡條件得：183TxyN1TN1TxN1Tyr11將式4--50代入式4--48得:將N1T沿坐標軸分解得:184由此可得螺栓1的強度驗算公式為:另外,當螺栓布置比較狹長(如y1≥3x1)時,可進行如下簡化計算：令:xi=0，則N1Ty=0185【例題】驗算如圖所示接點是否滿足要求。采用普通螺栓（C級），螺栓直徑d=20mm，孔徑=21.5mm，鋼材Q235，支托板上荷載設計值為F=2×120KN.186解：（1）計算單栓承載力設計值單栓抗剪承載力設計值：

單栓承壓承載力設計值：（2）分析螺栓群受力，把偏心力F向形心簡化，則螺栓群受力剪力：V=120kN扭矩：T=120×500=60000kN·mm187（3）驗算受力最大螺栓經(jīng)分析，受力最大的螺栓為“1”或“2”號，以“1”號為例。剪力作用下“1”號螺栓受力：扭矩作用下“1”號螺栓受力：

188所以節(jié)點滿足要求。189（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趨勢，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）單個普通螺栓的抗拉承載力設計值式中：Ae--螺栓的有效截面面積；

de--螺栓的有效直徑；

ftb--螺栓的抗拉強度設計值。190dedndmd公式的兩點說明：（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)行國家標準?。?91(2）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響

A、螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當連接板件發(fā)生變形時，螺栓有被撬開的趨勢（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。試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取簡化計算的方法，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強度設計值）來考慮其影響。192B、在構造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如設加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。193(三）普通螺栓群的軸拉設計一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：N194(四）普通螺栓群在彎矩作用下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計，其假定為：

（1）連接板件絕對剛性，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成正比。195顯然‘1’號螺栓在M作用下所受拉力最大由力學及假定可得：M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區(qū)y1y2y3N1N2N3N4中和軸196由式4--62得:將式4--64代入式4--63得:因此，設計時只要滿足下式，即可：197(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下先按小偏心計算（M較小，N較大）

假定旋轉軸過栓群形心M=F?e刨平頂緊承托(板)FeN1F1234FMy1y2N1MN2MN2M中和軸N1My1y2小偏心m為螺栓列數(shù)198若，則小偏心假設成立，要求：若，則小偏心假設不成立，應按大偏心計算。這時，旋轉軸應在最下排螺栓線上，根據(jù)平衡，則（M較大，N較?。?99大偏心計算模型

刨平頂緊承托(板)Fe′1234M′y1y2y3N1MN2MN3MM′=F?e′中和軸N4M200四、普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用011VeM=VeV因此：2、由試驗可知，兼受剪力和拉力的螺桿，其承載力無量綱關系曲線近似為一“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、計算時，假定剪力由螺栓群均勻承擔，拉力由受力情況確定。201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，應滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：011ab202另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，當有承托承擔全部剪力時，螺栓群按受拉連接計算。

承托與柱翼緣的連接角焊縫按下式計算：式中：

α—增大系數(shù)，一般取α=1.25~1.35；其余符號同前。M刨平頂緊承托(板)V連接角焊縫203【例題】試驗算下圖的連接。普通螺栓（C級），桿徑d=22mm，構件鋼材為Q235。204解：（1）先判斷大小偏心假定小偏心：受力：軸心力N=250kN彎矩：M=Ne=250×120=30000kN·mm

應按大偏心計算205（2）計算危險螺栓受力（將N簡化至底排中心） 受力：彎矩

(3)單栓抗拉承載力設計值：所以，此連接強度滿足要求206【例題】牛腿與柱用C級普通螺栓連接，承受豎向荷載F=200kN，偏心距e=200mm，構件鋼材為Q235，螺栓M20，試驗算連接強度。解：（1）計算單栓承載力設計值

單栓抗剪承載力設計值：單栓承壓承載力設計值：207單栓抗拉承載力設計值

（2）計算危險螺栓受力螺栓群受力

因為螺栓群只受剪力和彎矩，顯然屬于大偏心計算，“1”號螺栓受力最大。

208(3)驗算危險螺栓連接強度

209所以連接強度滿足要求210§4－8高強度螺栓連接計算一、高強度螺栓的工作性能及單栓承載力按受力特征的不同高強度螺栓分為兩類：摩擦型高強度螺栓—通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準則為克服摩擦力；承壓型高強度螺栓—受力特征與普通螺栓類似。1、高強度螺栓預拉力的建立方法通過擰緊螺帽的方法，螺帽的緊固方法：A、轉角法施工方法：初擰—用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密；211終擰—初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的

角度，一般為120o~180o完成終擰。特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰；B、扭矩法施工方法：初擰—用力矩扳手擰至終擰力矩的30%~50%，使板件貼緊密；終擰—初擰基礎上，按100%設計終擰力矩擰緊。特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。212C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）施工方法：初擰—擰至終擰力矩的60%~80%；終擰—初擰基礎上，以扭斷螺栓桿尾部為準。特點：施工簡單、技術要求低易實施、質(zhì)量易保證等高強度螺栓的施工要求：由于高強度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預拉力，因此施工要求較嚴格：1）終擰力矩偏差不應大于±10%；2）如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應更換；3）擰固順序先主后次，且當天安裝，當天終擰完。如工字型梁為：上翼緣→下翼緣→腹板。2132、高強度螺栓預拉力的確定高強度螺栓預拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強度確定的，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；為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強度的降低除以系數(shù)1.2。附加安全系數(shù)0.9。因此，預拉力：Ae—螺紋處有效截面積；fu—螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；8.8級，取fu=830N/mm2，10.9級，取fu=1040N/mm2214計算出的P值按5kN的倍數(shù)取整就形成下面規(guī)范規(guī)定的表格。2153、高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)μ摩擦型高強度螺栓是通過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件鋼號有關；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2162174、高強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程與普通螺栓相似，分為四個階段：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，由于高強度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個階段遠遠大于普通螺栓。高強度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2218A、對于高強度螺栓摩擦型連接，其破壞準則為板件發(fā)生相對滑移，因此其極限狀態(tài)為1點而不是4點，所以1點的承載力即為一個高強度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力：NδO12341234高強度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9—抗力分項系數(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—預拉力設計值.（2）、抗剪連接單栓承載力219B、對于高強度螺栓承壓型抗剪連接，允許接觸面發(fā)生相對滑移，破壞準則為連接達到其極限狀態(tài)4點，所以高強度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計算方法與普通螺栓相同。NδO12341234高強度螺栓普通螺栓單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：2205、高強度螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力當外拉力為零，即N=0時：P=C；當外拉力為Nt時：板件有被拉開趨勢，板件間的壓力C減小為Cf，栓桿拉力P增加為Pf，由力及變形協(xié)調(diào)得：NPCP+△P=PfC-△C=CfNtAb—栓桿截面面積；Ap—板件擠壓面面積；δ—板疊厚度。221當板件即將被拉開時：Cf=0，有Pf=Nt，因此：

一般板件間的擠壓面面積比栓桿截面面積大的多，近似取AP/Ab=10，得：顯然栓桿的拉力增加不大。另外，試驗證明，當栓桿的外加拉力大于P時，卸載后螺栓桿的預拉力將減小，即發(fā)生松弛現(xiàn)象。但當Nt不大于0.8P時，則無松弛現(xiàn)象，這時Pf=1.07P，可認為螺桿的預拉力不變，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：P+△P=PfC-△C=CfNt222A、摩擦型高強度螺栓的單栓抗拉承載力為：上式未考慮橇力的影響，當考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力Pf與Nt的關系曲線如圖：Nt≤0.5P時，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的存在導致連接的極限承載力由Nu降至Nu’。所以，如設計時不考慮橇力的影響,應使Nt≤0.5P或增加連接板件的剛度（如設加勁肋）。30025020015010050050100150200250300Pf(KN)Nu’NuNt(KN)2NNNQQ19518.8級M22P=150KNQ有橇力時的螺栓破壞無橇力時的螺栓破壞223B、承壓型高強度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破壞準則為螺栓桿被拉斷，故計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—高強度螺栓的抗拉強度設計值。上式的計算結果與0.8P相差不多。224（1）高強度螺栓摩擦型連接盡管當Nt≤P時，栓桿的預拉力變化不大，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共同作用下應滿足下式：6、高強度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和單栓承載力225（2）高強度螺栓承壓型連接對于高強度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計算方法與普通螺栓相同。為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：系數(shù)1.2是考慮由于外拉力的存在導致高強度螺栓的承壓承載力降低的修正系數(shù)。226二、高強度螺栓群的抗剪計算1、軸心力作用假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數(shù)：對于摩擦型連接：對于承壓型連接：NN227NNbtt1b1高強度螺栓群軸心力作用下,為了防止板件被拉斷尚應進行板件的凈截面驗算.A、高強度螺栓摩擦型連接主板的危險截面為1-1截面。11考慮孔前傳力50%得：1-1截面的內(nèi)力為：228NNbtt1b1拼接板的危險截面為2-2截面。22考慮孔前傳力50%得：2-2截面的內(nèi)力為：B、高強度螺栓承壓型連接的凈截面驗算與普通螺栓的凈截面驗算完全相同。229例：如圖所示為一高強螺栓摩擦型連接，鋼板尺寸如圖所示，鋼材為Q235-A，8.8級M20螺栓，栓孔d0=21。5mm。摩擦面為噴丸后生赤銹，承受永久荷載標準值Pck=35kN，可變荷載標準值PQK=210kN，設計此螺栓連接。2302312322332、扭矩或扭矩、剪力共同作用下

計算方法與普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力F作用下每個螺栓受力：234扭矩T作用下：由此可得螺栓1的強度驗算公式為:摩擦型連接:承壓型連接:235三、高強度螺栓群的抗拉計算1、軸心力作用假定各螺栓均勻受力，故所需螺栓數(shù)：N2、彎矩作用下由于高強度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預拉力P，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態(tài)，彈性性能較好，可認為是一個整體,所以假定連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側螺栓受力最大。M236MM1234y1y2N1N2N3N4受壓區(qū)中和軸由力學可得：因此，設計時只要滿足下式即可：2373、偏心拉力作用下

偏心力作用下的高強度螺栓連接，螺栓最大拉力不應大于0.8P，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用以下方法（疊加法）計算:Ne1234M=N?eNy1y2N1N