鋼結(jié)構(gòu)焊接、螺栓連接計(jì)算及實(shí)例

-H-鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、型鋼通過必要的連接組成基本構(gòu)件，如梁、柱、桁架等；再通過一定的安裝連結(jié)裝配成空間整體結(jié)構(gòu)，如屋蓋、廠房、鋼閘門、鋼橋等。可見，連接的構(gòu)造和計(jì)算是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。好的連接應(yīng)當(dāng)符合安全可靠、節(jié)約鋼材、構(gòu)造簡單和施工方便等原則。鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種（詳見附圖十三）。一、焊縫連接焊接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。其優(yōu)點(diǎn)是不削弱構(gòu)件截面（不必鉆孔），構(gòu)造簡單，節(jié)約鋼材，加工方便，在一定條件下還可以采用自動化操作，生產(chǎn)效率高。此外，焊縫連接的剛度較大密封性能好。焊縫連接的缺點(diǎn)是焊縫附近鋼材因焊接的高溫作用而形成熱影響區(qū)，熱影響區(qū)由高溫降到常溫冷卻速度快，會使鋼材脆性加大，同時(shí)由于熱影響區(qū)的不均勻收縮，易使焊件產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力及殘余變形，甚至可能造成裂紋，導(dǎo)致脆性破壞。焊接結(jié)構(gòu)低溫冷脆問題也比較突出。二、鉚釘連接鉚接的優(yōu)點(diǎn)是塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查和保證，可用于承受動載的重型結(jié)構(gòu)。但是，由于鉚接工藝復(fù)雜、用鋼量多，因此，費(fèi)鋼又費(fèi)工。現(xiàn)已很少采用。三、螺栓連接螺栓連接分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。普通螺栓通常用Q235鋼制成，而高強(qiáng)度螺栓則用高強(qiáng)度鋼材制成并經(jīng)熱處理。高強(qiáng)度螺栓因其連接緊密，耐疲勞，承受動載可靠，成本也不太高，目前在一些重要的永久性結(jié)構(gòu)的安裝連接中，已成為代替鉚接的優(yōu)良連接方法。螺栓連接的優(yōu)點(diǎn)是安裝方便，特別適用于工地安裝連接，也便于拆卸，適用于需要裝拆結(jié)構(gòu)和臨時(shí)性連接。其缺點(diǎn)是需要在板件上開孔和拼裝時(shí)對孔，增加制造工作量；螺栓孔還使構(gòu)件截面削弱，且被連接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角鋼等連接件，因而比焊接連接多費(fèi)鋼材。第二節(jié)焊接方法、焊縫類型和質(zhì)量級別一、鋼結(jié)構(gòu)中常用的焊接方法焊接方法很多，鋼結(jié)構(gòu)中主要采用電弧焊，薄鋼板（t3mm）的連接有時(shí)也可以采用電阻焊或氣焊。1．電弧焊電弧焊是利用焊條或焊絲與焊件間產(chǎn)生的電弧熱，將金屬加熱并熔化的焊接方法。其原理是采用低電壓（一般為50?70V）、大電流（幾十到幾百安）引燃電弧，使焊件與焊條或焊絲之間產(chǎn)生很大熱量和強(qiáng)烈的弧光，利用電弧熱來熔化焊件的邊緣金屬和焊條（絲）進(jìn)行焊接。根據(jù)操作的自動化程度和焊接時(shí)用以保護(hù)熔化金屬的物質(zhì)種類，電弧焊可分為手工電弧焊，自動和半自動埋弧焊及co2氣體保護(hù)焊等。（1）手工電弧焊是鋼結(jié)構(gòu)制造中最常用的焊接方法，設(shè)備簡單，操作靈活，適用性和可達(dá)性強(qiáng)，對各種施焊位置和分散或曲折短焊縫均適用。缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率比自動、半自動焊低，質(zhì)量稍低并且變異性大，施焊時(shí)電弧光較強(qiáng)（詳見附圖十四）。手工焊所采用的焊條，其表面都敷有一層1?1.5mm厚度的藥皮。藥皮的作用：穩(wěn)定電弧；施焊時(shí)產(chǎn)生氣體保護(hù)熔融金屬與大氣隔離，以防止空氣中氧氮侵入而使焊縫變脆；造成熔渣（清理焊縫時(shí)鏟除）覆蓋于熔成焊縫表面，使與大氣隔離，并使焊縫冷卻緩慢以便混入熔融金屬中的氣體和有害雜質(zhì)溢出表面；另外，藥皮中的合金成份還可以改善焊縫性能。焊條選用應(yīng)和焊件鋼材的強(qiáng)度和性能相適應(yīng)。在手工焊時(shí)，對Q235鋼用E43型焊條（E4300?E4316）Q345鋼（16Mn鋼）用E50型焊條（E5000?E5018）,Q390（15MnV）鋼和Q420鋼均用E55型焊條（E5500?E5518）。其中E表示焊條；前兩位數(shù)字表示焊縫熔敷金屬或?qū)雍缚p的抗拉強(qiáng)度分別為420N/mm2,490N/mm2,540N/mm2,（折合43kgf/mm2,50kgf/mm2,55kgf/mm2）；第3位數(shù)字表示適用的焊接位置，0和1表示適用于人與全位置施焊（平、橫、立、仰）,2表示適用于平焊及水平角焊,4表示適用于向下立焊；第3位和第4位數(shù)字組合表示藥皮類型和適用的電流種類（交、直流電源）。第3位和第4位數(shù)字為15、16、18的焊條為低氫型焊條,其所得焊縫具有較好的塑性、韌性和抗裂性,故直接承受動力荷載的重要結(jié)構(gòu)以及處于低溫條件下工作的結(jié)構(gòu),一般指定采用上述型號。而非低氫型焊條,可用于其他結(jié)構(gòu)。當(dāng)不同強(qiáng)度的鋼材連接時(shí),可采用低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊接材料。（2）焊劑層下自動或半自動埋弧焊焊劑層下自動或半自動埋弧焊是焊接過程機(jī)械化的一種主要方法。它所采用的是盤狀連續(xù)的光焊絲在散粒狀焊劑下燃弧焊接,散粒狀焊劑的作用與手工焊焊條的藥皮相同。自動焊的引弧、焊絲送下、焊劑堆落和焊絲沿焊縫方向的移動都是自動的。而半自動焊的焊接前進(jìn)方式仍是依靠手持焊槍移動（詳見附圖十五）。埋弧焊的優(yōu)點(diǎn)是與大氣隔離保護(hù)效果好,且無金屬飛濺,弧光不外露；可采用較大電流使熔深加大,相應(yīng)可減小對接焊件間隙和坡口角度；節(jié)省焊絲和電能,勞動條件好,生產(chǎn)效率高；焊縫質(zhì)量穩(wěn)定可靠,塑性和韌性比較好。其缺點(diǎn)是焊前裝配要求嚴(yán)格,施焊位置受限制,較適用于長直的水平俯焊縫或傾角不大的斜面焊縫,不如手工焊靈活。埋弧焊所采用的焊絲和焊劑應(yīng)與焊件鋼材相匹配,焊絲一般采用專用的焊接用鋼絲。對Q235鋼，可采用H08A、H08MnA、H08E等焊絲，相應(yīng)的焊劑分別為HJ431、HJ430和SJ401。對低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼尚應(yīng)根據(jù)坡口情況相應(yīng)選用。對Q345鋼,不開坡口的對接焊縫,可用H08A焊絲，中厚板開坡口對接可用H08MnA、H10Mn2和H10MnSi焊絲，焊劑可用町350。對Q390鋼和Q420鋼，不開坡口的對接焊縫用H08A、H08MnA焊絲，中厚板開坡口對接時(shí)用H10Mn2、H10MnSi；焊劑用HJ430或HJ431；而厚板深坡口對接時(shí)常用H08MnMoA焊絲，焊劑為HJ350或HJ250。2.電阻焊電阻焊是利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來熔化金屬，再通過壓力使其焊合。冷彎薄壁型鋼的焊接，常用電阻點(diǎn)焊，板疊總厚度一般不超過12mm，焊點(diǎn)應(yīng)主要承受剪力，其抗拉（撕裂）能力較差。二、 焊縫連接形式及焊縫類型焊縫連接形式按被連接構(gòu)件間的相對位置分為對接、搭接、T形連接和角接四種（詳見附圖十六）。所采用的焊縫按其構(gòu)造來分，主要有對接焊縫和角焊縫兩種類型。T形連接和角連接根據(jù)板厚、焊接方法、焊縫受力情況，可采用角焊縫或開坡口的對接焊縫。焊縫按其工作性質(zhì)來分有強(qiáng)度焊縫和密強(qiáng)焊縫兩種。強(qiáng)度焊縫只作為傳遞內(nèi)力之用，密強(qiáng)焊縫除傳遞內(nèi)力外，還須保證不使氣體或液體滲漏。焊縫按施焊位置分，有俯焊（平焊）、立焊、橫焊和仰焊四種（詳見附圖十七）。俯焊的施焊工作方便，質(zhì)量好，效率高；立焊和橫焊是在立面上施焊的豎向和水平焊縫，生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量比俯焊的差一些；仰焊是仰望向上施焊，操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此應(yīng)盡量避免采用仰焊焊縫。三、 焊縫缺陷、質(zhì)量檢驗(yàn)和焊縫級別焊縫缺陷焊縫缺陷是指焊接過程中，產(chǎn)生于焊縫金屬或鄰近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有：①焊縫尺寸偏差；②咬邊，如焊縫與母材交界處形成凹坑；③弧坑，起弧或落弧處焊縫所形成的凹坑；④未熔合，指焊條熔融金屬與母材之間局部未熔合；⑤母材被燒穿；⑥氣孔；⑦非金屬夾渣；⑧裂紋。以上這些缺陷，一般都會引起應(yīng)力集中削弱焊縫有效截面，降低承載能力，尤其裂紋對焊縫受力的危害最大。它會產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，并易于擴(kuò)展引起斷裂，按規(guī)定是不允許發(fā)生裂紋的。因此，若發(fā)現(xiàn)焊縫有裂紋，應(yīng)徹底鏟除后補(bǔ)焊。焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)和焊縫級別根據(jù)結(jié)構(gòu)類型和重要性，《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）將焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)級別為三級。III級檢驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)定只對全部焊縫做外觀檢查，即檢驗(yàn)焊縫實(shí)際尺寸是否符合要求和有無看得見的裂紋、咬邊和氣孔等缺陷；I級焊縫超聲波和射線探傷的比例均為100%,11級焊縫超聲波和射線探傷的比例均為20%,且均不小于200mm。當(dāng)焊縫長度小于200mm時(shí)，應(yīng)對整條焊縫探傷。探傷應(yīng)符合《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)構(gòu)分級法》GB11345或《鋼熔化焊對接接頭射線照像和質(zhì)量分級》GB3323的規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)中一般采用III級焊縫，可滿足通常的強(qiáng)度要求，但其對接焊縫的抗拉強(qiáng)度有較大的變異性，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-）送審稿規(guī)定，其設(shè)計(jì)值僅為主體鋼材的85%左右。因而對有較大拉應(yīng)力的對接焊縫，以及直接承受動力荷載構(gòu)件的較重要的焊縫，可部分采用II級焊縫，對動力和疲勞性能有較高要求處可采用I級焊縫。四、 焊縫符號及標(biāo)注方法在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上縫應(yīng)采用焊縫符號表示，焊縫符號及標(biāo)注方法應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50105-2001）和《焊縫符號表示法》（GB324-88）執(zhí)行。焊縫符號由指引線和兩條相互平行的基本符號組成，必要時(shí)還可加上輔助符號、補(bǔ)充符號和焊縫尺寸符號。指引線一般由單箭頭的指引和兩條相互平行的基準(zhǔn)線所組成。一條基準(zhǔn)線為實(shí)線，另一條為虛線，均為細(xì)線，(詳見附圖十八)。虛線的基準(zhǔn)線可以畫在實(shí)線基準(zhǔn)線的上側(cè)或下側(cè)?；鶞?zhǔn)線一般應(yīng)與圖紙的底邊相平行，但在特殊條件下也與底邊相垂直。為引線的方便，允許箭頭彎折一次?；痉栍靡员硎竞缚p的形狀。下表中摘錄了一些常用的焊縫基本符號?；痉柵c基準(zhǔn)線的相對位置應(yīng)按下列規(guī)則表示：焊縫符號中的基本符號、輔助符號和補(bǔ)充符號摘錄基本符號帶鈍邊的U單邊V形焊縫基本符號帶鈍邊的U單邊V形焊縫帶鈍邊的V形焊縫接焊縫示意圖示意圖輔助符號輔助符號三面圍焊

縫符號三面圍焊

縫符號補(bǔ)充符號周邊焊縫

符號補(bǔ)充符號周邊焊縫

符號工地現(xiàn)場焊縫符號如果焊縫在接頭的箭頭側(cè)，基本符號應(yīng)標(biāo)在基準(zhǔn)線的實(shí)線側(cè)；如果焊縫在接頭的非箭頭側(cè)，基本符號應(yīng)標(biāo)在基準(zhǔn)線的虛線側(cè)；當(dāng)為雙面對稱焊縫時(shí)，基準(zhǔn)線可只畫實(shí)線一條；當(dāng)為單面的對接焊縫如V形焊縫、U形焊縫，則箭頭線應(yīng)指向有坡口一側(cè)。（3）輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號，如對接焊縫表面余高的部分需加工，使其與焊件表面齊平，則可在對接焊縫符號上加一短畫，此短畫即為輔助符號。（4）當(dāng)焊縫分面比較復(fù)雜時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)焊縫代號的同時(shí)，可在圖形邊的焊縫處加粗線、柵線等強(qiáng)調(diào)焊縫的重要性（詳見附圖十九）。第三節(jié)焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形焊接構(gòu)件在未受荷載時(shí)，由于施焊時(shí)在焊件上產(chǎn)生局部高溫所形成的不均勻溫度場而引起的內(nèi)應(yīng)力和變形，稱為焊接應(yīng)力和焊接變形。它會直接影響到焊接結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量、正常使用，并且是形成各種焊接裂紋的因素之一，應(yīng)在設(shè)計(jì)、制造和焊接過程中加以控制和重視。一、焊接殘余應(yīng)力的種類和產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力有暫時(shí)應(yīng)力與殘余應(yīng)力之分。暫時(shí)應(yīng)力只在焊接過程中一定的溫度條件下存在，當(dāng)焊件冷卻至常溫時(shí)，暫時(shí)應(yīng)力即行消失。焊接殘余應(yīng)力是指焊件冷卻后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力。從結(jié)構(gòu)的使用要求來看，焊接殘余應(yīng)力有著重要意義。殘余應(yīng)力按其方向可分為縱向、橫向和沿厚度方向的應(yīng)力三種?？v向焊接殘余應(yīng)力焊接過程一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫及附近溫度最高，可達(dá)1600°C以上，其鄰近區(qū)域則溫度急劇下降。不均勻的溫度場將產(chǎn)生不均勻的膨脹。焊縫及附近高溫處的鋼材膨脹最大，由于受到兩側(cè)溫度較低，膨脹較小的鋼材的限制，產(chǎn)生了熱狀態(tài)塑性壓縮。焊縫冷壓時(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮得比原始長度稍短，這種縮短變形受到焊縫兩側(cè)鋼材的限制，使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力以常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力是荷載未作用時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，因此會在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)域應(yīng)力。用三塊剪切下料的鋼板焊成的工字形截面，縱向焊接殘余應(yīng)力分布（詳見附圖二十）。橫向殘余應(yīng)力橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有：①由于焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向于外彎成弓形的趨勢，但在實(shí)際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開，于是在焊縫中部將產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而在兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。②焊縫在施焊過程中，先后冷卻的時(shí)間不同，先焊的焊縫已經(jīng)凝固，且具有一定的強(qiáng)度，會阻止后焊焊縫在橫向的自由膨脹，使其產(chǎn)生橫向的塑性壓縮變形。當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受到已凝固焊縫的限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，同時(shí)在先焊部分的焊縫內(nèi)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。橫向收縮引起的橫向應(yīng)力與施焊方向及先后次序有關(guān)，焊縫的橫向殘余應(yīng)力是上述兩種原因產(chǎn)生的應(yīng)力的合成（詳見附圖二十一）。3.沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力在厚鋼板的連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向殘余應(yīng)力◎）xy之外，沿厚度方向還存在著殘余應(yīng)力9）（詳見附圖二十二）。這三種應(yīng)力可能形成比較z嚴(yán)重的同號三軸應(yīng)力；會大大降低結(jié)構(gòu)連接的塑性。這就是焊接結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞的原因之一。以上分析是焊件在無外加約束情況下的焊接殘余應(yīng)力。若焊件施焊時(shí)處在約束狀態(tài)，如采用強(qiáng)大夾具或焊件本身剛度較大等，焊件將因不能自由伸縮變形而產(chǎn)生更大的焊邊殘余應(yīng)力，且隨約束程度增加而增大。二、焊接殘余變形如前所述，焊接過程中的局部加熱和不均勻的冷卻收縮，使焊件在產(chǎn)生殘余應(yīng)力的同時(shí)還將伴隨產(chǎn)生焊接殘余變形，如縱向和橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形和扭曲變形等(詳見附圖二十三)。三、焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的影響焊接應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響靜力強(qiáng)度對于具有一定塑性的鋼材，在靜力荷載作用下，因焊接殘余應(yīng)力是自相平衡力系，它不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度。剛度當(dāng)殘余應(yīng)力與外加荷載的應(yīng)力同號相加以后，該部分材料將提前進(jìn)入屈服階段，局部形成塑性區(qū)而剛度降為零，繼續(xù)增加的外力將僅由彈性區(qū)承擔(dān)，因此構(gòu)件變形將加快，剛度降低。構(gòu)件的穩(wěn)定性軸心受壓、受彎和壓彎構(gòu)件等可能在荷載引起的壓應(yīng)力作用下，而喪失整體穩(wěn)定(即發(fā)生屈曲)。這些構(gòu)件中荷載引起的壓應(yīng)力與截面殘余壓應(yīng)力疊加時(shí)，會使部分截面提前達(dá)到受壓屈服強(qiáng)度而進(jìn)入塑性受壓狀態(tài)。這部分截面喪失了繼續(xù)承受荷載的能力，降低了剛度，對保證構(gòu)件穩(wěn)定也不再起作用，因而將降低構(gòu)件的整體穩(wěn)定性。疲勞強(qiáng)度和低溫冷脆由于殘余應(yīng)力可能為三向號應(yīng)力狀態(tài)，材料在這種應(yīng)力狀態(tài)下易轉(zhuǎn)向脆性，使裂紋容易產(chǎn)生和開展，疲勞強(qiáng)度也因而降低。尤其在低溫動載作用下，更易導(dǎo)致低溫脆性斷裂。焊接殘余變形對結(jié)構(gòu)的影響焊接殘余應(yīng)力不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸，使裝配困難，影響使用質(zhì)量，而且過大的變形將顯著降低結(jié)構(gòu)的承載能力，甚至使結(jié)構(gòu)不能使用。因此，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)必須采取適當(dāng)措施來減小殘余應(yīng)力和殘余變形的影響。如果殘余變形超出驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定，必須加以矯正，使其不致影響構(gòu)件的使用和承載能力。四、減小焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法殘余應(yīng)力和殘余變形在焊接結(jié)構(gòu)中是相互關(guān)連的。若為了減小殘余變形，在施焊時(shí)對焊件加強(qiáng)約束，則殘余應(yīng)力將隨之增大。反之則相反。因此，隨意加強(qiáng)約束并不盡合理。正確的方法應(yīng)從設(shè)計(jì)和制造、焊接工藝上采取一些有效措施。合理的焊縫設(shè)計(jì)(1)焊縫尺寸要適當(dāng)，焊腳尺寸不宜過大，在構(gòu)造容許范圍內(nèi)，宜用細(xì)長焊縫，不宜采用較粗短焊縫。(2)焊縫不宜過分集中，并應(yīng)盡量避免三向焊縫交叉。當(dāng)不可避免時(shí)，應(yīng)采取措施加以改善，也可使主要焊縫連續(xù)通過，而使次要焊縫中斷(詳見附圖二十四)。合理安排焊接及制造工藝（1）在焊接工藝上，應(yīng)選擇使焊件易于收縮并可減小殘余應(yīng)力的焊接次序，如分段退焊、分層焊、對角跳焊和分塊拼焊等（詳見附圖二十五）。（2） 在制造工藝上，可采用預(yù)先反變形、對厚鋼板焊前預(yù)熱（在焊道兩側(cè)各80?100mm范圍均勻加熱到100°C?150°C）及焊后退火（加熱至600°C后緩冷）或錘擊法（用手錘輕擊焊縫表面使其延伸，以減小焊縫中部分殘余拉應(yīng)力）等。（3） 對焊件尺寸收縮，應(yīng)在下料時(shí)預(yù)加收縮余量。當(dāng)焊接殘余變形過大時(shí)，可采用機(jī)械方法頂壓進(jìn)行冷矯正或局部加熱后冷縮進(jìn)行矯正。但對于低合金鋼不宜使用錘擊方法進(jìn)行矯正。第四節(jié)焊接連接的構(gòu)造和計(jì)算在鋼結(jié)構(gòu)的焊接連接較多的采用對接焊接和角接焊接，對接焊接傳力直接、平順、沒有顯著的集力集中現(xiàn)象。角焊縫構(gòu)造簡單，施工方便，但靜力性能特別是動力性能較差。一、對接焊縫的計(jì)算1．在與其長度方向垂直的軸心拉力或軸心壓力作用下：b=—<fw或fwlttcw式中N——軸心拉力或壓力；l——焊縫長度；wt——焊縫厚度，在對接接頭中為連接件的較小厚度，在T形接頭中為腹板的厚w度；fw、fw——對接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。tc2.在正應(yīng)力b和剪應(yīng)力e作用時(shí)：b<fw或fw

tce<fwv式中fw——對接焊縫的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。v在同時(shí)受有較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力處，尚應(yīng)按下式的折算應(yīng)力計(jì)算其強(qiáng)度：2+3e2<1.1fwt注：1.當(dāng)承受軸心力的板件用斜焊縫對接，焊縫與作用力間的夾角0符合tg°<1-5時(shí)，其強(qiáng)度可不計(jì)算。2?當(dāng)對接焊縫無法采用引弧板施焊時(shí)，計(jì)算中應(yīng)將每條焊縫的長度各減去10mm。在對接焊縫連接中，外力在各條對接焊縫中的分配以及對接焊縫中應(yīng)力的分布和大小，與連接的形式和焊縫所在部位的則度等因素有關(guān)，計(jì)算時(shí)應(yīng)予以充分考慮。下表列出了幾種常用對接焊縫連接的焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式。對接焊縫連接的強(qiáng)度計(jì)算方式連接形式及受力情況計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式正應(yīng)力剪應(yīng)力正應(yīng)力剪應(yīng)力折算應(yīng)力剪應(yīng)力項(xiàng)次拉應(yīng)力或壓應(yīng)力b=—<fw或flttcw6M 十b= <連接形式及受力情況計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式正應(yīng)力剪應(yīng)力正應(yīng)力剪應(yīng)力折算應(yīng)力剪應(yīng)力項(xiàng)次拉應(yīng)力或壓應(yīng)力b=—<fw或flttcw6M 十b= <fw^f121tw1.5V<fltvwNM/+ <fw或fAW，w wVS<fT=w<JwItvw:b2+3t2<1.1fwt在正應(yīng)力和剪應(yīng)力都較大的地方才需要計(jì)算折算應(yīng)力，如圖中a點(diǎn)處正應(yīng)力折算應(yīng)力M八rb= <fw或fwJW t cwVT= —A'wfb2+3T2+才V]Iht丿<1.1fwt如連接在翼緣處無橫向加勁肋加強(qiáng)，則計(jì)算正應(yīng)力b1時(shí)也不應(yīng)計(jì)入翼緣水平焊縫，即h21W=——w6表中：N、M、V——作用于連接處的軸心力、彎矩和剪力；1――焊縫的計(jì)算長度；t――焊縫的厚度；A、W――焊縫截面的面積和抵抗矩；W WS――所求剪應(yīng)力處以上的焊縫截面對中和軸的面積矩W1――焊縫截面的慣性矩；y1――a點(diǎn)到中和軸的距離；S,――計(jì)算a點(diǎn)剪應(yīng)力所用的焊縫截面的面積矩；1A'――豎直焊縫的截面積，A'二ht；

h——豎直焊縫的長度（即牛腿截面高度）。二、角焊縫的計(jì)算角焊縫分直角焊縫和斜角角焊縫兩大類。直角角焊縫的強(qiáng)度應(yīng)按下列情況進(jìn)行計(jì)算：（1）直接承受動力荷載結(jié)構(gòu)中的直角角焊縫計(jì)算：a.在通過焊縫形心的拉力、壓力或剪力作用下：C（或T）二—<fwffhlfow式中h――角焊縫的有效厚度，對直角角焊縫取0.7hf,hf為較小焊腳尺寸;ol――角焊縫的計(jì)算長度，對每條焊縫取其實(shí)際長度減去10mm；wI /Q2+I /Q2+T2<

ffb.在其它力或各種力綜合作用下,式中b——按角焊縫的有效截面（hl）計(jì)算，垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力;f ewT――按角焊縫的有效截面計(jì)算，沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力。t（2）承受靜力荷載和間接承受動力荷載結(jié)構(gòu)中的直角角焊縫計(jì)算：a.在與焊縫長度方向垂直的軸心力作用下：Nb二——<1.22fw

fhl fewb.在與焊縫長度方向平行的軸心力作用下：N~hTewc?在其它力或各種力綜合作用下，bf和Tf的共同作用處:fw\(bfw■——叭1.22丿（4）在角焊縫連接中，外力在各條角焊縫中的分配與連接的形式和角焊縫所在部位的剛度等因素有關(guān)，計(jì)算時(shí)應(yīng)予充分考慮。下表列出了幾種常用角焊縫連接的直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式。直角角焊縫連接的強(qiáng)度計(jì)算公式項(xiàng)次連接形式及受力情況計(jì)算公式備注1N <fw0.7h工l ff w」1,_

0.7br4一b2「嵐址I:I2X0〃/ N 6M +2x0.7hl2x0.7h12丿0.7br4一b2「嵐址I:I2X0〃/ N 6M +2x0.7hl2x0.7h12丿fw tMr<0fwWffw1rm「2rv]2+WU'■W2:丄f_Qe、B2(W2+w1w如連接在翼緣無橫向加勁肋加強(qiáng)，則只有豎直焊縫傳力；這時(shí)，應(yīng)按3計(jì)算+AW(Q)焊縫“1”點(diǎn)處：l丄（Q焊縫“2”點(diǎn)處：:丄祁2A'丿wrq12/+\QA表中：hf（hf1、hf2）——角焊縫的較小焊腳尺寸；ff1 f2工1 連接一邊的焊縫計(jì)算長度；wW1、W2——焊縫有效截面對1點(diǎn)和2點(diǎn)的抵抗矩；w1 w2A'——腹板連接焊縫（豎直焊縫）的有效截面面積；wA——焊縫有效截面面積；wIwp――焊縫有效截面對其形o級慣矩，其值為：1 =1 +1wp wpwxwy（4）角鋼與鋼板連接的角焊縫項(xiàng)次連接形式計(jì)算公式?*i= kiNw1 2x0.7hfw1irffkNI'FI'FIIR"it1= 2 w2 2x0.7hfwf2f

hh1、l1——一個(gè)角鋼肢背側(cè)焊縫的焊腳尺寸和計(jì)算長度；f1 w1h2、l2——一個(gè)角鋼肢尖側(cè)焊縫的焊腳尺寸和計(jì)算長度f2 w2項(xiàng)次角鋼類型 1 1連接形式2焊縫內(nèi)力分配系數(shù)k（肢背）1k（肢尖）21等邊角鋼0.700.302不等邊角鋼短邊相連汁0.750.253不等邊角鋼長邊相連1i0.650.35hf3、lw3——一個(gè)角鋼端焊縫的焊腳尺寸和計(jì)算長度；k1、k2——角鋼肢背和肢尖的焊縫內(nèi)力分配系數(shù)，按下表確定k和k（5）圓鋼與平板、圓鋼與圓鋼之間的焊縫，應(yīng)按下式計(jì)算抗剪強(qiáng)度T式中N——作用在圓鋼上的軸心力；工l――焊縫的計(jì)算長度之和；wh――焊縫的有效厚度：對圓鋼與平板的連接，h二0.77h；對圓鋼與圓鋼的連eet接，h應(yīng)接下式計(jì)算：eh—O.lCd+2d）-ae12式中d1——大圓鋼直徑；d2——小圓鋼直徑；a——焊縫表面至兩個(gè)圓鋼公切線的距離。第五節(jié)普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算一、普通螺栓的種類和特性II類孔（在單個(gè)零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計(jì)孔徑的孔），成本低，栓徑比孔徑小1.5?2.0mm。A級和B級螺栓須以機(jī)床車削加工，精度較高，要求I類孔，孔徑與栓徑相等，只分別允許其有正和負(fù)公差，因此栓桿和螺孔間的空隙為僅為0.3mm左右。由此可見，A級和B級螺栓與螺孔為緊配合，受剪性能較好，變形很小，但制造和安裝過于費(fèi)工，價(jià)格昂貴。目前在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較少。C級螺栓由于與螺栓孔的空隙較大，當(dāng)傳遞剪力時(shí)，連接變形大，工作性能差，但傳遞拉力的性能仍較好，所以C級螺栓廣泛用于需要裝拆的連接承受拉力的安裝連接，不重要的連接或作安裝時(shí)的臨時(shí)固定等。對直接承受動力荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽或其它能防止螺帽松動的有效措施。在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上需將螺栓及螺孔的施工要求，用圖形表示清楚，以免引起混淆（詳見附圖二十六）。詳細(xì)表示方法參見《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50105-2001）。二、普通螺栓連接的構(gòu)造要求螺栓的直徑在同一結(jié)構(gòu)連接中，無論是臨時(shí)安裝螺栓還是永久螺栓，為了便于制造，宜用一種直徑do螺栓直徑d的選擇根據(jù)連接構(gòu)件的尺寸和受力大小而定。常用的標(biāo)準(zhǔn)螺栓直徑是M16,M18,M20,M22,M24等規(guī)格。螺栓直徑選得合適與否，將影響到螺栓數(shù)目及連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造尺寸。螺栓的排列及間距螺栓的排列應(yīng)簡單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。排列方式有并列排列和錯(cuò)列兩種，并列較簡單，錯(cuò)列較緊湊（詳見附圖二十七）。（1） 受力要求螺栓孔（d）的最小端距（沿受力方向）為2d，以免板端被剪掉；螺OO栓孔的最小邊距（垂直于受力方向）為1.5d（切割邊）或1.2d（軋成邊）。在型鋼上，OO螺栓應(yīng)排列在型鋼孔距規(guī)線上。中間螺孔的最小間距（栓距和線距）為3d，否則螺孔周O圍應(yīng)力集中的相互影響較大，且對鋼板的截面削弱過多，從而降低其承載能力。（2） 構(gòu)造要求螺栓的間距也不宜過大，尤其是受壓板件當(dāng)栓距過大時(shí)，容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象。板和剛性構(gòu)件（如槽鋼、角鋼等）連接時(shí)，栓距過大不易緊密接觸，潮氣易于侵入縫隙而銹蝕。按規(guī)范規(guī)定，栓孔中心最大間距受壓時(shí)為12d0或181min（tmi偽外層較薄板件的厚度），受拉時(shí)為16d或24t,中心構(gòu)件邊緣最大距離為4d或8to0 min 0 min（3） 施工要求螺栓應(yīng)有足夠距離，以便于轉(zhuǎn)動扳手，擰緊螺母。根據(jù)上述螺栓的最大、最小容許距離，排列螺栓時(shí)宜按最小容許距離取用，且宜取5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸。最大容許距離一般只在起連系作用的構(gòu)造連接中采用。三、普通螺栓連接的受力性能和強(qiáng)度計(jì)算普通螺栓連接，按螺栓傳力方式可分為受剪螺栓連接、受拉螺栓連接和拉剪螺栓連接三種。受剪螺栓連接是靠栓桿受剪和孔壁承壓傳力；受拉螺栓連接是靠沿栓桿軸方向受拉傳力；拉剪螺栓連接則同時(shí)兼有上述兩種傳力方式。(一)受剪螺栓連接1.受力性能和破壞形式單個(gè)螺栓受剪情況。在開始受力階段，作用力主要靠鋼板之間的摩擦力來傳遞。由于普通螺栓堅(jiān)固的預(yù)拉力很小，即板件之間的摩擦力也很小，當(dāng)外力逐漸增長到克服摩擦力后，板件發(fā)生相對滑移，而使栓桿和孔壁靠緊，此時(shí)栓桿受剪，而孔壁承受擠壓。隨著外力的不斷增大，連接達(dá)到其極限承載能力而發(fā)生破壞(詳見附圖十二八)。受剪螺栓連接在達(dá)到極限承載力時(shí)可能出現(xiàn)如下五種破壞形式(詳見附圖二十九)；栓桿剪斷當(dāng)螺栓直徑較小而鋼板相對較厚時(shí)，可能發(fā)生。孔壁擠壓壞當(dāng)螺栓直徑較大鋼板相對薄時(shí)，可能發(fā)生。鋼板拉斷當(dāng)鋼板因螺孔削弱過多時(shí)，可能發(fā)生。端部鋼板剪斷當(dāng)順受力方向的端距過小時(shí)，可能發(fā)生。栓桿受彎破壞當(dāng)螺栓過于細(xì)長時(shí)，可能發(fā)生。上述破壞形式中的后兩種在選用最小容許端矩2d0和使螺栓的夾緊長度不超過5d的條件下，均不會發(fā)生。前三種形式的破壞，則需通過計(jì)算來防止的。強(qiáng)度計(jì)算如前所述，受剪螺栓連接按承載能力極限狀態(tài)需計(jì)算栓桿受剪和孔壁承壓載力，以及鋼板受拉或受壓承載力計(jì)算n=N/Nbt然后按實(shí)際確定的螺栓數(shù)目n進(jìn)行布置排列。螺栓群在彎矩M作用下的抗拉計(jì)算普通C級螺栓在彎矩作用下，上部螺栓受拉。與螺栓群拉力相平衡的壓力產(chǎn)生于牛腿和柱的連接面上，精確確定中和軸的位置的計(jì)算比較復(fù)雜。通常近似地假定中和軸在最下邊一排螺栓軸線上(詳見附圖三十)，并且忽略壓力所產(chǎn)生的彎矩(因力臂很小)。因止匕M=m(NMy+Nmy++Nmy)=m工Nmy1 1 2 2 nn ii從而可得螺栓所受最大拉力M-yNM= 4<Nb1m工y2ti式中m——螺栓排列的縱列數(shù)；y1 距中和軸x-x最遠(yuǎn)的螺栓距離。

螺栓群受偏心力作用時(shí)的受拉螺栓計(jì)算為鋼結(jié)構(gòu)中常見的一種普通螺栓連接形式（如屋架下弦端部與柱的連接），螺栓受偏心拉力F（與圖中所示的M=N-e,N=F等效）和剪力V作用。剪力V由焊在柱上的支托承受，螺栓群只承受偏心拉力的作用（詳見附圖三十一）。在進(jìn)行螺栓計(jì)算時(shí)需根據(jù)偏心距離的大小，區(qū)分下列兩種情況：①小偏心情況因偏心距e較小，故彎矩M不大，連接以承受軸心拉力N為主。在此種情況下，螺栓群將全部受拉，板端不出現(xiàn)受壓區(qū)，故在計(jì)算M產(chǎn)生的螺栓內(nèi)力時(shí)，中和軸x-x應(yīng)取在螺栓群中心處，螺栓內(nèi)力按三角形分布，由彎矩平衡條件得M二F-eM二F-e二m(Nmy+Nmy+1122+Nmy)二m工NMynniiNM二mL——y1y2i則在彎矩作用下受力最大的螺栓所受拉力為NM1MNM11mLy2i式中m——螺栓列數(shù);y――第i只螺栓到中和軸x-x的垂直距離。i在軸心拉力N作用下，每個(gè)螺栓均勻受力Nn=—1nN二NNey<Nb+N二NNey<Nb+1-maxnmLy2itNNNey1-->0minnmLy2i當(dāng)N<Nb是最不利螺栓“1”需滿足的強(qiáng)度條件；N?>0是采用此方法必須滿maxt min足的前題條件，它表示全部螺栓均受拉。若N?<0或e>mLy2/ny，則表示最下min i1一排螺栓受壓（實(shí)際是板端部受壓），此時(shí)應(yīng)按大偏心情況計(jì)算。②大偏心情況因偏心距較大，故彎矩也較大，此時(shí)，端板底部會出現(xiàn)受壓區(qū)，中和軸應(yīng)下移。為簡化計(jì)算，可近似地將中和軸假定在（彎矩指向一側(cè)）最外排螺栓軸線x'-x'處。按小偏心情況相似方法，可由力的平衡方程重最不利螺栓“1”所受的拉力及應(yīng)滿足的強(qiáng)度條件。Fe'y'N二a<NbmaxmLy'2 ti式中e'——偏心力F到中和軸x'-x'的距離；y'——各螺栓到中和軸x'-x'的距離。i（三）拉剪螺栓連接

如前所述，C級螺栓的抗剪能力差，故對重要連接一般均應(yīng)在端板下設(shè)置支托，以承受剪力。對次要連接，若端板下不設(shè)支托，則螺栓將同時(shí)承受剪力N和沿桿軸方向v的拉力N作用。t根據(jù)試驗(yàn)，這種螺栓應(yīng)滿足下面的相關(guān)公式：『N

吐Nbvv丿N<Nbvc單個(gè)普通螺栓的抗剪、抗拉及承壓承載能力設(shè)計(jì)值。式中Nb，Nb的拉力N作用。t根據(jù)試驗(yàn)，這種螺栓應(yīng)滿足下面的相關(guān)公式：『N

吐Nbvv丿N<Nbvc單個(gè)普通螺栓的抗剪、抗拉及承壓承載能力設(shè)計(jì)值。式中Nb，Nb，vt是為了防止當(dāng)板件較薄時(shí)，可能因承壓強(qiáng)度不足而產(chǎn)生破壞。例題3-8（詳見附圖三十一所示），鋼梁用普通C級螺栓與柱翼緣連接，連接承受設(shè)計(jì)值剪力v=258kn,彎矩M=38.7kn-m，梁端豎板下設(shè)支托。鋼材Q235A?F,螺栓為M20,焊條E43系列型，手工焊，試設(shè)計(jì)此連接。解（1）假定結(jié)構(gòu)為可拆卸的，且支托只在安裝時(shí)起作用。則螺栓同時(shí)承受拉力和剪力。設(shè)螺栓群繞最下一排螺栓轉(zhuǎn)動，螺栓排列及彎矩作用下螺栓受力分布。剪力由10個(gè)螺栓平均分擔(dān)。M20螺栓的有效面積為A=竽=2.45cm2e4Nb

c單個(gè)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為兀d2 兀x22 1=n一fb=1x x130x=40.8kny4 v 4 10Nb

vNb

cNb

t=d工tfb=2x2x305x=122knc 10=Afb=2.45x170x—=41.7knet 10作用于一只螺栓的最大拉力為38.7x102x32M-y 八.，，、w-,、N=——N= =32.25kntm工y2 2(82+162+242+322)i作用于一只螺栓的剪力為V258N=—= =25.8knvn10因此，i'(N 丫I ——L\o"CurrentDocument"HNtb 丿/N丫IN丿vN=25.8kn<N=122knvc『32?25)2+(25.8\2140.8丿二0.99<1滿足強(qiáng)度要求。（2）假定結(jié)構(gòu)為永久的，剪力V由支托承擔(dān)，螺栓只承受彎矩M,則N二32.25kn<N=41.7kntt支托和柱翼緣用鍘焊縫連接，角焊縫厚度h=10mmaV 1.35x258x10 .皿…則e= = =146.34N/mm2<fw=160N/mm2f （h工l）2x0.7x1x（18-1） few式中a為考慮剪力V對焊縫的偏心影響系數(shù)，取值1.25?1.35。第六節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算一、 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和性能f=800n/mm2（實(shí)際為f=830n/mm2）或1000n/mm2（實(shí)際為UU1040n/mm2）。小數(shù)部分代表屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度f與最低抗拉強(qiáng)度f的比值f/f）。yuyu如10.9級螺栓材料的抗拉強(qiáng)度f=1000n/mm2，f/f=0.9，則uyuf=0.9f=900n/mm2。推薦采用的鋼號：大六角高強(qiáng)度螺栓8.8級的有45號和35yu號鋼。10.9級的有20MnTiB、40B和35VB鋼。扭剪型高強(qiáng)度螺栓只有10.9級，推薦鋼號為20MnTiB鋼。墊圈常用45號或35號鋼制造，并經(jīng)過熱處理。高強(qiáng)度螺栓應(yīng)采用鉆成孔。摩擦型高強(qiáng)度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.5?2.0mm；承壓型高強(qiáng)度螺栓的孔徑比d大1.0?1.5mm。高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓連接受力的主要區(qū)別是：普通螺栓連接的螺母擰緊的預(yù)應(yīng)力很小，受力后全靠螺桿承壓和抗剪來傳遞剪力。而高強(qiáng)度螺栓是靠擰緊螺母，對螺桿施加強(qiáng)大而受控制的預(yù)拉力，此預(yù)拉力將被連接的構(gòu)件夾緊，這種靠構(gòu)件夾緊而使接觸面間的摩擦阻力來承受連接內(nèi)力是高強(qiáng)度螺栓連接受力的特點(diǎn)。高強(qiáng)度螺栓連接按設(shè)計(jì)和受力要求可分為摩擦型和承壓型兩種。高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接在承受剪切時(shí)，以外剪力達(dá)到板件間可能發(fā)生的最大摩擦阻力為極限狀態(tài)；當(dāng)超過時(shí)板件間發(fā)生相對滑移，即認(rèn)為連接已失效而破壞。高強(qiáng)度螺栓承壓型連接在受剪時(shí)，則允許摩擦力被克服并發(fā)生板件間相對滑移，然后外力可以繼續(xù)增加，并以此后發(fā)生的螺桿剪切或孔壁承壓的最終破壞為極限狀態(tài)。兩種形式螺栓在受拉時(shí)沒有區(qū)別。我國目前主要采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，其有較高的傳力可靠性和連接整體性，承受動力荷載和疲勞的性能也較好，對工地現(xiàn)場連接尤為適宜。高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的承載力比摩擦型的高，可減少螺栓用量。但這種螺栓連接剪切變形較大，若用于動載連接中，這種剪切反復(fù)滑動可能導(dǎo)致螺栓松動，故《規(guī)范》規(guī)定其只允許用在承受靜力或間接動力荷載結(jié)構(gòu)中允許發(fā)生一定滑移變形的連接中。二、 高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力和緊固方法高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P是通過擰緊螺母實(shí)現(xiàn)的，施工中一般采用扭矩法、轉(zhuǎn)角法或扭剪法來控制預(yù)拉力。扭矩法用直接顯示扭矩大小的特制扳手，根據(jù)事先測定的螺栓中予拉力和扭矩之間的關(guān)系施加扭矩。為了防止預(yù)拉力的損失，一般應(yīng)按規(guī)定的P值超過(5?10)%施加扭矩。轉(zhuǎn)角法分初擰和終擰兩步。初擰是選用普通扳手使被連接構(gòu)件想到緊密貼合，終擰是以初擰的帖緊位置為起點(diǎn)，根據(jù)按螺栓直徑和板疊厚度所確定的終擰角度，用強(qiáng)12有力的板手旋轉(zhuǎn)螺母3?3圈(120。?240°)，即達(dá)所需預(yù)拉力。扭剪法此法適用于扭剪型高強(qiáng)度螺栓。扭剪型高強(qiáng)度螺栓的尾部連有一個(gè)截面較小的溝槽和梅花頭，用特制電動扳手的兩個(gè)套筒分別套住螺母和梅花卡頭，操作時(shí)，大套筒正轉(zhuǎn)施加緊固扭矩，小套筒則反轉(zhuǎn)施加緊固反扭矩，將螺栓緊固后，進(jìn)而沿尾部溝槽將梅花頭擰掉，即可達(dá)到規(guī)定的預(yù)拉力值。這種螺栓施加預(yù)拉力簡單、準(zhǔn)確，曾在寶鋼工程鋼結(jié)構(gòu)連接中廣泛使用。高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)拉力值由材料強(qiáng)度和螺栓有效截面確定，并考慮了：①在擰緊螺栓時(shí)，扭剪使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的承載能力，故對材料屈服強(qiáng)度除以系數(shù)1.2；②施工時(shí)補(bǔ)償預(yù)拉力的松弛，要對螺栓超張拉(5?10)%，故乘以系數(shù)0.9；③材料抗力的變異等影響，乘以系數(shù)0.9。這樣，預(yù)拉力設(shè)計(jì)值由正式計(jì)算：P二0.9x0.9?f?A/1.2二0.675fAyeye式中f——高強(qiáng)度螺栓的屈服強(qiáng)度；yA——高強(qiáng)度螺栓的有效截面面積。e根據(jù)公式的計(jì)算結(jié)果，并取為5kn的倍數(shù)，即得規(guī)范規(guī)定的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值P(見下表)。每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)拉力P值(kn)螺栓的性能等級螺栓公稱直徑d(mm)M16M20M22M24M27M308.8級7011013515520525010.9級1001551902252903552.高強(qiáng)度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)應(yīng)用高強(qiáng)度螺栓時(shí)，構(gòu)件的接觸面通常要以特殊處理，使其潔靜并粗糙，以提高其抗滑移系數(shù)卩。常用的處理方法和規(guī)定應(yīng)達(dá)到抗滑移系數(shù)值。其中涂無機(jī)富鋅漆可提高抗銹能力，但將降低抗滑移系數(shù)。接觸面涂紅丹或在潮濕、淋雨?duì)顟B(tài)下拼接，將嚴(yán)重降低抗滑移系數(shù)，故應(yīng)嚴(yán)格避免，并保證連接表面干燥。摩擦面的抗滑移系數(shù)卩值連接處構(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(jī)富鋅漆0.350.400.40鋼絲刷消除銹浮銹或未以處理的干凈軋制表面0.300.350.40噴砂（丸）后生赤銹0.450.500.50三、高強(qiáng)度螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算與普通螺栓連接一樣，高強(qiáng)度螺栓連接按傳力方式亦可分為受剪螺栓連接、受拉螺栓連接和拉剪螺栓連接三種?，F(xiàn)分別按摩擦型和承壓型兩種類型對其計(jì)算加以敘述。（一）高強(qiáng)度螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算受剪螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值（1）單個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值高強(qiáng)度螺栓磨擦型連接承受剪力時(shí)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是外力不得超過摩阻力。每個(gè)螺栓的摩阻力即極限抗剪承載力為nf^P，除以螺栓材料的抗力分項(xiàng)系數(shù)1.111后，可得其抗剪承載力設(shè)計(jì)值 Nb二0.9訕Pv式中P——高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值；nf——傳力摩擦面數(shù)，單剪時(shí)nf=1,雙剪nf=2；卩——摩擦面的抗滑移系數(shù)，見表3-3。（2）受軸心力N作用時(shí)的抗剪連接計(jì)算計(jì)算步驟如下：1）被連接構(gòu)件接縫一側(cè)所需螺栓數(shù)Nn>N/Nb=-v 0.9nf^P確定所需螺栓數(shù)目n,并按構(gòu)造要求布置排列。2）驗(yàn)算構(gòu)件凈截面強(qiáng)度N'=N(1-0.5-1)

n式中N'――所驗(yàn)算的構(gòu)件凈截面（第一列螺孔處）所受的軸力；A——所驗(yàn)算的構(gòu)件凈截面面積（第一列螺孔處）；nn]――所驗(yàn)算截面（第一列）上的螺栓數(shù)；n――連接接縫一側(cè)的螺栓總數(shù)；0.5――系數(shù)，是考慮高強(qiáng)螺栓的傳力特點(diǎn)，由于摩阻力作用，假定所驗(yàn)算的靜截面上每個(gè)螺栓所分擔(dān)的剪力的50%，已由螺孔的前構(gòu)件接觸面?zhèn)鬟f到被連接的另一構(gòu)件中（3）受扭矩作用，或扭矩、剪力、軸心力共同作用的抗剪連接計(jì)算

此種連接受力的計(jì)算方法與普通螺栓連接相同，只是在計(jì)算時(shí)用高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值Nb=0.9nfrP取代Nb即可。vmin例題一將例題一中鋼板拼接改用8.8級M22的摩擦型高強(qiáng)度螺栓，連接處理接觸面用噴砂處理。試求所需螺栓數(shù)。解預(yù)拉力P=135kn,抗滑移系數(shù)卩=0.45。雙剪n=2。f每個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值Nb二0.9nfrP二0.9x2x0.45x135二109.35knv拼接縫每側(cè)采用6只,580n=N/Nb^^8—=5.3n6v109.35拼接縫每側(cè)采用6只,。鋼板凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算(第一列處),N'=N〔鋼板凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算(第一列處),N'=N〔1-0.5-1'=58o[1-0.5x23**I 6丿d=d+2mm03=435knVnA=t(b一nd)=16(340一3x24)=4288mm2n 10b=N'/A=435x103/4288=101.45n/mm2<f=215N/mm2n而構(gòu)件毛截面強(qiáng)度為b=N/A=580x103/4288=106.62N/mm2<f=215N/mm2由上述計(jì)算可見,對于摩擦型高強(qiáng)度螺栓,開孔對構(gòu)件截面強(qiáng)度的削弱影響比普通螺栓連接為小,有時(shí)甚至沒有影響,這也是節(jié)約鋼材的一個(gè)途徑。受拉螺栓連接計(jì)算(1)單個(gè)高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值Nbt高強(qiáng)度螺栓連接的受力特點(diǎn)是依靠預(yù)拉力使被連接件壓緊傳力,當(dāng)連接在沿螺栓桿軸方向再承受外拉力時(shí),以試驗(yàn)和計(jì)算分析,只要螺栓所受的外拉力設(shè)計(jì)值Nt不超過其預(yù)拉力P時(shí)，螺栓的內(nèi)拉力增加很少。但當(dāng)N〉p時(shí)，則螺栓可能達(dá)到材料屈服強(qiáng)度，t在卸荷后使連接產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，預(yù)拉力降低。因此，規(guī)范偏安全地規(guī)定單個(gè)高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值為Nb=0.8PtM-yN= i<Nb—0.8P匕2工y2ti式中y——螺栓至中和軸(過螺栓群形心)的垂直距離iy1――受拉力最大螺栓“1”至中和軸的距離。拉剪高強(qiáng)度螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算(1)單個(gè)拉剪高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值當(dāng)高強(qiáng)度螺栓隨沿桿軸方向的外拉力N作用時(shí)，不但構(gòu)件摩擦面間的壓緊力將由Pt減至P-N，且根據(jù)試驗(yàn)，此時(shí)摩擦面抗滑移系數(shù)卩亦隨之降低，故螺栓在承受拉力時(shí)t其抗剪承載力將減小。為計(jì)算簡便，采取對卩仍原有的定值，但對N則予以加大25%,t以作為補(bǔ)償。因此，單個(gè)拉剪高強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求：N<0.9nfR(P-1.25N)vt式中N應(yīng)滿足N<0.8P。tt也可按正式等價(jià)地計(jì)算：嚴(yán)+ -<1NbNbvt式中N，N――一個(gè)高強(qiáng)螺栓所承受的剪力和拉力；vtN，Nb——單個(gè)高強(qiáng)度螺栓的受剪、受拉承載力設(shè)計(jì)值，分別按式(3-43)和(3-44)vt計(jì)算。(2)拉剪高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算(詳見附圖三十二)。為一受偏心力F作用的高強(qiáng)度螺栓連接的頂接，將力F向螺栓群形心簡化后，或得等效荷載V=F，M—F-e。因