鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第7章4

第七章鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點構(gòu)造本章要點：了解三類連接（焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接）各自的優(yōu)缺點及適用范圍。了解常見的焊接方法和焊接形式，能夠正確識別與標注焊縫符號。掌握對接焊縫和角焊縫的構(gòu)造要求和計

算方法，并能熟練地進行設(shè)計與計算。掌握焊接殘余應力和殘余變形對構(gòu)件工作性能的具體影響，了解減少焊接殘余應力和殘余變形的措施。掌握普通螺栓和高強度螺栓（摩擦型和承壓型）的工作性能、破壞形式和計算方法，以及對螺栓排列的構(gòu)造要求。能夠根據(jù)被連接件的受力情況選用恰當?shù)倪B接形式，并進行合理設(shè)計。

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法連接方法優(yōu)點缺點焊接對幾何形體適應性強;構(gòu)造簡單;不削弱截面,可實現(xiàn)自動化操作；連接的密閉性好,結(jié)構(gòu)剛度大對材質(zhì)要求高;熱影響區(qū)內(nèi),容易導致局部材質(zhì)變;焊接殘余應力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低;焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感;低溫冷脆問題較突出鉚接傳力可靠,韌性和塑性好,質(zhì)量易于檢查,抗動力荷載性能好構(gòu)造復雜，費鋼費工普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡單

螺栓精度低時不宜受剪;螺栓精度高時加工和安裝復雜，價格較高高強螺栓連接摩擦型剪切變形小,彈性性能好,特別適用于隨動荷載的結(jié)構(gòu).承壓型承載力高于摩擦型，連接緊湊

摩擦面處理,安裝工藝略為復雜,造價略高;承壓型連接的剪切變形大,不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。

二、焊接連接及焊接結(jié)構(gòu)的特性1、焊接連接的優(yōu)缺點

焊接連接與鉚釘、螺栓連接比較，有以下優(yōu)點：1）不需打孔，省工省時；2）任何形狀的構(gòu)件可直接連接，連接構(gòu)造方便；3）氣密性、水密性好，結(jié)構(gòu)剛度較大，整體性較好。缺點：1）焊接附近有熱影響區(qū)，材質(zhì)變脆；2）焊接的殘余應力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化；3）焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴展。2、常見的焊接缺陷：

裂紋、氣孔、未焊透、夾渣、咬邊、燒穿、凹坑、塌陷、未焊滿。3、焊接質(zhì)量檢查:焊縫質(zhì)量檢驗方法:外觀檢查、超聲波探傷檢驗、x射線檢驗.焊縫質(zhì)量分級:

一級焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗都合格；二級焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級焊縫需外觀檢查合格。

三、焊縫連接型式和焊縫型式1、焊縫連接型式

按兩焊件的相對位置分：平接、搭接、T（頂）接和角接。

2、焊縫型式1）、對接焊縫按受力與焊縫方向分：

a）直縫：作用力方向與焊縫方向正交

b）斜縫：作用力方向與焊縫方向斜交2）、角焊縫按受力與焊縫方向分：

a）端縫：作用力方向與焊縫長度方向垂直

b）側(cè)縫：作用力方向與焊縫長度方向平行3）、按焊縫連續(xù)性：

a）連續(xù)焊縫：受力較好

b）斷續(xù)焊縫：易發(fā)生應力集中4）、按施工位置：

俯焊、立焊、橫焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊縫質(zhì)量也最好，仰焊最差。四、焊縫的表示方法（代號）表7-1、表7-2

第三節(jié)對接焊縫的構(gòu)造和計算一、對接焊縫的構(gòu)造1．對接連接的形式

為了保證焊接質(zhì)量，根據(jù)被連接板的厚度，坡口型式可分為I型（垂直坡口），V型，單面V型，U型，單面U型，X型，K型，如圖中(a)～(h)所示；

2.對接焊縫的優(yōu)缺點

優(yōu)點：用料經(jīng)濟、傳力均勻、無明顯的應力集中，利于承受動力荷載。缺點：需剖口，焊件長度要精確。3.對接焊縫的構(gòu)造處理

（1）起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復雜，除承受動力荷載外，一般不用，計算時將焊縫長度兩端各減去tmm（t為較小板件厚度）。（2）變厚度板對接，在板的一面或兩面切成坡度不大于1：2.5的斜面，避免應力集中。4.對接焊縫的強度

有引弧板的對接焊縫在抗壓和一、二級抗拉時與母材等強，三級抗拉焊縫的抗拉強度為母材的85％。二、對接焊縫的計算

對接焊縫的應力分布認為與焊件原來的應力分布基本相同。計算時，焊縫中最大應力（或折算應力）不能超過焊縫的強度設(shè)計值。軸心受力的對接焊縫斜向受力的對接焊縫鋼梁的對接焊縫牛腿與翼緣的對接焊縫

1、軸心受力的對接焊縫

lw——焊縫計算長度，無引弧板時，焊縫長度取實長減去10mm，有引弧板時，取實長;2、斜向受力的對接焊縫

主要用于焊縫強度設(shè)計值低于構(gòu)件強度設(shè)計值的連接中.當tgq

￡1.5即q

￡56.3°時,可不驗算焊縫強度。3、鋼梁的對接焊縫焊縫內(nèi)應力分布同母材。最大正應力：最大正應力：折算應力：其中s1、t1為腹板與翼緣交界點處的正應力和剪應力；

4、牛腿與翼緣的對接焊縫

牛腿和柱的對接焊縫，剪力全部由腹板承受并均勻分布，彎矩、拉力由全截面承擔，與梁計算相同，截面形式和截面上各種應力分布如圖。圖中1、2、3、4點均需強度驗算：點1：點2：點3：點4：式中：A`w——有效抗剪面積，

三、部分焊透的對接焊縫應用：當板件較厚，而板件間連接受力較小時，可以采用部分焊透的對接焊縫。當垂直于焊縫長度方向受力時，部分焊透處的應力集中會帶來不利影響，對于直接承受動力荷載的連接不宜采用；但當平行于焊縫長度方向受力時，其影響較小可以采用。計算：按角焊縫的計算公式計算，取βf＝1.0，僅在垂直于焊縫長度方向的壓力作用下，可取βf＝1.22。

第四節(jié)角焊縫的構(gòu)造和計算一、角焊縫的構(gòu)造1、截面形式（1）直角角焊縫（a）普通焊縫（b）平坡焊縫（c）深熔焊縫一般采用(a)。但(a)應力集中較嚴重，在承受動力荷載時采用(b)、(c)。（2）斜角角焊縫（d）斜銳角焊縫（e）斜鈍角焊縫（f）斜凹面角焊縫

主要用于鋼管連接中2、直角角焊縫應力分布端縫：焊縫垂直于受力方向，其特點為受力后應力狀態(tài)較復雜，應力集中嚴重，焊縫根部形成高峰應力，易于開裂。端縫破壞強度要高一些，但塑性差。端焊縫的強度是側(cè)焊縫強度的1.35～1.55倍。側(cè)縫：焊縫長度方向與受力方向平行，其特點為應力分布簡單些，但分布并不均勻，剪應力兩端大，中間小。側(cè)焊縫以45°“咽喉截面”破壞居多；側(cè)縫強度低，但塑性較好。3、構(gòu)造要求(1)角焊縫的尺寸限制

t2為較薄焊件厚度5t2或25mm，取兩者最大值搭接最小長度搭接連接轉(zhuǎn)角處焊縫須連續(xù)施焊轉(zhuǎn)角處加焊一段長度2hf（兩面?zhèn)瓤p時）或用三面圍焊轉(zhuǎn)角端部t為較薄焊件厚距離l0

符號見圖7-29a長度lw

端部僅有兩側(cè)面角焊縫連接

8hf或40mm，取兩者最大值

下限內(nèi)力沿側(cè)縫全長分布者不限60hf

上限焊縫長度lw

t2為較厚焊件厚

；當

下限t1為較薄焊件厚;對板邊：

上限焊腳尺寸hf

備注構(gòu)造要求項目部位（2）其它構(gòu)造要求：

①在直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：對正面角焊縫宜為1:1.5,長邊順內(nèi)力方向；對側(cè)面角焊縫可為1:1。②在次要構(gòu)件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應大于15t（對受壓構(gòu)件）或30t（對受拉構(gòu)件）,t為較薄焊件的厚度。4、有效厚度

二、角焊縫的計算1、角焊縫的承載力計算公式假定：所有角焊縫只承受剪應力，只區(qū)分側(cè)焊縫和端焊縫；焊縫計算截面為450喉部截面，計算高度為0.7hf；在靜力條件下，考慮端焊縫強度提高22%；動力荷載下，不考慮其強度的提高；Nx作用下：Ny作用下：Nz作用下：角焊縫有效截面上三個相互垂直的應力之間的強度條件公式：

(7-5)式中：

——作用于焊縫有效截面上，垂直于焊縫軸線方向的正應力和剪應力；

——作用于焊縫有效截面上，平行于焊縫軸線方向的剪應力；

——角焊縫的（抗剪）強度設(shè)計值。由幾何關(guān)系有：把代入式(7-5)可得：

（7-6）討論：

1)當時，即只有平行于焊縫長度方向的軸心力作用，為側(cè)面角焊縫受力情況。設(shè)計公式為：

:兩焊件間角焊縫計算總長.每條焊縫取實際長減2hf

2)當時,即只有垂直于焊縫長度方向的軸心力作用,為正面角焊縫受力情況.設(shè)計公式為：bf——系數(shù)，對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，bf=1.22，直接承受動力荷載bf=1.0。3)當時,即具有平行和垂直于焊縫長度方向的軸心力同時作用于角焊縫受力情況。設(shè)計公式為：

(7-9)4)當作用力不與焊縫長度方向平行或垂直時,有效截面上的應力可分解為平行和垂直于焊縫長度方向的兩種應力，然后按式(7-9)計算。2、角焊縫的計算1)軸心力作用焊縫受軸心拉力（端焊縫）

焊縫受軸心剪力（側(cè)焊縫）焊縫受軸心拉力和軸心剪力共同作用

角鋼桿件與節(jié)點板焊接連接

a.角鋼用兩面?zhèn)群缚p與節(jié)點板連接的焊縫計算

b.角鋼用三面圍焊與節(jié)點板連接的焊縫計算端部正面角焊縫能傳遞的內(nèi)力為：c.角鋼用“L”型焊縫與節(jié)點板連接的焊縫計算

由N2=0得：

2)彎矩作用3)彎矩、剪力、軸力共同作用下的頂接連接角焊縫:彎矩M作用下:

剪力V作用下:軸力N作用下:M、V和N共同作用下，焊縫上或下端點最危險處應滿足：其中：

如果只承受上述M、N、V的某一、兩種荷載時，只取其相應的應力進行驗算。

4)焊縫受扭矩作用

5)扭矩、剪力、軸力共同作用下搭接連接角焊縫:假定：①被連接件是絕對剛性的，而角焊縫是彈性的；②被連接件繞形心

O旋轉(zhuǎn)，角焊縫群上任意一點處的應力方向垂直于該點與形心的連線，且應力的大小與連線距離

r成正比。扭矩T作用下(A點):剪力V作用下:

軸力N作用下:T、V和N共同作用下最危險處應滿足：

其中：[例題2、3]

第五節(jié).焊接殘余應力與焊接殘余變形

焊接殘余應力:焊接后冷卻時,焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮,由此約束而產(chǎn)生的應力稱為焊接殘余應力.焊接殘余變形:鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點在焊接過程中，局部區(qū)域受到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的變形稱為焊接殘余變形。一、焊接殘余應力的形成和對鋼結(jié)構(gòu)的影響1、形成

兩塊鋼板上施焊時,產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫附近溫度高達1600°C,其鄰近區(qū)域溫度較低,且冷卻很快。冷卻時鋼材收縮,冷卻慢的區(qū)域收縮受到限制,從而產(chǎn)生拉應力，冷卻快的區(qū)域受到壓應力。2、特點：自相平衡力系。3、焊接應力的分類

?縱向殘余應力：沿著焊縫長度方向的應力?橫向殘余應力：垂直于焊縫長度方向且平行于構(gòu)件表面的應力。?厚度方向殘余應力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構(gòu)件表面的應力。?約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應力：4、焊接應力的影響

?對常溫下承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的強度的影響：沒有影響?對低溫冷脆的影響：由于焊接應力使焊縫處于三向應力狀態(tài)，阻礙了塑性變形，在低溫下裂紋易發(fā)生和發(fā)展，加速構(gòu)件的脆性破壞；?對剛度的影響：剛度降低；?降低疲勞強度；

殘余應力的存在，加快了疲勞裂紋的開展速度（雙向或三向拉力場），因此，疲勞強度降低。?降低壓桿的穩(wěn)定承載力；由于剛度降低，有效截面減小，過早地進入彈塑性區(qū)，彈性模量降低，所以穩(wěn)定承載力降低。二、焊接殘余變形的表現(xiàn)及其對構(gòu)件工作的影響1、焊接殘余變形的產(chǎn)生表現(xiàn)

表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。如圖2、焊接殘余變形對構(gòu)件工作的影響

1）構(gòu)件不平整，安裝困難，且產(chǎn)生附加應力；2）變軸心受力構(gòu)件為偏心受力構(gòu)件。三、保證焊接質(zhì)量及減小焊接殘余應力的措施

1．合理的焊縫設(shè)計

（1）避免焊縫集中、三向交叉焊縫；（2）注意施焊方便，避免仰焊；（3）合理的選擇焊縫的尺寸和形式,在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下,設(shè)計時應該盡量采用較小的焊縫尺寸；（4）合理地安排焊縫的位置，焊縫盡可能對稱布置，連接過渡平滑，避免應力集中現(xiàn)象；（5）盡量防止銳角連接；（6）盡可能能減少不必要的焊縫

2．合理的工藝措施

（1）采用適當?shù)暮附映绦?，如分段焊、分層焊；?）盡可能采用對稱焊縫，使其變形相反而抵消；（3）施焊前使結(jié)構(gòu)有一個和焊接變形相反的預變形；（4）對于小構(gòu)件焊前預熱、焊后回火，然后慢慢冷卻，以消除焊接應力。

第六節(jié)普通螺栓連接的構(gòu)造和計算

一、螺栓的排列和構(gòu)造要求1、螺栓排列需滿足的要求

1）受力要求：在受力方向螺栓的端距過小時,鋼材有剪斷或撕裂的可能(端距≥2d0).各排螺栓距和線距太小時,構(gòu)件有沿折線或直線破壞的可能。對受壓構(gòu)件，當沿作用方向螺栓距過大時，被連板間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。

2）構(gòu)造要求：防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中矩最大值；3）施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當間距（不同的工具有不同要求）。2、螺栓的排列

具體要求見課本表7-5,對型鋼還需滿足表格7-6～7-8的要求。二、普通螺栓的計算1、螺栓的工作性能

按受力性能分類：抗剪螺栓、抗拉螺栓和拉剪螺栓。

抗剪螺栓：靠孔壁承壓、螺桿抗剪傳力；

抗拉螺栓：靠螺栓受拉；

拉剪螺栓：同時靠螺栓受剪、受拉傳力。2．抗剪螺栓的計算

(1)單個螺栓的受剪工作性能

當外力不大時，由構(gòu)件間的摩擦力來傳遞外力。當外力增大超過極限摩擦力后,構(gòu)件間相對滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。當沿受力方向連接長度l1<15d0時：螺栓受力均勻；當沿受力方向連接長度l1>15d0時,應對其承載力折減:

當l1>15d0時：當l1>60d0時：其中：d0為螺栓孔徑（2）螺栓破壞形式a）螺栓剪斷；b）鋼板孔壁擠壓破壞；c）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷；d）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞（端距e3≥2d0）；e）螺桿因太長或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞（板疊厚度≤5d）；其中：后兩種破壞通過構(gòu)造保證，前三種需計算保證。（3）單個螺栓的承載力設(shè)計值

單個螺栓的抗剪承載力：

單個螺栓的承壓承載力：

（4）、螺栓群的計算軸心力作用時所需螺栓數(shù)目：凈截面強度驗算：當螺栓并列布置時：當螺栓錯列布置（圖）時：

構(gòu)件有可能沿I－I或Ⅱ－Ⅱ截面破壞。Ⅱ－Ⅱ截面的凈截面積可近似地取為：

取I－I、Ⅱ－Ⅱ凈截面的較小者來驗算鋼板凈截面強度。

【例7－9】扭矩作用時基本假定：

(a)被連接板是剛性的；

(b)螺栓是彈性的；

(c)在扭矩作用下,繞螺栓群中心旋轉(zhuǎn)，每個螺栓受力大小與其到形心的距離成正比，方向垂直于矢徑。

扭矩、剪力和軸力共同作用時N作用：V作用：T作用：

(如果x1>3y1,則可假定y=0;反之,如果y1>3x1,則可假定x=0)。T、V、N作用下：【例7－10】

2．抗拉螺栓的計算（1）受拉螺栓的工作特點

杠桿效應——由于被連接件的剛度不夠,在螺栓中會產(chǎn)生附加應力.規(guī)范中考慮杠桿效應，降低了螺栓的抗拉強度，同時要求設(shè)計中應采取構(gòu)造措施提高被連接件的剛度以減少不利影響。（2）螺栓破壞形式一般表現(xiàn)為沿螺紋截面拉斷。（3）單個螺栓的承載力設(shè)計值ftb：——抗拉強度設(shè)計值規(guī)范中考慮杠桿效應的不利影響，取（4）螺栓群的計算螺栓受軸心拉力

受彎矩作用基本假定：

①在彎矩作用下，板件繞最邊緣的螺栓旋轉(zhuǎn)

②每個螺栓受力大小與其到旋轉(zhuǎn)中心的距離成正比。偏心受拉（1）小偏心受拉

當偏心較小時，所有螺栓均承受拉力作用，端板與柱翼緣有分離趨勢，故在計算時軸心拉力N由各螺栓均勻承受；彎矩M則引起以螺栓群形心O為中和軸的三角形內(nèi)力分布（圖a、b）,使上部螺栓受拉，下部螺栓受壓；疊加后全部螺栓均受拉?？赏瞥鲎畲蟆⒆钚∈芰β菟ǖ睦蜐M足設(shè)計要求的公式如下（yi均自O(shè)點算起）：

（2）大偏心受拉

當偏心距較大時,在端部底板將出現(xiàn)受壓區(qū),此時偏于安全取中和軸位于最下排螺栓O`處。書中不分大小偏心統(tǒng)一按大偏心考慮，這是偏于保守的。

2．拉剪螺栓的計算1)支托僅起固定安裝作用M作用下：V作用下：M、V作用下：2)支托承擔剪力V驗算支托與柱翼緣的連接焊縫：

其中α為考慮V對焊縫偏心的影響，取1.25～1.35。【例7－11】

第七節(jié)高強度螺栓連接的性能和計算一、高強度螺栓連接的性能1、性能等級和材料

性能等級:高強度螺栓性能等級有有8.8級和10.9級。材料:8.8級采用的鋼材有40B鋼、45號鋼和35號鋼，10.9級采用的鋼材有20MnTiB鋼和35VB鋼。級別劃分的小數(shù)點前數(shù)字是螺栓熱處理后的最低抗拉強度，小數(shù)點后的數(shù)字是屈強比。如8.8級鋼材的最低抗拉強度為fu=800N/mm2，fy/fu=0.8；10.9級為fu=1000N/mm2，fy/fu=0.9。采用的孔洞為Ⅱ類孔2、受力性能

高強螺栓連接按受力特征分高強螺栓摩擦型連接、高強螺栓承壓型連接和承受拉力的高強度螺栓連接。其螺栓構(gòu)造、安裝基本相同。摩擦型高強螺栓:靠摩擦力傳遞荷載，以剪力等于摩擦力為承載力極限狀態(tài)，所以螺桿與螺孔之差可達1.5～2.0mm.摩擦型高強螺栓的連接較承壓型高強螺栓的變形小，承載力低，耐疲勞、抗動力荷載性能好。承壓型高強螺栓:連接依靠螺桿抗剪和孔壁承壓來傳力,以螺栓或鋼板破壞為承載力極限狀態(tài)，可能的破壞形式與普通受剪螺栓相同，所以螺桿與螺孔之差略小些，為1.0～1.5mm。承壓型高強螺栓連接承載力高，但抗剪變形大，所以一般僅用于承受靜力荷載和間接承受動力荷載結(jié)構(gòu)中的連接。承受拉力的高強度螺栓:連接靠螺栓受拉力來承擔外力,應保證板疊始終受擠壓而不被拉開為承載力極限狀態(tài).

3、高強度螺栓的預拉力預拉力施加方法：扭矩法、轉(zhuǎn)角法和扭剪法.轉(zhuǎn)角法：通過工藝試驗，確定滿足預拉力要求所需角度，在實際工程中采用固定轉(zhuǎn)角，不精確；扭矩法：通過工藝試驗，確定滿足預拉力要求所需扭矩，制做特殊扳手，如機械扳手，光電扳手等等；扭剪法：一種特制螺栓，用特殊扳手，擰斷為止——預拉力建立完成。比較準確，且施工簡便。

2)預拉力大?。?/p>

對以上系數(shù)的說明：①擰緊螺帽時栓桿除受拉外尚有剪力作用，因而對材料抗拉強度除以1.2。②考慮材質(zhì)的不均勻性乘以系數(shù)0.9③施工時為補償預拉力的松弛而超張拉5－10％，故乘以系數(shù)0.9④由于以極限抗拉強度為準，引進一附加安全系數(shù)0.9

高強螺栓設(shè)計預拉力P值見表7-104、高強螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)摩擦面抗滑移系數(shù)與接觸面處理方法有關(guān)，見表7-115、高強螺栓的排列:

同普通螺栓排列。二、單個高強度螺栓的承載力設(shè)計值

1.高強度螺栓摩擦型連接：

單個摩擦型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值：

α——抗力分項系數(shù)的倒數(shù)，一般取0.9

2.高強度螺栓承壓型連接：承壓型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值與普通螺栓計算相同,分螺栓桿抗剪和孔壁承壓兩部分。只是用承壓型高強度螺栓的強度設(shè)計值。3.高強度螺栓的抗拉連接連接受力之前：C=P

連接受力之后：螺栓桿中的拉力由原來的P增加到

Pf

，螺栓桿伸長Δt板件間的壓力就由原來的C降為Cf

，板件相應地有一個壓縮恢復量，假定外加拉力為N0t，根據(jù)平衡條件有：在板厚范圍內(nèi)螺栓桿與板的變形相同：設(shè)螺栓桿的截面面積為Ab

，摩擦面面積為Au

，則：將C=P、Cf=Pf－N0t

代入整理后得,如取Au/Ab=10，當板件剛好被拉開時，Pf＝N0t。代入上式得：

三、高強度螺栓群的抗剪、抗拉計算

各種高強度螺栓群承受各種荷載時，其中受力最大的螺栓承受的或基本上與普通螺栓群計算相同。但有兩點不同之處需注意：

可見，當外力把連接構(gòu)件拉開時，螺栓桿拉力增量為其預拉力的10％，為了避免外力太大時使卸荷后產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，規(guī)范規(guī)定每個高強度抗拉螺栓的設(shè)計承載力不得大于0.8P（此時Pf＝1.07P)，即：

當加于螺栓連接的外拉力不超過P

時，高強度螺栓桿內(nèi)的拉力增加得不多，可以認為螺栓桿內(nèi)的原預拉力基本不變。1）承受剪力的摩擦型的高強度螺栓群的連接板凈截面強度驗算時需考慮孔前傳遞部分荷載。如圖，第一排螺栓孔處傳遞的荷載：凈截面強度驗算

:2）拉力螺栓群在拉力、彎矩作用下受拉力最大的螺栓強度計算(如圖)：

受拉力最大的螺栓計算無需判斷繞哪根軸旋轉(zhuǎn)。因為對于高強度螺栓總是繞螺栓群形心軸旋轉(zhuǎn)。螺栓中受到的最大拉力計算如下：【例7-12】四、高強度螺栓群的拉剪計算1.高強度螺栓摩擦型連接：

(老規(guī)范)2.高強度承壓型螺栓連接：【例7－13】

第八節(jié)翼緣焊縫的計算一、水平剪力作用沿梁腹板邊緣的剪應力為：

在沿梁軸的單位長度上的水平剪力Th為：采用雙面角焊縫時：

二、豎向剪力作用

上翼緣有移動荷載或有固定集中荷載而無支承加勁肋時，翼緣焊縫還受到由局部壓力產(chǎn)生的豎向剪力Tv的作用，沿梁單位長度的豎向剪力為：在Tv的作用下焊縫強度應滿足：三、水平和豎向剪力共同作用在Th和Tv共同作用下，應滿足：把σf,τf代入得：設(shè)計時可先假定一焊腳尺寸，然后驗算?！纠?－14】

第九節(jié)構(gòu)件的拼接一、等截面拉、壓桿拼接1、工廠拼接①拉桿：可以采用直接對焊（圖a）或拼接板加角焊縫(圖b)。直接對焊時焊縫質(zhì)量必須達到一、二級質(zhì)量標準，否則要采用拼接板加角焊縫。②壓桿：可以采用直接對焊（圖a）或拼接板加角焊縫(圖b)。

采用拼接板加角焊縫時，構(gòu)件的翼緣和腹板都應有各自的拼接板和焊縫，使傳力盡量直接、均勻，避免應力過分集中。確定腹板拼接板寬度時，要留夠施焊縱焊縫時操作焊條所需的空間。

2、工地拼接①拉桿：可以用拼接板加高強螺栓(圖c)或端板加高強螺栓(圖d)。②壓桿：可以采用焊接(圖e、f)或上、下段接觸面刨平頂緊直接承壓傳力(圖g、h)。用焊接時，上段構(gòu)件要事先在工廠做好坡口，下段(或上、下兩段)帶有定位零件(槽鋼或角鋼)，保證施焊時位置正確。上、下段接觸面刨平頂緊直接承壓傳力時應輔以少量焊縫和螺栓，使不能錯動。

拉壓桿的拼接宜按等強度原則來計算，亦即拼接材料和連接件都能傳遞斷開截面的最大內(nèi)力。二、變截面柱的拼接（略）

三、梁的拼接梁的拼接施工條件的不同分為車間（工廠）拼接和工地拼接兩種。1、工廠拼接1）翼緣和腹板的工廠拼接位置最好錯開，以避免焊縫集中。2）翼緣和腹板的拼接焊縫一般采用對接焊縫。3）對于滿足1、2級焊縫質(zhì)量檢驗級別的焊縫不需要進行驗算。4)對于滿足3級焊縫質(zhì)量檢驗級別的焊縫需要進行驗算.當焊縫強度不足時可采用斜焊縫。當θ滿足tgθ≤1.5時，可以不必驗算。2、工地拼接的構(gòu)造1）工地拼接一般應使翼緣和腹板在同一截面處斷開，以便于分段運輸（圖a）。為了使翼緣板在焊接過程中有一定地伸縮余地，以減少焊接殘余應力，可在工廠預留約500mm長度不焊。2)圖b將翼緣和腹板的拼接位置適當錯開的方式，可以避免焊縫集中在同一截面，但運輸有一定困難。3）對于鉚接梁和較重要的或受動力荷載作用的焊接大型梁，其工地拼接常采用高強螺栓連接。3、工地拼接的計算翼緣板：翼緣拼接以及每側(cè)的高強度螺栓，通常由等強度條件決定，拼接板的凈截面積應不小于翼緣的凈截面積，高強度螺栓能承受按翼緣凈截面面積N=Anf計算的軸向力。腹板：腹板的拼接通常先進行螺栓布置，然后驗算。腹板拼接板及每側(cè)的高強度螺栓，主要承受拼接截面的全部剪力V及按剛度分配到截面上的彎矩Mw。受力最大的螺栓應滿足：其中：，為使腹板上的螺栓和翼緣上的螺栓受力協(xié)調(diào)：腹板拼接板的凈截面強度驗算：【例7－15】

第十節(jié)主次梁的連接一．次梁為簡支梁1、疊接構(gòu)造：在主梁上的相應位置應設(shè)置支承加勁肋，以免主梁腹板承受過大的局部壓力。特點：構(gòu)造簡單，次梁安裝方便，但主、次梁體系所占的凈空大。計算：一般不用計算，螺栓只是起到安裝固定作用。

2、側(cè)面連接：構(gòu)造:次梁連于主梁的側(cè)面,可以直接連在主梁的加勁肋上（圖a、b）或連于短角鋼上（圖c）。特點：

圖a:為用螺栓連于勁肋上,構(gòu)造簡單，安裝方便，但須將次梁的上翼緣和下翼緣的一側(cè)切除；

圖b:為采用工地焊縫連接，此時螺栓僅起臨時固定作用，但次梁腹板端部焊縫焊接不太方便；

圖c、d:為用短角鋼角鋼連接主次梁的螺栓連接或安裝焊縫，需要將上翼緣局部切去。計算：

圖a、b：連接需要的焊縫或螺栓應按次梁的反力計算，考慮到并非理想鉸接，故計算時，宜將次梁反力增加20~30%。圖c：當計算螺栓①時可將短角鋼視為與次梁為一體。因此，螺栓①應承擔次梁支反力R和力矩M=Re的共同作用，而螺栓②則只承受R的作用。反過來，也可以將短角鋼視為與主梁為一體。則螺栓①只承受反力R的作用，而螺栓②則應承擔次梁支反力R和力矩M=Re的共同作用。圖d:計算方法與圖c類似。即焊縫①和焊縫②也分別承擔R或R和M=Re的共同作用。二、次梁為連續(xù)梁1、疊接與前面疊接相同,只是次梁連續(xù)通過,不在主梁上斷開.當次梁需要拼接時,拼接位置可設(shè)在彎矩小處.主、次梁之間只要用螺栓或焊縫固定它們的相互位置即可。2、側(cè)面連接：構(gòu)造：為了保證兩跨次梁在主梁處的連續(xù)性，必須在上、下翼緣處設(shè)置連接板。圖a：用高強螺栓連接，次梁的腹板連接在主梁的加勁肋上,下翼緣的連接板分成兩塊,焊在主梁腹板的兩側(cè)。圖b：用工地安裝焊縫連接，次梁支承在主梁的支托上，在次梁的上翼緣設(shè)有連接板，而下翼緣的連接板則.由支托的平板代替。計算：

支座反力由支托傳至主梁，端部的負彎矩，則由上下，翼緣承受，連接、蓋板和頂板傳遞M分解的水平力，F(xiàn)=M/h（h次梁高）其截面尺寸和焊縫螺栓的連接計算均用F，為避免仰焊，連接蓋板比上翼緣窄，拉板比下翼緣寬。

第十一節(jié)梁與柱的連接處理連接節(jié)點時，要求遵循下列基本原則：安全可靠。應盡可能使受力分析接近于實際工作狀況，采用和構(gòu)件實際連接狀況相符或相接近的計算簡圖；連接處應有明確的傳力路線和可靠的構(gòu)造保證。便于制作、運輸、安裝。減少節(jié)點類型；拼接的尺寸應留有調(diào)節(jié)的余地；盡量方便施工時的操作，如：避免工地焊縫的仰焊、設(shè)置安裝支托等。經(jīng)濟合理。對于用材、制作、施工等綜合考慮后確定最經(jīng)濟的方法，而不應單純理解為用鋼量的節(jié)省。梁柱連接按轉(zhuǎn)動剛度的不同可分為柔性連接(鉸接)、剛接、半剛接三類。一、梁柱的柔性連接(軸壓柱與梁的連接一般均用鉸接)1、梁支承于柱頂圖a:梁的支承反力直接傳遞給柱的翼緣。相鄰梁之間留一空隙，以便安裝時有調(diào)節(jié)余地。傳力明確，構(gòu)造簡單，施工方便，但當兩相鄰梁反力不等時即引起柱的偏心受壓，一側(cè)梁傳遞的反力很大時，還可能引起柱翼緣的局部屈曲。圖b:即使兩相鄰梁反力不等，柱仍接近軸心受壓。突緣加勁肋底部應刨平頂緊于柱頂板；柱腹板是主要受力部分，其厚度不能太??；在柱頂板之下，應設(shè)置加勁肋，加勁肋要有足夠的長度，以滿足焊縫長度的要求和應力均勻擴散的要求；

2、梁支承于柱側(cè)圖a:梁的反力較小時，梁可不設(shè)支承加勁肋，直接擱置在柱的牛腿上，用普通螺栓相連；構(gòu)造比較簡單，施工方便。圖b:梁反力較大時采用。梁的反力由端加勁肋傳給支托；支托采用厚鋼板（其厚度應大于加勁肋的厚度）或加勁后的角鋼，與柱側(cè)用焊縫相連。圖c:兩鄰梁反力相差較大時采用。梁的反力通過柱的腹板傳遞，使柱仍接近軸心受力狀態(tài)。二、梁柱的剛性連接（框架梁、柱一般采用剛性連接）

需滿足以下幾個要求：保證將梁段的彎矩和剪力可靠地傳到柱子；保證節(jié)點剛性，使連接不至產(chǎn)生明顯的相對轉(zhuǎn)角；構(gòu)造簡單，便于施工；圖a、b:通過焊縫將彎矩和剪力直接傳給柱子.可以認為梁端彎矩全部由翼緣連接焊縫傳給柱子，而剪力由腹板焊縫傳給柱子。

為使翼緣連接焊縫能在平焊位置施焊，要在柱側(cè)焊上襯板，同時在梁腹板端部預先留出槽口，上槽口是讓出襯板位置，下槽口是為了滿足施焊要求。圖c、d:通過高強螺栓和焊縫將梁端彎矩和剪力傳給柱子。由于要通過連接板和角鋼才能將力傳給柱子，故屬于間接傳力的構(gòu)造。

梁在和柱連接的范圍內(nèi)可以設(shè)置橫向加勁肋如圖b、d所示，也可不設(shè)如圖a、c所示，后一情況需對柱腹板和翼緣的強度和穩(wěn)定作出驗算。

三、無加勁肋柱節(jié)點的計算1.破壞形式:腹板在梁翼緣傳來的壓力作用下屈服或屈曲;翼緣在梁翼緣傳來的拉力作用下彎曲而出現(xiàn)塑性鉸或連接焊縫被拉開。2.柱腹板的厚度梁端彎矩可轉(zhuǎn)化成一對力偶，上翼緣的拉力將使柱翼緣彎曲及與腹板的連接拉脫，下翼緣的壓力使柱腹板受到擠壓。

梁受壓翼緣傳來的力是否足以使柱腹板屈服，要在柱腹板與翼緣連接焊縫(或軋制H型鋼圓角)的邊緣處計算。當梁翼緣與柱翼緣采用坡口焊縫對接時，柱腹板承壓的有效寬度是:

在梁的受壓翼緣處，柱腹板厚度應同時滿足：（強度）（局穩(wěn)）式中：――梁受壓翼緣的截面積

――柱鋼材屈服點。3.柱翼緣板的厚度

在梁的受拉翼緣處，柱翼緣板厚度應滿足：（強度）式中：――梁受拉翼緣的截面積

如果以上關(guān)于壓力或拉力作用的計算不能滿足，就需要對柱腹板設(shè)置橫向加勁肋。加勁肋既加強腹板也加強翼緣。

4.梁翼緣與柱翼緣的焊縫

考慮應力的不均勻性（圖7-105），計算焊縫時應該用下列有效長度代替實際長度:式中：――柱腹板厚度和翼緣厚度；

――系數(shù)，對Q235和Q345鋼分別取7和5.

柱翼緣和梁受壓翼緣的連接焊縫也同樣受力不均勻,不過不會在壓力作用下斷裂。計算時也用上式確定其有效長度，只是對Q235和Q345鋼分別取10和7。

四、有加勁肋柱節(jié)點域計算

1、抗剪強度計算其中：

――為節(jié)點兩側(cè)梁端彎矩設(shè)計值；

――節(jié)點域腹板的體積：

H形截面柱:

箱形截面柱:說明：①上述分析中沒有考慮節(jié)點腹板域的周邊柱翼緣和加勁肋提供約束的有利影響，也沒有考慮柱腹板軸壓力的不利影響。

②當柱腹板節(jié)點域不滿足時，則需要局部加厚腹板或采用另外的措施來加強它。圖7-109給出了兩種可行的方案，其一是加設(shè)斜向加勁肋，其二是在腹板兩側(cè)或一側(cè)焊上補強板來加厚。2、腹板厚度（局部穩(wěn)定）

第十二節(jié)柱腳設(shè)計柱腳的作用:把柱下端固定并將其內(nèi)力可靠地傳給基礎(chǔ).柱腳的分類:按