钢结构连接计算

1、钢结构连接计算 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 7.1 7.1 钢结构的连接钢结构的连接 连接的方式连接的方式 焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接 连接的原则连接的原则 安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和

2、节约钢材安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材 图图7.1.1 7.1.1 连接的方式连接的方式 a) N NN N c) N N b) 螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接 焊接连接焊接连接 钢结构连接计算 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 优点：构造简单、用料经济、连接的密闭性好、结优点：构造简单、用料经济、连接的密闭性好、结 构刚度大。构刚度大。 缺点：焊接高温作用，材质变脆、残余应力残余变缺点：焊接高温作用，材质变脆、残余应力残余变 形。形。 优点：连接对材质的影响不大，连接

3、质量稳定，连接优点：连接对材质的影响不大，连接质量稳定，连接 的强度较高。的强度较高。 缺点：截面削弱、浪费材料。缺点：截面削弱、浪费材料。 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 钢结构连接计算 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （1 1）焊缝形式：分为对接焊缝和角焊缝。）焊缝形式：分为对接焊缝和角焊缝。 对接焊缝按受力与焊缝方向分：对接焊缝按受力与焊缝方向分： 1 1）正对接焊缝）正对接焊缝( (a a) )：作用力方向与焊缝方向正交。：作用力方向与焊缝方向正交。 2 2）斜对接焊缝）斜对接焊缝( (b b) )：作用力方向

4、与焊缝方向斜交。：作用力方向与焊缝方向斜交。 角焊缝按受力与焊缝方向分：角焊缝按受力与焊缝方向分： 1 1）正面角焊缝）正面角焊缝( (c c) ) ：作用力方向与焊缝长度方向垂直。：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2 2）侧面角焊缝）侧面角焊缝( (c c) ) ：作用力方向与焊缝长度方向平行。：作用力方向与焊缝长度方向平行。 3 3）斜焊缝（）斜焊缝（c c）：作用力方向与焊缝方向斜交。）：作用力方向与焊缝方向斜交。 7.2 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

5、第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 1 1）对接焊缝）对接焊缝 正对接焊缝正对接焊缝T T型对接焊缝型对接焊缝 斜对接焊缝斜对接焊缝 2 2）角焊缝）角焊缝 图图7.2.6 7.2.6 焊缝分类焊缝分类 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊、立焊、横焊和仰焊。 焊缝按施工位置分为：焊缝按施工位置分为： 图图7.2.7 7.2.7 施焊位置施焊位置 a) 焊条焊条 平焊平焊 d) 仰

6、焊仰焊 b) 立焊立焊 c) 横焊横焊 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 3. 3. 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验 （1 1）焊缝缺陷）焊缝缺陷 焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内 部的缺陷。部的缺陷。 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、 未焊透等；以

7、及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （2 2）焊缝质量检验：）焊缝质量检验： 外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸； 内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、X X射线或射线或r r射射 线透照或拍片）线透照或拍片） 钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范GB5020

8、5-2001GB50205-2001规定焊缝按其规定焊缝按其 检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准； 一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探 伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验， 并应符合国家相应质量标准的要求。并应符合国家相应质量标准的要求。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 D

9、esign Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （3 3） 焊缝代号焊缝代号 表表7.2.1 7.2.1 焊缝代号焊缝代号 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 7.3 7.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 7.3.1 7.3.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造 1为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加

10、垫板。 垫板垫板垫板垫板 垫板垫板 图图7.3.2 7.3.2 根部加垫板根部加垫板 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 2. 2. 在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故 焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。 图图7.3.3 7.3.3 对接焊缝的引弧板对接焊缝的引弧板 引弧板引弧板 对接焊缝的起弧和落弧点，常因不能熔透而出现焊口，对接焊缝的起弧和

11、落弧点，常因不能熔透而出现焊口， 形成类裂纹和应力集中。形成类裂纹和应力集中。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 3.3.在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm4mm以上时，以上时， 应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.51:2.5 的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力

12、集中。 图图7.3.4 不同厚度或宽度的钢板拼接不同厚度或宽度的钢板拼接 a) 改变厚度改变厚度 b) 改变宽度改变宽度 1:2.5 1:2.5 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 4. 4. 对接焊缝的强度对接焊缝的强度 1 1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。 2 2）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗 拉强度为母材强度的拉强度为母材强度的85%85

13、%。 3 3）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材 强度相等。强度相等。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 7.3.2 7.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 1. 1. 轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝 图图7.3.5 直对接焊缝连接直对接焊缝连接 w c w t w ff tl N 或 （7.3.1） lw焊缝计算长度，焊缝计算长度， t连接件的较小厚度，对连接件的较小厚度，对T T形

14、接头为腹板的厚度形接头为腹板的厚度 ; ; ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值；对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值； （1 1）对）对lw的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取 实际长度减去实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。；有引弧板时，取实际长度。 （2 2）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的 一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。 （3 3）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只

15、有两种情况。）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况。a)a)没有引弧板时需要计没有引弧板时需要计 算。算。b)b)受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 2. 2. 承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分 布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强

16、度条件。布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。 w V ww w max 2 3 f tl V tI VS （7.3.5） w maxt 2 w 6 w MM f Wl t （7.3.4） 图图7.3.7a 弯矩和剪力共同作弯矩和剪力共同作 用下的对接焊缝用下的对接焊缝 M焊缝承受的弯矩；焊缝承受的弯矩； Ww焊缝截面模量。焊缝截面模量。 V焊缝承受的剪力；焊缝承受的剪力； Iw焊缝计算截面惯性矩；焊缝计算截面惯性矩； Sw计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设

17、计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 对于工字形或对于工字形或T T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应 力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力: : w t 2 1 2 1 1 . 13f （7.3.6） 式中式中 : : 1 1、 1 1为腹板与翼缘为腹板与翼缘 交接处的正应力和剪应力。交接处的正应力和剪应力。 1.11.1为考虑到最大折算应力只为考虑到最大折算应力只 在局部出现，而将强度设计值适

18、在局部出现，而将强度设计值适 当提高系数。当提高系数。 图图7.3.7b 弯矩和剪力联合作弯矩和剪力联合作 用下的对接焊缝用下的对接焊缝 工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要 由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 3. 3. 受轴力、弯矩和剪力联合作

19、用的对接焊缝受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应 力，其计算公式为：力，其计算公式为： w t ww MNmax f W M A N （7.3.4*） w v w wmax max f tI SV （7.3.5*） 同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力，同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力， 其公式为其公式为 ： w t 2 1 2 1f 1 . 13f MN （7.3.6*） tI VS w 1 1 h h W M 0 w M1 式中式

20、中 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强 度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完 全相同。全相同。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 例例

21、3.13.1计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度。计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度。 F F=550kN(=550kN(设计值设计值) )，偏心距，偏心距e e=300mm=300mm。钢材为。钢材为Q235BQ235B，焊条，焊条E43E43型，手型，手 工焊。焊缝为三级标准，上、下翼缘加引弧板和引出板施焊。工焊。焊缝为三级标准，上、下翼缘加引弧板和引出板施焊。 例例3.13.1图图 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections a

22、a）最大正应力）最大正应力 解解 ：截面几何特征值和内力截面几何特征值和内力: : 324 x 1 1.2 382 1.6 26 19.838105cm 12 I 3 x1 26 1.6 19.8824cmS 550kNVF 550 0.30165kN mM 6 2 max 4 x 165 10206 89.2N/mm 238105 10 Mh I w2 t 185N/mmf b b）最大剪应力）最大剪应力 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections

23、 c c）“1 1”点的折算应力点的折算应力 3 x max 4 x 550 10190 (260 16 198 190 12 38105 10122 VS I t 2w2 v 125.1N/mm125N/mmf 2 1max 190 82.3N/mm 206 33 2 x1 1 4 x 550 10824 10 99.1N/mm 38105 1012 VS I t 22222 11 382.33 99.1190.4N/mm 2 1.1 185203.5N/mm 钢结构连接计算 1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of

24、 Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 7.4 7.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 7.4.1 角焊缝的构造角焊缝的构造 角焊缝按截面形式（两焊脚边的角焊缝按截面形式（两焊脚边的 夹角）可分为直角角焊缝和斜角夹角）可分为直角角焊缝和斜角 角焊缝。角焊缝。 （a） （b） （c） 图图7.4.1 直角角焊缝截面直角角焊缝截面 （1 1）直角角焊缝）直角角焊缝 通常做成表面微凸的等通常做成表面微凸的等 腰直角三角形截面（腰直角三角形截面（a a）。）。 对承受动力荷载的结构对承受动力荷载的结构 中，正面角焊缝的截面中，正面角

25、焊缝的截面 通常采用（通常采用（b b）的形式，）的形式， 侧面角焊缝的截面则做侧面角焊缝的截面则做 成凹面式（成凹面式（c c）。）。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝 两焊边的夹角两焊边的夹角a90a90或或a90a135135o o或或6060o o斜角角斜角角 焊缝焊缝, ,除钢管结构外除钢管结构外, ,不宜用不宜用 作受力焊缝。作受力焊缝。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Desig

26、n Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （2 2）正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向）正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向 ，受力后应力状态较复杂。焊缝截面各面，受力后应力状态较复杂。焊缝截面各面 都有正应力和剪应力，应力集中严重，焊都有正应力和剪应力，应力集中严重，焊 缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强 度要高一些，但塑性差，弹性模量大。度要高一些，但塑性差，弹性模量大。 （1 1）侧面角焊缝）侧面角焊缝：焊缝长度方向与受：焊缝长度方向与受 力方向平行，应力分布简单。主要

27、承受力方向平行，应力分布简单。主要承受 剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性 较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力 两端大，中间小。两端大，中间小。 角焊缝的工作性能角焊缝的工作性能 图图7.4.3 7.4.3 角焊缝的应力分布角焊缝的应力分布 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 2.2.构造要求构造要求 角焊缝构造包括三个方面：焊脚尺寸、焊缝长度和减小角焊缝构造包括三个方面：焊

28、脚尺寸、焊缝长度和减小 焊缝应力集中的措施。焊缝应力集中的措施。 角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根脚至焊缝外边的尺寸角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根脚至焊缝外边的尺寸-hf （1 1）焊脚尺寸）焊脚尺寸 为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度 快而产生淬硬组织，导致母材开裂，快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求应满足以下要求: : a) a) 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸( (hf,min) ) 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章

29、 连连 接接 Chapter 7 Connections 自动焊（温度高而均匀）：自动焊（温度高而均匀）： th f 5 .1 min 手工焊角焊缝：手工焊角焊缝：t较厚焊件的厚度。较厚焊件的厚度。 15 . 1 minf th 15 . 1 minf th 焊件厚度焊件厚度t4mm时：取时：取hfmin= t T形连接单面角焊缝（冷却快）：形连接单面角焊缝（冷却快）： 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections hfmax 1.2t t较薄焊件的板

30、厚。较薄焊件的板厚。 b) b) 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸(hfmax) 对板件（厚度对板件（厚度t t ）边缘的角焊缝（贴边焊）边缘的角焊缝（贴边焊） 当当t6mm时，时，hfmaxt ； 当当t6mm时，时，hfmaxt - (12)mm 。 为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接 残余应力和残余变形，残余应力和残余变形，hf,max应满足以下要求应满足以下要求: : 直接焊接钢管结构的尺寸不宜大于支管壁厚的直接焊接钢管结构的尺寸不宜大于支管壁厚的2 2倍。倍。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Princip

31、les of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （2 2）角焊缝计算长度）角焊缝计算长度 角焊缝计算长度（角焊缝计算长度（lw）取值）取值 lwminlw lwmax 焊脚尺寸的取值焊脚尺寸的取值 hfmin hf hfmax 最小计算长度最小计算长度（lwmin） 为了使焊缝能有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝为了使焊缝能有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝 和正面角焊缝的计算长度均不得小于：和正面角焊缝的计算长度均不得小于：lwmin8hf 和和40mm 考虑到焊缝两端的缺陷，其实际长度应较前述数值还要大考虑

32、到焊缝两端的缺陷，其实际长度应较前述数值还要大2hf lwmax60hf 若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。 若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。 b) b) 侧焊缝最大计算长度侧焊缝最大计算长度（lwmax） 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 焊角尺寸：焊角尺寸：hf d c b a d c b a he e hf

33、 hf 1 1）焊缝的破坏面）焊缝的破坏面 7.4.2 直角焊缝的基本计算公式直角焊缝的基本计算公式 试验表明，直角角焊缝的破坏常试验表明，直角角焊缝的破坏常 沿有效厚度方向发生。沿有效厚度方向发生。 图图7.4.9 直角角焊缝截面直角角焊缝截面 有效厚度：有效厚度：he （0.7hf） 焊缝厚度：焊缝厚度：有效厚度有效厚度+熔深熔深+凸度凸度 有效截面：有效截面：有效厚度有效厚度计算长度计算长度 计算时假定有效截面上应力均匀计算时假定有效截面上应力均匀 分布。分布。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章

34、第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 正面角焊缝正面角焊缝 力力N与焊缝长度方向垂直。与焊缝长度方向垂直。 侧面角焊缝侧面角焊缝 力力N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。 w ff we f f lh N （7.4.7） w f we f f lh N （7.4.8） 2 2w f ff f (3.3.6)f 以上各式中：以上各式中： he=0.7hf； lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧角焊缝计算长度，考虑起灭弧 缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principle

35、s of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 7.4.3 7.4.3 角焊缝的计算角焊缝的计算 1.1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心， 焊缝的应力可认为是均匀分布的。焊缝的应力可认为是均匀分布的。 (1(1）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接 w ff e w N f h l A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接 NN l lw w S Slw连接一侧的侧面角焊缝连

36、接一侧的侧面角焊缝 计算长度的总和计算长度的总和 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections w ffwe Nfl h B B、采用三面围焊连接、采用三面围焊连接 w ff we NN f l h NN l lw w l lw w 先计算正面角焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力 S Slw连接一侧的正面角焊缝连接一侧的正面角焊缝 计算长度的总和计算长度的总和 再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度 S Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的

37、侧面角焊缝 计算长度的总和计算长度的总和 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （2 2）承受轴心力的角钢端部连接）承受轴心力的角钢端部连接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧 焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L L形围焊（如图所形围焊（如图所 示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所

38、 传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。 图图7.4.13 桁架腹杆节点板的连接桁架腹杆节点板的连接 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections N N1 N2 e b 角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接 a) a) 仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接 NNN 21 12 -N eNb e 解上式得肢背和肢尖的受力为：解上式得肢背和肢尖的受力为： （7.4.14） 11 b e NNK N b 22 e NNK

39、N b （7.4.15） （7.4.16） 在在N1、N2作用下，侧缝的作用下，侧缝的 计算长度为：计算长度为： 1 w1 w f1f 20.7 N l hf 2 w 2 w f 2f 20.7 N l hf （7.4.17） 由平衡条件得：由平衡条件得： 肢背肢背 肢尖肢尖 K1角钢肢背焊缝的内力分配系数角钢肢背焊缝的内力分配系数 K2角钢肢尖焊缝的内力分配系数角钢肢尖焊缝的内力分配系数 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 表表7.4.1

40、角钢角焊缝内力分配系数角钢角焊缝内力分配系数K 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections b) b) 角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正 面角焊缝的焊脚尺寸面角焊缝的焊脚尺寸h f3 ，并算出它所能承受的内力，并算出它所能承受的内力N3 ： w fff33 7 . 02fbhN（7.4.11） 113 1 2 NK NN（7.4.12） 通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为通过平衡关

41、系得肢背和肢尖侧焊缝受力为: : 223 1 2 NK NN （7.4.13） 角钢角焊缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计算 N N1 N2 e b N3 lw2 lw1 在在N1、N2作用下，侧焊缝的长作用下，侧焊缝的长 度用公式度用公式（7.4.16、7.4.17）。）。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections N e Nx x Ny y 2 w l 2 w l M A Nx Nx M M Ny Ny h he eh he e t t （1）受弯

42、矩）受弯矩M 、剪力、剪力V 、轴力、轴力N联合作用时角焊缝的计算联合作用时角焊缝的计算 xx N ee w 2 NN Ah l 由轴心拉力由轴心拉力Nx产生的应力：产生的应力： 由弯矩由弯矩M产生的最大应力：产生的最大应力： M 2 ee w 6 2 MM Wh l 2.复杂受力时角焊缝连接计算复杂受力时角焊缝连接计算 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections A点产生的剪应力：点产生的剪应力： y f we N l h x f 2 e we w

43、 6NM h lh l A点控制应力最大为控制设计点点控制应力最大为控制设计点 A点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩和弯矩M产产 生的正应力。直接叠加得：生的正应力。直接叠加得： 2 2w f ff f f 代入角焊缝实用计算公式：代入角焊缝实用计算公式： 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓 代号代号A A级和级和B B级级C C级级 强度等级强度等级5.65.

44、6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级 加工方式加工方式车床上经过切削而成车床上经过切削而成单个零件上一次冲成单个零件上一次冲成 加工精度加工精度螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为 0.250.250.5mm0.5mm 螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为 1.51.53mm3mm 抗剪性能抗剪性能好好较差较差 经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济 用途用途 构件精度很高的结构（机械构件精度很高的结构（机械 结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采 用用 沿螺栓杆轴受拉的连接；次要沿螺栓杆轴受拉的连接；次要 的抗剪连接；安装的临时固定的抗剪连接

45、；安装的临时固定 7.5 7.5 螺栓连接螺栓连接 1. 1. 普通螺栓连接普通螺栓连接 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 2. 2. 高强度螺栓连接高强度螺栓连接 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。 由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢经过热处理加工而成。钢经过热处理加工而成。 4545号号8.88.8级；级；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.

46、9级级 （a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接 传力机理传力机理 利用预拉力把被连接的部利用预拉力把被连接的部 件夹紧，使部件的接触面件夹紧，使部件的接触面 间产生很大的摩擦力，外间产生很大的摩擦力，外 力通过摩擦力来传递力通过摩擦力来传递 允许接触面滑移，依靠螺栓杆允许接触面滑移，依靠螺栓杆 和螺孔之

47、间的承压来传力和螺孔之间的承压来传力 栓孔直径栓孔直径 螺杆的公称直径螺杆的公称直径 +1.5+1.52.0mm2.0mm 螺杆的公称直径螺杆的公称直径 +1.0+1.01.5mm1.5mm 特点特点 剪切变形小，弹性性能好，剪切变形小，弹性性能好， 特别适用于承受动力荷载特别适用于承受动力荷载 的结构的结构 连接紧凑，但剪切变形大，不连接紧凑，但剪切变形大，不 得用于承受动力荷载的结构得用于承受动力荷载的结构 高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Struc

48、ture 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 7.6.1 7.6.1 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求 螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理 又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。 图图7.6.1 螺栓的排列方式螺栓的排列方式 1.1.螺栓的排列螺栓的排列 并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件 截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，

49、但螺栓空排列不截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不 如并列紧凑，连接板尺寸较大。如并列紧凑，连接板尺寸较大。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections (1)(1)受力要求受力要求 因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距 下限：防止孔间板破裂下限：防止孔间板破裂3d0 上限：防止板间张口和鼓曲。上限：防止板间张口和鼓曲。 b）螺孔中心距限制）螺孔中心距限制 a）端距限制）端

50、距限制防止孔端钢板剪断，防止孔端钢板剪断，2d0 （顺力方向）；（顺力方向）； 中心距太大中心距太大 15d0(d0为孔径为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使时，连接进入弹塑性工作状态后，即使 内力重新分布内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破 坏，然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数坏，然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数 与与l1/d0的关系曲线。的关系曲线。 *)4.6.3( 150 1.1 6015 0 1 010 d l dld 时：当 7.0 60 01 时：时：当当dl 连接所需栓数：连接所需栓数：

51、 b min N N n (7.6.5) 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections F e F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F （2 2）普通螺栓群偏心受剪普通螺栓群偏心受剪 F F作用下每个螺栓受力：作用下每个螺栓受力： )6 . 6 . 3( 1 n F N F 基本假设基本假设 连接件绝对刚性连接件绝对刚性, , 螺栓弹性；螺栓弹性； T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与作用下连接板件绕栓群形心

52、转动，各螺栓剪力大小与 螺栓至形心的距离螺栓至形心的距离ri成正比，方向与它和形心的连线垂直。成正比，方向与它和形心的连线垂直。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 剪力计算公式剪力计算公式 设各螺栓至螺栓群形心设各螺栓至螺栓群形心O O的距离为的距离为r1 、 r2 、r3 ，rn，各螺栓承受的分力分别，各螺栓承受的分力分别 为为N1T、 N2T、N3T ， NnT，根据平衡条，根据平衡条 件得：件得： TrNrNrNrN ii n33T2

53、2T11T （a） T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 显然，显然，T作用下作用下1号螺栓所受剪力最大（号螺栓所受剪力最大（r1最大）。最大）。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 1T 1 n nT1T 1 3 3T1T 1 2 2T ,N r r NN r r NN r r N （c） 将将（c）式代入式代入（a），），得用得用N1T表达的表达的T式：式： Tr r N rrrr r N n i i 1 2 i 1 1T 2

54、2 3 2 2 2 1 1 1T 22 1 2 1 1 iii T yx Tr r Tr N 由假设由假设得到，得到， n nT 3 3 2 2T 1 1T r N r TN r N r N （b） 螺栓螺栓1离形心最远是危险螺栓离形心最远是危险螺栓, ,最大剪力最大剪力N1T 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 将将N1T它分解为水平和竖直分力：它分解为水平和竖直分力： 22 1 1 1 1T1Tx ii yx Ty r y NN （3.5

55、.7） 22 1 1 1 1T1Ty ii yx Tx r x NN （7.6.8） 得受力最大螺栓所承受的合力为得受力最大螺栓所承受的合力为: : b min 2 1F1Ty 2 1Tx1 NNNNN（7.6.9） xi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的x坐标坐标yi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的y坐标坐标 y 1T N o x x1 1Tx N 1Ty N 1 r1 y1 1F N 如果如果y13x1，则可假定，则可假定xi=0 。 由此得由此得N1Ty=0， 1 1Tx 2 i Ty N y 则计算式为：则计算式为： b min 2 2 2 1 1 N n F y Ty N i （7.6.1

56、0） （7.6.7） 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 加劲肋加劲肋 图图7.6.7 翼缘加强的措施翼缘加强的措施 1.1.单个普通螺栓受拉承载力单个普通螺栓受拉承载力 b t 2 e b te b t 4 f d fAN （7.6.11） Ntb单个螺栓抗拉承载力；单个螺栓抗拉承载力；Ae 螺栓螺纹处的有效面积；螺栓螺纹处的有效面积； de 螺栓有效直径；附表螺栓有效直径；附表9.2 (P455) ftb 螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉

57、强度设计值。 ftb 0.8f 假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均 匀分布，则一个拉力螺栓的承载力匀分布，则一个拉力螺栓的承载力 设计值：设计值： 7.6.3 7.6.3 普通螺栓的受拉连接普通螺栓的受拉连接 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （1 1）栓群轴心受拉）栓群轴心受拉 当外力通过螺栓群形心时，当外力通过螺栓群形心时，一般假定每个螺栓均匀受一般假定每个螺栓均匀受 力，力，因此连接所需的螺栓数目为：因此连接

58、所需的螺栓数目为： b t N N n （ 7.6.13） b t 2 e b te b t 4 f d fAN （7.6.11） 3. 3. 普通螺栓群受拉普通螺栓群受拉 N 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections M 刨平顶紧刨平顶紧 承托承托(板板) M 1 2 3 4 受压区受压区 y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和轴中和轴 (2(2）栓群承受弯矩作用）栓群承受弯矩作用 M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：作用下螺栓连接按弹

59、性设计，其假定为： 连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； 螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受 拉力与其至中和轴的距离成正比。拉力与其至中和轴的距离成正比。 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections M 刨平顶紧刨平顶紧 承托承托(板板) M 1 2 3 4 受压区受压区 y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和轴中和轴 显然显然1号螺栓在号螺栓在M作用下所受

60、拉力最大作用下所受拉力最大 )( 2211 byNyNyNM nn 由力学及假定可得：由力学及假定可得： )( 3 3 2 2 1 1 a y N y N y N y N n n 钢结构连接计算 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第七章第七章 连连 接接 Chapter 3 Connections 将式将式(c)代入式代入式(b)得得: : )( 1 1 3 1 1 32 1 1 2 cy y N Ny y N Ny y N N nn ； )( 1 2 1 1 22 2 2 1 1 1 dy y N yyy y N M n