钢结构的连接A

1、第三章钢结构的连接第三章钢结构的连接 第一节第一节 连接分类及特点连接分类及特点 一一.概述概述 连接的方式可分为两大类：焊缝连接和紧固件（螺栓、铆钉等） 连接。 焊接，又可分为对接焊缝连接和角焊缝连接. 紧固件连接指的是为铆钉连接和螺栓连接，常简称栓钉连接，而 螺栓连接又有普通螺栓连接和高强度螺栓连接 . 二、焊缝连接二、焊缝连接 1.焊缝连接方法焊缝连接方法 （1）电弧焊）电弧焊 最常用的一种焊接方法，分为手工电弧焊和（半）自动埋弧焊. 图3-1-2 连接示例 (a) 焊缝连接；(b) 铆钉连接立焊；(c) 螺栓连接 图3-1-3 手工焊示意图 图3-1-4 自动焊示意图 手工电弧焊所用焊

2、条应与焊件钢材(或称主体金属)相适应，一般 为： Q235钢采用E43型焊条(E4300E4328)； Q345钢采用E50型焊条(E5000E5048)； Q390钢和Q420钢采用E55型焊条(E5500E5518)。 焊条型号中，字母E表示焊条，前两位数字为熔敷金属的最小抗最小抗 拉强度拉强度(即分别为420、490、540 N/mm2)，第三、四位数字表示 适用焊接位置、电流以及药皮类型等。 不同钢种的钢材相焊接时，宜采用低组配方案低组配方案，即宜采用与低强 度钢材相适应的焊条。 埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应，即要求焊缝与 主体金属等强度。 （2）电阻焊）电阻焊 电阻焊是

3、利用电流通过焊件接触点表面时的电阻所产生的热量， 来熔化焊件金属，再利用压力使其焊合。它适用于焊接厚度为 612mm的板束。 (3)电渣焊电渣焊 电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的热阻，来熔化金属，使之 焊合。特别适用于焊接40mm厚度以上的焊件，而且焊件可以不 开坡口。 (4)气体保护焊气体保护焊 气体保护焊是用焊枪中喷出的惰性气体及自动送人焊丝代替焊剂 和焊条的一种焊接方法。主要用于手工操作，与手工电弧焊相比 较，速度快，焊接变形小。 焊缝连接的优点是：构造简单，任何形式的构件都可直接相连； 用料经济，不削弱截面；制作加工方便，既可手工施焊也可实现 自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大，整

4、体性较好。 其缺点是：在焊缝附近的热影响区内，易使局部材质变脆；焊接 残余应力和残余变形使构件受力时变形增加、降低了构件的稳定 性；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到 整体，低温冷脆问题较为突出。 3.焊缝连接形式和焊缝种类焊缝连接形式和焊缝种类 焊缝连接按被连接钢材的相互位置可分为对接（或平接）、搭接 （或错接）、T形（或顶接）连接和角接等。在T形连接中也有被 连接件不是垂直的情况。 (a)对接；(b)用拼接盖板的对接；(c)搭接；(d)、(e)T形连接；(f)、(g)角接 按照焊缝的空间位置，即施焊的方位，焊缝又可分为平焊、立 焊、横焊和仰焊。 (a)平焊； (b)立焊；

5、 (c)横焊； (d)仰焊 对接焊缝和角焊缝对接焊缝和角焊缝 在两焊件连接面的间隙内，用熔化的焊条金属填塞，并与焊件 熔化部分相结合，形成的焊缝称为对接焊缝。又分为全熔透和 部分熔透(非熔透)两种。 焊缝金属填充在被连接件形成的直（斜）角区域内的焊缝称为 角焊缝,广泛应用。 4.焊缝缺陷与焊接质量控制焊缝缺陷与焊接质量控制 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，以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良 等。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。 焊缝质量检验一般采用外观检查和内部无损探伤两种方法，前 者检查外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。 内部无损检验目前广泛采用

6、超声波，使用灵活、经济，对内部缺 陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；有时还用磁粉检验、荧光检 验等较简单的方法作为辅助；此外还可采用x射线或射线透照或 拍片，尤其x射线应用较广泛。 钢结构工程施工质量验收规范(GB50205)中规定焊缝按其检 验方法和质量要求分为一级、二级和三级一级、二级和三级。三级焊缝只要求对焊 缝作外观检查外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检外观检 查查且符合一级、二级质量标准外，还要求超声波检验超声波检验并符合相应 级别的质量标准，若超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用 射线探伤。外观和探伤检查的位置和数量也有专门的规定。 设计中对焊缝质量等级不应提出不

7、恰当的要求设计中对焊缝质量等级不应提出不恰当的要求 (i)在需要进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透，其质量 等级为作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与 角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级；作用力平行 于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级； (ii)不需要计算疲劳的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应予 焊透，其质量等级当受拉时应不低于二级，受压时宜为二级； (iii)重级工作制和起重量Q50t的中级工作制吊车梁的腹板与上 翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝均要 求焊透，焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不 应低于二级； (iv)不要求

8、焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角 接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为对直接 承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量Q50t的中级 工作制吊车粱，焊缝的外观质量应符合二级；对其他结构，焊缝 的外观质量标准可为三级。 5.焊缝图纸表示焊缝图纸表示 焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。引出线由 横线和带箭头的斜线组成。箭头指到图形上的相应焊缝处，横线 的上面和下面用来标注图形符号和焊缝尺寸。当引出线的箭头指 向焊缝所在的一面时，应将图形符号和焊缝尺寸等标注在水平 横线的上面；当箭头指向对应焊缝所在的另一面时，则应将图形 符号和焊缝尺寸标注在水平横线的下

9、面。 焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊 缝代号的同时，可在图形上加栅线表示，甚至可加注必要的说明， 直至表达清楚。 (a)正面焊缝； (b)背面埠缝； (c)安装焊缝 三、铆钉、螺栓连接三、铆钉、螺栓连接 1.铆钉连接铆钉连接 已不用 2.普通螺栓连接普通螺栓连接 普通螺栓连接施工较简便，拆装也很方便，它是安装连接的一种 重要方法。 螺栓材料的性能统一用螺栓的性能等级来表示，分为A、B、C三 个级别。A、B级用于机械，建筑用C级螺栓，有“4.6级”和 “4.8级”，而用于A、B级螺栓的有“5.6级”和“8.8级”。小 数点前的数字“4”、“5”、“8表示螺栓材料的抗拉强

10、度不小于 400N/mm2、500 N/mm2和800 N/mm2，小数点及后面的数字 “0.6”、“0.8”表示螺栓材料的屈强比。 A、B级为精制螺栓,孔为I类孔。虽然精度高，受剪性能好，但制 作复杂，安装困难，价格较高，很少在钢结构中采用 . C级螺栓为粗制螺栓，由未经加工的圆钢压制而成。成孔一般采 用在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成，属类孔。螺栓孔的 直径比螺栓杆的直径大23mm(螺栓杆直径小于24mm的为2mm、 大于24的为3mm、)。 3.高强度螺栓连接高强度螺栓连接 高强度螺栓采用高强度钢材制成。分8.8级、10.9级 ,，螺母和垫 圈也采用经过热处理 的45号和35号钢 制成

11、。 高强度螺栓连接分为摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓 连接。孔一般采用类钻孔，孔径比螺栓杆公称直径大1.5 2mm(摩擦型)或11.5mm(承压型)。 摩擦型连接的剪切变形小，弹性性能好，抗疲劳性能好，特别适 用于承受动力荷载的结构。 承压型高强度螺栓连接的承载力比摩擦型的高，可节约螺栓，但 剪切变形稍大，一般用于承受静力荷载。 通常对连接板件的接触面进行处理 ,以提高摩擦阻力. 螺栓连接称为紧固件连接。 第二节第二节 对接焊缝连接设计对接焊缝连接设计 一、对接焊缝的构造 对接焊缝的焊件为了保证焊透常需做成坡口，故又叫坡口焊缝。 坡口形式有直线形(不切坡口)、半V形(单边V形)、全V形

12、、双V形 (X形)、U形、K形。 坡口形式与焊件厚度有关。坡口形式与焊件厚度有关。 坡口形式和尺寸一般由施工单位根据建筑钢结构焊接技术规程 的规定再结合本企业的经验确定。 对于较厚的焊件(t20mm)，则采用U形、K形和X形坡口。对于V 形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。 当板宽或板厚不同时，规范规定：当焊件的宽度不同或厚度在一 侧相差4mm以上时，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成 坡度不大于l：25的斜角 . (a)直边缝；(b) (g)单边V形坡口；(c)V形坡口；(d)X形坡口；(e)U形坡口；(f)K形坡口 不同宽度和厚度板件的拼接 焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对

13、承载力影响 极大，故凡要求等强的对接焊缝施焊时应设置引弧板和引出板 （常常简述为引弧板），焊后将它割除。 在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大 量焊缝，同时焊缝的布置应尽可能对称于构件形心轴，以减少应 力集中现象并降低残余应力的影响。 二、对接焊缝的计算 对接焊缝分焊透和部分焊透两种 . 焊缝金属的强度一般高于母材，所以对接焊缝连接的破坏通常不 会在焊缝金属部位，而是在母材或焊缝附近的热影响区。但是， 由于焊接技术问题，焊缝中难免存在气孔、夹渣、咬边、未焊透 等缺陷。试验证明，这些缺陷对受压和受剪的对接焊缝影响不大， 但对受拉的对接焊缝影响却较为显著。 一、二级焊缝的一、二

14、级焊缝的抗拉强度可与母材相等抗拉强度可与母材相等，而三级焊缝允许存在的，而三级焊缝允许存在的 缺陷较多，其抗拉强度取为母材强度的缺陷较多，其抗拉强度取为母材强度的85%。 1.对接焊缝受轴心力作用： 式中 N轴心拉力或压力； lw 焊缝的计算长度。施焊时，焊缝两端设置引弧板和引出板 时，取焊缝的实际长度；无引弧板和引出板时，取实际长度减去 2t； t在对接接头中连接件的较小厚度；在T形接头中为腹板厚度； 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值，见附录1附表1.2。 仅三级焊缝的抗拉强度比母材低。故当设置引弧板和引出板时， 只有三级焊缝才需按式(3.3.1)进行抗拉强度验算。 ww t w ff tl

15、N c 或 ww t ff c 、 (a)垂直焊缝； (b)斜向焊缝 如果用直缝不能满足抗拉强度要求时，可采用如图3-2-4(b)所示 的斜对接焊缝。计算表明，焊缝与作用力N的夹角满足 时，斜焊缝长度的增加能抵消抗拉强度的不足，可不再进行验 算 . 采用对接焊缝通常为二级采用对接焊缝通常为二级,必要时取一级必要时取一级 2. 对接焊缝承受弯矩和剪力的共同作用对接焊缝承受弯矩和剪力的共同作用 5 . 1tan ww t w ff W M c 或 w v w w f tI VS 式中 M、V焊缝截面所承受的弯矩、剪力； Ww、Iw焊缝截面对中性轴的抗弯模量和惯性矩，注意无引 弧板和引出板时，每条焊

16、缝的计算长度等于实际长度减去2t； Sw计算剪应力处以上焊缝截面对中性轴的面积矩； 对接焊缝的抗剪强度设计值，见附录1附表1.2； w v f 对接焊缝受弯矩和剪力联合作用 图(b)所示是工字形截面粱的对接焊缝接头，除应分别验算最大正 应力和剪应力外，对于同时受有较大正应力和较大剪应力的腹板 与翼缘交接点处，还应按下式验算折算应力： 式中 1、1验算点处的焊缝正应力和剪应力； 1.1考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适 当提高的系数。 3.承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 当轴心力与弯矩、剪力共同作用时，焊缝的最大正应力应为轴心 力和

17、弯矩引起的应力之和，剪应力、折算应力按前述公式验算。 三、部分焊透的对接焊缝 部分焊透的对接焊缝常用于外部需要平整的重型箱形截面柱和厚 板T形连接。 部分焊透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的形式和尺寸。坡 口形式分（单边）V形、U形和J形，其强度计算方法与下节所述 的直角角焊缝相似 . w t f1 . 13 2 1 2 1 (a)双面V形坡口;(b)单边V形坡口;(c)双面单边V形坡口；(d)U形坡口；(e)J形坡口 第三节第三节 角焊缝连接设计角焊缝连接设计 一、角焊缝形式一、角焊缝形式 角焊缝受力特点与对接焊缝完全不同，其的应力状态要复杂得多， 且容易引起应力集中现象，但对被连接件加工

18、精度要求低、施工 方便而常常被采用。 角焊缝一般用于搭接连接和T形连接。焊缝长度方向垂直于力作 用方向称为正面角焊缝（亦称端焊缝）、平行于力作用方向称为 侧面角焊缝（亦称侧焊缝）、如图3-3-1。 焊缝沿长度方向的布置分为连 续角焊缝和断续角焊缝二种(图 3-3-2)。连续角焊缝的受力性 能较好，为主要的角焊缝形式。 断续角焊缝的起、灭弧处容易 引起应力集中，重要结构应避 免采用，只能用于一些次要构 件或次要焊缝的连接中。断续 角焊缝焊段的长度不得小于 10hf（hf为焊角尺寸）或 50mm，断续角焊缝的间断距 离l也不宜过长，以免连接不紧 密，潮气侵入引起构件锈蚀。 二、角焊缝截面与受力特点

19、二、角焊缝截面与受力特点 当角焊缝两焊脚边的夹角为90时，称为直角角焊缝，即一般所 指的角焊缝，是建筑结构中最常用的角焊缝. (a)等焊角（凸形）； (b) 不等焊角； (c) 等焊角（凹形） 角焊缝的表面一般做成凸形， 但对直接承受动力荷载结构 中的角焊缝，为了减少应力 集中，常将焊缝表面做成凹 形。但是经验表明，由于凹 形表面收缩时拉应力较大， 容易在焊后产生裂纹，而凸 形焊缝收缩时反而不容易开 裂。 正面角焊缝的根部(图中的 “A”点)和趾部(图中的“B” 点)都有很大的应力集中。 应力集中系数随根部的熔深 大小和焊趾处斜边与水平边 夹角而变。增大熔深和减 小夹角均可大大降低应力 集中系

20、数。 对直接承受动态荷载结构中的 正面角焊缝，根据国内外的试 验资料，认为为了满足疲劳强 度的要求，最好两焊脚尺寸比 例为1：3(=18.4)。但施工时， 焊缝表面坡度愈小施焊愈困难， 需要多次堆焊才能形成，这样 反而影响焊缝质量。因此，我 国现规范根据实际情况规定两 焊脚尺寸比例为1：1.5(长边顺 内力方向)。 侧面角焊缝(图a)主要承受剪应力，塑性较好，弹性模量低，强度 也较低。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而应力沿焊缝长 度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。 正面角焊缝(图b)由于力线弯折受力更复杂，截面中的各面均存在 正应力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。另一方面

21、由 于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端。正 面角焊缝的静力破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形要差些。 三面围焊使构件截面中的应力较为均匀，与两面侧焊相比，焊缝 附近的构件主体金属疲劳强度较高 。 角焊缝的应力 三、角焊缝的尺寸要求三、角焊缝的尺寸要求 1、最小焊脚尺寸。如果板件厚度较大而焊缝过小，则施焊时焊 缝冷却速度过快而产生淬硬组织，易使焊缝附近主体金属产生裂 纹。这种现象在低合金高强度钢中尤为严重。 要求： 式中，t为较厚板件的厚度为较厚板件的厚度，单位mm；当焊件厚度4mm时，则 最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同，即hf4mm。 2、最大焊脚尺寸。角焊缝的焊脚尺寸不能过大

22、，否则易使母材 形成“过烧”现象，而使构件产生较大的焊接残余变形和残余应 力。 要求： hf1.2tmin tmin为较薄焊件的厚度。 3、不等焊脚尺寸的应用。当两焊件厚度相差悬殊时(下图)，用 等焊脚尺寸往往无法满足最大和最小焊脚尺寸的规定。为解决这 一矛盾，规范推荐采用不等焊脚尺寸。 th f 5 . 1 4、侧面角焊缝的最小长度 侧面角焊缝的计算长度: lf 8hf和和40mm 5.侧面角焊缝的最大计算长度: lf60hf 若内力沿侧面角焊缝全长分布、以及粱的支承加劲肋与腹板连接 焊缝等，计算长度可不受上述限制。 侧面角焊缝的应力分布 5、搭接长度。采用正面角焊缝的搭接连接，受力时会产生

23、附 加弯矩(下图)，搭接长度愈小附加弯矩影响愈大；另外焊 缝距离愈近，收缩应力也愈大。 搭接长度不得小于5tmin(tmin为焊件 的较小厚度)，并不得小于25mm。 四、角焊缝的围焊和绕角焊四、角焊缝的围焊和绕角焊 1、构件端部与节点板的连接焊缝一般宜采用两面侧焊，也可采 用三面围焊； 2、L形围焊 ，一般用于受力不大的角钢杆件或者有特殊需要之 处； 3、围焊的转角处是连接的重要部位，如在此处熄火或起落弧会 加大应力集中的影响，所以所有围焊的转角处必须连续施焊。 4、在非围焊的情况下，角焊缝的端部正好在构件连接的转角处， 如此处做长度为2hf的绕角焊，可以避免起落弧缺陷引起转角处 过大的应力

24、集中。 五、直角角焊缝强度计算的基本公式五、直角角焊缝强度计算的基本公式 直角角焊缝的破坏常发生在 喉部及其附近，通常认为直 角角焊缝是以45方向的最小 截面(即有效厚度与焊缝计算 长度的乘积)作为有效截面或 称计算截面。可求得作用于 有效截面上的三种应力：垂 直于有效截面的正应力、 垂直于焊缝长度方向的剪应 力、以及沿焊缝长度方向 的剪应力。计算有效厚度 he时，不考虑熔深和凸度。 而角焊缝的强度与熔深有很 大的关系，尤其时埋弧自动 焊的熔深较大，若考虑熔深 将有效厚度增大，可带来较 大的经济效益。 直角角焊缝截面如图。 角焊缝有效截面上的应力 1.在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下，对

25、正面角 焊缝： 对侧面角焊缝： w ff we f f lh N w f we f f lh N 2、f和和f 共同作用时：共同作用时： 式中， f 按焊缝有效截面（ helw ）计算，垂直于焊缝长度方 向的应力； f 按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力; he角焊缝的计算厚度；he=0.7hf ； lw角焊缝的计算厚度，有引弧板为lf；无引弧板为lf 2hf； f 正面角焊缝的强度增大系数：承受静载和间接承受动载时为 1.22，直接承受动载时为1.0。 1、承受轴心力作用时角焊缝连接计算、承受轴心力作用时角焊缝连接计算 w ff f f f 2 2 当采用三面围焊时，拼接板的宽 度通

26、常可根据被连接件的宽度来 确定: 计算侧面角焊缝的强度（确定焊 缝长度）： (2)承受斜向轴心力的角焊缝连 接计算： 将力N分解为垂直于和平行于焊 缝方向的分力,利用基本公式计 算。 (3)承受轴心力的圆形周边角焊 缝计算 用下式近似验算： we f wf lhfN w f we f f lh NN w f wff f lh N 7 . 0 fw hdl7 . 02 (4)承受轴心力的角钢角焊承受轴心力的角钢角焊 缝计算缝计算 钢桁架中，弦杆、腹杆承受 中心拉力或压力，这些杆件 常常采用角钢组成,焊缝所 传递的合力的作用线应与角 钢杆件的轴线重合 ,肢背处 受力大而肢尖处受力小，可 用内力分配

27、系数量化。 对于图(a)所示角钢只用 侧焊缝连接时，设N1、 N2分别为角钢肢背焊缝 1 . 1 f 和肢尖焊缝承担的内力，由平衡条件得： ， 式中：K1、K2为焊缝内力分配系数，可按表查得。 角钢角焊缝内力分配系数 NkN ee e N 1 21 2 1 NkN ee e N 2 21 1 2 对于三面围焊（图(b)），可先确定正面角焊缝所分担 的轴心力： 再通过平衡关系可解得： 当杆件受力很小时，可采用L形围焊（图(c)），令， 由上式得： 代入前式得： 2.弯矩、轴心力和剪力联合作用下的角焊缝连接计算弯矩、轴心力和剪力联合作用下的角焊缝连接计算 (1)承受偏心斜向力的角焊缝连接计算 图所

28、示的双面角焊缝连接承受偏心斜拉力N的作用 ,图 中A点应力最大、为控制设计点。此处垂直于焊缝长 度方向的应力由和M产生的两部分组成： 22 3 1 3 21 2 1 N Nk N N ee e N 33 7 . 0 w f wff lfhN 22 3 2 3 21 1 2 N Nk N N ee e N NkN 23 2 NkkN)( 211 平行于焊缝长度方向的应力为： 得 2 6 wewe x f lh M lh N we y f lh N w ff f f f 2 2 (2) 受弯矩作用（牛腿）角焊缝连接计算受弯矩作用（牛腿）角焊缝连接计算 图所示角焊缝的连接，承受弯矩M和剪力V的联合作

29、用。一 般假定剪力仅由竖直腹板焊缝承受，而弯矩则由全部焊缝 承受。 翼缘焊缝最外纤维处的应力为： w ff w f f h I M 2 1 式中 Iw全部焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩； M全部焊缝所承受的弯矩； h上下翼缘焊缝有效截面最外纤维之间的距离。 腹板焊缝承受垂直于焊缝长度方向、沿梁高度呈三角形分布的 弯曲应力和平行于焊缝长度方向、且均匀分布的剪应力的作用， 设计控制点为翼缘与腹板交汇点处A，其弯曲应力和剪应力分 别按下式计算： ， 有 (3) T形截面牛腿角焊缝连接计算形截面牛腿角焊缝连接计算 “A点由弯矩产生的垂直于焊缝长度方向的应力为： 2 2 2 h I M w f 22 w

30、e f lh F 2 y I Fe w f w ff f f f 2 2 由剪力F产生的剪应力为： 式中 IW 全部焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩； y2 中和轴至A点的距离。 竖直焊缝有效面积之和。 有 22 we f lh F 22 we lh w ff f f f 2 2 3.承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的角焊缝连接计算承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的角焊缝连接计算 (1)环形角焊缝承受扭矩环形角焊缝承受扭矩T作作 用时的计算用时的计算 式中， r圆心至焊缝有 效截面中线的距离； Ip 焊缝有效截面的极惯 性矩，可取 : (2)两平行直线形角焊缝搭两平行直线形角焊缝搭 接牛腿接牛腿 在扭矩

31、T作用下，假设被连 接件是绝对刚性的，它有绕 焊缝形心o旋转的趋势。 w f p f f I Tr 3 2rhI ep 这样，焊缝上任一点的应力，其方向垂直于该点与o点的连线、 大小与距离r成正比。此焊缝的最危险点为A点或A点，扭矩T在 此点产生的应力为： 分解为垂直于焊缝长度方向的应力和沿焊缝长度方向的剪应力： ， 由轴心作用的剪力V=F产生的沿焊缝长度方向的应力： 有： p T I Tr p yy Tf I Tr r r p xx TT I Tr r r we V lh F w fVT f f f 2 2 式中：Ip-为焊缝有效截面 的极惯性矩， (3)围焊承受剪力和扭矩作围焊承受剪力和扭

32、矩作 用时的计算用时的计算 该连接角焊缝承受竖向剪 力VF和扭矩TFe作用。 计算角焊缝在扭矩T作用 下产生的应力时，假定被 连接件是绝对刚性的，它 有绕焊缝形心o旋转的趋 势，而角焊缝本身是弹性； 角焊缝群上任一点的应力 方向垂直于该点与形心的 连线，且应力大小与连线 长度r成正比。 计算公式同前。 23 12 1 2 xweweyxp rlhlhIII 23 12 1 2 xweweyxp rlhlhIII 第四节第四节 焊接残余应力和焊接残余变形焊接残余应力和焊接残余变形 一、焊接残余应力及残余变形的产生一、焊接残余应力及残余变形的产生 二、焊接残余应力二、焊接残余应力 1.纵向焊接残余

33、应力纵向焊接残余应力 纵向焊接残余应力指的是沿焊缝长度方向的焊接应力 2.横向焊接残余应力横向焊接残余应力 横向焊接残余应力指的是垂直于焊缝长度方向的焊接应力。 （a）纵向收缩引起的横向残余应力 （b）横向收缩引起的横向残余应力； （c）横向残余应力合成 3.沿厚度方向的焊接残余应力沿厚度方向的焊接残余应力 厚度方向焊接残余应力指的是沿构件厚度方向的焊接应力。 施焊方向对横向焊接残余应力的影响 4.焊接残余应力对结构性能的影响焊接残余应力对结构性能的影响 （1）对结构构件静力强度的影响 不会影响结构强度 （2）对结构构件刚度的影响 降低结构的刚度 （3）对结构构件其它方面的影响 对结构的疲劳强

34、度有明显的 不利影响 ;增加钢材在低温下的脆断倾向 . 三、焊接残余变形三、焊接残余变形 四、减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法四、减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法 设计方面，采用适宜的焊脚尺寸和长度，搭接角焊缝宜采用细长 焊缝，不用粗短焊缝；焊缝尽可能对称布置，连接尽量平滑；避 免焊缝过分集中或多方向焊缝相交于一点，常采用使次要焊缝断 开而主要焊缝连续通过的构造；搭接连接中不应只采用正面角焊 缝传力；焊缝应布置在焊工便于施焊的位置，尽量避免仰焊。 焊接工艺，应采用合理的焊接顺序和方向，用对称焊、分段焊、 厚度方向分层焊等；应先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小 的焊缝，先焊错开的短缝，

35、后焊通直的长缝，；先焊使用时受力 较大的主要焊缝，后焊受力较小的次要焊缝，采用预热和后热措 施，即旋焊前先将构件整体或局部预热至100C300，焊后 保温一段时间，从而降低焊接残余应力并减少发生裂纹的危险； 采用高温回火以减小焊接残余应力；用头部带小圆弧的小锤轻击 焊缝。 第五节第五节 普通螺栓连接设计普通螺栓连接设计 一、普通螺栓连接构造一、普通螺栓连接构造 1.最少螺栓数要求最少螺栓数要求 每一杆件在节点上以及拼接接头一端，螺栓 数目不宜少于2个。 2.螺栓排列螺栓排列 螺栓的排列应尽量简单、统一、紧凑 ,常用的螺栓布置有并列和 错列两种(图，中距有时也称线距、栓距)。 受力要求：受力要求

36、：从受力的角度以构造要求的形式规定了最大和最小的 螺栓容许距离。 构造要求：构造要求：当螺栓之间的距离过大时，被连接的构件接触面就不 够紧密，潮气容易浸入缝隙而造成腐蚀，所以要规定螺栓的最大 容许距离。 施工要求：施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓扳手，因此规定了 螺栓的最小容许间距。 螺栓的最小和最大容许间距 四、普通螺栓的抗剪连接计算四、普通螺栓的抗剪连接计算 普通螺栓连接按受力情况可分为三类：螺栓只承受剪力；螺 栓只承受拉力；螺栓承受拉力和剪力的共同作用。 1.破坏类型破坏类型 (1)栓钉杆被剪断。栓钉杆被剪断。(2)较薄的连接板被挤压破坏较薄的连接板被挤压破坏。通常又把这种破 坏

37、称为栓钉承压破坏； (3)板被拉板被拉(压压)坏。坏。 (4)板件端部被剪坏。板件端部被剪坏。 当栓钉孔距板端太近时，可能出现这种破坏。 (5)螺栓杆受弯破螺栓杆受弯破 坏。坏。 2.抗剪连接的工作性能抗剪连接的工作性能 (1)摩擦传力的弹性阶段 (2)滑移阶段 (3)栓杆直接传力的弹性阶段 (4)弹塑性阶段 解扣现象，解扣现象，因而螺栓群承载力较单个螺栓承载力之和低，计算时 应考虑折减。 3.单个普通螺栓的抗剪承载力计算单个普通螺栓的抗剪承载力计算 b VV b V f d nN 4 2 式中 nv受剪面数目，常见的搭接为单剪nv1、加上下 盖板的为双剪nv2； d螺杆直径； 螺杆抗剪强度设

38、计值，见附录1中的附表1.3。 单个螺栓的承压承载力设计值为： 式中 t同一受力方向的承压构件的较小总厚度； 承压强度设计值，见附录1中的附表1.3。 4.普通螺栓群的抗剪承载力计算普通螺栓群的抗剪承载力计算 (1)普通螺栓群轴心受剪 一个螺栓抗剪承载力设计值与承压承载力设计值的较 小值。 b V f b c b c tfdN b c f b V N N n min b V N min 当连接长度l115d0时，考虑将螺栓的抗剪承载力设计值折 减降低、仍按平均值计算。此折减系数可归纳为： 则对长连接，所需抗剪螺栓数为： (2)普通螺栓群偏心受剪 7 . 0 150 1 . 1 0 1 d l

39、b V N N n min 栓钉受力大小与其到形心的距离成正比，则： 故得螺栓i因力矩T而产生的剪力为： 在扭矩T作用下的剪力在x、y轴方向的分量： n T n TT rNrNrNT 2211 n T n TT r N r N r N 2 2 1 1 222 2 2 2 2 1 1 1 )()()()( i i T i n n T n TT r r N r r N r r N r r N T 222 ii i i i T i yx Tr r Tr N 22 ii i i i T i T ix yx Ty r y NN 22 ii i i i T i T iy yx yx r x NN 螺栓群偏

40、心受剪时，受力最大的螺栓1所受的合力 为： 五、普通螺栓的抗拉连接计算五、普通螺栓的抗拉连接计算 1.单个普通螺栓的抗拉承载力单个普通螺栓的抗拉承载力 受拉螺栓的撬力 连接刚度对受拉螺栓的影响 b V T y FT x NNNNN min 2 11 2 11 普通螺栓抗拉强度设计值只取为螺栓钢材抗拉强度设计值的螺栓钢材抗拉强度设计值的 0.8倍倍. 单个抗拉螺栓的承载力设计值为: 式中 de、Ae螺栓的有效直径和有效截面面积，要考虑螺 纹的 影响，见附录8中的附表8.1； 螺栓抗拉强度设计值。 2.普通螺栓群轴心受拉计算普通螺栓群轴心受拉计算 连接所需螺栓数为: 3.普通螺栓群偏心受拉（轴心力

41、和弯矩共同作用）计算普通螺栓群偏心受拉（轴心力和弯矩共同作用）计算: 剪力V直接通过承托板传递，螺栓受轴心力和弯矩作用 b t e b te b t f d fAN 4 2 b t N N n K y N y N y N y N n M n i M i MM 2 2 1 1 b t f , , 螺栓群承受偏心拉力 11 KyN M 22 KyN M n M n KyN n M ni M i MM yNyNyNyNM 2211 ， 底排与顶排螺栓受力分别为最小和最大： ， 式中 n连接中螺栓总个数； y1“1”号即顶排螺栓到旋转轴的距离； yn“n”号即底排螺栓到旋转轴的距离； yi“i”号螺栓

42、到旋转轴的距离； 当由上式算得的Nmin0时，说明所有螺栓均受拉，构件绕栓 钉群形心轴旋转，此时应验算满足条件： 2 1 22 2 2 1ni KyKyKyKyM 2 i yKM2 i y M K 2 min i n y My n N N 2 1 max i y My n N N b t NN max 计算就会出现Nmin0的情况，表示该连接的下部螺栓受压，而这 是不可能的 .这时应按构件绕底排螺栓连线轴z一z转动： e轴心力N到底排螺栓连线轴的距离； 顶排螺栓到底排螺栓连线轴的距离， 连接中所有螺栓到旋转轴(底排螺栓连线轴)的距离平方 和 当无轴心力N而只有弯矩M作用时，是这种连接的一个特例。 六、普通螺栓受剪力和拉力联合作用的连接计算六、普通螺栓受剪力和拉力联合作用的连接计算 兼受剪力和拉力的普通螺栓 (图), 应考虑两种可能的破坏形式： 一是螺杆受剪 受拉破坏；二是孔壁承压破坏。 b t i Ny y Ne N 1 2 max 2 i y 1 y 1 22 b t t b V V N N N N Nv,Nb一个螺栓所承受的剪力和拉力设计值； 一个螺栓的螺杆抗剪和抗拉承载力设计值。 孔壁承压的计算式应为： 一个螺栓孔壁承压承载力设计值。 b V N b t N b cV NN b c N 第六节第六节 高强度螺栓连接设计高强度螺栓连接设