第3章钢结构连接

1、 钢结构的连接方法 一、一、焊缝连接焊缝连接 对接焊缝连接对接焊缝连接 优点：优点：不削弱截面，方便施工，易于自动化操不削弱截面，方便施工，易于自动化操 作，连接刚度大；作，连接刚度大； 缺点：缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感，材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感， 低温冷脆。低温冷脆。 角焊缝连接角焊缝连接 钢结构常用焊接方法 1.1.手工电弧焊手工电弧焊 A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊件焊条应与焊件 钢材相适应。钢材相适应。 原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 焊机焊机 导线导线 熔池熔池 焊条焊条 焊钳焊钳

2、保护气体保护气体 焊件焊件 电弧电弧 Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518) Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048) B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E焊条焊条( (Electrode) ) 第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2) ) 第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。 不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接

3、，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。 缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。 优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接； Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328) C C、优、缺点、优、缺点 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 焊丝转盘焊丝转盘 送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗 焊剂焊剂 熔渣熔渣 焊件焊件 埋弧自动焊埋弧自动焊 A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。

4、 B B、优、缺点：、优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低， 焊接质量好。焊接质量好。 缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。 机机 器器 优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质 量好。量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。 三、螺栓连接三、螺栓连接 优点：优点：连接刚度大，塑性和韧性好，连接刚度大，塑性和韧性好， 传力可靠，适于直接承受动力荷载；传力可靠，适于直接承受动力荷载； 分为：分为： 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接 二、

5、铆钉连接二、铆钉连接 N 缺点：缺点：用钢量多，对施工技术用钢量多，对施工技术 要求很高，劳动强度大，施工要求很高，劳动强度大，施工 条件差，条件差， 施工速度慢。施工速度慢。 1.1.焊接连接形式焊接连接形式 搭接搭接 平接平接 T型连接型连接 角部连接角部连接 （1）对接焊缝）对接焊缝 对接正焊缝对接正焊缝 （2）角焊缝）角焊缝 T型对接焊缝型对接焊缝对接斜焊缝对接斜焊缝 l用料经济，传力平稳，动用料经济，传力平稳，动 力性能好力性能好 l较厚的板需开剖口，费工较厚的板需开剖口，费工 l施工简便施工简便 l传力不均，应力集中严重，传力不均，应力集中严重， 搭接时费料搭接时费料 焊缝位置焊缝

6、位置 1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷 外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸； 内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方 法。还可以采用法。还可以采用X X射线或射线或 射线透照或拍片。射线透照或拍片。 钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定：规定： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级 和三级。和三级。 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-

7、2003）中，对焊）中，对焊 缝质量等级的选用有如下规定：缝质量等级的选用有如下规定： (1) (1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向 的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 (2) (2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材 等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 （）重级工作制和起重量（）重级工作制和起重量 的中级工作的中级工作 制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆制

8、吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆 与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝， 不应低于二级。不应低于二级。 （）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力（）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力 荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工 作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。 1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式: : 3.3 对接焊缝的构造与计算 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和 施工条件施工条件有关。有关

9、。 t-t-焊件厚度焊件厚度 (1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。 c 钝边钝边p=2-3mm 100 C C=0.52mm （a） C=23mm （b） C=23mm （C） p p （d） C=34mmp p C=34mm p p （e） C=34mm p p （f） 1:2.5 1:2.5 NN t 1、轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算 )283( w c w t w ff tl N 或 式中：式中： N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t板件较小厚

10、度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； f ft tw w、f fc cw w 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。 NN l lw w t A 当不满足上式时，可采用斜对当不满足上式时，可采用斜对 接焊缝连接如图接焊缝连接如图B。 w v w w c w t w f tl N ff tl N cos sin 或 另另: :当当tan1.5tan1.5时时, ,不用验算不用验算! ! NN t B Nsinsin Ncoscos l lw w lw：焊缝的计算长度，焊缝的计算长度， 有引弧板有引弧板lw= l ，无引，无引 弧板弧板l-2t。

11、l lw w t A M V )293( 6 2 max w t w w f tl M W M )303( 2 3 max w V w w w f tl V tI VS 因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、 V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为： 故其强度计算公式为：故其强度计算公式为： 式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。 （1）板件间对接连接）板件间对接连接 M V1 焊缝截面焊缝截面 A A、对于焊缝的、对于焊缝的max max和 和max max应满足式 应满足式3-

12、29和和3-30要求；要求； max 1 1 max B B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求： )313(1 . 13 2 1 2 1 w t f 1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。 100010 -25016 q =150kN/m max 1 max 1 2.4m 8m 1000 250 16 10 q 2.4m R=600kN 100010 25016 222 1 2 1 2439 .1733 e=150106 V=150kN 12

13、190 10 200 y2 y1 焊缝有效截面焊缝有效截面T形牛腿对接焊缝连接形牛腿对接焊缝连接 he hf hf 普通式普通式 he hf 1.5hf 平坡式平坡式 1 1、角焊缝的形式、角焊缝的形式: : 3.4 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝 （1）直角角焊缝 he hf hf 凹面式凹面式 用于直接承用于直接承 受动载的侧受动载的侧 缝。缝。 用于直接承用于直接承 受动载的端受动载的端 缝。缝。 按he=0.7hf 斜角角焊缝 按he=0.7hf (a) hf hf hf hf a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝 (b) 按he=hf c

14、os hf hf hf hf 2 按he=hf cos 2 （2）斜角角焊缝 对于对于135135o o 或或606mmt6mm时，时，h hf,max f,maxt-(1 t-(12)mm2)mm； hf f t t1 1 t )(5 . 1 2min, 计计算算数数值值只只进进不不舍舍！th f fw hl60 注注： 1 1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑； 2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。 mmhl fw 408且不得小于且不得小于 bl w B、为了避免焊缝横向收、为了避免焊缝

15、横向收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定： ）（或 ）（ mmtmm mmttb 12200 1216 1 11 t1 t2 b w l C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2h2hf f的的绕绕 角焊角焊，且转角处必须连续施焊。，且转角处必须连续施焊。 b w l 2hf f 255 1且 且t t1 t2 hf he h h1 h2 d e he lw w h-h-焊缝厚度、焊缝厚度、h h1 1熔深熔深 h h2 2凸度、凸度、dd焊趾、焊趾、ee焊根焊根 )13()(3 222 w u f 3 3、由于我国规

16、范给定的角焊由于我国规范给定的角焊 缝强度设计值，是根据抗剪条缝强度设计值，是根据抗剪条 件确定的故上式又可表达为：件确定的故上式又可表达为： 式中：式中： w u f-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度 )23(3)( 3 222 w f w u ff he lw w )43( we x f lh N ) 33( we y f lh N N Ny Nx 2 f f f = f h he e l lw w 45O45O h hf f w ff ff f3 2 3 2 2 22 将将3333、3434式，代入式，代入3232式得：式得： ：得 1.22整理上式，并令 2 3 f )53( 2

17、2 w ff f f f 式式3535即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式 f f正面角焊缝强度增大系数；正面角焊缝强度增大系数； 静载时取静载时取1.221.22，动载时取，动载时取1.01.0。 )63( w ff ew f f hl N 对于正面角焊缝，对于正面角焊缝，f f=0=0，由，由3535式得：式得： 对于侧面角焊缝，对于侧面角焊缝，f f=0=0，由，由3535式得：式得： )73( w f ew f f hl N 以上各式中：以上各式中： h he e=0.7h=0.7hf f； l lw w角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝

18、取其角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实际长度减去实际长度减去2h2hf f。 ew w ff hlfN 四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算 w f we f f lh N 1 1、轴心力作用下、轴心力作用下 (1)(1)轴心力作用下的盖板对接连接轴心力作用下的盖板对接连接: : A A、仅采用侧面角焊缝连接：仅采用侧面角焊缝连接： C C、采用三面围焊连接：采用三面围焊连接： w f ew f f hl NN NN l lw w l lw w B B、仅采用正面角焊缝连接：仅采用正面角焊缝连接： w ff ew f f hl N D D

19、、采用四面菱形围焊连接：、采用四面菱形围焊连接： E E、采用塞焊连接：、采用塞焊连接： N N w f f dn N 2 4 (2)(2)角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接 )113( )103( 2211 21 eNeN NNN 由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: : 故故: : )133( )123( 2 21 1 2 1 21 2 1 Nk ee e NN Nk ee e NN 肢肢尖尖焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数 肢肢背背焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数 2 21 1 2 1 21 2 1 k ee e k k ee e k N e1 e2 b N1 N2 xx l lw1 w1 l

20、lw2 w2 )153( )143( 22 2 2 11 1 1 w f ew f w f ew f f hl N f hl N 对于校核问题对于校核问题: : 对于设计问题对于设计问题: : )173( )163( 2 2 2 1 1 1 w fe w w fe w fh N l fh N l N e1 e2 b N1 N2 xx l lw1 w1 l lw2 w2 B B、采用三面围焊、采用三面围焊 )213( 2 )203( 2 3 22 3 11 N NkN N NkN 由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: : )183( 333 w ffew fhlN )193( 33 w ffe f

21、bhN 余下的问题同情况余下的问题同情况A，即，即: : N e1 e2 b N1 N2 xx N3 l lw1 w1 l lw2 w2 )153( )143( 22 2 2 11 1 1 w f ew f w f ew f f hl N f hl N 对于校核问题对于校核问题: : 对于设计问题对于设计问题: : )173( )163( 2 2 2 1 1 1 w fe w w fe w fh N l fh N l N e1 e2 b N1 N2 xx N3 l lw1 w1 l lw2 w2 )233( )223(2 31 23 NNN NkN C C、采用、采用L L形围焊形围焊 代入式

22、代入式3-203-20，3-213-21得得: : 对于设计问题对于设计问题: : 0 2 N )243( 3 3 3 1 1 1 w w ff e w fe w lf N h fh N l N e1 e2 b N1 xx N3 l lw1 w1 max t 12 2 2、N、M、V共同作用下共同作用下 (1)(1)弯矩作用下角焊缝强度计算弯矩作用下角焊缝强度计算 w ff wew f f lh M W M 2 6 2 w l 2 w l M M M h he eh he e t t (2(2) )偏心轴力作用下角焊缝强度计算偏心轴力作用下角焊缝强度计算 2 , 6 weew M A N AA

23、f lh M hl N ew V AAf hl V , w f V A f M A N A Af f Af f 2 2 2 , 2 , F e N V 2 w l 2 w l M A Nx Nx M M Ny Ny h he eh he e t t ( (3) ) V、M共同作用下焊缝强度计算共同作用下焊缝强度计算 h1 fA fA fB fB f f w ff w fA f h I M 2 1 对于对于A点：点： 式中：式中：I Iw w全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩； h h1 1两翼缘焊缝最外侧间的距离。两翼缘焊缝最外侧间的距离。 xx h h2 B

24、B A h1 M e F V M 对于对于B点：点： w f we ffB w fB f lh Vh I M 2 ,2, 2 2 w ffB f fB f 2 2 强度验算公式：强度验算公式： 式中：式中：l lw,2 w,2 腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度； h he,2 e,2 腹板焊缝截面有效高度。腹板焊缝截面有效高度。 h1 f1 f1 f2 f2 f f xx h h2 B B A h1 M V M max t 12 376 8 12 l l1 l l2 xx y y A A 0 T r 故：该连接的设计控制点为故：该连接的设计控制点为A A点和点和AA点点 ( (1) )

25、T作用下焊缝强度计算作用下焊缝强度计算 xx y y r rx ry A T TAx Ax T TAy Ay TA TA 0 Vy Vy h he e xx y y r rx ry A T TAx Ax T TAy AyTA TA 0 Vy Vy h he e )253( yx T A II rT J rT T作用下作用下A点应力点应力: : 将其沿将其沿x x轴和轴和y y轴分解轴分解: : J rT r r J rT J rT r r J rT xx T T Ay yy T T Ax cos sin e2x0 l l1 l l2 xx y y A A 0 T r w f T Ax f T

26、Ay f 2 2 剪力剪力V作用下作用下,A,A点应力点应力: : we V Ay lh V 轴力轴力N作用下作用下,A,A点应力点应力: : we N Ax lh N 扭矩扭矩T作用下作用下,A,A点应力点应力: : J rT J rT x T Ay yT Ax e2x0 l l1 l l2 xx y y A A 0 T V r N xx y y r rx ry A T TAx Ax T TAy Ay TA TA 0 Vy Vy h he e AN AV A A点垂直于焊缝长度方点垂直于焊缝长度方 向的应力为向的应力为: : T Ay V Ayf A A点平行于焊缝长度方点平行于焊缝长度方

27、向的应力为向的应力为: : 强度验算公式：强度验算公式： w ff f f f 2 2 w f N Ax T Ax f V Ay T Ay f 2 2 即： N Ax T Axf 2 22 2 2 2 /160 /3 .14773.96 22. 1 3 .3629.99 mmNf mmN w f T Ax f V Ay T Ay 1 1 2 2 h hf1 f1 h hf1 f1 h hf2 f2 h hf2 f2 h he2 e2 h he1 e1 b b1 1 b b2 2 图图A 1 1 2 2 h hf1 f1 h hf1 f1 h hf2 f2 h hf2 f2 h he2 e2 h

28、 he1 e1 b b 图图B 1 1、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算，、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算， 规范规定：对于两焊脚边夹角规范规定：对于两焊脚边夹角60o135o的的 斜斜T T形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相 同的计算公式，且统一取同的计算公式，且统一取f=1.0。 2 cos sin 21i i fiei bbb hh 、或或 式中：式中：1.5mmb1.5mmb、b b1和和b b25mm5mm 说明：说明： A. bA. b1和和b b21.5mm1.5mm时时, , 可取可取b b1、b b2=0=0 B.

29、bB. b1和和b b2 5mm 5mm时时, , 应如图应如图“B”B”方式处方式处 理，且使理，且使b5mmb5mm。 1 1 2 2 h hf1 f1 h hf1 f1 h hf2 f2 h hf2 f2 h he2 e2 h he1 e1 b b1 1 b b2 2 图图A 1 1 2 2 h hf1 f1 h hf1 f1 h hf2 f2 h hf2 f2 h he2 e2 h he1 e1 b b 图图B 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上 产生不均匀的温度场，焊缝处可达产生不均匀的温度场，焊缝处可达16001600o oC

30、C，而邻近区域，而邻近区域 温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀 小的钢材限制，产生小的钢材限制，产生热态塑性压缩热态塑性压缩，焊缝冷却时被，焊缝冷却时被塑性塑性 压缩压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生 拉应力拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材 达到达到屈服强度屈服强度。焊接残余应力是。焊接残余应力是无荷载的内应力无荷载的内应力，故在，故在 焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产

31、生压应力。 + - - 500500o oC C 800800o oC C 300300o oC C 300300o oC C 500500o oC C 800800o oC C 施施 焊焊 方方 向向 8cm 6 4 2 0 2 4 6 8cm - - - - - + + (a) 焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的变形趋势时的变形趋势 - + - (b) 焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的横向应力时的横向应力 x y + - + 施施 焊焊 方方 向向 (c) 焊缝横向收缩焊缝横向收缩 时的横向应力时的横向应力 x y - - + (d) 焊缝横向焊缝横向 残余应力残余应力 y x 不同施焊方向下不

32、同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向焊缝横向收缩时产生的横向 残余应力残余应力: - + + 施施 焊焊 方方 向向 (e) - + - 施施 焊焊 方方 向向 ( f ) x y y x + - 3 2 1 x x y y z z + f f + - - b b f fy y + - - b b f fy y Ny Ny 因焊接残余应力自相平衡，故：因焊接残余应力自相平衡，故： yyty ftBftbBNN 当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即，即N=Ny时：时： 结论：结论： 焊接残余应力焊接残余应力 对结构的静力对结构的静力 强度没有影响。强度没有影响。 + - - f fy y

33、f f b b B B t t ftbBNftbN cyt )( A、当焊接残余应力存在时，因截面的、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应部分拉应 力已经达到力已经达到fy ，故该部分刚度为零，故该部分刚度为零（屈服）（屈服），这时，这时 在在N作用下应变增量为：作用下应变增量为： EtbB N 1 f f + - - b b f fy y N N + - - f fy y f f NN b b B B t t 结论：结论： 焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低 了结构的刚度。了结构的刚度。 EtB N 2 3 3、对于轴心受压构件，对于轴

34、心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减焊接残余应力使其挠曲刚度减 小，降低压杆的稳定承载力小，降低压杆的稳定承载力（详见第四章详见第四章）。）。 EtbB N 1 5 5、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响 36 螺栓连接的构造 1.1.普通螺栓普通螺栓 C级级-粗制螺栓，性能等级为粗制螺栓，性能等级为4.6或或4.8级；级； 4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8； 类孔，孔径类孔，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) 1 11.5mm1.5mm。 A、B级级-精制

35、螺栓，性能等级为精制螺栓，性能等级为5.6或或8.8级级; ; 5或或8表示表示f fu u500500或或800N/mm800N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6 或或0.80.8；类孔，孔径类孔，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。 按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、B、C三个级别三个级别。 由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理 45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级

36、（a a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓 二、螺栓的排列二、螺栓的排列 1.1.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大； B B 错列错列A A 并列并列 中距中距 中距中距边距边距 边距边距 端距端距 2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小； 一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式 F N F A 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力 共同作用共同作用 N O 1 2 3 4 N N a

37、 b N N/2 N/2 N O 1 2 3 4 N a b N/2 N/2 N O 1 2 3 4 a b N N/2 N/2 Nu N/2 N N/2 N N N N NN 这这 两两 种种 破破 坏坏 构构 造造 解解 决决 N/2 N N/2 nv剪切面数目剪切面数目； d螺栓杆直径；螺栓杆直径； fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；螺栓抗剪和承压强度设计值； tt连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。 )343(min min b c b v b NNN， 单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力： )323( 4 2 b vv b v f d nN 抗剪

38、承载力：抗剪承载力： )333( b c b c ftdN 承压承载力：承压承载力： d b V NN min 验算： N N 1 v n单单剪剪： N N/2 N/2 2 v n双双剪剪： 4 v n四四剪剪： N/2 N/3 N/3 N/3 N/2 N/2 N l l1 1 N/2 平均值平均值 螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明, ,栓群在轴栓群在轴 力作用下各个螺栓的内力力作用下各个螺栓的内力 沿栓群长度方向不均匀，沿栓群长度方向不均匀， 两端大两端大, ,中间小。中间小。 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，时， 连接进入弹塑性工作状态后

39、，连接进入弹塑性工作状态后， 内力重新分布，各个螺栓内内力重新分布，各个螺栓内 力趋于相同，故设计时假定力趋于相同，故设计时假定N 有各螺栓均担。有各螺栓均担。 b N N n min 所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为： )353( 150 1 . 1 6015 0 1 010 d l dld 时时：当当 ECCS 试验曲线试验曲线 8.88.8级级 M22M22 我国规范 1.0 0.75 0.5 0.25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 l l1 1/d/d0 0 平均值平均值 长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布 7 .0 60 01 时时：当当dl

40、 )363( min b N N n 故，连接所需栓数：故，连接所需栓数： NN b t t t t1 1 b1 A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时: : 主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: : 1 1 2 2 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数； 螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 tbm dftdmbA f A N n n 001 , 1 , ; 拼接板厚度。拼接板厚度。危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；拼接板宽度；拼接板宽度； 螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值钢材强度设计值 11 0101 2,

41、2, ; 5 . 0 tmb dftdmbA f A N n n B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时: : 主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和 1-1截面截面: : 主主板板厚厚度度。 主主板板宽宽度度； 危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数； 螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中： 截截面面：对对于于 截截面面：对对于于 t b m df tdmccmcA tdmbA f A N n n n 0 0 2 2 2 14 0 ;1211 ;11 N N t t t t1 1 b c2c3 c4 c1 1 1 1 1 拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为

42、2-2和和 2-2截面截面: : 拼拼接接板板厚厚度度。 拼拼接接板板宽宽度度； 危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数； 螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中： 截截面面：对对于于 截截面面：对对于于 1 1 0 10 2 2 2 14 101 ;1222 ;22 5 . 0 t b m df tdmccmcA tdmbA f A N n n n N N b t t t t1 1 b1 c2c3 c4 c1 2 2 2 2 T x y N1T r1 1 T T x y N1T r1 1 )383( 2211 nnTTT rNrNrNT )393( 3 3 2 2 1 1

43、 n nTTTT r N r N r N r N 由假定由假定(2)(2)得得 由式由式3-393-39得得: : )403( 1 1 3 1 1 32 1 1 2 n T nT T T T T r r N Nr r N Nr r N N； 由力的平衡条件得：由力的平衡条件得： T x y N1T r1 1 将式将式3-40代入式代入式3-38得得: : )413( 1 2 1 122 2 2 1 1 1 n i i T n T r r N rrr r N T )423( 11 22 1 1 2 1 1 n i n i ii n i i T yx rT r rT N 另外另外, ,当螺栓布置比

44、较狭长当螺栓布置比较狭长( (如如 y y1 13x3x1 1) )时时, ,可进行如下简化计算：可进行如下简化计算： 令令:x:xi i=0=0，则，则 n i i n i i TxT y yT r y y rT NN 1 2 1 1 1 1 2 1 11 b T NN min1 验算： F e F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F )373( 1 n F N F T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 )423( 11 22 1 1 2 1 1 n i n i ii n i i T yx rT r rT N 将将N1T 1T沿坐标轴分解得 沿坐标

45、轴分解得: : )443( )433( 11 22 1 1 1 11 22 1 1 11 22 1 1 1 11 22 1 1 n i n i ii n i n i ii Ty n i n i ii n i n i ii Tx yx xT r x yx rT N yx yT r y yx rT N )453( min 2 11 2 1 b FTyTx NNNN 另外另外, ,当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长( (如如y y1 13x3x1 1) )时时, ,可进行可进行 如下简化计算：如下简化计算： 令令:x:xi i=0=0，则，则N1Ty 1Ty=0 =0 )463( 1 2 1 1

46、1 1 2 1 1 n i i n i i Tx y yT r y y rT N )473( min 2 1 2 1 b FTx NNN （一）普通螺栓抗拉连接的工作性能（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有 脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉 断为其破坏形式。断为其破坏形式。 （二）（二）单单个普通螺栓的抗拉承载力设计值个普通螺栓的抗拉承载力设计值 483 4 b t eb te b t f d fAN 式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的

47、有效截面面积； d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。 dedn dm d )493()(3 24 13 螺螺距距ttdd e )503( 22 QN N t 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需 的螺栓数为：的螺栓数为： )513( b t N N n N 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 )533( 2211 nn yNyNyNM 由力学及假定可得：由力学及假定可得： )523(

48、 3 3 2 2 1 1 n n y N y N y N y N 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 )543( 1 1 3 1 1 32 1 1 2 nn y y N Ny y N Ny y N N； )553( 1 2 1 122 2 2 1 1 1 n i in y y N yyy y N M )563( 1 2 1 1 n i i y yM N 因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可： )573( 1 b t NN 刨平顶紧刨平顶紧 承托承托(板板) F e 1 2 3

49、 4 F b t n i i t N y yFe n F N 1 2 1 max, 0 1 2 1 min, n i i t y yFe n F N Nt,max 中和轴中和轴 N1F y1 y2 N2M N3M Nt,min 1 2 3 4 F b t n i i t N y yeF N 1 2 1 max, N2M N3M N4M Nt,max 中和轴中和轴 y1 y2 y3 1 2 3 4 F b V V N N b tt NN 0 1 1 V e M=Ve V 因此：因此： n V NV 2 2、由试验可知，兼受剪力和拉力、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系的螺杆，

50、其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆四分之一圆”。 1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现两种破坏形作用下，可能出现两种破坏形 式：式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔螺杆受剪兼受拉破坏、孔 壁的挤压破坏；壁的挤压破坏； 3 3、计算时，假定剪力由螺栓群均、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，匀承担，拉力由受力情况确定。拉力由受力情况确定。 )593(1 22 b t t b v v N N N N )603( b cv NN b V V N N b tt NN 0 1 1 a a b b )613( w f ew f f hl V 式中：式

51、中： 考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数， 一般取一般取=1.25=1.251.351.35； 其余符号同前。其余符号同前。 M 刨平顶紧刨平顶紧 承托承托(板板) V 连接角焊缝连接角焊缝 )623( 2 . 1 9 . 09 . 09 . 0 ue fAP A Ae e螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积； f fu u螺栓热处理后的最抵抗拉强度；螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.88.8级，取级，取f fu u =830N/mm =830N/mm2 2， 10.910.9级，取级，取f fu u =1040N/mm =1040N/mm2 2 规范给出了不同

52、钢材在不同接触面的处理方法下的规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的 抗滑移系数抗滑移系数,如下表如下表 高强度 螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓 a b N N/2 N/2 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 高强度螺高强度螺 栓栓 普通螺栓普通螺栓 a b N N/2 N/2 )633(9 . 0 PnN f b v 式中：式中：0.90.9抗力分项系数抗力分项系数R R的倒的倒 数数(R R=1.111);=1.111); n nf f 传力摩擦面数目传力摩擦面数目; ; - -摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数; ; P P 预拉力设计值预拉力设计值. .

53、 （2 2）、抗剪连接单栓承载力）、抗剪连接单栓承载力 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 高强度高强度 螺栓螺栓 普通螺栓普通螺栓 )643( 4 2 b vv b v f d nN )653( b c b c ftdN )663(min min b c b v b NNN， 单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力： 抗剪承载力抗剪承载力： 承压承载力承压承载力： 对于摩擦型连接：对于摩擦型连接： b v N N n 对于承压型连接：对于承压型连接： b N N n min NN NN b t t t t1 1 b1 A A、高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓摩擦型连接 主板的危险截面为主板的危险

54、截面为1-1截面。截面。 1 1 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度； 螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 其其中中： tb df tdnbAf A N n n 0 011 , 1 , ; ; 考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 连连接接一一侧侧的的螺螺栓栓总总数数。计计算算截截面面上上的的螺螺栓栓数数； nn n n NN 1 1 5 . 0 1 1-1截面的内力为：截面的内力为： f A N n 连连接接一一侧侧的的螺螺栓栓总总数数。计计算算截截面面上上的的螺螺栓栓数数； nn n n NN 2 2 5 . 0 15 . 0 NN b t t t t1 1 b1 拼接板

55、的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面。 2 2 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板宽宽度度； 螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 其其中中： 11 0 10212, 2, ; ; tb df tdnbAf A N n n 考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 2-2截面的内力为：截面的内力为： B B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓 的净截面验算完全相同。的净截面验算完全相同。 F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F n F N F 1 )793( )783( 11 22 1 1

56、1 11 22 1 1 11 22 1 1 1 11 22 1 1 n i n i ii n i n i ii Ty n i n i ii n i n i ii Tx yx xT r x yx rT N yx yT r y yx rT N )803( 2 11 2 1 b vFTyTx NNNN摩摩擦擦型型连连接接： )813( min 2 11 2 1 b FTyTx NNNN承承压压型型连连接接： N P C P+ +P=Pf f C- -C=Cf f Nt )683()673( p f b f ftf EA CC EA PP CNP A Ab b栓杆截面面积；栓杆截面面积； A Ap p板件挤压面面积；板件挤压面面积； 板叠厚度。板叠厚度。 )693( 1 bp t f AA N PP )703( 1 bp f f AA P PP )713( 110 f f P PP)723(1 . 1 PPf 显然栓杆的拉力增加不大。显然栓杆的拉力增加不大。 另外，试验证明，当