钢结构讲义3.

1、第 三 章 钢 结 构 的 连 接2一、焊缝概述 1. 焊缝的施焊方位 根据所持焊条与焊件间的相互位置，施焊方位 分为平焊(俯焊)、立焊、横焊、仰焊四种， 按照文字所述顺序操作渐难，质量保证渐难。 2. 焊缝质量检验 三级： 只要求做外观检查，即检查焊缝尺寸、有无 裂纹、咬肉等现象。 二级： 三级基础上 + 超声波检查， 一级： 二级基础上 + X射线检查， 通过几级检查的焊缝就称为几级质量焊缝。3 3. 角焊缝的焊脚尺寸与计算长度 hf min1.5 4mm t ：较厚焊件厚 hf max 1.2 t t ：薄焊件厚 贴边角焊缝还应满足： hf maxt (t6mm) hf maxt (12

2、)mm (t 6mm) 故： hf min hf hf max 角焊缝的计算长度(并非几何长度) h2wfll40mmh8wminfl贴边h60wmaxfllllwmaxwwmint4 4. 对接焊缝的构造 焊缝的起点和终点有缺陷，故施焊时必须设引弧板，使起弧、落弧在引弧板上发生。 若设引弧板困难而没设，则计算长度为： (t：薄板厚度) 焊透的对接焊缝 部分焊透的对接焊缝 焊缝有缺陷， 规范规定：对接焊缝的抗压设计强度与母材相同。通过一、二级质量检验标准的焊缝，其抗拉设计强度与母材的抗拉设计强度相同，质量属于三级的焊缝，焊缝的抗拉设计强度等于母材抗拉设计强度的0.85倍。2tw ll对接焊缝分

3、5二、焊接残余应力和焊接残余变形 焊件冷却后产生的变形2 ，称焊接残余变形，此时焊件中的应力称焊接残余应力。 焊接残余应力对结构的影响 残余应力自相平衡，对静力强度无影响 降低刚度 降低压杆的稳定承载力 降低疲劳强度 加剧低温冷脆危险6三、 螺栓连接的概述 粗制螺栓连接 精制螺栓连接 高强螺栓摩擦型连接 高强螺栓承压型连接 螺栓的性能统一用螺栓的性能等级表示，如4.6级、8.8级、 10.9级。 小数点前的数字表示螺栓材料的最低抗拉强度，小数点及后面的数字表示屈强比。 由未经加工的圆钢压制而成，螺栓粗 糙，螺杆直径比螺孔小31.5 mm，栓 孔间隙大，受剪时易产生滑移，导致螺 栓群中各个螺栓受

4、力不均，故宜用于受 拉，不宜用于受剪。 普通螺栓连接高强螺栓连接螺栓连接粗制普通螺栓：（C级螺栓）7 传力机理靠板件间的摩擦阻力传力，以 摩擦阻力被克服为承载力的极限状态。 孔径大于螺栓公称直径1.52.0mm， 受力好，耐疲劳，用于受动荷载结构。 靠摩擦阻力和栓杆共同传力，以栓杆被 剪断或板件被挤压破坏为承载力的极限 状态。 孔径大于螺栓公称直径1.01.5mm，受 剪变形大，只适用于承受静载。 承载力较前者高，变形较前者大。 1. 螺栓的排列和构造要求 简单整齐，连接板尺寸小， 栓孔对构件截面削弱大。 螺栓摩擦型连接： 螺栓承压型连接：并列排列：8 布置松散，连接板尺寸大， 栓孔对构件截面

5、削弱小。 螺栓的排列要求： a. 受力要求： 端矩2d0 ，否则顺力方向剪坏； 中矩过大，受压时起拱；中矩过 小，则截面削弱大。d0：孔径 b. 构造要求： 中距不能过大，否则连接件接触不紧密，潮汽易 侵入缝隙，造成锈蚀。 c. 施工要求： 中距3d0 ，否则无转动扳手的空间。 据a、b、c综合考虑，得出螺栓容许距离。错列排列：9 2. 螺栓受剪时的工作性能（包括高强螺栓） 抗剪连接 抗拉连接 a. 弹性工作阶段 在此阶段依靠板间的摩擦阻力传力，摩擦阻力的大小决定于拧紧螺栓时栓杆中初拉力的大小。 弹性工作阶段即01直线段，c 级螺栓初拉力很小，故01段很短，而高强螺栓初拉力很大，故01段很高。

6、螺栓连接10 b. 相对滑移阶段 即12段，外力超过了板件间的摩擦力后，板件间产生相对滑移。 c. 弹塑性工作阶段 到2点后，栓杆和孔壁开始接触，栓杆受剪切，孔壁受挤压，同时栓杆受到弯曲和轴向拉伸作用，因而使栓杆产生拉力，增大了板间的摩阻，工作曲线的坡度又开始上升，达3点后，随外力的增加，变形迅速增大，曲线逐渐平缓，最后破坏。 c 级螺栓靠栓杆承剪和孔壁承压传力，以栓杆被剪断或孔壁被挤压破坏为承载力的极限状态。即3点。11 摩擦型高强螺栓依靠板间的摩擦阻力传力，以摩擦阻力被克服为承载力的极限状态。即图中1点。 承压型高强螺栓依靠板间的摩擦阻力和栓杆共同传力，以栓杆被剪断或孔壁被挤压破坏为承载力

7、的极限状态。 即3点。摩擦只起到延缓滑移的作用。 螺栓受剪时的破坏形式： 栓杆被剪断 板件被挤压破坏 板件被拉断破坏（栓孔削弱截面） 板件被冲剪破坏（端矩太小造成）抗剪承载力验算承压承载力验算危险截面验算构造防范计算防范12四、角焊缝连接的基本计算公式 焊缝长度方向和受力方向平行的焊缝为侧面焊缝， 焊缝长度方向和受力方向垂直的焊缝为正面焊缝， 1. 侧面焊缝的受力分析 在计算长度范围内按均布计算。 2. 正面焊缝的受力分析 正面焊缝承受动力荷载时， 正面焊缝承受静力荷载时，flffwwe)(Nhflffw)h(Nweflff1.22)whe(Nw13 3. 一般情况 N 分解为 Nx 和 Nz

8、 ， Nz产生f（） ， Nx产生f ， 正面焊缝承受静力荷载时， 按 计算。 正面焊缝承受动力荷载时， 按 计算；ffffw22)(1.22ffffw2214五、角焊缝连接的计算 1. 用盖板的对接连接承受轴心力作用时 盖板的截面大小，要满足 即：A被f被A盖f盖 由 A盖 的大小确定采用一块或两块盖板。 a. 仅采用侧面焊缝时： 或据此式求出角焊缝的 为盖板缝一侧焊缝总计算长度， 一条焊缝计算长度为 ， n：焊缝条数 盖板长 10mm：表示两块被连接板之间的缝隙。等强度要求，flffw)whe(Nlwnwwlllwmm10)h22(wfl15 b. 仅采用正面焊缝时： c. 采用三面围焊时

9、： 先求出正面焊缝所能承受的力：flffwwe)(Nhflff1.22hwwe)(N受静载或间接动载直接受动载flfwwe)(1.22Nhflffw)whe(NN然后计算侧面焊缝：16 2. 角钢连接的角焊缝的计算 a.承受轴心力作用的角钢采用侧面焊缝连接 角钢截面重心到肢尖、肢背 的距离不等，因而肢背、肢 尖焊缝所承担的内力不等。 对肢尖取矩：N1（e1+e2）Ne2式中：k1 、k2 分别是肢背、肢尖的内力分配系数（查表）NkNN12121eeeflfww1e11)h(N同理：NkNN22112eeeflfww2e22)h(N17 b. 承受轴心力作用的角钢采用三面围焊缝连接 先求出正面焊

10、缝（充分发 挥作用）所承担的内力， 分别对肢背、肢尖取矩，可得： 因而肢背、肢尖焊缝的计算长度分别为：flfwwe3)h(1.22N32NNkN3112NNkN322flfwe1hNw1flfwe2hNw2flfw11)h(Nw1eflfw22)h(Nw2e或18 3. 在轴心力、弯矩、剪力作用下T形连接角焊缝的计算 Nf 、Vf 已学过 找出角焊缝上的危险点+6h2MWM2wexMlffffffw22)()1.22(VNMfffffw22)()(VNMM作用下：或 危险点19 4. 搭接连接的角焊缝在扭矩和剪力共同作用下的计算 通常将N移到焊缝群的形心处，如此焊缝群受剪力V=N和扭矩T=Ne

11、 。 分析角焊缝在扭矩作用下的应力时，采用以下假设： 被连接的板件为绝对刚性的，而焊缝则是弹性的； 焊缝群绕形心旋转，角焊缝群上任一点处的应力方 向垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与该点 距形心的距离成正比。 A、B点离形心最远，则A、B点由T引起的应力最大。+20 式中：0 ：角焊缝群计算截面对形心 的极惯性矩 x 、y ：分别是角焊缝群计算 截面对x、y轴的惯性矩 IITITyxA0ATArrIITIITsinyxAyAAyyxATATAxrrrrIITIITcosyxAxAAxyxATATAyrrrr)(VweVAyhl以A点为例将TA分解为：剪力V在A点引起的应力为：A点应力应满足

12、：ffw22)()1.22(TAxTAyVAy21六、 C 级螺栓的计算 d：螺栓杆公称直径 fcb ：螺栓承压强度设计值 fvb ：螺栓抗剪强度设计值 nv ：螺栓受剪面数，单剪nv 1，双剪nv 2 ：在同一受力方向承压构件的较小总厚度， 或 取小值 单个螺栓抗拉承载力设计值为： ftb ：螺栓抗拉强度设计值 de ：螺栓螺纹处的有效直径fbv2vbv4dnNfbctdNbc单个螺栓抗剪承载力设计值：单个螺栓承压承载力设计值： 取小值，即N bmint2tt1 t2tffbt2ebtebt4dAN22 1. 抗剪螺栓群在轴心力作用下的计算 被连接板缝一侧所需螺栓数： N bmin为Nvb

13、、 Ncb的小值 另外需验算构件净截面的强度，以防止构件在净截面处被拉断， An：构件的净截面面积 An=A-nd0t n：危险截面螺栓数 危险截面11，22 An取A1-1、A2-2小值 bminNNn fnANtdnea1)n(e2A0222212222ea 23 2. 螺栓群承受扭矩时的计算 分析螺栓群受扭时采用假设： 被连接构件为绝对刚性体，螺栓为弹性体； 各螺栓绕螺栓群形心旋转，其受力大小与至螺栓群 形心的距离 r 成正比，力的方向与该螺栓和螺栓群 形心的连线相垂直。 在T作用下，每个螺栓均受剪，周围四个螺栓受力最大，假定其中一个为1号， 若 N1Nvb、N1Ncb ，则螺栓安全 。

14、 将 N1 分解为 N1x、N1y 受力最大螺栓满足既不承压破坏又不剪切破坏为安全。 yxrrrN221211TTiiiyxyryNN2211111xTiiyxxrxNN2211111yTii243. 螺栓群在扭矩、剪力和轴心力共同作用下的抗剪计算 在V作用下，各螺栓受力相等，向下。 在N作用下，各螺栓受力相等，向右。 在T作用下，四角螺栓受力大小相等， 但方向不同。 考虑叠加， 1号螺栓受力最大， 在V作用下，N1yVV/n 在N作用下，N1xNN/n 1号螺栓所受合力应满足：yxyN221T1xTiiyxxN221T1yTii在T作用下，N)NN()NN(Nbmin221T1yV1yT1x

15、N1x25 4. 螺栓群在弯矩作用下的计算 M作用下， 上部螺栓受拉，使上部连接有分离的趋势，螺栓群的旋转中心下移。 计算时，近似取中和轴即旋转中心位于最下排螺栓处。 各螺栓受力大小与该螺栓距中和轴的距离成正比所以1号螺栓受力最大。 其中： 假设存在m列螺栓，则：NyyNbt211mMiyyyy2n22212 i26七、高强螺栓连接的计算 1. 高强螺栓承受剪力的计算 a. 高强螺栓摩擦型连接 摩擦型高强螺栓依靠板间的摩擦阻力传力，以摩擦阻力被克服为承载力的极限状态。 所以高强螺栓摩擦型连接承受剪力的设计准则是外力不超过摩擦力。 一个摩擦型高强螺栓连接的抗剪承载力设计值为： 式中：0.9 ：抗

16、力分项系数 1.111的倒数； nf ：传力摩擦面数；单剪nf1；双剪nf2 P ：高强螺栓预拉力的设计值； ：摩擦面的抗滑移系数 Pn0.9NbVf27 b. 高强螺栓承压型连接 高强螺栓承压型连接受剪时，极限承载力由栓杆抗剪和孔壁承压来决定，摩擦力仅起延缓滑移的作用。注： a. 当剪切面在螺纹处时，NVb要按有效截面计算。 2. 高强螺栓群的抗剪计算 在轴心力作用下；在扭矩作用下；在扭矩、剪力、轴心力共同作用下的计算，均与普通螺栓连接的计算方法相同，只是在计算时要用高强螺栓的承载力设计值。注意：高强螺栓摩擦型连接净截面计算与普通螺栓连接净 截面计算不同。fbv2vbv4dnNfbctdNb

17、c 取小值，即N bmin即：28 由于摩擦作用，在危险的第一排螺栓孔中心前已传掉50的力，故最外排危险截面螺栓处的内力为： NN0.5n1N/n 即： N(10.5n1/n)N 危险截面应力 N/An f 式中：n1：危险截面螺栓数 同时，还需验算毛截面强度 N/Af 3. 高强螺栓承受拉力时的计算 a. 高强螺栓摩擦型连接 提问：受外拉力N后，螺栓内力为 Pf = P + N ? 当加于螺栓连接的设计外拉力不超过预拉力P时，栓杆的拉力基本不增加，即认为栓杆内的原预拉力基本不变。危险截面不对即 Pf P29 当Nt0.8 P 时，则无松弛现象。 故规范从抗剪的角度考虑，规定摩擦型连接螺栓的抗拉设计承载力为： 直接承受动力荷载时，摩擦型连接螺栓的抗拉设计承载力为： 所以每个承受外拉力作用的摩擦型连接不破坏的条件为： b. 高强螺栓承压型连接 承压型连接抗拉承载力设计值同普通螺栓注：仅在杆轴方向受拉时，可以不施加预拉力；但只要有 剪