第3章 钢结构的连接

1、北京大学出版社北京大学出版社研制单位：中南林业课件大学钢结构设计原理 (电子教案)研制单位：中南林业科技大学 钢结构研究所 研研 制制 人：胡习兵人：胡习兵 袁智深袁智深钢结构设计原理钢结构设计原理 第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 钢结构材料钢结构材料第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接第第4 4章章 轴心受力构件轴心受力构件第第5 5章章 受弯构件受弯构件第第6 6章章 拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章第第 3 章章 钢结构的连接钢结构的连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一

2、章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章主要目标：主要目标：1掌握钢结构连接的分类、各种焊缝连接和螺栓连接在多种内力掌握钢结构连接的分类、各种焊缝连接和螺栓连接在多种内力作用下的计算方法；作用下的计算方法；2 熟悉焊缝连接和螺栓连接的构造要求、焊缝质量等级和螺栓连熟悉焊缝连接和螺栓连接的构造要求、焊缝质量等级和螺栓连接的破坏形式等；接的破坏形式等；3 了解焊接的常用施工方法、焊接和螺栓连接的工作性能；了解焊接的常用施工方法、焊接和螺栓连接的工作性能；4 理解焊缝连接对结构的热影响区及其控制方法。理解焊缝连接对结构的热影响区及其控制方法。 主要内容：主要内容： 3.1 钢结构的连接方法钢结构的连

3、接方法 3.2 焊接方法和焊接连接形式焊接方法和焊接连接形式 3.3 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 3.4 角焊缝的构造及计算角焊缝的构造及计算 3.5 焊接应力与焊接变形焊接应力与焊接变形 3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 3.7 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法3.1钢结构的连接方法 应符合安全可靠、传力明确，构造简单、施工方便和节约钢材的原则。对接焊缝连接对接焊缝连接优点：不

4、削弱截面，方便施工，连接刚度大；优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。 角焊缝连接角焊缝连接3.1.1 焊缝连接焊缝连接图图3-1 3-1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法(a)(a)焊缝连接；焊缝连接；(b)(b)铆钉连接；铆钉连接；(c)(c)螺栓连接螺栓连接 3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.1.2 螺栓连接螺栓连接 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1.普通螺栓连接分为A、B、C

5、三个等级, A级和B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。 1）A B级精制螺栓：类孔，孔径比杆径大0.3-0.5mm； 性能等级有5.6级和8.8级； 抗剪性能好, 制造安装费工，少用。2) C级粗制螺栓：类孔，孔径比杆径大1.5-2.0mm； 性能等级有4.6级和4.8级 ； 抗剪性能差，但传递拉力性能好。N3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章1.普通螺栓连接螺栓性能等级（以4.6级的C级螺栓为例）：表示螺栓成品的抗拉强度不小于400N/mm2，屈强比（屈服强度和抗拉强度之比）为0.6。2.高强螺栓连接材料：45号

6、钢、40B钢和20MnTiB等性能等级:8.8级和10.9级1）摩擦型连接：只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则；螺杆与螺孔之差1.52.0mm，变形小，承载力低，耐疲劳、抗动力荷载性能好。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章2）承压型连接：允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则； 承载力高，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接。(a)(a)大六角头螺栓；大六角头螺栓； (b)(b)剪扭螺栓；剪扭螺栓；图图3-2 3-2 高强度螺栓高强度螺

7、栓3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 2 章 优点：连接刚度大，传力可靠；优点：连接刚度大，传力可靠； 3.1.3 铆钉连接铆钉连接缺点：对施工技术要求很高，劳动缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，强度大，施工条件差， 施工速度慢。施工速度慢。铆钉的材料通常采用专用钢铆钉的材料通常采用专用钢BL2和和BL3号钢制成，铆号钢制成，铆钉连接的制造有热铆和冷铆两种方法。钉连接的制造有热铆和冷铆两种方法。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原

8、理第 3 章3.2 焊接方法和焊接连接形式焊接方法和焊接连接形式3.2.1 3.2.1 常用焊接方法常用焊接方法 焊接方法很多，但在钢结构中通常采用电弧焊。电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊（埋弧自动或半自动焊）、气体保护焊以及电阻焊等。图图3-3 手工电弧焊手工电弧焊图图3-4 埋弧自动电弧焊埋弧自动电弧焊12V3456 7891011 焊件；形坡口； 垫板； 焊剂； 焊剂斗； 焊丝；送丝轮； 导电器； 电缆；焊丝盘；焊剂回收器；3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保

9、护气体焊件焊件电弧电弧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。 3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章工艺：打火引弧-电弧周围的金属液化(熔池)焊条熔化滴入熔池结和冷却即形成焊缝。焊材：焊条应与焊件钢材相适应，采用等强度的原则： 对Q235钢采用E43型焊条（E4300E4328）； 对Q345钢采用E50型焊条（E5001E5048）； 对Q390钢

10、和Q420钢采用E55型焊条（E5500E5518）。焊条型号：字母“E”表示焊条，前两位数字为熔敷金属的最小抗拉强度，第三、四位数字表示适用焊接位置、电流种类等。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；缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。率低。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章2.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、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

11、件埋弧自动焊埋弧自动焊3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章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。 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，焊优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。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。 送送丝丝器器机机器器3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：

12、优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质量好。优点：焊接速度快，焊接质量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.2.2 3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式按被连接钢材的相互位置按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、T形连接和角部连接四种。（2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝（1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝斜对接斜对接焊缝焊缝3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢

13、结构设计原理第 3 章焊缝位置焊缝位置3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检测焊缝缺陷及焊缝质量检测3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检测焊缝缺陷及焊缝质量检测外观检查：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

14、；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。 内部检验主要采用内部检验主要采用超声波，有时还用磁超声波，有时还用磁粉检验荧光检验等辅粉检验荧光检验等辅助检验方法。还可以助检验方法。还可以采用采用X X射线或射线或射线射线透照或拍片。透照或拍片。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。级和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且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；符合三级质量标准； 一、二级焊缝

15、除外观检查外，尚要求一定数一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章（1）需要进行疲劳计算的构件，需要进行疲劳计算的构件，凡是对接焊缝均应焊透。其中垂直于作用力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。（2）不需要进行疲劳计算的构件，不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母材等强的对接焊缝应焊透。母材等强的受拉对接焊缝应不低于

16、二级；受压时宜为二级。（3）重级工作制和起重量Q500KN的中级工作制吊车梁的腹板与腹板与上翼缘板之间上翼缘板之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头形接头均要求焊透，质量等级不应低于二级。（4）不要求焊透的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，一般仅要求外观质量检查，具体规定如下：三级检验；承受动力荷载且需要验算疲劳和Q 500kN的中级吊车梁，二级。3. 焊缝质量等级的规定3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章4.4.焊缝代号焊缝代号焊缝代号由引出线、图形符号和辅

17、助符号三部分组成，引出线由横线和带箭头的斜线组成。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.3 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算3.3.1 3.3.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式: : 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，坡口形式与板厚和施板厚和施工条件工条件有关。有关。 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

18、坡口。形坡口。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章2 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊

19、完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去缝的计算长度等于实际长度减去2t12t1，t1t1较薄焊件较薄焊件厚度；厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于 4mm 4mm时，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) ) 或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓过度，的斜角，以平缓过度， 减小应力集中。减小应力集中。1:2.51:2.5引弧引弧板板3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构

20、设计原理第 3 章3.3.2 对接焊缝的计算 对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透（自学）部分焊透（自学）两种；两种； 动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受垂直受力方向力方向的连接焊缝；的连接焊缝； 对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算； 对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。件强度计算相同。NNt3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计

21、算（3-1） 主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章1.1.轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝（图3-12），其强度可按下式计算： 图图3-12（a） 对接焊缝受轴心力对接焊缝受轴心力Nwltwwtcff、 为轴心拉力或压力； 为焊缝的计算长度，当未采用引弧板和引出板施焊时，取实际长度减去2t； 为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；分别为对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 wwtcwNffl t或3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一

22、章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.3.2 3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算sin32wtwNfl t（）cos33wvwNfl t（）3 12btan1.5如果用直缝不能满足强度要求时，可采用如图（ ）所示的斜对接焊缝。计算证明，三级检验的对接焊缝与作用力间的夹角 满足时，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不再进行验算。轴心受拉斜焊缝可按下列公式计算：/sin/sin2wwwllblbt为焊缝的计算长度，加引弧板时不加引弧板时，图图3-12（b） 对接焊缝受轴心力对接焊缝受轴心力3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设

23、计原理钢结构设计原理第 3 章 2. 2.承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝图3-13（a）所示钢板对接接头受到弯矩和剪力的共同作用，由于焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形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：max2max6335234wtwwwwvwwMMfWl tVSVfI tl t（）（）图图3-13 对接焊缝受弯矩和剪力联合作用对接焊缝受弯矩和剪力联合作用 3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图3-13（b）所示工字型截面梁的对接接头，除应分

24、别验算最大正应力和最大剪应力外，对于同时受较大正应力和较大剪应力的焊缝，例如腹板与翼缘的交接点，还应按下式验算折算应力：221131.136wtf（）:wwwWSI上式中为焊缝截面模量；为焊缝截面面积矩；为焊缝截面惯性矩。11:1.1式中、为验算点处的焊缝正应力和剪应力；为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。3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.3.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max22111322331.1wwvwww

25、tVSVfI tl tf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弯矩引起的应力之和；）剪应力按式验算，）折算应力仍按式验算。除考虑焊缝长度是否减小，焊缝强度是否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.4 角焊缝的构造及计算角焊缝的构造及计算.1角焊缝的构造角焊缝的构造1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度角焊缝按其与作用力的关系可分为：焊缝长度方向与作用力垂直的正面角焊缝；焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊

26、缝。按其截面形式可分为直角角焊缝（图3-15）和斜角角焊缝（图3-16）。图图3-15 直角角焊缝截面直角角焊缝截面3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-16 斜角角焊缝截面斜角角焊缝截面2.2.角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 1）最大焊脚尺寸1,max1,:661121./23f maxffmaxttmmhtthmtmhtmm 式中较薄焊件厚度。对于板件边缘的角焊缝：当时，；当时，；对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助

27、上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章2） 最小焊脚尺寸图图3-17 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸2.2.角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 1）最大焊脚尺寸1.5mmfhtt焊脚尺寸不宜太小，以保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂纹。规范规定：角焊缝的焊脚尺寸不得小于， 为较厚焊件厚度（单位为）3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章1mmT1mm4mm3 3 17c 12) 自动焊熔深大，最小角焊缝尺寸可减小； 对 形连接的单面角焊缝，应增加。 当焊件厚度等于或小于时，则最小焊

28、脚尺寸应与焊件厚度相同。） 不等焊脚尺寸的构造要求 角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等。如图（ ） ，当焊件 的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合以上两点要求时，可 采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边应符合 ）的要 求；与较厚焊件接触的焊脚边应符合460fh的要求。）侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝的计算长度不宜大于，当大于上述数值时，其 超过部分在计算中不予考虑。 若应力沿侧面角焊缝全长分布时，计算长度可不受上述限制。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章5） 角焊缝的最小计算长度fhfh 和40 mm，考虑

29、到焊缝两端的缺陷，其实际焊接长度应较前述数值还要大2（单位为mm）。6） 搭接连接的构造要求当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时（图3-18），试验结果表明，连接的承载力与wlb/有关: 11112161219012wlbbt tmmmm tmm（ ）为避免应力传递过分弯折导致应力不均：（ ）为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：（）或（） 不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！ 侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度均不得小于8 3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章在搭接连接中（图3-19）,为了减少收缩应力以及因

30、偏心在钢板与连接中产生的次应力，要求搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25 mm。图图3-18 焊缝长度及两侧焊缝间距焊缝长度及两侧焊缝间距 图图3-19 搭接连接搭接连接bwlt1t23.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.4.2 3.4.2 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式图图3-20 角焊缝的截面角焊缝的截面12efhhhhhde焊缝厚度；焊脚有效厚度（喉部位置）；焊脚尺寸；熔深；凸度；焊趾；焊根hfhehh1h2deh fh fh e有效截有效截面面450.7 ()f

31、heh：均取焊缝喉部为有效截面（假定破坏截面计算截面有效焊缝高度）：焊缝高度3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-21 角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力NyNx= fh he el lw w45O45Oh hf f3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章222/37 -3)3- 3( wwwffwffffff我国规范中角焊缝的计算式：（）式中：为规范规定的角焊缝强度设计值。由于是由角焊缝的 抗剪条件确定的， 所以相

32、当于角焊缝的抗拉强度设计值。NNyNxf= fh he el lw w45O45Oh hf f3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章由图3-22（b）知，对直角角焊缝：2/f/ /39xfewNh l（）则得直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算式为：fwfff332422/xfN沿焊缝长度方向的分力在焊缝有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力：3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章式（3-10）（3-12）即为角焊缝的基本计算公式

33、。22(3 10)3 1.2220,(3 11)0(3 12)wffffwfffeffffwwffe wNfh lNfh lf或： 式中为正面角焊缝的强度增大系数，。对正面角焊缝，此时得：对侧面角焊缝，此时，得：221.0fwffffff对于直接结构中的焊缝，由于正面角焊缝的刚度大，韧性差，应将其强度降低使用，取，相当于按和的合应力进行计算，即承受动力荷载。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.4.3 3.4.3 各种受力状态下直角角焊缝连接的计算各种受力状态下直角角焊缝连接的计算1.1.承受轴心力作用时角焊

34、缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算1）用盖板的对接连接承受轴心力时图3-23的连接中，当只有侧面角焊缝时，按式（3-12）计算；当采用三面围焊时，对矩形拼接板，可先按式（3-11 ）计算正面角焊缝承担的内力：3-13wffe wNfh l（）图图3-23 受轴心力的盖板连接受轴心力的盖板连接侧面角焊缝的强度：3-14wffe wNNfh l（）3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-24 斜向轴心力作用斜向轴心力作用2) 承受斜向轴心力的角焊缝连接计算22324Nsincossin3-15cos3 1

35、5xyfe wfe wwffffNNNNNh lNh lf如图所示受斜向轴心力的角焊缝连接，可利用力学原理，将 分解为垂直于焊缝和平行于焊缝的分力，并计算应力：（）将式（）代入，验算角焊缝的强度。3）承受轴心力的角钢角焊缝计算角钢腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊(图3-25)。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-25 桁架腹杆与节点板的连接桁架腹杆与节点板的连接3320.7(316)wfffNh bf33325b ,Tb2fhN对于三面围焊图（ ） ，

36、由角焊缝构造要求先假定正面角焊缝的焊脚尺寸求出正面角焊缝所分担的轴心力。当腹杆为双角钢组成的 形截面，且肢宽为 时，应计入条正面角焊缝的作用：33113322()(3 17)22(3 18)22N beNNNk NbNeNNNk Nb3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章22L32 5c31 80fhN 求得各条焊缝所受的内力后，再按构造要求（角焊缝的尺寸限 制）假定肢背和肢尖焊缝的焊脚尺寸，即可求出焊缝的计算长度。考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度应将计算长度 加，对于采用绕脚焊的侧面角焊缝，等于计算

37、长度。 当杆件受力很小时，可采用形围焊图。由于只有正面角 焊缝和角钢肢背上的侧面角焊缝，令式实际长度（）中的， 得：2.2.复杂受力时角焊缝连接计算复杂受力时角焊缝连接计算当焊缝非轴心受力时，可以将外力的作用为轴力、弯矩、扭矩、剪力等简单受力情况，分别求出时的焊缝应力，然后利用，对焊缝中受力分解单独受力叠最大的点加原理进行验算。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3-262NAee wNNAh l，在焊缝有效截面上产生垂直于焊缝长度方向的均匀应力，属于正面角焊缝受力性质，则：在轴心力作（用下）1）承受轴力、弯矩

38、、剪力联合作用时角焊缝的计算226weeMAlhMWM（3-27）2262weweflhMlhNweeVAlhVAV2（3-28）在剪力作用下3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章则焊缝的强度计算式为：fwffff22当连接直接承受动力荷载作用时，取=1.0f 对于工字形梁（或牛脚）与钢材翼缘的角焊缝连接（图3-27），计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。图图3-27 工字形梁（或牛脚）的角焊缝的连接工字形梁（或牛脚）的角焊缝的连接3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助

39、上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章 为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置焊缝，弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件，即：13-292wfffwM hfI（）腹板焊缝承受两种应力的联合作用，设计控制点为翼缘焊缝与腹板焊缝的交点处A，此处的弯曲应力和剪应力分别按下式计算：222222fwfewhMIVhl3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章则腹板焊缝在A点的强度验算式为：2222fwffdf工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘角焊

40、缝的连接的另一种计算方法是，假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，则：翼缘焊缝的强度计算式为：wffwefflhH11腹板焊缝的强度计算式为：wfwefflhV2223.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章2) 在扭矩、剪力和轴心力联合作用时角焊缝的计算扭矩T产生的应力：焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心 o 旋转剪力V产生的A点应力轴力N产生A点的应力图图3-29 受扭、受剪、受轴心力作用的角焊缝应力受扭、受剪、受轴心力作用的角焊缝应力 3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章

41、下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章在扭矩作用下，A点由扭矩引起的切应力最大。扭矩T在A点引起的切应力为：yxpAIITrITr （3-30）式中为焊缝有效截面的极惯性矩。pIpyTAITr （侧面角焊缝受力性质）pxTAITr（正面角焊缝受力性质）3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章由剪力V引起的剪应力：weVAlhV由轴心力N引起的应力：weNAlhN则：TNfAATVfAAA点的合应力应满足的强度条件为：22(33 1)fwffff当连接直接承受动态荷载时，取 1.03.1.1 焊缝连接焊缝

42、连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.4.4 斜角角焊缝的计算 斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T形接头（图3-30），计算时采用与直角角焊缝相同的计算公式，斜角角焊缝不论其有效截面上的应力情况如何，均不考虑焊缝的方向，一律取0 . 1f图图3-30 斜角角焊缝的有效厚度斜角角焊缝的有效厚度3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.5 焊接应力与焊接变形焊接应力与焊接变形3.5.1 3.5.1 焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因焊接应力(

43、welding stresses)有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力、垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。1.纵向焊接应力图图3-31 施焊时焊缝及附近的温度场和纵向焊接残余应力施焊时焊缝及附近的温度场和纵向焊接残余应力3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-32 纵向焊接应力纵向焊接应力（a）焊接）焊接H型钢，翼缘为轧制或剪切边；型钢，翼缘为轧制或剪切边；（b）焊接）焊接H型钢，翼缘为焰切边；（型钢，翼缘为焰切边；（c）焊接方管）焊接方管2. 横向焊接应力 横向收缩引起的横向应力与施焊方向

44、和先后顺序有关。焊缝冷却时间不同，产生的应力分布也不同(见图3-33ce）。 3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-33 横向焊接应力横向焊接应力3.厚度方向的焊接应力图图3-34 厚板中的焊接残余应力厚板中的焊接残余应力3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.5.2 3.5.2 焊接应力对结构性能的影响焊接应力对结构性能的影响1. 对结构静力强度的影响2.对结构刚度的影响3.对低温工作的影响4.对疲劳强度的影响3.5.3

45、 3.5.3 焊接变形焊接变形图图3-36 焊接变形焊接变形（a）纵向收缩和横向收缩；（）纵向收缩和横向收缩；（b）弯曲变形；）弯曲变形；（c）角变形；（）角变形；（d）波浪变形；（）波浪变形；（e）扭曲变形）扭曲变形焊接变形是焊接构件经局部加热冷却后产生的不可恢复变形3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.5.4 3.5.4 减小焊接应力和焊接变形的措施减小焊接应力和焊接变形的措施1.设计上的措施图图3-37 减小焊接应力和焊接变形影响的设计措施减小焊接应力和焊接变形影响的设计措施（a）推荐；（）推荐；（b）

46、不推荐；（）不推荐；（c）推荐；（）推荐；（d）不推荐；）不推荐；（e）推荐；（）推荐；（f）不推荐；（）不推荐；（g）、（）、（j）推荐；（）推荐；（h）、（）、（i)不推荐不推荐2. 工艺上的措施3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-38 合理的施焊次序合理的施焊次序（a)分段退焊；（分段退焊；（b）沿厚度分层焊；（）沿厚度分层焊；（c）对角跳焊；（）对角跳焊；（d)钢板分块焊接钢板分块焊接图图3-39 焊接前反变形焊接前反变形3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一

47、章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算简单、统一、整齐而紧凑3.6.1 3.6.1 螺栓的排列和其他构造要求螺栓的排列和其他构造要求1.螺栓的排列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但并列排放的螺栓孔对构件截面的削弱较错列方式大。可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺并列错列寸较大。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3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章受力要求螺距过小：钢板剪坏。 螺距过大：

48、受压时钢板张开。构造要求螺距过大：连接不紧密，潮气侵入 腐蚀。施工要求螺距过小：施工时转动扳手困难。螺栓螺栓间距间距布置布置要求要求螺栓最大和最小容许间距3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章2.螺栓连接的构造要求1234C5）当杆件在节点上或拼接接头的一端时，永久性的螺栓（或铆钉）数不宜 少于两个。对组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓（或铆钉）。）高强度螺栓孔应采用钻孔。）在高强度螺栓连接范围内，构件截面处理方法应在施工图中注明。） 级普通螺栓宜用于沿其杆轴受拉方向连接，在下列情况下可用于受剪连接： 承受

49、静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要连接； 承受静力荷载的可拆卸结构的连）对直接678承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用防松动措施。）当型钢构件拼接采用高强度螺栓连接时，其拼接件宜采用钢板。）沉头和半沉头铆钉不得用于沿其杆轴方向受拉的连接。）受拉连接中的端板（法兰板），应适当增强其刚度，以减少 撬力对抗拉承载力的不利影响。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.6.2 3.6.2 普通螺栓的受剪连接普通螺栓的受剪连接 普通螺栓连接按受力情况可分为三类：承受剪力；承受拉力；承受拉力和剪力的共同作用。下面先介绍

50、螺栓受剪时的工作性能与计算方法。1.1.受剪连接的工作性能受剪连接的工作性能 以图3-42（a）示的螺栓连接试件做抗剪实验，可得出试件上a、b 两点之间的相对位移与作用力N的关系曲线图3-42(b)。该曲线给出了试件由零载一直加载至连接破坏的全过程，经历了以下四个阶段： 1）摩擦传力的弹性阶段； 2）滑移阶段；3) 栓件传力的弹性阶段； 4）弹塑性阶段。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有： 图图3-43 抗剪螺栓连接的破坏形式抗剪螺栓连接的破坏形式图图3-42 单

51、个螺栓抗剪试验结果单个螺栓抗剪试验结果 3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章破坏形式破坏形式（1 1）螺栓杆被剪坏）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时（2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时（3 3）板件被拉断）板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章（4

52、4 ）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏( (拉豁拉豁) ) 端矩过小时；端矩不应小于端矩过小时；端矩不应小于2d2dO ONN（5 5）栓杆弯曲破坏）栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/23.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章2.2.单个普通螺栓的受剪计算单个普通螺栓的受剪计算普通螺栓的受剪承载力主要有栓杆受剪栓杆受剪和孔壁承压孔壁承压两种破坏模式控制，因此应分别计算，取其小值进行设计。假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布，挤压力

53、沿栓杆直径平面（实际上是相应于是栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布。受剪承载力设计值：23324bbvvvdNnf（）d承压承载力设计值： 333bbccNdtf（）3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章剪切面数目剪切面数目nvNN1 vn单单剪剪：NN/2N/22 vn双双剪剪：4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/23.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.3.普通螺栓群轴心受剪连接计算普通螺栓群轴心受剪连接计算1) 普通

54、螺栓群轴心受剪min334bNnN（） 为单个螺栓受剪承载 力设计值与承压承载 力设计值的较小值。式中bNminN/2Nl l1 1N/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，螺栓群的抗剪连接承受轴心力时，螺栓群在长度方向上的各螺栓受力并不均匀（图3-44），表现为两端螺栓受力大，而中间螺栓受力小。当连接长度l115d0(d0为螺孔直径）时，可认为轴心力由每个螺栓平均分担，即螺栓数n为：3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章1min101.11500.715(335)(blNNldn当 时，连接工作进

55、入弹塑性阶段后，各螺栓所受内力也不易均匀，端部螺栓首先达到极限强度而破坏，随后由外向里一次破坏。对普通螺栓构成的长连接，所需抗剪螺栓数为：式中:为承载力设计值折减系数)。2) 普通螺栓群偏心受剪345FTFe图所示为螺栓群承受偏心剪力的情形，可将偏心力 等效为轴心力和扭矩。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-45 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪 TxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FF作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：)373 (1 nFNFT作用下连接按弹性设计，其假定为作用下连接按弹性设计，

56、其假定为： （1 1）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； （2 2） 连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与与其至形心距离呈线形关系，方向与r ri垂直。垂直。F3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章111221212222211121111222()FTTiTiTTiTiTTiiiTiiiFNnNrNrNrTNNNrrrNNrrrrTrrTTF erT rNrxy ， 每 个 螺 栓 平 均 受 力 为 ： 在 轴 心 力

57、作 用 下在 扭 矩作 用 下 ， 通 常 采 用 弹 性 分 析 :可 得 ：最 大 剪 力 ：11112211111221221111min1121123-363-37()3-3833-38TxTiiTyTiibTxTyFiyTyNNrxyxTxNNrxyNNNNNyxTyFNyn将分解为水平分力和垂直分力： （） （）由此可得到受力最大螺栓所承受的合力的计算式：（）当螺栓布置在一个狭长带，例如时，（）可简化为：2min3-39bN（）3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.6.3 3.6.3 普通螺栓的受

58、拉连接普通螺栓的受拉连接1.普通螺栓受拉的工作环境图图3-46 受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力 图图3-47 T形连接中螺栓受拉形连接中螺栓受拉34206%撬力抗拉强度设计由于翼缘的弯曲，使螺栓受到的附加作用，如图所示。规范将螺栓的来考虑撬力的影响。可通过来加强连接件的刚度，减小螺值降低设置加栓中的劲肋附加力。3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章3.普通螺栓群受拉1) 螺栓群轴心受拉2.单个普通螺栓的抗拉承载力243-40 0.813 3224 bbbtettbetnmeenmdeNAffAffdddddpddp

59、单个螺栓的受拉承载力的设计值为：（）式中螺栓有效截面积；（螺栓抗拉强度设计值） 螺纹处的有效直径， 为扣去螺纹后的净直径，为全直径与净直径的平均直径， 为螺纹的螺距。3-41btNnN假定各个螺栓平均受拉，则连接所需的螺栓数为：（）3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章图图3-48 普通螺栓群弯矩受拉普通螺栓群弯矩受拉2) 螺栓群承受弯矩（图3-48）M作用下螺栓群连接按弹性设计，其假定为：1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；2）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。M刨平顶

60、紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和中和轴轴3.1.1 焊缝连接焊缝连接主主 页页目目 录录帮帮 助助上一章上一章下一章下一章钢结构设计原理钢结构设计原理第 3 章112233112221123113112222111212111211( )( )( ):( )( )( ):( ):342iininnnnnnnniiiiNyNyNyNyaMN yN yN ybaNNyyNNyyNNyycM yNyMycbMNyyyyNyydiNy由力学及假定可得：由式得；将式代入式得螺栓的拉力（）因此，设计时只要满足下式即可：bt343N（）3.1.1 焊缝连