工程结构第四章构件的连接

1、 钢结构连接钢结构连接 钢结构焊缝连接的计算和构造钢结构焊缝连接的计算和构造 钢结构螺栓连接的计算和构造钢结构螺栓连接的计算和构造第四章构件的连接n工程结构工程结构是由各种基本构件通过连接组成的整体结构物，是由各种基本构件通过连接组成的整体结构物，使其实现共同工作。使其实现共同工作。n钢结构钢结构：钢板、型钢等组成的基本构件（工厂制作）：钢板、型钢等组成的基本构件（工厂制作）现场安装（吊装、连接）现场安装（吊装、连接）结构整体。结构整体。n钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构：有现浇、装配式和装配整体式三种施工方：有现浇、装配式和装配整体式三种施工方法。钢筋的接长、预制构件（预制楼板、叠合梁、叠合板等

2、）法。钢筋的接长、预制构件（预制楼板、叠合梁、叠合板等）的拼装也存在大量的连接。的拼装也存在大量的连接。4.1 钢结构连接钢结构连接1.钢结构的连接类型钢结构的连接类型焊接连接；焊接连接；螺栓连接（普通螺栓、高强度螺栓）；螺栓连接（普通螺栓、高强度螺栓）；铆钉连接铆钉连接( (已很少采用已很少采用, ,被高强度螺栓代替被高强度螺栓代替) )优点优点: : 不削弱构件断面；不削弱构件断面；构造简单，加工简便；构造简单，加工简便；连接刚度大，密闭性好，整体性好。连接刚度大，密闭性好，整体性好。缺点缺点: : 局部加热，材质变脆；局部加热，材质变脆；焊接残余应力和残余变形；焊接残余应力和残余变形；易

3、发生脆性断裂。易发生脆性断裂。2.焊接（电弧焊）特点焊接（电弧焊）特点一、钢结构连接一、钢结构连接打孔拧紧穿杆普通螺栓普通螺栓: :普通螺栓分为普通螺栓分为A A、B B、C C三级；材质为三级；材质为Q235Q235钢材钢材 A A、B B级为级为精制螺栓精制螺栓，对螺栓孔要求较严，为，对螺栓孔要求较严，为类孔类孔( (孔径孔径大大0.30.30.5mm)0.5mm)；其受力性能好，价格高，制作和安装；其受力性能好，价格高，制作和安装困难，困难， 目前目前应用较少应用较少； C C级级为为粗制螺栓粗制螺栓，对螺栓孔要求较低，为，对螺栓孔要求较低，为类孔类孔( (孔径大孔径大1.01.01.5

4、mm),1.5mm),其工作性能差，但安装方便，其工作性能差，但安装方便，应用较多应用较多。一、钢结构连接一、钢结构连接3.螺栓连接：螺栓连接：操作方便；可拆卸；开孔，削弱截面螺栓连接工序螺栓连接工序电弧焊电弧焊自动埋弧焊自动埋弧焊半自动埋弧焊半自动埋弧焊气体保护焊气体保护焊一、钢结构连接一、钢结构连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接 由中碳钢或低合金钢等经热处理后制成，强度较高；由中碳钢或低合金钢等经热处理后制成，强度较高； 按强度级别可分为按强度级别可分为8.88.8级级和和10.910.9级级； 按受力要求分为按受力要求分为摩擦型摩擦型和和承压型承压型连接；连接； 10.910.9级材质一

5、般为级材质一般为20MnTiB20MnTiB和和35VB35VB钢；钢； 8.88.8级材质为级材质为40B40B、3535号钢和号钢和4545号钢；号钢；4. 焊接方法焊接方法手工电弧焊手工电弧焊182763549103 3导线、导线、4 4焊把、焊把、5 5焊条、焊条、6 6电弧、电弧、7 7气体、气体、8 8导线、导线、 手工电弧焊的工作原理手工电弧焊的工作原理1 1焊机、焊机、2 2焊件、焊件、9 9接地线、接地线、1010焊缝焊缝 焊条选用焊条选用 焊条型号焊条型号应与应与焊件主体金属焊件主体金属的强度相适应；的强度相适应； 两种不同强度的钢材相焊接时，应采用与较低强度钢材两种不同强

6、度的钢材相焊接时，应采用与较低强度钢材相对应的焊条相对应的焊条 焊条型号表示：焊条型号表示：E43XXE43XX、E50XXE50XX、E55XXE55XXQ235Q235E43xxE43xx；Q345Q345E50 xxE50 xx；Q390Q390E55xxE55xxnn设备简单，使用灵活方便，可用于设备简单，使用灵活方便，可用于空间全方位空间全方位焊接，特别焊接，特别适合于工地安装焊缝，是钢结构中适合于工地安装焊缝，是钢结构中最常用最常用的焊接方法的焊接方法; ;焊缝质量波动性较大且与焊工的技术水平密切相关，劳动焊缝质量波动性较大且与焊工的技术水平密切相关，劳动条件差条件差, ,效率低效

7、率低. . 自动或半自动埋弧焊自动或半自动埋弧焊1 1焊件、焊件、2 2电弧、电弧、3 3焊丝、焊丝、4 4焊丝转盘、焊丝转盘、5 5送丝机、送丝机、6 6焊剂漏斗、焊剂漏斗、7 7电源、电源、8 8焊剂、焊剂、9 9焊渣、焊渣、1010焊缝金属；焊缝金属；1111导线；导线；1212自动电焊机自动电焊机一、钢结构连接一、钢结构连接 手工电弧焊优缺点手工电弧焊优缺点用保护气体代替了焊剂；用保护气体代替了焊剂；气体保护焊的焊接效率高，熔深大，焊缝质量好，气体保护焊的焊接效率高，熔深大，焊缝质量好， 焊缝焊缝强度比手工焊高，且塑性和耐腐蚀性好，特别适合厚钢板强度比手工焊高，且塑性和耐腐蚀性好，特别

8、适合厚钢板的焊接的焊接. .一、钢结构连接一、钢结构连接 气体保护焊气体保护焊a）b）c）d）一、钢结构连接一、钢结构连接5. 焊接连接和焊缝形式焊接连接和焊缝形式：按构件相对位置分：按构件相对位置分： 平接、搭接和顶接（平接、搭接和顶接（T形）形）三种三种按焊接位置分：俯焊，立焊，横焊，仰焊按焊接位置分：俯焊，立焊，横焊，仰焊按构造性质分：按构造性质分：对接焊缝；角焊缝对接焊缝；角焊缝。t20mm0.52mm34mmt20mm34mmt20mm34mm)一、钢结构连接一、钢结构连接 对接焊缝对接焊缝 传力直接平顺传力直接平顺，焊缝受力明确，基本不产生应力集中；，焊缝受力明确，基本不产生应力集

9、中； 用料经济，不用附加板材用料经济，不用附加板材, ,构造简单构造简单； 对于承受对于承受动力荷载动力荷载的结构，采用对接焊缝连接最为有利；的结构，采用对接焊缝连接最为有利； 焊件板边焊件板边需开坡口需开坡口且尺寸要求准确、制造费工；且尺寸要求准确、制造费工； 角焊缝角焊缝 按按沿长度方向沿长度方向的布置分类的布置分类: : 连续连续焊缝和焊缝和间断间断焊缝焊缝按角焊缝按角焊缝形式形式分类分类: :直角直角角焊缝和角焊缝和斜角斜角角焊缝角焊缝角焊缝的特点角焊缝的特点: :受力较复杂受力较复杂，强度比对接焊缝低，传力也，强度比对接焊缝低，传力也不直接不直接，用料较多，用料较多; ;不需要对焊件

10、边缘进不需要对焊件边缘进行加工，对板件下料尺寸的精度要求低，行加工，对板件下料尺寸的精度要求低，施工便利施工便利；应用非常普遍应用非常普遍一、钢结构连接一、钢结构连接7. 焊缝等级和焊缝设计强度焊缝等级和焊缝设计强度如果焊缝质量优良，焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的如果焊缝质量优良，焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度高于焊件母材，破坏部位多位于焊缝附近热影响区的强度高于焊件母材，破坏部位多位于焊缝附近热影响区的母材上母材上焊缝缺陷焊缝缺陷：尺寸偏差、弧坑、咬边、气孔、夹渣、裂纹、尺寸偏差、弧坑、咬边、气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷。未焊透等缺陷。焊缝缺陷将削弱焊缝的受力面积，并在缺陷处产生应

11、焊缝缺陷将削弱焊缝的受力面积，并在缺陷处产生应力集中，对结构受力很不利。因此，对焊缝进行质量检查力集中，对结构受力很不利。因此，对焊缝进行质量检查很重要。很重要。( a )( c )( d )( b )( e )( f )( g )焊缝质量等级焊缝质量等级: : 分三级分三级 一级焊缝一级焊缝: :要求对每条焊缝长度的要求对每条焊缝长度的100%100%进行超声波探伤；进行超声波探伤；适用于直接承受动力荷载或受拉适用于直接承受动力荷载或受拉等强对接焊缝等强对接焊缝连接连接二级焊缝二级焊缝: :要求对每条焊缝长度的要求对每条焊缝长度的20%20%且不小于且不小于200mm200mm进行进行超声波

12、探伤超声波探伤 ；适用于承受静力荷载的；适用于承受静力荷载的等强对接焊缝等强对接焊缝连接连接三级焊缝三级焊缝: :仅要求作仅要求作外观检查外观检查, , 包括：焊缝实际尺寸、有包括：焊缝实际尺寸、有无可见缺陷。主要用于一般无可见缺陷。主要用于一般角焊缝角焊缝或或不重要的对接焊缝不重要的对接焊缝连连接。接。焊缝强度取值焊缝强度取值I、II级焊缝与母材等强；级焊缝与母材等强；III级焊缝级焊缝的抗拉、抗弯强度设计值的抗拉、抗弯强度设计值ftw取焊件取焊件母材强度设计值母材强度设计值f的的0.85倍倍 。一、钢结构连接一、钢结构连接由指引线和表示焊缝截面形状的基本符号组成；由指引线和表示焊缝截面形状

13、的基本符号组成；必要时还可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号；必要时还可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号；指引线：箭头线和虚实线（基准线）；允许弯折一次。指引线：箭头线和虚实线（基准线）；允许弯折一次。焊缝标注焊缝标注 应标明焊缝形式、尺寸及要求；应标明焊缝形式、尺寸及要求； 焊缝标注焊缝标注虚实线的方向和焊缝符号的方向虚实线的方向和焊缝符号的方向双面对称焊时双面对称焊时, ,基准线可只画一条实线基准线可只画一条实线单面对接焊时，箭头指向坡口一侧单面对接焊时，箭头指向坡口一侧一、钢结构连接一、钢结构连接6.6.焊缝符号焊缝符号 f t ( f c )焊缝中的应力分布情况基本与焊件原有情况

14、相似，对接焊缝焊缝中的应力分布情况基本与焊件原有情况相似，对接焊缝的有效截面与焊件的截面相同。焊缝应力可以由的有效截面与焊件的截面相同。焊缝应力可以由材料力学材料力学的有的有关计算公式进行计算。关计算公式进行计算。无引弧板时无引弧板时, ,焊缝的焊缝的计算长度计算长度比实际长度减小比实际长度减小2 2t t mmmm。轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝计算：计算：w wNl w t =二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造一一. .对接焊缝的计算和构造对接焊缝的计算和构造式中式中t连接构件中较薄板厚连接构件中较薄板厚, ,在在T T形连接中为腹板的厚度形连接中为腹板的厚度. .t

15、tw ll w(a)NN(b)Nsincos N二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造当采用当采用引弧板引弧板时，对接焊缝抗压、抗剪和一、二级焊缝时，对接焊缝抗压、抗剪和一、二级焊缝抗拉强度与母材相等，在焊件强度保证的条件下可不必抗拉强度与母材相等，在焊件强度保证的条件下可不必计算焊缝强度；只在计算焊缝强度；只在三级焊缝受拉力三级焊缝受拉力作用时才需按上式作用时才需按上式进行验算。进行验算。如果采用直缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝以如果采用直缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝以增加焊缝长度。根据试验结果，当焊缝与作用力间的夹角增加焊缝长度。根据试验结果，当焊缝与作用力间

16、的夹角时，斜焊缝强度不低于母材强度时，斜焊缝强度不低于母材强度, ,可不再验算。可不再验算。n承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算1矩形截面：焊缝中的焊缝中的最大正应力和最大剪应力不矩形截面：焊缝中的焊缝中的最大正应力和最大剪应力不在同一点，应分别进行计算：在同一点，应分别进行计算：MW wVS wI wt w f tw f vw = = = =矩形截面工字形截面12. 工字形截面：在同时受有较大正应力和较大剪应力的梁工字形截面：在同时受有较大正应力和较大剪应力的梁腹板与翼缘相交处，还应计算其折算应力腹板与翼缘相交处，还应计算其折算应力1 2 + +31 2

17、 1.1ftw二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造例例41 计算图计算图437所示钢牛腿和柱连接的对接焊缝。所示钢牛腿和柱连接的对接焊缝。已知已知F=250kN（设计值），钢材（设计值），钢材Q235A.F，焊条，焊条E43系列，手系列，手工焊，无引弧板，焊缝为三级检查标准工焊，无引弧板，焊缝为三级检查标准。二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造7011014024810140248101120.8(381)3 +21(151)19.52 =14024cm2Iw =14024 320Sw =1(151)19.5+0.8(190.5) = 410cm32MWw=107M

18、Pa250301043= =VSwIwtw=91.4MPa2504101064= =380400=101.7MPa1 =107= 60.8MPa25027310641 =2 2二二. .角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算1.1.当焊缝轴线与外力作用方向平行时，称为当焊缝轴线与外力作用方向平行时，称为侧面角焊缝侧面角焊缝，又称，又称侧缝侧缝；2.2.当焊缝轴线与外力作用方向当焊缝轴线与外力作用方向垂直垂直时，称为时，称为正面角焊缝正面角焊缝，又，又称称端缝端缝；3.3. 呈夹角时，称为斜焊缝呈夹角时，称为斜焊缝。角焊缝的受力性能和强度与受力方向有直接关系。角焊缝的受力性能和强度与受力方向有直接

19、关系。n直角角焊缝截面形式直角角焊缝截面形式：角焊缝较小的焊脚尺寸为角焊缝较小的焊脚尺寸为h hf,f, ; ;有效高度为有效高度为h he e=0.7=0.7 h hf f，忽略了焊缝余高和熔深忽略了焊缝余高和熔深普通焊缝普通焊缝平坡焊缝平坡焊缝深熔焊缝深熔焊缝1.23b1.622.39N45 。lw45 。N0.720.45305010二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造角焊缝的受力性能角焊缝的受力性能侧面角焊缝侧面角焊缝: :主要承受主要承受剪力剪力作用，塑性较好，强度较低。作用，塑性较好，强度较低。破坏面通常在焊缝的最小截面（破坏面通常在焊缝的最小截面（4545o o斜截

20、面）。破坏起点在侧斜截面）。破坏起点在侧缝两端，该处出现裂缝后，迅速蔓延扩展，使焊缝断裂。缝两端，该处出现裂缝后，迅速蔓延扩展，使焊缝断裂。l w / h e0.89端缝端缝的应力状态比侧缝复杂的多，应力集中较明显。正应力的应力状态比侧缝复杂的多，应力集中较明显。正应力和剪应力在焊缝的根部出现应力高峰，易于开裂。端缝有三种和剪应力在焊缝的根部出现应力高峰，易于开裂。端缝有三种破坏形式，即焊缝剪坏、焊缝拉脱和焊缝斜截面断裂。破坏时破坏形式，即焊缝剪坏、焊缝拉脱和焊缝斜截面断裂。破坏时首先在焊缝根部开裂。首先在焊缝根部开裂。 端缝的强度比侧缝高端缝的强度比侧缝高，但塑性较差，沿纵向较均匀，但塑性较

21、差，沿纵向较均匀. .45。lwNBDC。45ANBDD y xACB yxxyC二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造无论是侧缝与端缝，焊缝计算时一律取与焊脚边呈无论是侧缝与端缝，焊缝计算时一律取与焊脚边呈4545o o的斜面的斜面为为计算截面计算截面，即，即焊缝有效厚度焊缝有效厚度0.70.7h hf f。( (直角直角) ) 规范规定的规范规定的角焊缝设计强度是侧面角焊缝的强度角焊缝设计强度是侧面角焊缝的强度，不分抗拉、，不分抗拉、抗压和抗剪，不分焊缝级别均抗压和抗剪，不分焊缝级别均采用相同的值采用相同的值. .例如例如Q235Q235钢材，钢材，f ffwfw=160N/m

22、m=160N/mm2 2。角焊缝的构造角焊缝的构造焊脚尺寸和焊缝计算长度焊脚尺寸和焊缝计算长度1.1.最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸：焊缝冷却过快而变脆，容易产生裂纹；：焊缝冷却过快而变脆，容易产生裂纹；hf 1.5 tmax2.2.最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸：防止：防止“过烧过烧”现象，焊接残余变形和残余应力现象，焊接残余变形和残余应力hf 1.2tmin手工焊时:二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造为防止板件边缘产生为防止板件边缘产生“咬边咬边”t 6mm时 h f = tt 6mm时h f t (1 2)3.3.最小焊缝长度最小焊缝长度： lw 40 和和 lw 8hfmmmm；4

23、.4.最大侧焊缝计算长度最大侧焊缝计算长度：不宜大于：不宜大于60h60hf f（承受静力荷载或间（承受静力荷载或间接承受动力荷载时）或接承受动力荷载时）或40h40hf f（承受动力荷载时）；（承受动力荷载时）；当焊缝长度大于上述长度时，其超出部分在计算中不予考虑；但内力当焊缝长度大于上述长度时，其超出部分在计算中不予考虑；但内力沿侧缝沿全长分布，其计算长度不受此限制。（例：焊接工字形梁截面翼沿侧缝沿全长分布，其计算长度不受此限制。（例：焊接工字形梁截面翼缘与腹板的连接焊缝。缘与腹板的连接焊缝。5.5.搭接长度搭接长度5t5tminmin且且25mm.25mm.b 5tminb 25mmb)

24、三面围焊a)两侧围焊6.6.在构件的转角处时，宜连续地绕过转角加焊在构件的转角处时，宜连续地绕过转角加焊2 2h hf f2hf2hfc)L形围焊hfn neee7.7.间断焊缝之间净距间断焊缝之间净距e e不应大于不应大于15t15t（受压构件）或（受压构件）或30t30t （受拉构件），（受拉构件），t t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。h eN xx45 破坏面 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算计算简化假定计算简化假定：1.1.沿角焊缝沿角焊缝4545o o方向方向的焊缝有效截面为计的焊缝有效截面为计算时的破坏面；算时的破坏面；2.2.在通过焊缝形心在通过焊缝形心的拉力、压力和剪力的

25、拉力、压力和剪力作用下，假定沿焊缝作用下，假定沿焊缝wyNyhff。45。45 f45。45。长度的应力是均匀分长度的应力是均匀分布的。布的。3.3. 角焊缝的抗拉、角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设抗压和抗剪强度设计值取用相同的值计值取用相同的值f ffwfw ( (实质上是抗剪实质上是抗剪强度，乘以强度，乘以 3 后为后为抗拉强度设计值抗拉强度设计值) )。 + +3( + +/ ) 3f n基本计算公式基本计算公式：n端缝应力端缝应力：fmmmm。2 2 2fffff+ +22对于直接承受动力荷载的结构，对于直接承受动力荷载的结构， f = =1.0为正面角焊缝的强度设计值增大系数为正面角焊

26、缝的强度设计值增大系数 f = =1.22f f fwNhelw= =侧缝应力侧缝应力： f f fwNhelw f = =二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造当外力当外力垂直垂直于焊缝长度方向时，属于焊缝长度方向时，属正面正面角焊缝受力，角焊缝受力，当外力方向与焊缝长度方向呈夹角时，当外力方向与焊缝长度方向呈夹角时，斜焊缝受力斜焊缝受力， ffwNh elw f = =f ff wNh elwf = =二、二、 焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造轴心力作用下的角焊缝计算当轴心力（拉力、压力、剪力）通过焊缝计算截面形心时，当轴心力（拉力、压力、剪力）通过焊缝计算截面形心时，

27、角焊缝有效截面上的应力为均匀分布。角焊缝有效截面上的应力为均匀分布。当外力当外力平行平行于焊缝长度方向时，属于焊缝长度方向时，属侧面侧面角焊缝受力角焊缝受力，当角钢杆件与板件采用角焊缝连接时，由于角钢是不对称截当角钢杆件与板件采用角焊缝连接时，由于角钢是不对称截面，必须使焊缝传递的合力作用线与角钢杆件的轴线重合，才面，必须使焊缝传递的合力作用线与角钢杆件的轴线重合，才能避免偏心受力。能避免偏心受力。两侧焊接两侧焊接时：时：K K1 1、K K2 2为角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数为角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数假定角钢肢背和肢尖焊缝的焊脚尺寸分别为、，即可假定角钢肢背和肢尖焊缝的焊脚尺寸分

28、别为、，即可求得所需焊缝的计算长度求得所需焊缝的计算长度 ：实际焊缝长度应取计算长度加实际焊缝长度应取计算长度加2 2h hf f mmmmN = K 1NN = K 2Ne2e1 + e2e1e1 + e2N 1 =N 2 =wfl w1N 12 0.7h f 1 f=l w 2N 22 0.7h f 2 f=三面围焊时三面围焊时：3hf，算出其所能，算出其所能wf先选取正面角焊缝的焊脚尺寸先选取正面角焊缝的焊脚尺寸承受的内力承受的内力N3 =0.7hf3lw3f fN 32N 1 = K 1N 2N 32N= K 2 N N 3 = 2 K 2 NN 1 = N N2N 32N= K 2

29、N L L型围焊时：型围焊时：令令N N2 2=0,=0,即即例例42 试设计一双盖板的平接连接。已知被连接钢板截试设计一双盖板的平接连接。已知被连接钢板截面为面为300 x14mm，承受轴心力设计值，承受轴心力设计值N=800kN（静力荷载）。（静力荷载）。钢材钢材Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43xx系列。系列。二、二、焊缝连接的计算和构造焊缝连接的计算和构造( ) 139 10 426 800 3 = = w l=160 6 7 . 0 4 7 . 0 4 f f f h根据和母材等强原则，盖板取根据和母材等强原则，盖板取2-180 x82-180 x8，钢材，钢材Q235Q23

30、5，其，其截面面积为：截面面积为：取焊脚尺寸取焊脚尺寸6mm6mm ，满足最大，满足最大/ /最小要求最小要求因因b=260200mmb=260200mm，故采用三面围焊。，故采用三面围焊。正面角焊缝能承受的内力为正面角焊缝能承受的内力为 : :接头一侧需要侧面角焊缝的计算长度为：接头一侧需要侧面角焊缝的计算长度为：A=2260.8=41 .6cm 2301.4=42 cm 2N = 20.7h flw f f fw = 20.762601.22160 = 426000wN N 由此可得盖板总长：由此可得盖板总长：l=2(139+5)+12=3000.7hf1f 3 he 1t10.7hf 2

31、 0.7hf1C yA yh0t 20.7hf 2D yB y) )f Az fz Vfyf Bz f DzB B点点：xDByACezVNhf 2hf 2hf1xb2twb1hf1b2-1050.7hf 3550.7hf 35b1-10MM-M+f M Cz+ +MfzCNfz f fwV 2fy2f2+ + + ( (弯矩和剪力弯矩和剪力作用下的角焊缝计算作用下的角焊缝计算以焊缝有效截面为依据，根据基本假定以焊缝有效截面为依据，根据基本假定3 3，首先应计算角焊缝，首先应计算角焊缝有效截面的几何特性，然后按材料力学公式求出控制点应力有效截面的几何特性，然后按材料力学公式求出控制点应力值，最

32、后根据该点的应力状态进行强度验算。值，最后根据该点的应力状态进行强度验算。A A点：点： M N wfzA fz f f已知荷载为已知荷载为 （设计值，直接动力荷载），（设计值，直接动力荷载）， f kN F 250 = 4 . 0 = e 例例4 444 试求图试求图4 45353柱牛腿与柱连接角焊缝的焊脚尺寸柱牛腿与柱连接角焊缝的焊脚尺寸hm m，钢材为，钢材为Q235-BQ235-B，焊条，焊条E4316E4316型。型。1.1.角焊缝承受的外力设计值：角焊缝承受的外力设计值：2.2.焊缝计算截面的几何特性焊缝计算截面的几何特性连续施焊。连续施焊。焊缝计算长度：腹板焊缝按全高焊缝计算长度

33、：腹板焊缝按全高300mm300mm，翼缘焊缝每外端减去，翼缘焊缝每外端减去5mm5mm分别为分别为190190和和90mm90mm。由于截面对称，考虑图示由于截面对称，考虑图示A A、B B两点焊缝应力状态。对于动力两点焊缝应力状态。对于动力弯矩弯矩 M = Fe = 2500.4 =100 kN.mkN.m剪力剪力 V = F = 250 kNkN每个翼缘和腹板各用每个翼缘和腹板各用2 2条角焊缝，焊脚尺寸均为条角焊缝，焊脚尺寸均为 h f ，内焊缝，内焊缝Iw = 0.7hf (23003 /12+21901622 +4901502) =15.80106hf荷载，荷载， f =1 。 f

34、zA =15.8010 hf=M f fw =1601025hf10010616215.80106hfM(h/ 2)Iwhf = 6.41949hfM(h0 / 2 )Iw=100106 1506= MfzBVAwf595hf=250103(20.7hf 300)= VfyB2=M 2fzB f fw =1601120hf9492 +5952hf+ VfyBA A点点B B点点hf = 7.00故取角焊缝焊脚尺寸为故取角焊缝焊脚尺寸为 hf = 8mmmm，且经验算符合构，且经验算符合构造要求。造要求。 = =rT = TrI扭矩、剪力和轴心力扭矩、剪力和轴心力作用下的角焊缝计算作用下的角焊缝

35、计算一般假定被连接件是绝对刚性体，而焊缝则是弹性的；一般假定被连接件是绝对刚性体，而焊缝则是弹性的；焊缝上任一点的应力方向将垂直与该点与形心焊缝上任一点的应力方向将垂直与该点与形心O O的连线，而其的连线，而其大小则与该点至形心大小则与该点至形心O O的距离成正比。的距离成正比。焊缝任一点的应力按下式计算：焊缝任一点的应力按下式计算：将分解成沿轴将分解成沿轴x x和沿轴和沿轴y y两个分量。两个分量。两应力分量为：两应力分量为：TyI yrTTfx= TxIT T xft ( )+ T在扭矩和剪力的共同作用下，焊缝在扭矩和剪力的共同作用下，焊缝1 1点处的强度应满足：点处的强度应满足：VfyV

36、A wVh e l w=wffxVfyTfy f22+ f扭矩、剪力和轴心力扭矩、剪力和轴心力作用下的角焊缝计算作用下的角焊缝计算通过焊缝有效截面形心通过焊缝有效截面形心O O的竖向剪力由全部焊缝平均承的竖向剪力由全部焊缝平均承受，在其作用下，水平焊缝上产生的竖向均布应力为：受，在其作用下，水平焊缝上产生的竖向均布应力为：名称永久螺栓安装螺栓高强度螺栓圆形螺栓孔长圆形螺栓孔图例ab三、普通螺栓三、普通螺栓的构造与计算的构造与计算n普通螺栓的形式和规格普通螺栓的形式和规格1.1.粗牙普通螺纹，其代号用字母粗牙普通螺纹，其代号用字母M M与公称直径表示，工程中与公称直径表示，工程中常用常用M16M

37、16、M20M20、(M22)(M22)和和M24M24。2.2. C C级螺栓的螺孔采用级螺栓的螺孔采用类孔，类孔，M16M16M24M24螺栓的孔径比螺栓螺栓的孔径比螺栓公称直径大公称直径大1.5mm1.5mm。n螺栓的螺栓的排列排列采用并列和错列两种形式采用并列和错列两种形式1.受力要求；受力要求；2.2.构造要求；构造要求；3.3.施工要求。施工要求。规定螺栓的最大、最小容许距离。规定螺栓的最大、最小容许距离。普通螺栓连接的普通螺栓连接的受力性能受力性能n栓杆剪断栓杆剪断当螺栓直径较小而钢板相对较厚时可能发生当螺栓直径较小而钢板相对较厚时可能发生n孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏当螺栓直径较大

38、而钢板相对较薄时可能发生当螺栓直径较大而钢板相对较薄时可能发生n钢板拉断钢板拉断当钢板顺螺孔削弱过多可能发生当钢板顺螺孔削弱过多可能发生n端部钢板剪断端部钢板剪断当顺受力方向的端距过小时可能发生当顺受力方向的端距过小时可能发生n栓杆受弯破坏栓杆受弯破坏当螺栓过长时可能发生当螺栓过长时可能发生t 1t1t 2t1t2三三.普通螺栓普通螺栓连接的受力性能连接的受力性能n螺栓传力方式分为螺栓传力方式分为1.1.受剪螺栓连接剪力螺栓；受剪螺栓连接剪力螺栓；2.2.受拉螺栓连接拉力螺栓；受拉螺栓连接拉力螺栓；3.3.同时承受剪拉的螺栓连接同时承受剪拉的螺栓连接1.受剪螺栓连接受剪螺栓连接NNNN/2N/

39、2N推移线(a)(b)推移线(c)(a)(b)(c)(d)(e)n后两种在选用最小容许端距后两种在选用最小容许端距2 2d d0 0和使螺栓的夹紧长度不超过和使螺栓的夹紧长度不超过4 46 6倍螺栓直径的条件下，均不会产生。但对其他三种形式倍螺栓直径的条件下，均不会产生。但对其他三种形式的破坏，则须通过计算来防止。的破坏，则须通过计算来防止。t4t2t1t35 tN =dtfd2 ； b1 1. .受剪螺栓群受剪螺栓群在在轴心力轴心力作用下的计算作用下的计算n受剪螺栓连接按承载能力极限状态须计算螺栓杆受剪和孔壁受剪螺栓连接按承载能力极限状态须计算螺栓杆受剪和孔壁承压承载力。承压承载力。n单个受

40、剪螺栓的承载设计值应取单个受剪螺栓的承载设计值应取N N bvbv和和N N bcbc中的较小者N bminfv4Nv b =nvn单个受剪抗剪螺栓的承载力设计值单个受剪抗剪螺栓的承载力设计值n承压承载力设计值承压承载力设计值 b bc c(a)(b)(c)bt1t1 te11 t tt1e e e e e1NminA n = (2 e1 + (n 2 1) + e 2 n 2d 0a) t连接一侧螺栓需要的数目为：连接一侧螺栓需要的数目为：连接板件的计算连接板件的计算构件截面构件截面：NNl1(a)NI II II II II IIINN(b)I IIaNI IINbn =三、钢结构螺栓连接

41、的构造和计算三、钢结构螺栓连接的构造和计算.受剪螺栓群在受剪螺栓群在轴心力轴心力作用下的计算作用下的计算NAn =An = (b n1d0)t连接板截面连接板截面：An = 2(b n3d0)t1连接板截面连接板截面：2de 2 b2 2拉力螺栓拉力螺栓的计算的计算n受拉螺栓的破坏形式是栓杆被拉断，其部位多在被螺纹削弱受拉螺栓的破坏形式是栓杆被拉断，其部位多在被螺纹削弱的截面处。的截面处。n单个受拉螺栓承载力单个受拉螺栓承载力n构造加强构造加强n受拉螺栓群受拉螺栓群：ft4设计值为：设计值为：Ntb = A e ftb =fbt=0.8fNNtbn =N(a)RN tRN tN(b)N t加劲

42、勒Nt1.1.高强度螺栓高强度螺栓连接的材料和施工方法连接的材料和施工方法1 1n螺栓的性能等级：螺栓的性能等级：10.910.9级和级和8.88.8级。级。10.9S级螺栓材料为级螺栓材料为20MnTiB (适用规格适用规格M24)或或35VB（M30）钢；钢；8.8S级的为级的为40B（M24）、）、45号（号（M22）或）或35号（号（M20）钢。螺栓孔钢。螺栓孔:钻孔。钻孔。n受力都是依靠螺栓对板叠强大的的法向压力，即紧固预拉力。受力都是依靠螺栓对板叠强大的的法向压力，即紧固预拉力。控制螺栓的坚固程度，是保证连接质量的一个关键性因素。控制螺栓的坚固程度，是保证连接质量的一个关键性因素。

43、n紧固方法：紧固方法：1.1.扭矩法扭力扳手；扭矩法扭力扳手；2.2.拧掉梅花头扭剪型高强拧掉梅花头扭剪型高强螺栓。螺栓。分初拧、终拧两个阶段。分初拧、终拧两个阶段。2.2.高强度螺栓高强度螺栓摩擦型摩擦型连接连接n受剪高强度螺栓连接的受力性能受剪高强度螺栓连接的受力性能1.1.单个高强度螺栓的抗剪承载力设计值：单个高强度螺栓的抗剪承载力设计值：摩擦面的抗滑移系数摩擦面的抗滑移系数主要与摩擦面的粗糙程度即构件接主要与摩擦面的粗糙程度即构件接触面的处理方法有关。触面的处理方法有关。Nv b = 0.9n f P=10.5 高强度螺栓高强度螺栓摩擦型摩擦型连接连接n受剪高强度螺栓群的连接计算受剪高强度螺栓群的连接计算1.1.受剪高强度螺栓连接受力的分析方法和普通螺栓的一样，受剪高强度螺栓连接受力的分析方法和普通螺栓的一样，单个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力设计值单个