第3章 连接-2

1、第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第3 3章章 连连 接接Chapter 3 Connections 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections主要内容主要内容 钢结构的连接钢结构的连接 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力和焊接变形 普通螺栓的构造

2、和计算普通螺栓的构造和计算 高强度螺栓的构造和计算高强度螺栓的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections1. 1. 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式 3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 3.2.1 3.2.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造 对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。 3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 板厚板厚t 1020mm 板厚板厚t 20mm 板厚板厚t 10mm 第第3 3章章 连连 接接 Ch

3、apter 3 Connections3.3.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理 2.2.对接焊缝的优缺点对接焊缝的优缺点 优点：优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。利于承受动力荷载。缺点：缺点：需剖口，焊件长度要求精确。需剖口，焊件长度要求精确。 垫板垫板垫板垫板垫板垫板3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 1 1）为防止熔化金属流）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口淌必要时可在坡口下加垫板。下加垫板。第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2 2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧）

4、在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。板和引出板，焊后将它们割除。3 3）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm4mm以上以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.51:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 引弧板引弧板第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Conn

5、ections4. 4. 对接焊缝的强度对接焊缝的强度 1 1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。 2 2）三级质量的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗）三级质量的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的拉强度为母材强度的85%85%。 3 3）一、二级质量的焊缝的抗拉强度可认为与母材）一、二级质量的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。强度相等。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.2.2 3.2.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 1. 1. 轴心受力的对接

6、焊缝轴心受力的对接焊缝wcwtwfftlN或（3.2.1）N轴心拉力或压力设计值轴心拉力或压力设计值lw焊缝计算长度，焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去2t；有引弧；有引弧板时，取实际长度。板时，取实际长度。t连接件的较小厚度，对连接件的较小厚度，对T T形接头为腹板的厚度形接头为腹板的厚度 ; ; ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（P398P398表表1.31.3）。）。 与构件母材强度计算方法相同，采用材料力学的计算公式与构件母材强度计算方法相同，采用材料力学的计算公式 加引弧板（引出板）施

7、焊的情况下，一、二级对接焊缝不需计算。加引弧板（引出板）施焊的情况下，一、二级对接焊缝不需计算。 三级焊缝受拉时，或无引弧板（引出板）时才验算。三级焊缝受拉时，或无引弧板（引出板）时才验算。 3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 NNlt要点要点第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections例例3-1 3-1 已知已知Q235BQ235B钢板钢板500mmX20mm500mmX20mm截面用对接直焊缝截面用对接直焊缝拼接，采用手工焊焊条拼接，采用手工焊焊条E43E43型，用引弧板，按型，用引弧板，按级焊级焊缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设

8、计缝质量检验，试求焊缝所能承受的最大轴心拉力设计值。值。板书讲解板书讲解第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2. 斜向受力的对接焊缝斜向受力的对接焊缝 对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈 夹角，其计算公式为：夹角，其计算公式为：lw斜焊缝计算长度。加引弧板时，斜焊缝计算长度。加引弧板时，lwb/sin ；不加引弧板时，；不加引弧板时，lwb/sin 2t。 fvw对接焊缝抗剪设计强度。（对接焊缝抗剪设计强度。（P398P398表表1.31.3）规范规定，当斜焊缝倾角规范规定，当斜

9、焊缝倾角 56.3，即，即tan 1.5时，可认为对接斜时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。焊缝与母材等强，不用计算。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 bwcwtsinfftlNw或（3.2.2）wvwftlNcos（3.2.3）第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections例例3-2 3-2 试验算如图试验算如图(a)(a)和图和图(b)(b)所示钢板的对接焊缝所示钢板的对接焊缝的强度。图中的强度。图中b b =540mm=540mm，t t =22mm=22mm，轴心力的设计值，轴心力的设计值为为N N = 2150kN= 2150kN

10、。钢材为。钢材为Q235BQ235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43 E43 型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧板。型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧板。板书讲解板书讲解第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3. 3. 承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布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。布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。 wVwwwmax23ftlVtIVS（

11、3.2.5）wmaxt2w6wMMfWl t（3.2.4）M焊缝承受的弯矩；焊缝承受的弯矩；Ww焊缝截面模量。焊缝截面模量。V焊缝承受的剪力；焊缝承受的剪力；Iw焊缝计算截面惯性矩；焊缝计算截面惯性矩；Sw焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩。焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections 对于工字形或对于工字形或T T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力力外，还应验算腹板与翼缘交

12、接处的折算应力: :wt21211 . 13f（3.2.6）式中式中 : : 1 1、 1 1为腹板与翼缘为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。交接处的正应力和剪应力。 1.11.1为考虑到最大折算应力只为考虑到最大折算应力只在焊缝局部出现，而将焊缝强度在焊缝局部出现，而将焊缝强度设计值适当提高的系数。设计值适当提高的系数。 工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊

13、缝的构造和计算 hh2hIM0max0w1www11tIVS第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connectionsmax 验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。M=1008kN.m，V=240KN，钢材钢材Q235，E43焊条，手工焊，质量等级为三级，采用引弧板。焊条，手工焊，质量等级为三级，采用引弧板。1. 截面几何特征值计算截面几何特征值计算4633mm1028981210002401032250wI【例题3.3】【解】2501016161000MV366maxmm106163. 5516102898yIWwwmax 1 1 1361mm100

14、32. 250816250wS361mm10282. 325010500wwSS3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2. 焊缝强度计算焊缝强度计算max 1 max 1 2wV2wtN/mm125,N/mm185ff查表，wWMmaxtIVSwwmax66106163. 5101008满足。,N/mm185N/mm5 .17922wtf1010289810282. 310240663，满足。2wv2N/mm125N/mm2 .27fhh0max1 wwwtISV 112N/mm9 .1731032100

15、05 .1791010289810032. 210240663 2N/mm8 .1621213 eq222N/mm3 .1768 .1639 .173，满足。2N/mm5 .2031851 . 11 . 1wtf第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections4. 4. 受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 轴力和弯矩作用下轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其力作用下产生剪应力，其计算公式为：计算公式为：wtwwMNmaxfWMAN（3.2.4*）wvwwwftISVmaxmax（3.2.5

16、*）wt21211 . 13fMN（3.2.6*）wwtIVS11hhWM0wM1式中：式中：3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 1 12 2第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections计算三块钢板焊成工字形截面的对接焊缝（如图所示）。已计算三块钢板焊成工字形截面的对接焊缝（如图所示）。已知截面尺寸为：翼缘板宽度知截面尺寸为：翼缘板宽度b1=100mm, 厚度厚度t1=12mm ，腹板，腹板高度高度h=200mm，厚度，厚度t=8mm。轴向拉力。轴向拉力N=200kN，作用在焊，作用在焊缝上的弯矩缝上的弯矩M=40kN.m ，作用在焊缝上的剪切力

17、，作用在焊缝上的剪切力V=240kN 。钢材为钢材为Q345钢，采用手工焊，焊缝质量为二级，焊条钢，采用手工焊，焊缝质量为二级，焊条E50，施焊时用引弧板。施焊时用引弧板。 【例题3.4】板书讲解板书讲解第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections 对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪应力均对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪应力均匀分布，其计算公式为：匀分布，其计算公式为：Aw牛腿处腹板的焊缝计算面积。牛腿处腹板的焊缝计算面积。wVwfAV（3.2.5*） 对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强度

18、要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。全相同。 3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections 验算如图所示牛腿与柱的对接焊缝连接。验算如图所示牛腿与柱的对接焊缝连接。F=170kN，钢材，钢材Q390，E55焊条，手工焊，质量等级为三级，不采用引弧板。焊条，手工焊，质量等级为三级，不采用引弧板。【例题3.5】961012190max bM aM F1601201220010ba3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections961012190max bM aM 2. 荷载计算荷载计算kN170 FVmkN2 .27160. 0170MF160ba1. 截面几何特征值计算截面几何特征值计算【解】46mm1005.1312 96 6 10 190 (95 12)68.9mm12 96 10 190cy 2mm190019010wA332296 12190 1019096 12 (68.9 6