钢结构第七章(2012)

1、第七章第七章 连连 接接Chapter 7 Connections 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.1 7.1 钢结构的连接简介钢结构的连接简介连接的方式连接的方式焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接连接的原则连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材安全可靠、传力明确、构造简单、制造

2、方便和节约钢材 图图7.1.1 7.1.1 连接的方式连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接焊接连接焊接连接钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter7 Connections7.1.1 7.1.1 焊缝连接焊缝连接1. 1. 钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。 （1 1）手工电弧焊）手工电弧焊原理：原理：利用电弧产生热量熔化焊条利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。和母材形成焊缝。 图图

3、7.1.2 7.1.2 手工电弧焊手工电弧焊 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护气体焊件焊件电弧电弧优点：优点：方便，适用于任意空间位置方便，适用于任意空间位置的焊接，特别适用于在高空和野外的焊接，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接。作业，小型焊接。缺点：缺点：质量波动大，要求焊工等级质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，生产效率低。高，劳动强度大，生产效率低。 A A、焊条的选择：、焊条的选择：手工电弧焊焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。手工电弧焊焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-E

4、5518)(E5500-E5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条 (E5001-E5048)(E5001-E5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionsB B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：EE焊条焊条(Electrode)(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kg

5、f/mmkgf/mm2 2) )第第3 3、4 4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。表示适用焊接位置、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，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。E4300是什么意思？钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter7 Connections2. 2. 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验（1 1）焊缝缺陷）焊缝缺陷 焊缝缺陷焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内指焊接过程中产生于焊缝金属或附

6、近热影响区钢材表面或内部的缺陷。部的缺陷。 热裂纹热裂纹 冷裂纹冷裂纹气孔气孔 烧烧 穿穿 夹夹 渣渣 根部未焊透根部未焊透边缘未熔合边缘未熔合 焊缝层间未熔合焊缝层间未熔合 咬咬 边边 焊瘤焊瘤 缺陷这么缺陷这么多，如何多，如何检验才放检验才放心？心？钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter7 Connections（2 2）焊缝质量检验：）焊缝质量检验：检检验验标标准准三三 级级肉眼外观检查肉眼外观检查二级二级 肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波用于有较大拉应力的较重要连接用于有较大拉

7、应力的较重要连接不得存不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷一级一级 肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波 X X射线射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接用于抗动力、疲劳荷载的重要连接不得存不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷弧擦伤等缺陷用于一般连接用于一般连接所有焊缝均应作外观检验，不允许所有焊缝均应作外观检验，不允许有有可见裂纹可见裂纹等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求；规范要求；超声波超声波检测设备检测设备

8、钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections3. 3. 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式（1 1）焊缝连接焊缝连接形式：分为形式：分为对接、搭接、对接、搭接、T T形连接形连接和和角部连接角部连接。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（2 2）焊缝焊缝形式：分为形式：分为对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝。 用料经济，传力平稳，

9、动力性能好用料经济，传力平稳，动力性能好较厚的板需开剖口，费工较厚的板需开剖口，费工施工简便施工简便传力不均，应力集中严重，搭接时费料传力不均，应力集中严重，搭接时费料对接焊缝对接焊缝直焊缝直焊缝斜焊缝斜焊缝角焊缝角焊缝侧焊缝侧焊缝（与力平行）（与力平行）端焊缝端焊缝（与力垂直）（与力垂直）钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections间断焊缝间断焊缝连续焊缝连续焊缝不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接（3） 焊缝焊缝形式形式连续焊缝与间断焊缝连续焊缝与间断焊缝什么情

10、况下采用间断焊缝？钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections俯焊俯焊横焊横焊 立焊立焊 仰焊仰焊 质量好质量好质量一般质量一般质量差质量差（4） 焊缝焊缝形式形式施焊方位施焊方位钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections4 4 焊缝代号焊缝代号钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structur

11、e第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.2 7.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算7.2.1 7.2.1 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对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。坡口形式与焊件厚度有关。 直边缝直边缝单边单边V形缝形缝双边双边V形缝形缝板厚板厚 t 20 mm钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections

12、2.2.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理垫板垫板垫板垫板垫板垫板图图7.2.2 7.2.2 根部加垫板根部加垫板1 1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2 2）在焊缝的起灭弧处，常会）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。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

13、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。图图7.2.4 不同厚度或宽度的钢板拼接不同厚度或宽度的钢板拼接a) 改变厚度改变厚度b) 改变宽度改变宽度1:2.51:2.5图图7.2.3 7.2.3 对接焊缝的引弧板对接焊缝的引弧板引弧板引弧板钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章

14、第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.2.2 7.2.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1. 1. 轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝图图7.2.5 直对接焊缝连接直对接焊缝连接wcwtwfftlN或（7.2.1）lw焊缝计算长度，焊缝计算长度，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（1 1）对）对lw的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去实际长度减

15、去2t；有引弧板时，取实际长度。；有引弧板时，取实际长度。（2 2）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。 （3 3）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况。）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况。a)a)没有引弧板时需要计没有引弧板时需要计算。算。b)b)受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。 图图7.2.6 斜对接焊缝斜对接焊缝bwcwtsinfftlNw或（7.2.2）wvwftlNcos（7.2.3）钢结构设计原

16、理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections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规范规定，当斜焊缝倾角规范规定，当斜焊缝倾角 56.3，即，即tan

17、 1.5时，可认为对接时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。斜焊缝与母材等强，不用计算。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2. 2. 承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝承受弯距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。 wVwwwmax23ftl

18、VtIVS（7.2.5）wmaxt2w6wMMfWl t（7.2.4）图图7.2.7a 弯矩和剪力共同作弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝用下的对接焊缝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计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 对于工字形或对于工字

19、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接处的折算应力: :wt21211 . 13f（7.2.6）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局部出现，而将强度设计值适在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。当提高系数。 图图7.2.7b 弯矩和剪力联合作弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝用下的对接焊缝钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles

20、 of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections3. 3. 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 轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其计算公式为：，其计算公式为：wtwwMNmaxfWMAN（7.2.4*）wvwwmaxmaxftISV（7.2.5*）弯矩弯矩 M剪力剪力 V轴力轴力 N应力分布应力分布钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连

21、接接 Chapter 7 Connections 同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力，同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力，其公式为其公式为 ： wt2121f1 . 13fMN（7.2.6*）tIVSw11hhWM0wM1式中式中弯矩弯矩 M剪力剪力 V轴力轴力 N应力分布应力分布钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 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，

22、且剪应力均匀分布，其计算公式为：匀分布，其计算公式为：Aw牛腿处腹板牛腿处腹板的焊缝计算面积。的焊缝计算面积。wVwfAV（7.2.5*） 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。 1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.3 7.3 角焊缝的构造和计算角焊缝

23、的构造和计算7.3.1 角焊缝的构造角焊缝的构造角焊缝按截面形式（两焊脚边角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为的夹角）可分为直角角焊缝直角角焊缝和和斜角角焊缝。斜角角焊缝。 （a） （b） （c）图图7.3.1 直角角焊缝截面直角角焊缝截面（1 1）直角角焊缝）直角角焊缝通常做成表面微凸的等通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（腰直角三角形截面（a a）。）。对承受动力荷载的结构对承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面中，正面角焊缝的截面通常采用（通常采用（b b）的形式，）的形式，侧面角焊缝的截面则做侧面角焊缝的截面则做成凹面式（成凹面式（c c）。）。钢结构设计原理钢结构设计原理 De

24、sign Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝两焊边的夹角两焊边的夹角a90a90或或a90a135135o o或或606mm 6mm时，时， h hf,maxf,max t t -(12)mm -(12)mm；钢管构件除外钢管构件除外钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2.2.构造要求构造要求（3）最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸hf,minhf,

25、min)(5 . 12min,计计算算数数值值只只进进不不舍舍！thf 式中式中: : t t2 2-较厚焊件厚度。较厚焊件厚度。 当当t24mm时时, hf,min = t2 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2.2.构造要求构造要求（4）侧缝的最大计算长度侧缝的最大计算长度fwhl60 当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。但当内力沿侧焊缝全长分布时

26、，不受上式限制。（5）角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度mmhlfw408且不得小于当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2.2.构造要求构造要求（6）搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：A A、为避免应力传递过分弯折

27、导致应力不均：、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：blw B B、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：）（或或）（mmtmmmmttb121901216111 不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！bwlt1t2钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2.2.构造要求构造要求（6）搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求C C、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作、角焊缝的端部位于构件转

28、角处时，应作2 2hfhf的绕角焊，且的绕角焊，且转角处必须连续施焊。转角处必须连续施焊。D D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5 5倍，倍，且不得小于且不得小于25mm25mm。b2hft1t225,51t钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 焊角尺寸焊角尺寸：hfd c b adcbahe ehfhf1 1）焊缝的破坏面）焊缝的破坏面7.3.2 直角焊缝的基本计算公式直角焊缝的基本计算公式试验表明，

29、直角角焊缝的破坏常试验表明，直角角焊缝的破坏常沿有效厚度方向发生。沿有效厚度方向发生。图图7.3.8 直角角焊缝截面直角角焊缝截面 有效厚度有效厚度：he （0.7hf） 焊缝厚度焊缝厚度：有效厚度有效厚度+熔深熔深+凸度凸度 有效截面有效截面：有效厚度有效厚度计算长度计算长度计算时假定有效截面上应力均匀计算时假定有效截面上应力均匀分布。分布。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2 2）有效截面上的应力状态）有效截面上的应力状态图图7.3.9 角焊缝有效截面上的

30、应力角焊缝有效截面上的应力d a dacche e 在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力： 正应力，与焊缝长度方向（面外垂直）正应力，与焊缝长度方向（面外垂直） 剪应力，与焊缝长度方向（面内平行）剪应力，与焊缝长度方向（面内平行） 剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直）剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直） wf2112233fffw角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值对复杂应力情况，采用第三强度理论：对复杂应力情况，采用第三强度理论：ffw由角焊缝抗剪条件确定，所以右边由角焊缝抗剪条件确定，所以右边3 fw相当于角焊相当于角焊缝抗拉强度设计值。缝抗拉

31、强度设计值。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections图图7.3.10 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算 如图所示承受互相垂直的如图所示承受互相垂直的Ny、Nz两个轴心力作用的直角两个轴心力作用的直角角焊缝，角焊缝，Ny垂直于焊缝长度方向产生平均应力垂直于焊缝长度方向产生平均应力 f，其在有效其在有效截面上引起的应力值为：截面上引起的应力值为：weyflhN（7.3.4） f 对于有效截面既不是正应力也对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，但可分解为不是剪应力，但可分

32、解为 和和 。2f对直角角焊缝对直角角焊缝 ：3 3）实用计算方法）实用计算方法钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections图图7.3.10 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算沿焊缝长度方向的力沿焊缝长度方向的力Nz，在有效截面上引起平行于焊在有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力缝长度方向的剪应力 f。（7.3.5）wezflhN钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapte

33、r7 Connections则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：wff33222（7.3.3）wf2f2fff（7.3.6）22222fffff3433222wff22. 123f f 正面角焊缝的强度设计值增大正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时系数。静载时 f 1.22，对直接承受对直接承受动力荷载的结构，动力荷载的结构， f 1.0 。 钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections正面角焊缝正面角焊缝 f0

34、，力力N与焊缝长度方向垂直。与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝侧面角焊缝 f0，力力N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。wffwefflhN（7.3.7）wfwefflhN（7.3.8）22wffff(7.3.6)f以上各式中：以上各式中： he=0.7hf； lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.3.3 7.3.3 角焊缝的计算角

35、焊缝的计算1.1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。焊缝的应力可认为是均匀分布的。(1(1）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接wffe wNfh lA A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接NNl lw wS Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 C

36、hapter 7 ConnectionswffweNfl hB B、采用三面围焊连接、采用三面围焊连接wffweNNfl hNNl lw wl lw w先计算正面角焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力S Slw连接一侧的正面角焊缝连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度S Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections(2(2）承受斜向轴心力的

37、角焊缝）承受斜向轴心力的角焊缝NNxNy f f图图7.3.12 轴心力轴心力作用下的角焊缝作用下的角焊缝平行于焊缝长度方向的分力平行于焊缝长度方向的分力Ncos 垂直于焊缝长度方向的分力垂直于焊缝长度方向的分力Nsin wefsinlhN（7.3.9a）welhNcosf（7.3.9b）外力外力N和焊缝长度方向斜交，焊缝受到的力和焊缝长度方向斜交，焊缝受到的力N被分解为：被分解为：代入（代入（.6），得焊缝计算公式：），得焊缝计算公式：wf2we2wefcossinflhNlhNSSwf2f2fff钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Ste

38、el Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（3 3）承受轴心力的角钢端部连接）承受轴心力的角钢端部连接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L L形围焊（如图所形围焊（如图所示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。图图7.3.13 桁架腹杆节点板的连接桁架腹杆节点板的连接钢结

39、构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionsNN1N2eb角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接 a) a) 仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接NNN2112-N eNb e解上式得肢背和肢尖的受力为：解上式得肢背和肢尖的受力为：（7.3.14）11b eNNK Nb22eNNK Nb（7.3.15）（7.3.16） 在在N1、N2作用下，侧缝的作用下，侧缝的计算长度为：计算长度为：1w1wf1f20.7Nlhf2w 2wf 2f20.7Nlhf（7.3.17）由平衡条件得：由平衡条件

40、得：肢背肢背肢尖肢尖K1角钢肢背焊缝的内力分配系数角钢肢背焊缝的内力分配系数K2角钢肢尖焊缝的内力分配系数角钢肢尖焊缝的内力分配系数钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections表表7.3.1 角钢角焊缝内力分配系数角钢角焊缝内力分配系数K角钢类型角钢类型连接形式连接形式内力分配系数内力分配系数肢背肢背K1肢尖肢尖K2等肢角钢等肢角钢0.700.30不等肢角钢不等肢角钢短肢连接短肢连接0.750.25不等肢角钢不等肢角钢长肢连接长肢连接0.650.35钢结构设计原理钢结构

41、设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections b) b) 角钢用三面围焊时角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸面角焊缝的焊脚尺寸hf3 ，并算出它所能承受的内力并算出它所能承受的内力N3 ：wfff337 . 02fbhN（7.3.11）11312NK NN（7.3.12）通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为: :22312NK NN（7.3.13） 角钢角焊缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计

42、算NN1N2ebN3lw2lw1在在N1、N2作用下，侧焊缝的长作用下，侧焊缝的长度用公式度用公式（7.3.16、7.3.17）。）。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter7 ConnectionsNeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNyh he eh he et t（1）受弯矩）受弯矩M 、剪力、剪力V 、轴力、轴力N联合作用时角焊缝的计算联合作用时角焊缝的计算xxNee w2NNAh l由轴心拉力由轴心拉力Nx产生的应力：产生的应力：由弯矩由弯矩M产生的最大应力：产生的

43、最大应力：M2ee w62MMWh l2.复杂受力时角焊缝连接计算复杂受力时角焊缝连接计算钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionsA点产生的剪应力：点产生的剪应力：yfweNl hxf2e we w6NMh lh lA点控制应力最大为控制设计点点控制应力最大为控制设计点A点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩和弯矩M产产生的正应力。直接叠加得：生的正应力。直接叠加得：22wfffff代入角焊缝实用计算公式（代入角焊缝实用计

44、算公式（7.3.6）：）：钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter7 Connections（2）三面围焊受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算）三面围焊受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算图图7.3.19 承受偏心力的三面围焊承受偏心力的三面围焊 Fe1rxahl2xxyyAA0TVre将将F向焊缝群形心简化得向焊缝群形心简化得: : 轴心力轴心力 VF扭矩扭矩 T=Fe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点点计算时按弹性理论假定计算时按弹性理论假定: :被连接件绝对

45、刚性，它有绕焊缝形心被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。扭距在扭距在角焊缝群上产生的任一点的应角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度力大小与连线长度r成正比。成正比。在在轴心力轴心力V作用下，焊缝群上的应力作用下，焊缝群上的应力均匀分布。均匀分布。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionsPTIrT e2x0l l1l l2xxyyAA0T

46、FrxxyyrrxryA0h he e T T f FAT作用下作用下A点应力点应力:pxxPTfpyyPTTcossinITrrrIrTITrrrIrT TIp为焊缝计算截面对形心的为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，极惯性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy焊缝计算截面对焊缝计算截面对x、y轴的惯性矩；轴的惯性矩； rx、ry为焊缝形心到焊缝验为焊缝形心到焊缝验算点在算点在x、y方向的距离。方向的距离。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections轴力轴力F产生的应力按均产

47、生的应力按均匀分布计算，匀分布计算，A点应力点应力:weFlhFA点垂直于焊缝长度方向的应力为点垂直于焊缝长度方向的应力为: f， F，平行于焊缝长度方向的应力为平行于焊缝长度方向的应力为: T强度验算公式：强度验算公式：wf2T2fFff即： FxxyyrrxryA0h he e T T f FA钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections例题例题73，74，76钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七

48、章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.4 焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力和焊接变形7.4.1 7.4.1 焊接残余应力和变形的原因焊接残余应力和变形的原因1.1.焊接残余应力的分类焊接残余应力的分类 纵向焊接应力：平行于焊缝长度方向的应力纵向焊接应力：平行于焊缝长度方向的应力 横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力面的应力 ； 厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。件表面的应力。 2.2.焊接残余应力的成因焊接残余应力的成因a) a

49、) 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，焊缝处可达匀的温度场，焊缝处可达16001600o oC C，而邻近区域温度骤降。，而邻近区域温度骤降。（1 1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections焊缝周围温度场焊缝周围温度场产生原因产生原因焊接残余变形焊接残余变形 由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起焊接残余应力焊接残余应力 由

50、焊缝冷却收缩受到阻碍引起由焊缝冷却收缩受到阻碍引起压住压住内应力内应力 焊焊 缝缝变变 形形钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代号代号A A级和级和B B级级C C级级强度等级强度等级5.65.6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级加工方式加工方式车床上经过切削而成车床上经过切削而成单个零件上一次冲成单个零件上一次冲成加工精度加工精度螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为mm0.5

51、mm螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为1.51.53mm3mm抗剪性能抗剪性能好好较差较差经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构（机械构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采用用沿螺栓杆轴受拉的连接；次沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时要的抗剪连接；安装的临时固定固定7.5 7.5 螺栓连接螺栓连接1. 1. 普通螺栓连接普通螺栓连接（小数点前为螺栓热处理后（小数点前为螺栓热处理后的最低抗拉强度的最低抗拉强度 ，小数点后，小数点后的数字是屈强比）的数字是屈强比）钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Pri

52、nciples of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.5.1 7.5.1 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求 螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。图图3.5.1 螺栓的排列方式螺栓的排列方式1.1.螺栓的排列螺栓的排列并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大；错

53、列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。如并列紧凑，连接板尺寸较大。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections中心距太大中心距太大15d0(d0为孔径为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的坏，然后依次

54、破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l1/d0的关系曲线。的关系曲线。*)4 . 5 . 7(1501 . 1601501010dldld时：当7 .06001 时时：当当dl连接所需栓数：连接所需栓数：bminNNn(7.5.5)第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections1、螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算（1）螺栓抗剪计算）螺栓抗剪计算bmin v

55、nN NN求求 n 时，取整数时，取整数（2）钢板强度计算）钢板强度计算f AN n钢材抗拉或钢材抗拉或抗压设计强度抗压设计强度钢板净截面积钢板净截面积tdn -bA0In螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓错列布置螺栓错列布置nIInInA ,Amin A tdnea) 1n(e2A0II22II1nII螺栓总数螺栓总数 nbI 截面截面AnI螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓错列布置螺栓错列布置aII 截面截面AnII轴力轴力 Nbcbv , minNN钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel StructureFeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1

56、F2 2 普通螺栓群偏心受剪（剪扭共同工作）普通螺栓群偏心受剪（剪扭共同工作）F F作用下每个螺栓受力：作用下每个螺栓受力：)6 . 5 . 7(1nFNF基本假设基本假设 连接件绝对刚性连接件绝对刚性, , 螺栓弹性；螺栓弹性； T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心的距离螺栓至形心的距离ri成正比，方向与它和形心的连线垂直。成正比，方向与它和形心的连线垂直。第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

57、剪力计算公式剪力计算公式 设各螺栓至螺栓群形心设各螺栓至螺栓群形心O O的距离为的距离为r1 、r2 、r3 ，rn，各螺栓承受的分力分别各螺栓承受的分力分别为为N1T、 N2T、N3T ， NnT，根据平衡条根据平衡条件得：件得：TrNrNrNrNiin33T22T11T（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，显然，T作用下作用下1号螺栓所受剪力最大（号螺栓所受剪力最大（r1最大）。最大）。第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure1T1nnT1T133T1T

58、122T,NrrNNrrNNrrN（c） 将将（c）式代入式代入（a），），得用得用N1T表达的表达的T式：式： TrrNrrrrrNnii12i11T223222111T221211iiiTyxTrrTrN由假设由假设得到，得到，nnT3322T11TrNrTNrNrN（b）螺栓螺栓1离形心最远是危险螺栓离形心最远是危险螺栓, ,最大剪力最大剪力N1T第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure将将N1T它分解为水平和竖直分力：它分解为水平和竖直分力：221111T1

59、TxiiyxTyryNN（3.5.7） 221111T1TyiiyxTxrxNN（7.5.8）得受力最大螺栓所承受的合力为得受力最大螺栓所承受的合力为: :bmin21F1Ty21Tx1NNNNN（7.5.9）xi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的x坐标坐标yi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的y坐标坐标y1TNoxx11TxN1TyN1r1y11FN如果如果y13x1，则可假定，则可假定xi=0 。 由此得由此得N1Ty=0，11Tx2iTyNy则计算式为：则计算式为：bmin22211NnFyTyNi（7.5.10）（7.5.7）第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections

60、钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure（1 1）栓群轴心受拉）栓群轴心受拉 当外力通过螺栓群形心时，当外力通过螺栓群形心时，一般假定每个螺栓均匀受一般假定每个螺栓均匀受力，力，因此连接所需的螺栓数目为：因此连接所需的螺栓数目为：btNNn （ 7.5.13）bt2ebtebt4fdfAN（7.5.11）3. 3. 普通螺栓群受拉普通螺栓群受拉N第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel StructureM刨平顶紧刨平顶紧承