第3章 连接-3

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 普通螺栓的构造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 角焊缝的构造角焊缝的构造 直角焊缝的基本计

2、算公式直角焊缝的基本计算公式直角焊缝的计算直角焊缝的计算（轴心力、（轴心力、复杂力）复杂力） 斜角焊缝计算斜角焊缝计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度 3.3.1 角焊缝的构造角焊缝的构造 3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 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。（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

3、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）。）。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 （a） （b） （c）图图3.3.1 直角角焊缝截面直角角焊缝截面普通型普通型平坡型平坡型凹面型凹面型第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 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 9090或或 90135135o o或或6012mm）或或190mm（t12mm）；）；a) a) 构件端部仅有两边侧缝连接时：构件端部仅有

4、两边侧缝连接时：试验结果表明，连接的承载力与试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关有关。为了避免应力传递的过为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，应使：分弯折而使构件中应力不均，应使：b / lw 1；b两侧缝之间的距离两侧缝之间的距离；lw侧焊缝计算长度；侧焊缝计算长度；t较薄焊件的厚度。较薄焊件的厚度。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections c)c)直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：或凹形，焊脚尺寸的比例：

5、正面角焊缝正面角焊缝宜为宜为1:1.51:1.5，长边与内，长边与内力方向一致力方向一致 ；侧面角焊缝侧面角焊缝可用直角焊缝为可用直角焊缝为1:1 1:1 。 b) b) 仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的件较小厚度的5 5倍或倍或25mm25mm。 d) d) 当焊缝端部在焊件转当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊转角加焊2 2h hf f。避开起落弧发。避开起落弧发生在转角处的应力集中。生在转角处的应力集中。b)2hfa)2hf2hf图图3.3.7 绕角焊缝绕角焊缝3.3 3.3 角

6、焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 5 5t2525图图3.3.6 搭接连接搭接连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections例题3-5 按构造要求计算板件焊脚的尺寸（手工焊）T=8mmT=6mmT=5mmT=10mmT=10mmT=8mm(a)(b)(c)第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 破坏面常发生在破坏面常发生在45斜面上。斜面上。侧焊缝侧焊缝端焊缝端焊缝3.3.2 直角焊缝的基本计算公式直角焊缝的基本计算公式 1.1.焊缝的破坏面焊缝的破坏面 图图3.3.8 直角角焊缝

7、截面直角角焊缝截面计算截面计算截面 均取焊缝均取焊缝45处有效截面（处有效截面（有效厚度有效厚度计算长度计算长度）焊缝有效高度焊缝有效高度 he 0.7hf焊缝计算长度焊缝计算长度 lw=每条焊缝长度每条焊缝长度-2hf第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2.2.有效截面上的应力状态有效截面上的应力状态 图图3.3.9 角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力国际标准化组织（国际标准化组织（ISOISO）推荐用）推荐用式（式（3.3.13.3.1）确定角焊缝的极限）确定角焊缝的极限强度强度) 1 . 3 . 3()(8 . 1wu222fd a dacch

8、e 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： 垂直于焊缝有效截面的垂直于焊缝有效截面的正应力正应力 在有效截面平面内垂直于焊缝长度的在有效截面平面内垂直于焊缝长度的剪应力剪应力 在有效截面平面内平行于焊缝长度方向的在有效截面平面内平行于焊缝长度方向的剪应力剪应力 上式相当于国产上式相当于国产Q235Q235钢提出，其它钢种公式左边系数（钢提出，其它钢种公式左边系数（1.71.73.03.0）式中：式中： fuw -焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chap

9、ter 3 Connectionswf2112233f（3.3.3）ffw角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值我国我国规范规范采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后得角焊缝计算公式为：得角焊缝计算公式为：)2 . 3 . 3()(3wu222f 出于偏于安全考虑，且与母材的能量强度理论的折算出于偏于安全考虑，且与母材的能量强度理论的折算应力公式一致，欧洲钢结构协会（应力公式一致，欧洲钢结构协会（ECCSECCS），将（），将（3.3.13.3.1）的的1.81.8改为改为3 3即：即：ffw由角焊缝抗剪条件确定，所以公式右边相当于角焊由角焊缝抗剪条件确定，所以

10、公式右边相当于角焊缝抗拉强度设计值。缝抗拉强度设计值。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections图图3.3.10 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2Ny、2Nx两个轴心力作用的直两个轴心力作用的直角角焊缝，角角焊缝，2Ny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，其在其在有效截面上引起的应力值为：有效截面上引起的应力值为：weyflhN（3.3.4） 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

11、分解为 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 3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 2Ny2Nx第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections图图3.3.10 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2Nx，在有效截面上引起平行于在有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力焊缝长度方向的剪应力 f。（3.3.5）wexflhN3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 2Ny2Nx第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections则直角角焊缝在各种应力综合作用下的

12、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（3.3.3）wf2f2fff（3.3.6）wff33242322f2f2f2f2f22. 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 。 3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 2f第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections正面角焊缝正面角焊缝 f0，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

13、焊缝长度方向平行。wffwefflhN（3.3.7）wfwefflhN（3.3.8）22wffff(3.3.6)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。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 计算公式计算公式 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.3.3 角焊缝的计算角焊缝的计算 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

14、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计连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和算长度的总和3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections例题例题3.63.6 试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B270mm，厚度，厚度t1=28mm，拼接盖板的

15、厚度，拼接盖板的厚度t2=16mm。该连。该连接承受的静态轴心力接承受的静态轴心力N1400kN（设计值），钢材为（设计值），钢材为Q235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43型型3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections设计拼接盖板的对接连接有两种方法。设计拼接盖板的对接连接有两种方法。一种方法是假定焊脚一种方法是假定焊脚尺寸求得焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸；尺寸求得焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸；另另一方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝一方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板

16、的尺寸，然后验算焊缝的承载力。的承载力。如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊脚尺寸，再行验算，直到满足承载力要求为止。应调整焊脚尺寸，再行验算，直到满足承载力要求为止。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 板书讲解板书讲解第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 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

17、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3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections例题例题3.73.7 条件同例题条件同例题3.6，现改为三面围焊，试设计该拼接，现改为三面围焊，试设计该拼接板。板。NNl lw wl lw wB Bb b板书讲解板书讲解第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections(2(2）承受斜向轴心力的角焊缝）承受斜向轴心力的角焊缝 NNxNy f f图图3.3.12 轴心力轴心力

18、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Ncosq q垂直于焊缝长度方向的分力垂直于焊缝长度方向的分力Nsinq q wefsinlhNq（3.3.9a）welhNqcosf（3.3.9b）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（3.3.63.3.6），得焊缝计算公式：），得焊缝计算公式：wf2we2wefcossinflhNlhNSSqqwf2f2fff3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections（3.3.10）wffflhNwewf2we22we3sin1cos5 . 1sinflhNlhNqqq取取5 . 122. 122f得：得：令：令：3sin112fq则斜焊缝的计算公式为：则