第3章钢结构的连接

1、2013年年2014年第一学期年第一学期主讲：宋志斌主讲：宋志斌城市建筑学院土木工程教学部城市建筑学院土木工程教学部钢钢 结结 构构基基 本本 原原 理理3 钢结构的连接本章内容：本章内容：(1) 焊接方法和焊接连接形式焊接方法和焊接连接形式 (2) 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 (3) 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 (4) 焊接残余应力和焊接残余变形焊接残余应力和焊接残余变形 (5) 螺栓连接的构造螺栓连接的构造 (6) 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算 (7) 高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算本章重点：本章重点：角焊缝

2、的构造与计算，普通螺栓连接的计角焊缝的构造与计算，普通螺栓连接的计 算，高强度螺栓连接的计算。算，高强度螺栓连接的计算。本章难点：本章难点：如何运用相关公式进行各种连接计算。如何运用相关公式进行各种连接计算。2、铆接铆接1、焊接焊接 对接焊缝对接焊缝角角 焊焊 缝缝焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法3.1.1 钢结构连接种类钢结构连接种类图图3.1 3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法(a) (a) 、(b)(b)焊缝连接；焊缝连接；(c)(c)铆钉连接铆钉连接(a) (b) (c)(a) (b) (c)3、螺栓连接螺栓连接 普

3、通螺栓：普通螺栓：高强螺栓高强螺栓靠螺栓杆承压和靠螺栓杆承压和受剪传递荷载受剪传递荷载图图3.2 3.2 螺栓连接螺栓连接3.1.1 钢结构连接种类钢结构连接种类优点：优点：（1 1）构造简单，制造省工；）构造简单，制造省工； （2 2）不削弱截面，经济；）不削弱截面，经济； （3 3）连接刚度大，密闭性能好；）连接刚度大，密闭性能好； （4 4）易采用自动化作业，生产效率高。）易采用自动化作业，生产效率高。 缺点：缺点：（1 1）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆；）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆； （2 2）产生焊接残余应力和残余应变；）产生焊接残余应力和残余应变； （3 3）裂缝易扩展，

4、低温下易脆断。）裂缝易扩展，低温下易脆断。1 1、焊缝连接、焊缝连接3.1.2 3.1.2 连接特点连接特点优点：优点：安装拆卸方便。安装拆卸方便。缺点：缺点：构造复杂，削弱截面，不经济。构造复杂，削弱截面，不经济。2 2、螺栓连接、螺栓连接 1 1、普通螺栓连接、普通螺栓连接 由由235235钢制成，根据加工精度分钢制成，根据加工精度分A A、B B、C C三级。三级。 A A、B B级精制螺栓级精制螺栓,类孔，孔径比杆径大类孔，孔径比杆径大0.3-0.3-0.5mm0.5mm，抗剪性能好，抗剪性能好, , 制造安装费工，少用。制造安装费工，少用。 C C 级粗制螺栓级粗制螺栓,类孔，孔径比

5、杆径大类孔，孔径比杆径大1.5-2.0mm1.5-2.0mm，抗剪性能差，但传递拉力性能好，性能等级为抗剪性能差，但传递拉力性能好，性能等级为4.64.6级级或或4.84.8级。级。3.1.2 3.1.2 连接特点连接特点 （1 1）性能等级）性能等级 高强钢材制成：优质碳素钢：高强钢材制成：优质碳素钢：3535号、号、4545号号 合合 金金 钢：钢：20MnTiB20MnTiB、40B40B、35VB35VB 性能等级：性能等级：8.88.8级、级、10.910.9级。级。 小数点前小数点前8 8、1010螺栓材料经热加工后的最低抗拉螺栓材料经热加工后的最低抗拉 强度为强度为800800、

6、1000N/mm1000N/mm2 2； 小数点后小数点后0.80.8、0.90.9屈强比屈强比 uff /2 . 02、高强螺栓连接高强螺栓连接3.1.2 3.1.2 连接特点连接特点摩擦型：摩擦型：只靠摩擦阻力传力，以只靠摩擦阻力传力，以剪力达到接触面的摩擦力剪力达到接触面的摩擦力 作为承载力极限状态作为承载力极限状态设计准则。设计准则。（2 2）按抗剪性能分）按抗剪性能分承压型：承压型：以以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏作为承作为承 载力极限状态载力极限状态设计准则。设计准则。摩擦型螺栓连接：摩擦型螺栓连接：变形小，弹性性能好，耐疲劳，施工较变形小，

7、弹性性能好，耐疲劳，施工较 简单，适用于承受动力荷载的结构。简单，适用于承受动力荷载的结构。承压型螺栓连接：承压型螺栓连接：承载力高于摩擦型连接，连接紧凑，剪承载力高于摩擦型连接，连接紧凑，剪 切变形大，不能用于承受动力荷载的结构。切变形大，不能用于承受动力荷载的结构。3.1.2 3.1.2 连接特点连接特点3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式3.2.1 3.2.1 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法 1.1.手工电弧焊手工电弧焊 打火引弧打火引弧-电弧周围的金属液化电弧周围的金属液化(溶池溶池)焊条熔化焊条熔化 滴入溶池滴入溶池与焊件的熔融金属结和冷却即形成焊缝。与焊件的熔

8、融金属结和冷却即形成焊缝。电弧焊：电弧焊： 手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。优点：优点：方便，特别在高空和野外作业；方便，特别在高空和野外作业；缺点：缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大， 效率低。效率低。焊条焊条：焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。 Q235Q235E43E43焊条；焊条； Q345Q345E50E50焊条；焊条； Q390Q390（Q420Q420）E55E55焊条。焊条。 E E焊条；型号由四部分组成焊条；型号由四部分组成 E

9、E 前两位数前两位数 焊缝金属最小抗拉强度焊缝金属最小抗拉强度(43kg/mm(43kg/mm2 2) )； 后两位数后两位数 焊接位置、电流及药皮类型。焊接位置、电流及药皮类型。 不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。3.2.1 3.2.1 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法2. 2. 自动（半自动）埋弧焊自动（半自动）埋弧焊电弧在焊剂层下燃烧的一种方法。电弧在焊剂层下燃烧的一种方法。优点：优点：质量好，效率高；质量好，效率高；缺点：缺点：需要专用设备。需要专用设备。3. 3. 气体保护焊气体保护焊 利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为

10、保护介质的一种方法。保护介质的一种方法。优点：优点：质量好；质量好；缺点：缺点：对环境要求高。对环境要求高。3.2.1 3.2.1 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法（ 被连接钢材的相互位置）对接连接搭接连接T型连接角部连接焊缝连接形式 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1.1.焊缝连接形式焊缝连接形式图图3.3 T3.3 T形连接形连接图图3.4 3.4 搭接连接搭接连接图图3.5 3.5 焊缝连接的形式焊缝连接的形式(a)(a)对接连接；对接连接；(b)(b)用拼接盖板的对接连接；用拼接盖板的对接连接；(c)(c)搭接连接；搭接连接；(d)(d)、(e)

11、 T(e) T形连接；形连接；(f)(f)、(g)(g)角部连角部连接接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(1)(1)按焊缝的截面形式分按焊缝的截面形式分对接焊缝对接焊缝角角 焊焊 缝缝 2.2.焊缝形式焊缝形式图图3.6 3.6 焊缝形式焊缝形式 (a) (a)正对接连接；正对接连接；(b)(b)斜对接焊缝；斜对接焊缝；(c)(c)角焊缝角焊缝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受力方向划分按受力方向划分 正正对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 对接焊缝对接焊缝 斜斜对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝倾斜倾斜于力线于

12、力线 正面正面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 角焊缝角焊缝 侧面侧面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝平行平行于力线于力线 斜斜角焊缝角焊缝: 焊缝焊缝倾斜倾斜于力线于力线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(2)(2)焊缝沿长度方向的布置焊缝沿长度方向的布置注意注意: :LwLw不宜过长也不不宜过长也不宜过短；宜过短； L L不宜过长不宜过长 在受压构件中在受压构件中 L15t L15t 在受拉构件中在受拉构件中 L30t L30t （t t为较薄焊为较薄焊 件的厚度）件的厚度）图图3.7 3.7 连接角焊缝和断续角焊缝连接角焊缝和断续角焊缝3.2.2 3

13、.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式（3 3）焊缝的施焊方位）焊缝的施焊方位平焊（俯焊）平焊（俯焊） 横焊横焊 立焊立焊 仰焊仰焊 图图3.8 3.8 焊缝施焊位置焊缝施焊位置 (a) (a)平焊；平焊；(b)(b)横焊；横焊；(c)(c)立焊；立焊；(d)(d)仰焊仰焊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3.2.3 3.2.3 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：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热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部的缺陷影响区钢材表面或内部的缺陷图图3.9 3.9 焊缝缺

14、陷焊缝缺陷(a)(a)裂纹；裂纹；(b)(b)焊瘤；焊瘤；(c)(c)烧穿；烧穿；(d)(d)弧坑；弧坑；(e)(e)气孔；气孔；(f)(f)夹渣；夹渣；(g)(g)咬边；咬边；(h)(h)未熔合；未熔合；(i)(i)未焊缝未焊缝2.2.焊缝质量检验焊缝质量检验三级：只进行外观检查（即检查外观缺陷和几何尺寸）三级：只进行外观检查（即检查外观缺陷和几何尺寸）二级：除外观检查，超声波抽检（检验每条焊缝二级：除外观检查，超声波抽检（检验每条焊缝20%20%长度）长度）一级：同二级（检验每条焊缝全长）一级：同二级（检验每条焊缝全长）3.3.焊缝质量等级的选用（不作要求）焊缝质量等级的选用（不作要求）

15、（1 1）需要进行疲劳计算的构件，凡是对接焊缝均应）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焊透。其中垂直于作用力方向的横向对接焊缝或T T形对形对接与角接组合焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级；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。作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验 （2 2）不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母）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材等强的对接焊缝应焊

16、透。母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。缝应不低于二级；受压时宜为二级。 （3 3）重级工作制和起重量）重级工作制和起重量Q500kNQ500kN的中级工作的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间，以及吊车桁架上制吊车梁的腹板与上翼缘板之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的弦杆与节点板之间的T T形接头均要求焊透，质量等级形接头均要求焊透，质量等级不应低于二级。不应低于二级。 （4 4）不要求焊透的）不要求焊透的T T形接头采用的角焊缝或部分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

17、查（三级检验）；角焊缝，一般仅要求外观质量检查（三级检验）；承受动力荷载且需要验算疲劳和承受动力荷载且需要验算疲劳和Q500kNQ500kN的中级吊的中级吊车梁，二级检验。车梁，二级检验。3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3.2.4 3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例焊缝代号、螺栓及其孔眼图例 焊缝符号表示法焊缝符号表示法规定：焊缝符号一般由规定：焊缝符号一般由基本基本符号符号与与指引线指引线组成，必要时还可加上组成，必要时还可加上补充符号补充符号和和焊缝焊缝尺寸尺寸。基本符号：基本符号：表示焊缝的横截面形状，如用表示焊缝的横截面形状，如用“ ”“ ”表示

18、表示角焊缝角焊缝, ,用用“V”V”表示表示V V形坡口听对接焊缝；形坡口听对接焊缝；补充符号：补充符号：补充说明焊缝的某些特征，如用补充说明焊缝的某些特征，如用“ ”“ ”表表示现场安装焊缝，用示现场安装焊缝，用“ ”“ ”表示焊件三面带有焊缝；表示焊件三面带有焊缝； 指引线指引线 ：一般由横线和带箭头的斜线组成，箭一般由横线和带箭头的斜线组成，箭头指向图形相应焊缝处，横线上方和下方用来标注基头指向图形相应焊缝处，横线上方和下方用来标注基本符号和焊缝尺寸等。本符号和焊缝尺寸等。表表3.1 3.1 焊缝符号焊缝符号3.2.4 3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例焊缝代号、螺栓及其孔眼图例表表

19、3.1 3.1 焊缝符号焊缝符号续表续表3.2.4 3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例焊缝代号、螺栓及其孔眼图例当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时时, ,在标注焊缝符号的同时在标注焊缝符号的同时, ,可在图形上加栅线表示。可在图形上加栅线表示。图图3.10 3.10 用栅线表示焊缝用栅线表示焊缝(a)(a)正面焊缝；正面焊缝；(b)(b)背面焊缝；背面焊缝；(c)(c)安装焊缝安装焊缝表表3.2 3.2 螺栓及其孔眼图例螺栓及其孔眼图例3.2.4 3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例焊缝代号、螺栓及其孔眼图例3. 3 角焊缝的构

20、造和计算角焊缝的构造和计算fh角焊缝的角焊缝的焊脚尺寸焊脚尺寸eh角焊缝的角焊缝的计算厚度计算厚度，对直角角焊缝：，对直角角焊缝：fehh7 . 0按截面形式划分按截面形式划分3.3.1 3.3.1 角焊缝的形式与强度角焊缝的形式与强度图图3.11 3.11 直角角焊缝截面直角角焊缝截面角焊缝角焊缝直角角焊缝直角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝角焊缝一般用直角角焊缝。角焊缝一般用直角角焊缝。夹角夹角 或或 的斜角角焊缝，的斜角角焊缝，不宜不宜用作用作受力焊缝受力焊缝( (钢管结构除外钢管结构除外).).图图3.12 3.12 斜角角焊缝截面斜角角焊缝截面13560侧面角焊缝强度低、塑性好；应力沿长度

21、方向分布不均侧面角焊缝强度低、塑性好；应力沿长度方向分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。匀，呈两端大而中间小的状态。1 1、侧面角焊缝侧面角焊缝平行于力的作用方向平行于力的作用方向按角焊缝与作用力的关系分按角焊缝与作用力的关系分:侧面角焊缝、正面角焊缝、斜焊缝侧面角焊缝、正面角焊缝、斜焊缝NNNNtbLLaN图图3.13 3.13 侧面角焊缝受力示意图侧面角焊缝受力示意图图图3.14 3.14 侧焊缝的应力侧焊缝的应力3.3.1 3.3.1 角焊缝的形式与强度角焊缝的形式与强度正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力；强度高，塑性差。和剪

22、应力；强度高，塑性差。2 2、正面角焊缝正面角焊缝垂直于力的作用方向垂直于力的作用方向图图3.15 3.15 正面角焊缝应力状态正面角焊缝应力状态3.3.1 3.3.1 角焊缝的形式与强度角焊缝的形式与强度3 3、斜焊缝、斜焊缝受力性能和强度值介于正面角焊缝受力性能和强度值介于正面角焊缝 和侧面角焊缝之间。和侧面角焊缝之间。3.3.1 3.3.1 角焊缝的形式与强度角焊缝的形式与强度minmax2.1thf（1 1）最大焊脚尺寸）最大焊脚尺寸对边缘角焊缝对边缘角焊缝 thmmtfmax,6)21(,6maxmmthmmtf 为避免焊缝区基本金属为避免焊缝区基本金属“过热过热”，减少焊件，减少焊

23、件的残余应力和残余变形。的残余应力和残余变形。3.3.2 角焊缝构造要求角焊缝构造要求图图3.16 3.16 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸 焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织。快而产生淬硬组织。maxmin5.1thf对自动焊对自动焊: :mmhf1min对对T T型连接的单面角焊缝：型连接的单面角焊缝：mmhf1min当焊件厚度当焊件厚度thmmtfmin,4maxffminfhhh设计设计：（2 2）最小焊脚尺寸要求）最小焊脚尺寸要求3.3.2 角焊缝构造要求角焊缝构造要求3.3.2 角焊缝构造要求角焊缝构造要求（3 3）不等焊脚尺

24、寸的构造要求）不等焊脚尺寸的构造要求 当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符当焊件的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合要求时合要求时, ,可采用不等焊脚尺寸。可采用不等焊脚尺寸。图图3.17 3.17 不等焊脚尺寸的构造要求不等焊脚尺寸的构造要求（4 4）侧面角焊缝的最大计算长度）侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝沿长度受力不均匀，两端大中间小侧面角焊缝沿长度受力不均匀，两端大中间小, ,所以一般均规定其最大计算长度。所以一般均规定其最大计算长度。注：若内力沿角焊缝注：若内力沿角焊缝全长分布全长分布，则计算长度，则计算长度不不受此限受此限注意注意：焊脚尺寸和焊缝计算长度：焊脚尺寸和焊缝计算长度

25、取取mmmm的整数，小数点的整数，小数点 以后都进为以后都进为1 1。wl6060hf 静力荷载静力荷载4040hf 动力荷载动力荷载3.3.2 角焊缝构造要求角焊缝构造要求（5 5）角焊缝的最小计算长度）角焊缝的最小计算长度 防止局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距防止局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，及其他缺陷，使得焊缝不可靠。太近，及其他缺陷，使得焊缝不可靠。)40,8max(minmmhlfwmaxminwwwlll设计：设计：3.3.2 角焊缝构造要求角焊缝构造要求在搭接连接中，搭接长度在搭接连接中，搭接长度L5t L5t min min ，且且25mm25mm。 为

26、了减少收缩应力为了减少收缩应力以及因偏心在钢板与连以及因偏心在钢板与连接件中产生的次应力接件中产生的次应力（6 6）搭接连接的构造要求）搭接连接的构造要求图图3.18 3.18 搭接连接搭接连接3.3.2 角焊缝构造要求角焊缝构造要求围焊的围焊的转角处转角处必必 须须连续施焊连续施焊. . 非围焊，可在构非围焊，可在构 件转角处作长度件转角处作长度 2 2h f 的绕角焊。的绕角焊。为了避免焊缝横为了避免焊缝横向收缩时引起板向收缩时引起板件的拱曲大。件的拱曲大。当板件端部仅有两侧面角焊缝时，当板件端部仅有两侧面角焊缝时，lwb ( (b b为两侧焊缝距离为两侧焊缝距离) )同时同时或或16 (

27、12mm)bt t190mm(12mm)t 图图3.19 3.19 焊缝长度及两侧焊缝间距焊缝长度及两侧焊缝间距3.3.2 角焊缝构造要求角焊缝构造要求fwwhllll侧面角焊缝正面角焊缝三面围焊：. 1fwhll2. 2侧面角焊缝两面侧焊：fwfwhllhllL侧面角焊缝正面角焊缝形围焊：. 3NNllNNllNNllNNfh2ll焊缝实际长度焊缝实际长度 取为取为5mm5mm的倍数，的倍数，如如192mm192mm取为取为195mm195mm，196mm196mm取为取为200mm200mm。l角焊缝的计算长度 lw 和实际长度 l 的关系：4.4.绕角焊：绕角焊： 侧面角焊缝侧面角焊缝

28、l lw w= =l l( (绕角焊的绕角焊的2 2h hf f不在内不在内) )图图3.20 3.20 角焊缝长度的计算角焊缝长度的计算feh.h70（1 1）侧面角焊缝的破坏大多在）侧面角焊缝的破坏大多在4545o o截面；截面；受力特点：受力特点：3.3.3 3.3.3 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3.21 3.21 侧焊缝破坏形式侧焊缝破坏形式(a)(a)实际剪坏面；实际剪坏面；(b)(b)计算剪坏面计算剪坏面图图3.22 3.22 角焊缝截面角焊缝截面h焊缝厚度；焊缝厚度； hf焊缝厚度；焊缝厚度；he焊缝有效厚度焊缝有效厚度(焊焊喉部位喉部位)；h1

29、熔深；熔深；h2凸度；凸度；d焊趾；焊趾；e焊跟焊跟 （3 3）正面角焊缝破坏强度高，刚度大，塑性差。）正面角焊缝破坏强度高，刚度大，塑性差。 （2 2）正面角焊缝应力状态复杂，可能沿）正面角焊缝应力状态复杂，可能沿4545o o截面破截面破坏，也可能沿溶合边破坏；坏，也可能沿溶合边破坏；feh.h70fheh图图3.23 3.23 焊脚尺寸及有效焊脚厚度焊脚尺寸及有效焊脚厚度3.3.3 3.3.3 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计算步骤：计算步骤：（1 1）求出同一平面焊缝群的形心；）求出同一平面焊缝群的形心；（2 2）将荷载向）将荷载向形心形心简化，找出简化，找出

30、最不利位置；最不利位置；（3 3）分别求出）分别求出各荷载分量各荷载分量在最不利位置产生在最不利位置产生 的的应力应力；（4 4）区分区分正面角焊缝正面角焊缝受力和受力和侧面角焊缝侧面角焊缝受力，受力， 视视荷载种类荷载种类（静荷或动荷）代入角焊缝（静荷或动荷）代入角焊缝 的基本计算公式进行计算。的基本计算公式进行计算。（5 5）验算是否满足）验算是否满足构造要求构造要求。3.3.3 3.3.3 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（作用力平行于焊缝方向）（作用力平行于焊缝方向）1 1、侧面角焊缝、侧面角焊缝fN NN N图图3.24 3.24 侧面角焊缝的应力分布示意图侧

31、面角焊缝的应力分布示意图wffe wNfh l3.3.3 3.3.3 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wfwffweffflhN22.12 2、正面角焊缝、正面角焊缝（作用力垂直于焊缝方向）（作用力垂直于焊缝方向）当承受动力荷载时：当承受动力荷载时：fN NN N-正面角焊缝强度增大系数，正面角焊缝强度增大系数，1.22 。f图图3.25 3.25 正面角焊缝的应力分布示意图正面角焊缝的应力分布示意图1.0f3.3.3 3.3.3 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3 3、斜向角焊缝、斜向角焊缝22wfffffyfe wNh lffN NN Ny

32、y= Ncos = Ncos fN Nx x=Nsin=Nsin 图图3.26 3.26 斜向轴心力作用斜向轴心力作用xfe wNh l3.3.3 3.3.3 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 两两 面面 侧侧 焊焊( (由构造确定由构造确定hf ) )NNNNtbLLa(1) (1) 用盖板的对接连接承受轴心力时用盖板的对接连接承受轴心力时1.1.承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算wfwefflhNwffwfhNl7 .0fwwhll24盖板长度：盖板长度：alLw 2板由由得得3.3.4 3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算各种受力

33、状态下直角角焊缝连接计算图图3.27 3.27 受轴心力的盖板连接受轴心力的盖板连接 ( (只有侧面角焊缝只有侧面角焊缝) )wewfflhfNblwNNN1( (由构造确定由构造确定hf ) )NNNNtbLLawffweflhN由由得得)(1NNN 三三 面面 围围 焊焊(a)(a)端面角焊缝承担端面角焊缝承担 N(b)(b)侧面角焊缝承担侧面角焊缝承担 N1 1图图3.28 3.28 受轴心力的盖板连接受轴心力的盖板连接 ( (三面围焊三面围焊) )3.3.4 3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算各种受力状态下直角角焊缝连接计算盖板长度盖板长度：NNNNbtLLaNN由由N1得得

34、(c)(c)焊缝长度计算焊缝长度计算图图3.28 3.28 受轴心力的盖板连接受轴心力的盖板连接 ( (三面围焊三面围焊) )1wffe wNfh l10.7wwffNlh f4wwfllh2wLla板3.3.4 3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算各种受力状态下直角角焊缝连接计算 解解 查附表查附表1.22/160mmNfwfmmthf9 . 7285 . 15 . 1maxminmmhf10min取mmhf1415)21 (16max 例例3.13.1试设计用拼接盖板的对接连接试设计用拼接盖板的对接连接( (图图3.29)3.29)。 已知钢板宽已知钢板宽B=270mmB=270m

35、m，厚度，厚度t t1 1=28mm=28mm，拼接盖板厚度，拼接盖板厚度t t2 2=16mm=16mm。 该连接承受静态轴心力该连接承受静态轴心力N=1400kN(N=1400kN(设计值设计值) )，钢材为，钢材为Q235BQ235B， 手工焊，焊条为手工焊，焊条为E43E43型。型。图图3.29 3.29 例例3.13.1图图 (a)(a)两面侧焊时两面侧焊时 (1) (1) 两面侧焊两面侧焊NNNNtbLLa 盖板长度盖板长度mmalLw6761033322板 一条焊缝的实际长度一条焊缝的实际长度(下不等式对否？）取取680680mm 焊缝总长度焊缝总长度 3wwef1400 101

36、250mm0.7 10 160Nlh fwwff1250220333mm20mm20mm，U U形、形、K K形或形或X X 形形坡口。坡口。3.4 3.4 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算3.4.1 3.4.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造1 1、坡口形式、坡口形式图图3.40 3.40 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式(a)(a)直边缝；直边缝；(b)(b)单边单边V V形坡口；形坡口； (c)(c) V V形坡口；形坡口； (d)(d) U U形坡口；形坡口； (e)(e) K K形坡口；形坡口； (f)(f) X X形坡口形坡口 拼接处，当焊件的宽度或厚度相差拼接处，当焊件

37、的宽度或厚度相差4mm4mm以上时，从一侧或以上时，从一侧或两侧做坡度不大于两侧做坡度不大于1 1：2.5 2.5 （承受动力荷载且需要进行疲劳（承受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构不大于计算的结构不大于1 1：4 4）的斜角，平缓过渡。的斜角，平缓过渡。2 2、截面的改变、截面的改变图图3.41 3.41 钢板拼接钢板拼接图图3.42 3.42 用引弧板和引出板焊接用引弧板和引出板焊接(a)(a)改变宽度；改变宽度；(b)(b)改变厚度改变厚度3.4.1 3.4.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造3.4.1 3.4.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造3 3、引弧板、引弧板起落弧处起落弧处, ,宜

38、加引弧板宜加引弧板( (引出板引出板) )。 静力荷载作用时允许不设。静力荷载作用时允许不设。当不设引弧板时，每条焊缝当不设引弧板时，每条焊缝计算长度等于实际长度减计算长度等于实际长度减2 t（t为较薄焊件厚度）。为较薄焊件厚度）。 焊缝强度与钢材强度比较：-质量检验为一、二级时质量检验为一、二级时, ,焊缝强度与钢材强度相等；焊缝强度与钢材强度相等；-质量检验为三级时质量检验为三级时, ,抗压强度、抗剪强度与钢材强度抗压强度、抗剪强度与钢材强度 相等，抗拉强度等于相等，抗拉强度等于0.85%0.85%的母材强度。的母材强度。 受拉连接受拉连接, ,三级检验时三级检验时, ,进行焊缝强度验算。

39、进行焊缝强度验算。对接焊缝的计算公式与构件强度公式相同。对接焊缝的计算公式与构件强度公式相同。焊缝可视为构件的组成部分；焊缝可视为构件的组成部分；焊缝中应力分布基本同构件。焊缝中应力分布基本同构件。3.4.2 3.4.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1 1、焊透的对接焊缝的计算、焊透的对接焊缝的计算(1)(1)轴心受力对接焊缝轴心受力对接焊缝时时, ,强度可不进行验算。强度可不进行验算。N 轴心拉力或压力；轴心拉力或压力；lw 焊缝的计算长度，未采用引弧板焊缝的计算长度，未采用引弧板, ,实际长度减实际长度减2 2t t 。t t 对接连接中对接连接中, ,连接件较小厚度；连接件较小厚度；T

40、T形连接中形连接中, , 腹板厚度。腹板厚度。注：当注：当wwtcwNffl t 或 图图3.43 3.43 对接焊缝受轴心力对接焊缝受轴心力tan1.5(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图3.44 3.44 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(a) (a) 钢板对接接头；钢板对接接头；(b)(b)工字形截面梁的对接接头工字形截面梁的对接接头Ww-焊缝截面模量焊缝截面模量Sw-焊缝截面面积矩焊缝截面面积矩Iw-焊缝截面惯性矩焊缝截面惯性矩-焊缝抗剪强度设计值焊缝抗剪强度设计值tl lw wMV a) a)矩形截面矩形截面 截面正

41、应力截面正应力wmaxt2ww6MMfWl twwmaxvww32VSVfI tl t截面剪应力截面剪应力wvf图图3.45 3.45 对接焊缝矩形截面对接焊缝矩形截面wtf1 . 132121hh0max1 在腹板与翼缘交接处，验算折算应力在腹板与翼缘交接处，验算折算应力tIVSww11t t1 1Sw1w1-翼缘对中和轴的面积矩翼缘对中和轴的面积矩, ,b b b) b)工字形截面工字形截面 最大正应力最大正应力: :wmaxt2ww6MMfWl twwmaxvww32VSVfI tl t最大剪应力最大剪应力: :01w1122htSbt, h0 0为腹板高度腹板高度图图3.46 3.46

42、 工字形截面工字形截面 例例 3.43.4计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度( (图图3.50)3.50)。 F=550=550kN( (设计设计值值) )，偏心距，偏心距e e=300mm=300mm。钢材为。钢材为Q235BQ235B，焊条为焊条为E43E43型，手工焊。焊缝为三级检验标准，上、下翼缘加型，手工焊。焊缝为三级检验标准，上、下翼缘加引弧板和引出板施焊。引弧板和引出板施焊。图图3.47 3.47 例例3.43.4图图a a）最大正应力）最大正应力 解解 ：截面几何特征值和内力截面几何特征值和内力: :324x11.2 382 1

43、.6 26 19.838105cm12I 3x126 1.6 19.8824cmS550kNVF550 0.30165kN mM 62max4x165 1020689.2N/mm238105 10M hIw2t185N/mmfc c）“1”1”点的折算应力点的折算应力b b）最大剪应力）最大剪应力3xmax4x550 10190(260 16 198 190 1238105 10122VSI t2w2v125.1N/mm125N/mmf21max19082.3N/mm206332x114x550 10824 1099.1N/mm38105 1012VSI t2222211382.33 99.1

44、190.4N/mm 21.1 185203.5N/mm3.5 3.5 焊接残余应力和焊接残余变形焊接残余应力和焊接残余变形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1 1、纵向焊接应力、纵向焊接应力沿焊缝长度方向沿焊缝长度方向图图3.48 3.48 施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力(a)(a)、(b)(b)施焊时焊缝及附近的温度场施焊时焊缝及附近的温度场(c)(c)钢板上纵向焊接应力钢板上纵向焊接应力2 2、横向焊接应力、横向焊接应力垂直于焊缝长度方向垂直于焊缝长度方向3 3、厚度方向的焊接应力、厚度方向的焊接应力图

45、图3.49 3.49 焊缝的横向焊接应力焊缝的横向焊接应力图图3.50 3.50 厚板中的焊接残余应力厚板中的焊接残余应力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 1、对结构静力强度的影响、对结构静力强度的影响没有影响没有影响2 2、对结构刚度的影响、对结构刚度的影响会降低结构的刚度会降低结构的刚度3 3、对低温工作的影响、对低温工作的影响 会增加钢材在低温下的脆断倾向会增加钢材在低温下的脆断倾向4 4、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响有明显的不利影响有明显的不利影响3.5.3 3.5.3 焊接变形焊接变形 焊接变形是焊接构件经局部加热冷却后产生的不可回复变

46、焊接变形是焊接构件经局部加热冷却后产生的不可回复变形，包括纵向收缩、形，包括纵向收缩、 横收缩、角变形、弯曲变形或扭曲变形横收缩、角变形、弯曲变形或扭曲变形等，通常是几种变形的组合。等，通常是几种变形的组合。 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 1、设计上的措施、设计上的措施（1 1）焊接位置的安排要合理；）焊接位置的安排要合理；（2 2）焊缝尺寸要适当；）焊缝尺寸要适当；（3 3）焊缝的数量宜少，且不宜过分集中；）焊缝的数量宜少，且不宜过分集中；（4 4）应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉；）应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉；（5 5）尽量避免在

47、母材厚度方向的收缩应力。）尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。图图3.51 3.51 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)(a)、(c)(c)、(e)(e)、(g) (g) 、(i)(i)推荐；推荐；(b)(b)、 (d)(d)、(f)(f)、(h)(h)、(j)(j)不推荐不推荐 2 2、工艺上的措施、工艺上的措施（1 1）采用合理的施焊次序；）采用合理的施焊次序； （2 2）采用反变形；）采用反变形；（3 3）对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火）对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火 加热加热600600左右，然后缓慢冷却，可以部左右，然后缓慢冷却，

48、可以部 分消除焊接应力和焊接变形。也可采用刚分消除焊接应力和焊接变形。也可采用刚 性固定法将构件加以固定来限制焊接变形，性固定法将构件加以固定来限制焊接变形， 但增加了焊接残余应力。但增加了焊接残余应力。 图图3.52 3.52 合理的施焊次序合理的施焊次序(a)(a)分段退焊；分段退焊；(b)(b)沿厚度分层焊；沿厚度分层焊；(c)(c)对角跳焊；对角跳焊；(d)(d)钢板分块拼接钢板分块拼接图图3.53 3.53 焊接前反变形焊接前反变形 规格：规格：形式为大六角头型，其代号用字母形式为大六角头型，其代号用字母M M与公称与公称 直径表示。常用直径表示。常用M1616、M2020、M242

49、4。 螺栓的排列：螺栓的排列：并列、错列。并列、错列。螺栓的排列要满足以下三个方面的要求：螺栓的排列要满足以下三个方面的要求： （1 1）受力要求：）受力要求：端距过小，端部撕裂；受压，顺内力方向，端距过小，端部撕裂；受压，顺内力方向， 中距过大，鼓曲。中距过大，鼓曲。 （2 2）构造要求：）构造要求：螺栓间距不能太大，避免压不紧潮气进入螺栓间距不能太大，避免压不紧潮气进入 导致腐蚀。导致腐蚀。 （3 3）施工要求：）施工要求：螺栓间距不能太近，满足净空要求，便于螺栓间距不能太近，满足净空要求，便于 安装。安装。 3.6 3.6 螺栓连接的构造螺栓连接的构造3.6.1 3.6.1 螺栓的排列螺

50、栓的排列 规范规范制定出螺栓排列最大、最小容许距离制定出螺栓排列最大、最小容许距离（书中表（书中表3-43-4）, ,在型钢上排列的螺栓还应符合各在型钢上排列的螺栓还应符合各自线距和最大孔径的要求（书中表自线距和最大孔径的要求（书中表3-53-53-73-7）。）。图图3.54 3.54 钢板的螺栓钢板的螺栓( (铆钉铆钉) )排列排列(a) (a) 并列；并列；(b)(b)错列错列图图3.55 3.55 型钢的螺栓型钢的螺栓( (铆钉铆钉) )排列排列 1 1、每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数、每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数 不宜少于两个；不宜少于两个； 2

51、 2、直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或、直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或 其他防止螺帽松动的有效措施；其他防止螺帽松动的有效措施； 3 3、由于、由于C C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向 受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结 构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C C级级 螺栓受剪。螺栓受剪。 4 4、当采用高强螺栓连接时，拼接件不能采用型钢，只能采、当采用高强螺栓连接时，拼接件不能采用型钢，只

52、能采 用钢板。用钢板。( (型钢抗弯刚度大，不能保证摩擦面紧密结合型钢抗弯刚度大，不能保证摩擦面紧密结合) ) 5 5、沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板，应适当增强其刚、沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板，应适当增强其刚 度，以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。度，以减少撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。3.6.2 3.6.2 螺栓连接的构造要求螺栓连接的构造要求 剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆垂直于垂直于力线力线 按受力情况分为按受力情况分为 拉力螺栓（抗拉螺栓）：拉力螺栓（抗拉螺栓）： 螺栓杆螺栓杆平行于平行于力线力线 既受剪又受拉的螺栓既受剪又受拉的螺栓NNNNN

53、NF3.7 3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算图图3.56 3.56 普通螺栓连接普通螺栓连接抗剪连接抗拉连接抗剪连接抗剪连接板件之间有板件之间有相互错动相互错动的趋势的趋势抗拉连接抗拉连接板件之间有板件之间有相互脱开相互脱开的趋势的趋势图图3.57 3.57 抗剪连接与抗拉连接抗剪连接与抗拉连接 普通螺栓按加工精度可分为：普通螺栓按加工精度可分为：优点优点：安装简单，便于拆装；：安装简单，便于拆装；缺点缺点：螺杆与钢板孔壁不够紧密，传递剪力时，连接变形较大。：螺杆与钢板孔壁不够紧密，传递剪力时，连接变形较大。 宜用于宜用于承受拉力承受拉力的连接中，或用于的连接中

54、，或用于次要结构次要结构和和可拆卸结构可拆卸结构 的受剪连接及安装时的的受剪连接及安装时的临时固定临时固定。2. 2. 精制螺栓（精制螺栓（ A A、B B级）级）级、级6 . 5)8 . 0,/800(8 . 85 . 03 . 020uyuffmmNfmmdd优点优点：受力性能好；：受力性能好；缺点缺点：安装费时费工，且费用较高。：安装费时费工，且费用较高。 目前建筑结构中已较少使用。目前建筑结构中已较少使用。1. 1. 粗制螺栓（粗制螺栓（C C级）级）级、级8 . 4)6 . 0,/400(6 . 40 . 35 . 120uyuffmmNfmmdd螺杆直径螺孔直径dd03.7.1 3

55、.7.1 普通螺栓的抗剪连接（受剪螺栓连接）普通螺栓的抗剪连接（受剪螺栓连接）1 1、抗剪连接的工作性能、抗剪连接的工作性能图图3.58 3.58 单个螺栓抗剪试验结果单个螺栓抗剪试验结果 高强度螺栓高强度螺栓 普通螺栓普通螺栓 从加载至破坏经历以下四个阶段：从加载至破坏经历以下四个阶段：（1 1）弹性阶段（）弹性阶段（0101段）段） 加载初，荷载小，连接中剪力小，荷载靠构件间接触加载初，荷载小，连接中剪力小，荷载靠构件间接触面的摩擦力传递，栓杆与孔壁之间的间隙保持不变。面的摩擦力传递，栓杆与孔壁之间的间隙保持不变。（2 2）滑移阶段（）滑移阶段（1212段）段） 剪力达到摩擦力最大值，板件

56、间产生相对滑移，直至剪力达到摩擦力最大值，板件间产生相对滑移，直至栓杆与孔壁接触。栓杆与孔壁接触。（3 3）栓杆直接传力的弹性阶段）栓杆直接传力的弹性阶段 外力主要是靠螺栓受剪和孔壁受挤压传递，曲线上升，外力主要是靠螺栓受剪和孔壁受挤压传递，曲线上升，3 3点，螺栓或连接板达到弹性极限。点，螺栓或连接板达到弹性极限。（4 4）弹塑性阶段）弹塑性阶段 在此阶段即使荷载增量很小，连接的剪切变形迅速加在此阶段即使荷载增量很小，连接的剪切变形迅速加大，直至连接破坏。大，直至连接破坏。4 4点点-极限荷载。极限荷载。b)a)35d)35c)受剪螺栓的破坏形式受剪螺栓的破坏形式 1 1）栓杆被剪断）栓杆被

57、剪断 2 2）钢板被挤压破坏（螺栓承压破坏）钢板被挤压破坏（螺栓承压破坏）3 3）钢板被拉断）钢板被拉断4 4）钢板被剪坏）钢板被剪坏 图图3.59 3.59 抗剪螺栓连接的破坏形式抗剪螺栓连接的破坏形式 针对以上破坏形式，应采取以下措施针对以上破坏形式，应采取以下措施: : 1 1）通过计算保证螺栓抗剪）通过计算保证螺栓抗剪 2 2）通过计算保证螺栓抗挤压）通过计算保证螺栓抗挤压 3 3）通过计算保证板件有足够的拉压强度）通过计算保证板件有足够的拉压强度 4 4）螺栓端距）螺栓端距22d d 0 0 避免钢板被拉豁避免钢板被拉豁抗剪承载力设计值抗剪承载力设计值bvvbvfdnN4242dnv

58、 -受剪面数目受剪面数目, 单剪单剪nv =1.0 , 双剪双剪nv=2.0 , 四剪四剪nv=4.0 。d -螺栓杆直径螺栓杆直径 。NNNNNNFNN2 2、单个普通螺栓抗剪连接的承载力、单个普通螺栓抗剪连接的承载力N/2NN/2图图3.60 3.60 抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接 单个螺栓承载力设计值单个螺栓承载力设计值bcbvbNNN,minmin承压承载力设计值承压承载力设计值bcbcftdNt -同一受力方向承压板同一受力方向承压板 较小总厚度。较小总厚度。N/2N/2N图图3.61 3.61 螺栓承压螺栓承压 单个螺栓所受的力单个螺栓所受的力N1bNnNNmin10115dl 时，对

59、承载力进行修正：时，对承载力进行修正：所需螺栓数所需螺栓数n:n:bNNnminbNnNNmin17 . 01501 . 101dl强度折减系数bNNnmin3 3、普通螺栓群抗剪连接、普通螺栓群抗剪连接普通螺栓群轴心受剪普通螺栓群轴心受剪图图3.62 3.62 长接头螺栓的内力分布长接头螺栓的内力分布l1 普通螺栓群普通螺栓群轴心受剪轴心受剪的计算流程的计算流程bcbVNN 、计算bcbVbNNN，minmin0115dl bNNnminbNNnmin7 . 01501 . 101dl）排列螺栓取整数按规定（表 4 . 3是否 例例 3.53.5设计两块钢板用普通螺栓的盖板拼接设计两块钢板用

60、普通螺栓的盖板拼接( (图图3.60)3.60)。已知。已知轴心拉力的设计值轴心拉力的设计值N=325=325kN，钢材为，钢材为Q235AQ235A，螺栓直径，螺栓直径d d=20mm=20mm（粗制螺栓）。（粗制螺栓）。图图3.63 3.63 例例3.53.5图图受剪承载力设计值受剪承载力设计值kNNfdnNbvvbv9 .878790014042014. 32422承压承载力设计值承压承载力设计值kNNftdNbcbc8 .4848800305820一侧所需螺栓数一侧所需螺栓数n:n:7 .68 .48325minbNNn取取8 8个。个。 解解 ：假定：假定：板件绝对刚性；板件绝对刚性