钢结构-结构连接知识讲义（100页）

1、第三章钢结构的连接23456鸟巢节点73.1连接的种类和特点钢结构中连接占用重要地位，因为： 构件、结构通过连接来实现； 连接方式影响结构的构造、工艺、造价； 连接质量影响结构的安全、使用寿命。焊接连接螺栓连接 铆钉连接 对接连接 搭接连接 垂直连接一焊接连接焊接连接是钢结构最主要的连接方法连接型式连接方法 不削弱截面、经济； 构件间可直接焊接、构造简单、制造省工； 连接的密封性好、刚度大。 焊缝热影响区材料变脆； 产生焊接残余应力和焊接残余变形； 对裂缝敏感，局部裂纹发生易扩展到整体。1.钢结构常用的焊接方法 手工电弧焊采用焊条，操作灵活方便，特别适于短焊缝。Q235E43 Q345E50Q

2、390、Q420E55不同钢种的钢材相焊接时，宜采用低组配方案，8即宜采用与低强度钢材相适应的焊条。优 点缺 点焊条型号应与主体 金属的强度相适应9焊条型号 E前两位数字表示熔敷金属的抗拉强度；kgf/mm2 第三位数字表示适用的施焊方位0、1 全方位施焊；2平焊；4立焊。第四位数字表示药皮种类和电流，药皮的作用：在焊接过程中产生气体，保护电弧和熔 化金属，并形成熔渣覆盖着焊缝，防止 空气中的氧气、氮气与熔化金属接触形 成易脆的化合物。 埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法，电 弧完全被埋在焊剂之内。自动埋弧电弧焊半自动埋弧电弧焊分为自动埋弧电弧焊：焊丝送进和电弧移动由专门机构控制

3、。 半自动埋弧电弧焊：焊丝送进由专门机构控制，而电弧 的移动由人工操作。焊接时，要采用与被焊钢材强度相应的焊丝、焊剂。 气体保护焊气体保护焊是利用二氧化碳或其它惰性气体作为保护 介质的一种电弧熔焊方法。气体代替焊剂，是由焊枪中喷出的，在电弧周围形成 局部的保护层，防止有害气体的侵入。电弧加热集中，焊 接速度快，熔化深度大，结果是焊缝强度高，塑性好。气体保护焊即可手工操作，也可进行自动焊接。适用10全方位施焊，施焊时应采取避风措施。112.焊缝形式和焊接连接的型式 焊缝的形式对接焊缝 角焊缝承受动载。板厚时开坡口 焊接连接的型式 对接连接：传力平顺、厚板时开坡口、费工。 搭接连接：省工、费料、力

4、线弯折、应力集中较严 重。垂直连接：省工、省料、截面有突变、应力集中较严重，用在不承受动力荷 载结构中。开K形坡口，减小应力集中，可12 焊缝的施焊方位根据所持焊条与焊件间的相互位置，施焊方位 分为平焊(俯焊)、立焊、横焊、仰焊四种，按照文字所述顺序操作渐难，质量保证渐难。3. 焊缝的缺陷 裂纹：最危险缺陷，出现在焊缝内部或热影响区内，导致裂纹尖端 应力集中现象严重，易脆断。13钢材化学成分不当，含C量过高； 焊接工艺不合适，电流、速度等； 所用焊条不符合要求及施焊次序不恰当。 气孔：气体在焊缝金属冷却前没有逸出而形成。 降低塑性、密实性。 夹渣：是在焊缝金属内部或与母材熔合处形成的非金属 夹

5、杂物。危害同气孔。焊接工艺不当；焊接材料不符合要求。 未熔合：指母材与熔化金属之间局部未熔合的现象。 削弱连接强度，产生应力集中，易脆断。产生原因产生原因 咬肉：是在焊缝一侧或两侧与母材交界处形成的凹坑。 减少母材有效面积，造成应力集中。 未焊透削弱连接强度，产生应力集中4.焊缝质量检验焊缝质量检验分为三级：三级：只要求做外观检查，即检查焊缝尺寸、有无裂 纹、咬肉等现象。通过此检查的焊缝称三级质量焊缝。 二级：三级基础上 + 超声波检查，通过此检查的焊缝称二级质量焊缝。 一级：二级基础上 + X射线检查，14通过此检查的焊缝称一级质量焊缝。二螺栓连接粗制螺栓连接 精制螺栓连接高强螺栓摩擦型连接

6、 高强螺栓承压型连接 15hff hf5.焊缝的表示方法单面角焊缝hf双面角焊缝三面围焊缝围焊缝 h现场安装焊缝hf普通螺栓连接高强螺栓连接螺栓连接对接焊缝a （坡口角度）ph （对接间隔）（P：钝边高度）16糙，螺杆直径比螺孔小31.5 mm，要 求类孔，栓孔间隙大，受剪时易产生 滑移，导致螺栓群中各个螺栓受力不 均，故宜用于受拉，不宜用于受剪。紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力。粗制普通螺栓： 由未经加工的圆钢压制而成，螺栓粗（C级螺栓）类孔： 采用冲孔或不用钻模钻成的孔。类孔： 采用钻模钻孔或冲孔后扩孔，孔壁平 滑，质量高。精制普通螺栓：切削加工而成，孔径等于杆径，类（A、B级螺栓）孔

7、，抗剪性能好，但成本高，现较少采用。高强螺栓安装时使用特别的扳手，以较大的扭矩拧紧 螺帽，使螺杆产生很大的预拉力。预拉力把连接的部件夹摩擦型连 传力机理靠板件间的摩擦阻力传力，以摩擦 接：阻力被克服为承载力的极限状态。类孔，受力好，耐疲劳，用于承受动力荷 载结构，孔径大于螺栓公称直径1.5承2压.0型mm连。接：靠摩擦阻力和栓杆共同传力，以栓杆被剪断 或板件被挤压破坏为承载力的极限状态。 承载力较前者高。类孔，孔径大于螺栓公称直径1.01.5mm受剪变形大，只适用于承受静载。螺栓的性能统一用螺栓的性能等级表示，如4.6级、8.8级、 10.9级。小数点前的数字表示螺栓材料的抗拉强度，小数点1及

8、7 后面的数字表示屈强比4.6级、8.8级、 10.9级螺栓强度分别属于400N/mm2 、800N/mm2 、1000N/mm2级。C级螺栓为4.6级或4.8级，由Q235钢制造。A、B级螺栓为5.6级或8.8级，采用低合金钢或再经热 处理后制成。高强螺栓为8.8级或10.9级，材料为45号钢、 40B钢、20MnTiB钢制成。螺栓表示方法：三铆钉连接铆钉通常采用BL2和BL3钢制成。铆钉孔的质量影响连接的质量和受力性能，重要结1构8永久螺栓高强度螺栓安装螺栓19铆钉连接分为热铆和冷铆两种，热铆由烧红的钉坯插 入构件的孔中，用铆钉枪或压铆机铆合而成，冷铆是在常 温下铆合而成。在建筑结构中一般

9、都采用热铆。铆钉打好后，钉杆由高温逐渐冷却而发生收缩，但被顶头之间的钢板阻止，故钉杆中产生了收缩拉紧力，拉紧 力使连接十分紧密。当构件受剪力作用时，钢板接触面上 产生很大的摩擦力，可大大提高连接性能。铆钉连接制造工艺复杂，费工费料，现已很少采用。3.2角焊缝的构造、工作和计算 一角焊缝的构造角焊缝分为直角角焊缝和斜角角焊缝。直角角焊缝：hf ：焊脚尺寸he：有效厚度， he0.7 hfhfhfhe20斜角角焊缝：主要用于钢管，非钢管中，135 ，不宜用于受力。 直角角焊缝的截面型式：普通焊缝不易焊透hf1.5hfhfhf传力平顺，改善应 力集中，可受动荷。平坡焊缝深熔焊缝二 角焊缝的焊脚尺寸与

10、计算长度fh 小 热量小，冷却快，焊缝易产生裂纹力线弯折，应力集中。21热影响区大，容易脆裂hf max 1.2 tt ：薄焊件厚 贴边角焊缝还应满足：hf maxt(t6mm)hf maxt (12)mm(t 6mm)hf min1.5t 4mmt ：较厚焊件厚 对埋弧自动焊，hf min减小1mm，对T 形连接的单面角焊缝， hf min增加1 mm。f薄焊件易烧穿，冷却后，焊接变形大h 大故： hf min hf hf max角焊缝的计算长度(并非几何长度)lw l 2 h flw过短 起落弧太近，影响焊缝的可靠性 局部过热，材质变脆lwmin 8 h f 40mm贴边22lw过长应力分

11、布不均多余长度不计入lw ，但焊接 工字梁翼缘与腹板连接处的焊缝、 加劲肋与腹板的焊缝，不受此限。故：搭接：t：薄焊件厚度 目的：减小附加弯矩引起的应力b 12mm)b 190 mm(t12mm)目的防止横向收缩、起拱。 5t 25mmb且：l wmax 60 h flwmin lw lwmax要求： lw b(减小力线弯折程度)lw23转角处构件应力集中，如在此处起弧、落弧，可能出现弧坑 和咬肉现象，加大应力集中程度，故 采用绕角焊，减小应力集中程度。或围起来。t： 薄件厚，但转角处不能断焊。 三角焊缝连接的基本计算公式焊缝长度方向和受力方向平行的焊缝为侧面焊缝， 焊缝长度方向和受力方向垂直

12、的焊缝为正面焊缝， 焊缝长度方向和受力方向既不平行又不垂直的焊缝为斜焊缝。2hf2hf间断角焊缝的间断距离绕角焊：l 15t （受压）l 30t（受拉）24试验表明：侧面焊缝的破坏截面多在45截面； 正面焊缝的破坏截面多不在45截面；正面焊缝的破坏强度大，也认为在45截面 破坏。1.侧面焊缝的受力分析将N转化为剪力V和弯矩MNe，M 产生垂直于轴向方向的 ， 较小，忽略。V产生沿轴向的(f )，沿轴向分布不均，规范规定在规定的计算长 度范围内是均匀分布的。NNNflffwewN( h)NNVMe25式中：he0.7 hff fw ：角焊缝的设计强度（实际为抗剪设计强度）2.正面焊缝的受力分析将

13、N转化为V和MNe(小、忽略)V作用下，应力分布较复杂，计 算时按均布。将应力f 分解为：NN NNeV=N ffNew f w(h l )（*）)Nsin ew (hlNcos (h e l w )2)2 (N f h e l w2 fNew2 (hl)NsinNcosf263.一般情况N 分解为 Nx 和Nz ，Nz产生f（） ，Nx产生f ，即 ，焊缝计算截面上产生剪应力f，正应力 ，剪应力 ，处于复杂应力状态。相当于角焊缝的抗拉强度设计值。采用上式，需求截面上的应力分量，繁琐。NzxNhef) Ncosew ( hlfewNsin f 2 ( hl)2 Nsin f 2 ( h e l

14、 w )2 3() 222ff3 f w折算应力 eq NxNzff fw3ff ：正面焊缝强度设计值增大系数分析： 当0，即侧面焊缝，此时f 1.0 当 00 ，即两水平焊缝不能完全承担扭矩，则T2由竖直焊缝承担fw21.22()TAxVTAyAy2 ()fA点应力应满足：wfe2w2hlVf剪力V=N由竖直焊缝承受：wf362hlV1.22 h T 6(e2w2l 2e2w22)f2) (1e1w1f w hf扭矩的承担分两种情况：两水平焊缝承担的扭矩为：T hlxyANBaeh注：此种焊缝也可采用近似计算方法：将 N 移至竖直焊缝处，则扭矩为：T N(e a)五关于斜角角焊缝1.6013

15、5的T形接头，斜角角焊缝的计 算同直角角焊缝，取f =1.0 。要求bi5mm ，若bi 5mm ，改为图（b）形式i2.当b 1.5mm时，当1.5 bi5mm时，efh hcos sin 2h1 (hb1)cos 1e1f 1372)cossin b2h222he2 (f 2 3.当135时，斜角角焊缝不用作受 力焊缝 （钢管除外）。4.对于斜T形接头的角焊缝，在设计图中应绘制 大样，详细标明斜角角焊缝的焊脚尺寸。3.3对接焊缝的构造、工作和计算 一 对接焊缝的构造对接焊缝往往设坡口，应根据焊件厚度按保证焊缝质量，便于施焊及减小焊缝截面积的原则选用。cc55pc60p坡口形式： 直边缝：单

16、边V形缝：双边V形缝：适用板厚10mm适用1020mm3839p 称为钝边，有拖住熔化金属的作用，p 取大了或角度取小了，导致焊不透，p 取小了或角度取大了，导致焊条和工时的浪费，p、c 常取2mm。也可由施工单位据 建筑钢结构焊接技术规程 并 结合实际情况确定。当间隙c较大时，可采用垫板， 施焊后，垫板可保留，也可除去。cpU形缝：K形缝：X形缝：适用20mmc55pc 60p40焊缝的起点和终点，不易焊透而出现凹陷的焊口，易引起裂纹和应力集中，故设引弧板，使 起弧、落弧在引弧板上发生。若设引弧板困难而没设，则计算长度(t：薄板厚度)厚差小于4mm时，由焊缝找坡，计算时，焊缝厚度 取薄板厚度

17、。引弧板1:4 (动载)（且需计算疲劳）变截面钢板拼接：1:2.5(静载)改变宽度：改变厚度：1：2.5（静载）1：4（动载 且需验算疲劳）为：lw l 2t41二对接焊缝的工作和计算焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝焊透：是指焊缝金属充满整个连接截面并与母材 熔合成一体。（一） 焊透的对接焊缝的计算焊缝有缺陷， 规范规定：对接焊缝的抗压设计强 度与母材相同。受拉的对接焊缝对焊缝的缺陷敏感，降 低静力强度和疲劳强度， 规范规定：通过一、二级质量检验标准的焊缝，其抗拉设计强度与母材的抗拉设计 强度相同，质量属于三级的焊缝，焊缝的抗拉设计强度 等于母材抗拉设计强度的0.85倍。对接焊缝往往做成加高形

18、式，取计算厚度时不计加高部分，承受动力荷载时需磨平。对接焊缝分1.受轴心拉力对接焊缝的计算（三级质量焊缝受拉）t：两块对接板较小厚度，T形连接腹板厚度lw：焊缝的计算长度，用引弧板时，取实际长度， 不设引弧板时，取实际长度减2t 。f t：对接焊缝抗拉强度设计值。w当焊缝中应力大于焊缝的强度时，采用斜焊缝增加 焊缝长度，降低焊缝中应力，以提高连接承载力。NNlwltwt N f w焊缝中应力：NNcos NNsinbaltwtNsin f wflw Vwt Ncosfvw ：抗剪 强度设计值4243以上公式是近似的，没有考虑共同作用。若取 tg=a/b1.5 ，焊缝强度不低 于母材强度，不必计

19、算。2.对接焊缝在弯矩和剪力共同作用下的计算式中：f cw：对接焊缝抗压强度设计值； 三级质量焊缝 f c f twwIw ：计算截面对中和轴的惯性矩；Wx ：计算截面最外边缘对中和轴的抵抗矩；SW ：计算截面某点以外处截面面积对中和轴 的面积矩。计算点处的折算应力VVMMtlw+w txWMfw c或 ffw VwtIVS ww t22z1.1 f 3NNcos NNsinba1.1：考虑最大折算应力只发生在焊缝的局部而将 设计强度提高的系数。注意工字形截面特点：3.对接焊缝在弯矩、剪力和轴力共同作用下的计算M作用下，产生M ，V作用下，产生。111 m ax危险点为1点tMN VVNMlw

20、MNtNNl w M NN作用下：t44MNz( )2 32 1.1 f w危险点折算应力：M+N +危险点45S：坡口根部至焊缝表面（不考虑余高）的最短距离。 由于未焊透，连接处存在缝隙，应力集中现象严重，易脆裂。故计算时采用焊缝的有效厚度he ， 按角焊 缝计算，上节公式适用。V形坡口：当60，heS；当，当无残余应力时，全截面受拉： N1降低刚度如图，外拉力作用下2crEI( l ) 2压杆的临界力： N61 降低疲劳强度残余拉应力加快疲劳裂纹开展的速度。 加剧低温冷脆危险存在双向、三向同号拉应力场，不能发展塑性。2.焊接残余变形对结构的影响 影响构件尺寸 构件产生初弯曲和初偏心，受荷时

21、产生附加弯 矩。三防止或减小焊接残余应力和焊接残余变形的措施1.设计方面 适宜的 hf 、lw ，应细长，免短粗。 焊缝应尽可能对称布置，不宜过分集中。 避免三向焊缝相交，以免形成同号拉应力场。 要便于施焊，以保证质量。622.制造和焊接工艺方面 减小焊接残余应力的方法 焊件预热法 锤击法 退火法：将钢构件加热到一定温度，保温一段 时间，随后在炉中或埋入导热性较差 的介质中缓慢冷却。适用小构件。减小焊接残余变形的方法反变形法合理施焊次序变形后校正热校正局部加热法 冷校正顶压焊前预热锤击， 减小 z1342 3214 221533633.5普通螺栓连接的构造和计算一螺栓（高强螺栓、铆钉）的排列和

22、构造要求中距不能过大，否则连接件接触不紧密，潮汽易侵入缝隙，造成锈蚀。端矩 中矩边矩 中矩 边矩端矩边矩边矩中矩并列排列：简单整齐，连接板尺 寸小，栓孔对构件截面削弱大。错列排列：布置松散，连接板尺 寸大，栓孔对构件截面削弱小。螺栓的排列要求：受力要求：端矩2d0 ，否则顺力方向剪坏； 中矩过大，受压时起拱；中矩过 小，则截面削弱大。d0：孔径构造要求：64c. 施工要求：中距3d0 ，否则无转动扳手的空间。据a、b、c综合考虑，得出螺栓容许距离。表螺栓或铆钉的最大、最小距离注：t：为外层较薄板件的厚度名 称位置和方向最大容许距离（取两者的较小 值）最小容 许距离外排（垂直内力方向或顺内力方向

23、）8d0 或 12t垂直内力方向016d 或 24t构件受压力顺内力方向构件受拉力中 间 排12d0 或 18t16d0 或 24t沿对角线方向剪切边或手工气割边高强度螺栓轧制边、自动气割 或锯割边其它螺栓或铆钉1.5d0垂直 内力 方向3d0顺内力方向2d01.2d04d0 或 8t中心至 构件边 缘距离中 心 间 距65螺栓的其它构造要求：连接时，螺栓数一般不能少于2个，对组合构 件的缀条，其端部连接可采用1个螺栓。对直接受动荷的普通螺栓受拉连接应采用双螺 帽或其它能防止螺帽松动的措施，如采用弹簧 垫圈，或将螺帽与螺杆焊死等措施。二 螺栓受剪、受拉时的工作性能（包括高强螺栓）抗剪连接 抗拉

24、连接螺栓抗剪连接的工作性能弹性工作阶段在此阶段依靠板间的摩擦阻力传力，摩擦阻力的大小决定于拧紧螺栓时栓杆中初拉力的大小。螺栓连接N/2N/2Nab66弹性工作阶段即01直线段，c 级螺 栓初拉力很小，故01段很短，而高强螺 栓初拉力很大，故01段很高。相对滑移阶段即12段，外力超过了板件间的摩擦 力后，板件间产生相对滑移。弹塑性工作阶段到2点后，栓杆和孔壁开始接触，栓杆受剪切，孔壁受挤压，同时栓杆受到弯曲和轴向拉伸作 用，因而使栓杆产生拉力，增大了板间的摩阻，工作曲线 的坡度又开始上升，达3点后，随外力的增加，变形迅速 增大，曲线逐渐平缓，最后破坏。c 级螺栓靠栓杆承剪和孔壁承压传力，以栓杆被

25、剪断或孔壁被挤压破坏为承载力的极限状态。即3点。N/2N/2Nab2233N1（mm）(a、b 间)1粗制螺栓高强螺栓067摩擦型高强螺栓依靠板间的摩擦阻 力传力，以摩擦阻力被克服为承载力的 极限状态。即图中1点。承压型高强螺栓依靠板间的摩擦阻 力和栓杆共同传力，以栓杆被剪断或孔 壁被挤压破坏为承载力的极限状态。即3点。摩擦只起到延缓滑移的作用。 螺栓受剪时的破坏形式：栓杆被剪断N/2N/2Nab抗剪承载力验算板件被挤压破坏承压承载力验算板件被拉断破坏（栓孔削弱截面）危险截面验算 板件被冲剪破坏（端矩太小造成）构造防范提问：摩擦型连接会出现以上破坏形式吗？计算防范2233N1（mm）(a、b

26、间)1粗制螺栓高强螺栓068单个螺栓的受剪计算：式中：d：螺栓杆公称直径fc：螺栓承压强度设计值bfv：螺栓抗剪强度设计值bnv ：螺栓受剪面数，单剪nv 1，双剪nv 2b4 d2nvNvb f vb ct f dNb c抗剪承载力设计值： 承压承载力设计值：取小值， 即N bmint：在同一受力方向承压构件的较小总厚度，2NN Nt1t1t2t t2 或 t 2 t1 取小值承压面受力简化如图：简化692.螺栓抗拉连接的工作性能单个螺栓抗拉承载力设计值为：式中： f b ：螺栓抗拉强度设计值tde ：螺栓螺纹处的有效直径注意：螺栓净直径dn（扣出螺纹后）平均直径dm=(d+ dn)/2，有

27、效直径de=(dn+ dm)/2左图中，螺栓产生Pf 的拉力，Pf =N 吗？通常角钢肢刚度较小，受拉后故螺栓的实际受力为： Pf =N+Q角钢肢的刚度越小，Q力越大，但确定Q力复杂， 通常用降低螺栓抗拉强度设计值的办法来解决。f bteteb t4 d 2ANf b Pf会产生右图的变形趋势，在角钢肢2N 的端部产生撬力。PfQQPfPf2N70规范规定：普通螺栓抗拉强度设计值 ft取bf t 0.8 fbf ：螺栓所用钢材的抗拉强度设计值。注意： f b 可直接查表，不用取钢材强度后换算。t以上简化，只要取翼缘板厚度t20mm，且螺栓间距b不要过大，简化是可靠的； 若翼缘板过薄，用加劲肋加

28、强翼缘。开始阶段，各螺栓受力不均，如虚线，随N增大，连接进入弹 塑性阶段， 内力重分布，最后趋于相等，如实线。若连接区域 l1 过大，即使进入弹塑性，各螺栓受力 也不易相等， 规范规定：若 l1 15d0（d0：螺孔直径）螺栓承载力设计值N b应乘以折减系数 。minbt弹性弹塑性N三螺栓群的计算l1这是因为各螺栓受力不均，防止端部螺栓破坏。1.抗剪螺栓群在轴心力作用下的计算被连接板缝一侧所需螺栓数：N bminvc为N b 、 N b的小值另外需验算构件净截面的强度，以防止构件在净截面处被拉断，An：构件的净截面面积 An=A-nd0t n：危险截面螺栓数危险截面11，22An取A1-1、A

29、2-2小值150 d0 1.1l1若 l 60d10 ，取0.7NNbminnNNNA nf11e e e ee1e1112 a2enA201271 tnda 2 e2 2 ( 1)2 2a2e2722.螺栓群承受扭矩时的计算分析螺栓群受扭时采用假设： 被连接构件为绝对刚性体，螺栓为弹性体； 各螺栓绕螺栓群形心旋转，其受力大小与至螺栓群 形心的距离r成正比，力的方向与该螺栓和螺栓群 形心的连线相垂直。在T作用下，每个螺栓均受剪，设螺栓 至形心的距离分别为 r1、r2rS ，相应各螺栓所受剪力分别 N1、N2NS ， 则： T = N1r1+N2r2+NSrS据假设有： N1/r1=N2/r2=

30、NS/rs周围四个螺栓受力最大，假定其中一个为1号，则： N2=N1r2/r1 、N3=N1r3/r1 NS=N1rS/r1TriNi若 N1Nvb、N1N b ，则螺栓安全 。将 N1 分解为 N1x、N1y若y13x1 ，则，可取10， x 0设计时，先按构造布置好螺栓，然后求受力最大螺 栓所受的力，其满足既不承压破坏又不剪切破坏为安73rrNrrr112s2 22 11) T N1 (r2ixrN y22 21T r1T r1iiiTr1N1x N1xN1y yx2N1 y1r1N1xT y1i2ixNx Ny22 1r111 1yT xiiy2ix2ix2iN

31、 y 2 1 1x1T yxiN211yTx 1i公式简化为： N同理，若x13y1 ， N故：743. 螺栓群在扭矩、剪力和轴心力共同作用下的抗剪计算在V作用下，各螺栓受力相等，向下。 在N作用下，各螺栓受力相等，向右。 在T作用下，四角螺栓受力大小相等，但方向不同。1y在V作用下，NVV/n1x在N作用下，NNN/n1号螺栓所受合力应满足：TxNV2134NNNT考虑叠加，1x1x1号螺栓受力最大，NV1yN1yTN1 yxN2T1xT y1i2i yxN2T1yT x1i2i在T作用下，N)NN)N(b min221T1yV1yT1xN1xN (N75Nt：单个螺栓抗拉承载力设计值bNC

32、级螺栓不宜受剪下列情况可用于受剪：承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要 连接；承受静力荷载的可拆卸结构的连接；临时固定构件用的安装连接。 其它受剪情况怎么办？采用高强螺栓。4.螺栓群在轴心力作用下抗拉螺栓连接的计算在N作用下，所需螺栓数为：NN btn765.螺栓群在弯矩作用下的计算M作用下，上部螺栓受拉，使上部连接，有分离的趋势 螺栓群的旋转 中心下移。经计算，受压区高度较小（阴影区），中和轴在受压侧最外排 螺栓附近的某个位置，实际计算时，近似取中和轴即 旋转中心位于最下排螺栓处。各螺栓受力大小与该螺栓距中和轴的距离成正比 所以1号螺栓受力最大。Nn / yn12inMNi NnN1N

33、2y2y1yiynyNyyyyNnn121iii2i NNNyiM 同时N1/y1N2/y2 Ni其中 ：M=Ne，m：螺栓列数 yyNyy y yyN2112n2222111) (M ii故yN2 11M yiyyb t21mM 1 NioNnmyNNminMy 11 max2i假设存在m列螺栓，则： Ny212ii2 y 2 2 y 2 2 y 2b t1max N且即全部螺栓受拉，计算结果方为有77效N1min 0假定螺栓承受偏心拉力，怎么办？当偏心不大时，按小偏心计算，即假定连接的旋 转中心在螺栓群计算截面的形心o处。两端螺栓受力为：要求：NeNMy1 yiy1yi否则，按大偏心情况计

34、算， 即假定旋转中心在M 指向的最下或最上一排螺栓轴线O处。这是因为：若N1min ，大偏心。oNoy1yiyneMy心情况计算。Nb t2N1maxmM y1i2n22212yy yyimnNyNey21min 1 0iny12my i由N得到：e6.螺栓群同时承受拉力和剪力的计算 将N移至螺栓群的形心，变成螺栓群受剪力V=N和弯矩M=Ne 。V作用下，每个螺栓均匀受力NV=V/nM作用下，属于大偏心，受力最大此种拉剪共同作用下螺栓安全工作的条件为：且同时要满足：NVNc，b提问：若受偏心拉力，？eMV Ny2 1tmNeyi螺栓所受拉力为：N( Nt )2NbNbVt( NV )21即螺栓

35、不会受拉或受剪破坏即不会承压破坏要考虑大小偏心受拉注意：C级螺栓不宜受剪，设支托承受剪力，螺栓受M7980式中：1.25是考虑剪力对焊缝的可能偏心的影响。3.6高强螺栓连接的计算 一.高强度螺栓预拉力的建立高强度螺栓的预拉力是在安装螺栓时通过拧紧螺帽来实现的，高强螺栓分为大六角头型和扭剪型两种。 前者采用的拧紧方法是转角法和扭矩法，后者 采用的拧紧方法是拧掉螺 栓梅花头，即扭剪法。扭剪法：施加预拉力的方法是用特殊的扳手，该扳手有两 个套头，分别套在螺母和螺栓的十二角体上，施 加方向相反的扭矩，拧至断颈槽处剪断为止。fwfwh efl1.25V支托与柱翼缘焊接，焊缝受剪扭剪型高强螺栓的受力特征与

36、一般高强螺栓相同，施 加预拉力简单、准确。扭矩法：采用可直接显示扭矩的特制扳手，通过控制拧紧 力矩来控制预拉力，施加的施工扭矩是根据计算 确定的。式中：P ：设计时规定的螺栓预拉力 ；k ：扭矩系数平均值，由供货厂家给定，施工 前通过试验复验；d：高强螺栓的公称直径。扭矩法的优点是较简单、易实施、费用低，缺点是所 得的预拉力值误差大且分散，一般误差为25左右 。 81 kP d所需要的施工扭矩为： Tf82转角法：先用普通扳手初拧至被连接板件相互紧密贴合， 再以初拧位置为起点，根据按螺栓直径和板叠厚 度所确定的终拧角度，用扳手拧至预定角度，螺栓的拉力即达到了所需要的预拉力数值。高强螺栓的施工一

37、定要严格按钢结构高强螺栓连接 的设计、施工及验收规范进行。高强螺栓的预拉力设计值为：式中：Ae：栓杆有效截面积；fu ：螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度；8.8级，fu830N/mm2 ；10.9 级 ，fu1040N/mm2 ； 各常数值：0.9：考虑材料的不均匀性；ue1.2P 0.9 0.9 0.9 Af按5kN的模数取整0.9 ：是以抗拉强度为准引入的附加安全系数；0.9 ：考虑施加预拉力时的超张拉。1.2 ：考虑拧紧螺帽时扭矩对栓杆的不利影响。注：施加预拉力时，栓杆中的预拉力应接近螺栓所用材料 的屈服强度，效果才好。因预拉力有损失， 所以要 超张拉510 ，但超张拉有可能使栓杆中的应

38、力 超过 fy，从而引起塑性变形，而降低预拉力。不同螺栓的预拉力已制成表格。 二.高强螺栓承受剪力的计算1.高强螺栓摩擦型连接摩擦型高强螺栓依靠板间的摩擦阻力传力，以摩擦阻 力被克服为承载力的极限状态。所以高强螺栓摩擦型连接承受剪力的设计准则是外力83不超过摩擦力。84一个摩擦型高强螺栓连接的抗剪承载力设计值为：和孔壁承压来决定，摩擦力仅起延缓滑移的作用。NbVf0.9nP式中：0.9 ：抗力分项系数 R =1.111的倒数；nf ：传力摩擦面数；单剪nf1；双剪nf2 P ：高强螺栓预拉力的设计值；：摩擦面的抗滑移系数。注：a. 当温度t =100150时，螺栓的预拉力将产生温 度损失，故应

39、将摩擦型连接的抗剪承载力设计值降 低10，当t 150时，要采取隔热措施，以保证 连接温度在 t =100150之间。b. 构件接触面的处理方法应在施工图中说明。2.高强螺栓承压型连接高强螺栓承压型连接受剪时，极限承载力由栓杆抗剪85故计算同C级螺栓。注： a. 当剪切面在螺纹处时，NV 要按有效截面计算。b构件接触面处理简化为“应清除油污及浮锈”。高强螺栓承压型连接不应用于直接承受动力荷载 的结构。三.高强螺栓群的抗剪计算在轴心力作用下；在扭矩作用下；在扭矩、剪力、轴心力共同作用下的计算，均与普通螺栓连接的计算方法相 同，只是在计算时要用高强螺栓的承载力设计值。注意：高强螺栓摩擦型连接净截面

40、计算与普通螺栓连接净截面计算不同。b4 d2b f vb ctfNvnvdNb c取小值，即N bmin即：86由于摩擦作用，在危险的第一排螺栓孔中心前已传掉50的力，故最外排危险截面螺栓处的内力为：NN0.5n1N/n即： N(10.5n1/n)N危险截面应力 N/An f式中：n1：危险截面螺栓数变。危险截面同时，还需验算毛截面强度 N/Af 四.高强螺栓承受拉力时的计算1. 高强螺栓摩擦型连接提问：受外拉力N后，螺栓内力为 Pf = P + N?不对 当加于螺栓连接的设计外拉力不超过预拉力P时，栓杆的拉力基本不增加，即认为栓杆内的原预拉力基本不即 Pf P87证明：螺栓已拧紧，但受外力之

41、前， 平衡方程 P = C受外拉力Not(标准值)后，板压紧程度降低，压紧力由CCf ，板件有一个压缩恢复量c ，栓杆拉力由PPf 。 平衡方程 Pf Not+ Cf在板厚范围内，栓杆有一个伸 长增长量t 。在板厚内，栓杆与板的变形相等，即tcCPfCfPNotcttEt 1 c c2EAEEbttP P fEA EccC fC 栓杆：板：88力后屈服，产生塑性变形）。AbAPfP C Cf得：（）式中：Ab：栓杆截面积A ：摩擦面面积将 CP 、Cf PfNot 及 A 10Ab（AAb） 代入（）式，得： Pf P + 0.09 Not变形Pf P +（0.09 /1.3）1.3Not P

42、 + 0.07Nt （Nt为Not的设计值Nt 1.3Not） Pf P（ Nt P）提问： 若 Nt P ，如何？试验表明，若外拉力Nt过大时，螺栓将发生松弛现 象，即栓杆中的预拉力将会变小，这对连接的抗剪是不 利的（因加P时，栓杆中的预拉力接近于fy，加很大外拉当Nt0.8 P 时，则无松弛现象。载力为：所以每个承受外拉力作用的摩擦型连接不破坏的条件为：注：仅在杆轴方向受拉时，可以不施加预拉力；但只要有89剪力，预拉力应与摩擦型连接的预拉力相同。fb t2.高强螺栓承压型连接承压型连接抗拉承载力设计值同普通螺栓2eb tt4dAeNbf即：故规范从抗剪的角度考虑，规定摩擦型连接螺栓的 抗拉

43、设计承载力为： Nt 0.8 Pb直接承受动力荷载时，摩擦型连接螺栓的抗拉设计承Nt 0.5 PbNt Ntb90五.高强螺栓在弯矩或偏心拉力作用下的抗拉计算螺栓群在弯矩或偏心拉力作用时，因螺栓的预拉力很大，将板件压的很紧，互相连接的板件可看成一个整 体，所以螺栓群的中性轴保持在螺栓群的重心轴上，即 旋转中心在螺栓群的形心上，按小偏心情况计算，公式 的推导和结果与普通螺栓相同。注意：承压型连接若没有施加预拉力，计算完全同普通螺栓。b t2N1M yNt1 myiNyNb tt12 N M y1iy222i2i1 2 ynm 2 y 2 2 y即：或者：式中：六.高强螺栓同时承受拉力和剪力的计算1.高强螺栓摩擦型连接摩擦面的抗滑移系数为，加上外拉力Nt后，则摩擦ttV