金属结构的连接课件

第三章金属结构的连接结构金属结构是由型材、锻件、铸件采用一定的连接方式组成的能够承受载荷的工程结构。当前，起重机中常见的连接是焊接、栓接和铰接。本章学习的重点

1）学会选择合理的连接方式

2）掌握承载能力的计算方法第三章金属结构的连接结构§3.1连接的方式及其特点一，方法焊接：（广泛应用）螺栓连接：（用于常装拆的结构）分为：普通螺栓和高强度螺栓铆钉连接：（国外仅用于特重型桥吊主梁）胶合连接：（国内未采用）销轴连接：（用于两构件间的连接）二，特点焊接：制造简便，省工省料，不削弱构件截面易于自动化操作；但易产生残余应力和变形、焊接缺陷，质量不易检查。螺栓连接：易装拆，质量易检查，塑性、韧性好，但费工费料，削弱构件截面，动载作用下易松动；高强度螺栓除具有普通螺栓优点以外，还具有传力均匀，应力集中小，疲劳强度高等优点，但螺栓制造和连接表面要求较高。铆接：承动载能力强，低温下工作较可靠，但不能拆。§3.1连接的方式及其特点一，方法§3.2连接的材料一、焊接 焊接的材料与焊接的方法有关，焊接的方法达35种之多，常用的1.焊接方法

1）气焊、氧炔焊——焊接薄板、切割金属。

2）电弧焊 手工电弧焊——设备简单、操作灵活，生产效率低，质量受人为因素波动较大。 埋弧自动焊——生产率高、易于实现自动化。 气体保护焊——焊接质量高。

3）电渣焊——焊接厚钢板。2.焊接材料

1）手工焊——焊条按照等强度选取。

焊Q235，常用E43XX焊条，如E4303、E4315、E4316

焊Q345，常用E50XX焊条，如E5003、E5015、E5016

焊Q235与Q345的混合连接，E43XX（一般）、E50XX（贴脚焊、受力较大的部位）§3.2连接的材料一、焊接§3.2连接的材料2）埋弧自动焊——焊丝+焊剂

Q235——H08、H08A、H08Mn+高硅型焊剂；

Q345——H08MnA、H10Mnq+低锰型或无锰型焊剂;3）气体保护焊——焊丝+气体（CO2、氩气）二，螺栓连接①普通螺栓—Q235-A,Q235-B,35；②高强度螺栓—螺栓：d≤24mm.45,40B,20MnTiBd＞24mm.20MnTiB,35VB

螺母：45，15MnVB

垫圈：45(平垫圈)§3.2连接的材料2）埋弧自动焊——焊丝+焊剂§3.2连接的材料螺栓连接的力学性能等级

3.5S~12.9S10个等级，“.”前的数值是抗拉强度的1/100，“.”后的数值是屈强比的10倍。 所有的力学性能等级都含有相应的材质和热处理工艺，根据性能等级可以直接查出螺栓连接计算所需要的单栓承载能力。所以螺栓的标注以后以性能等级作为材料的标注。 依据螺母的厚度，螺母的强度等级与螺栓的性能等级有固定的搭配关系（4H~12H）

0.8D的厚度时，8H——8.8S；9H——8.8（>16mm)9.8S（<16mm)

§3.2连接的材料螺栓连接的力学性能等级§3.3焊接接头的形式与焊缝型式对接接头：搭接接头：T字接头：角接头：§3.3焊接接头的形式与焊缝型式对接接头：§3.4焊接接头的静强度计算一，对接焊缝的静强度计算1.承受轴力的对接焊缝：

σh=N/Af=N/lf·δ≤〔σh〕

式中：lf—焊缝计算长度： 有引弧板时lf=b

无引弧板时lf=b-5×2mm〔σh〕—焊缝许用应力，查表23（P36）§3.4焊接接头的静强度计算一，对接焊缝的静强度计算§3.4焊接接头的静强度计算2.承受剪力的对接焊缝（纯剪）

τ=Q/Af=Q/lf·δ≤〔τh〕

式中：lf、δ同前，〔τh〕查表23，或教材表5-1。§3.4焊接接头的静强度计算2.承受剪力的对接焊缝（纯剪）§3.4焊接接头的静强度计算3.N、Q、M共同作用下的对接焊缝 情形1：

危险点：A、B.A：σh=N/Af+M/Wf≤〔σh〕B:τh=QSf/If·δ≤〔τh〕§3.4焊接接头的静强度计算3.N、Q、M共同作用下的对接焊§3.4焊接接头的静强度计算情形2：危险点：A，B.A：σhA=N/Af+M/WfA≤〔σh〕 B：§3.4焊接接头的静强度计算情形2：§3.4焊接接头的静强度计算二、贴角焊缝的静强度计算

1.贴角焊缝的应力分布规律及破坏形式

1）侧焊缝 （1）应力分布规律：不均匀，两头大中间小 （2）破坏形式：剪切破坏，破坏面为最小剪切面（45o工作面）§3.4焊接接头的静强度计算二、贴角焊缝的静强度计算§3.4焊接接头的静强度计算2）端焊缝（1）应力分布规律：复杂，应力集中在根部（A点）；（2）破坏形式：多样。§3.4焊接接头的静强度计算2）端焊缝§3.4焊接接头的静强度计算3）围焊缝（三面围焊）：塑性低于侧焊，静强度和侧焊相当，疲劳强度高于侧焊。由于贴角焊缝差别较大，受力复杂精确计算十分困难，多数国家采用以实验结果为主要依据的计算方法。2，贴角焊缝的计算假定：除忽略焊接残余应力及焊缝的增高影响外，做如下几点假定：

1）不分侧缝和端缝

2）以焊接的最小截面—45o斜面作为计算截面

3）不论连接受拉、压、剪、弯、把计算应力均视为剪应力。§3.4焊接接头的静强度计算3）围焊缝（三面围焊）：塑性低§3.4焊接接头的静强度计算3，贴角焊缝的静强度计算

1）连接受轴向力的搭接接头例1.§3.4焊接接头的静强度计算3，贴角焊缝的静强度计算§3.4焊接接头的静强度计算τN=N/Af=N/(∑lf·δf)≤〔τh〕δf——焊缝计算厚度；δf=0.7hf∑lf—焊缝计算长度之和；∑lf—连接一边焊缝的计算长度之和，按下面规则取值。焊缝计算长度的规定：（1）各条侧缝或端缝的最小计算长度取为8hf且不小于40mm（由构造保证）.

（2）侧焊缝的最大计算长度受静载：每条侧缝取lf≤60hf

受动载：每条侧缝取lf≤40hf

（超出部分不考虑）

§3.4焊接接头的静强度计算τN§3.4焊接接头的静强度计算2）受弯矩M的T字接头危险点：AIfx——对轴x求惯性矩，称为轴惯性矩法。§3.4焊接接头的静强度计算2）受弯矩M的T字接头§3.4焊接接头的静强度计算3）承受M的搭接接头计算假设：（1）构件为绝对刚性，焊缝为弹性；（2）在M作用下，构件焊缝计算截面型心作相对转动。由上面假设有：在任意一点处，τi大小于其到O的距离成正比，方向垂直于连线当点距O为单位长度r=1时，焊缝计算应力为：τ1

当点距O为单位长度r=i时，焊缝计算应力为：τiτ1/r1=τi/rir1=1τi=τ1·ri

§3.4焊接接头的静强度计算3）承受M的搭接接头§3.4焊接接头的静强度计算所以：τ1=M/IP

任一点处：τi=τ1·ri=ri·M/IPτmax=rmax·M/IP

离形心最远的焊缝所受的剪应力。强度计算式：τmax=rmax·M/IP≤〔τh〕

极惯性矩法τmax=rmax·M/(Ix+Iy)≤〔τh〕轴惯性矩法（常用）§3.4焊接接头的静强度计算所以：τ1=M/IP§3.4焊接接头的静强度计算4）复杂焊缝的强度计算（1）承受N、Q、M的工字形截面接头的贴角的焊缝①将外力P、N向焊缝截面简化得：Q=P，M=P·e,N.②计算焊缝截面几何特性参数：Af,A′f,If,WfA,WfB§3.4焊接接头的静强度计算4）复杂焊缝的强度计算§3.4焊接接头的静强度计算③危险点：A，B强度计算

A:τhA=τN+τMA=N/Af+M/WfA≤〔τh〕B：式中：

Af—焊缝总面积.A’f—腹板焊缝部分的面积.WfA,WfB—分别为A，B点的抗弯截面模量§3.4焊接接头的静强度计算③危险点：A，B强度计算§3.4焊接接头的静强度计算（2）承受N，Q，M的搭接接头

①将外力向形心转化得：N，Q=P，M=P·e

假设：在N，Q作用下，应力由全部焊缝均担任一点处：τN=N/Af(→)τQ=Q/Af(↓)

在M作用下，离O点最远的点为A，B点.§3.4焊接接头的静强度计算（2）承受N，Q，M的搭接接头§3.4焊接接头的静强度计算

危险点：A（见右上图分析）

τmaX=τMA·sinα(→)sinα=ymax/rAτmaY=τMA·cosα(↓)cosα=xmax/rA

强度条件：其中：τMA=rA·M/IP=rA·M/(Ix+Iy)τMAx=M·ymax/IPτMAy=M·xmax/IP§3.4焊接接头的静强度计算危险点：A（见右上图分析）§3.5设计焊接结构的注意事项根据资料统计，疲劳失效占金属结构失效形式的（80—90）%，尤其对经常满载，频繁工作，承受变载，动载的港口装卸用的起重机，疲劳破坏往往从焊接接头处开始产生。一、合理选材：塑、韧性好——抗裂性好，慎用高强度钢材。板厚一般δmin≥4mmδmax≤40mmQ235δmax≤30mmQ345§3.5设计焊接结构的注意事项根据资料统计，疲劳失效占金属结§3.5设计焊接结构的注意事项二、构造设计：合理布置焊缝，注意细节处理.1.焊缝不宜太集中§3.5设计焊接结构的注意事项二、构造设计：合理布置焊缝，注§3.5设计焊接结构的注意事项2.避免焊缝主体交叉（使主焊缝连续，次焊缝断开）3.避免焊缝布置在易产生应力集中处§3.5设计焊接结构的注意事项2.避免焊缝主体交叉（使主焊缝§3.5设计焊接结构的注意事项4.不同厚（宽）的钢板对焊接时，应使力流平滑过渡（满足表3—2的不等厚板对接厚度差时，可不开斜口）对接：δ＞6mm(手工焊)δ＞8mm（自动焊）应开剖口，剖口形式详见机械设计手册或国家标准

§3.5设计焊接结构的注意事项4.不同厚（宽）的钢板对焊接时§3.5设计焊接结构的注意事项5.不允许采用单面搭接端焊缝6.焊缝布置应便于施工§3.5设计焊接结构的注意事项5.不允许采用单面搭接端焊缝§3.5设计焊接结构的注意事项7.焊缝重心线应尽量与构件重心线重合焊缝的分配比例8.承静载时，宜优先采用二面侧焊承动载时，宜优先采用三面侧焊桁架节点§3.5设计焊接结构的注意事项7.焊缝重心线应尽量与构件重心§3.6普通螺栓连接一、分类：普通螺栓：①粗制—Ⅱ类孔，Φ孔-d栓=1～2mm，用于主要受拉的连接②精制—Ⅰ类孔，Φ孔-d栓=0.2～0.3mm,（铰孔）用于同时承拉，剪，或受剪连接.

（钻模、钻、冲孔、扩钻、铰孔）§3.6普通螺栓连接一、分类：§3.6普通螺栓连接二、连接形式：①剪力螺栓连接②拉力螺栓连接③拉剪力螺栓连接三、螺栓布置的极限尺寸要求布置方式及要求：①并列②错列§3.6普通螺栓连接二、连接形式：§3.7剪力螺栓连接计算一、受轴心力作用下的受剪螺栓连接破坏形式：栓杆剪断，孔壁或杆身压坏，板端剪裂，板端拉裂，板拉断常见破坏形式：栓杆剪断，孔壁挤坏，板拉断。计算内容：螺栓、构件计算方法：

Ⅰ先计算所需螺栓数，后进行布置

Ⅱ先按经验布置，后验算§3.7剪力螺栓连接计算一、受轴心力作用下的受剪螺栓连接§3.7剪力螺栓连接

按方法Ⅰ.1.所需螺栓数：n≥N/〔Pl〕min

式中：

〔Pl〕min——单螺栓抗剪许用承载力〔pjl〕和孔壁抗压许用承载力〔Plc〕中的较小值

〔pjl〕=njπd∧2〔τl〕/4〔τl〕——许用剪应力见表3—7〔Plc〕=d∑δ·〔σlc〕〔σlc〕——许用压应力表3—7d∑δ——挤压面积∑δ——同方向承压构件的较小总厚度§3.7剪力螺栓连接按方法Ⅰ.§3.7剪力螺栓连接2.构件强度计算：设δB＜∑δA（如取构件板B计算）:危险截面：并列布置时—为第1列栓孔处（Ⅰ—Ⅰ截面）错列布置时—①第1列栓孔处（Ⅰ—Ⅰ截面）②第1，2列及其后面栓孔处的锯齿形截面（Ⅱ—Ⅱ）强度验算：σ=N/Aj≤〔σ〕Aj—Ⅰ—Ⅰ截面：Aj=A-n1dδⅡ—Ⅱ截面：§3.7剪力螺栓连接2.构件强度计算：设δB＜∑δA（如§3.7剪力螺栓连接二、偏心力作用下的受剪螺栓连接

外力向螺栓群心o转化假定：①在过o的P力作用下，各栓受相同剪力，RP=P/n②在M作用下，连接板绕群心o旋转，各栓受剪力，大小与其与o距离成正比，方向垂直于连线oi；R1/r1=Ri/ri=KRi=KriRmax=K·rmax§3.7剪力螺栓连接二、偏心力作用下的受剪螺栓连接§3.7剪力螺栓连接

分析：危险螺栓？Rmax=?

危险螺栓：4和6在M作用下：§3.7剪力螺栓连接 分析：危险螺栓？Rmax=?§3.7剪力螺栓连接在P作用下：RP=P/n危险螺栓强度条件：式中：〔Pl〕min—取〔Plj〕和〔Plc〕中的较小者.§3.7剪力螺栓连接在P作用下：RP=P/n§3.8拉力螺栓连接

一、轴心作用下的拉力螺栓螺栓破坏截面—螺纹、根部。考虑杠杆反力及应力集中因素的影响，将螺栓许用应力降低20%N/n≤〔Pll〕§3.8拉力螺栓连接§3.8拉力螺栓连式中：〔Pll〕—单栓抗拉许用承载力.〔Pll〕=〔σll〕·πd02/4〔σll〕—螺栓抗拉许用应力.〔σll〕=0.8〔σ〕

螺栓材料许用应力

d0—螺纹内径§3.8拉力螺栓连式中：〔Pll〕—单栓抗拉许用承载力.§3.8拉力螺栓连接假定连接法兰（板）刚性足够大，在M作用下，连接板绕受压边排螺栓线：x′-x′轴转动，各螺栓所受拉力与其到x′-x′轴的距离成正比。§3.8拉力螺栓连接假定连接法兰（板）刚性足够大，在M作用下§3.8拉力螺栓连接Pi/yi=Pmax/ymaxPi=Pmax·yi/ymax∵M=∑niPi·yi=∑ni·yi·(Pmin·yi)/ymax=∑ni·yi2Pmax/ymax∴Pmax=ymax·M/(∑ni·yi2)螺栓强度条件：Pmax=ymax·M/(∑ni·yi2)≤〔Pll〕§3.8拉力螺栓连接Pi/yi=Pmax/ymax§3—8拉力螺栓连接三、偏心受拉螺栓

§3—8拉力螺栓连接三、偏心受拉螺栓§3.8拉力螺栓连接当e>ρ时：先计算e=M/Nρ=Ix/n|ymax|再判断：e≤ρ或e＞ρ而后计算：Pmax螺栓强度条件：Pmax≤〔Pll〕§3.8拉力螺栓连接当e>ρ时：§3.9拉剪螺栓连接计算根据试验结果：在拉剪联合作用下，符合园形相关公式若螺栓的计算拉力、剪力分别为Pll和Pjl，则强度条件为

§3.9拉剪螺栓连接计算根据试验结果：在拉剪联合作用下，符§3.10高强度螺栓连接设计计算

一，概述1，分类 摩擦型：是工程中主要的应用种类。 承压型：摩擦力、螺栓剪力和承压力三者共同作用在连接中。 螺栓受拉型 我国当前列入设计规范的仅摩擦型（GB1228—84钢结构用高强度大六角螺栓连接副）。2，工作原理 依靠强大预紧力产生的摩擦力抵抗剪切滑动，以出现剪切滑动时状态作为连接失效的极限状态。§3.10高强度螺栓连接设计计算一，概述§3.10高强度螺栓连接设计计算二、摩擦型高强度螺栓的强度计算1，轴心力作用下的剪力螺栓连接

N/n≤〔P〕〔P〕—但栓抗滑许用承载力.〔P〕=Zm·f·Pg/nZm—传力摩擦面数；

f—摩擦系数（与表面处理方法有关），查规范P41Pg—预拉力（预紧力）.查规范P41n—安全系数(按载荷工况确定）.§3.10高强度螺栓连接设计计算二、摩擦型高强度螺栓的强度§3.10高强度螺栓连接设计计算2，偏心力作用下的剪力螺栓连接计算公式同普通螺栓，许用承载能力为上面的计算结果。§3.10高强度螺栓连接设计计算2，偏心力作用下的剪力螺栓§3.10高强度螺栓连接设计计算3，剪力和拉力作用下的剪力螺栓 强度条件抗滑承载能力PQ≤[P]

抗拉承载能力Pt≤0.7Pg[P]=Zm×f×（Pg-1.25Pt）/n4，受拉连接轴向许用载荷

σsl——螺栓钢材的屈服点

Al——螺栓的有效面积，规范P41β——载荷分配系数§3.10高强度螺栓连接设计计算3，剪力和拉力作用下的剪力螺§3.10高强度螺栓连接设计计算5，被连接件的强度计算每个螺栓所产生的摩擦力N：N/nn为螺栓总数第一排为n1个螺栓产生N〞N/n·n1的摩擦力

N′=N-N〞=N-(N/n)·n1·50%=N（1-0.5n1/n）

被连接件的强度条件：

σ=N′/Aj≤〔σ〕Aj——为净载面积§3.10高强度螺栓连接设计计算5，被连接件的强度计算§3.11销轴连接设计计算一，销轴计算 静强度σw=M/w≤〔σw〕τmax=QS/(IB)=16Q/(3πd2)≤[τ]w=πd3/32=0.1d3〔σw〕—销轴许用弯曲应力不重要及受载不大：Q235，〔σw〕=125N/mm2

载荷不大，要求韧性较高：20正火回火〔σw〕=125N/mm2

有一定强度及加工塑性要求：

35正火回火〔σw〕=165N/mm2

调质〔σw〕=175N/mm2

广泛应用：

45正火回火〔σw〕=195N/mm2

调质〔σw〕=215N/mm2

载荷较大，无很大冲击的重要轴.40Cr调质〔σw〕=245N/mm2§3.11销轴连接设计计算一，销轴计算§3.11销轴连接设计计算二,销孔耳板的计算 危险截面：B—B，A—A§3.11销轴连接设计计算二,销孔耳板的计算§3.11销轴连接设计计算耳板孔壁承压应力计算N——耳板的轴向力；D——销轴直径；∑δ——总厚度；[σc]——许用挤压应力；由弹性力学，应用弹性曲梁公式计算危险载面应力

§3.11销轴连接设计计算耳板孔壁承压应力计算第三章作业3-1验算图示工字梁腹板对接焊缝的强度。已知拼接处的内力为M=9.8×102kNm，Q=4×102kN，钢材为Q235，许用应力[σ]=176MPa，采用E4303焊条手工焊，用普通方法检查焊缝质量。3-2

图示支托与柱采用贴角焊缝连接，贴角焊缝高度hf=6mm。柱与支托材料为Q235，许用应力[σ]=176MPa，用E4303焊条手工焊，采用普通方法检查焊缝质量。试确定P的最大值。第三章作业3-1验算图示工字梁腹板对接焊缝的强度。已第三章作业3-3

某搭接托架结构如图示，受偏心载荷P=92kN作用。连接板材料为Q345，用E5015焊条手工三面围焊（用引弧板），焊缝高度hf=10mm，许用应力[τh]=140MPa，试验算焊缝强度。

3-4

图示接头采用6个M20的精制螺栓连接。构件Ⅰ板厚16mm，连接件Ⅱ板厚10mm材料均为Q235，许用应力[σ]=176MPa，连接受外载P=40kN作用。问：

1）连接强度是否满足要求？

2）若改用6个M20，力学性能等级为10.9s的高强度螺栓，连接面喷砂后涂无机富锌漆，连接强度是否满足要求？第三章作业3-3某搭接托架结构如图示，受偏心载荷P=9第三章金属结构的连接结构金属结构是由型材、锻件、铸件采用一定的连接方式组成的能够承受载荷的工程结构。当前，起重机中常见的连接是焊接、栓接和铰接。本章学习的重点

1）学会选择合理的连接方式

2）掌握承载能力的计算方法第三章金属结构的连接结构§3.1连接的方式及其特点一，方法焊接：（广泛应用）螺栓连接：（用于常装拆的结构）分为：普通螺栓和高强度螺栓铆钉连接：（国外仅用于特重型桥吊主梁）胶合连接：（国内未采用）销轴连接：（用于两构件间的连接）二，特点焊接：制造简便，省工省料，不削弱构件截面易于自动化操作；但易产生残余应力和变形、焊接缺陷，质量不易检查。螺栓连接：易装拆，质量易检查，塑性、韧性好，但费工费料，削弱构件截面，动载作用下易松动；高强度螺栓除具有普通螺栓优点以外，还具有传力均匀，应力集中小，疲劳强度高等优点，但螺栓制造和连接表面要求较高。铆接：承动载能力强，低温下工作较可靠，但不能拆。§3.1连接的方式及其特点一，方法§3.2连接的材料一、焊接 焊接的材料与焊接的方法有关，焊接的方法达35种之多，常用的1.焊接方法

1）气焊、氧炔焊——焊接薄板、切割金属。

2）电弧焊 手工电弧焊——设备简单、操作灵活，生产效率低，质量受人为因素波动较大。 埋弧自动焊——生产率高、易于实现自动化。 气体保护焊——焊接质量高。

3）电渣焊——焊接厚钢板。2.焊接材料

1）手工焊——焊条按照等强度选取。

焊Q235，常用E43XX焊条，如E4303、E4315、E4316

焊Q345，常用E50XX焊条，如E5003、E5015、E5016

焊Q235与Q345的混合连接，E43XX（一般）、E50XX（贴脚焊、受力较大的部位）§3.2连接的材料一、焊接§3.2连接的材料2）埋弧自动焊——焊丝+焊剂

Q235——H08、H08A、H08Mn+高硅型焊剂；

Q345——H08MnA、H10Mnq+低锰型或无锰型焊剂;3）气体保护焊——焊丝+气体（CO2、氩气）二，螺栓连接①普通螺栓—Q235-A,Q235-B,35；②高强度螺栓—螺栓：d≤24mm.45,40B,20MnTiBd＞24mm.20MnTiB,35VB

螺母：45，15MnVB

垫圈：45(平垫圈)§3.2连接的材料2）埋弧自动焊——焊丝+焊剂§3.2连接的材料螺栓连接的力学性能等级

3.5S~12.9S10个等级，“.”前的数值是抗拉强度的1/100，“.”后的数值是屈强比的10倍。 所有的力学性能等级都含有相应的材质和热处理工艺，根据性能等级可以直接查出螺栓连接计算所需要的单栓承载能力。所以螺栓的标注以后以性能等级作为材料的标注。 依据螺母的厚度，螺母的强度等级与螺栓的性能等级有固定的搭配关系（4H~12H）

0.8D的厚度时，8H——8.8S；9H——8.8（>16mm)9.8S（<16mm)

§3.2连接的材料螺栓连接的力学性能等级§3.3焊接接头的形式与焊缝型式对接接头：搭接接头：T字接头：角接头：§3.3焊接接头的形式与焊缝型式对接接头：§3.4焊接接头的静强度计算一，对接焊缝的静强度计算1.承受轴力的对接焊缝：

σh=N/Af=N/lf·δ≤〔σh〕

式中：lf—焊缝计算长度： 有引弧板时lf=b

无引弧板时lf=b-5×2mm〔σh〕—焊缝许用应力，查表23（P36）§3.4焊接接头的静强度计算一，对接焊缝的静强度计算§3.4焊接接头的静强度计算2.承受剪力的对接焊缝（纯剪）

τ=Q/Af=Q/lf·δ≤〔τh〕

式中：lf、δ同前，〔τh〕查表23，或教材表5-1。§3.4焊接接头的静强度计算2.承受剪力的对接焊缝（纯剪）§3.4焊接接头的静强度计算3.N、Q、M共同作用下的对接焊缝 情形1：

危险点：A、B.A：σh=N/Af+M/Wf≤〔σh〕B:τh=QSf/If·δ≤〔τh〕§3.4焊接接头的静强度计算3.N、Q、M共同作用下的对接焊§3.4焊接接头的静强度计算情形2：危险点：A，B.A：σhA=N/Af+M/WfA≤〔σh〕 B：§3.4焊接接头的静强度计算情形2：§3.4焊接接头的静强度计算二、贴角焊缝的静强度计算

1.贴角焊缝的应力分布规律及破坏形式

1）侧焊缝 （1）应力分布规律：不均匀，两头大中间小 （2）破坏形式：剪切破坏，破坏面为最小剪切面（45o工作面）§3.4焊接接头的静强度计算二、贴角焊缝的静强度计算§3.4焊接接头的静强度计算2）端焊缝（1）应力分布规律：复杂，应力集中在根部（A点）；（2）破坏形式：多样。§3.4焊接接头的静强度计算2）端焊缝§3.4焊接接头的静强度计算3）围焊缝（三面围焊）：塑性低于侧焊，静强度和侧焊相当，疲劳强度高于侧焊。由于贴角焊缝差别较大，受力复杂精确计算十分困难，多数国家采用以实验结果为主要依据的计算方法。2，贴角焊缝的计算假定：除忽略焊接残余应力及焊缝的增高影响外，做如下几点假定：

1）不分侧缝和端缝

2）以焊接的最小截面—45o斜面作为计算截面

3）不论连接受拉、压、剪、弯、把计算应力均视为剪应力。§3.4焊接接头的静强度计算3）围焊缝（三面围焊）：塑性低§3.4焊接接头的静强度计算3，贴角焊缝的静强度计算

1）连接受轴向力的搭接接头例1.§3.4焊接接头的静强度计算3，贴角焊缝的静强度计算§3.4焊接接头的静强度计算τN=N/Af=N/(∑lf·δf)≤〔τh〕δf——焊缝计算厚度；δf=0.7hf∑lf—焊缝计算长度之和；∑lf—连接一边焊缝的计算长度之和，按下面规则取值。焊缝计算长度的规定：（1）各条侧缝或端缝的最小计算长度取为8hf且不小于40mm（由构造保证）.

（2）侧焊缝的最大计算长度受静载：每条侧缝取lf≤60hf

受动载：每条侧缝取lf≤40hf

（超出部分不考虑）

§3.4焊接接头的静强度计算τN§3.4焊接接头的静强度计算2）受弯矩M的T字接头危险点：AIfx——对轴x求惯性矩，称为轴惯性矩法。§3.4焊接接头的静强度计算2）受弯矩M的T字接头§3.4焊接接头的静强度计算3）承受M的搭接接头计算假设：（1）构件为绝对刚性，焊缝为弹性；（2）在M作用下，构件焊缝计算截面型心作相对转动。由上面假设有：在任意一点处，τi大小于其到O的距离成正比，方向垂直于连线当点距O为单位长度r=1时，焊缝计算应力为：τ1

当点距O为单位长度r=i时，焊缝计算应力为：τiτ1/r1=τi/rir1=1τi=τ1·ri

§3.4焊接接头的静强度计算3）承受M的搭接接头§3.4焊接接头的静强度计算所以：τ1=M/IP

任一点处：τi=τ1·ri=ri·M/IPτmax=rmax·M/IP

离形心最远的焊缝所受的剪应力。强度计算式：τmax=rmax·M/IP≤〔τh〕

极惯性矩法τmax=rmax·M/(Ix+Iy)≤〔τh〕轴惯性矩法（常用）§3.4焊接接头的静强度计算所以：τ1=M/IP§3.4焊接接头的静强度计算4）复杂焊缝的强度计算（1）承受N、Q、M的工字形截面接头的贴角的焊缝①将外力P、N向焊缝截面简化得：Q=P，M=P·e,N.②计算焊缝截面几何特性参数：Af,A′f,If,WfA,WfB§3.4焊接接头的静强度计算4）复杂焊缝的强度计算§3.4焊接接头的静强度计算③危险点：A，B强度计算

A:τhA=τN+τMA=N/Af+M/WfA≤〔τh〕B：式中：

Af—焊缝总面积.A’f—腹板焊缝部分的面积.WfA,WfB—分别为A，B点的抗弯截面模量§3.4焊接接头的静强度计算③危险点：A，B强度计算§3.4焊接接头的静强度计算（2）承受N，Q，M的搭接接头

①将外力向形心转化得：N，Q=P，M=P·e

假设：在N，Q作用下，应力由全部焊缝均担任一点处：τN=N/Af(→)τQ=Q/Af(↓)

在M作用下，离O点最远的点为A，B点.§3.4焊接接头的静强度计算（2）承受N，Q，M的搭接接头§3.4焊接接头的静强度计算

危险点：A（见右上图分析）

τmaX=τMA·sinα(→)sinα=ymax/rAτmaY=τMA·cosα(↓)cosα=xmax/rA

强度条件：其中：τMA=rA·M/IP=rA·M/(Ix+Iy)τMAx=M·ymax/IPτMAy=M·xmax/IP§3.4焊接接头的静强度计算危险点：A（见右上图分析）§3.5设计焊接结构的注意事项根据资料统计，疲劳失效占金属结构失效形式的（80—90）%，尤其对经常满载，频繁工作，承受变载，动载的港口装卸用的起重机，疲劳破坏往往从焊接接头处开始产生。一、合理选材：塑、韧性好——抗裂性好，慎用高强度钢材。板厚一般δmin≥4mmδmax≤40mmQ235δmax≤30mmQ345§3.5设计焊接结构的注意事项根据资料统计，疲劳失效占金属结§3.5设计焊接结构的注意事项二、构造设计：合理布置焊缝，注意细节处理.1.焊缝不宜太集中§3.5设计焊接结构的注意事项二、构造设计：合理布置焊缝，注§3.5设计焊接结构的注意事项2.避免焊缝主体交叉（使主焊缝连续，次焊缝断开）3.避免焊缝布置在易产生应力集中处§3.5设计焊接结构的注意事项2.避免焊缝主体交叉（使主焊缝§3.5设计焊接结构的注意事项4.不同厚（宽）的钢板对焊接时，应使力流平滑过渡（满足表3—2的不等厚板对接厚度差时，可不开斜口）对接：δ＞6mm(手工焊)δ＞8mm（自动焊）应开剖口，剖口形式详见机械设计手册或国家标准

§3.5设计焊接结构的注意事项4.不同厚（宽）的钢板对焊接时§3.5设计焊接结构的注意事项5.不允许采用单面搭接端焊缝6.焊缝布置应便于施工§3.5设计焊接结构的注意事项5.不允许采用单面搭接端焊缝§3.5设计焊接结构的注意事项7.焊缝重心线应尽量与构件重心线重合焊缝的分配比例8.承静载时，宜优先采用二面侧焊承动载时，宜优先采用三面侧焊桁架节点§3.5设计焊接结构的注意事项7.焊缝重心线应尽量与构件重心§3.6普通螺栓连接一、分类：普通螺栓：①粗制—Ⅱ类孔，Φ孔-d栓=1～2mm，用于主要受拉的连接②精制—Ⅰ类孔，Φ孔-d栓=0.2～0.3mm,（铰孔）用于同时承拉，剪，或受剪连接.

（钻模、钻、冲孔、扩钻、铰孔）§3.6普通螺栓连接一、分类：§3.6普通螺栓连接二、连接形式：①剪力螺栓连接②拉力螺栓连接③拉剪力螺栓连接三、螺栓布置的极限尺寸要求布置方式及要求：①并列②错列§3.6普通螺栓连接二、连接形式：§3.7剪力螺栓连接计算一、受轴心力作用下的受剪螺栓连接破坏形式：栓杆剪断，孔壁或杆身压坏，板端剪裂，板端拉裂，板拉断常见破坏形式：栓杆剪断，孔壁挤坏，板拉断。计算内容：螺栓、构件计算方法：

Ⅰ先计算所需螺栓数，后进行布置

Ⅱ先按经验布置，后验算§3.7剪力螺栓连接计算一、受轴心力作用下的受剪螺栓连接§3.7剪力螺栓连接

按方法Ⅰ.1.所需螺栓数：n≥N/〔Pl〕min

式中：

〔Pl〕min——单螺栓抗剪许用承载力〔pjl〕和孔壁抗压许用承载力〔Plc〕中的较小值

〔pjl〕=njπd∧2〔τl〕/4〔τl〕——许用剪应力见表3—7〔Plc〕=d∑δ·〔σlc〕〔σlc〕——许用压应力表3—7d∑δ——挤压面积∑δ——同方向承压构件的较小总厚度§3.7剪力螺栓连接按方法Ⅰ.§3.7剪力螺栓连接2.构件强度计算：设δB＜∑δA（如取构件板B计算）:危险截面：并列布置时—为第1列栓孔处（Ⅰ—Ⅰ截面）错列布置时—①第1列栓孔处（Ⅰ—Ⅰ截面）②第1，2列及其后面栓孔处的锯齿形截面（Ⅱ—Ⅱ）强度验算：σ=N/Aj≤〔σ〕Aj—Ⅰ—Ⅰ截面：Aj=A-n1dδⅡ—Ⅱ截面：§3.7剪力螺栓连接2.构件强度计算：设δB＜∑δA（如§3.7剪力螺栓连接二、偏心力作用下的受剪螺栓连接

外力向螺栓群心o转化假定：①在过o的P力作用下，各栓受相同剪力，RP=P/n②在M作用下，连接板绕群心o旋转，各栓受剪力，大小与其与o距离成正比，方向垂直于连线oi；R1/r1=Ri/ri=KRi=KriRmax=K·rmax§3.7剪力螺栓连接二、偏心力作用下的受剪螺栓连接§3.7剪力螺栓连接

分析：危险螺栓？Rmax=?

危险螺栓：4和6在M作用下：§3.7剪力螺栓连接 分析：危险螺栓？Rmax=?§3.7剪力螺栓连接在P作用下：RP=P/n危险螺栓强度条件：式中：〔Pl〕min—取〔Plj〕和〔Plc〕中的较小者.§3.7剪力螺栓连接在P作用下：RP=P/n§3.8拉力螺栓连接

一、轴心作用下的拉力螺栓螺栓破坏截面—螺纹、根部。考虑杠杆反力及应力集中因素的影响，将螺栓许用应力降低20%N/n≤〔Pll〕§3.8拉力螺栓连接§3.8拉力螺栓连式中：〔Pll〕—单栓抗拉许用承载力.〔Pll〕=〔σll〕·πd02/4〔σll〕—螺栓抗拉许用应力.〔σll〕=0.8〔σ〕

螺栓材料许用应力

d0—螺纹内径§3.8拉力螺栓连式中：〔Pll〕—单栓抗拉许用承载力.§3.8拉力螺栓连接假定连接法兰（板）刚性足够大，在M作用下，连接板绕受压边排螺栓线：x′-x′轴转动，各螺栓所受拉力与其到x′-x′轴的距离成正比。§3.8拉力螺栓连接假定连接法兰（板）刚性足够大，在M作用下§3.8拉力螺栓连接Pi/yi=Pmax/ymaxPi=Pmax·yi/ymax∵M=∑niPi·yi=∑ni·yi·(Pmin·yi)/ymax=∑ni·yi2Pmax/ymax∴Pmax=ymax·M/(∑ni·yi2)螺栓强度条件：Pmax=ymax·M/(∑ni·yi2)≤〔Pll〕§3.8拉力螺栓连接Pi/yi=Pmax/ymax§3—8拉力螺栓连接三、偏心受拉螺栓

§3—8拉力螺栓连接三、偏心受拉螺栓§3.8拉力螺栓连接当e>ρ时：先计算e=M/Nρ=Ix/n|ymax|再判断：e≤ρ或e＞ρ而后计算：Pmax螺栓强度条件：Pmax≤〔Pll〕§3.8拉力螺栓连接当e>ρ时：§3.9拉剪螺栓连接计算根据试验结果：在拉剪联合作用下，符合园形相关公式若螺栓的计算拉力、剪力分别为Pll和Pjl，则强度条件为

§3.9拉剪螺栓连接计算根据试验结果：在拉剪联合作用下，符§3.10高强度螺栓连接设计计算

一，概述1，分类 摩擦型：是工程中主要的应用种类。 承压型：摩擦力、螺栓剪力和承压力三者共同作用在连接中。 螺栓受拉型 我国当前列入设计规范的仅摩擦型（GB1228—84钢结构用高强度大六角螺栓连接副）。2，工作原理 依靠强大预紧力产生的摩擦力抵抗剪切滑动，以出现剪切滑动时状态作为连接失效的极限状态。§3.10高强度螺栓连接设计计算一，概述§3.10高强度螺栓连接设