第七章钢结构的连接和节点构造(上)

第七章钢结构的连接和节点构造本章要点：了解三类连接（焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接）各自的优缺点及适用范围。了解常见的焊接方法和焊接形式，能够正确识别与标注焊缝符号。掌握对接焊缝和角焊缝的构造要求和计

算方法，并能熟练地进行设计与计算。掌握焊接残余应力和残余变形对构件工作性能的具体影响，了解减少焊接残余应力和残余变形的措施。掌握普通螺栓和高强度螺栓（摩擦型和承压型）的工作性能、破坏形式和计算方法，以及对螺栓排列的构造要求。能够根据被连接件的受力情况选用恰当的连接形式，并进行合理设计。

第一节钢结构的连接方法连接方法优点缺点焊接对几何形体适应性强;构造简单;不削弱截面,可实现自动化操作；连接的密闭性好,结构刚度大对材质要求高;热影响区内,容易导致局部材质变脆;焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低;焊接结构对裂纹很敏感;低温冷脆问题较突出铆接传力可靠,韧性和塑性好,质量易于检查,抗动力荷载性能好构造复杂，费钢费工普通螺栓连接装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪;螺栓精度高时加工和安装复杂，价格较高高强螺栓连接摩擦型剪切变形小,弹性性能好,特别适用于随动荷载的结构.承压型承载力高于摩擦型，连接紧凑

摩擦面处理,安装工艺略为复杂,造价略高;承压型连接的剪切变形大,不得用于承受动力荷载的结构中。

、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件埋弧自动焊

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧手工电弧焊Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048)Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。B、焊条的表示方法：E—焊条(Electrode)第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第3、4适用焊接位置、电流及药皮的类型。二、焊接连接及焊接结构的特性1、焊接连接的优缺点

焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下优点：1）不需打孔，省工省时；2）任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；3）气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。缺点：1）焊接附近有热影响区，材质变脆；2）焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；3）焊接裂缝一经发生，便容易扩展。2、常见的焊接缺陷：

裂纹、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满。3、焊接质量检查:焊缝质量检验方法:外观检查、内部无损检验（超声波探伤检验、x射线检验）.焊缝质量分级:

一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x射线检验都合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格；三级焊缝需外观检查合格。

《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：

(1)有引弧板的对接焊缝在抗压和一、二级抗拉时与母材等强，三级抗拉焊缝的抗拉强度为母材的85％，

角焊缝质量等级一般为三级。(2)需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。

4.焊缝质量等级及选用(3)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。三、焊缝连接型式和焊缝型式1、焊缝连接型式

按两焊件的相对位置分：平接、搭接、T(顶)接和角接

2、焊缝型式（1）对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝T型对接焊缝斜对接焊缝3、焊缝位置：

根据施焊工人与焊缝的位置关系可以分为俯焊、立焊、横焊、仰焊四种，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。四、焊缝的表示方法（代号）表7-1、表7-2

第三节对接焊缝的构造和计算一、对接焊缝的构造1．对接焊缝的坡口形式:

为了保证焊接质量，对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施工条件有关。

(1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡口,采用直边缝;(2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口;(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）2.对接焊缝的优缺点

优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。缺点：需剖口，焊件长度要精确。3.对接焊缝的构造处理

（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去tmm（t为较小板件厚度）。（2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：2.5的斜面，避免应力集中。≤1:2.5≤1:2.5二、对接焊缝的计算对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；轴心受力的对接焊缝M、V共同作用下的的对接焊缝牛腿与翼缘的对接焊缝

1、轴心受力的对接焊缝

lw——焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实长减去2tmm，有引弧板时，取实长;当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图B。NNlwtANNtBθNsinθNcosθlw注:当tanθ≤1.5时,不用验算!2、M、V共同作用下的对接焊缝计算lwtAMVστ因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：式中：Ww—焊缝截面模量；

Sw--焊缝截面面积矩；

Iw--焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接（2）工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面A、对于焊缝的σmax和τmax应满足式下面要求；σmaxτσ1τ1τmaxB、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应力尚应满足下式要求：1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。3、牛腿与翼缘的对接焊缝假定：剪力全部由腹板承受并均匀分布，弯矩、拉力由全截面承担。与梁计算相同，截面形式和截面上各种应力分布如图。图中1、2、3、4点均需强度验算：点1：点2：点3：点4：式中：A`w——有效抗剪面积，

三、部分焊透的对接焊缝（自学）应用：当板件较厚，而板件间连接受力较小时，可以采用部分焊透的对接焊缝。当垂直于焊缝长度方向受力时，部分焊透处的应力集中会带来不利影响，对于直接承受动力荷载的连接不宜采用；但当平行于焊缝长度方向受力时，其影响较小可以采用。计算：按角焊缝的计算公式计算，取βf＝1.0，仅在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，可取βf＝1.22。

第四节角焊缝的构造和计算一、角焊缝的构造1、截面形式（1）直角角焊缝（2）斜角角焊缝

对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式hehfhf凹面式2、直角角焊缝应力分布端缝：焊缝垂直于受力方向。

特点:受力后应力状态较复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。端焊缝的强度是侧焊缝强度的1.35～1.55倍。侧缝：焊缝长度方向与受力方向平行。

特点：应力分布简单些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。侧焊缝以45°“咽喉截面”破坏居多；侧缝强度低，但塑性较好。

剪应力τfNlwN3、构造要求(1)角焊缝的尺寸限制

t2为较薄焊件厚度5t2或25mm，取两者最大值搭接最小长度搭接连接转角处焊缝须连续施焊（图三）转角处加焊一段长度2hf（两面侧缝时）或用三面围焊转角端部t为较薄焊件厚距离l0

符号见图二长度lw

端部仅有两侧面角焊缝连接

8hf或40mm，取两者最大值下限内力沿侧缝全长分布者不限60hf上限焊缝长度lw

t2为较厚焊件厚；当

下限t1为较薄焊件厚

;对板边：

上限焊脚尺寸hf

备注构造要求项目部位tt1hfhft1tt1t2bb2hft1t2图一图二图三图四4、有效厚度

hfhehh1h2deh---焊缝厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根二、角焊缝的计算1、角焊缝的承载力计算公式假定：所有角焊缝只承受剪应力，只区分侧焊缝和端焊缝；焊缝计算截面为450喉部截面，计算高度为0.7hf；在静力条件下，考虑端焊缝强度提高22%；动力荷载下，不考虑其强度的提高；hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊缝厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根焊缝在有效截面处破坏，且各应力分量满足以下折算应力公式:

式中：

——作用于焊缝有效截面上，垂直于焊缝轴线方向的正应力和剪应力；

——作用于焊缝有效截面上，平行于焊缝轴线方向的剪应力；

——角焊缝的（抗剪）强度设计值。NNyNxσfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf（7－1）┻┻∥将7—2、7—3式，代入7—1式得：式7—4即为《规范》给定的角焊缝强度计算通用公式

βf—正面角焊缝强度增大系数；静载时取1.22，动载时取1.0。对于正面角焊缝，τf=0，由7—4式得：对于侧面角焊缝，σf=0，由7—4式得：

注意在以上各式中：

he=0.7hf；

lw—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2hf。2、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算1）、轴心力作用下(1)轴心力作用下的盖板对接连接:A、仅采用侧面角焊缝连接：B、采用三面围焊连接：NNlwlw’(2)T形角焊缝连接NxNyNθN代入式7-4验算焊缝强度，即:(3)角钢角焊缝连接A、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用三面围焊由力及力矩平衡得:余下的问题同情况‘A’。Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、采用L形围焊代入下式B中N1、N2得:对于设计问题:Ne1e2bN1xxN3lw12)、N、M、V共同作用下(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊缝强度计算h1σfAσfBτf对于A点：式中：Iw—全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；

h1—两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxhh2BB’Ah1MeFVM对于B点：强度验算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊缝的计算长度；

he,2—腹板焊缝截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM假定:A、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：T作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；B、T作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与r成正比；C、在V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。3)、T、V共同作用下将F向焊缝群形心简化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：该连接的设计控制点为A点和A’点xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A点应力:将其沿x轴和y轴分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A点应力:A点垂直于焊缝长度方向的应力为:A点平行于焊缝长度方向的应力为:强度验算公式：τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe[例题2、3]第五节.焊接残余应力与焊接残余变形一、焊接残余应力的分类及其产生的原因

1、焊接残余应力的分类

A、纵向焊接残余应力—沿焊缝长度方向;B、横向焊接残余应力—垂直于焊缝长度方向;C、沿厚度方向的焊接残余应力。

2、焊接残余应力产生的原因（1）纵向焊接残余应力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1600oC，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++

（2）横向焊接残余应力产生的原因:1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势，导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压；2、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关。

以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力。(a)焊缝纵向收缩时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩时的横向应力xy+-+施焊方向(c)焊缝横向收缩时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向残余应力yx不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx（3）沿厚度方向的焊接残余应力

在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力σx,σy

外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力σz，这三种应力形成同号(受拉)三向应力，大大降低连接的塑性。-+-321σxσyσz二、焊接残余应力对结构性能的影响1、对结构静力强度的影响f+--bfy+--bfyNyNy因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到fy，即N=Ny时：结论：焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。+--fyfbBt2、对结构刚度的影响当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应力已经达到fy

，故该部分刚度为零（屈服)结论：焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。f+--bfyNN+--fyfNNbBt3、对压杆的稳定承载力的影响

对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见压杆稳定部分）。

对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施。4、对低温冷脆的影响5、对疲劳强度的影响焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响三、焊接变形

焊接变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合。

四、减小焊接残余应力和焊接变形的措施1、设计上的措施；（1）焊接位置的合理安排（2）焊缝尺寸要适当（3）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2、加工工艺上的措施（1）采用合理的施焊顺序（2）采用反变形处理（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理第六节螺栓连接的构造一、螺栓的种类1.普通螺栓C级---粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级；

4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝1～3mm。A、B级---精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级;5或8表示fu≥500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅰ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝0.3～0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。2.高强度螺栓由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理45号－8.8级；40B和20MnTiB－10.9级（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓二、螺栓的排列1）并列：简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大；B错列A并列栓距线距边距边距端距2）错列：排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截面削弱小；

1、螺栓排列的分类2.螺栓排列的要求（1）受力要求:对于受拉构件：各排螺栓距和线距太小时,构件有沿折线或直线破坏的可能；顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小(端距≥2d0)；对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，栓距不能太大。（2）构造要求；

螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。（3）施工要求为便于拧紧螺栓，留适当间距（不同的工具有不同要求）

具体要求见课本表7-5,对型钢还需满足表格7-6～7-8的要求。三、螺栓连接的构造要求为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接,以下情况可用于抗剪连接:

1、承受静载或间接动载的次要连接；

2、承受静载的可拆卸结构连接；

3、临时固定构件的安装连接。型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；第七节普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式（分类）FNFA

只受剪力B

只受拉力C剪力和拉力共同作用

二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式

1.工作性能对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上a、b两点相对位移δ和作用力N的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段,即：

(1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)

直线段—连接处于弹性状态；该阶段较短—摩擦力较小。NδO1234NNabNN/2N/2

(2)滑移阶段(1~2段)

克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。NδO1234abNN/2N/2

(3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)

该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，N-δ关系以曲线状态上升。

(4)弹塑性阶段(3~4段)

达到‘3’后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。

‘4’点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。NδO1234abNN/2N/2Nu2.破坏形式（1）螺栓杆被剪坏

栓杆较细而板件较厚时（2）孔壁的挤压破坏

栓杆较粗而板件较薄时（3）板件被拉断

截面削弱过多时

以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN（4）板件端部被剪坏

端矩过小时；端矩不应小于2dONN（5）栓杆弯曲破坏螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d这两种破坏构造解决N/2NN/2（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值

由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定:nv—剪切面数目；

d—螺栓杆直径；fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值；∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：d剪切面数目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪连接计算1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算N/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布

试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。

当l1≤15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担。所以，连接所需螺栓数为：

当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布,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。由试验可得连接的抗剪强度折减系数η与l1/d0的关系曲线。ECCS试验曲线8.8级

M22我国规范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值长连接螺栓的内力分布故，连接所需栓数：NNbtt1b1

普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为2-2截面:A、螺栓采用并列排列时：主板的危险截面为1-1截面:1122NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为1--1和1’--1’截面:111’1’NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为2--2和2’--2’截面:222’2’2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下连接按弹性设计，其假定为：

（1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2）T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得由式7-6得:由力的平衡条件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11将式7--7代入式7--5得:将N1T沿坐标轴分解得:由此可得螺栓1的强度验算公式为:另外,当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时,可进行如下简化计算：令:xi=0，则N1Ty=0（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、普通螺栓的抗拉连接抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：Ae--螺栓的有效截面面积；

de--螺栓的有效直径；

ftb--螺栓的抗拉强度设计值。dedndmd公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响

A、螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加（撬力Q）并产生弯曲现象。连接件刚度越小撬力越大。试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取ftb=0.8f（f—螺栓钢材的抗拉强度设计值）来考虑其影响。(三）普通螺栓群的轴拉设计一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：N(四）普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：

（1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。显然‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大由力学及假定可得：M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴由式7--8得:将式7--10代入式7--9得:因此，设计时只要满足下式，即可：(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下偏心力作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的设计方法，即叠加法。刨平顶紧承托(板)FeN1F1234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=F·e中和轴N4M四、普通螺栓拉、剪联合作用011VeM=VeV因此：2、由试验可知，兼受剪力和拉力的螺杆，其承载力无量纲关系曲线近似为一“四分之一圆”。1、普通螺栓在拉力和剪力的共同作用下，可能出现两种破坏形式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔壁的承压破坏；3、计算时，假定剪力由螺栓群均匀承担，拉力由受力情况确定。规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：011ab另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。

承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：式中：

α—考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，一般取α=1.25~1.35；其余符号同前。M刨平顶紧承托(板)V连接角焊缝第八节高强度螺栓连接计算一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力

按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：

摩擦型高强度螺栓—通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力；

承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似。1、高强度螺栓预拉力的建立方法通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：

A、转角法

施工方法：初拧—用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；终拧—初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的

角度，一般为120o~180o完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧；B、扭矩法

施工方法：初拧—用力矩扳手拧至终拧力矩的30%~50%，使板件贴紧密；终拧—初拧基础上，按100%设计终拧力矩拧紧。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：初拧—拧至终拧力矩的60%~80%；终拧—初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等2、高强度螺栓预拉力的确定高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，并考虑了以下修正系数：考虑材料的不均匀性的折减系数0.9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数1.2。附加安全系数0.9。因此，预拉力：Ae—螺纹处有效截面积；fu—螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu=830N/mm2，

10.9级，取fu=1040N/mm23、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μ摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P）和板件间的抗滑移系数μ

；板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小；

《规范》给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数μ。4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力(1)抗剪连接工作性能受力过程与普通螺栓相似，分为四个阶段：摩擦传力的弹性阶段、滑移阶段、栓杆传力的弹性阶段、弹塑性阶段。

但比较两条N—δ曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。高强度螺栓NδO12341234普通螺栓abNN/2N/2A、对于高强度螺栓摩擦型连接，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为1点而不是4点，所以1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：NδO12341234高强度螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：0.9—抗力分项系数γR的倒数(γR=1.111);

nf—传力摩擦面数目;

μ--摩擦面抗滑移系数;P—预拉力设计值.（2）、抗剪连接单栓承载力B、对于高强度螺栓承压型抗剪连接，允许接触面发生相对滑移，破坏准则为连接达到其极限状态4点，所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。NδO12341234高强度螺栓普通螺栓单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：5、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力当外拉力为零，即N=0时：P=C；当外拉力为Nt时：板件有被拉开趋势，板件间的压力C减小为Cf，栓杆拉力P增加为Pf，由力及变形协调得：NPCP+△P=PfC-△C=CfNtAb—栓杆截面面积；Ap—板件挤压面面积；δ—板叠厚度。当板件即将被拉开时：Cf=0，有Pf=Nt，因此：

一般板件间的挤压面面积比栓杆截面面积大的多，近似取AP/Ab=10，得：显然栓杆的拉力增加不大。另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于P时，卸载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生松弛现象。但当Nt不大于0.8P时，则无松弛现象，这时Pf=1.07P，可认为螺杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持紧密接触，所以现行规范规定：P+△P=PfC-△C=CfNtA、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为：上式未考虑橇力的影响，当考虑橇力影响时，螺栓杆的拉力Pf与Nt的关系曲线如图：Nt≤0.5P时，橇力Q=0；Nt≥0.5P后，橇力Q出现，增加速度先慢后快。橇力Q的存在导致连接的极限承载力由Nu降至Nu’。所以，如设计时不考虑橇力的影响,应使Nt≤0.5P或增加连接板件的刚度（如设加劲肋）。30025020015010050050100150200250300Pf(KN)Nu’NuNt(KN)2NNNQQ19518.8级M22P=150KNQ有橇力时的螺栓破坏无橇力时的螺栓破坏B、承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力，因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相