四章钢结构连接

四章钢结构连接大纲要求1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方法及构造要求；3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。2一、焊缝连接

§4.1钢结构的连接方法对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。角焊缝连接34三、螺栓连接优点：连接刚度大，传力可靠；分为：普通螺栓连接高强度螺栓连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。56一、钢结构常用焊接方法1.手工电弧焊A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。

§4.2焊接方法和焊接连接形式

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧7Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048)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。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)C、优、缺点82.埋弧焊（自动或半自动）9A、焊丝的选择应与焊件等强度。B、优、缺点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。103.气体保护焊优、缺点：优点：焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件受限制等。1112二、焊接连接形式和焊缝形式1.焊接连接形式搭接角部连接T形连接对接132.焊缝形式（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143.焊缝位置15三、焊缝缺陷及焊缝质量检查1.焊缝缺陷162.焊缝质量检查外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。

内部检验主要采用超声波，有时还用磁粉检验荧光检验等辅助检验方法。还可以采用X射线或γ射线透照或拍片。17《钢结构工程施工及验收规范》规定：焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；

一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。18

《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)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。3.焊缝质量等级及选用(2)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。19

（３）重级工作制和起重量Ｑ＞５０ｔ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弦杆与节点板之间的Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。（４）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。204.焊缝代号214.焊缝标注221、对接焊缝的坡口形式:一、对接焊缝的构造§4.3对接焊缝的构造与计算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;C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp23（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。242、V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1，t1—较薄焊件厚度；25≤1:2.5≤1:2.54、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜角，以平缓过度，减小应力集中。26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；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，不予计算。三级焊缝需进行计算；一级和二级时：二、对接焊缝的计算NNt三级时：以5N/mm2倍数取整27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。281、轴心力作用下的对接焊缝计算式中：N—轴心拉力或压力；t—板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；ftw、fcw

—对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNlwtA当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图B。另:当tanθ≤1.5时,不用验算!NNtBθNsinθNcosθlw292、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30（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4-4和4-5要求；σmaxτσ1τ1τmax31B、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、M、N、V共同作用下的对接焊缝计算1焊缝截面σMτVσ1τ1τmaxσNσmaxσmaxV柱牛腿N3233[例4-1]500mmx8mm钢板,如图所示,采用对接焊缝连接,承受轴向拉力N=850KN,焊条E430,焊缝质量三级,施焊时不用引弧板。试设计对接焊缝，钢板钢材为Q235-B.F34解:（1）设采用直焊缝连接，则焊缝中应力:按三级质量，直缝不能满足受力要求，要改成斜缝，加长焊缝长度。（2）改用斜焊缝，如上图（b），斜度取tanθ≤1.5，按经验可不必验算。35牛腿与钢柱间用对接焊缝相连。钢材为Q235-BF，焊条E43型，手工焊，焊缝等级三级该牛腿受一竖向力N=400KN,e=250mm,焊缝试验算此焊缝强度。[例题4-2]如下图所示，36剪力：V=N=400KN弯矩：M=Ne=400X25=10000KNcm解：（1）分析焊缝受力，将N向焊缝形心简化。(2)焊缝截面与牛腿截面相同，计算其几何特性37(3)验算最大正应力，最大剪应力，以及翼缘与腹板交界处1点的折算应力(4)1点的折算应力381点折算应力为：

因此，该对接焊缝的强度满足要求。作业：课后习题第97页：4-1，4-239hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊缝的形式:4.4.1角焊缝的形式和受力分析§4.4角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝（1）直角角焊缝hehfhf凹面式40（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。412.角焊缝的布置按角焊缝与外力的关系可分为：侧焊缝端焊缝斜焊缝围焊缝N42（1）侧面角焊缝（侧焊缝）3.直角角焊缝的受力分析43试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf越大剪应力分布越不均匀。剪应力τfA.应力分析NlwN44B.破坏形式45（2）正面角焊缝46A.应力分析正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差，但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。47B.正面角焊缝的破坏形式48（3）斜角焊缝斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正面角焊缝之间。494破坏截面的提出直角角焊缝破坏试验结果表明：

侧焊缝破坏沿45°喉截面居多

端焊缝破坏则多不在45°喉截面而直角角焊缝中：

侧焊缝破坏强度最低

端焊缝破坏强度最高，是侧焊缝的1.35~1.55倍

斜焊缝居中故偏于安全地假定破坏发生于45°喉截面上50hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式hehfhf凹面式有效截面或计算截面——等边角焊缝的最小截面或两边焊角成α/2角的截面。hf——焊角尺寸有效厚度he=0.7hf51（一）焊角尺寸的构造要求

1、最大焊脚尺寸hf,max为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，hf,max应满足以下要求:hf,max≤1.2t1（钢管结构除外）式中:t1---较薄焊件厚度。对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：当t≤6mm时，hf,max≤t；当t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t、角焊缝的构造t1hft522、最小焊脚尺寸hf,min

为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:式中:t2----较厚焊件厚度另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;当t2≤4mm时,hf,min=t2533.设计焊角尺寸hf应满足：541.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：注：

1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。（二）焊缝的计算长度552.侧面角焊缝的最小计算长度对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：3.侧面角焊缝的计算长度应介于最大计算长度和最小计算长度之间56（三）搭接连接的构造要求当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大，规范规定：t1t2b57D.在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度

的5倍，且不得小于25mm。

C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。b2hft1t258、直角角焊缝的强度计算公式

1、试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故通常将45o截面作为计算截面，作用在该截面上的应力如下图所示：hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊缝厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根59Nσfτ┸σ┸+Vτ∥VN602、实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，为了简化计算，规范假定：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:

┻┻∥3、由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：式中：--焊缝金属的抗拉强度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw614、直角角焊缝的强度计算公式：NNyNx┻┻∥τ∥=τfhelwσ┻τ┻45O45OhfNσf62将4—12、4—13式，代入4—11式得：式4—14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。┻┻∥63对于正面角焊缝，τf=0，由4—14式得：对于侧面角焊缝，σf=0，由4—14式得：以上各式中：he=0.7hf；

lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，不设引（出）弧板时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。设引（出）弧板时，

lw取焊缝实际长度。64讨论：直角角焊缝强度计算公式的另一种形式NNyNxθ∥σ┸τ┸σfNσfτ∥NyNxnfθθ65将σf和τf代入下式，整理后，得：66βfθ—斜向受力直角角焊缝强度增大系数（动载时取1.0）。θ≤90°—斜轴心力N与角焊缝轴线所夹锐角围焊缝时：67、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（矩形盖板）：NNlwlw’68注意：he=0.7hf围焊缝时lw=l实际-hf

l′w=l′实际

不设引弧板：仅用两条侧焊缝时lw=l实际-2hf设引弧板取lw=l实际69C、采用三面围焊连接（菱形盖板）：NNlw1lw3lw270[例]试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B＝270mm，厚度t1=28mm，拼接盖板厚度t2＝16mm。该连接承受的静态轴心力N＝1400kN(设计值)，钢材为Q235—B，手工焊，焊条为E43型。

[解]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尺寸求焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸；另一方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝的承载力。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，直到满足承裁力要求为止。717273(2)采用三面围焊时74

当拼接板宽度较大时，采用菱形拼接盖板可减小角部的应力集中，从面使连接的工作性能得以改善。菱形拼接盖板的连接焊缝由正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝等组成。设计时，一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算。拼接盖板尺寸如图(c)所示，则各部分焊缝的承载力分别为：75正面角焊缝：侧面角焊缝：斜焊缝：（可采用已知力验算焊缝法和已知焊缝求力的方法）一侧焊缝能承担的荷载为：76(2)T形角焊缝连接NxNyNθN代入式4-14验算焊缝强度，即:分力法求解：77直接法求解：78[例]试验算图示直角角焊缝的强度。已知焊缝承受的静态斜向力N＝280kN(设计值)，θ=60°，角焊缝的焊脚尺寸hf＝8mm，焊缝实际长度为155mm，钢村为Q235—B，手工焊，焊条为E43型。7980(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:Ne1e2bN1N2xxlw1lw281角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数

角钢类型

分配系数

角钢肢背k1角钢肢尖k2等边角钢0.700.30不等边角钢（短边相连）

0.750.25不等边角钢（长边相连）

0.650.358283对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxlw1lw284B、采用三面围焊由力及力矩平衡得:余下的问题同情况‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw285对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw286C、采用L形围焊代入式4-30，4-31得:对于设计问题:Ne1e2bN1xxN3lw187[例]屋架端斜杆选用两角钢2L100X80X10,长肢相连组成T形截面，以角焊缝焊于节点板上。杆件受静力为450KN,钢材为Q235，焊条E43型，试设计焊缝尺寸板厚14例4-4（单位：mm）2L100×80×10N88解：1采用侧焊缝焊接(1)选择焊角尺寸对肢尖

89肢背和肢尖可以采用不同的焊脚尺寸，肢背用，肢尖。肢背焊缝传力：肢尖焊缝传力：(3)确定肢背肢尖焊缝长度(2)计算肢背肢尖焊缝传力肢背焊缝：90

163+2×8=179mm取180mm肢尖焊缝:

117+2×6=129mm取130mm肢背焊缝

(4)检验焊缝长度：91现肢背焊缝长为180mm,符合规范规定。肢尖焊缝

现肢尖焊缝长为130mm,符合规范规定。2采用三面围焊设肢背、肢尖采用相同焊脚尺寸。92(1)计算各条焊缝受力=肢背焊缝：肢尖焊缝：端焊缝：93肢背焊缝：157+6=163mm取165mm(2)确定侧焊缝长度肢尖焊缝：56+6=62mm取65mm94检验焊缝长度：符合规范规定。焊缝的布置见图示。9596[例]试确定图示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。己知角钢为2∠125×10，与厚度为8mm的节点板连接，其搭接长度为300mm，焊脚尺寸hf＝8mm．钢材为Q235—B，手工焊，焊条为E43型。97

角焊缝强度设计值ffw＝160N/mm2。焊缝内力分配系数为k1＝0.7，k2＝0.3。正面角焊缝的长度等于相连角钢肢的宽度，即lw3＝b＝125mm，则有正面角焊缝所能承受的内力N3为：[解]肢背角焊缝所能承受的内力N1为：由下式：98由下式计算肢尖焊缝承受的内力N2为：由此可算出肢尖焊缝的长度为：99检验焊缝长度：符合规范规定。1002、N、M、V共同作用下(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet101(2)V、M共同作用下焊缝强度计算对于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。h1σfAσfBτfxxhh2BB’Ah1MeFVM102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’Ah1MVM103[例题4-5]把例题4-2中图所示的牛腿与钢柱间对接焊缝改为角焊缝（周边围焊），钢材为Q235，手工焊，焊条E43型，焊脚尺寸=8mm。试验算牛腿与钢柱间的角焊缝。104105解：工字型围焊缝的有效截面如图，焊缝的受力情况同例题4-2，把N向焊缝有效截面形心简化:剪力V=400KN弯矩M=10000KNcm(1)计算有效截面几何特性106有效截面对x轴惯性矩：

翼缘焊缝外边缘纤维对x轴的抵抗矩：107腹板上角焊缝的有效面积：

（2）验算焊缝强度-弯矩由整个连接角焊缝的有效截面承受，其分布情况见图,则：108

假定剪力全部由牛腿腹板上的两条焊缝承受，且应力在其中均匀分布，则：在牛腿与翼缘交界处“2”点受有较大的、，应对此点进行验算：所以，此角焊缝强度满足要求。109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110xxyyrrxryAτTAxσTAyτTA0θσVyheT作用下A点应力:将其沿x轴和y轴分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr111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：思考:以上计算方法为近似计算，为什么?τVrxτTAxxxyyrryAσTAyτTA0θσVyhe112

[例题4-6]验算支托板与柱的连接，见下图，板厚t=12mm，Q235钢材，采用三面围焊，在焊缝群重心上作用有轴力N=50KN,剪力V=200KN,扭矩T=160KN·m，手工焊，焊条E43型，焊脚尺寸=10mm。（设计焊缝端部无缺陷影响）113114解：（1）计算有效截面几何特性有效截面面积形心位置：惯性矩：

115（2）验算危险点A的应力116所以，此连接的焊缝强度满足要求。=117例题[例题1]某简支钢梁，跨度L＝12m，截面如图所示，钢材为Q235—B钢，抗弯强度设计值f＝215N／mm2，承受均布静力荷载设计值q＝69kN／m。设梁有足够的侧向支承，不会使梁侧扭屈曲，因而截面由抗弯强度控制。今因钢板长度不够，拟对其腹板在跨度方向离支座为x处设置工厂焊接的对接焊缝(图1．1a)，焊缝质量等级为三级，手工焊，E43型焊条。试根据焊缝的强度，求该拼接焊缝的位置x。118【解】一、截面几何特性(图b)对接焊缝的有效截面与腹板相同，因而焊缝所在的截面几何特性不变，与母材相同。二、腹板对接焊缝处梁能承受的弯曲应力x处截面上的弯曲应力图如图c示。已知E43型焊条、手工焊的三级对接焊缝抗弯曲受拉强度设计值f＝185N／mm2。按对接焊缝的抗弯强度要求，该处梁截面所能承受的边缘纤维弯曲拉应力为：119三、由焊缝处梁截面能承受的最大弯曲应力求x该处梁截面上的最大拉应力应满足下式的要求：四、强度校核120结论：按焊缝的抗拉强度，腹板的拼接焊缝必须位于离梁支座小于或等于4.0m处。折算应力计算：121[例题2]如图所示为一由双槽钢组成的箱形柱上的钢牛腿，由两块各厚22mm的钢板组成，钢材为Q235—B钢。牛腿承受静力荷载设计值v＝300kN。每块牛腿钢板由四条角焊缝与槽钢相焊接，尺寸如图示，手工焊，E43型焊条。求应采用的焊脚尺寸hf。122[解]一、每块钢板上角焊缝有效截面的几何特性(he＝0.7hf为角焊缝的有效厚度)面积：惯性矩：极惯性矩：（以上对围焊中的焊缝1-4和2-3的计算长度均未扣除hf，焊缝1-2的计算长度未扣除2hf，是为了简化成对称形式，由此引起的误差一般较小，可不计。）123二、荷载分析三、焊缝应力计算在作用于焊缝形心的坚向力作用下，可假定焊缝为均匀受力，在点1处：在扭矩T1作用下，以离焊缝形心O最远的点1和点2受力最大。今取点1作为计算点。焊缝受力方向为1-5，与0-1相垂直。把此力分解成水平和垂直两个应力分量，前者与焊缝轴线平行，记为，后者与焊缝轴线垂直，记为，其值分别为:(点l的坐标为x1＝90mm，y1＝120mm)124四：确定焊缝焊角尺寸点1处的应力应满足下述条件将ffw＝160N／mm2和βf＝1．22代入上式可得125牛腿钢板厚22mm，出而构造要求角焊缝的最小焊脚尺寸为：结论：因此，采用hf＝7mm或8mm(习惯上，hf＞5mm时，宜采用偶数)。可见，采用图示的焊缝布置方式时，所需要的焊脚尺寸hf由构造控制。[例题3】：取消例题2中钢牛腿的角焊缝1·2，其余均不改变，试求焊脚尺寸hf。126[解]如图所示角焊缝的有效截面，因是三面围焊，水平焊缝1-4和3-2的计算长度各为180-hf=l80一8＝172mm(这里为简化计算，在确定焊缝汁算长度时根据最小焊脚尺寸试取hf＝8mm，由此造成计算结果的误差一般可以忽略不计)。焊缝有效厚度为he＝0.7hf。一、角焊缝有效截面的几何特性面积：Af＝(2×17.2十24)he＝58.4hecm2确定形心：127惯性矩：极惯性矩：二、焊缝所受荷载设计值把竖向力移至焊缝形心处，焊经受到下列荷载：形心处竖向力：v1＝150kN扭矩：T1＝V1e＝150(0.20十0.18-0.0507)＝49.4kNm三、点1处的应力(点1的坐标xl＝121.3mm，yl＝120mm)128在作用于焊缝形心的坚向力作用下，可假定焊缝为均匀受力，在点1处：在扭矩T1作用下，点1处应力最大，其两个分应力为四、确定角焊缝的焊脚尺寸hf129结论：可见，本例题中hf由计算确定而非由构造确定。比较例题2和3，可见如例题2中焊缝1-2具有施焊必需的空间，则以例题2所需的hf较小。[例题4]工字形截面的牛腿与工字形柱的翼缘相焊接，如下图所示。牛腿翼缘板与柱用v形对接焊缝连接；牛腿腹板用角焊缝与柱相连，hf＝8mm。已知牛腿与柱的连接面承受荷载设计值：剪力V＝470kN，弯矩M＝235kN·m。钢材为Q235-E钢。手工焊，E43型焊条，二级焊缝。试验算焊缝的强度。130[解]一、焊缝的有效截面(图b)由于对接焊缝的强度设计值ftw＝215N／mm2，角焊缝的强度设计值ffw＝160N／mm2，两者不等，应先把对接焊缝的宽度b＝200mm按强度设计值换算成等效宽度：腹板角焊缝尺寸为：式中30mm为腹板上、下端的开孔，为便于翼缘对接焊缝施焊而设。腹板角焊缝hf＝8mm，he＝0.7hf＝5.6mm，其有效面积；Afw＝2×0.56×32.4＝36.29cm2全部焊缝有效截面的惯性矩：131二、焊缝强度验算1.牛腿顶面对接焊缝的弯曲拉应力：2．牛腿腹板角焊缝上应力由两部分组成以上计算中，假定剪力全部由腹板的竖向角焊缝平均承受。在焊缝有效截面为工字形和T形时，考虑到翼缘的竖向刚度与腹板的相比是较小的，作此假定是合适的。132§4－5焊接应力和焊接变形一、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133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-----++134（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。135(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(c)焊缝横向收缩时的变形趋势136（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，两侧与空气接触面先冷却，中间后冷却，从而中间产生拉应力上下表面处产生压应力。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。-+-321σxσyσz137二、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。+--fyfbBt1382、对结构刚度的影响A、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），这时在N作用下应变增量为：f+--bfyNN+--fyfNNbBt139因为B-b<B，所以△ε1>△ε2。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。B、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为：

另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。140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。3、对低温冷脆的影响4、对疲劳强度的影响

在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。141三、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。142四、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,尽可能的对称布置（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143单击图片播放144§4－6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)＝1.5～3mm。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。1452.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146高强度螺栓分类：

根据确定承载力极限的原则不同，分为高强度螺栓摩擦型连接和高强度螺栓承压型连接。传力途径：

摩擦型——依靠被连板件间摩擦力传力，以摩擦阻力被克服作为承载能力极限状态（设计准则）。承压型——依靠螺栓杆与孔壁承压传力，以螺栓杆被剪坏或孔壁被压坏作为承载能力极限状态（破坏时的极限承载力）。孔径：摩擦型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径大；承压型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径大。147扭剪型高强度螺栓148二、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；1493.螺栓排列的要求（1）受力要求在受力方向，螺栓的端距过小时，钢板有剪断的可能，因而要规定一个最小端距。当各排螺栓距、线距和边距过小时，构件有沿折线或直线破坏的可能；对受压构件，当沿作用力方向螺栓距过大时，在被连接的板件间易发生张口或鼓曲现象，因此从受力的角度规定了最小和最大的螺栓容许距离。NNtt1bc2c3c4c1111’1’NN150（3）施工要求

为了便于扳手拧紧螺母，要保证一定的空间，因此规定了螺栓最小容许间距。

根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。（2）构造要求

螺栓距和线距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。151152三、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；153§4－7普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式FNFA只受剪力B只受拉力C剪力和拉力共同作用154

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/2155(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。156

(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/2Nu157NN2.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/2NN158（4）板件端部被剪坏(拉豁)

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/2159（6）块状拉剪破坏

当角钢、被切角后的槽钢或工字钢腹板等板件厚度较薄且边缘有栓孔削弱时，有可能出现图示斜线钢材0123整块被拉剪而破坏。160（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:一个抗剪普通螺栓的承载力设计值：单栓抗剪设计承载力：单栓承压设计承载力：d161nv—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。对双剪：取t1与t2+t3中较小者对单剪：取t1与t2中较小者162剪切面数目nvN/2N/3N/3N/3N/2NN/2N/2t2t1t3NNt2t1163（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：164

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：165NNbtt1b1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:1122166NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为1--1和1’--1’截面:111’1’167NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为2--2和2’--2’截面:222’2’168

【例题】两块截面为14×400mm的钢板，采用双拼接板进行拼接，拼接板厚8mm，钢材Q235，板件受轴向拉力N=960KN，按以下四种形式设计栓钉数。（1）

用普通螺栓C级拼接，d=20mm；（2）

用铆钉拼接，孔径=21mm，Ⅱ类孔；（3）用摩擦型高强度螺栓拼接，d=20mm，接触面喷砂处理，8.8级；（4）用承压型高强度螺栓拼接，d=20mm，8.8级。169解：（1）用普通螺栓拼接单栓抗剪承载力设计值：

单栓承压承载力设计值：

板件一侧所需的螺栓数：170布置见图（a）

171（2）用铆钉连接单钉抗剪承载力设计值：

单钉抗压承载力设计值：

板件一侧所需铆钉数：172布置见图（a）（3）用摩擦型高强螺栓连接单栓抗剪承载力设计值：

板件一侧所需螺栓数：布置见图4-49（a）173（4）承压型高强度螺栓连接单栓抗剪承载力设计值：

单栓承压承载力设计值：

板件一侧所需螺栓数：取8个布置见图（b）174【例题】两单角钢用4.6级普通螺栓连接，角钢型号为90×8，承受轴心拉力N=220kN（设计值），拼接角钢用同样的型号。螺栓用M22，孔径23.5mm，角钢和螺栓均用Q235A钢材。要求：确定螺栓的布置。解：（1）螺栓连接设计螺栓为单剪，查表得=140N/mm2，=305N/mm2单栓抗剪承载力设计值：＝53.19kN175单栓承压承载力设计值：

一个螺栓的承载力设计值所需螺栓数n＝220/53.19=4.14实际采用6个。为减小孔洞削弱，两个角钢边上螺栓采用错列布置，如图。螺栓孔在主角钢上的线距采用e＝50mm，螺栓中距最小为3d0＝70.5mm，用80mm；端距2d0＝47mm，用50mm。此时一侧连接长度为250mm<15d0，不需要考虑螺栓承载力的折减。176177由于拼接角钢与主角钢型号相同，而拼接角钢需要在根部切棱，净截面积会小于主角钢，所以需要对拼接角钢进行强度验算。主角钢内圆弧半径r＝10mm，今切棱尺寸偏大按10×10mm三角形计算。＝1394-23.5×8-10×10/2＝1156mm2220×103/1156=190.38N/mm2<N/mm2，满足要求计算锯齿净截面时需要将拼接角钢展开。展开后等效总宽度为B＝A/t＝1394/8=174.2mm，一侧螺栓到肢背位置的距离保持不变，为42mm，另一侧为42-8＝35mm，螺栓到肢尖位置的距离为（174.2-34-42）/2＝49.1mm。（2）角钢强度净截面验算（a）直线净截面强度验算（b）锯齿净截面强度验算178＝1047mm2220×103/1047=210.1N/mm2<N/mm2，满足要求【例题】图示一钢板的对接拼接，解：179需要螺栓个数排列螺栓如图:180在截面1—1处在截面2—2处，内力较截面1—1处为小，钢板上只有两个螺栓孔，因此不需验算。因拼接板的截面积与钢板的截面积完全相同，故在验算了钢板的抗拉强度后，拼接板的强度就不必再验算。1812、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ri成正比，方向与ri垂直。182TxyN1TN1TxN1Tyr11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4-49得:由力的平衡条件得：183TxyN1TN1TxN1Tyr11将式4--50代入式4--48得:将N1T沿坐标轴分解得:184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=0185【例题】验算如图所示接点是否满足要求。采用普通螺栓（C级），螺栓直径d=20mm，孔径=21.5mm，钢材Q235，支托板上荷载设计值为F=2×120KN.186解：（1）计算单栓承载力设计值单栓抗剪承载力设计值：

单栓承压承载力设计值：（2）分析螺栓群受力，把偏心力F向形心简化，则螺栓群受力剪力：V=120kN扭矩：T=120×500=60000kN·mm187（3）验算受力最大螺栓经分析，受力最大的螺栓为“1”或“2”号，以“1”号为例。剪力作用下“1”号螺栓受力：扭矩作用下“1”号螺栓受力：

188所以节点满足要求。189（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。190dedndmd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：191(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。192B、在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。193(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：N194(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成正比。195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196由式4--62得:将式4--64代入式4--63得:因此，设计时只要满足下式，即可：197(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下先按小偏心计算（M较小，N较大）

假定旋转轴过栓群形心M=F·e刨平顶紧承托(板)FeN1F1234FMy1y2N1MN2MN2M中和轴N1My1y2小偏心m为螺栓列数198若，则小偏心假设成立，要求：若，则小偏心假设不成立，应按大偏心计算。这时，旋转轴应在最下排螺栓线上，根据平衡，则（M较大，N较小）199大偏心计算模型

刨平顶紧承托(板)Fe′1234M′y1y2y3N1MN2MN3MM′=F·e′中和轴N4M200四、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。201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：011ab202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—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203【例题】试验算下图的连接。普通螺栓（C级），杆径d=22mm，构件钢材为Q235。204解：（1）先判断大小偏心假定小偏心：受力：轴心力N=250kN弯矩：M=Ne=250×120=30000kN·mm

应按大偏心计算205（2）计算危险螺栓受力（将N简化至底排中心） 受力：弯矩

(3)单栓抗拉承载力设计值：所以，此连接强度满足要求206【例题】牛腿与柱用C级普通螺栓连接，承受竖向荷载F=200kN，偏心距e=200mm，构件钢材为Q235，螺栓M20，试验算连接强度。解：（1）计算单栓承载力设计值

单栓抗剪承载力设计值：单栓承压承载力设计值：207单栓抗拉承载力设计值

（2）计算危险螺栓受力螺栓群受力

因为螺栓群只受剪力和弯矩，显然属于大偏心计算，“1”号螺栓受力最大。

208(3)验算危险螺栓连接强度

209所以连接强度满足要求210§4－8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；211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。212C、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、质量易保证等高强度螺栓的施工要求：由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：1）终拧力矩偏差不应大于±10%；2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。如工字型梁为：上翼缘→下翼缘→腹板。2132、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/mm2214计算出的P值按5kN的倍数取整就形成下面规范规定的表格。2153、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；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,如下表2162174、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/2218A、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219B、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：2205、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。221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=CfNt222A、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223B、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同，即：式中：Ae--螺栓杆的有效截面面积；

de--螺栓杆的有效直径；

ftb—高强度螺栓的抗拉强度设计值。上式的计算结果与0.8P相差不多。224（1）高强度螺栓摩擦型连接尽管当Nt≤P时，栓杆的预拉力变化不大，但由于μ随Nt的增大而减小，且随Nt的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在V和N共同作用下应满足下式：6、高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和单栓承载力225（2）高强度螺栓承压型连接对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓相同。为了防止孔壁的承压破坏，应满足：系数1.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺栓的承压承载力降低的修正系数。226二、高强度螺栓群的抗剪计算1、轴心力作用假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：对于承压型连接：NN227NNbtt1b1高强度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.A、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为1-1截面。11考虑孔前传力50%得：1-1截面的内力为：228NNbtt1b1拼接板的危险截面为2-2截面。22考虑孔前传力50%得：2-2截面的内力为：B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完全相同。229例：如图所示为一高强螺栓摩擦型连接，钢板尺寸如图所示，钢材为Q235-A，8.8级M20螺栓，栓孔d0=21。5mm。摩擦面为喷丸后生赤锈，承受永久荷载标准值Pck=35kN，可变荷载标准值PQK=210kN，设计此螺栓连接。2302312322332、扭矩或扭矩、剪力共同作用下

计算方法与普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力F作用下每个螺栓受力：234扭矩T作用下：由此可得螺栓1的强度验算公式为:摩擦型连接:承压型连接:235三、高强度螺栓群的抗拉计算1、轴心力作用假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：N2、弯矩作用下由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体,所以假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力最大。M236MM1234y1y2N1N2N3N4受压区中和轴由力学可得：因此，设计时只要满足下式即可：2373、偏心拉力作用下

偏心力作用下的高强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型和承压型均可采用以下方法（叠加法）计算:Ne1234M=N·eNy1y2N1N