钢结构第三章连接

钢结构第三章连接第一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六§3.1

钢结构的连接方法连接设计遵循原则：安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。第二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六对接焊缝连接优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好．结构刚度大。角焊缝连接缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，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，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。一、焊接连接

(P52)

1、焊接连接的特点第三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、钢结构常用焊接方法（1）.手工电弧焊用手工操纵焊条、用电弧作为热源的焊接方法

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧第四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六焊条的选择：焊条应与焊件钢材(或称主体金属)相适应。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)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。第五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六缺点：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；手工电弧焊优、缺点第六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(2).埋弧焊（自动或半自动）利用在焊剂层下燃烧的电弧进行焊接的方法

第七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六焊丝的选择应与焊件等强度。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。第八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六（3）.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。第九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(4)、电渣焊(P54)(5)、电阻焊(P55)(6)、螺栓焊(P55)第十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六3、焊接连接形式和焊缝形式(P56)(1).焊缝连接形式（P56）按被连接钢材的相对位置分对接链接采用拼接盖板的对接链接搭接连接T形链接角部连接对接连接、搭接连接、T形连接和角部连接第十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六A、对接焊缝：焊缝位于被连接板件或其中一个板件的平面内，分正对接焊缝和斜对接焊缝正对接焊缝

B、角焊缝：焊缝位于两个被连接板件的边缘位置T型对接焊缝斜对接焊缝(2)、焊缝形式(P56)第十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六角焊缝分为正面角焊缝—焊缝长度方向平行于力的作用方向侧面角焊缝—焊缝长度方向平行于力的作用方向斜焊缝—焊缝长度方向既不平行也不垂直于力的作用方向图3.1.9第十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六按长度方向分布分：连续角焊缝和间断角焊缝两种图3.1.10第十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六按施焊位置分平焊(又称俯焊)、横焊、立焊及仰焊图3.1.11第十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六4、焊缝缺陷及焊缝质量检查(P57)（1）.焊缝缺陷裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔夹渣咬边未熔合未焊透第十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(2).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。第十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六《钢结构工程施工及验收规范》规定（不要求）

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。第十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

《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).焊缝质量等级的规定(P38)(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。第十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

（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。第二十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、螺栓连接

优点：连接刚度大，传力可靠；

普通螺栓连接(boltedconnections)二、铆钉连接和螺栓连接(P59)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。1、铆钉连接高强度螺栓连接(high-strengthboltedconnections)第二十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(1).普通螺栓连接（P59）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。第二十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(2）.高强度螺栓连接(P59)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级大六角高强螺栓扭剪型高强螺栓经过热处理后螺栓抗拉强度分别不低于800N/mm2和1000N/m2第二十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六图3.1.13高强螺栓连接分摩擦型高强螺栓连接及承压型高强螺栓连接两种第二十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六摩擦型高强螺栓孔径d0d0=d(螺杆公称直径)+1.5~2.0mm承压型高强螺栓孔径d0d0=d(螺杆公称直径)+1.0~1.5mm承压型高强螺栓连接—依靠栓杆和螺栓孔之间承压来传力。承压型高强螺栓连接承载力高于摩擦型，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构中。剪切变形小，弹性性能好，适用于承受动荷载的结构。摩擦型高强螺栓连接—通过部件接触面的摩擦力来传力。第二十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六三、轻钢结构的紧固件连接(P60-61)—自学四、焊缝代号、螺栓图例(P61)1、焊缝代号—由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。第二十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六焊缝分布比较复杂时，在标注焊缝代号的同时，在图形上加栅线表示2、螺栓及其孔眼图例(P62)第二十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六1、对接焊缝的坡口形式:一、对接焊缝的构造§3.2

对接焊缝的构造与计算(P62)

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。

t--焊件厚度(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。第二十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六C=0.5~2mm（a）直边缝C=2~3mm（b）单边V形坡口αC=2~3mm（C）V形坡口αp（d）U形坡口C=3~4mmpC=3~4mmp（e）K形坡口C=3~4mmp（f）X形坡口第二十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、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；4、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。≤1:2.5≤1:2.5第三十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六5、起落弧处为避免弧坑缺陷，设引弧板(或引出板)，焊后割除如没有设置引弧板焊缝计算长度=焊缝实际长度-2tt—较薄焊件厚度第三十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六对接焊缝分为：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；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。二、对接焊缝的计算(P63)NNt第三十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六1、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!NNtBθNsinθNcosθlw阅读P64例题3.1第三十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、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）板件间对接连接第三十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六（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3.2.4和3.2.5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。第三十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊缝的形式和强度:一、角焊缝的形式和受力分析§3.3角焊缝的构造与计算(P66)直角角焊缝、斜角角焊缝（1）直角角焊缝hehfhf凹面式正面角焊缝—焊缝长度方向平行于力的作用方向侧面角焊缝—焊缝长度方向平行于力的作用方向斜焊缝—焊缝长度方向既不平行也不垂直于力的作用方向第三十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六（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。第三十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六直角角焊缝的受力分析(P67)图3.3.4第三十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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NlwN（1）侧面角焊缝（侧焊缝）第三十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六B.破坏形式第四十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六A.

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。（2）正面角焊缝第四十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六B.正面角焊缝的破坏形式第四十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六（3）斜角焊缝

斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊缝之间。图3.3.5第四十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六二、角焊缝的构造要求(P67)

1、最大焊脚尺寸hf,max

为了避免焊缝处局部过热，烧穿较薄焊件，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。tt1hf

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；(P68书上内容有错误！)当t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t第四十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、最小焊脚尺寸hf,min

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=t2为了保证焊缝的最小承载能力，避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生裂纹，hf,min应满足以下要求:第四十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六3.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，两端首先达到强度极限而破坏。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，计算时不予考虑；

2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上述限制。第四十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六4.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：没有用引弧板时：焊缝计算长度=焊缝实际长度-2hf第四十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六5.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：t1t2b第四十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六D.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。b2hft1t2第四十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六图3.3.8E、杆件与节点板的连接焊缝(P69)第五十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六二、直角角焊缝的基本计算公式(P69)

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：图3.3.9图3.3.10第五十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、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第五十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六4、直角角焊缝的强度计算公式：NNyNx┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf第五十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六将3.3.4、3.3.5式，代入3.3.3式得：或第五十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六式3.3.6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。第五十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六对于正面角焊缝，τf=0，由3.3.6式得：对于侧面角焊缝，σf=0，由3—6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，每条焊缝取其实际长度减去2hf。式（3.3.6）、（3.3.7）、（3.3.8）为直角角焊缝的基本计算公式第五十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六三、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算(P71)1、轴心力作用时角焊缝连接的计算(1)轴心力作用下的盖板(拼接板)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’第五十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(2)承受斜向轴心力的角焊缝连接N代入式3.3.6验算焊缝强度，即:A、分力法B、合力法(自学)NxNyNθ第五十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(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第五十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六第六十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2第六十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六B、采用三面围焊由力及力矩平衡得:余下的问题同情况‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2第六十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2第六十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六C、采用L形围焊代入式(3.3.12)，(3.3.13)得:对于设计问题:Ne1e2bN1xxN3lw1第六十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六阅读P74例3—2阅读P76例3—3P75第十行错误：一条侧焊缝的实际长度为：第六十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(1)N、M、V共同作用时角焊缝计算NxNyMAσNxσMτNyhehet2、复杂受力时角焊缝连接计算（P76）Nθe第六十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(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第六十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六对于B点：强度验算公式：式中：h2、lw2—腹板焊缝的计算长度；

he2—腹板焊缝截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM第六十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六阅读P79例3-4作业：P114题3-10P116题3-18(1)、(2)第六十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六假定: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O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’点第七十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A点应力:将其沿x轴和y轴分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr第七十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六剪力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阅读T、V联合作用下的例题3-5(P81)第七十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六四、斜角角焊缝和部分焊透对接焊缝的计算(自学)α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2图Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b图B1、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算，规范规定：对于两焊脚边夹角60o≤α≤135o的斜T形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相同的计算公式，且统一取βf=1.0。第七十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、斜角角焊缝的计算厚度hei由几何关系得其通式为：式中：b、b1和b2≤5mm说明：A.b1和b2≤1.5mm时,

可取b1、b2=0B.b1和b2>5mm时,

应如图“B”方式处理，且使b≤5mm。α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2图Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b图B第七十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六§3.4焊接应力和焊接变形(P85)一、焊接残余应力和变形的成因

1、焊接残余应力的成因纵向焊接残余应力—沿焊缝长度方向;横向焊接残余应力—垂直于焊缝长度方向;沿厚度方向的焊接残余应力。第七十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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-----++（1）纵向焊接残余应力第七十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

（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。第七十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(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第七十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六（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第七十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六二、焊接残余变形的成因(P86)

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。

第八十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六二、焊接残余应力和变形对结构工作性能的影响(P87)(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。+--fyfbBt1、焊接应力的影响第八十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(2)、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+--fyfNNbBt第八十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六因为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，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。第八十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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。第八十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、焊接变形的影响(P88)1、安装困难2、矫正麻烦3、引入几何缺陷，降低稳定承载力第八十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六三、减小焊接残余应力和变形的措施（自学）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（1、2）（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八十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六一、螺栓的排列和其他构造要求(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并列中距中距边距边距端距(2)错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截面削弱小；

§3.5螺栓连接的构造和工作性能(P90)1、螺栓的排列第八十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(3).螺栓排列的要求①受力要求:

垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能太小；

顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小；

对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。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。第八十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六③施工要求

为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。

根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。第八十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、螺栓连接的其他构造要求（P91）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；第九十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六二、螺栓的工作性能(P91)FNFA

只受剪力B

只受拉力C剪力和拉力共同作用第九十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

（一）、螺栓的抗剪性能(P91)1、工作性能和破坏形式

(1).普通螺栓的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第九十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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。第九十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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/2Nu第九十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(2)高强螺栓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/2第九十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六NN(3).破坏形式①螺栓杆剪断

栓杆较细而板件较厚时②孔壁挤压破坏

栓杆较粗而板件较薄时③板件净截面强度破坏

截面削弱过多时N/2NN/2NN通过计算来保证第九十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

④板件端部冲剪破坏

端距过小时；端距不应小于2dONN⑤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第九十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(二)、螺栓的抗拉性能(P93)1、普通螺栓的抗拉性能

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。第九十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响

A、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。第九十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六B、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。第一百页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(2)高强螺栓的抗拉性能(P94)承受拉力前承受拉力后第一百零一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六（a）代入（b）得：变形协调条件设螺栓和被连接板有效面积分别为Ab和A，被连接板厚度为，则代入（b）有：第一百零二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六由于取得对Nt考虑平均荷载分项系数1.3，有当构件刚好被拉开时Pf=P+P＝Nt时为了避免外力大于螺栓预拉力时，卸载后产生松弛现象，规范规定：Nt0.8P(此时Pf＝1.07P)第一百零三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六考虑橇力的影响，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第一百零四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六1、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；(三)、高强螺栓的预拉力(P95)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、漏拧超拧；第一百零五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六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。第一百零六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）第一百零七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、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/mm2第一百零八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六第一百零九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六3、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,如下表第一百一十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六第一百一十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六§3.6螺栓连接计算(P98)一、普通螺栓连接的计算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：(一)单个螺栓受剪承载力计算d第一百一十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六剪切面数目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2第一百一十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六（二）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：第一百一十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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：第一百一十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六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:1122第一百一十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六NNtt1bc2c3c4c1B、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’第一百一十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为2--2和2’--2’截面:222’2’第一百一十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、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。第一百一十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六TxyN1TN1TxN1Tyr11

显然，T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得由力的平衡条件得：第一百二十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六TxyN1TN1TxN1Tyr11将N1T沿坐标轴分解得:第一百二十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六由此可得螺栓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=0P100例题3.6作业P115：3.15第一百二十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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。（三）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值(P101)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。第一百二十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六dedndmd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：第一百二十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(四）普通螺栓群受拉(P102)

一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：N1、栓群轴心受拉（P102）第一百二十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2、普通螺栓群在弯矩作用下（P102）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。第一百二十六页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六显然‘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中和轴第一百二十七页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六由(a)式得:将式（c）代入式(b)得:因此，设计时只要满足下式，即可：第一百二十八页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六3、普通螺栓群在偏心拉力作用下(P103)

（1）小偏心力作用下普通螺栓连接，Ne1234M=N·eNy1y2N1N2N3N4中和轴M作用下N作用下第一百二十九页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六小偏心的条件是第一百三十页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(2)大偏心力作用下普通螺栓连接（P103）近似并安全的取中和轴位于最下排螺栓O′处，列弯矩平衡方程，可求得阅读：P104例题3.7第一百三十一页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六(五)、普通螺栓拉、剪联合作用(P104)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。第一百三十二页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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：011abP105例题3.8第一百三十三页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六

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连接角焊缝第一百三十四页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六§3.6.2

高强度螺栓连接的计算(P106)一、摩擦型高强度螺栓连接计算(P106)

1、受剪连接承载力NδO12341234高强度螺栓普通螺栓abNN/2N/2对于摩擦型高强度螺栓连接，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此1点的承载力即为一个摩擦型高强度螺栓连接的抗剪承载力：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.第一百三十五页，共一百五十四页，编辑于2023年，星期六2受拉连接承载力（P106）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：3同时承受剪力和拉力连接的承载力(P106)第一