3第三章-钢结构的连接解析

第三章钢构造的连接本章重点1、钢构造的各种连接方法的特点；2、角焊缝的构造与计算；3、焊接剩余应力与变形的产生气理与影响；4、一般螺栓受剪连接的破坏形式与机理；5、高强螺栓连接的构造与计算。目录

第一节钢构造的连接方法其次节焊接连接的特性第三节对接焊缝连接的构造和计算第四节角焊缝连接的构造和计算第五节焊接剩余应力和焊接剩余变形第六节一般螺栓连接的构造和计算第七节高强度螺栓连接的性能和计算第一节钢构造的连接方法一、连接设计原则二、构造的连接方法

一、连接设计原则钢构造是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件，各构件再通过肯定的安装连接而形成整体构造。连接部位应有足够的强度、刚度及延性。被连接构件间应保持正确的相互位置，以满足传力和使用要求。连接的加工和安装比较简单、费工，因此选定适宜的连接方案和节点构造是钢构造设计中重要的环节。连接设计不合理睬影响构造的造价、安全和寿命。设计时应依据连接节点的位置及其所要求的强度和刚度，合理地确定连接方式及节点的细部构造和计算方法，并应留意以下几点：(1)连接的设计应与构造内力分析时的假定相全都；(2)构造的荷载，内力组合应能供给连接的最不利受力工况；(3)连接的构造应传力直接，各零件受力明确，并尽可能避开严峻的应力集中；(4)连接的计算模型应能考虑刚度不同的零件间的变形协调；(5)构件相互连接的节点应尽可能避开偏心，不能完全避开时应考虑偏心的影响；(6)避开在构造内产生过大的剩余应力，尤其是约束造成的剩余应力，避开焊缝过度密集；(7)厚钢板沿厚度方向受力简洁消失层间撕裂，节点设计时应予以充分留意；(8)连接的构造应便于制作、安装，综合造价低。二、构造的连接方法焊缝连接铆钉连接

螺栓连接焊缝连接20世纪初开头在工程构造上较广泛应用。焊接是现代钢构造最主要的连接方法之一。

优点：不减弱构件截面，构造简洁，节省钢材，加工便利，可承受自动化操作，生产效率高。刚度较大、密封性能好。缺点：焊缝四周存在热影响区，由高温快速降到常温，使钢材脆性加大；存在焊接剩余应力及剩余变形；焊接构造低温冷脆问题也比较突出。铆钉连接优点：传力牢靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好。缺点：构造简单、费工、费钢。螺栓连接〔1〕一般螺栓连接

1〕C级螺栓连接：2〕A、B级螺栓连接：〔2〕高强螺栓连接20世纪中钢构造开头承受。是现代钢构造最主要的连接方法之一。〔3〕射钉、自攻螺栓连接〔1〕．一般螺栓连接优点：装卸便利，设备简洁。缺点：螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大。〔2〕.高强螺栓连接优点：加工便利，对构造减弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲惫，塑性、韧性好。缺点：摩擦面处理，安装工艺略为简单，造价略高〔3〕射钉、自攻螺栓连接优点：敏捷，安装便利，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板构造。缺点：不能受较大集中力。其次节焊接连接的特性一、钢构造中常用的焊接方法二、焊缝类型三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别四、焊缝符号及标注方法一、钢构造中常用的焊接方法1、电弧焊1〕手工焊2〕自动焊3〕半自动焊2、电阻焊3、气焊4、电渣焊注：各种焊接方法的比较。各种焊接方法的比较焊接方法

焊条焊剂操作方式适应范围质量状况电弧焊手工焊焊条短焊条(350－400mm)附于焊条之药皮全手动工位复杂，形状复杂之焊缝比自动焊略差自动焊连续焊丝焊剂全自动长而简单的焊缝质量均匀、塑性、韧性好，抗腐蚀性强半自动焊连续焊丝CO2气体保护人工操作前进任意焊缝质量均匀、塑性、韧性好，抗腐蚀性强电阻焊无无通电、加压、机械薄板点焊一般用作构造焊缝气焊无短、光焊条无（乙炔还原手工薄板、小型、不同材质结构中一般用作构造焊缝焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下优缺点：优点：1〕不需打孔，省工省时；2〕任何外形的构件可直接连接，连接构造便利；3〕气密性、水密性好，构造刚度较大，整体性较好。缺点：1〕焊接四周有热影响区，材质变脆；2〕焊接的剩余应力使构造易发生脆性破坏，剩余变形使构造外形、尺寸发生变化。3〕焊接裂缝一经发生，便简洁扩展。三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别1、焊缝缺陷2、焊缝质量检验和焊缝级别3、焊缝连接的型式及焊缝形式4、焊缝符号及标注方法1、焊缝缺陷①焊缝尺寸偏差;②咬边;③弧坑,起弧或落弧处焊缝所形成的凹坑；④未熔合；⑤母材被烧穿;⑥气孔；⑦非金属夹渣；⑧裂纹。缺陷会引起应力集中减弱焊缝有效截面，降低承载力量。假设觉察焊缝有裂纹，应彻底铲除后补焊。2、焊缝质量检验和焊缝级别焊接时为保证质量，需要留意之处：〔1〕对不生疏的钢种焊接时，需做工艺性能和力学性能的试验；〔2〕焊工要进展考核，持证上岗；〔3〕焊条、焊丝、焊剂按规定烘焙；〔4〕多层焊接需连续施焊，每层焊道之间要清理；〔5〕焊缝消失裂缝，应申报、查明缘由，方能处理。焊缝质量检验方法分：外观检查、超声波探伤检验、X射线检验。

焊缝质量分三级: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。3、焊缝连接的型式及焊缝形式连接的型式：按两焊件的相对位置分为：〔1〕平接、〔2〕搭接、〔3〕顶接焊缝形式：〔1〕按构造可分为：对接焊缝和角焊缝〔2〕对接焊缝按受力与焊缝方向分：

a〕直缝：作用力方向与焊缝方向正交

b〕斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交

〔3〕角焊缝按受力与焊缝方向分：

a〕端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直

b〕侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行〔4〕按焊缝连续性：

a〕连续焊缝：受力较好

b〕断续焊缝：易发生应力集中

〔5〕按施工位置：

俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。4、焊缝符号及标注方法〔P195~197〕按《建筑构造制图标准》(GB/T50105-2023)和《焊缝符号表示法》(GB324-88)执行。第三节对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝传力直接、平顺、没有显著的应力集中现象，受力性能良好。但质量要求高，焊件间施焊间隙要求严，一般多用于工厂制造的连接中，主要用于板件、型钢的拼接或构件的连接。一、对接焊缝的构造二、对接焊缝的计算

一、对接焊缝的构造1.对接焊缝的形式2.对接焊缝的优缺点

3.对接焊缝的构造处理

4.对接焊缝的强度

1.对接焊缝的形式a〕直边缝：适合板厚t10mmb〕单边V形：适合板厚t＝10～20mmc〕双边V形：适合板厚t＝10～20mmd〕U形：适合板厚t>20mme〕K形：适合板厚t>20mmf〕X形：适合板厚t>20mm2.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，焊件长度要准确。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。但承受引弧板施工简单，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5mm。〔2〕变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避开应力集中。〔图1〕〔3〕变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的斜边，避开应力集中。〔图2〕

4.对接焊缝的强度有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质量等级有关。

图1图2二、对接焊缝的计算对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布根本一样。计算时，焊缝中最大应力〔或折算应力〕不能超过焊缝的强度设计值，运用材力理论计算。对接焊缝的计算包括：1、轴心受力的对接焊缝2、斜向受力的对接焊缝3、对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时的计算4、钢梁的对接焊缝5、牛腿与翼缘的对接焊缝6、局部焊透的对接焊缝1、轴心受力的对接焊缝的计算N—轴心拉力或压力;

Lw—焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实长减去10mm〔2t〕，有引弧板时，取实长;t—平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚;

—对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。或2、斜向受力的对接焊缝的计算〔如图〕

—对接焊缝抗剪强度设计值主要用于焊缝强度设计值低于构件强度设计值的连接中。优点：抗动力荷载性能较好缺点：较费材料当tg

1.5即

56.3

时，可不验算焊缝强度。

斜向受力的对接焊缝受力图3、对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时的计算

4、钢梁的对接焊缝的计算〔如图〕焊缝内应力分布同母材。同时受弯、剪时，分别验算最大正应力、最大剪应力Wx—焊缝截面反抗矩Sw—焊缝截面上计算点处以上〔以下〕截面对中和轴的面积矩对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大，但都比较大，所以需验算折算应力，即：1、1为腹板与翼缘交界点处的正应力和剪应力；1.1为考虑到最大折算应力只在局部截面的局部点消失，而将强度设计值适当提高。5、牛腿与翼缘的对接焊缝的计算

腿和柱的对接焊缝，剪力全部由腹板承受并均匀分布，弯矩、拉力由全截面担当，与梁计算一样，截面形式和截面上各种应力分布见图。图中该牛腿截面为非对称，在拉力作用下，全截面均匀受拉，在剪力作用下，整个腹板截面按均匀抗剪考虑，在弯矩作用下，中和轴以上受拉，中和轴以下受压。因此图中1、2、3、4点均需强度验算。点1为下翼缘最外缘的点，点2为下翼缘与腹板的交界点，点3为上翼缘与腹板的交界点，点4为上翼缘最外缘的点。各点计算为：各点计算点1：点2：

点3：点4：

式中：AW′—有效抗剪面积，AW′=h0twAW—整个焊缝截面的截面积；

yi—各计算点到中和轴的距离。

局部焊透的对接焊缝的计算在钢构造设计中，有时遇到板件较厚，而板件间连承受力较小时，可以承受局部焊透的对接焊缝〔图7-21〕，例如当用四块较厚的钢板焊成的箱形截面轴心受压柱时，由于焊缝主要起联系作用，就可以用局部焊透的坡口焊缝〔图7-21-f〕。在此状况下，用焊透的坡口焊缝并非必要，而承受角焊缝则外形不能平坦，都不如承受局部焊透的坡口焊缝为好。当垂直于焊缝长度方向受力时，因局部焊透处的应力集中带来不利的影响，对于直接承受动力荷载的连接不宜承受；但当平行于焊缝长度方向受力时，其影响较小可以承受。局部焊透的对接焊缝，由于它们未焊透，只起类似于角焊缝的作用，因此设计中应按角焊缝的计算公式进展，取βf＝1．0，仅在垂直于焊缝长度的压力作用下，可取βf＝1．22。其有效厚度则取为：见〔P200〕局部焊透的对接焊缝例题7—1〔P201~202〕第四节角焊缝连接的构造和计算

角焊缝为沿两直交或斜交焊件的交线焊接的焊缝，可用于对接、搭接以及直角或斜角相交的T形和角接接头中。由于角焊缝施焊时板边不需要加工坡口，施焊较便利。一、类型和特点二、构造要求三、角焊缝的计算一、类型和特点1、角焊缝按受力与焊缝方向分为：〔1〕侧面角焊缝〔侧缝〕：焊缝长度方向与受力方向平行，其特点为应力分布简洁些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。侧缝强度低，但塑性较好。应力分布如下图〔2〕正面角焊缝〔端缝〕：焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较简单，应力集中严峻，焊缝根部形成顶峰应力，易于开裂。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。应力分布如下图侧面角焊缝应力分布图正面角焊缝应力分布图2、角焊缝按截面形式可分为：〔1〕直角角焊缝〔如图〕〔a〕一般焊缝〔b〕平坡焊缝〔c〕深熔焊缝l

一般承受〔a〕。但〔a〕应力集中较严峻，在承受动力荷载时承受〔b〕、〔c〕。〔2〕斜角角焊缝〔如图〕〔d〕斜锐角焊缝〔e〕斜钝角焊缝〔f〕斜凹面角焊缝主要用于钢管连接中角焊缝主要承受直角角焊缝。直角角焊缝〔a〕一般焊缝

〔b〕平坡焊缝〔c〕深熔焊缝斜角角焊缝〔d〕斜锐角焊缝

〔e〕斜钝角焊缝

〔f〕斜凹面角焊缝二、构造要求首先角焊缝的主要尺寸焊脚尺寸hf和焊缝长度lw应满足以下构造要求：1、焊脚尺寸hf hf过小，热量小，快速被四周金属吸取，冷却过快而产生淬硬组织，使金属变脆，简洁形成裂纹。hf过大，易使焊件过烧，转变金相组织，且易烧穿较薄焊件2、焊缝长度lwlw过小，会由于落弧的弧坑相距太近造成应力集中过大。lw过大，由于外力在侧焊缝内引起的剪应力，沿侧缝长度方向的分布不均匀，两端大，中间小。所以hf和lw不能过大或过小，具体限值见下表〔或参考教材P203~205〕其它构造要求：〔1〕

承受动力荷载的构造中，垂直于受力方向的焊缝不宜承受不焊透的对接焊缝。〔2〕在直接承受动力荷载的构造中，角焊缝外表应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为1:1.5,长边顺内力方向；对侧面角焊缝可为1:1。〔3〕在次要构件或次要焊接连接中，可承受断续角焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应大于15t〔对受压构件〕或30t〔对受拉构件〕，t为较薄焊件的厚度。三、角焊缝的计算

1.强度设计值试验得沿焊缝长度方向受剪时强度设计值为，荷载产生的应力垂直于焊缝长度方向时，强度设计值为1.22。2.计算的根本公式3.角焊缝的计算包括如下几个类型：〔1〕受轴心力焊件的拼接板连接计算〔2〕承受轴向力N角钢的连接计算〔3〕弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝计算〔4〕扭矩作用下的角焊缝连接计算〔5〕扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝计算2、计算的根本公式〔P206~208〕如图〔a〕所示角焊缝的连接，在三向轴力作用下，角焊缝所受之力如图〔b〕所示，在有效截面BDEF上的应力可用σ⊥、τ⊥、τ∥表示，其中σ⊥、τ⊥为垂直焊缝长度方向的正应力和剪应力，τ∥为平行于焊缝长度方向的剪应力。试验证明，角焊缝在简单应力作用下的强度条件可和母材一样用下式表示：式中：是角焊缝的强度设计值，把它看作剪切强度，因而乘以。为了便于计算角焊缝，对于如图〔b〕所示的有效截面BDEF上的正应力σ⊥叫和剪应力τ⊥改用两个垂直于焊脚CB和BA并在有效截面上分布的应力σfy和σfx表示，同时剪应力τ∥的符号改用τfz表示。计算时不考虑诸力的偏心作用，而且认为有效截面上的诸应力都是均匀分布的。有效截面积为Ae。依据平衡条件简化可得：角焊缝应力分析图〔1〕当σfx=σfy=0时，即只有沿焊缝长度方向轴向力作用时〔轴向力作用的侧面角焊缝〕：

〔2〕当σfy〔或σfx〕=τfz=0时，即只有垂直于焊缝长度方向轴向力作用时〔轴向力作用的正面角焊缝〕强度提高22%:

或〔3〕当σfy〔或σfx〕=0时，即角焊缝既只承受平行于焊缝长度方向的应力τf和垂直于焊缝长度方向的应力σf时:

〔4〕公式适用条件适于非直接动力荷载作用,直接动力荷载作用时，考虑正面角焊缝塑性性能较差，取它和侧面角焊缝的强度一样，把公式中的1.22变为1即可。按容许应力法计算焊接连接时，强度均取角焊缝的容许剪应力，应力依据荷载标准值求得。〔5〕有效厚度：α——两焊脚边的夹角，hf——焊脚尺寸。注：圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝如下图，其有效厚度可按下式计算：圆钢与平板：he=0.7hf圆钢与圆钢：he=0.1(d1+2d2)-a式中d1,d2—大、小圆钢直径(mm)；a—焊缝外表至两个圆钢公切线距离。〔a〕如图〔a〕所示矩形拼接板侧面角焊缝连接f——沿焊缝长度方向的剪应力。he

——角焊缝有效厚度；lw——角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm〔每端减5mm或2t〕；∑lw——连接一侧角焊缝计算长度之和；fwf——角焊缝强度设计值；〔1〕受轴心力焊件的的拼接板连接计算〔b〕如图〔b〕所示矩形拼接板正面角焊缝连接

σf——垂直于焊缝长度方向的应力；he

——角焊缝有效厚度；lw——角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm〔每端减5mm或2t〕；∑lw——连接一侧角焊缝计算长度之和；ffw——角焊缝强度设计值；f——系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的构造，f=1.22，直接承受动力荷载f=1.0。

〔c〕如图〔c〕所示矩形拼接板，三面围焊。可先按式计算正面角焊缝所担当的内力N1，再由N—N1按式计算侧面角焊缝。如三面围焊受直接动载，由于βf=1.0，则按轴力由连接一侧角焊缝有效截面面积平均担当按下式计算：式中∑lw——连接一侧全部焊缝的计算长度之和。〔d〕为使传力线平缓过渡，减小矩形拼接板转角处的应力集中，可改用菱形拼接板图〔d〕所示。菱形拼接板正面角焊缝长度较小，为使计算简化，可无视正面角焊缝及斜焊缝的βf增大系数，不管何种荷载均按上式计算。轴心力作用下角焊缝连接〔2〕承受轴向力N角钢的连接〔a〕角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算〔如下图〕：先计算出肢背和肢尖焊缝所受轴心力N1、N2：K1、K2——焊缝内力安排系数；N1、N2——分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。再按侧焊缝计算公式验算焊缝强度角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝图〔b〕角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算：〔如下图〕端部正面角焊缝能传递的内力为：

〔c〕角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算〔如下图〕：由N2=0得：3、弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝图弯矩M作用下，x方向应力：剪力作用下，y方向应力：轴力N作用下x方向应力：M、V和N共同作用下，焊缝上或下端点最危急处应满足：

式中：假设只承受上述M、N、V的某一、两种荷载时，只取其相应的应力进展验算。弯矩、剪力、轴力共同作用下的角焊缝应力图4、扭矩T作用〔T平面∥焊缝平面〕〔如下图〕假定:〔1〕被连接件是刚性的，焊缝是弹性的；〔2〕被连接件绕焊缝形心O点转动，焊缝上任一点应力与r的大小成正比，方向与r垂直。依据材力理论计算:扭矩作用时角焊缝应力5、扭矩、剪力、轴力共同作用下搭接连接角焊缝计算图扭矩T作用下各点应力计算〔以A点为例〕：Ix+Iy为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，rx、ry为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。V作用下A点：N作用下A点：A点合应力：

要求：留意计算时需推断应力最大点！扭矩、剪力、轴力共同作用下的角焊缝应力图第五节焊接剩余应力和焊接剩余变形焊接剩余变形：钢构造构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。焊接剩余应力：焊接后冷却时，焊缝与焊缝四周的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。焊接剩余应力的分类和形成的缘由焊接剩余应力对钢构造的影响焊接剩余变形的产生和防止削减焊接剩余应力和焊接剩余变形的方法合理的焊缝设计1、焊接剩余应力的分类和形成的缘由〔1〕焊接剩余应力的分类纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件外表的应力厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件外表的应力。约束状态下产生的焊接应力：〔2〕焊接剩余应力成因纵向应力：横向应力：厚度方向应力：约束状态下产生的焊接应力：〔a〕纵向焊接剩余应力产生的缘由:〔1〕焊接过程的不均匀加热和冷却的过程导致焊接剩余应力和变形〔2〕有塑性变形才有焊接剩余应力。〔3〕温度高处受拉。〔b〕横向剩余应力产生的缘由:①焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于弯成弓形，实际上焊缝将两块钢板连成整体，于是在焊缝中部将产生横向拉应力，两端产生横向压应力.②施焊过程中，先焊的焊缝先冷却凝固，具有肯定的强度，阻挡后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压缩变形，产生横向应力。2、焊接剩余应力对钢构造的影响1、对常温下承受静力荷载构造的强度没有影响，但刚度降低；2、由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻碍了塑性变形，裂纹易发生和进展；3、降低疲惫强度；4、降低压杆的稳定性；5、使构件提前进入弹塑性工作阶段。焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。〔如下图〕焊接剩余变形不仅影响构造的尺寸，使装配困难，影响使用质量过大的变形将显著降低构造的承载力量，甚至使构造不能使用。3、焊接变形的产生和防止

表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。如图所示4、削减焊接应力和焊接变形的方法〔1〕承受适当的焊接程序，如分段焊、分层焊；〔2〕尽可能承受对称焊缝，使其变形相反而抵消；〔3〕施焊前使构造有一个和焊接变形相反的预变形；〔4〕对于小构件焊前预热、焊后回火，然后渐渐冷却，以消退焊接应力。5、合理的焊缝设计为了削减焊接应力与焊接变形，设计时在构造上要承受一些措施如：〔1〕焊接的位置要合理，焊缝的布置应尽可能对称于构件重心，以减小焊接变形。〔2〕焊缝尺寸要适当，在容许范围内，可以承受较小的焊脚尺寸，并加大焊缝长度，使需要的焊缝总面积不变，以免因焊脚尺寸过大而引起过大的焊接剩余应力。焊缝过厚还可能引起施焊时烧穿、过热等现象。〔3〕焊缝不宜过分集中，〔4〕应尽量避开三向焊缝相交，为此可使次要焊缝中断，主要焊缝连续通过〔5〕要考虑钢板的分层问题。此外，为了保证焊接构造的质量，还应留意以下问题：1、要考虑施焊时，焊条是否易于到达。2、焊缝连接构造要尽可能避开仰焊。第六节一般螺栓连接的构造和计算一、一般螺栓的种类和特性二、一般螺栓连接的构造要求三、一般螺栓连接的分类和受力性能四、一般螺栓连接的计算一、一般螺栓的种类和特性1.表示：一般螺栓为粗牙大六角头型，代号用字母M与公称直径(毫米)表示,如M18，M20，M22，M24。2.按制作精度分类：分为A、B、C级螺栓。C级承受4.6、4.8级〔小数点前的数字代表抗拉强度，单位百N／mm2；小数局部代表屈强比)材料制作，只要求Ⅱ类孔(在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔)，栓径比孔径小1.5～3.0mm。A、B级螺栓承受8.8级材料〔45号和35号钢〕制作，要求Ⅰ类孔〔用钻模钻成或在装配好后钻成或扩钻止设计孔径〕，栓径比孔径小0.3～0.5mm。特性见下表。类别加工精度抗剪性能成本使用范围精制(A、B)级高，栓径与孔径之差为0.5～0.8mm，I类孔高高1）构件精度很高的结构，机械结构；2）连接点仅用一个螺栓或有模具套钻的多个螺栓连接的可调节杆件（柔性杆）粗制(C级)较低，栓径与孔径之差为1～1.5mm较低低1）抗拉连接；2）静力荷载下抗剪连接；3）加防松措施后受风振作用抗剪4）可拆卸连接；5）安装螺栓；6）与抗剪支托配合抗拉剪联合作用。二、一般螺栓连接的构造要求1.排列：排列应简洁、统一而紧凑。主要分为并列和错列排列。错列较紧凑。2、构造要求1〕受力要求：a〕端距限制——防止孔端钢板剪断，≥2d0；

b〕螺孔中距限制；2〕构造要求：防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中矩最大值；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〕依据以上要求设计时应满足标准要求，尽量按最小容许距离取用，且宜取为5mm的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。〔详见P228~229图7—62~64及表7—5~7—8〕三、一般螺栓连接的分类和受力性能分类:按受力方式可分为抗剪螺栓连接和抗拉螺栓连接。〔一〕抗剪螺栓连接〔二〕抗拉螺栓连接〔一〕抗剪螺栓连接1、受力性能：抗剪螺栓连承受力后，当外力不大时，由构件间的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开头接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受力不等，两端大，中间小；当外力连续增大，到达塑性阶段时，各螺栓担当的荷载渐渐接近，最终趋于相等直到破坏。2、破坏形式

〔1〕栓杆剪断；〔2〕孔壁挤压坏；〔3〕钢板拉断；〔4〕端部钢板剪断；〔5〕栓杆受弯破坏；〔6〕螺栓双剪破坏。

〔1〕螺栓剪断〔2〕孔壁挤压破坏〔3〕钢板由于螺孔减弱而净截面拉断〔连接板件净截面破坏〕〔4〕钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏〔板件被冲剪破坏〕〔5〕螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏〔螺栓杆身太细而受弯〕〔6〕螺栓双剪破坏〔双剪破坏〕〔二〕抗拉螺栓连接一般表现为拉断。四、一般螺栓连接的计算〔一〕螺栓的承载力〔1〕剪力螺栓〔2〕拉力螺栓〔3〕同时承受剪力和杆轴方向拉力的螺栓〔二〕螺栓群的计算〔1〕剪力螺栓群受力通过形心的计算〔2〕受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群计算〔3〕剪力螺栓群在扭矩、剪力和轴力作用下的计算〔4〕螺栓群在轴心力作用下抗拉计算〔5〕受弯矩作用抗拉螺栓连接计算〔6〕螺栓群同时受剪力和拉力的计算〔1〕剪力螺栓〔如图〕每个一般螺栓的抗剪承载力：每个一般螺栓的承压承载力：式中:

nv——受剪面数

d——螺杆直径——同一方向承压构件较小总厚度、——螺栓抗剪、抗压强度设计值最大承载力：剪力螺栓〔2〕拉力螺栓抗拉承载力：

式中:

de——螺纹处有效直径

——抗拉强度设计值

〔3〕同时承受剪力和杆轴方向拉力的螺栓式中:

Nv、Nt——每个一般螺栓所承受的剪力、拉力

——每个一般螺栓抗剪、抗拉和承压承载力设计值受力特性：沿受力方向，受力安排不均，两端大中间小〔见图〕，在肯定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数β，当15d0≤l1≤60d0时：当l1≥60d0时β＝0.7，当l1≤15d0时β＝1.0连接所需螺栓数量：连接板净截面强度1、剪力螺栓群受力通过形心时的计算式中：f——连接板材料设计强度；

An——节点板净截面积。当螺栓并列布置时：当螺栓错列布置时，构件有可能沿I－I或II－II截面破坏。II－II截面的净截面积可近似地取为：取I－I、II－II净截面的较小者来验算钢板净截面强度。2、受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群计算

计算假定:图示①被连接钢板是刚性的，螺栓是弹性的；

②钢板绕螺栓群中心O点转动，螺栓的剪切变形与它到中心O的距离成正比，剪切力或钢板所受的反作用力与r成正比，方向与r垂直。依据扭矩平衡条件和计算假定有在扭矩T作用下螺栓所受的最大剪力为:其水平和竖直分力为:V由螺栓平均担当，每个螺栓承受:则在T和V共同作用下，受力最大的螺栓1承受的合成剪力N1应满足受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群计算图设计时受力最大的一个螺栓所承受的设计剪力应不大于螺栓的抗剪承载力设计值即：3、剪力螺栓群在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算〔如下图〕螺栓群中受力最大的螺栓在T、V、N作用下的合力为：其中：

假设仅有T，则相当于剪力螺栓群受扭。假设x1>3y1，则可假定y=0；反之，假设y1>3x1，则可假定x=0剪力螺栓群在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算图4、螺栓群在轴心力作用下抗拉计算当设计拉力N通过螺栓群形心时，所需的螺栓数目为：5、受弯矩作用抗拉螺栓连接计算注：此类连接因无支托板，一般应考虑精制螺栓连接，以削减连接变形。6、螺栓群同时受剪力和拉力的计算第七节高强度螺栓连接的性能和计算一、高强度螺栓连接的性能二、高强度螺栓的计算一、高强度螺栓连接的性能1、材料及其表示2、受力性能1、材料及其表示高强螺栓按标准规定的等级分为8.8级和10.9级。级别别划分的小数点前的数字8或10分别代表材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后面的数字代表屈强比。如8.8级为，fu=800N/mm2，fy/fu=0.8；10.9级为，fu=1000N/mm2，fy/fu=0.9。高强螺栓有螺杆、螺帽和垫圈组成。推举承受的钢号：大六角高强度螺栓8．8级的有45号钢和35号钢。10．9级的有20MnTiB、40B和35vB钢。扭剪型高强螺栓只有10．9级，推举钢号为20MnTiB钢。垫圈均承受45号钢制造，并经热处理。2、受力性能〔1〕高强螺栓和一般螺栓连承受力的主要区分：一般螺栓连接的螺母拧紧的预拉力很小，受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻挡连接板相互滑移，以到达传递外力的目的。〔2〕高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。摩擦型和承压型高强螺栓的受力特点：摩擦型高强螺栓摩擦型高强螺栓完全依靠被连接件之间的摩阻力传力，当荷载在摩擦面作用的剪力等于最大摩阻力时即为连接的极限荷载。摩擦型高强螺栓对孔壁质量要求不高(Ⅱ类孔)，但是为了提高摩阻力，对连接的摩擦接触面应进展处@。另外，这种连接的节点应力集中小，连接质量简洁掌握，不象焊接节点易产生脆性破坏。经过大量的试验争论和工程实践证明，在承受反复荷载作用下高强螺栓的预拉力不会竺弛。因此，螺杆本身不会因疲惫而折断。摩擦型高强螺栓连接的优点是施工简便，受力好，耐疲惫，易拆换，工作安全牢靠及计算简洁，已广泛用于钢构造连接中，尤其适用于承受动载的构造。承压型高强螺栓承压型高强螺栓连接的特征是剪力超过摩阻力时，构件之间发生相互滑动，螺杆和孔壁接触，由摩阻力和螺杆的剪切、承压共同传力，接近破坏时以螺栓剪坏或孔壁承压破坏为承载力极限，这点又和一般螺栓受力一样。承压型高强螺栓连接的承载力比摩擦型的高，司节省螺栓数。但这种连接剪切变形较大，还应以不消失滑移作为正常使用的极限状态。假设用于动载连接中这种剪切反复滑动可能导致螺栓松动，故标准规定