钢结构设计原理课件

緒論§1.1鋼結構的特點和應用範圍1.輕質高強;

由於鋼材強度高，結構需要的構件截面小,結構自重輕。

a=容重/強度,a越小，結構相對越輕。鋼材：a=1.7～3.7×10-4/m；

木材：a=5.4×10-4/m；鋼砼：a=18×10-4/m；一、鋼結構的特點澳大利亞啤酒中心

2.鋼材的塑性和韌性好；

塑性和韌性是概念上完全不同的兩個物理量。

塑性——承受靜力荷載時，材料吸收變形能的能力。

塑性好，會使結構一般情況下不會由於偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證；

韌性——承受動力荷載時，材料吸收能量的多少。

韌性好，說明材料具有良好的動力工作性能。

3.材質均勻、各向同性，接近理想的彈塑性體，與力

學假定符合較好;

鋼材屈服前看作彈性材料,屈服以後看作塑性或彈塑性材料4.製作、安裝簡便，工期短，符合工業化要求;

國家大劇院屋架安裝鋼結構住宅5、密閉性好，不滲漏;6、鋼材耐熱性好，耐火性差;

当结构表面长期受辐射热达150℃以上或在短時間內可能受到火焰作用時，須採用隔熱和防火措施。7、鋼材耐腐蝕性差。二、鋼結構的應用範圍1.大跨度結構網架結構拱結構橋樑天津體育場千年穹頂西班牙迪加航空港上海會展中心單層廠房多層工業廠房2.工業廠房金陵石化總廠單擊圖片播放單擊圖片播放3.承受動力荷載及地震作用的結構單擊圖片播放帝王大廈4.高層建築與高聳結構金茂大廈88層420米北京財富中心東京千年塔單擊圖片播放單擊圖片播放5.道路、橋樑結構單擊圖片播放6.水利、水工結構海上石油平臺(1).波紋拱殼結構7.輕型房屋鋼結構單擊圖片播放(2)門式剛架結構（3）多層輕型房屋建築活動車庫8.可拆卸、移動房屋及移動結構單擊圖片播放9.構築物10.建築小品單擊圖片播放§1.2鋼結構的設計方法一、鋼結構設計方法的演變1.容許應力方法

從20世紀初到20世紀5O年代，鋼結構採用安全係數法設計，即:N--構件截面的內力；A--構件截面幾何特徵；F--鋼材的最大強度；K--大於1的安全係數；[σ]--鋼材的容許應力。2.概率極限狀態設計方法(1)極限狀態：當結構或其組成部分超過某一特定狀態就不能滿足設計規定的某一功能要求時，此特定狀態稱為結構的極限狀態。(2)

極限狀態分為兩類：b.正常使用極限狀態:

包括：影響正常使用或外觀的變形、影響正常使用的振動、影響正常使用的或耐久性的局部破壞等狀態。a.承載能力極限狀態:

包括：強度破壞、疲勞破壞、不適於繼續承載的變形、失穩、傾覆、變為機動體系等狀態。

(3)根據應用概率分析的程度不同，可分為三種水準：

半概率極限狀態設計方法;

近似概率極限狀態設計方法;

全概率設計方法。

a.半概率極限狀態設計方法;1).三係數法（當時稱為計算極限狀態法）

:1957年至1973年我國鋼結構設計採用半概率的分項係數法,結構設計中引入三個分項係數，即:

荷載分項係數--考慮荷載的不定性;

材料分項係數--考慮材料的不均性;

工作條件係數--考慮結構及構件的工作特點以及某些假定的計算簡圖與實際情況不完全相符等因素。2)

半經驗半概率極限狀態設計法(容許應力法）

N--構件截面的內力；

A--構件截面幾何特徵；

K1--荷載係數；

K2--材料係數;K3--調整係數；

fyk--鋼材的屈服強度標準值；

[σ]--鋼材容許應力b、近似概率極限狀態設計法

（現行鋼結構設計規範(GB50017－2003)）

結構的工作性能可用結構的“功能函數”來描述：

Z＝g（X1，X2，…，Xn）

（1－3）

式中：

g（·）--結構的功能函數；

Xi(i＝1，2,…,n)--影響結構可靠性的各物理量。

將各因素概括為兩個綜合隨機變數--結構的抗力R、

作用效應S，則公式（1-3）可以寫成：

Z＝g（R，S）＝R－S

（1-4）在實際工程結構中，可能出現下列三種情況：

Z＞0表示結構處於可靠狀態；

Z＝0表示結構處於極限狀態

Z＜0表示結構處於失效狀態；

判斷結構是否可靠，要看結構是否達到極限狀態，為此，通常將下式：

Z＝g(R，S)＝R－S＝0

(1-5)

稱為極限狀態方程。結構能完成預定功能的概率(可靠度)用Ps表示，則：Ps＝P{Z≥0}

（1-6）結構不能完成預定功能的概率(失效概率)用Pf表示，則：Pf＝P{Z<0｝（1-7）由於事件｛Z≥0｝與事件{Z＜0｝是對立事件，所以結

構的可靠度與結構的失效概率滿足:Ps＋Pf＝1

或

Ps＝1-Pf

（1-8）

因為R和S都是隨機變數，且假定都服從正態分佈，由概率論原理知功能函數Z=R-S也服從正態分佈,則:f(z)PfμzZ的概率密度曲線Z=R-S

令：Z、R、S的平均值分別為

μz、μR、μs，標準差分別為σz、σR、σs，則:

因σz＞0，故：

f(z)μzZ的概率密度曲線PfZ=R-S因服從標準正態分佈，故上式又可寫成：式中:

φ(·)--標準正態函數；φ-1(·)--標準正態函數的反函數。從圖中可以看出β與失效概率Pf間存在著一一對應關係,即:1).β減小時，陰影部分的面積增大，即失效概率Pf增大；

2).β增大時，陰影部分的面積減少，亦即失效概率Pf減小。說明β可以作為衡量結構可靠度的一個數量指標。β—可靠度指標f(z)μzZ的概率密度曲線PfZ=R-S單擊圖片播放標準正態分佈時與的對應值4.03.17X10-53.71.08X10-43.26.87X10-41.35X10-33.0β的計算:

將式(1-10)、(1-11)代入β的定義式得：c.全概率設計法對結構的各種基本變數均採用隨機變數或隨機過程來描述，對結構進行精確的概率分析，求得結構最優失效概率作為結構可靠度的直接度量。三、鋼結構設計運算式

a.採用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法(疲勞問題除外)，用分項係數的運算式進行計算；

b.

結構的可靠度用可靠度指標來度量，並以分項係數的形式考慮。

（一）按承載能力極限狀態設計應考慮荷載效應的基本組合或偶然組合進行荷載（效應）組合，採用下列運算式設計：式中：γo--結構重要性係數；

S--荷載效應（組合）的設計值；

R--鋼結構構件或連接材料抗力的設計值。荷載效應組合如下：2.由永久荷載效應控制的組合：3.荷載分項係數取值如下：1.由可變荷載效應控制的組合：（1）永久荷載分項係數當其效應對結構不利時

--對可變荷載效應控制的組合，應取1.2;--對永久荷載效應控制的組合，應取1.35;

當其效應對結構有利時

--一般情況下應取1.0；

--對結構的傾覆、滑移或漂浮驗算，應取0.9。（2）可變荷載的分項係數

--一般情況下應取1.4；

--對標準值大於4kN/m2的工業房屋樓面結構的活荷載標準值應取1.3。

對於鋼結構這種單一材料，可以將荷載效應運算式用應力形式表示。可變荷載起控制作用時：永久荷載起控制作用時：式中：4、鋼結構構件承載能力極限狀態設計運算式--鋼材或連接材料強度設計值。--鋼材或連接材料強度標準值。--鋼材或連接材料抗力分項係數，對於Q235鋼γR=1.087;Q345、Q390、Q420鋼γR=1.111

。鋼結構規範給出了各類鋼材和連接的強度設計值。(二)

正常使用極限狀態1.

對於正常使用極限狀態，要求分別採用荷載的標準組合、頻遇組合和准永久組合，並使變形等不超過相應的規定限值。νGk--永久荷載標準值在結構或結構構件中產生的變形值；νQ1k--第1個可變荷載的標準值在結構或結構構件中產生的變形值（該值使計算結果為最大）；νQik--其他第i個可變荷載標準值在結構或構件中產生的變形值。

[ν]--結構或結構構件的容許變形值。(315頁附錄2)

2.

對於受壓、受拉構件，規範規定應限制其長細比，即:

λ≤[λ](1-24）式中：λ--受壓、受拉構件的計算長細比；

[λ]--規範規定的受拉、受壓構件容許長細比，按規範採用。（三）使用設計運算式的注意事項

1.計算靜力強度和穩定時，採用荷載的設計值；疲勞計算、變形計算採用荷載的標準值。

2.強度設計指標f1)強度設計值的種類、性質；

2)按板厚或直徑分組；

3)強度設計值的折減。例如:按軸心受力計算單面連接單角鋼的強度時。見教材，附表1.41.較高的抗拉強度fu和屈服點fy；2.較好的塑性、韌性；3.良好的工藝性能（冷、熱加工，可焊性）；4.對環境的良好適應性。§2.1

鋼結構對材料的要求一、塑性破壞

破壞前有明顯的塑性變形，破壞過程長，斷口發暗，可以採取補救措施。

二、脆性破壞

壞前沒有明顯的變形和徵兆，破壞時的變形遠比材料應有的變形能力小，破壞突然，斷口平直、發亮呈晶粒狀，無機會補救。§2.2鋼材的破壞形式一、受拉、受壓、受彎及受剪時的性能（一）一次拉伸時的性能

1.條件：標準試件（GB228—63），常溫（20℃）下緩慢加載，一次完成。含碳量為0.1%－0.3%。標準試件：lo/d=5、10；lo-標距；d--直徑§2.3

鋼材的主要性能d單擊圖片播放2.階段劃分A.有屈服點鋼材σ--ε曲線可以分為五個階段：(1)彈性階段(OB段)OA段材料處於純彈性，即:AB段有一定的塑性變形,但整個OB段卸載時，ε=0；E=206×103N/mm2OBCDAE（2）彈塑性階段（BC)

該段很短,表現出鋼材的非彈性性質;

σB—屈服上限;σC—屈服下限(屈服點)（3）塑性階段（CD)

該段σ基本保持不變（水平),ε急劇增大,稱為屈服臺階或流幅段,變形模量E=0OBCDAE（4）強化階段(DE段)極限抗拉強度fu（5）頸縮階段(EF段)隨荷載的增加σ緩慢增大,但ε增加較快OBCDAEB.對無明顯屈服點的鋼材

該種鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性變形小，破壞突然。

設計時取相當於殘餘變形為0.2%

時所對應的應力作為屈服點—‘條件屈服點’fy=f0.20.2%fuεp3.應力應變曲線的簡化1)fy與fb相差很小；2)超過fy到屈服臺階終止的變形約為2.5%--3%，足以滿足考慮結構的塑性變形發展的要求。

（1）鋼材可以簡化為理想彈塑性體ε2.5%--3%fy

ε00.15%ε

（2）鋼材在靜載作用下：強度計算以fy為依據;fu為結構的安全儲備。（3）斷裂時變形約為彈性變形的200倍，在破壞前產生明顯可見的塑性變形，可及時補救，故幾乎不可能發生。O0.15%22%fufyfu-fy4.單向拉伸時鋼材的機械性能指標

（1）屈服點fy--應力應變曲線開始產生塑性流動時對應的應力，它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強度設計值的重要指標。（2）抗拉強度fu--應力應變曲線最高點對應的應力，它是鋼材最大的抗拉強度。（3）伸長率（4）斷面收縮率它是衡量鋼材塑性應變能力的重要指標。當l0/d=5時，用δ5表示，当l0/d=10時，用δ10表示。A0A1同單向拉伸時的性能，屈服點也相差不多。（二）受壓時的性能

採用短試件l0/d=3,屈服點同單向拉伸時的屈服點。（三）受彎時的性能（四）受剪時的性能抗剪強度可由折算應力計算公式得到：二、冷彎性能

衡量鋼材塑性性能和品質優劣的綜合指標。add+2.1a單擊圖片播放三、衝擊韌性

衡量鋼材在動力（衝擊）荷載、複雜應力作用下抗脆性破壞能力的指標，用斷裂時吸收的總能量（彈性和非彈性能）來表示。(a)梅氏U型缺口(b)夏比V型缺口

由試件斷裂吸收的能量Cv來衡鋼材的衝擊韌性，單位：J。Cv受溫度的影響衝擊韌性試驗裝置單擊圖片播放鋼材的機械性能指標1、屈服點fy；2、伸長率δ；3、抗拉強度fu；4、冷彎試驗；5、衝擊韌性Cv(包括常溫衝擊韌性、

0度時衝擊韌性負溫衝擊韌性）。小節

一、化學成分

普通碳素鋼中Fe占99%，其他雜質元素占1%；普通低合金鋼中合金元素＜5%。

1.碳（C）：鋼材強度的主要來源，隨其含量增加，強度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2％以下時，可焊性良好。§2.4

各種因素對鋼材性能的影響

2.硫（S）：有害元素，熱脆性。不得超過0.05%。

3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蝕能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%。

4.錳（Mn）：合金元素。弱去氧劑。與S形成MnS，熔點1600℃，可以消除一部分S的有害作用。

5.矽（Si）：合金元素。強去氧劑。

6.釩（V）：合金元素。細化晶粒，提高強度，其碳化物具有高溫穩定性，適用於受荷較大的焊接結構。7.氧（O）：有害雜質，與S相似。8.氮（N）：有害雜質，與P相似。9.銅（Cu）：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影響。二．冶金缺陷常見的冶金缺陷有：偏析：化學成分分佈的不均勻程度；非金屬夾雜；氣孔；裂紋等。三、鋼材的硬化

冷作硬化——當荷載超過材料比例極限卸載後，出現殘餘變形，再次加載則比例極限（或屈服點）提高的現象，也稱“應變硬化”。

時效硬化——隨時間的增長，碳和氮的化合物從晶體中析出，使材料硬化的現象。

應變時效——鋼材產生塑性變形時，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時可以加速時效硬化，因此也稱“人工時效”。四、溫度影響

1．正溫範圍

200℃以內對鋼材性能無大影響，該範圍內隨溫度升高總的趨勢是強度、彈性模量降低，塑性增大。8006004002000N/mm2Efuδfy200400600溫度對鋼材機械性能的影響20406080δ%220210200190180170160Ex103T(0C)

250℃左右抗拉強度略有提高，塑性降低，脆性增加—蘭脆現象，該溫度區段稱為“蘭脆區”。

260～320℃產生徐變現象。

600℃左右彈性模量趨於零，承載能力幾乎完全喪失。

當溫度低於常溫時，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加，材料強度略有提高，但其塑性和韌性降低，該現象稱為低穩冷脆。

2．負溫範圍脆性破壞轉變過渡區段塑性破壞反彎點試驗溫度T0C衝擊斷裂功CvT1T2T0衝擊韌性與溫度的關係曲線五、應力集中1.應力集中的概念

構件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時，應力不均勻，力線變曲折，缺陷處有高峰應力—應力集中。2.應力集中的影響3.減小應力集中現象的措施

<1:2.5

由於鋼材具有良好的塑性性能，當承受靜力荷載且在常溫下工作時，只要符合規範規定的設計要求，可以不考慮應力集中的影響。六、反復荷載作用（疲勞問題）七、板厚、直徑的影響八、焊接殘餘應力１）材料由彈性轉入塑性的強度指標用變形時單位體積中積聚的能量來表達；§2.5

複雜應力作用下鋼材的屈服條件假定：２）當複雜應力狀態下變形能等於單軸受力時的變形能時，鋼材即由彈性轉入塑性。oZXY單元體受複雜應力（應力分量）單元體受主應力1.以應力分量表示2.以主應力表示材料處於彈性狀態材料處於塑性狀態討論：（1）三向受壓時(靜水壓力)————不破壞;（2）三向受拉時——一定破壞;

由於三向受拉限制了材料的塑性發展，材料要發生脆性破壞。能量理論所得的公式只適用於塑性材料，因此形式上的不破壞與實際的脆性破壞是不矛盾的，只是實際的脆性破壞不再符合能量理論的基本假定。圖示簡支梁1-1截面腹板與翼緣交界A點的應力1-1A對於薄板，厚度方向的應力很小，為平面受力狀態。PPMM11AXVY一般的梁，只存在正應力和剪應力，則：2-2AVM22AYXq

3-3APMVP33YXM3-3截面僅有剪力，彎矩、局部壓力均為零，故該截面除剪應力外，正應力均為零，即為純剪狀態。一、概念1、迴圈荷載——結構或構件承受的隨時間變化的荷載。PP11A1-1A§2.6

鋼材的疲勞單擊圖片播放（1）應力迴圈（2）應力迴圈特徵—應力比ρ--構件截面應力隨時間的變化。（3）應力幅

在迴圈荷載作用下，應力從最大到最小重複一次為一次迴圈，最大應力與最小應力之差為應力幅:為常量常幅迴圈：為變數變幅迴圈：+σ-σt(b)脈衝迴圈(a)完全對稱迴圈(c)不完全對稱迴圈(d)不完全對稱迴圈2.鋼材的疲勞

在迴圈荷載（連續反復荷載）作用下，經過有限次迴圈，鋼材發生破壞的現象，稱之為疲勞。3.疲勞破壞的機理

疲勞破壞是積累損傷的結果。缺陷→微觀裂紋→宏觀裂紋。4.疲勞破壞的特徵屬於脆性破壞，截面平均應力小於屈服點。5.影響鋼材疲勞的主要因素（1）構件和連接的分類

規範將構件和連接的種類分為8類，第1類為軋製的型鋼（殘餘應力小）疲勞強度最高；第8類為角焊縫應力集中最嚴重疲勞強度最低。詳見鋼結構設計規範“疲勞計算的構件和連接分類（附錄E）”。焊縫附近主體金屬的應力由：實際應力迴圈均形成在拉應力範圍（2）應力幅（Δσ）和應力迴圈特徵（應力比ρ）A.對於焊接結構：

應力幅對焊接結構的疲勞強度有很大影響，而與名義最大應力σmax和應力比ρ無關。B.對於非焊接結構和軋製鋼材

在迴圈次數N一定的情況下，根據試驗資料可以繪出N次迴圈的疲勞圖(σmax和σmin關係曲線)。

當ρ=0和ρ=-1時的疲勞強度分別為σ0和σ-1，連接BC並延長至A、D。非焊接結構的疲勞圖DA

由上述推導可知，對於非焊接結構和軋製鋼材，疲勞強度與最大應力、應力比、迴圈次數和缺口效應（構造類型的應力集中情況）有關。ABCD直線方程為：DA非焊接結構的疲勞圖（3）應力迴圈次數N（疲勞壽命）應力迴圈次數N<5×104，不需要進行疲勞計算。

應力幅越低，作用迴圈次數越多，疲勞壽命越高；應力幅相同，作用的迴圈次數越多，疲勞壽命越高。0NX105N1N2fy123456

由試驗結果，以及上述分析可知鋼材的疲勞強度主要與構件和連接分類（內部缺陷、應力集中、殘餘應力）、應力迴圈次數和應力幅有關。

焊接部位的疲勞強度與鋼材的靜力強度(屈服點fy)基本無關。

對於只有壓應力的應力迴圈作用，由於鋼材內部缺陷不易開展，則不會發生疲勞破壞，不必進行疲勞計算。二、疲勞強度計算（一）常幅疲勞

根據試驗數據可以繪出構件或連接的應力幅Δσ與相應的致損迴圈次數N的關係曲線，按試驗數據回歸的Δσ-N曲線為平均曲線(圖a)，取對數座標(圖b)。1.容許應力幅[Δσ]

由於現階段對鋼材發生疲勞破壞尚處於進一步研究階段，按概率極限狀態計算疲勞強度還不成熟，故採用容許應力幅的計算方法。Δσ-N曲線(a)0N式中：β--直線對縱坐標的斜率；

b1--直線在橫軸座標上的截距；

N--迴圈次數。(b)0N=5×104N=5X106............b1

考慮試驗數據的離散性，取平均值減去2倍lgN的標準差s作為疲勞強度下限，當lgΔσ為正態分佈時，保證率為97.7%。下限值的直線方程為：此時的Δσ即為容許應力幅：式中：係數β、c--根據鋼結構設計規範“疲勞計算的構件和連接分類”查表得到。2S2S(b)0N=5×104N=5X106............b12.疲勞強度計算式中：Δσ--計算部位的應力幅；對於焊接部位:Δσ=σmax-σmin；對於其他部位：Δσ=σmax-0.7σmin(計算應力幅）。

σmax、σmin--計算部位每次應力迴圈中的最大拉應力和最小拉應力或壓應力（取負值）。說明：1）計算時用荷載的標準值；

2）由於來源於試驗，已考慮動力效應，計算時不再考慮動力係數；（二）變幅疲勞和吊車欠載效應係數σσmaxσmin0t—欠載效應係數。重級工作制硬鉤吊車1.0；重級工作制軟鉤吊車0.8；中級工作制吊車0.5。--迴圈次數N=2X106的容許應力幅。式中：對於吊車梁，按下式計算其疲勞強度：

1、不出現拉應力的部位可不計算疲勞。但對出現拉應力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2

兩種應力迴圈的應力幅都是150N/mm2

，疲勞強度相同，顯然不合理。

2、螺栓受拉時螺紋處的應力集中很大，疲勞強度很低，常有疲勞破壞的實例，但規範沒有規定，應予補充。思考:一、鋼的種類

1、碳素結構鋼（GB/T700-88）---低碳鋼牌號

Q235--品質等級（A、B、C、D）澆注方法（F、Z、Tz）

A--保證fu、fy、δ，P、S含量

B--保證fu,fy,δ,冷彎，常溫時Cv，P，S，C含量；

C--保證fu,fy,δ,冷彎,0oC時Cv，P，S，C含量;D--保證fu,fy,δ,冷彎,-20oC時Cv，P，S，C含量;§2.7

鋼材的種類和規格2.低合金鋼(GB/T1591-94)GB/T1591-94Q295Q390Q345Q420相應的鋼材品種（GB/T1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb15MnV、15MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTiRE

低合金鋼的品質等級分A、B、C、D、E，其中E主要是要求-400C的衝擊韌性。二、鋼材的選擇（一）選擇鋼材的原則1．結構或構件的重要性；2．荷載情況（靜力荷載，動力荷載）；

靜力荷載作用下可選擇經濟性較好的Q235鋼材。動力荷載作用下應選擇綜合性能較好鋼材。3．連接方法（焊接連接、螺栓連接）；

焊接結構對材質的要求嚴格，應嚴格控制C、S、P的極限含量；非焊接結構對C的要求可降低一些。4．結構所處的工作條件（環境溫度，腐蝕等）；

低溫下工作的結構應選擇低溫脆斷性能好的鎮定鋼鋼材的厚度。

厚度大的焊接結構應採用材質較好的鋼材。（二）鋼材選擇建議1、承重結構的鋼材宜採用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其品質應分別符合國家標準《碳素結構鋼》GB/T700和《低合金高強度結構鋼》GB/T1591的規定。當採用其他牌號的鋼材時，尚符合相應有關標準的規定和要求。2、承重結構的鋼材應具有抗拉強度、伸長率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚具有含碳量的合格保證。

3、對於需要驗算疲勞的焊接結構，應具有常溫衝擊韌性的合格保證；當結構工作溫度等於或低於0℃但高於－20℃時，Q235鋼和Q345鋼應具有0℃衝擊韌性合格的保證；對於Q390鋼和Q420鋼應具有－20℃衝擊韌性的合格保證。當結構工作溫度等於或低於－20℃時，對Q235鋼和Q345鋼應具有－20℃衝擊韌性的合格保證；

對Q390和Q420鋼應具有－40℃衝擊韌性的合格保證。

4、對於需要驗算疲勞的非焊接結構的鋼材亦應具有常溫衝擊韌性的合格保證，當結構工作溫度等於或低於－20℃時，對Q235鋼和Q345鋼應具有0℃衝擊韌性合格的保證；對Q390鋼和Q420鋼應具有－20℃衝擊韌性的合格保證。5、重要的受拉或受彎的焊接構件中，厚度大於等於16mm的鋼材應具有常溫衝擊韌性合格的保證。

6、當焊接結構為防止鋼材的層狀撕裂而採用Z向鋼時，其材質應符合現行國家標準《厚度方向性能鋼板》GB/T5313的規定。8、對於外露環境，且對大氣腐蝕有特殊要求的或在腐蝕性氣態和固態介質作用下的承重結構，宜採用耐候鋼，其品質要求應符合現行國家標準《焊接耐候鋼》GB/T4172的規定。

7、鋼板的抗撕裂性能採用厚度方向的斷面收縮率Ψz來評定。該標準將沿厚度方向的斷面收縮率分為三個等級，即Z15，Z25，Z35，分別對應其允許值。三、鋼材的規格

熱軋成型的鋼板和型鋼，冷彎（或冷壓）成型的薄壁型鋼。（一）熱軋鋼板（表示方法—

寬×厚度×長度）分為:厚板（厚度4.5-60mm)薄板（厚度0.35-4mm)扁鋼：厚度4-60mm，寬度20-200mm。(二）熱軋型鋼1.工字鋼2.槽鋼工字鋼根據截面高度h及厚度分類a(或b、c)槽鋼根據截面高度h及厚度分類a(或b、c)3.角鋼∠肢寬度×肢厚度

等肢角鋼∠長肢寬度×短肢寬度×肢厚度

不等肢角鋼4.H型鋼分為：寬翼緣HW、中翼緣HM、窄翼緣HNbht1t2表示方法：

H高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度如：

Hh×b×t1×t25.鋼管tD表示方法：Φ外徑×壁厚分為無縫管和焊接管（三）冷彎薄壁型鋼壁厚1.5~5mm壓型鋼板壁厚0.4~1.5mm一、焊縫連接

§3.1

鋼結構的連接方法對接焊縫連接優點：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；缺點：材質易脆，存在殘餘應力，對裂紋敏感。

角焊縫連接三、螺栓連接

優點：連接剛度大，傳力可靠；

分為：

普通螺栓連接高強度螺栓連接二、鉚釘連接N缺點：對施工技術要求很高，勞動強度大，施工條件差，施工速度慢。一、鋼結構常用焊接方法1.手工電弧焊A、焊條的選擇：焊條應與焊件鋼材相適應。原理：利用電弧產生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。

§3.2

焊接方法和焊接連接形式

焊機導線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧單擊圖片播放Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5000--5048)B、焊條的表示方法：E—焊條(Electrode)第1、2位數字為熔融金屬的最小抗拉強度（kgf/mm2)第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜採用與低強度鋼材相適應的焊條。缺點：品質波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。優點：方便，特別在高空和野外作業，小型焊接；Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)C、優、缺點2.埋弧焊（自動或半自動）、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件埋弧自動焊A、焊絲的選擇應與焊件等強度。B、優、缺點：優點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接品質好。缺點：設備投資大，施工位置受限等。送絲器機器3.氣體保護焊優、缺點：優點：焊接速度快，焊接品質好。缺點：施工條件受限制等。二、焊接連接形式和焊縫形式1.焊接連接形式搭接角部連接T形連接對接單擊圖片播放單擊圖片播放2.焊縫形式（1）對接焊縫正對接焊縫（2）角焊縫T型對接焊縫斜對接焊縫3.焊縫位置三、焊縫缺陷及焊縫品質檢查1.焊縫缺陷2.焊縫品質檢查外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內部無損檢驗：檢驗內部缺陷。

內部檢驗主要採用超聲波，有時還用磁粉檢驗螢光檢驗等輔助檢驗方法。還可以採用X射線或γ射線透照或拍片。《鋼結構工程施工及驗收規範》規定：

焊縫按其檢驗方法和品質要求分為一級、二級和三級。

三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級品質標準；

一、二級焊縫除外觀檢查外，尚要求一定數量的超聲波檢驗並符合相應級別的品質標準。

《鋼結構設計規範》（GB50017--2003）中，對焊縫品質等級的選用有如下規定：

(1)需要進行疲勞計算的構件中，垂直於作用力方向的橫向對接焊縫受拉時應為一級，受壓時應為二級。3.焊縫品質等級及選用(2)在不需要進行疲勞計算的構件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應不低於二級；受壓時宜為二級。

（３）重級工作制和起重量Ｑ＞５０ｔ的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦杆與節點板之間的Ｔ形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，不應低於二級。（４）角焊縫品質等級一般為三級，直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量Ｑ＞５０ｔ的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀品質應符合二級。4.焊縫代號hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊縫的形式:一、角焊縫的形式和受力分析§3.3角焊縫的構造與計算直角角焊縫、斜角角焊縫（1）直角角焊縫hehfhf凹面式（2）斜角角焊縫對於α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結構外,不宜用作受力焊縫。（1）側面角焊縫（側焊縫）2.直角角焊縫的受力分析單擊圖片播放

試驗表明側面角焊縫主要承受剪力，強度相對較低，塑性性能較好。因外力通過焊縫時發生彎折，故剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf越大剪應力分佈越不均勻。剪應力τfA.應力分析NlwNB.破壞形式（2）正面角焊縫單擊圖片播放A.

應力分析

正面角焊縫受力複雜，應力集中嚴重，塑性較差，但強度較高，與側面角焊縫相比可高出35%--55%以上。B.正面角焊縫的破壞形式（3）斜角焊縫

斜焊縫的受力性能介於側面角焊縫和正側面角焊縫之間。單擊圖片播放二、角焊縫的構造

1、最大焊腳尺寸hf,max

為了避免焊縫處局部過熱，減小焊件的焊接殘餘應力和殘餘變形，hf,max應滿足以下要求:

hf,max≤1.2t1（鋼管結構除外）式中:t1---較薄焊件厚度。tt1hf

對於板件邊緣的角焊縫,尚應滿足以下要求：

當t≤6mm時，hf,max≤t；當t>6mm時，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t2、最小焊腳尺寸hf,min

為了避免在焊縫金屬中由於冷卻速度快而產生淬硬組織，導致母材開裂，hf,min應滿足以下要求:

式中:t2----較厚焊件厚度

另:對於埋弧自動焊hf,min可減去1mm;

對於T型連接單面角焊縫hf,min應加上1mm;

當t2≤4mm時,hf,min=t23.側面角焊縫的最大計算長度

側面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應力集中係數越大。如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達到屈服強度後，繼續加載，應力會漸趨均勻；當焊縫長度達到一定的長度後，可能破壞首先發生在焊縫兩端，故：注：

1、當實際長度大於以上值時，計算時不與考慮；

2、當內力沿側焊縫全長分佈時，不受上式限制。4.側面角焊縫的最小計算長度

對於焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱嚴重且起落弧坑相距太近，以及可能產生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規範規定：5.搭接連接的構造要求

當板件端部僅採用兩條側面角焊縫連接時：

A、為了避免應力傳遞的過分彎折而使構件中應力不均，規範規定：B、為了避免焊縫橫向收縮時引起板件的拱曲太大，規範規定：t1t2bD.在搭接連接中，搭接長度不得小於焊件較小厚度

的5倍，且不得小於25mm。

C.當角焊縫的端部位於構件轉角處時，應作2hf的繞角焊，且轉角處必須連續施焊。b2hft1t2三、直角角焊縫的強度計算公式

1、試驗表明，直角角焊縫的破壞常發生在喉部，故通常將45o截面作為計算截面，作用在該截面上的應力如下圖所示：hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根2、實際上計算截面的各應力分量的計算比較繁難，為了簡化計算，規範假定：焊縫在有效截面處破壞，且各應力分量滿足以下折算應力公式:

┻┻∥3、由於我國規範給定的角焊縫強度設計值，是根據抗剪條件確定的故上式又可表達為：式中：--焊縫金屬的抗拉強度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw4、直角角焊縫的強度計算公式：NNyNx┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf將3—3、3—4式，代入3—2式得：式3—5即為，規範給定的角焊縫強度計算通用公式βf—正面角焊縫強度增大係數；靜載時取1.22，動載時取1.0。┻┻∥┻┻∥對於正面角焊縫，τf=0，由3—5式得：對於側面角焊縫，σf=0，由3—5式得：

以上各式中：

he=0.7hf；

lw—角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其實際長度減去2hf。四、各種受力狀態下的直角角焊縫連接計算1、軸心力作用下(1)軸心力作用下的蓋板對接連接:A、僅採用側面角焊縫連接：B、採用三面圍焊連接：NNlwlw’(2)T形角焊縫連接NxNyNθN代入式3-5驗算焊縫強度，即:(3)角鋼角焊縫連接A、僅採用側面角焊縫連接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2對於校核問題:對於設計問題:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、採用三面圍焊由力及力矩平衡得:餘下的問題同情況‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2對於校核問題:對於設計問題:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、採用L形圍焊代入下式3-20，3-21得:對於設計問題:Ne1e2bN1xxN3lw12、N、M、V共同作用下(1)偏心軸力作用下角焊縫強度計算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊縫強度計算h1σfAσfBτf對於A點：式中：Iw—全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；

h1—兩翼緣焊縫最外側間的距離。xxhh2BB’Ah1MeFVM對於B點：強度驗算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊縫的計算長度；

he,2—腹板焊縫截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM假定:A、被連接件絕對剛性，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉的趨勢；B、T作用下焊縫群上任意點的應力方向垂直於該點與焊縫形心的連線，且大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫群上的應力均勻分佈。3、T、V共同作用下將F向焊縫群形心簡化得:V=FT=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：該連接的設計控制點為A點和A’點xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A點應力:將其沿x軸和y軸分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A點應力:A點垂直於焊縫長度方向的應力為:A點平行於焊縫長度方向的應力為:強度驗算公式：思考:以上計算方法為近似計算，為什麼?τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe五、斜角角焊縫的計算α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B1、由於斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡化計算，規範規定：對於兩焊腳邊夾角60o≤α≤135o的斜T形連接，其斜角角焊縫採用與直角角焊縫相同的計算公式，且統一取βf=1.0。2、斜角角焊縫的計算厚度hei由幾何關係得其通式為：式中：b、b1和b2≤5mm說明：A.b1和b2≤1.5mm時,

可取b1、b2=0B.b1和b2>5mm時,

應如圖“B”方式處理，且使b≤5mm。α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B1、對接焊縫的坡口形式:一、對接焊縫的構造§3.4對接焊縫的構造與計算

對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和施工條件有關。

t--焊件厚度(1)當:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)時可不做坡口,採用直邊縫;(2)t=7~20mm時，宜採用單邊V形和雙邊V形坡口;(3)t>20mm時，宜採用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、V形、U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進行補焊；3、對接焊縫的起、滅弧點易出現缺陷，故一般用引弧板引出，焊完後將其切去；不能做引弧板時，每條焊縫的計算長度等於實際長度減去2t1，t1—較薄焊件厚度；4、當板件厚度或寬度在一側相差大於4mm時，應做坡度不大於1:2.5(靜載)或1:4(動載)的斜角，以平緩過度，減小應力集中。≤1:2.5≤1:2.5對接焊縫分為：焊透和部分焊透（自學）兩種；動荷載作用下部分焊透的對接焊縫不宜用做垂直受力方向的連接焊縫；對於靜載作用下的一級和二級對接焊縫其強度可視為與母材相同，不與計算。三級焊縫需進行計算；對接焊縫可視作焊件的一部分，故其計算方法與構件強度計算相同。二、對接焊縫的計算NNt1、軸心力作用下的對接焊縫計算式中：

N—軸心拉力或壓力；

t—板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度；

ftw、fcw

—對接焊縫的抗拉和抗壓強度設計值。NNlwtA

當不滿足上式時，可採用斜對接焊縫連接如圖B。另:當tanθ≤1.5時,不用驗算!NNtBθNsinθNcosθlw2、M、V共同作用下的對接焊縫計算lwtAMVστ因焊縫截面為矩形，M、V共同作用下應力圖為：故其強度計算公式為：式中：Ww—焊縫截面模量；Sw--焊縫截面面積矩；

Iw--焊縫截面慣性矩。（1）板件間對接連接（2）工字形截面梁對接連接計算MV1焊縫截面A、對於焊縫的σmax和τmax應滿足式3-29和3-30要求；σmaxτσ1τ1τmaxB、對於翼緣與腹板交接點焊縫（1點），其折算應力尚應滿足下式要求：1.1—考慮最大折算應力只在局部出現的強度增大係數。§3－5焊接應力和焊接變形一、焊接殘餘應力的分類及其產生的原因

1、焊接殘餘應力的分類

A、縱向焊接殘餘應力—沿焊縫長度方向;B、橫向焊接殘餘應力—垂直於焊縫長度方向;C、沿厚度方向的焊接殘餘應力。

2、焊接殘餘應力產生的原因（1）縱向焊接殘餘應力

焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上產生不均勻的溫度場，焊縫處可達1600oC，而鄰近區域溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側溫度低、膨脹小的鋼材限制，產生熱態塑性壓縮，焊縫冷卻時被塑性壓縮的焊縫區趨向收縮，但受到兩側鋼材的限制而產生拉應力。對於低碳鋼和低合金鋼，該拉應力可以使鋼材達到屈服強度。焊接殘餘應力是無荷載的內應力，故在焊件內自相平衡，這必然在焊縫稍遠區產生壓應力。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++

（2）橫向焊接殘餘應力產生的原因:1、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢，導致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；2、焊接時已凝固的先焊焊縫，阻止後焊焊縫的橫向膨脹，產生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，後焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產生拉應力，而先焊焊縫產生壓應力，因應力自相平衡，更遠處焊縫則產生拉應力；應力分佈與施焊方向有關。

以上兩種應力的組合即為，橫向焊接殘餘應力。(a)焊縫縱向收縮時的變形趨勢-+-(b)焊縫縱向收縮時的橫向應力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時的橫向應力xy-+-+(d)焊縫橫向殘餘應力yx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產生的橫向殘餘應力:-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx（3）沿厚度方向的焊接殘餘應力

在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊，焊接時沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止後焊焊縫的膨脹，產生塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，後焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產生拉應力，而先焊焊縫產生壓應力，因應力自相平衡，更遠處焊縫則產生拉應力。因此，除了橫向和縱向焊接殘餘應力σx,σy

外，還存在沿厚度方向的焊接殘餘應力σz，這三種應力形成同號(受拉)三向應力，大大降低連接的塑性。-+-321σxσyσz二、焊接殘餘應力對結構性能的影響1、對結構靜力強度的影響f+--bfy+--bfyNyNy因焊接殘餘應力自相平衡，故：當板件全截面達到fy，即N=Ny時：結論：焊接殘餘應力對結構的靜力強度沒有影響。+--fyfbBt2、對結構剛度的影響A、當焊接殘餘應力存在時，因截面的bt部分拉應力已經達到fy

，故該部分剛度為零（屈服），這時在N作用下應變增量為：f+--bfyNN+--fyfNNbBt因為B-b<B，所以△ε1>△ε2。結論：焊接殘餘應力的存在增大了結構的變形，即降低了結構的剛度。B、當截面上沒有焊接殘餘應力時，在N作用下應變增量為：

另外，對於軸心受壓構件，焊接殘餘應力使其撓曲剛度減小，降低壓杆的穩定承載力（詳見第五章）。

對於厚板或交叉焊縫，將產生三向焊接殘餘拉應力，限制了其塑性的發展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。所以，降低或消除焊接殘餘應力是改善結構低溫冷脆性能的重要措施。3、對低溫冷脆的影響4、對疲勞強度的影響

在焊縫及其附近主體金屬焊接殘餘拉應力通常達到鋼材的屈服強度，此部位是形成和發展疲勞裂紋的敏感區域。因此焊接殘餘應力對結構的疲勞強度有明顯的不利影響。三、焊接變形

焊接變形包括：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。

單擊圖片播放單擊圖片播放單擊圖片播放單擊圖片播放單擊圖片播放單擊圖片播放單擊圖片播放單擊圖片播放四、減小焊接殘餘應力和焊接變形的措施（自學）1、設計上的措施；（1）焊接位置的合理安排（2）焊縫尺寸要適當（3）焊縫數量要少，且不宜過分集中（4）應儘量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5）應儘量避免母材在厚度方向的收縮應力2、加工工藝上的措施（1）採用合理的施焊順序（2）採用反變形處理（3）小尺寸焊件，應焊前預熱或焊後回火處理單擊圖片播放單擊圖片播放§3－6螺栓連接的構造一、螺栓的種類1.普通螺栓C級---粗制螺栓，性能等級為4.6或4.8級；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ類孔，孔徑(do)-栓杆直徑(d)＝1～3mm。A、B級---精製螺栓，性能等級為5.6或8.8級;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類孔，孔徑(do)-栓杆直徑(d)＝0.3～0.5mm。按其加工的精細程度和強度分為:A、B、C三個級別。2.高強度螺栓由45號、40B和20MnTiB鋼加工而成，並經過熱處理45號－8.8級；40B和20MnTiB－10.9級

（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓扭剪型高強度螺栓單擊圖片播放二、螺栓的排列1.並列—簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構件截面削弱大；B錯列A並列中距中距邊距邊距端距2.錯列—排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構件截面削弱小；

3.螺栓排列的要求（1）受力要求:

垂直受力方向：為了防止螺栓應力集中相互影響、截面削弱過多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不能太小；

順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，端距不能太小；

對於受壓構件：為防止連接板件發生鼓曲，中距不能太大。（2）構造要求；

螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。（3）施工要求

為了便於扳手擰緊螺母，螺栓中距應不小於3do。

根據以上要求，規範給定了螺栓的容許間距。三、螺栓連接的構造要求為了保證連接的可靠性，每個杆件的節點或拼接接頭一端不宜少於兩個永久螺栓，但組合構件的綴條除外；直接承受動荷載的普通螺栓連接應採用雙螺帽，或其他措施以防螺帽鬆動；C級螺栓宜用於沿杆軸方向的受拉連接，以下情況可用於抗剪連接：

1、承受靜載或間接動載的次要連接；

2、承受靜載的可拆卸結構連接；

3、臨時固定構件的安裝連接。型鋼構件拼接採用高強螺栓連接時，為保證接觸面緊密，應採用鋼板而不能採用型鋼作為拼接件；§3－7

普通螺栓連接計算一、螺栓連接的受力形式FNFA

只受剪力B

只受拉力C剪力和拉力共同作用

二、普通螺栓抗剪連接（一）工作性能和破壞形式

1.工作性能對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移δ和作用力N的關係曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段,即：

(1)摩擦傳力的彈性階段(0~1段)

直線段—連接處於彈性狀態；該階段較短—摩擦力較小。NδO1234NNabNN/2N/2(2)滑移階段(1~2段)

克服摩擦力後，板件間突然發生水準滑移，最大滑移量為栓孔和栓杆間的距離，表現在曲線上為水準段。NδO1234abNN/2N/2

(3)栓杆傳力的彈性階段(2~3段)

該階段主要靠栓杆與孔壁的接觸傳力。栓杆受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由於材料的彈性以及栓杆拉力增大所導致的板件間摩擦力的增大，N-δ關係以曲線狀態上升。

(4)彈塑性階段(3~4段)

達到‘3’後，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。

‘4’點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。NδO1234abNN/2N/2Nu2.破壞形式（1）螺栓杆被剪壞

栓杆較細而板件較厚時（2）孔壁的擠壓破壞

栓杆較粗而板件較薄時（3）板件被拉斷

截面削弱過多時

以上破壞形式予以計算解決。N/2NN/2NNNN（4）板件端部被剪壞(拉豁)

端矩過小時；端矩不應小於2dONN（5）栓杆彎曲破壞螺栓杆過長；栓杆長度不應大於5d這兩種破壞構造解決N/2NN/2（二）抗剪螺栓的單栓承載力設計值

由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取決於螺栓杆受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式決定:nv—剪切面數目；d—螺栓杆直徑；fvb、fcb—螺栓抗剪和承壓強度設計值；∑t—連接接頭一侧承压构件总厚度的较小值。單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：d剪切面數目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪連接計算1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算N/2Nl1N/2平均值螺栓的內力分佈

試驗證明,栓群在軸力作用下各個螺栓的內力沿栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。

當l1≤15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態後，內力重新分佈，各個螺栓內力趨於相同，故設計時假定N有各螺栓均擔。所以，連接所需螺栓數為：

當l1>15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態後，即使內力重新分佈,各個螺栓內力也難以均勻，端部螺栓首先破壞,然後依次破壞。由試驗可得連接的抗剪強度折減係數η與l1/d0的關係曲線。ECCS試驗曲線8.8級

M22我國規範1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長連接螺栓的內力分佈故，連接所需栓數：NNbtt1b1

普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應進行板件的淨截面驗算。拼接板的危險截面為2-2截面:A、螺栓採用並列排列時:主板的危險截面為1-1截面:1122NNtt1bc2c3c4c1B、螺栓採用錯列排列時:主板的危險截面為1--1和1’--1’截面:111’1’NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危險截面為2--2和2’--2’截面:222’2’2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算F作用下每個螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下連接按彈性設計，其假定為：

（1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；

（2）T作用下連接板件繞栓群形心轉動，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關係，方向與ri垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11

顯然，T作用下‘1’號螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得由式3-39得:由力的平衡條件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11將式3--40代入式3--38得:將N1T沿坐標軸分解得:由此可得螺栓1的強度驗算公式為:

另外,當螺栓佈置比較狹長(如y1≥3x1)時,可進行如下簡化計算：令:xi=0，則N1Ty=0（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能三、普通螺栓的抗拉連接

抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有脫開趨勢，螺栓杆受杆軸方向拉力作用，以栓杆被拉斷為其破壞形式。（二）單個普通螺栓的抗拉承載力設計值式中：Ae--螺栓的有效截面面積；

de--螺栓的有效直徑；

ftb--螺栓的抗拉強度設計值。dedndmd公式的兩點說明：（1）螺栓的有效截面面積

因栓杆上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是淨直徑dn，現行國家標準取：(2）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響

A、螺栓受拉時，一般是通過與螺杆垂直的板件傳遞，即螺杆並非軸心受拉，當連接板件發生變形時，螺栓有被撬開的趨勢（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加（撬力Q）並產生彎曲現象。連接件剛度越小撬力越大。試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規範採取簡化計算的方法，取ftb=0.8f（f—螺栓鋼材的抗拉強度設計值）來考慮其影響。單擊圖片播放B、在構造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來減小杠杆作用引起的撬力，如設加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。單擊圖片播放(三）普通螺栓群的軸拉設計

一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數為：N(四）普通螺栓群在彎炬作用下M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區y1y2y3N1N2N3N4中和軸M作用下螺栓連接按彈性設計，其假定為：

（1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；（2）螺栓群的中和軸位於最下排螺栓的形心處，各螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。顯然‘1’號螺栓在M作用下所受拉力最大由力學及假定可得：M刨平頂緊承托(板)M1234受壓區y1y2y3N1N2N3N4中和軸由式3--52得:將式3--54代入式3--53得:因此，設計時只要滿足下式，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連接，可採用偏於安全的設計方法，即疊加法。刨平頂緊承托(板)FeN1F1234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=F·e中和軸N4M四、普通螺栓拉、剪聯合作用011VeM=VeV因此：2、由試驗可知，兼受剪力和拉力的螺杆，其承載力無量綱關係曲線近似為一“四分之一圓”。1、普通螺栓在拉力和剪力的共同作用下，可能出現兩種破壞形式：螺杆受剪兼受拉破壞、孔壁的承壓破壞；3、計算時，假定剪力由螺栓群均勻承擔，拉力由受力情況確定。

規範規定：普通螺栓拉、剪聯合作用為了防止螺杆受剪兼受拉破壞，應滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：011ab

另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，當有承托承擔全部剪力時，螺栓群按受拉連接計算。