《钢结构设计：钢结构的连接》课件

钢结构的连接

钢结构的连接是钢结构的重要组成部分，钢结构的建造（制作和安装）工作量大部分都在连接上。连接设计的合理与否，关系到结构的使用性能、施工难易和造价等诸多方面。

§4-1钢结构的连接方法及其应用钢结构连接原则：安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便、节约钢材连接方法焊接连接、铆钉连接、螺栓连接、轻型钢结构用的紧固件连接a-焊缝连接；b-铆钉连接；c-螺栓连接;d-紧固件连接

§4-1钢结构的连接方法及其应用各种连接方法对比§4-1钢结构的连接方法及其应用电弧发热—局部溶化—冷却凝结———形成焊缝优点：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

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；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、焊缝连接§4-1钢结构的连接方法及其应用二、铆钉连接

构造复杂，费钢费工，现已很少采用；铆钉连接的塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，在一些重型和直接承受动力荷载的结构中，有时仍然采用。三、螺栓连接

1、普通螺栓连接A级、B级螺栓材料性能为8.8级

表示螺栓成品的抗拉强度下限值为800N/mm2

屈强比为0.8C级螺栓材料性能为4.6级或4.8级

表示螺栓成品的抗拉强度下限值为400N/mm2

屈强比为0.6或0.8§4-1钢结构的连接方法及其应用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,Ⅱ类孔较低低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普通螺栓对比分析§4-1钢结构的连接方法及其应用分类：按传力机理分摩擦型高强螺栓、承压型高强螺栓

两种螺栓构造、安装基本相同

摩擦型高强螺栓：只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则螺杆与螺孔之差1.5～2.0mm，变形小，承载力低，耐疲劳、抗动力荷载性能好承压型高强螺栓：允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则摩擦型高强螺栓的连接较承压型高强螺栓的。而承压型高强螺栓连接承载力高，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接

材料：一般采用优质碳素钢中的45号钢、40B钢，合金钢中的20MnTiB钢等，性能等级可达8.8级和10.9级

2、高强度螺栓连接§4-1钢结构的连接方法及其应用两类高强螺栓对比：摩擦型高强螺栓：螺杆与螺孔之差1.5～2.0mm剪切变形小，弹性性能号，施工较简单，可拆卸，耐疲劳、抗动力荷载性能好，承载力较承压型低特别适用于承受动力荷载的结构承压型高强螺栓：螺杆与螺孔之差1.0～1.5mm承载力高，连接紧凑，但抗剪变形大一般仅用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接（与普通螺栓类似）

§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级一、常用焊接方法钢结构中通常采用电弧焊

电弧焊又分为手工电弧焊、埋弧焊（自动或半自动）以及气体保护焊等§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级1、手工电弧焊

手工电弧焊示意图§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级优缺点：设备简单，操作灵活方便，适用于任意空间，工位复杂，形状复杂的焊缝焊接，特别适用于焊接短焊缝全手动，生产效率低，劳动强度大，焊接质量和焊工的精神状态与技术水平有很大关系焊条与焊剂：短焊条(350－400mm)：Q235—E43型；Q345—E50型；Q390与Q420—E55焊剂：附于焊条之药皮，保护电弧和溶化金属§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级2、埋弧焊（自动或半自动）

埋弧焊示意图§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级特点：焊丝不涂药皮，施焊端靠由焊剂漏头自动流下的颗粒状焊剂所覆盖电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接生产率高，工艺条件稳定，焊缝化学成分均匀，焊缝的质量好，质量均匀、塑性、韧性好，抗腐蚀性强，焊件变形小，减小了热影响区的范围装配精度（如间隙）要求比手工焊高

§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级3、气体保护焊利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质，保证了焊接过程的稳定性速度快，焊缝强度高于手工电弧焊，塑性、抗腐蚀性好

§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级二、焊缝连接形式及焊缝形式1、焊缝连接形式§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级2、焊缝形式按受力方向分：对接焊缝：正对接焊缝、斜对接焊缝角焊缝：正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级2、焊缝形式按长度方向的布置分：连续角焊缝：受力性能较好，主要的角焊缝形式间断角焊缝：容易引起应力集中只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中连续角焊缝间断角焊缝§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级2、焊缝形式按施缝位置分：

平焊横焊立焊仰焊§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级三、焊缝符号及标注方法焊缝代号由引出线、图形符号、辅助符号三部分组成§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级四、焊缝缺陷及焊缝质量等级1、焊缝缺陷焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷常见缺陷：§4-2焊接方法、焊缝形式和质量等级四、焊缝缺陷及焊缝质量等级2、焊缝质量等级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；

本章学习思考1、掌握结构的两类极限状态的含义；2、理解继续按状态设计表达式；3、了解钢结构的疲劳概念。

§4-3对接焊缝的构造与计算一、对接焊缝的构造对接焊缝（butt

welds）的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝（groove

welds）

§4-3对接焊缝的构造与计算一、对接焊缝的构造直边缝：适合板厚t

10mm单边V形：适合板厚t＝10～20mm双边V形：适合板厚t＝10～20mmU形：适合板厚t>20mmK形：适合板厚t>20mmX形：适合板厚t>20mm

§4-3对接焊缝的构造与计算变厚度板对接，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

变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：2.5的斜边，避免应力集中

起落弧处易有焊接缺陷，用引弧板，采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算每条焊缝长度应则减去2t（t为较薄焊件厚度）

一、对接焊缝的构造

§4-3对接焊缝的构造与计算二、对接焊缝的计算（一）焊透对接焊缝的计算影响对接焊缝强度的因素：所用钢材的牌号、焊条型号、焊缝质量等级对接焊缝强度：受压、受剪强度与母材强度相等一、二级焊缝抗拉强度与母材相等三级焊缝抗拉强度大约为母材强度的85％

§4-3对接焊缝的构造与计算（一）焊透对接焊缝的计算1、轴心受力作用时对接焊缝的计算

§4-3对接焊缝的构造与计算对接焊缝承受垂直于焊缝的轴心力作用时，计算公式如下：1、轴心受力作用时对接焊缝的计算4.1式中N——轴心拉力或轴心压力；

——焊缝的计算长度，当未采用引弧板时，取实际长度减去2t；

——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值，按教材P59表4.2选用。

§4-3对接焊缝的构造与计算斜对接焊缝的计算：当斜焊缝倾角θ≤56°，即tgθ≤1.5时，其强度不低于母材，不用计算

思考：为什么？

§4-3对接焊缝的构造与计算例1试验算图示钢板的对接焊缝的强度。图中a=540mm,t=22mm，轴心力的设计值为N=2500kN。钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧板

§4-3对接焊缝的构造与计算

§4-3对接焊缝的构造与计算2、弯矩和剪力作用时对接焊缝的计算

§4-3对接焊缝的构造与计算2、弯矩和剪力作用时对接焊缝的计算(1)矩形截面：如上图a，焊缝中的最大正应力和剪应力分别为：4.2式中——焊缝截面模量，对矩形截面；

——焊缝计算截面剪应力处以上部分对中和轴的面积矩；

——焊缝截面惯性矩；

——板厚；

——对接焊缝抗剪强度设计值，按教材P59表4.2选用。4.3

§4-3对接焊缝的构造与计算2、弯矩和剪力作用时对接焊缝的计算(1)工字形截面：如上图a，不仅需分别验算最大正应力和剪应力（式4.2、4.3），对腹板与翼缘的交接点处同时受有较大正应力和较大剪应力处，还验算该处折算应力：式中——腹板对接焊缝“1”点处的正应力，；

——腹板对接焊缝“1”点处的剪应力

；

——受拉翼缘对中和轴的面积矩；

——腹板厚度；

1.1——考虑最大折算应力只在焊缝的局部产生，因而将焊缝强度提高的系数。4.4

§4-3对接焊缝的构造与计算例2、教材P61例4.12、弯矩和剪力作用时对接焊缝的计算(1)工字形截面：（二）未焊透对接焊缝的计算未焊透的对接焊缝计算同角焊缝的计算（如下文)

§4-4角焊缝的构造与计算一、角焊缝的形式和强度焊缝有效厚度he=0.7hf为焊缝横截面的内接等腰三角形的最短距，即不考虑熔深和凸度焊缝焊脚尺寸hf角焊缝截面

§4-4角焊缝的构造与计算一、角焊缝的形式与构造1、角焊缝的形式侧面角焊缝：焊缝长度方向与受力方向平行正面角焊缝：焊缝长度方向与受力方向垂直斜焊缝：焊缝长度方向与受力方向成斜角按角焊缝长度方向与外力作用方向的关系分为：

§4-4角焊缝的构造与计算按截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝直角角焊缝斜角角焊缝1、角焊缝的形式

§4-4角焊缝的构造与计算2角焊缝的构造190

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算1、角焊缝应力状态与强度侧面角焊缝：焊缝长度方向与受力方向平行，主要承受剪应力，其特点为应力分布简单些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。弹模低强度低，但塑性较好正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向，其特点为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。破坏强度要高一些，但塑性差斜焊缝：受力性能和强度介于两者之间

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算假定：直角角焊缝的破坏常发生在喉部角焊缝的有效截面为焊缝有效厚度（喉部尺寸）与计算长度的乘积也即以45°方向的最小截面角焊缝有效截面上的应力2、角焊缝强度条件的基本表达式

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

根据上图应力分析，在焊缝有效截面上，由Nx引起的垂直于焊缝长度方向按有效截面计算的应力σf

为：

σf既非正应力，也非剪应力，故将σf

分解为垂直于焊缝有效截面的正应力和垂直于焊缝长度方向的剪应力：式4.5式4.6

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

此外，有Ny引起的平行于焊缝长度方向按有效截面计算的剪应力τ//

为：

在综合作用下，角焊缝处于复杂应力状态，按强度理论的折算应力公式，其破坏的强度条件为：式4.7式4.8

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

将式4.5、4.6、4.7代入式4.8，简化后可得：式4.9

式4.9是《钢结构设计规范》的角焊缝基本计算公式，可用于任何受力状态下角焊缝强度计算。

σf

——按焊缝有效截面计算垂直于焊缝长度方向的应力；

τf

——按焊缝有效截面计算沿焊缝长度方向的剪应力；

he

——角焊缝计算厚度，对直角角焊缝，he

=0.7hf

，hf

为焊脚尺寸；

lw

——角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减2hf

（每端减hf）；

ffw

——角焊缝强度设计值；

f

——正面角焊缝强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，f

=1.22，对直接承受动力荷载

f

=1.0。

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

3、轴心力作用时的角焊缝计算

（1）当力的作用方向与焊缝长度方向垂直时，相当于正面角焊缝，在式4.9中，令τf=0，式4.10

（2）当力的作用方向与焊缝长度方向平行时，相当于侧面角焊缝，在式4.9中，令σf=0，式4.11

（3）当力的作用方向与焊缝长度方向倾斜，或焊缝处于多个力综合作用时，可以采用力的分解与合成的方式进行简化，用4.9进行验算。（板书说明）

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

（4）当角钢采用角焊缝连接时a－两面侧焊b－三面围焊c－L形围焊

腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合（转角处必须连续施焊）

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

①当采用两边侧焊时，（图a）式4.12式4.13K1、

K2——角钢肢背和肢尖焊缝内力分配系数；（见下表）N1

、N2

——分别为角钢肢背和肢尖传递的内力；e——角钢形心距附表（见8、9）。

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

设计时也可近似取K1＝2/3，K2=1/3角钢角焊缝内力分配系数K

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

②当采用三面侧焊时，（图b）式4.14

先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3，正面角焊缝所分担的轴心力N3

式4.15式4.16

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

③当采用L型围焊时（图C），在式4.16中，令N2=0，可得：式4.17式4.18

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

式4.19式4.20

按上述方法求出焊缝分担的内力后，假定角钢肢背和肢尖的焊脚尺寸hf1和hf2

（对三面围焊宜假定hf1、hf2、hf3相等），按下式计算焊缝计算长度：

对L型围焊，可按下式4.21求出hf3

，然后使得hf1=hf3

，再由式4.19求出lw1.式4.21

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

例3

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。

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

解：角焊缝的焊脚尺寸hf应根据板件厚度按构造要求确定：

由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度t2=16mm＞6mm，t2＜t1，则：

取hf＝10mm，查表可得角焊缝强度设计值：ffw＝160N/mm2

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

(1)采用两面侧焊时：连接一侧四条焊缝总长度，按式（3.8）有：一条侧焊缝实际长度：

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

(2)采用菱形拼接盖板时：

设计时，一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算。拼接盖板尺寸如图所示，则各部分焊缝的承载力分别为：

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

例4试确定图中所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。已知角钢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。

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

解：焊缝强度设计值ffw＝160N/mm2。查表可得K1＝0.70，K2＝0.30；正面角焊缝长度等于相连角钢肢的宽度，即：lw3＝b＝125mm，则正面角焊缝所能承受的内力N3为：由式4.15知：

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

由式4.16计算肢尖焊缝承受的内力N2为：

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

例5教材P69例4.2例6教材P70例4.3

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

4、弯矩、剪力和轴心力共同作用时T型接头的角焊缝计算

如上图所示，一T型角焊缝连接接头在弯矩M、剪力V和轴向力N（对于单一通过焊缝形心的斜向力可分解为此三个等效力）共同作用下，图中焊缝端点A为危险点，在M和N产生的垂直于焊缝长度方向的应力为：AA

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

式4.21

由V产生的平行于焊缝长度方向均匀分布的应力为：式4.23

——角焊缝有效截面的截面模量和截面面积。式4.22

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

根据式4.9，A点焊缝在M、N、V共同作用下应满足：式4.24

若仅有M、V共同作用，则在上式中设σf

N

=0，式4.25

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

例7教材P72例4.4

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

对工字形梁角焊缝焊接接头的几点说明：为焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置焊缝假设腹板焊缝承受全部剪力，弯矩则由全部焊缝承受弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维1处翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力，翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件式4.26

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

工字形梁角焊缝焊接接头计算方法一：腹板焊缝承受弯曲应力和剪应力的联合作用：弯曲应力垂直于焊缝长度方向且沿梁高度呈三角形分布剪应力平行于焊缝长度方向且沿焊缝截面均匀分布设计控制点为翼缘焊缝与腹板焊缝2的交点处计算例题：同上教材例4.4

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

工字形梁角焊缝焊接接头计算方法二：假设腹板焊缝只承受剪力；翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为一对水平力H=M/h1

腹板焊缝2的端点应按下式验算强度：式4.27式4.28各位同学按此方法计算教材例4.4

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

5、扭矩、剪力和轴心力共同作用时搭接接头的角焊缝计算在扭矩T作用下，一般假定：（1）被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而角焊缝本身是弹性的；（2）角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。注意：弯、扭的区别分辨OOθ

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

按照上述假定，图示A、B点为最危险点。对A点，在扭矩T作用下，其应力为：式4.29式4.30

将分解为垂直于水平焊缝长度方向的分力和平行于水平焊缝长度方向的分力：式4.31

式中：IP——焊缝有效计算截面对形心的极惯性矩，IP=Ix+Iy，Ix、Iy为焊缝有效计算截面x轴和y轴的惯性矩；

rx、ry——焊缝角点到焊缝形心的坐标距离

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

在剪力V作用下产生的垂直于焊缝长度方向均匀分布的应力为：式4.32式4.33在轴心力N作用下产生的平行于焊缝长度方向均匀分布的应力为：

根据式4.9，A点焊缝在T、N、V共同作用下应满足：式4.34

§4-4角焊缝的构造与计算二、角焊缝的计算

例4.8教材P74例4.5

§4-6焊接残余应力与残余变形一、焊接残余应力和残余变形的成因

焊接残余应力简称焊接应力：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力

焊接应力是由于两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600

C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。焊接应力的分类：纵向焊接应力：沿焊缝长度方向；横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力；沿厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力

§4-6焊接残余应力与残余变形

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。如图：

§4-6焊接残余应力与残余变形二、焊接残余应力和残余变形的影响

对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，但刚度降低；由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；降低疲劳强度；降低压杆的稳定性（易产生初偏心、初弯矩）；使构件提前进入弹塑性工作阶段；

§4-6焊接残余应力与残余变形二、减少焊接残余应力和残余变形的方法

1、设计措施合理安排焊接位置焊缝尺寸要适当焊缝数量宜少，且不宜过分集中应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉采用适当的焊接程序，如分段焊、分层焊；尽可能采用对称焊缝，使其变形相反而抵消；施焊前使结构有一个和焊接变形相反的预变形；对于小构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力；

2、工艺措施P83图4.42图4.43P83图4.41

§4-8螺栓连接的构造与紧固一、螺栓的形式和规格螺栓形式（了解）规格：M16、M20、M22、M24、M27、M30（M22、M27不常用）二、螺栓及孔的图例教材P84表4.5

§4-8螺栓连接的构造与紧固三、螺栓的排列排列原则：简单紧凑、整齐划一、便于安装排列方式：错列、并列排列要求：受力要求：端距过小，易发生剪断或撕裂。受拉构件，中距太小，沿折线或直线破坏。受压构件，栓距过大，鼓曲或张口。构造要求：防止钢板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中矩最大值。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）

。螺栓排列容许距离参见P85-86表4.6-4.9

§4-8螺栓连接的构造与紧固四、螺栓的紧固方法和预拉力的控制普通螺栓：普通扳手紧固高强度螺栓：特殊紧固方式，需提供紧固预拉力P

紧固方式：扭矩法、转角法、扭断螺栓尾部法原理：利用螺栓材料转动力矩与转角（外力）的正比关系对螺栓施加一定的外力二达到螺栓所需的预拉力P。过程：初拧（普通拧紧）——终拧

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算一、受剪螺栓连接1、受力性能剪力螺栓受力后，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，螺杆开始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；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。受剪螺栓连接是靠栓杆受剪和孔壁承压传力

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算一、受剪螺栓连接2、破坏形式1）螺栓栓杆剪断：栓杆较细，钢板相对较厚（动画1）（动画2）

2）钢板孔壁挤压破坏：栓杆较粗，钢板相对较薄（动画）3）钢板拉断：钢板由于螺孔削弱而净截面拉断（动画）4）端部钢板冲剪破坏：钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏（动画）5）栓杆受弯破坏：螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏（动画）

后两种破坏分别靠构造保证：最小容许距离2d0和螺栓的夹紧长度为4~6倍（普通螺栓）或5~7倍（高强度螺栓）螺栓直径；前三种破坏靠计算保证。

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算一、受剪螺栓连接3、计算方法（1）单个螺栓的抗剪承载力1）抗剪承载力设计值——假定螺栓受剪面上的剪应力均匀分布，单个螺栓的抗剪承载力设计值为：式4.352）承压承载力设计值——假定挤压力沿栓杆直径投影面均匀分布，单个螺栓的承压承载力设计值为：式4.36（解释公式中各符号的含义，注意区别解释螺栓公称直径和有效直径）单个受剪螺栓的承载力设计值取和中的较小者。

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算一、受剪螺栓连接（2）螺栓群的受剪螺栓连接计算（按《钢结构设计规范》的规定，每一节点及接头一端永久性螺栓数目不宜少于两个，故螺栓连接一般均为螺栓群）1）螺栓群承受轴心力作用①确定螺栓数目每侧所需螺栓数目（按螺栓群每个螺栓平均受力计算）：式4.37若螺栓群沿受力方向的连接长度，则：式4.38式中，当时，当时，。注意：螺栓偏心受力，需增加螺栓数目的情况

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算②验算净截面强度一、受剪螺栓连接式4.39注意：净截面强度验算不利截面的选择，

P90图4.51例4.9P92例4.7例4.10P93例4.8

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算一、受剪螺栓连接2）螺栓群承受偏心力作用

如上图所示，将偏心力简化为等效作用扭矩T和轴心剪力V。在T作用下，假定：（1）被连接件是绝对刚性的，而螺栓本身是弹性的；（2）连接板件绕螺栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大小与该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线ri垂直。

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算一、受剪螺栓连接在扭矩T作用下，根据上述假定，有：根据平衡条件，并代入上式，有：所以：

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算一、受剪螺栓连接螺栓“1”离形心o最远，其受力最大，将上式分解，有：在轴心剪力V作用下可认为每个螺栓平均受力，即：在扭矩T和轴心剪力V共同作用，螺栓“1”所收合力应满足：式4.40

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算一、受剪螺栓连接当螺栓群为带状布置时，上式4.40可简化为：式4.41式4.42例4.11P95例4.9

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接1、受力性能和破坏形式受力性能：螺栓沿杆轴方向受拉。

破坏形式：栓杆被拉断。

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接注：——螺栓螺纹处的有效截面面积和有效直径。式4.432、计算方法（1）单个螺栓的受拉承载力设计值——假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均匀分布，单个螺栓的抗拉承载力设计值为：

——螺栓的抗拉强度设计值。注：我国规范将螺栓的抗拉强度设计值降低20%来简化考虑撬力影响，即:

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接式4.44（2）受拉螺栓群的受拉连接计算

1）螺栓群受轴心力作用时受拉螺栓的计算

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接2）螺栓群受弯矩作用时受拉螺栓的计算剪力V通过承托板传递按弹性设计法，弯矩作用下，离中和轴越远的螺栓所受拉力越大，而压力则由部分受压的端板承受，设中和轴至端板受压边缘的距离为c

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接式4.45近似地取中和轴位于最下排螺栓O处（偏安全），即认为连接变形为绕O处水平轴转动，螺栓拉力与O点算起的纵坐标y成正：

对高强度螺栓承压型连接，其强度条件为：强度条件为：式4.46

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接例4.12P98例4.11

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接3）螺栓群受偏心力作用时受拉螺栓的计算相当于承受轴心拉力N和弯知M=N•e的联合作用按弹性设计法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉两种情况

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接小偏心受拉：轴心拉力N由各螺栓均匀承受弯矩M则引起以螺栓群形心O为中和轴的三角形内力分布（上部螺栓受拉，下部螺栓受压）叠加后，所有螺栓均承受拉力作用计算公式如下（yi均自O点算起）：

式4.48式4.47注：式4.48为公式4.47的适用条件，即:按照式4.48判别大小偏心

§4-9普通螺栓连接及高强度螺栓承压性连接的计算二、受拉螺栓连接大偏心受拉：偏心距e较大，即e＞ρ＝∑yi/(ny1)

端板底部将出现受压区近似取中和轴位于最下排螺栓o‘处