(鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理)第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接.ppt

1、鋼結(jié)構(gòu)的連接,焊縫連接,螺栓連接,鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,連接的方式-焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接,連接的原則 安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材,鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際連接圖片,鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,焊縫連接,焊縫連接,20世紀(jì)初開(kāi)始在工程結(jié)構(gòu)上較廣泛應(yīng)用。焊接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一,構(gòu)造簡(jiǎn)單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連； *用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面； *制作加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作； *連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好,優(yōu)點(diǎn),焊縫連接,缺點(diǎn),焊縫附近有熱影響區(qū)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆； * 焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞、降低

2、壓桿穩(wěn)定的臨界荷載，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化； * 焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴(kuò)展到整體； * 低溫冷脆問(wèn)題較為突出； * 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的疲勞、穩(wěn)定有不利影響； * 較多地依賴焊工的技能水平,焊縫連接,鉚釘連接,19世紀(jì)2030年代出現(xiàn)鉚釘連接。把鉚釘加熱到10001500，用鉚釘槍鉚合,塑性和韌性較好； *傳力可靠，質(zhì)量易于檢查和保證； *可用于承受動(dòng)載的重型結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn),工藝復(fù)雜，噪音大，勞動(dòng)條件差，用鋼量大； *現(xiàn)已很少采用,缺點(diǎn),鉚釘連接,栓釘連接,栓釘將鋼板與混凝土板連接起來(lái)； *栓釘承受剪力,栓（焊）釘連接,射釘、自攻螺釘、新型鉚釘連接,用于薄壁構(gòu)件（壓型鋼板屋面板、墻板與梁、柱）

3、連接； *釘承受剪力,射釘、自攻螺釘、新型鉚釘連接,螺栓連接,1）C級(jí)螺栓連接：用圓鋼制成，桿身粗糙，尺寸不很準(zhǔn)確。主要用于受拉連接和安裝螺栓。 2）A、B級(jí)螺栓連接：螺桿機(jī)加工制成，尺寸準(zhǔn)確，孔加工精度高。制造安裝費(fèi)工。A級(jí)：d24mm，l150mmh 和10d，B級(jí)：d24mm，l150mmh 和10d,普通螺栓連接,普通螺栓連接,普通螺栓連接,高強(qiáng)螺栓連接,20世紀(jì)中鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)始采用。高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度鋼材并經(jīng)熱處理制成。擰緊螺栓使板件接觸面產(chǎn)生很大摩擦力，依靠摩擦力傳力。連接緊密，耐疲勞，承受動(dòng)載可靠。是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一,高強(qiáng)螺栓連接,高強(qiáng)螺栓連接,高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)螺桿和

4、配套螺母的合稱,由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過(guò)熱處理加工而成,45號(hào)8.8級(jí)；40B和20MnTiB10.9級(jí),a）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓,高強(qiáng)螺栓連接比較,高強(qiáng)螺栓連接,高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較,高強(qiáng)螺栓連接優(yōu)缺點(diǎn),高強(qiáng)螺栓連接,安裝方便，便于拆卸，對(duì)安裝工的要求高； *摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接動(dòng)力性能好； *耐疲勞，易阻止裂紋擴(kuò)展,優(yōu)點(diǎn),需要在板件上開(kāi)孔和拼裝時(shí)對(duì)孔，制造工作量大； *螺栓孔還使構(gòu)件截面削弱； *被連接的板件需要相互搭接或另加拼接板，比焊接連接多費(fèi)鋼材,缺點(diǎn),螺栓連接,鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法,高強(qiáng)螺栓連接優(yōu)缺點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法,電弧焊 埋弧焊 電

5、渣焊 氣體保護(hù)焊 電阻焊,手工電弧焊,熔化焊,手工電弧焊,原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫,手工電弧焊,優(yōu)點(diǎn)：方便，適用于任意空間位置的焊接，特別適用于在高空和野外作業(yè)，小型焊接,缺點(diǎn) 質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低,手工電弧焊,手工電弧焊,手工電弧焊,焊條的選擇 焊條應(yīng)與焊件鋼材（主體金屬）相適應(yīng),Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500-E5518,Q345鋼選擇E50型焊條 (E5001-E5048,Q235鋼選擇E43型焊條（E4300-E4328,焊條的表示方法,E焊條(Electrode,第1、2位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度（kgf/mm2

6、,第3、4表示適用焊接位置、電流及藥皮的類型,不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條,埋弧焊,手工電弧焊,電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法,機(jī)器,優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊接質(zhì)量好。 缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限,焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強(qiáng)度,埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng),電渣焊,電渣焊,電渣焊,電渣焊常用于箱形梁、柱內(nèi)部的橫隔板焊接,氣體保護(hù)焊,電渣焊,氣體保護(hù)焊,利用焊槍噴出的CO2或其他惰性氣體代替焊劑的電弧溶焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍形成保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入,優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有熔渣，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。目前工廠很常用的焊接方法。 缺點(diǎn)：施工條件受限制

7、，不適用于在風(fēng)較大的地方施焊,電阻焊,電阻焊,焊縫類型,焊縫類型,按被連接構(gòu)件間的相對(duì)位置分為對(duì)接、搭接 、T形連接和角接四種。 按構(gòu)造分:對(duì)接焊縫、角焊縫。 按工作性質(zhì)分：強(qiáng)度焊縫（只作為傳遞內(nèi)力）、密強(qiáng)焊縫（除傳遞內(nèi)力外，還須保證不使氣體或液體滲漏）。 按施焊位置分：俯焊(平焊)、立焊、橫焊和仰焊。應(yīng)盡量避免采用仰焊焊縫,焊縫連接形式,焊縫形式,對(duì)接焊縫連接形式,對(duì)接焊縫按受力與焊縫方向分： 1）正對(duì)接焊縫(a)：作用力方向與焊縫方向正交。 2）斜對(duì)接焊縫(b)：作用力方向與焊縫方向斜交,焊縫形式,角焊縫連接形式,角焊縫按受力與焊縫方向分： 1）正面角焊縫(c) ：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向

8、垂直。 2）側(cè)面角焊縫(c) ：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向平行。 3）斜焊縫（c）：作用力方向與焊縫方向斜交,角焊縫形式,角焊縫連接形式,角焊縫沿長(zhǎng)度方向的布置,1）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。 2）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，不重要或受力小的構(gòu)件可采用,焊縫的施工位置,角焊縫形式,焊縫的施工位置,平焊 立焊 橫焊 仰焊,焊縫的特點(diǎn),焊縫特點(diǎn),焊縫缺陷,焊縫缺陷指焊接過(guò)程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷,焊縫缺陷,焊縫質(zhì)量檢驗(yàn),焊縫質(zhì)量檢驗(yàn),外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸； 內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)：檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。（超聲波檢驗(yàn)、X射線或g射線透照或拍片,焊

9、縫質(zhì)量等級(jí)及選用,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）中，對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定,1） 需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。平行于作用力方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級(jí),2） 在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的受拉對(duì)接焊縫應(yīng)不低于二級(jí)；受壓時(shí)宜為二級(jí),3） 重級(jí)工作制和起重量50t的中級(jí)工作制吊車梁的腹板與上 翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的形接頭焊透的 對(duì)接與角接組合焊縫，質(zhì)量不應(yīng)低于二級(jí),4） 角焊縫質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，但對(duì)直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量Q50t的中級(jí)工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)

10、符合二級(jí),焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用,焊縫代號(hào),焊縫代號(hào),對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求,對(duì)接焊縫的坡口形式,對(duì)接焊縫的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊縫。坡口形式與焊件厚度有關(guān),對(duì)接焊縫的坡口形式,a）直邊縫：適合板厚t 10mm b）單邊V形、c）雙邊V形：適合板厚t 1020mm d）U形、e）K形、f）X形：適合板厚t 20mm,對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求,對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求,對(duì)接焊縫的構(gòu)造處理,對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求,1）為防止熔化金屬流淌必要時(shí)可在坡口下加墊板,2）在焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時(shí)可設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它們割除,對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求,3）在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件

11、的寬度不同或厚度相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面過(guò)渡和緩，減小應(yīng)力集中,對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求,對(duì)接焊縫的強(qiáng)度,1）受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等。 2）一、二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等。 3）三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%。 4）采用一般的材料力學(xué)、彈性力學(xué)計(jì)算公式,對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求,軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,3-1a,lw焊縫計(jì)算長(zhǎng)度， t連接件的較小厚度，對(duì)T形接頭為腹板的厚度 ; ftw、fcw對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（P9表1-4,1）對(duì)lw的取值：考慮

12、到起落弧缺陷的影響，無(wú)引弧板時(shí)，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；有引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度,2）在一般加引弧板施焊的情況下，所有受壓、受剪的對(duì)接焊縫以及受拉的一、二級(jí)焊縫，均與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算,3）直對(duì)接焊縫需要計(jì)算焊縫強(qiáng)度的只有兩種情況：a)沒(méi)有引弧板時(shí)需要計(jì)算。b)受拉情況下的三級(jí)焊縫,軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)接焊縫斜向受力是指作用力通過(guò)焊縫重心，并與焊縫長(zhǎng)度方向呈夾角，其計(jì)算公式為,lw斜焊縫計(jì)算長(zhǎng)度。加引弧板時(shí)，lwb/sinq；不加引弧板時(shí)，lwb/sinq2t。 fvw對(duì)接焊縫抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。（P9表1-4,規(guī)范規(guī)定，當(dāng)斜焊縫傾角q56.3，即tanq

13、1.5時(shí)，可認(rèn)為對(duì)接斜焊縫與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算,斜向受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,水工鋼結(jié)構(gòu)軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,按容許應(yīng)力法計(jì)算水工鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，其計(jì)算公式為,N 按荷載標(biāo)準(zhǔn)值得出的軸心拉力或壓力； twcw對(duì)接焊縫抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。（P12表1-9,水工鋼結(jié)構(gòu)軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,彎矩和剪力作用的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,以后按容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，只需要將相應(yīng)公式里的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值改用相應(yīng)的容許應(yīng)力，荷載效應(yīng)N、V、M是按荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得,焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件,彎矩和剪力共同作用下的對(duì)接焊縫,彎矩和剪力作用

14、對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,彎矩和剪力作用的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件,3-3,M焊縫承受的彎矩； Ww焊縫截面模量,V焊縫承受的剪力； Iw焊縫計(jì)算截面慣性矩； Sw計(jì)算剪應(yīng)力處以上（或以下）焊縫計(jì)算截面對(duì)中和軸的面積矩,彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,彎矩和剪力作用的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,3-2,對(duì)于工字形或T形截面除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力與最大剪應(yīng)力外，還應(yīng)驗(yàn)算腹板與翼緣交接處的折算應(yīng)力,3-4,式中 : 1、1為腹板與翼緣交接處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。 1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)，而

15、將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高系數(shù),彎矩和剪力聯(lián)合作用下的對(duì)接焊縫,工字形截面梁在彎曲時(shí)，彎曲正應(yīng)力主要由上、下翼緣承擔(dān)，剪應(yīng)力主要由腹板承擔(dān)，這使得截面上各處的材料能達(dá)到充分的利用,彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,軸力、彎矩和剪力作用的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,軸力、彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,牛腿處對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,軸力、彎矩和剪力聯(lián)合作用下的對(duì)接焊縫,軸力和彎矩作用下對(duì)接焊縫產(chǎn)生正應(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生剪應(yīng)力，其計(jì)算公式為,3-5,3-6,同樣對(duì)于工字形、箱形截面，還要計(jì)算腹板與翼緣交界處的折算應(yīng)力，其公式為,3-7,式中,軸力、彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,角焊縫的形式和強(qiáng)度,角焊縫按截面

16、形式（兩焊腳邊的夾角）可分為直角角焊縫和斜角角焊縫,1、直角角焊縫,角焊縫的形式和強(qiáng)度,角焊縫的形式和強(qiáng)度,hf焊腳尺寸； he有效厚度（破壞面上焊縫厚度）并有，he hfcos45=0.7hf,理論焊縫截面,2、斜角角焊縫 兩焊邊的夾角a90或a90的焊縫。通常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中,焊腳邊的夾角； he有效厚度（破壞面上焊縫厚度） 并有， he hfcos/2,對(duì)于135o或60o斜角角焊縫,除鋼管結(jié)構(gòu)外,不宜用作受力焊縫,角焊縫的形式和強(qiáng)度,角焊縫的破壞形式,側(cè)面角焊縫的破壞形式,正面角焊縫的破壞形式,正面角焊縫的破壞形式,角焊縫的受力特性,角焊縫荷載與變形關(guān)系,斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度介

17、于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間,正面角焊縫的破壞強(qiáng)度比側(cè)面角焊縫高,q為試驗(yàn)焊縫與試件水平方向的夾角,角焊縫的受力特性,角焊縫的計(jì)算模型,角焊縫的計(jì)算模型,角焊縫的構(gòu)造,面積,為了保證焊縫的最小承載能力以及防止焊縫由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開(kāi)裂，hf,min應(yīng)滿足以下要求,最小焊腳尺寸(hf,min,角焊縫的焊腳尺寸,自動(dòng)焊（溫度高而均勻,手工焊角焊縫,t較厚焊件的厚度,焊件厚度t4mm時(shí)：取hfmin= t,T形連接單面角焊縫（冷卻快,角焊縫的焊腳尺寸,最大焊腳尺寸(hfmax,對(duì)板件（厚度t ）邊緣的角焊縫（貼邊焊） 當(dāng)t6mm時(shí)，hfmaxt ； 當(dāng)t6mm時(shí)，hfmaxt -

18、 (12)mm,為了避免焊縫局部過(guò)熱，燒穿較薄的焊件，減小焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，hf,max應(yīng)滿足以下要求,直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)的尺寸不宜大于支管壁厚的2倍,對(duì)于圓孔或槽孔內(nèi)的角焊縫尺寸不宜大于圓孔直徑或槽孔短徑的1/3,角焊縫的焊腳尺寸,角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度,角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度（lw）取值lwminlw lwmax,焊腳尺寸的取值 hfmin hf hfmax,最小計(jì)算長(zhǎng)度（lwmin,為了使焊縫能有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度均不得小于：lwmin8hf 和40mm,考慮到焊縫兩端的缺陷，其實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hf,lwmax60hf 若計(jì)算長(zhǎng)度超過(guò)以上數(shù)值

19、，則超過(guò)部分不納入計(jì)算長(zhǎng)度中。若內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度不受此限制,側(cè)焊縫最大計(jì)算長(zhǎng)度（lwmax,角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度,減少角焊縫應(yīng)力集中的措施,側(cè)焊縫引起焊件拱曲,為了避免焊縫橫向收縮引起板件的拱曲太大，b16t（t 12mm）或200mm（t12mm,構(gòu)件端部?jī)H有兩邊側(cè)縫連接時(shí),試驗(yàn)結(jié)果表明，連接的承載力與b / lw有關(guān)。為了避免應(yīng)力傳遞的過(guò)分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，每條側(cè)縫長(zhǎng)度b / lw 1,b為兩側(cè)縫之間的距離； lw為焊縫長(zhǎng)度； t為較薄焊件的厚度,減小角焊縫應(yīng)力集中的措施,減少角焊縫應(yīng)力集中的措施,3、直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例

20、：正面角焊縫宜為1:1.5，長(zhǎng)邊與內(nèi)力方向一致 ；側(cè)面角焊縫可用直角焊縫為1:1,2、僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍或25mm,4、當(dāng)焊縫端部在焊件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)將焊縫延續(xù)繞過(guò)轉(zhuǎn)角加焊2hf。避開(kāi)起落弧發(fā)生在轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中,減小角焊縫應(yīng)力集中的措施,減少角焊縫應(yīng)力集中的措施,5、在次要構(gòu)件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫的長(zhǎng)度不得小于10hf 或50mm，斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應(yīng)大于15t（對(duì)受壓構(gòu)件）或30t（對(duì)受拉構(gòu)件），t為較薄焊件的厚度。以防板件局部凸曲鼓起，而對(duì)受力不利或潮氣易于侵入而引起銹蝕,斷續(xù)角焊縫,減小角焊縫應(yīng)力集中的措施,直角

21、焊縫的破壞面,角焊縫有效截面上的應(yīng)力,在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個(gè)應(yīng)力： 正應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面外垂直） 剪應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面內(nèi)平行） 剪應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面內(nèi)垂直,直角焊縫有效截面上的應(yīng)力狀態(tài),3-8,ffw角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（見(jiàn)P9表1-4），把它看作是剪切強(qiáng)度,我國(guó)規(guī)范采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項(xiàng)系數(shù)后得角焊縫計(jì)算公式為,直角焊縫強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算公式,如圖所示承受互相垂直的Nx、 Ny、Nz軸心力作用的直角角焊縫， Nx產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向平均應(yīng)力fx， Ny產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向平均應(yīng)力fy， Nz平行于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力fz,直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式

22、,Nx作用下應(yīng)力,D,如圖所示承受互相垂直的Nx、 Ny、Nz軸心力作用的直角角焊縫， Nx產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向平均應(yīng)力fx， Ny產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向平均應(yīng)力fy， Nz平行于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力fz,直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式,Nx作用下應(yīng)力,Ny,D,Nx,Nx產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力fx，其在有效截面上引起的應(yīng)力值為,fx對(duì)于有效截面既不是正應(yīng)力也不是剪應(yīng)力，但可分解為 和,直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式,Ny作用下應(yīng)力,Ny,Nx,Ny產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力fy，其在有效截面上引起的應(yīng)力值為,fy對(duì)于有效截面既不是正應(yīng)力也不是剪應(yīng)力，但可分解為 和,直角焊縫強(qiáng)度

23、實(shí)用計(jì)算公式,Nz作用下應(yīng)力,Ny,Nx,沿焊縫長(zhǎng)度方向的力Nz，在有效截面上引起平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力 fz,直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式,破壞面上應(yīng)力疊加,D,3-8,直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式,直角焊縫強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算公式,Ny,Nx,則直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計(jì)算公式為,3-8,3-9,直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式,特殊情況下直角焊縫強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算公式,正面角焊縫 f0，力N與焊縫長(zhǎng)度方向垂直,側(cè)面角焊縫 f0，力N與焊縫長(zhǎng)度方向平行,3-11,3-10,直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式,斜向角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算,f 正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。靜載時(shí) f 1.22，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，

24、 f 1.0,垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的分力Nsin 平行于焊縫長(zhǎng)度方向的分力Ncos,外力N和焊縫長(zhǎng)度方向斜交,代入（3-9），得焊縫計(jì)算公式,斜向角焊縫,3-13,軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式,軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過(guò)連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的,用蓋板的對(duì)接連接,僅采用側(cè)面角焊縫連接,Slw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和,軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,3-10,軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過(guò)連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的,用蓋板的對(duì)接連接,僅采用正面角焊

25、縫連接,Slw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和,3-11,軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,采用三面圍焊菱形拼接板連接,為了使傳力線平緩過(guò)渡，減小矩形拼接板轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，可改為菱形拼接板，菱形拼接板的正面角焊縫的長(zhǎng)度較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可不考慮應(yīng)力方向，按下式計(jì)算,Slw角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和,軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,采用三面圍焊矩形拼接板連接,先計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力,Slw連接一側(cè)的正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和,再計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度,Slw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和,軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,承受軸心力的角鋼端部連接,在鋼桁架中

26、，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫常用兩面?zhèn)群?，或三面圍焊，特殊情況也允許采用L形圍焊（如圖所示）。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合,桁架腹桿節(jié)點(diǎn)板的連接,軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,用側(cè)面焊縫連接,解上式得肢背和肢尖的受力為,3-16a,3-16b,在N1、N2作用下，側(cè)縫的計(jì)算長(zhǎng)度為,肢背,肢尖,K1角鋼肢背焊縫的內(nèi)力分配系數(shù) K2角鋼肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù),軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K（和圖3-22一致,軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,軸心力（

27、拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,角鋼用三面圍焊時(shí)，可減小角鋼的搭接長(zhǎng)度。可先假定正面角焊縫的焊腳尺寸hf3 ，并算出它所能承受的內(nèi)力N3,3-17a,通過(guò)平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為,3-17b,角鋼角焊縫圍焊的計(jì)算,N,N1,N2,e,b,N3,lw2,lw1,在N1、N2作用下，側(cè)焊縫的長(zhǎng)度用公式同前面,軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,當(dāng)采用L形圍焊時(shí)，令N20，得,L形圍焊角焊縫計(jì)算公式為,若求出得hf3大于hfmax ,則不能采用L形圍焊,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算,角鋼角焊縫L圍焊的計(jì)算,N,N1,N2,e,b,N3,lw1,軸心力（拉、壓和剪力

28、）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算,受彎矩M 、剪力V 、軸力N 聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算,由軸心拉力Nx產(chǎn)生的應(yīng)力,由彎矩M產(chǎn)生的最大應(yīng)力,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算,A點(diǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力,A點(diǎn)控制應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn),A點(diǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力由兩部分組成：軸心拉力Nx和彎矩M產(chǎn)生的正應(yīng)力。直接疊加得,代入角焊縫實(shí)用計(jì)算公式（3-13,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算,三面圍焊受扭矩、剪力和軸力聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算,承受偏心力的三面圍焊,將F向焊縫群形心簡(jiǎn)化得: 軸心力 VF扭矩 T=Fe,故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為A點(diǎn)和A點(diǎn),計(jì)算時(shí)按彈性理論假定: 被連接件絕對(duì)剛性，它有繞焊

29、縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而焊縫本身為彈性。 扭距在角焊縫群上產(chǎn)生的任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長(zhǎng)度r成正比。 在軸心力V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算,N,T作用下A點(diǎn)應(yīng)力,Ip為焊縫計(jì)算截面對(duì)形心的極慣性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy焊縫計(jì)算截面對(duì)x、y軸的慣性矩； xmax、ymax為焊縫形心到焊縫驗(yàn)算點(diǎn)在x、y方向的距離,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算,V作用下A點(diǎn)應(yīng)力,N作用下A點(diǎn)應(yīng)力,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算,A點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為: vy， Ty，

30、平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為: Nx, Tx,強(qiáng)度驗(yàn)算公式,3-21,焊接殘余應(yīng)力的分類,復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算,焊接殘余應(yīng)力的分類,縱向焊接應(yīng)力：長(zhǎng)度方向的應(yīng)力 橫向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力 ； 厚度方向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力,焊接殘余應(yīng)力的成因,焊接殘余應(yīng)力的成因,1) 焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻過(guò)程，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫處可達(dá)1600oC，而鄰近區(qū)域溫度驟降,縱向焊接殘余應(yīng)力,2) 高溫鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度低、膨脹小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時(shí)被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側(cè)鋼材的限制而產(chǎn)生拉

31、應(yīng)力。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，該拉應(yīng)力可以使鋼材達(dá)到屈服強(qiáng)度,焊接殘余應(yīng)力的成因,3) 焊接殘余應(yīng)力是無(wú)荷載的內(nèi)應(yīng)力，故在焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力,焊接殘余應(yīng)力的成因,焊接殘余應(yīng)力的成因,橫向焊接殘余應(yīng)力,1) 焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢(shì)，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓,焊接殘余應(yīng)力的成因,焊接殘余應(yīng)力的成因,橫向焊接殘余應(yīng)力,2) 焊接時(shí)已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力；應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān),焊接殘余應(yīng)力

32、的成因,焊接殘余應(yīng)力的成因,不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時(shí)產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力,焊接殘余應(yīng)力的成因,焊接殘余應(yīng)力的成因,沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力,1) 在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊,2) 焊接時(shí)沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力,3) 因此，除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力x ，y外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力z ，這三種應(yīng)力形成同號(hào)(受拉)三向應(yīng)力，大大降低連接的塑性,焊接殘余變形的產(chǎn)生,焊接殘余應(yīng)力的成因,在施焊時(shí)，由于不均勻的加熱和冷卻

33、，焊區(qū)的縱向和橫向受到熱態(tài)塑性壓縮，使構(gòu)件產(chǎn)生變形。表現(xiàn)主要有：縱向收縮和橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等,焊接殘余變形,焊接殘余變形的產(chǎn)生,焊接殘余應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響,對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響,因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故,當(dāng)板件全截面達(dá)到fy，即N=Ny時(shí),焊接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響,焊接殘余應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響,對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響,當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，因截面的bt部分拉應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到fy ，故該部分剛度為零（屈服），這時(shí)在N作用下應(yīng)變?cè)隽繛?1 2,當(dāng)截面上沒(méi)有焊接殘余應(yīng)力時(shí)，在N作用下應(yīng)變?cè)隽繛?結(jié)論：焊接殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)變形增大，即降低了結(jié)構(gòu)的剛度,焊

34、接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響,低溫冷脆的影響,低溫冷脆的影響,對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響,對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力，阻礙塑性的發(fā)展，使裂縫容易發(fā)生和發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。所以，降低或消除焊接殘余應(yīng)力是改善結(jié)構(gòu)低溫冷脆性能的重要措施,在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感區(qū)域。因此焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響,對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力使其撓曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力,對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響,焊接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響,焊接殘余應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能總的影響,常溫下不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度； 增

35、大結(jié)構(gòu)的變形，降低結(jié)構(gòu)的剛度； 降低疲勞強(qiáng)度； 在厚板或交叉焊縫處產(chǎn)生三向應(yīng)力狀態(tài)，阻礙了塑性變形，在低溫下使裂紋易發(fā)生和發(fā)展； 降低壓桿的穩(wěn)定性,焊接變形的影響,焊接變形若超出驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定，需花許多工時(shí)去矯正； 影響構(gòu)件的尺寸和外形美觀，還可能降低結(jié)構(gòu)的承載 力，引起事故,焊接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響,焊接應(yīng)力的影響,減少影響的措施,1）采用合理的施焊順序和方向 （2）采用反變形法減小焊接變形或焊接應(yīng)力 （3）錘擊或碾壓焊縫使焊縫得到延伸 （4）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理,合理的焊縫設(shè)計(jì),1）合理的選擇焊縫的尺寸和形式 （2）盡可能減少不必要的焊縫 （3）合理的安排焊縫的位置

36、 （4）盡量避免焊縫的過(guò)分集中和交叉 （5）盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力,合理的工藝措施,減少焊接應(yīng)力和變形的措施,焊縫問(wèn)題解法,焊縫問(wèn)題解法,驗(yàn)算型問(wèn)題,1）已知尺寸和荷載情況，問(wèn)是否滿足設(shè)計(jì)要求。 （2）解法 驗(yàn)算是否滿足構(gòu)造條件； 將荷載向焊縫形心簡(jiǎn)化，分析焊縫受力性質(zhì)，確定受力最大點(diǎn)； 按相應(yīng)公式驗(yàn)算,焊縫設(shè)計(jì)型問(wèn)題解法,1）特點(diǎn) 已知荷載和連接構(gòu)造情況，需完成連接設(shè)計(jì)。 （2）解法 確定連接方式和焊縫布置及受力最大點(diǎn)位置； 依構(gòu)造條件初選hf，按相應(yīng)公式求lw?；蛘咭绬?wèn)題定出lw，按相應(yīng)公式求hf。 根據(jù)求出的hf 或lw ，調(diào)整確定hf和lw的設(shè)計(jì)采用值。 驗(yàn)算hf或lw是否滿

37、足構(gòu)造條件。若不滿足，重選hf，重復(fù)上述過(guò)程，直到滿足為止,設(shè)計(jì)型問(wèn)題,焊縫問(wèn)題解法,普通螺栓的種類和特性,普通螺栓的種類和特性,普通螺栓的排列,普通螺栓的排列,螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。排列的方式有并列排列和錯(cuò)列排列兩種,螺栓的排列方式,并列比較簡(jiǎn)單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對(duì)構(gòu)件截面的削弱較大；錯(cuò)列可以減小螺栓孔對(duì)截面的削弱，但螺栓錯(cuò)排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大,普通螺栓的構(gòu)造要求,因此規(guī)范從受力的角度規(guī)定了最大和最小容許間距,普通螺栓的構(gòu)造要求,普通螺栓的構(gòu)造要求,c）最大容許間距 若栓距及線距過(guò)大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易

38、侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。規(guī)范規(guī)定了螺栓的最大容許間距,d）最小容許間距 要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動(dòng)扳手，擰緊螺母。因此規(guī)范規(guī)定了螺栓的最小容許間距,普通螺栓的構(gòu)造要求,普通螺栓的構(gòu)造要求,根據(jù)規(guī)范規(guī)定的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時(shí)宜按最小容許間距取用，且宜取5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸。最大容許間距一般只在起連系作用的構(gòu)造連接中采用,普通螺栓的構(gòu)造要求,普通螺栓的其它構(gòu)造要求,為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于兩個(gè)永久螺栓,直接承受動(dòng)荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動(dòng),C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：

39、 承受靜載或間接動(dòng)載的次要連接； 承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接； 臨時(shí)固定構(gòu)件的安裝連接,型鋼構(gòu)件拼接采用高強(qiáng)螺栓連接時(shí)，為保證接觸面緊密，應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件,普通螺栓的其它構(gòu)造要求,普通螺栓連接的分類,普通螺栓連接的分類,螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力，受剪力和拉力的共同作用,A 只受剪力,B 只受拉力,C 剪力和拉力共同作用,剪力螺栓的破壞形式,剪力螺栓的破壞形式,a）螺栓剪斷（動(dòng)畫） b）鋼板孔壁擠壓破壞（動(dòng)畫） c）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷（動(dòng)畫） d）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞（動(dòng)畫） e）螺桿因太長(zhǎng)或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞（動(dòng)畫） f）

40、螺栓雙剪破壞 （動(dòng)畫,剪力螺栓的破壞發(fā)生原因,剪力螺栓的破壞發(fā)生原因,a）螺栓剪斷-螺栓直徑太小而鋼板較厚時(shí)發(fā)生 b）孔壁擠壓破壞-螺栓直徑太大而鋼板較薄時(shí)發(fā)生 c）鋼板拉斷-鋼板順螺孔削弱過(guò)多可能發(fā)生 d）端部鋼板剪斷-順受力方向的端距過(guò)小時(shí)發(fā)生的 e）螺桿受彎破壞-螺栓過(guò)長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的,受剪螺栓連接受力性能,對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn),即可得到板件上a、b兩點(diǎn)相對(duì)位移和作用力N的關(guān)系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段,受剪螺栓連接受力性能,1) 摩擦傳力的彈性階段(01段) 直線段連接處于彈性狀態(tài)； 該階段較短摩擦力較小,2) 滑移階段(12段) 克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移

41、，最大滑移量為栓孔和栓桿間的間隙，表現(xiàn)在曲線上為水平段,受剪螺栓連接受力性能,3) 栓桿傳力的彈性階段(23段) 該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導(dǎo)致的板件間摩擦力的增大，N-關(guān)系以曲線狀態(tài)上升,4) 彈塑性階段(34段) 達(dá)到3后，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(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu,受剪螺栓連接受力性能,單個(gè)普通螺栓受剪計(jì)算,單栓抗剪承載力,抗剪承載力設(shè)計(jì)值,承壓承載力設(shè)計(jì)值,單個(gè)普通螺栓的受剪計(jì)算,抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，

42、故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定,3-22,3-24,假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實(shí)際上是相應(yīng)于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布,單個(gè)普通螺栓受剪計(jì)算,剪力螺栓的剪面數(shù)和承壓厚度,nv受剪面數(shù)目； d螺栓桿直徑； fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； t連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值,單個(gè)普通螺栓的受剪計(jì)算,抗剪承載力設(shè)計(jì)值,承壓承載力設(shè)計(jì)值,3-22,3-24,普通螺栓群受軸心力作用時(shí)連接計(jì)算,試驗(yàn)證明,栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿栓群長(zhǎng)度方向不均勻，兩端大,中間小,當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個(gè)螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計(jì)時(shí)假定N由各螺栓平

43、均分擔(dān),普通螺栓群受軸心力N作用時(shí)的連接計(jì)算,連接一側(cè)所需螺栓數(shù)為,3-26,普通螺栓群受軸心力作用時(shí)連接計(jì)算,當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布,各個(gè)螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞，然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)與l1/d0的關(guān)系曲線,連接所需栓數(shù),普通螺栓群受軸心力N作用時(shí)的連接計(jì)算,普通螺栓群受軸心力作用時(shí)鋼板凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算,為防止構(gòu)件或連接板因螺孔削弱過(guò)大而被拉（壓）斷，需進(jìn)行鋼板的凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算,普通螺栓群受軸心力N作用時(shí)的連接計(jì)算,An構(gòu)件或連接板的凈截面面積,構(gòu)件或連接板凈截面面積的計(jì)算,普通螺栓群受軸心力N作用時(shí)的連

44、接計(jì)算,An,普通螺栓群受偏心剪力作用時(shí)連接計(jì)算,構(gòu)件,連接板,a) I-I (b) I-I II-II,a) III-III (b) III-III,P作用下每個(gè)螺栓受力,普通螺栓群受偏心剪力P作用時(shí)的連接計(jì)算,普通螺栓群受偏心剪力作用時(shí)連接計(jì)算,P,P,P,1,扭矩作用下的基本假設(shè) 連接件絕對(duì)剛性, 螺栓彈性； T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪力大小與螺栓至形心的距離ri成正比，方向與它和形心的連線垂直,普通螺栓群受偏心剪力P作用時(shí)的連接計(jì)算,顯然，T作用下1號(hào)螺栓所受剪力最大（r1最大,剪力計(jì)算公式,設(shè)各螺栓至螺栓群形心O的距離為r1 、r2 、r3 ，rn，各螺栓承受的分力分別

45、為N1T、 N2T、N3T ， NnT，根據(jù)平衡條件得,普通螺栓群受偏心剪力作用時(shí)連接計(jì)算,得用N1T表達(dá)的T式,由假設(shè)得到,螺栓1離形心最遠(yuǎn)是危險(xiǎn)螺栓,最大剪力N1T,普通螺栓群受偏心剪力P作用時(shí)的連接計(jì)算,普通螺栓群受偏心剪力作用時(shí)連接計(jì)算,將N1T它分解為水平和豎直分力,得受力最大螺栓所承受的合力為,3-30,如果y13x1，則可假定xi=0 。 由此得NT1y=0,則計(jì)算式為,普通螺栓群受偏心剪力P作用時(shí)的連接計(jì)算,普通螺栓受拉的工作性能,普通螺栓受拉的工作性能,b) 試驗(yàn)證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范將螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值降低20來(lái)考慮撬力的影響，取ftb=0.8f（f

46、螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)值,a) 螺栓受拉時(shí)，一般是通過(guò)與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，螺栓有被撬開(kāi)的趨勢(shì)（杠桿作用），使螺桿中的拉力增加（撬力Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬力越大,受拉螺栓的撬力,c) 在構(gòu)造上可以通過(guò)加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來(lái)減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響,單個(gè)普通螺栓受拉承載力計(jì)算,翼緣加強(qiáng)的措施,3-32a,Ntb單個(gè)螺栓抗拉承載力；Ae 螺栓螺紋處的有效面積； de 螺栓有效直徑；附錄3 (P375) ftb 螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 ftb 0.8f,假定拉應(yīng)力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，則一個(gè)拉力螺栓

47、的承載力設(shè)計(jì)值,單個(gè)普通螺栓受拉承載力計(jì)算,普通螺栓群受拉承載力計(jì)算,當(dāng)外力通過(guò)螺栓群形心時(shí)，一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為,3-34,3-32a,螺栓群受拉承載力計(jì)算,普通螺栓群在彎矩作用下的受拉計(jì)算,螺栓群在彎矩M作用下的抗拉計(jì)算,M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為： 連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性； 螺栓群的中和軸位于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成正比,普通螺栓群在彎矩作用下的受拉計(jì)算,顯然1號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大,由力學(xué)及假定可得,螺栓群在彎矩M作用下的抗拉計(jì)算,普通螺栓群在彎矩作用下的受拉計(jì)算,將式(c)代入式(b)得,由式(a)得,

48、因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足下式即可,螺栓i 的拉力,即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超過(guò)一個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值,螺栓群在彎矩M作用下的抗拉計(jì)算,普通螺栓群在偏心力作用下的受拉計(jì)算,螺栓群偏心受拉,小偏心受拉當(dāng)M/N較小時(shí)，所有螺栓均承受拉力作用，構(gòu)件B繞螺栓群的形心O轉(zhuǎn)動(dòng)。螺栓群的最大和最小螺栓受力為,3-38a,螺栓群在偏心力作用下的抗拉計(jì)算,普通螺栓群在偏心力作用下的受拉計(jì)算,3-38b,當(dāng) Nmin0 則表示所有螺栓受拉，螺栓群繞形心軸旋轉(zhuǎn),螺栓群在偏心力作用下的抗拉計(jì)算,3-38a,普通螺栓群在偏心力作用下的受拉計(jì)算,小偏心受拉,大偏心受拉 當(dāng)Nmin 0 時(shí)，由于M/N較大，構(gòu)件B繞A

49、點(diǎn)（底排螺栓）旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，偏于安全取中和軸位于最下排螺栓O處，受拉力最大的螺栓要求滿足,3-39,螺栓群在偏心力作用下的抗拉計(jì)算,剪拉螺栓群的計(jì)算,不考慮拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力的影響,剪拉螺栓群的計(jì)算,同時(shí)承受剪力和拉力作用的普通螺栓有兩種可能破壞形式：一是螺栓桿受剪受拉破壞；二是孔壁承壓破壞,剪拉聯(lián)合作用的螺栓,剪力和拉力的相關(guān)曲線,試驗(yàn)研究結(jié)果表明，兼受剪力和拉力的螺桿分別除以各自單獨(dú)作用的承載力，所得的相關(guān)關(guān)系近似為圓曲線,剪拉螺栓群的計(jì)算,同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的普通螺栓，應(yīng)分別符合下列公式的要求,驗(yàn)算剪-拉聯(lián)合作用,3-40,3-41,驗(yàn)算孔壁承壓,NVb單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值； Nc

50、b單個(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值 Ntb單個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值； Nv 、Nt單個(gè)螺栓承受的最大剪力和拉力設(shè)計(jì)值,剪拉螺栓群的計(jì)算,普通螺栓連接問(wèn)題解法,普通螺栓連接問(wèn)題解法,1)特點(diǎn) 已知尺寸和荷載，問(wèn)是否滿足設(shè)計(jì)要求。 (2)解法 驗(yàn)算是否滿足構(gòu)造條件；確定荷載作用方式和螺栓受力特征（受剪、受拉、拉剪）及受力最大螺栓；按相應(yīng)公式驗(yàn)算,1驗(yàn)算型問(wèn)題,1)特點(diǎn) 已知荷載和連接構(gòu)造，需完成連接設(shè)計(jì)。 (2)解法 I抗剪型 II拉力型 III拉剪型,2設(shè)計(jì)型問(wèn)題,普通螺栓連接問(wèn)題解法,1驗(yàn)算型問(wèn)題,N 作用 初選 d，求出Nbmin ； 求n； 按構(gòu)造要求排列； 凈截面驗(yàn)算，依結(jié)果調(diào)整d或排列，直至滿

51、足要求。 ii其它荷載作用 初選 d、n和排列； 考慮荷載種類，確定受力最大螺栓； 按相應(yīng)公式驗(yàn)算； 調(diào)整（d、n或排列）驗(yàn)算，直至滿足要求,2設(shè)計(jì)型問(wèn)題,I抗剪型,普通螺栓連接問(wèn)題解法,普通螺栓連接問(wèn)題解法,1驗(yàn)算型問(wèn)題,2設(shè)計(jì)型問(wèn)題,II拉力型,i. N作用 初選 d，求出Nbt ； 求n； 按構(gòu)造要求排列。 iiM作用 初選 d、n和排列； 確定受力最大螺栓； 調(diào)整（d、n或排列）驗(yàn)算，直至滿足要求,普通螺栓連接問(wèn)題解法,普通螺栓連接問(wèn)題解法,1驗(yàn)算型問(wèn)題,2設(shè)計(jì)型問(wèn)題,III拉剪型,無(wú)支托或不考慮支托受力 初選 d、n和排列； 確定受力最大螺栓； 調(diào)整（d、n或排列）驗(yàn)算，直至滿足要求

52、。 ii考慮支托受力 螺栓按拉力型M作用設(shè)計(jì)；支托與柱之間的焊縫按角焊縫設(shè)計(jì),普通螺栓連接問(wèn)題解法,高強(qiáng)螺栓連接的性能,高強(qiáng)度螺栓連接的性能,材料 高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)螺桿和配套螺母、墊圈的合稱。高強(qiáng)度螺栓常用鋼材有優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的45號(hào)鋼，合金鋼中的20錳鈦硼鋼等。制成的螺栓有8.8級(jí)和10.9級(jí),分類按受力特征的不同高強(qiáng)度螺栓分為兩類，摩擦型高強(qiáng)度螺栓通過(guò)板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力；承壓型高強(qiáng)度螺栓受力特征與普通螺栓類似。在外力的作用下螺栓承受剪力和拉力,工作特點(diǎn) 高強(qiáng)度螺栓安裝時(shí)將螺帽擰緊，使螺桿產(chǎn)生預(yù)拉力而壓緊構(gòu)件接觸面，靠接觸面的摩擦來(lái)阻止連接板相互滑移，或克服摩擦力之后通

53、過(guò)螺桿與孔壁之間的承壓，以達(dá)到傳遞外力的目的,高強(qiáng)螺栓和普通螺栓的區(qū)別,高強(qiáng)度螺栓與普通螺栓的區(qū)別,摩擦型和承壓型高強(qiáng)螺栓的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,高強(qiáng)度螺栓摩擦型和承壓型連接的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,高強(qiáng)螺栓抗剪連接的性能,高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,高強(qiáng)度螺栓承壓型連接設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,由于高強(qiáng)度螺栓連接有較大的預(yù)拉力，從而使被連接件中有很大的預(yù)壓力，當(dāng)連接受剪時(shí)，主要依靠摩擦力傳力的高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力可達(dá)到1點(diǎn)。通過(guò)1點(diǎn)后，連接產(chǎn)生了滑移，當(dāng)栓桿與孔壁接觸后，連接又可繼續(xù)承載直到破壞,高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的性能,高強(qiáng)螺栓抗剪連接的性能,對(duì)于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，其破壞準(zhǔn)則為板件發(fā)生相對(duì)滑移，因此其極限狀態(tài)為1點(diǎn)，所

54、以1點(diǎn)的承載力即為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力,對(duì)于高強(qiáng)度螺栓承壓型連接，允許接觸面發(fā)生相對(duì)滑移，破壞準(zhǔn)則為連接達(dá)到其極限狀態(tài)4點(diǎn)，所以高強(qiáng)度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計(jì)算方法與普通螺栓相同,高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的性能,高強(qiáng)螺栓抗拉連接的性能,高強(qiáng)度螺栓受拉,高強(qiáng)度螺栓在承受外拉力前，螺桿中已有很高的預(yù)拉力P，板層之間則有壓力C，而P與C維持平衡C = P (狀態(tài)a,高強(qiáng)度螺栓抗拉連接的性能,高強(qiáng)螺栓抗拉連接的性能,高強(qiáng)度螺栓受拉,加荷載拉力Nt后，螺栓拉力從P增加了 P，板件擠壓力則由C減小了 C (狀態(tài)b)。 Nt C= P,高強(qiáng)度螺栓抗拉連接的性能,NtP 時(shí)，則螺栓可能達(dá)到材

55、料的屈服強(qiáng)度，在卸載后使連接產(chǎn)生松弛現(xiàn)象，預(yù)拉力會(huì)降低,高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力的建立方法,高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法,1、 大六角頭螺栓的預(yù)拉力控制方法有：a.力矩法 初擰用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%50%，使板件貼緊密； 終擰初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大,為了保證通過(guò)摩擦力傳遞剪力，高強(qiáng)度度螺栓的預(yù)拉力P的準(zhǔn)確控制非常重要,b.轉(zhuǎn)角法 初擰用普通扳手?jǐn)Q至不動(dòng)，使板件貼緊密； 終擰初擰基礎(chǔ)上用長(zhǎng)扳手或電動(dòng)扳手再擰過(guò)一定的角度， 一般為120o180o完成終擰。 特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰,高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力的建立方法,2、 扭斷螺栓桿尾部法（