第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接

1、第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 連 接Chapter 3 Connections,焊縫連接,螺栓連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,主要內(nèi)容,鋼結(jié)構(gòu)的連接,對接焊縫的構(gòu)造和計算,角焊縫的構(gòu)造和計算,焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,普通螺栓的構(gòu)造和計算,高強度螺栓的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,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)造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材,圖3.1.1 連接的方式,螺栓連接,鉚釘連接,焊接連接,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三

2、章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,缺點,第三章 連 接,Chapter 3 Connections,* 構(gòu)造簡單 任何形式的構(gòu)件都可直接相連； * 用料經(jīng)濟 不削弱截面； * 制作加工方便 可實現(xiàn)自動化操作； * 連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好。,* 材質(zhì)易變脆； * 產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變、焊接缺陷 * 降低壓桿穩(wěn)定、影響疲勞強度 * 對裂紋十分敏感 * 低溫冷脆問題較為突出。,優(yōu)點,3.1.1 焊縫連接,1. 焊縫連接的特點,現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式，應(yīng)用最廣泛。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2. 鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法,電阻焊,氣體保護焊,（1）手工電弧焊,原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔

3、化涂有焊藥焊條和母材形成焊縫。,優(yōu)點：方便，適應(yīng)性強，特別適用于在高空和野外作業(yè)，小型焊接，應(yīng)用最廣泛。,缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,A、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),B、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度（kgf/mm2),第3、4表示適用焊接位置、電流及藥皮的類型。,不同

4、鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應(yīng)的焊條。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2）埋弧焊（自動或半自動）,光焊絲埋在焊劑下，通電后電弧使焊絲、焊件、焊劑熔化形成焊縫。 焊劑溶化后形成焊渣浮在溶化金屬表面，隔絕空氣接觸，供給必要的合金元素。,優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊縫質(zhì)量好。 缺點：設(shè)備投資大，施工位置受限。,焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強度。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（4）電阻焊,（3）氣體保護焊,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。直接依靠保護氣體在電弧周圍形成保護層，以防止有害氣體的侵入。,優(yōu)點：沒有熔渣，焊接速度快

5、，焊接質(zhì)量好。 缺點：施工條件受限制，不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。,利用電流通過焊件接觸點表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來溶化金屬，再通過壓力使其焊合。適用于板疊厚度不大于12的焊接。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3. 焊接接頭及焊縫形式,（1）焊接接頭：分為對接、搭接、T形連接和角部連接。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2）焊縫形式：分為對接焊縫和角焊縫。,對接焊縫按受力與焊縫方向分： 1）直對接焊縫 2）斜對接焊縫,角焊縫按受力與焊縫方向分： 1）正面角焊縫：作用力方向與焊縫長度方向垂直。 2）側(cè)面角焊縫：作用力方向與焊縫長度方向平行。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,對接與

6、角接組合焊縫,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,角焊縫沿長度方向的布置,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。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,不重要或受力小的構(gòu)件，可采用間斷角焊縫連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,平焊、立焊、橫焊和仰焊。,施焊方式,圖3.1.6 施焊方式,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,4. 焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量等級,（1）焊縫缺陷 焊縫缺陷指焊接過程中產(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。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連

7、接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2）焊縫質(zhì)量等級,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205-2001規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、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質(zhì)量標準，適用于一般連接。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,外觀檢查（肉眼）尺寸偏差、表面缺陷； 無損檢驗（儀器）檢驗內(nèi)部缺陷（超聲波探傷、X射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷）。,二級焊縫：外觀檢查+無損檢驗（超聲波探傷）合格，用于受較大拉應(yīng)力的重要連接。 一級焊縫：外觀檢查+無損檢驗（超聲波探傷、X射線探傷）合格，用于抗動力、需要驗算疲勞的重要連接。,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3）焊縫質(zhì)量等級及選用,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（

8、GB50017-2003）中，對焊縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定：,1） 需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時應(yīng)為一級，受壓時應(yīng)為二級。平行于作用力方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級。,2） 在不需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應(yīng)不低于二級；受壓時宜為二級。,3） 重級工作制和起重量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桿與節(jié)點板之間的形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，質(zhì)量不應(yīng)低于二級。,4） 角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，但對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量Q50t的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級。,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連

9、接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,5. 焊縫符號及標注方法,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成,焊縫符號表示法（GB/T324-1988）,建筑結(jié)構(gòu)制圖標準（GB/T50105-2001）,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.1.2 螺栓連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,Chapter 3 Connections,1. 普通螺栓連接,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2. 高強度螺栓連接,高強度螺栓是高強螺桿和配套螺母、墊圈的合稱。,由45號、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過熱處理加工而成。,45號8.8級；40B和20MnTiB10.9級,（a）大六角頭螺栓 （b）扭剪型

10、螺栓,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（a）大六角頭螺栓,（b）扭剪型螺栓,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,高強度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,鉚釘連接及特點,鉚釘連接是用一端帶有半圓形預(yù)制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅迅速插入被連接件的釘孔中，再用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，使連接達到緊固。,目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應(yīng)用。,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,主要連接方法及優(yōu)缺點,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,1. 對接焊縫的坡口形式,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,3.2.1 對接焊縫的構(gòu)造,對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)。,3.2 對接

11、焊縫的構(gòu)造和計算,板厚t 10mm,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.對接焊縫的構(gòu)造處理,2.對接焊縫的優(yōu)缺點,優(yōu)點：用料經(jīng)濟、傳力均勻、無明顯的應(yīng)力集中，利于承受動力荷載。 缺點：需剖口，焊件長度要求精確。,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,1）為防止熔化金屬流淌必要時可在坡口下加墊板。,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2）在焊縫的起滅弧處，常會出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時可設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它們割除。,3）在對接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時，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，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼

12、結(jié)構(gòu)的連接,4. 對接焊縫的強度,1）受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等。 2）三級質(zhì)量的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85%。 3）一、二級質(zhì)量的焊縫的抗拉強度可認為與母材強度相等。,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.2.2 對接焊縫的計算,1. 軸心受力的對接焊縫,（3.2.1）,N軸心拉力或壓力設(shè)計值 lw焊縫計算長度，無引弧板時，焊縫計算長度取實際長度減去2t；有引弧板時，取實際長度。 t連接件的較小厚度，對T形接頭為腹板的厚度 ; ftw、fcw對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值（P382表1.3）。,與構(gòu)件母材強度計算方法相同，采用材料力學(xué)的計算

13、公式 加引弧板（引出板）施焊的情況下，一、二級對接焊縫不需計算。 三級焊縫受拉時，或無引弧板（引出板）時才驗算。,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,要點,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,斜向受力的對接焊縫,對接焊縫斜向受力是指作用力通過焊縫重心，并與焊縫長度方向呈夾角，其計算公式為：,lw斜焊縫計算長度。加引弧板時，lwb/sinq；不加引弧板時，lwb/sinq2t。 fvw對接焊縫抗剪設(shè)計強度。（P382表1.3）,規(guī)范規(guī)定，當(dāng)斜焊縫傾角56.3，即tan1.5時，可認為對接斜焊縫與母材等強，不用計算。,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,b,（3.2.2）,（3.2.3）,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2. 承受彎

14、距和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫,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)分別滿足下列強度條件。,（3.2.5）,（3.2.4）,M焊縫承受的彎矩； Ww焊縫截面模量。,V焊縫承受的剪力； Iw焊縫計算截面慣性矩； Sw焊縫截面計算剪應(yīng)力處以上部分對中和軸的面積矩。,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,對于工字形或T形截面除應(yīng)分別驗算最大正應(yīng)力與最大剪應(yīng)力外，還應(yīng)驗算腹板與翼緣交接處的折算應(yīng)力:,（3.2.6）,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)力只在焊縫局部出現(xiàn)，而將焊縫強度設(shè)計值適當(dāng)

15、提高的系數(shù)。,工字形截面梁在彎曲時，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到充分的利用。,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3. 受軸力、彎矩和剪力聯(lián)合作用的對接焊縫,軸力和彎矩作用下對接焊縫產(chǎn)生正應(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生剪應(yīng)力，其計算公式為：,（3.2.4*）,（3.2.5*）,（3.2.6*）,式中：,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,1,2,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,對于梁柱節(jié)點處的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪應(yīng)力均勻分布，其計算公式為：,Aw牛腿處腹板的焊縫計算面積。,（3.2.5*）,對接焊縫的計算除考慮焊縫長度是否減少，焊縫強度要否

16、折減外，對接焊縫的計算方法與母材的強度計算完全相同。,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,對接焊縫計算步驟,確定荷載； 進行截面應(yīng)力狀態(tài)分析； 計算截面幾何特征值； 強度驗算。,不同作用情況下對接焊縫計算（矩形、I形）,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,驗算如圖所示的鋼板對接焊縫的連接。M=1008kN.m，V=240KN，鋼材Q235，E43焊條，手工焊，質(zhì)量等級為三級，采用引弧板。,1. 截面幾何特征值計算,【例題3.1】,【解】,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2. 焊縫強度計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,驗算如圖所示牛腿與柱的對接焊縫連

17、接。F=170kN，鋼材Q390，E55焊條，手工焊，質(zhì)量等級為三級，不采用引弧板。,【例題3.2】,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2. 荷載計算,1. 截面幾何特征值計算,【解】,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3. 焊縫強度驗算,3.2 對接焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,1.角焊縫的形式和強度,3.3.1 角焊縫的構(gòu)造,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,角焊縫按截面形式（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 通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（a）。對承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面通常采用（b）的形式，側(cè)面

18、角焊縫的截面則做成凹面式（c）。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2）斜角角焊縫 兩焊邊的夾角90或90的焊縫。通常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。,hf焊腳尺寸；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。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2）正面角焊縫：焊縫垂直于受力方向，應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜。焊縫截面各面都有正應(yīng)力和剪應(yīng)力，分布不均勻，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開裂。破壞強度高，但塑性差，彈性模量大。,（1）側(cè)面角焊縫：焊縫長度方向與受力方向平行，應(yīng)力分布簡單。主

19、要承受剪應(yīng)力，彈性階段分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間??；強度低，彈性模量低，但塑性較好。,角焊縫的工作性能,圖3.3.3 角焊縫的應(yīng)力分布,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,圖3.3.4 角焊縫荷載與變形關(guān)系,斜焊縫的受力性能和強度介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。,q為試驗焊縫與試件水平方向的夾角。,正面角焊縫的破壞強度比側(cè)面角焊縫高。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2.構(gòu)造要求,角焊縫的焊腳尺寸是指焊縫根腳至焊縫外邊的尺寸-hf,（1）焊腳尺寸,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)致母材開裂。,a) 最小焊腳尺寸(hf,

20、min),3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,手工焊角焊縫：,t較厚焊件的厚度。,自動焊（溫度高而均勻）：,焊件厚度t4mm時：取hfmin= t,T形連接單面角焊縫（冷卻快）：,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,b) 最大焊腳尺寸(hfmax),對板件（厚度t ）邊緣的角焊縫（貼邊焊） 當(dāng)t6mm時，hfmaxt ； 當(dāng)t6mm時，hfmaxt - (12)mm 。,為了避免焊縫局部過熱，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。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)

21、構(gòu)的連接,（2）角焊縫計算長度,角焊縫計算長度（lw）取值lwminlw lwmax,焊腳尺寸的取值 hfmin hf hfmax,最小計算長度（lwmin）,為了使焊縫能有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗，側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計算長度均不得小于：lwmin8hf 和40mm,考慮到焊縫兩端的缺陷，其實際長度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hf,lwmax60hf 若實際長度超過以上數(shù)值，則超過部分不納入計算長度中。若內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，計算長度不受此限制。,b) 側(cè)焊縫最大計算長度（lwmax）,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3）減小角焊縫應(yīng)力集中的措施,圖3.3.5 側(cè)焊縫引

22、起焊件拱曲,為了避免焊縫橫向收縮引起板件的拱曲太大，兩側(cè)面角焊縫距離不宜過大。 b16t（t 12mm） 或190mm（t12mm）；,a) 構(gòu)件端部僅有兩邊側(cè)縫連接時：,試驗結(jié)果表明，連接的承載力與b / lw有關(guān)。為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，應(yīng)使：b / lw 1；,b兩側(cè)縫之間的距離； lw側(cè)焊縫計算長度； t較薄焊件的厚度。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,c)直接承受動力荷載的結(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：正面角焊縫宜為1:1.5，長邊與內(nèi)力方向一致 ；側(cè)面角焊縫可用直角焊縫為1:1 。,b) 僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭

23、接長度不得小于焊件較小厚度的5倍或25mm。,d) 當(dāng)焊縫端部在焊件轉(zhuǎn)角處時，應(yīng)將焊縫延續(xù)繞過轉(zhuǎn)角加焊2hf。避開起落弧發(fā)生在轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,圖3.3.6 搭接連接,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,3.3.2 直角焊縫的基本計算公式,1.焊縫的破壞面,圖3.3.8 直角角焊縫截面,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2.有效截面上的應(yīng)力狀態(tài),圖3.3.9 角焊縫有效截面上的應(yīng)力,國際標準化組織（ISO）推薦用式（3.3.1）確定角焊縫的極限強度,在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個應(yīng)力： 垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力 垂直于焊縫長度的剪應(yīng)力 平行于焊縫長度

24、方向剪應(yīng)力,上式相當(dāng)于國產(chǎn)Q235鋼提出，其它鋼種公式左邊系數(shù)（1.73.0）,式中： fuw -焊縫金屬的抗拉強度,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3.3.3）,ffw角焊縫強度設(shè)計值,我國規(guī)范采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項系數(shù)后得角焊縫計算公式為：,出于偏于安全考慮，且與母材的能量強度理論的折算應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會（ECCS），將（3.3.1）的1.8改為3即：,ffw由角焊縫抗剪條件確定，所以公式右邊相當(dāng)于角焊縫抗拉強度設(shè)計值。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,圖3.3.10 直角角焊縫的計算,如圖所示承受互相垂直的Ny、Nx兩個軸心力作用

25、的直角角焊縫，Ny垂直于焊縫長度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力f，其在有效截面上引起的應(yīng)力值為：,（3.3.4）,f 對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 。,對直角角焊縫 ：,3.實用計算方法,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,圖3.3.10 直角角焊縫的計算,沿焊縫長度方向的力Nx，在有效截面上引起平行于焊縫長度方向的剪應(yīng)力 f。,（3.3.5）,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,則直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計算公式為：,（3.3.6）,f 正面角焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)。靜載時 f 1.22，對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)， f 1.0 。,3.3 角焊

26、縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,正面角焊縫 f0，力N與焊縫長度方向垂直。,側(cè)面角焊縫 f0，力N與焊縫長度方向平行。,（3.3.7）,（3.3.8）,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。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,計算公式,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3.3 角焊縫的計算,1.軸心力（拉力、壓力和剪力）作用時角焊縫的計算,當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認為是均勻分布的。,(1）用蓋板的對接連接,A、僅采用側(cè)面角焊縫連接,Slw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計算長度的總和,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第

27、三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,B、采用三面圍焊連接,先計算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力,Slw連接一側(cè)的正面角焊縫計算長度的總和,再計算側(cè)面角焊縫的強度,Slw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計算長度的總和,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,(2）承受斜向軸心力的角焊縫,平行于焊縫長度方向的分力Ncos 垂直于焊縫長度方向的分力Nsin,（3.3.9a）,（3.3.9b）,外力N和焊縫長度方向斜交，焊縫受到的力N被分解為：,代入（3.3.6），得焊縫計算公式：,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3.3.10）,令：,則斜焊縫的計算公式為：,將 f（斜角焊縫強度增大系數(shù)）作成表格,3.3 角

28、焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3）承受軸心力的角鋼端部連接,在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點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。,圖3.3.13 桁架腹桿節(jié)點板的連接,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,a) 僅用側(cè)面焊縫連接,解上式得肢背和肢尖的受力為：,（3.3.14）,（3.3.15）,在N1、N2作用下，側(cè)縫的計算長度為：,由平衡條件得：,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),3.3 角焊縫的構(gòu)造和計

29、算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,表3.3.1 角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K,對于校核問題:,對于設(shè)計問題:,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,b) 角鋼用三面圍焊時，可減小角鋼的搭接長度。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 ：,（3.3.11）,（3.3.12）,通過平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為:,（3.3.13）,lw1,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,c) 當(dāng)采用L形圍焊時，令N20，得：,L形圍焊角焊縫計算公式為：,（3.3.19）,若求出的hf3大于hfmax ,則不能采用L形圍焊。,（3.3.18）,（3.3.20）,3.3

30、角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,例題3.3 試設(shè)計用拼接蓋板的對接連接。已知鋼板寬B270mm，厚度t1=28mm，拼接蓋板的厚度t2=16mm。該連接承受的靜態(tài)軸心力N1400kN（設(shè)計值），鋼材為Q235B，手工焊，焊條為E43型,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,設(shè)計拼接蓋板的對接連接有兩種方法。一種方法是假定焊腳尺寸求得焊縫長度，再由焊縫長度確定拼接蓋板的尺寸；另一方法是先假定焊腳尺寸和拼接蓋板的尺寸，然后驗算焊縫的承載力。如果假定的焊縫尺寸不能滿足承載力要求時，則應(yīng)調(diào)整焊腳尺寸，再行驗算，直到滿足承載力要求為止。 解 方法一角焊縫的焊腳尺寸hf應(yīng)根據(jù)板件厚度

31、確定： 由于此處的焊縫在板件邊緣施焊，且拼接蓋板厚度t2=16mm6mm，t2t1，則： hfmaxt-(12)mm =1415mm,取hf=10mm,hfmin1.5(t)1/2，hfmin = 7.9mm,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,方法2：采用菱形拼接蓋板。 當(dāng)拼接板寬度較大時，采用菱形拼接蓋板可以減小角部的應(yīng)力集中，從而使連接的工作性能得以改善。設(shè)計時一般先假定拼接蓋板的尺寸再進行驗算。蓋板尺寸如圖所示：,仍取hf=10mm,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,正面角焊縫：

32、,解：,側(cè)面角焊縫：,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,斜角焊縫：此焊縫與作用力夾角,連接一側(cè)焊縫所能承受的內(nèi)力：,連接設(shè)計滿足要求,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,例題3.4試確定圖3.3.15所示承受靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長度。已知角鋼212510，與厚度為8mm的節(jié)點板連接，其搭接長度為300mm，焊腳尺寸hf=8mm，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型。,解：,角焊縫設(shè)計強度值,K1=0.7，K2=0.3，lw3=b=125mm,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,正面角焊縫所能承受的內(nèi)力N3為：,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼

33、結(jié)構(gòu)的連接,當(dāng)焊縫非軸心受力時，可以將外力作用分解為軸力、彎矩、剪力、扭矩等簡單受力情況，分別求出具各自的焊縫應(yīng)力，然后利用疊加原理，找出焊縫中受力最大的幾個點進行驗算。,2.復(fù)雜受力時角焊縫連接計算,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（1）受彎矩M 、剪力V 、軸力N聯(lián)合作用時角焊縫的計算 T形連接,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：,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,A點產(chǎn)生的剪應(yīng)力：,A點控制應(yīng)力最大為控制設(shè)計點,A點產(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：,代入角焊縫實用計算公式（3.3.6）：,3.3

34、角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2 ）V、M共同作用下焊縫強度計算,對于1點：,假設(shè)：腹板焊縫承受全部剪力，全部焊縫承受彎矩,（3.3.21）,2點處：,式中：Iw全部焊縫有效截面對中性軸的慣性矩； h1兩翼緣焊縫有效截面最外纖維間的距離,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣角焊縫的連接另一種計算方法是使焊縫傳遞應(yīng)力近似與材料所承受應(yīng)力相協(xié)調(diào)，即假設(shè)腹板焊縫只承受剪力，翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，并將彎矩M化為一對水平力H=M/h。,腹板焊縫的強度計算式：,翼緣焊縫的強度計算式：,V,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3）三面圍焊

35、受扭矩、剪力聯(lián)合作用時角焊縫的計算 搭接連接,圖3.3.19 承受偏心力的三面圍焊,將F向焊縫群形心簡化得: 軸心力 VF扭矩 T=Fe,故：該連接的設(shè)計控制點為A點和A點,計算時按彈性理論假定: 被連接件絕對剛性，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢，而焊縫本身為彈性。 扭距在角焊縫群上產(chǎn)生的任一點的應(yīng)力方向垂直于該點與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長度r成正比。 在軸心力V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,T作用下A點應(yīng)力:,Ip為焊縫計算截面對形心的極慣性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy焊縫計算截面對x、y軸的慣性矩； rx、ry為焊縫形心到焊縫驗

36、算點在x、y方向的距離。,軸力F產(chǎn)生的應(yīng)力按均勻分布計算，A點應(yīng)力:,A點垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力為: f，F(xiàn)， 平行于焊縫長度方向的應(yīng)力為: T,強度驗算公式：,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,角焊縫計算步驟,確定荷載； 進行截面應(yīng)力狀態(tài)分析； 確定焊腳尺寸，計算截面幾何特征值； 強度驗算。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,（3.3.7）,（3.3.8）,端縫,側(cè)縫,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,【解】,例3.5計算圖示雙面角焊縫連接中的hf。已知連接承受動荷載，鋼材為Q235BF，焊條為E43。,將外力F1，F(xiàn)2 移向焊縫形心O，得：,解得：hf5.82mm，取hf =6mm,連接承受動力荷載：,構(gòu)造要求：,3

37、.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,例3.6 如圖所示鋼板與工字形柱的角焊縫T形連接，hf8mm，鋼板受斜向拉力F。鋼材為Q235B鋼，E43型焊條。求圖中e=0和e=5cm時，兩條角焊縫各能傳遞的靜載設(shè)計值F。,1. 焊縫有效截面的幾何性質(zhì),焊縫的有效截面面積：,慣性矩：,【解】,焊縫的計算長度：,截面模量：,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2. 焊縫截面上的有效應(yīng)力（e=5cm）,把F分解成兩個分力并移至焊縫形心O處，焊縫實際受力為：,水平軸心力,剪力,彎矩,焊縫有效截面上應(yīng)力分量為：,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,當(dāng)e=5cm，焊縫強度應(yīng)

38、滿足：,可見當(dāng)連接存在偏心時將較大的降低其承載力,3. 求角焊縫所能傳遞的F,當(dāng)e=0，M=0，焊縫強度應(yīng)滿足：,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,例3.6 試設(shè)計如圖a所示牛腿和柱連接的角焊縫。已知F=420kN(靜力荷載），鋼材為Q235B，焊條為E43，手工焊。,【解】,采用如圖b所示沿牛腿周邊圍焊的角焊縫，且再轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊。為避免焊縫相交的不利影響，將牛腿的上下角切去r15 mm的弧形缺口，因此可取焊縫的有效截面如圖c所示。,力F在角焊縫形心處引起的剪力：V=420kN 彎矩：M=Fe=4200.3=126kN.m，由于牛腿翼緣豎向剛度低，故一般考慮剪力由腹板上兩條豎

39、向焊縫承受，彎矩則由全部焊縫承受。,F,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,1. 焊縫有效截面的幾何性質(zhì),取,兩條豎向焊縫的有效截面面積：,全部焊縫有效截面對x軸的慣性矩：,全部焊縫有效截面模量：,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2. 焊縫強度驗算,B點，承受由彎矩和剪力共同作用,滿足,A點承受由彎矩產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力,滿足,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,例3.7 試設(shè)計如圖所示厚度為12mm支托板與柱翼緣搭接連接的角焊縫。已知F=100kN(靜力荷載），鋼材為Q235B，焊條為E43，手工焊。,【解】,采用圖示三面圍焊,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章

40、鋼結(jié)構(gòu)的連接,A,1. 焊縫有效截面的幾何性質(zhì),焊縫有效截面的形心位置,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,2. 焊縫強度驗算(A點),滿足,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（1）不考慮應(yīng)力方向，統(tǒng)一取f=1.0。,3.3.4 斜角角焊縫和部分焊透對接焊縫的計算,1.斜角焊縫的計算,計算方法與直角焊縫相同，按公式（3.3.6）至（3.3.8）計算,（2）在確定斜角角焊縫的有效厚度時，假定焊縫在其所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3）規(guī)范規(guī)定：當(dāng)兩焊腳邊夾角60o290o，90o 1 135o，且根部間隙（b、b1

41、、b2）不大于1.5mm時，取焊縫有效厚度為： he=hfcos(a/2),（4）當(dāng)根部間隙（b、b1、b2）大于1.5mm時，焊縫有效厚度為：,（5）任何根部間隙不得大于5mm。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（1）焊縫受力很小甚至不受力，且要求外觀齊平美觀。 （2）焊縫受力雖較大，但采用焊透對接焊縫強度又得不到發(fā)揮；如采用角焊縫， 焊腳又過大，于是做 成用坡口加強的 角焊縫。,2.部分焊透對接焊縫的計算,圖3.3.22 部分焊透的對接焊縫截面型式,坡口形式有V形（全V形和半V形）、U形和J形三種。在轉(zhuǎn)角處采用半V形和J形坡口時，不宜在板的厚度上開坡口，這樣可避免焊縫收縮

42、的板厚度方向產(chǎn)生裂紋。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,由于未焊透，在焊件之間存在縫隙，焊根處有較大的應(yīng)力集中，受力性能接近于角焊縫。規(guī)范規(guī)定：部分焊透的對接焊縫的強度按角焊縫強度公式計算，在垂直于焊縫長度方向的壓力作用下，取 f1.22 ；其他情況取 f1.0 。,部分焊透對接焊縫計算用角焊縫公式計算,焊縫有效厚度 he 的取值為： a) V形坡口60時，取he=s； 60時，取he=0.75s b) 單邊V形和K形坡口，455取he=s -3 mm c) U形、J形坡口，取he=s s 為坡口根部至焊縫表面的最短距離（不考慮焊縫的凸度） 為V形、單邊V形、K形坡口的角度。

43、,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,部分焊透對接焊縫的禁用 規(guī)范規(guī)定： （1）在直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，垂直于受力方向的焊縫不得采用部分焊透的對接焊縫；,（2）對重級工作制和起重量大于或等于50噸的中級工作制吊車梁上翼緣和腹板間的T型連接應(yīng)采用焊透的對接焊縫。,3.3 角焊縫的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,3.4.1 焊接殘余應(yīng)力和變形的原因,1.焊接殘余應(yīng)力的分類 縱向焊接應(yīng)力：長度方向的應(yīng)力 橫向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力 ； 厚度方向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊

44、接變形,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,施焊時焊縫附近達1600以上，而鄰近區(qū)域溫度驟降。,焊縫處鋼材受熱伸長，但受兩側(cè)低溫區(qū)域的限制產(chǎn)生熱塑性壓縮； 焊縫冷卻時收縮又受到限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力； 拉應(yīng)力大小可達鋼材屈服點 fy; 遠離焊縫區(qū)域產(chǎn)生縱向壓應(yīng)力，焊件內(nèi)應(yīng)力自相平衡。,（1）縱向焊接殘余應(yīng)力,2.焊接殘余應(yīng)力的成因,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2）橫向焊接殘余應(yīng)力,焊縫縱向收縮，焊件有反向彎曲變形的趨勢，在焊縫處中部受拉，兩端受壓； 先焊焊縫凝固阻止后焊焊縫橫向自由膨脹，發(fā)生橫向塑性壓縮變形；焊縫冷卻，后焊焊縫收縮受限產(chǎn)生拉應(yīng)力，先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力； 應(yīng)力分布與施焊方向

45、有關(guān)； 橫向應(yīng)力是上述兩種應(yīng)力合成。,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力,在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。沿厚度方向先焊焊縫凝固，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。,冷卻時外圍焊縫散熱快先冷固，內(nèi)層焊縫收縮受限制產(chǎn)生沿厚度方向的拉應(yīng)力，外部則產(chǎn)生壓應(yīng)力。,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,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)力形成同號三向拉應(yīng)力，大大降低連接的塑性。,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的

46、連接,在施焊時，由于不均勻的加熱和冷卻，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：,圖3.4.4 焊接變形,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,3.焊接殘余變形的產(chǎn)生,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（1）對結(jié)構(gòu)靜力強度的影響,因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故：,當(dāng)板件全截面達到fy，即N=Ny時：,3.4.2 焊接應(yīng)力和變形對結(jié)構(gòu)工作性能的影響,1.焊接應(yīng)力的影響,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,Nc,Nt,N,N,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2）對結(jié)構(gòu)剛度的影響,當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時，因截面的bt部分拉應(yīng)力已經(jīng)達到fy ，故該部分剛度為零（屈服），這時在N作用下應(yīng)變增量為：,1 2,當(dāng)截面上沒

47、有焊接殘余應(yīng)力時，在N作用下應(yīng)變增量為：,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。,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3）對低溫冷脆的影響,（4）對疲勞強度的影響,對于厚板或交叉焊縫，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)力通常達到鋼材的屈服強度，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)力對結(jié)構(gòu)的疲勞強度有明顯的不利影響。,對于軸心受壓構(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。,（5）

48、對壓桿穩(wěn)定的影響,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,焊接應(yīng)力的影響 常溫下不影響結(jié)構(gòu)的靜力強度； 增大結(jié)構(gòu)的變形，降低結(jié)構(gòu)的剛度； 降低疲勞強度； 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。,2.焊接變形的影響, 焊接變形若超出驗收規(guī)范規(guī)定，需花許多工時去矯正； 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。,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.4.3 減少焊接應(yīng)力和變形的措施,1.合理的焊縫設(shè)計,（1）合理的選擇焊縫的尺寸和形式 （2）合理的安排焊縫的位置 （3）盡量避免焊縫的

49、過分集中和交叉 （4）盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,圖3.4.5 減小焊接殘余應(yīng)力的設(shè)計措施,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（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。,2.合理的工藝措施,3.4 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,圖3.4.5 減小焊接殘余變形的工藝措施,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,注：A、B兩級的區(qū)別只是尺寸不同。 A級用于d24mm, l150mm的螺栓，B級用于d24mm, l150mm 螺栓。,3.5 普通螺

50、栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,常用螺栓直徑為d=16，20，24mm，用M表示，如M16。,螺栓符號,螺栓孔為d0=d+1.53mm M12、 M16大1.5mm， M18、 M20 、 M22 、M24大2mm， M27、 M30大3mm,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5.1 螺栓的排列和構(gòu)造要求,螺栓的排列應(yīng)簡單、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列排列兩種。,圖3.5.1 螺栓的排列方式,1.螺栓的排列,并列比較簡單整齊，所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對構(gòu)件截面的削弱較大；錯列可以減小螺栓孔對截面的削弱，但螺栓空排列不如并列緊湊，連接板

51、尺寸較大。,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,(1)受力要求,中心距太大,（2）構(gòu)造要求 螺栓的中距及邊距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易侵入縫隙而發(fā)生銹蝕。,（3）施工要求 要保證有一定的空間，以便轉(zhuǎn)動扳手，擰緊螺母。,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,根據(jù)規(guī)范規(guī)定（P86表3.5.1）的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時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。,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)

52、構(gòu)的連接,為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩個永久螺栓；,2.螺栓的其它構(gòu)造要求,直接承受動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；,C級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： 承受靜載或間接動載的次要連接； 承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接； 臨時固定構(gòu)件的安裝連接。,沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應(yīng)適當(dāng)加大剛度，以減小撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5.2 普通螺栓的受剪連接,螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力。有時受剪力和拉力的共同作用。,A 剪力螺栓,B 拉力螺栓,

53、C 剪力和拉力共同作用,受力垂直螺桿，承剪、承壓。 連接件有錯動趨勢,受力平行螺桿，承拉 連接件有脫開趨勢,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移與作用力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階段,1. 受剪連接的工作性能,(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，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。,抗剪螺栓連接受力后，首先由構(gòu)件間的摩擦力來傳遞外力。當(dāng)外力增大超過極限摩擦力后

54、，構(gòu)件間相對滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。,圖3.5.2 單個螺栓抗剪試驗結(jié)果,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,(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（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,圖3.5.3 受剪螺栓的破壞情況

55、,螺桿被剪斷； b) 連接件孔壁擠壓破壞；c) 鋼板拉斷； d) 鋼板沖剪破壞；e) 螺桿彎曲破壞 。,2.受剪螺栓的破壞形式,a)、b)、c)通過計算解決,d)、e) 通過構(gòu)造解決,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,單個剪力螺栓的設(shè)計承載力：,受剪承載力設(shè)計值：,承壓承載力設(shè)計值：,3.單個普通螺栓的受剪計算,剪力螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:,（3.5.1）,（3.5.2）,假定螺栓受剪面上的剪應(yīng)力均勻分布 ； 假定擠壓力沿栓桿直徑平面（實際上是相應(yīng)于栓桿直徑平面的孔壁部分）均勻分布,驗算：,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造

56、和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,受剪承載力設(shè)計值：,承壓承載力設(shè)計值：,圖3.5.4 剪力螺栓的剪面數(shù)和承壓厚度,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,試驗證明,栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿螺栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。,當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計時假定N由各螺栓平均分擔(dān)。,4.普通螺栓群抗剪連接計算,（1）普通螺栓群軸心受剪計算,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,當(dāng)連接長度l115d0(d0為孔徑)時，各個螺栓內(nèi)力難以均勻，端部螺栓受力最大首先破壞，然后依次破壞。由試驗

57、可得連接的抗剪強度折減系數(shù)與l1/d0的關(guān)系曲線。,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,因此規(guī)范采用承載力折減系數(shù)考慮螺栓群受力不均。,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（2）普通螺栓群偏心受剪,F作用下每個螺栓受力：,基本假設(shè) 連接件絕對剛性, 螺栓彈性； T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，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。,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,V=F T=Fe,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（a）,顯然，T作用下1號螺栓所受剪力最大（r1最大）。,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,根據(jù)平衡條件得：,（c）,將（c）式代入（a），得用N1T表達的T式：,由各螺栓剪力

58、與r成正比：,（b）,由各剪力都用N1表示：,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,螺栓1離形心最遠是危險螺栓,最大剪力N1T:,將N1T它分解為水平和豎直分力：,（3.5.8）,( 3.5.7),驗算剪力最大螺栓:,（3.5.9）,此時計算F作用下的螺栓內(nèi)力時，不需考慮長接頭的折減系數(shù),第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（3.5.10）,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,（3.5.10）,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.5.3 普通螺栓的受拉連接,1.普通螺栓受拉的工作性能,b) 試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范將螺栓的抗拉強度設(shè)計值降低20來考慮撬力的影響，取ftb=0.8f（f螺栓鋼材的抗拉強度設(shè)值）。,

59、a) 螺栓受拉時，一般是通過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，螺栓有被撬開的趨勢（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。,圖3.5.6 受拉螺栓的撬力,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,c) 在構(gòu)造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來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。,2.單個普通螺栓受拉承載力,（3.5.11）,Ntb單個螺栓抗拉承載力；Ae 螺栓螺紋處的有效面積； de 螺栓有效直徑；附表9.2 (P455) ftb 螺栓的抗拉強度設(shè)計值。 ftb 0.8f,假定拉應(yīng)

60、力在螺栓螺紋處截面上均勻分布，則一個拉力螺栓的承載力設(shè)計值：,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,螺栓的有效截面面積 因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標準?。?3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,（1）栓群軸心受拉,當(dāng)外力通過螺栓群形心時，一般假定每個螺栓均勻受力，因此連接所需的螺栓數(shù)目為：,（ 3.5.13）,（3.5.11）,3. 普通螺栓群受拉,3.5 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,(2）栓群承受彎矩作用,M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計，其假定為： 連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； 螺栓群的