第3章鋼結(jié)構連接

1、 鋼結(jié)構的連接方法 一、一、焊縫連接焊縫連接 對接焊縫連接對接焊縫連接 優(yōu)點：優(yōu)點：不削弱截面，方便施工，易于自動化操不削弱截面，方便施工，易于自動化操 作，連接剛度大；作，連接剛度大； 缺點：缺點：材質(zhì)易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感，材質(zhì)易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感， 低溫冷脆。低溫冷脆。 角焊縫連接角焊縫連接 鋼結(jié)構常用焊接方法 1.1.手工電弧焊手工電弧焊 A、焊條的選擇：、焊條的選擇： 焊條應與焊件焊條應與焊件 鋼材相適應。鋼材相適應。 原理：利用電弧產(chǎn)生熱量原理：利用電弧產(chǎn)生熱量 熔化焊條和母材形熔化焊條和母材形 成焊縫。成焊縫。 焊機焊機 導線導線 熔池熔池 焊條焊條 焊鉗焊鉗

2、保護氣體保護氣體 焊件焊件 電弧電弧 Q390Q390、Q420Q420鋼選擇鋼選擇E55E55型焊條型焊條(E5500-5518)(E5500-5518) Q345Q345鋼選擇鋼選擇E50E50型焊條型焊條(E5000-5048)(E5000-5048) B B、焊條的表示方法：、焊條的表示方法：E焊條焊條( (Electrode) ) 第第1 1、2 2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強度位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強度（kgf/mm2) ) 第第3 3、4 4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。適用焊接位置、電流及藥皮的類型。 不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。不同鋼種的鋼材焊接

3、，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。 缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。 優(yōu)點：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；優(yōu)點：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接； Q235Q235鋼選擇鋼選擇E43E43型焊條（型焊條（E4300-E4328)E4300-E4328) C C、優(yōu)、缺點、優(yōu)、缺點 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 焊絲轉(zhuǎn)盤焊絲轉(zhuǎn)盤 送絲器送絲器焊劑漏斗焊劑漏斗 焊劑焊劑 熔渣熔渣 焊件焊件 埋弧自動焊埋弧自動焊 A A、焊絲的選擇應與焊件等強度。、焊絲的選擇應與焊件等強度。

4、 B B、優(yōu)、缺點：、優(yōu)、缺點： 優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低， 焊接質(zhì)量好。焊接質(zhì)量好。 缺點：設備投資大，施工位置受限等。缺點：設備投資大，施工位置受限等。 機機 器器 優(yōu)、缺點：優(yōu)、缺點： 優(yōu)點：焊接速度快，焊接質(zhì)優(yōu)點：焊接速度快，焊接質(zhì) 量好。量好。 缺點：施工條件受限制等。缺點：施工條件受限制等。 三、螺栓連接三、螺栓連接 優(yōu)點：優(yōu)點：連接剛度大，塑性和韌性好，連接剛度大，塑性和韌性好， 傳力可靠，適于直接承受動力荷載；傳力可靠，適于直接承受動力荷載； 分為：分為： 普通螺栓連接普通螺栓連接 高強度螺栓連接高強度螺栓連接 二、

5、鉚釘連接二、鉚釘連接 N 缺點：缺點：用鋼量多，對施工技術用鋼量多，對施工技術 要求很高，勞動強度大，施工要求很高，勞動強度大，施工 條件差，條件差， 施工速度慢。施工速度慢。 1.1.焊接連接形式焊接連接形式 搭接搭接 平接平接 T型連接型連接 角部連接角部連接 （1）對接焊縫）對接焊縫 對接正焊縫對接正焊縫 （2）角焊縫）角焊縫 T型對接焊縫型對接焊縫對接斜焊縫對接斜焊縫 l用料經(jīng)濟，傳力平穩(wěn)，動用料經(jīng)濟，傳力平穩(wěn)，動 力性能好力性能好 l較厚的板需開剖口，費工較厚的板需開剖口，費工 l施工簡便施工簡便 l傳力不均，應力集中嚴重，傳力不均，應力集中嚴重， 搭接時費料搭接時費料 焊縫位置焊縫

6、位置 1.1.焊縫缺陷焊縫缺陷 外觀檢查：外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；檢查外觀缺陷和幾何尺寸； 內(nèi)部無損檢驗：內(nèi)部無損檢驗：檢驗內(nèi)部缺陷。檢驗內(nèi)部缺陷。 內(nèi)部檢驗主要采用超聲內(nèi)部檢驗主要采用超聲 波，有時還用磁粉檢驗波，有時還用磁粉檢驗 熒光檢驗等輔助檢驗方熒光檢驗等輔助檢驗方 法。還可以采用法。還可以采用X X射線或射線或 射線透照或拍片。射線透照或拍片。 鋼結(jié)構工程施工及驗收規(guī)范鋼結(jié)構工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定：規(guī)定： 焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級 和三級。和三級。 鋼結(jié)構設計規(guī)范鋼結(jié)構設計規(guī)范（GB50017-2003GB50017-

7、2003）中，對焊）中，對焊 縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定：縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定： (1) (1) 需要進行疲勞計算的構件中，垂直于作用力方向需要進行疲勞計算的構件中，垂直于作用力方向 的橫向?qū)雍缚p受拉時應為一級，受壓時應為二級。的橫向?qū)雍缚p受拉時應為一級，受壓時應為二級。 (2) (2) 在不需要進行疲勞計算的構件中，凡要求與母材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于二級；受壓時宜為二級。等強的受拉對接焊縫應不低于二級；受壓時宜為二級。 （）重級工作制和起重量（）重級工作制和起重量 的中級工作的中級工作 制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿制

8、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，與節(jié)點板之間的形接頭焊透的對接與角接組合焊縫， 不應低于二級。不應低于二級。 （）角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，直接承受動力（）角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，直接承受動力 荷載且需要驗算疲勞和起重量的中級工荷載且需要驗算疲勞和起重量的中級工 作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應符合二級。作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應符合二級。 1 1、對接焊縫的坡口形式、對接焊縫的坡口形式: : 3.3 對接焊縫的構造與計算 對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和板厚和 施工條件施工條件有關。有關

9、。 t-t-焊件厚度焊件厚度 (1)(1)當當:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm時，宜采用時，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。 c 鈍邊鈍邊p=2-3mm 100 C C=0.52mm （a） C=23mm （b） C=23mm （C） p p （d） C=34mmp p C=34mm p p （e） C=34mm p p （f） 1:2.5 1:2.5 NN t 1、軸心力作用下的對接焊縫計算軸心力作用下的對接焊縫計算 )283( w c w t w ff tl N 或 式中：式中： N軸心拉力或壓力；軸心拉力或壓力； t板件較小厚

10、度；板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度；形連接中為腹板厚度； f ft tw w、f fc cw w 對接焊縫的抗拉和抗壓強度設計值。對接焊縫的抗拉和抗壓強度設計值。 NN l lw w t A 當不滿足上式時，可采用斜對當不滿足上式時，可采用斜對 接焊縫連接如圖接焊縫連接如圖B。 w v w w c w t w f tl N ff tl N cos sin 或 另另: :當當tan1.5tan1.5時時, ,不用驗算不用驗算! ! NN t B Nsinsin Ncoscos l lw w lw：焊縫的計算長度，焊縫的計算長度， 有引弧板有引弧板lw= l ，無引，無引 弧板弧板l-2t。

11、l lw w t A M V )293( 6 2 max w t w w f tl M W M )303( 2 3 max w V w w w f tl V tI VS 因焊縫截面為矩形，因焊縫截面為矩形，M、 V共同作用下應力圖為：共同作用下應力圖為： 故其強度計算公式為：故其強度計算公式為： 式中：式中：W Ww w焊縫截面模量；焊縫截面模量； S Sw w-焊縫截面面積矩；焊縫截面面積矩； I Iw w-焊縫截面慣性矩。焊縫截面慣性矩。 （1）板件間對接連接）板件間對接連接 M V1 焊縫截面焊縫截面 A A、對于焊縫的、對于焊縫的max max和 和max max應滿足式 應滿足式3-

12、29和和3-30要求；要求； max 1 1 max B B、對于翼緣與腹板交接點焊縫、對于翼緣與腹板交接點焊縫（1點）點），其折算應，其折算應 力尚應滿足下式要求：力尚應滿足下式要求： )313(1 . 13 2 1 2 1 w t f 1.11.1考慮最大折算應力只在局部出現(xiàn)的強度增大系數(shù)?？紤]最大折算應力只在局部出現(xiàn)的強度增大系數(shù)。 100010 -25016 q =150kN/m max 1 max 1 2.4m 8m 1000 250 16 10 q 2.4m R=600kN 100010 25016 222 1 2 1 2439 .1733 e=150106 V=150kN 12

13、190 10 200 y2 y1 焊縫有效截面焊縫有效截面T形牛腿對接焊縫連接形牛腿對接焊縫連接 he hf hf 普通式普通式 he hf 1.5hf 平坡式平坡式 1 1、角焊縫的形式、角焊縫的形式: : 3.4 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 直角角焊縫、斜角角焊縫直角角焊縫、斜角角焊縫 （1）直角角焊縫 he hf hf 凹面式凹面式 用于直接承用于直接承 受動載的側(cè)受動載的側(cè) 縫?？p。 用于直接承用于直接承 受動載的端受動載的端 縫。縫。 按he=0.7hf 斜角角焊縫 按he=0.7hf (a) hf hf hf hf a）銳角角焊縫；b）鈍角角焊縫 (b) 按he=hf c

14、os hf hf hf hf 2 按he=hf cos 2 （2）斜角角焊縫 對于對于135135o o 或或606mmt6mm時，時，h hf,max f,maxt-(1 t-(12)mm2)mm； hf f t t1 1 t )(5 . 1 2min, 計計算算數(shù)數(shù)值值只只進進不不舍舍！th f fw hl60 注注： 1 1、當實際長度大于以上值時，計算時不與考慮；、當實際長度大于以上值時，計算時不與考慮； 2 2、當內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，不受上式限制。、當內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，不受上式限制。 mmhl fw 408且不得小于且不得小于 bl w B、為了避免焊縫橫向收、為了避免焊縫

15、橫向收 縮時引起板件的拱曲縮時引起板件的拱曲 太大，規(guī)范規(guī)定：太大，規(guī)范規(guī)定： ）（或 ）（ mmtmm mmttb 12200 1216 1 11 t1 t2 b w l C. 當角焊縫的端部位于構件轉(zhuǎn)角處時，應作當角焊縫的端部位于構件轉(zhuǎn)角處時，應作2h2hf f的的繞繞 角焊角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。 b w l 2hf f 255 1且 且t t1 t2 hf he h h1 h2 d e he lw w h-h-焊縫厚度、焊縫厚度、h h1 1熔深熔深 h h2 2凸度、凸度、dd焊趾、焊趾、ee焊根焊根 )13()(3 222 w u f 3 3、由于我國規(guī)

16、范給定的角焊由于我國規(guī)范給定的角焊 縫強度設計值，是根據(jù)抗剪條縫強度設計值，是根據(jù)抗剪條 件確定的故上式又可表達為：件確定的故上式又可表達為： 式中：式中： w u f-焊縫金屬的抗拉強度焊縫金屬的抗拉強度 )23(3)( 3 222 w f w u ff he lw w )43( we x f lh N ) 33( we y f lh N N Ny Nx 2 f f f = f h he e l lw w 45O45O h hf f w ff ff f3 2 3 2 2 22 將將3333、3434式，代入式，代入3232式得：式得： ：得 1.22整理上式，并令 2 3 f )53( 2

17、2 w ff f f f 式式3535即為，規(guī)范給定的角焊縫強度計算通用公式即為，規(guī)范給定的角焊縫強度計算通用公式 f f正面角焊縫強度增大系數(shù)；正面角焊縫強度增大系數(shù)； 靜載時取靜載時取1.221.22，動載時取，動載時取1.01.0。 )63( w ff ew f f hl N 對于正面角焊縫，對于正面角焊縫，f f=0=0，由，由3535式得：式得： 對于側(cè)面角焊縫，對于側(cè)面角焊縫，f f=0=0，由，由3535式得：式得： )73( w f ew f f hl N 以上各式中：以上各式中： h he e=0.7h=0.7hf f； l lw w角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫

18、取其角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其 實際長度減去實際長度減去2h2hf f。 ew w ff hlfN 四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計算四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計算 w f we f f lh N 1 1、軸心力作用下、軸心力作用下 (1)(1)軸心力作用下的蓋板對接連接軸心力作用下的蓋板對接連接: : A A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：僅采用側(cè)面角焊縫連接： C C、采用三面圍焊連接：采用三面圍焊連接： w f ew f f hl NN NN l lw w l lw w B B、僅采用正面角焊縫連接：僅采用正面角焊縫連接： w ff ew f f hl N D D

19、、采用四面菱形圍焊連接：、采用四面菱形圍焊連接： E E、采用塞焊連接：、采用塞焊連接： N N w f f dn N 2 4 (2)(2)角鋼角焊縫連接角鋼角焊縫連接 )113( )103( 2211 21 eNeN NNN 由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: : 故故: : )133( )123( 2 21 1 2 1 21 2 1 Nk ee e NN Nk ee e NN 肢肢尖尖焊焊縫縫內(nèi)內(nèi)力力分分配配系系數(shù)數(shù) 肢肢背背焊焊縫縫內(nèi)內(nèi)力力分分配配系系數(shù)數(shù) 2 21 1 2 1 21 2 1 k ee e k k ee e k N e1 e2 b N1 N2 xx l lw1 w1 l

20、lw2 w2 )153( )143( 22 2 2 11 1 1 w f ew f w f ew f f hl N f hl N 對于校核問題對于校核問題: : 對于設計問題對于設計問題: : )173( )163( 2 2 2 1 1 1 w fe w w fe w fh N l fh N l N e1 e2 b N1 N2 xx l lw1 w1 l lw2 w2 B B、采用三面圍焊、采用三面圍焊 )213( 2 )203( 2 3 22 3 11 N NkN N NkN 由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: : )183( 333 w ffew fhlN )193( 33 w ffe f

21、bhN 余下的問題同情況余下的問題同情況A，即，即: : N e1 e2 b N1 N2 xx N3 l lw1 w1 l lw2 w2 )153( )143( 22 2 2 11 1 1 w f ew f w f ew f f hl N f hl N 對于校核問題對于校核問題: : 對于設計問題對于設計問題: : )173( )163( 2 2 2 1 1 1 w fe w w fe w fh N l fh N l N e1 e2 b N1 N2 xx N3 l lw1 w1 l lw2 w2 )233( )223(2 31 23 NNN NkN C C、采用、采用L L形圍焊形圍焊 代入式

22、代入式3-203-20，3-213-21得得: : 對于設計問題對于設計問題: : 0 2 N )243( 3 3 3 1 1 1 w w ff e w fe w lf N h fh N l N e1 e2 b N1 xx N3 l lw1 w1 max t 12 2 2、N、M、V共同作用下共同作用下 (1)(1)彎矩作用下角焊縫強度計算彎矩作用下角焊縫強度計算 w ff wew f f lh M W M 2 6 2 w l 2 w l M M M h he eh he e t t (2(2) )偏心軸力作用下角焊縫強度計算偏心軸力作用下角焊縫強度計算 2 , 6 weew M A N AA

23、f lh M hl N ew V AAf hl V , w f V A f M A N A Af f Af f 2 2 2 , 2 , F e N V 2 w l 2 w l M A Nx Nx M M Ny Ny h he eh he e t t ( (3) ) V、M共同作用下焊縫強度計算共同作用下焊縫強度計算 h1 fA fA fB fB f f w ff w fA f h I M 2 1 對于對于A點：點： 式中：式中：I Iw w全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩； h h1 1兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。 xx h h2 B

24、B A h1 M e F V M 對于對于B點：點： w f we ffB w fB f lh Vh I M 2 ,2, 2 2 w ffB f fB f 2 2 強度驗算公式：強度驗算公式： 式中：式中：l lw,2 w,2 腹板焊縫的計算長度；腹板焊縫的計算長度； h he,2 e,2 腹板焊縫截面有效高度。腹板焊縫截面有效高度。 h1 f1 f1 f2 f2 f f xx h h2 B B A h1 M V M max t 12 376 8 12 l l1 l l2 xx y y A A 0 T r 故：該連接的設計控制點為故：該連接的設計控制點為A A點和點和AA點點 ( (1) )

25、T作用下焊縫強度計算作用下焊縫強度計算 xx y y r rx ry A T TAx Ax T TAy Ay TA TA 0 Vy Vy h he e xx y y r rx ry A T TAx Ax T TAy AyTA TA 0 Vy Vy h he e )253( yx T A II rT J rT T作用下作用下A點應力點應力: : 將其沿將其沿x x軸和軸和y y軸分解軸分解: : J rT r r J rT J rT r r J rT xx T T Ay yy T T Ax cos sin e2x0 l l1 l l2 xx y y A A 0 T r w f T Ax f T

26、Ay f 2 2 剪力剪力V作用下作用下,A,A點應力點應力: : we V Ay lh V 軸力軸力N作用下作用下,A,A點應力點應力: : we N Ax lh N 扭矩扭矩T作用下作用下,A,A點應力點應力: : J rT J rT x T Ay yT Ax e2x0 l l1 l l2 xx y y A A 0 T V r N xx y y r rx ry A T TAx Ax T TAy Ay TA TA 0 Vy Vy h he e AN AV A A點垂直于焊縫長度方點垂直于焊縫長度方 向的應力為向的應力為: : T Ay V Ayf A A點平行于焊縫長度方點平行于焊縫長度方

27、向的應力為向的應力為: : 強度驗算公式：強度驗算公式： w ff f f f 2 2 w f N Ax T Ax f V Ay T Ay f 2 2 即： N Ax T Axf 2 22 2 2 2 /160 /3 .14773.96 22. 1 3 .3629.99 mmNf mmN w f T Ax f V Ay T Ay 1 1 2 2 h hf1 f1 h hf1 f1 h hf2 f2 h hf2 f2 h he2 e2 h he1 e1 b b1 1 b b2 2 圖圖A 1 1 2 2 h hf1 f1 h hf1 f1 h hf2 f2 h hf2 f2 h he2 e2 h

28、 he1 e1 b b 圖圖B 1 1、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡化計算，、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡化計算， 規(guī)范規(guī)定：對于兩焊腳邊夾角規(guī)范規(guī)定：對于兩焊腳邊夾角60o135o的的 斜斜T T形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相 同的計算公式，且統(tǒng)一取同的計算公式，且統(tǒng)一取f=1.0。 2 cos sin 21i i fiei bbb hh 、或或 式中：式中：1.5mmb1.5mmb、b b1和和b b25mm5mm 說明：說明： A. bA. b1和和b b21.5mm1.5mm時時, , 可取可取b b1、b b2=0=0 B.

29、bB. b1和和b b2 5mm 5mm時時, , 應如圖應如圖“B”B”方式處方式處 理，且使理，且使b5mmb5mm。 1 1 2 2 h hf1 f1 h hf1 f1 h hf2 f2 h hf2 f2 h he2 e2 h he1 e1 b b1 1 b b2 2 圖圖A 1 1 2 2 h hf1 f1 h hf1 f1 h hf2 f2 h hf2 f2 h he2 e2 h he1 e1 b b 圖圖B 焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上 產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫處可達產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫處可達16001600o oC

30、C，而鄰近區(qū)域，而鄰近區(qū)域 溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度低、膨脹溫度驟降。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)生小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時被，焊縫冷卻時被塑性塑性 壓縮壓縮的焊縫區(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 拉應力拉應力。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應力可以使鋼材。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應力可以使鋼材 達到達到屈服強度屈服強度。焊接殘余應力是。焊接殘余應力是無荷載的內(nèi)應力無荷載的內(nèi)應力，故在，故在 焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠區(qū)產(chǎn)生壓應力。焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠區(qū)產(chǎn)

31、生壓應力。 + - - 500500o oC C 800800o oC C 300300o oC C 300300o oC C 500500o oC C 800800o oC C 施施 焊焊 方方 向向 8cm 6 4 2 0 2 4 6 8cm - - - - - + + (a) 焊縫縱向收縮焊縫縱向收縮 時的變形趨勢時的變形趨勢 - + - (b) 焊縫縱向收縮焊縫縱向收縮 時的橫向應力時的橫向應力 x y + - + 施施 焊焊 方方 向向 (c) 焊縫橫向收縮焊縫橫向收縮 時的橫向應力時的橫向應力 x y - - + (d) 焊縫橫向焊縫橫向 殘余應力殘余應力 y x 不同施焊方向下不

32、同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產(chǎn)生的橫向焊縫橫向收縮時產(chǎn)生的橫向 殘余應力殘余應力: - + + 施施 焊焊 方方 向向 (e) - + - 施施 焊焊 方方 向向 ( f ) x y y x + - 3 2 1 x x y y z z + f f + - - b b f fy y + - - b b f fy y Ny Ny 因焊接殘余應力自相平衡，故：因焊接殘余應力自相平衡，故： yyty ftBftbBNN 當板件全截面達到當板件全截面達到fy，即，即N=Ny時：時： 結(jié)論：結(jié)論： 焊接殘余應力焊接殘余應力 對結(jié)構的靜力對結(jié)構的靜力 強度沒有影響。強度沒有影響。 + - - f fy y

33、f f b b B B t t ftbBNftbN cyt )( A、當焊接殘余應力存在時，因截面的、當焊接殘余應力存在時，因截面的bt部分拉應部分拉應 力已經(jīng)達到力已經(jīng)達到fy ，故該部分剛度為零，故該部分剛度為零（屈服）（屈服），這時，這時 在在N作用下應變增量為：作用下應變增量為： EtbB N 1 f f + - - b b f fy y N N + - - f fy y f f NN b b B B t t 結(jié)論：結(jié)論： 焊接殘余應力的存在增大了結(jié)構的變形，即降低焊接殘余應力的存在增大了結(jié)構的變形，即降低 了結(jié)構的剛度。了結(jié)構的剛度。 EtB N 2 3 3、對于軸心受壓構件，對于軸

34、心受壓構件，焊接殘余應力使其撓曲剛度減焊接殘余應力使其撓曲剛度減 小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力（詳見第四章詳見第四章）。）。 EtbB N 1 5 5、對疲勞強度的影響、對疲勞強度的影響 36 螺栓連接的構造 1.1.普通螺栓普通螺栓 C級級-粗制螺栓，性能等級為粗制螺栓，性能等級為4.6或或4.8級；級； 4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8； 類孔，孔徑類孔，孔徑(d(do o)-)-栓桿直徑栓桿直徑(d) (d) 1 11.5mm1.5mm。 A、B級級-精制

35、螺栓，性能等級為精制螺栓，性能等級為5.6或或8.8級級; ; 5或或8表示表示f fu u500500或或800N/mm800N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6 或或0.80.8；類孔，孔徑類孔，孔徑(d(do o)-)-栓桿直徑栓桿直徑(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。 按其加工的精細程度和強度分為按其加工的精細程度和強度分為: :A、B、C三個級別三個級別。 由由4545號、號、40B40B和和20MnTiB20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理 45號8.8級； 40B和20MnTiB10.9級

36、（a a）大六角頭螺栓）大六角頭螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓 二、螺栓的排列二、螺栓的排列 1.1.并列并列簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構 件截面削弱大；件截面削弱大； B B 錯列錯列A A 并列并列 中距中距 中距中距邊距邊距 邊距邊距 端距端距 2.2.錯列錯列排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構件截排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構件截 面削弱?。幻嫦魅跣?； 一、螺栓連接的受力形式一、螺栓連接的受力形式 F N F A 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力 共同作用共同作用 N O 1 2 3 4 N N a

37、 b N N/2 N/2 N O 1 2 3 4 N a b N/2 N/2 N O 1 2 3 4 a b N N/2 N/2 Nu N/2 N N/2 N N N N NN 這這 兩兩 種種 破破 壞壞 構構 造造 解解 決決 N/2 N N/2 nv剪切面數(shù)目剪切面數(shù)目； d螺栓桿直徑；螺栓桿直徑； fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強度設計值；螺栓抗剪和承壓強度設計值； tt連接接頭一側(cè)承壓構件總厚度的較小值。連接接頭一側(cè)承壓構件總厚度的較小值。 )343(min min b c b v b NNN， 單栓抗剪承載力：單栓抗剪承載力： )323( 4 2 b vv b v f d nN 抗剪

38、承載力：抗剪承載力： )333( b c b c ftdN 承壓承載力：承壓承載力： d b V NN min 驗算： N N 1 v n單單剪剪： N N/2 N/2 2 v n雙雙剪剪： 4 v n四四剪剪： N/2 N/3 N/3 N/3 N/2 N/2 N l l1 1 N/2 平均值平均值 螺栓的內(nèi)力分布螺栓的內(nèi)力分布 試驗證明試驗證明, ,栓群在軸栓群在軸 力作用下各個螺栓的內(nèi)力力作用下各個螺栓的內(nèi)力 沿栓群長度方向不均勻，沿栓群長度方向不均勻， 兩端大兩端大, ,中間小。中間小。 當當l l1 115d15d0 0(d(d0 0為孔徑為孔徑) )時，時， 連接進入彈塑性工作狀態(tài)后

39、，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)內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi) 力趨于相同，故設計時假定力趨于相同，故設計時假定N 有各螺栓均擔。有各螺栓均擔。 b N N n min 所以，連接所需螺栓數(shù)為：所以，連接所需螺栓數(shù)為： )353( 150 1 . 1 6015 0 1 010 d l dld 時時：當當 ECCS 試驗曲線試驗曲線 8.88.8級級 M22M22 我國規(guī)范 1.0 0.75 0.5 0.25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 l l1 1/d/d0 0 平均值平均值 長連接螺栓的內(nèi)力分布長連接螺栓的內(nèi)力分布 7 .0 60 01 時時：當當dl

40、 )363( min b N N n 故，連接所需栓數(shù)：故，連接所需栓數(shù)： NN b t t t t1 1 b1 A A、螺栓采用并列排列時、螺栓采用并列排列時: : 主板的危險截面為主板的危險截面為1-1截面截面: : 1 1 2 2 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度；危危險險截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； 螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設設計計值值 tbm dftdmbA f A N n n 001 , 1 , ; 拼接板厚度。拼接板厚度。危險截面上的螺栓數(shù)；危險截面上的螺栓數(shù)；拼接板寬度；拼接板寬度； 螺栓孔直徑；螺栓孔直徑；鋼材強度設計值鋼材強度設計值 11 0101 2,

41、2, ; 5 . 0 tmb dftdmbA f A N n n B B、螺栓采用錯列排列時、螺栓采用錯列排列時: : 主板的危險截面為主板的危險截面為1-1和和 1-1截面截面: : 主主板板厚厚度度。 主主板板寬寬度度； 危危險險截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； 螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設設計計值值；式式中中： 截截面面：對對于于 截截面面：對對于于 t b m df tdmccmcA tdmbA f A N n n n 0 0 2 2 2 14 0 ;1211 ;11 N N t t t t1 1 b c2c3 c4 c1 1 1 1 1 拼接板的危險截面為拼接板的危險截面為

42、2-2和和 2-2截面截面: : 拼拼接接板板厚厚度度。 拼拼接接板板寬寬度度； 危危險險截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； 螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設設計計值值；式式中中： 截截面面：對對于于 截截面面：對對于于 1 1 0 10 2 2 2 14 101 ;1222 ;22 5 . 0 t b m df tdmccmcA tdmbA f A N n n n N N b t t t t1 1 b1 c2c3 c4 c1 2 2 2 2 T x y N1T r1 1 T T x y N1T r1 1 )383( 2211 nnTTT rNrNrNT )393( 3 3 2 2 1 1

43、 n nTTTT r N r N r N r N 由假定由假定(2)(2)得得 由式由式3-393-39得得: : )403( 1 1 3 1 1 32 1 1 2 n T nT T T T T r r N Nr r N Nr r N N； 由力的平衡條件得：由力的平衡條件得： T x y N1T r1 1 將式將式3-40代入式代入式3-38得得: : )413( 1 2 1 122 2 2 1 1 1 n i i T n T r r N rrr r N T )423( 11 22 1 1 2 1 1 n i n i ii n i i T yx rT r rT N 另外另外, ,當螺栓布置比

44、較狹長當螺栓布置比較狹長( (如如 y y1 13x3x1 1) )時時, ,可進行如下簡化計算：可進行如下簡化計算： 令令:x:xi i=0=0，則，則 n i i n i i TxT y yT r y y rT NN 1 2 1 1 1 1 2 1 11 b T NN min1 驗算： F e F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F )373( 1 n F N F T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 )423( 11 22 1 1 2 1 1 n i n i ii n i i T yx rT r rT N 將將N1T 1T沿坐標軸分解得 沿坐標

45、軸分解得: : )443( )433( 11 22 1 1 1 11 22 1 1 11 22 1 1 1 11 22 1 1 n i n i ii n i n i ii Ty n i n i ii n i n i ii Tx yx xT r x yx rT N yx yT r y yx rT N )453( min 2 11 2 1 b FTyTx NNNN 另外另外, ,當螺栓布置比較狹長當螺栓布置比較狹長( (如如y y1 13x3x1 1) )時時, ,可進行可進行 如下簡化計算：如下簡化計算： 令令:x:xi i=0=0，則，則N1Ty 1Ty=0 =0 )463( 1 2 1 1

46、1 1 2 1 1 n i i n i i Tx y yT r y y rT N )473( min 2 1 2 1 b FTx NNN （一）普通螺栓抗拉連接的工作性能（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能 抗拉螺栓連接在外力作用下，抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有連接板件接觸面有 脫開趨勢脫開趨勢，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉栓桿被拉 斷為其破壞形式。斷為其破壞形式。 （二）（二）單單個普通螺栓的抗拉承載力設計值個普通螺栓的抗拉承載力設計值 483 4 b t eb te b t f d fAN 式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面積；螺栓的

47、有效截面面積； d de e-螺栓的有效直徑；螺栓的有效直徑； f ft tb b-螺栓的抗拉強度設計值。螺栓的抗拉強度設計值。 dedn dm d )493()(3 24 13 螺螺距距ttdd e )503( 22 QN N t 一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需 的螺栓數(shù)為：的螺栓數(shù)為： )513( b t N N n N M 刨平頂緊刨平頂緊 承托承托(板板) M 1 2 3 4 受壓區(qū)受壓區(qū) y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和軸中和軸 )533( 2211 nn yNyNyNM 由力學及假定可得：由力學及假定可得： )523(

48、 3 3 2 2 1 1 n n y N y N y N y N M 刨平頂緊刨平頂緊 承托承托(板板) M 1 2 3 4 受壓區(qū)受壓區(qū) y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和軸中和軸 )543( 1 1 3 1 1 32 1 1 2 nn y y N Ny y N Ny y N N； )553( 1 2 1 122 2 2 1 1 1 n i in y y N yyy y N M )563( 1 2 1 1 n i i y yM N 因此，設計時只要滿足下式，即可：因此，設計時只要滿足下式，即可： )573( 1 b t NN 刨平頂緊刨平頂緊 承托承托(板板) F e 1 2 3

49、 4 F b t n i i t N y yFe n F N 1 2 1 max, 0 1 2 1 min, n i i t y yFe n F N Nt,max 中和軸中和軸 N1F y1 y2 N2M N3M Nt,min 1 2 3 4 F b t n i i t N y yeF N 1 2 1 max, N2M N3M N4M Nt,max 中和軸中和軸 y1 y2 y3 1 2 3 4 F b V V N N b tt NN 0 1 1 V e M=Ve V 因此：因此： n V NV 2 2、由試驗可知，兼受剪力和拉力、由試驗可知，兼受剪力和拉力 的螺桿，其承載力無量綱關系的螺桿，

50、其承載力無量綱關系 曲線近似為一曲線近似為一“四分之一圓四分之一圓”。 1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形 式：式：螺桿受剪兼受拉破壞、孔螺桿受剪兼受拉破壞、孔 壁的擠壓破壞；壁的擠壓破壞； 3 3、計算時，假定剪力由螺栓群均、計算時，假定剪力由螺栓群均 勻承擔，勻承擔，拉力由受力情況確定。拉力由受力情況確定。 )593(1 22 b t t b v v N N N N )603( b cv NN b V V N N b tt NN 0 1 1 a a b b )613( w f ew f f hl V 式中：式

51、中： 考慮剪力對角焊縫偏心影響的增大系數(shù)，考慮剪力對角焊縫偏心影響的增大系數(shù)， 一般取一般取=1.25=1.251.351.35； 其余符號同前。其余符號同前。 M 刨平頂緊刨平頂緊 承托承托(板板) V 連接角焊縫連接角焊縫 )623( 2 . 1 9 . 09 . 09 . 0 ue fAP A Ae e螺紋處有效截面積；螺紋處有效截面積； f fu u螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；8.88.8級，取級，取f fu u =830N/mm =830N/mm2 2， 10.910.9級，取級，取f fu u =1040N/mm =1040N/mm2 2 規(guī)范給出了不同

52、鋼材在不同接觸面的處理方法下的規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的 抗滑移系數(shù)抗滑移系數(shù),如下表如下表 高強度 螺栓 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓 a b N N/2 N/2 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 高強度螺高強度螺 栓栓 普通螺栓普通螺栓 a b N N/2 N/2 )633(9 . 0 PnN f b v 式中：式中：0.90.9抗力分項系數(shù)抗力分項系數(shù)R R的倒的倒 數(shù)數(shù)(R R=1.111);=1.111); n nf f 傳力摩擦面數(shù)目傳力摩擦面數(shù)目; ; - -摩擦面抗滑移系數(shù)摩擦面抗滑移系數(shù); ; P P 預拉力設計值預拉力設計值. .

53、 （2 2）、抗剪連接單栓承載力）、抗剪連接單栓承載力 N O 1 2 3 4 1 2 3 4 高強度高強度 螺栓螺栓 普通螺栓普通螺栓 )643( 4 2 b vv b v f d nN )653( b c b c ftdN )663(min min b c b v b NNN， 單栓抗剪承載力：單栓抗剪承載力： 抗剪承載力抗剪承載力： 承壓承載力承壓承載力： 對于摩擦型連接：對于摩擦型連接： b v N N n 對于承壓型連接：對于承壓型連接： b N N n min NN NN b t t t t1 1 b1 A A、高強度螺栓摩擦型連接、高強度螺栓摩擦型連接 主板的危險截面為主板的危險

54、截面為1-1截面。截面。 1 1 主主板板厚厚度度。主主板板寬寬度度； 螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設設計計值值 其其中中： tb df tdnbAf A N n n 0 011 , 1 , ; ; 考慮孔前傳力考慮孔前傳力50%得：得： 連連接接一一側(cè)側(cè)的的螺螺栓栓總總數(shù)數(shù)。計計算算截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； nn n n NN 1 1 5 . 0 1 1-1截面的內(nèi)力為：截面的內(nèi)力為： f A N n 連連接接一一側(cè)側(cè)的的螺螺栓栓總總數(shù)數(shù)。計計算算截截面面上上的的螺螺栓栓數(shù)數(shù)； nn n n NN 2 2 5 . 0 15 . 0 NN b t t t t1 1 b1 拼接板

55、的危險截面為拼接板的危險截面為2-2截面截面。 2 2 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板寬寬度度； 螺螺栓栓孔孔直直徑徑；鋼鋼材材強強度度設設計計值值 其其中中： 11 0 10212, 2, ; ; tb df tdnbAf A N n n 考慮孔前傳力考慮孔前傳力50%得：得： 2-2截面的內(nèi)力為：截面的內(nèi)力為： B B、高強度螺栓承壓型連接的凈截面驗算與普通螺栓、高強度螺栓承壓型連接的凈截面驗算與普通螺栓 的凈截面驗算完全相同。的凈截面驗算完全相同。 F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F n F N F 1 )793( )783( 11 22 1 1

56、1 11 22 1 1 11 22 1 1 1 11 22 1 1 n i n i ii n i n i ii Ty n i n i ii n i n i ii Tx yx xT r x yx rT N yx yT r y yx rT N )803( 2 11 2 1 b vFTyTx NNNN摩摩擦擦型型連連接接： )813( min 2 11 2 1 b FTyTx NNNN承承壓壓型型連連接接： N P C P+ +P=Pf f C- -C=Cf f Nt )683()673( p f b f ftf EA CC EA PP CNP A Ab b栓桿截面面積；栓桿截面面積； A Ap p板件擠壓面面積；板件擠壓面面積； 板疊厚度。板疊厚度。 )693( 1 bp t f AA N PP )703( 1 bp f f AA P PP )713( 110 f f P PP)723(1 . 1 PPf 顯然栓桿的拉力增加不大。顯然栓桿的拉力增加不大。 另外，試驗證明，當