鋼結(jié)構(gòu)的連接

鋼結(jié)構(gòu)的連接第一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二章鋼結(jié)構(gòu)的連接本章包括如下六節(jié)內(nèi)容：第一節(jié)連接的類型第二節(jié)焊接方法和焊縫強(qiáng)度第三節(jié)對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算第四節(jié)角焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形第六節(jié)螺栓連接第二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二鋼結(jié)構(gòu)的連接

鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、型鋼通過必要的連接組成基本構(gòu)件，再通過一定的安裝連結(jié)裝配成空間整體結(jié)構(gòu)。連接的構(gòu)造和計(jì)算是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。第三頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第一節(jié)連接的類型20世紀(jì)初開始在工程結(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。優(yōu)點(diǎn)：不削弱構(gòu)件截面，構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)約鋼材，加工方便，可采用自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率高。剛度較大、密封性能好。缺點(diǎn)：焊縫附近存在熱影響區(qū)，由高溫快速降到常溫，使鋼材脆性加大；存在焊接殘余應(yīng)力及殘余變形；焊接結(jié)構(gòu)低溫冷脆問題也比較突出。一、焊縫連接

第四頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2、螺栓連接1）．普通螺栓連接

2).高強(qiáng)度螺栓連接

優(yōu)點(diǎn)：方便、操作簡(jiǎn)單，便于拆卸。缺點(diǎn)：削弱構(gòu)件的截面。第五頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二3、鉚釘連接19世紀(jì)20～30年代出現(xiàn)鉚釘連接。把鉚釘加熱到1000～1500oC，再加壓形成接頭（用鉚釘槍鉚合）。優(yōu)點(diǎn)：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)。缺點(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。第六頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

圖2-1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法第七頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第八頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第九頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二節(jié)焊接方法和焊縫強(qiáng)度根據(jù)工藝特點(diǎn)不同，可分為熔化焊和電阻焊。熔化焊，將主體金屬（母材）在連接處局部加熱至熔融狀態(tài)，并附加熔化的填充金屬使金屬分子互相結(jié)合而成為整體形成接頭。熔化焊有電弧焊、氣焊（用氧和乙炔火焰加熱）等。電阻焊是利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來熔化金屬，再通過壓力使其焊合。鋼結(jié)構(gòu)中主要用電弧焊。薄鋼板（t≤3毫米）的連接可以采用電阻焊或氣焊。冷彎薄壁型鋼的焊接，常用電阻點(diǎn)焊，板疊總厚度一般不超過12mm，焊點(diǎn)應(yīng)主要承受剪力，其抗拉(撕裂)能力較差。第十三頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十四頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第十五頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二一．電弧焊電弧焊就是采用低電壓（一般為50～70伏）大電流（幾十到幾百安培）引燃電弧使焊條和焊件之間產(chǎn)生很大熱量和強(qiáng)烈的弧光，利用電弧熱來熔化焊條進(jìn)行焊接。電弧焊又分為手工焊、自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊。

手工電弧焊示意圖第十六頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二(1)手工電弧焊

設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活，適于任意空間位置的焊接，適用各種焊縫。生產(chǎn)效率較低，質(zhì)量變異性大，施焊時(shí)弧光外露，電弧光較強(qiáng)。

手工焊采用的焊條

第十七頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二(2)自動(dòng)或半自動(dòng)電弧焊屬于機(jī)械化焊接，電弧埋在焊劑層下。采用盤狀連續(xù)的光焊絲在散粒狀焊劑下燃弧焊接，散粒狀焊劑的作用與手工焊焊條的藥皮相同。自動(dòng)焊的引弧、焊絲送下、焊劑堆落和焊絲沿焊縫方向的移動(dòng)都是自動(dòng)的。埋弧焊節(jié)省焊絲和電能，勞動(dòng)條件好，生產(chǎn)效率高；焊縫質(zhì)量穩(wěn)定可靠，塑性和韌性也較好，但不如手工焊靈活。埋弧焊所采用的焊絲和焊劑應(yīng)與焊件鋼材相匹配。對(duì)Q235鋼常用H08A等焊絲，對(duì)Q345鋼和Q390和Q420鋼常用H08MnA，H10Mn2等焊絲。選擇焊絲時(shí)，尚需同時(shí)選用相應(yīng)的焊劑。焊劑有無錳型及高、中、低錳型焊劑。第十八頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二焊劑層下自動(dòng)焊示意圖第十九頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二(3)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊利用CO2氣體作為保護(hù)氣體，使焊縫金屬不與空氣接觸，電弧加熱集中，焊接速度快，熔化深度大，焊縫強(qiáng)度高，塑性好。CO2氣體保護(hù)焊采用高錳高硅型焊絲，具有較強(qiáng)的抗銹能力。第二十頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、焊條的型號(hào)

焊條的質(zhì)量直接影響著焊縫的機(jī)械性能和抗蝕性能等，因此，焊條的選擇應(yīng)與焊件鋼材、焊接技術(shù)要求相適應(yīng)。對(duì)焊條的基本要求是：①焊縫金屬的化學(xué)成分和全相組織與基本金屬要相近；②焊縫的機(jī)械性能要接近基本金屬；③對(duì)焊接不應(yīng)造成特殊困難，易于掌握，工藝性能要好，可焊性要滿足要求（重要結(jié)構(gòu)要做焊條可靠性試驗(yàn)）。不同的鋼種要求選用不同型號(hào)的焊條，而同一鋼種又因焊件的工作條件、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)型式等差別，也要選用不同品種的焊條。一般可按結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度選用相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的焊條。第二十一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二焊條應(yīng)和焊件的強(qiáng)度和性能相適應(yīng)。Q235鋼用E43型焊條(E4300一E4316)，Q345鋼用E50型焊條(E5000～E5018)，Q390和Q420鋼用E55型焊條(E5500～E5518)。E（Electrode）表示焊條。第二十二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二手工焊現(xiàn)在大都用厚涂料焊條（又稱優(yōu)質(zhì)焊條）。涂料（又稱藥皮）的作用為：穩(wěn)定電?。皇┖笗r(shí)產(chǎn)生氣體保護(hù)熔滴與空氣隔離，以防止空氣中氧、氮浸人，而使焊縫性質(zhì)變脆；焊藥造成的熔渣覆蓋在熔成的焊縫表面上（清理焊縫時(shí)鏟除），使焊縫慢慢冷卻以便氣體和雜質(zhì)能從焊縫中溢出；另外在焊縫金屬內(nèi)摻入某些合金元素，可改善焊縫的機(jī)械性能。第二十三頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、焊縫缺陷、質(zhì)量檢驗(yàn)和焊縫級(jí)別1．焊縫缺陷

主要有外觀缺陷：①焊縫尺寸偏差；②咬邊；③弧坑，起弧或落弧處焊縫所形成的凹坑；內(nèi)部缺陷：④未熔合；⑤母材被燒穿；⑥氣孔；⑦非金屬夾渣；⑧裂紋等缺陷，均會(huì)引起應(yīng)力集中削弱焊縫有效截面，降低承載能力。若發(fā)現(xiàn)焊縫有裂紋，應(yīng)徹底鏟除后補(bǔ)焊。第二十四頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2．焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)和焊縫級(jí)別

焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)分為三級(jí)。

III級(jí)：只對(duì)全部焊縫做外觀檢查；

Ⅱ級(jí)：除對(duì)全部焊縫做外觀檢查外，還要用超聲波抽查焊縫長(zhǎng)度的50％；

I級(jí)：除全部做外觀檢查外，還須按要求用超聲波檢查，并用X射線抽查焊縫長(zhǎng)度的2％，且部分拍片。第二十五頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二四、焊縫連接形式及焊縫類型焊縫連接接頭按被連接構(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。焊縫按其構(gòu)造來分，可分為對(duì)接焊縫和角焊縫兩種類型。

第二十六頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二焊縫若按其工作性質(zhì)來分有強(qiáng)度焊縫和密強(qiáng)焊縫兩種。強(qiáng)度焊縫只作為傳遞內(nèi)力之用，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。焊縫按其施焊位置分為俯焊(平焊)、立焊、橫焊和仰焊。設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)盡量避免采用仰焊第二十七頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十八頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二五、焊縫的強(qiáng)度

焊縫的強(qiáng)度主要決定于焊縫金屬的強(qiáng)度，并與焊接形式、應(yīng)力集中程度以及焊接的工藝條件等有密切關(guān)系。對(duì)接焊縫的應(yīng)力分布情況基本上和板件一樣，可用計(jì)算板件強(qiáng)度的方法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)接焊縫的靜力強(qiáng)度一般均能達(dá)到母材的強(qiáng)度。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對(duì)接焊縫的抗壓抗剪和滿足Ⅰ、Ⅱ級(jí)焊縫質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值均與母材相同，僅對(duì)滿足Ⅲ級(jí)檢查標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接焊縫抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，約取母材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的85%，這是因?yàn)楹缚p質(zhì)量變動(dòng)大，焊縫缺陷對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響十分敏感。第二十九頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三節(jié)對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算對(duì)接焊縫傳力直接、平順、沒有顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象，受力性能良好。但質(zhì)量要求高，焊件間施焊間隙要求嚴(yán)，一般多用于工廠制造的連接中。⑴坡口加工：應(yīng)對(duì)板件邊緣加工成適當(dāng)型式和尺寸的坡口(圖2-7)，以便焊接時(shí)有焊條運(yùn)轉(zhuǎn)的必要空間。對(duì)于手工焊，當(dāng)板厚超過10mm時(shí)，就應(yīng)開坡口；而對(duì)自動(dòng)焊，則當(dāng)板厚超過16mm時(shí)，開V形坡口即可。⑵對(duì)于不同截面尺寸構(gòu)件的拼接，應(yīng)采用平緩過度的連接方式（圖2-8），以減小應(yīng)力集中一、對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求第三十頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三十一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二當(dāng)兩板厚度不相等，且板厚相差超過4毫米時(shí)，須將較厚板的邊緣刨成1：4的坡度，使其逐漸減到與較薄板等厚，以減緩?fù)蛔兲帒?yīng)力集中的影響。當(dāng)兩板寬度不同時(shí)，也應(yīng)將寬板兩側(cè)以不小于1：4的坡度縮減到窄板寬度。在一般焊縫中，每條焊縫的起弧端和終點(diǎn)滅弧端分別存在弧坑和未熔透的缺陷，這種缺陷統(tǒng)稱為焊口，焊口處常產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力集中。它對(duì)處于低溫或受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)不利。一般的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)由實(shí)際長(zhǎng)度減去兩端各5毫米。為了消除悼口的缺陷影響。對(duì)于重要結(jié)構(gòu)的對(duì)接焊縫可采用臨時(shí)引弧板，將焊縫兩端引出板外，焊完以后切除，這樣可保證焊縫兩端的質(zhì)量。此種焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度即等于實(shí)際長(zhǎng)度。

第三十二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三十三頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算1．對(duì)接直焊縫承受軸心力N

或式中l(wèi)w—焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，當(dāng)未采用引弧板時(shí)，每條焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t，當(dāng)采用引弧板時(shí)，取焊縫實(shí)際長(zhǎng)度，t—為焊縫的計(jì)算厚度。第三十四頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二從焊縫的容許應(yīng)力表可以看出，當(dāng)采用普通方法檢查質(zhì)量的半自動(dòng)焊和手工焊時(shí)，抗拉容許應(yīng)力低于焊件鋼材的容許應(yīng)力，故對(duì)接直焊縫的焊件鋼材常不能充分利用。要使焊縫連接和鋼材的承載能力相等（即等強(qiáng)度），可采用精確方法檢查質(zhì)量或用自動(dòng)焊來提高焊縫抗拉容許應(yīng)力，或者采用斜焊縫連接。斜焊縫承受軸心力N作用時(shí)，由于增加了焊縫長(zhǎng)度，可使焊接承載力得到提高。但當(dāng)焊件寬度較大，斜切鋼板費(fèi)料較多，故其應(yīng)用受到限制。根據(jù)規(guī)范規(guī)定,承受軸心拉力的斜焊縫的傾角α＝56°即坡度為1.5:1時(shí),可使焊縫和鋼材等強(qiáng)度，而不必驗(yàn)算靜力強(qiáng)度。第三十五頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2．對(duì)接焊縫承受剪力和彎矩對(duì)接焊縫承受彎矩M和剪力V作用時(shí)，按下式驗(yàn)算其焊縫強(qiáng)度在正應(yīng)力和剪應(yīng)力都較大之處，還應(yīng)按下式驗(yàn)算該點(diǎn)的折算應(yīng)力：第三十六頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二3．工字形截面對(duì)接焊縫承受彎矩、剪力和軸心力共同作用按下列各式驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度：第三十七頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四節(jié)角焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫為沿兩直交或斜交焊件的交線焊接的焊縫，可用于對(duì)接、搭接以及直角或斜角相交的T形和角接接頭中。角焊縫施焊時(shí)板邊不需要加工坡口，施焊較方便。

第三十八頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

一、受力情況和構(gòu)造要求側(cè)焊縫---長(zhǎng)度方向與作用力方向平行的角焊縫端焊縫---長(zhǎng)度方向與作用力方向垂直的角焊縫角焊縫兩焊腳邊的夾角α一般為90°(直角角焊縫),若該夾角大于或小于90°；則稱為斜角角焊縫。

1、角焊縫的形式和受力情況第三十九頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二側(cè)焊縫主要承受剪力作用。在彈性階段，應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度分布不均，但由于其塑性較好，在出現(xiàn)塑性變形后，將產(chǎn)生應(yīng)力重分布，在規(guī)范規(guī)定的焊縫長(zhǎng)度范圍內(nèi)，應(yīng)力分布可趨于均勻。端焊縫的應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜，其破壞強(qiáng)度比側(cè)焊縫的高（約高22%左右），但塑性變形要差一些。側(cè)焊縫和端焊縫的受力情況和可能的破壞情況分別如圖所示。第四十頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

角焊縫按其與外力方向的不同分為側(cè)面焊縫(與外力平行)正面焊縫又能稱端焊縫(與外力垂直)和斜焊縫。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量靜力試驗(yàn)證明，角焊縫的強(qiáng)度和外力的方向有直接關(guān)系，其中，側(cè)面焊縫強(qiáng)度最低，正面焊縫強(qiáng)度最高。正面焊縫的破壞強(qiáng)度是側(cè)面縫的1.35~1.55倍，斜縫的強(qiáng)度介于兩者之間。由于角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)極為復(fù)雜,在各種破壞形式中取其最低的平均剪應(yīng)力來控制角焊縫的強(qiáng)度。故規(guī)范規(guī)定抗拉抗壓和抗剪不分焊縫質(zhì)量級(jí)別均采用相同的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。側(cè)面焊縫與正面焊縫在強(qiáng)度上的區(qū)別，將在設(shè)計(jì)算式中給予體現(xiàn)。對(duì)施工條件較差的高空安裝焊縫按規(guī)定的強(qiáng)度設(shè)計(jì)乘以0.9系數(shù)采用。

第四十一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二側(cè)面角焊縫的受力及破壞情況第四十二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二正面角焊縫的受力情況第四十三頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2、角焊縫的構(gòu)造要求1）焊腳尺寸hf稱角焊縫截面直角邊的尺寸hf為角焊縫的焊腳尺寸。若hf過小，熱量小，易被周圍金屬快速吸收，從而冷卻過快而產(chǎn)生淬硬組織，使金屬變脆，容易形成裂紋。hf過大，易使焊件過燒，改變金相組織，且易燒穿較薄焊件。所以hf

不能過大或過小，一般應(yīng)滿足，當(dāng)焊縫位于板邊時(shí)，應(yīng)滿足hf≤t。第四十四頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2）焊縫長(zhǎng)度Lw

考慮弧坑影響，lw取實(shí)際長(zhǎng)度減去10mm。當(dāng)hf大而lw過小時(shí)，易使焊件局部受熱嚴(yán)重，且焊縫起滅弧的弧坑相距太近，起滅弧區(qū)段占比例高，加上可能出現(xiàn)的其他缺陷，也使焊縫不夠可靠。lw過大,側(cè)面角焊縫沿長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力分布很不均勻，焊縫兩端已達(dá)破壞應(yīng)力，而中部應(yīng)力還較小。故側(cè)焊縫長(zhǎng)度應(yīng)滿足：8hf≤lw≤60hf（承受靜力荷載或間接受動(dòng)力荷載）8hf≤lw≤40hf（直接承受動(dòng)力荷載）第四十五頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二3）搭接長(zhǎng)度

在端焊縫的搭接連接中，搭接長(zhǎng)度≥5tmin或25mm，這是為了減少收縮應(yīng)力以及因傳力偏心在板件中產(chǎn)生的次應(yīng)力。4）間斷焊縫的段間凈距e水工鋼結(jié)構(gòu)不宜采用間斷焊縫，以防銹蝕。在次要構(gòu)件或次要焊縫中，若采用間斷焊縫則各段間的凈距e≤15tmin(受壓板件)或30tmin(受拉板件),以避免局部凸曲而對(duì)受力不利。第四十六頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算角焊縫的計(jì)算方法：不同的《規(guī)范》有不同的計(jì)算方法。折算應(yīng)力法:考慮焊縫有效截面的應(yīng)力狀態(tài)，按第四強(qiáng)度理論計(jì)算。單一應(yīng)力法:不考慮焊縫有效截面的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，均按單一剪應(yīng)力計(jì)算。第四十七頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二1、角焊縫計(jì)算的基本公式角焊縫有效截面上同時(shí)存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，則可按第四強(qiáng)度理論計(jì)算其等效應(yīng)力，對(duì)于比較簡(jiǎn)單的受力情況，該計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：其中：第四十八頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二角焊縫的應(yīng)力分析第四十九頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二整理上式可得角焊縫連接的基本公式(1)當(dāng)只有垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力作用時(shí)（軸心力作用的正面角焊縫）(2)當(dāng)只有平行于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力作用時(shí)（軸心力作用的側(cè)面角焊縫）第五十頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

上述公式適用條件適用于非直接動(dòng)力荷載作用。當(dāng)直接動(dòng)力荷載作用時(shí)，考慮正面角焊縫塑性性能較差，取它和側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度相同，把式中1.22變?yōu)?。按容許應(yīng)力法計(jì)算焊接連接時(shí)，強(qiáng)度均取角焊縫的容許剪應(yīng)力，應(yīng)力根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得。第五十一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.軸心力作用

軸心力通過連接角焊縫群的中心時(shí)的角焊縫計(jì)算，應(yīng)取應(yīng)力是均勻分布的。（1）只采用側(cè)面角焊縫和只采用正面角焊縫時(shí)

分別按上述公式計(jì)算。（2）三面圍焊時(shí)

先取hf

值，求出正面角焊縫所能承擔(dān)的內(nèi)力N3，再由N-N3，再計(jì)算側(cè)面角焊縫。第五十二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二(3)當(dāng)用側(cè)面角焊縫連接鋼板與角鋼時(shí)

應(yīng)使焊縫受力合力通過角鋼軸線。通過調(diào)節(jié)焊縫面積來實(shí)現(xiàn)。依∑X=0、∑M=0得第五十三頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

焊縫內(nèi)力N1和N2求得后，再根據(jù)構(gòu)造要求和強(qiáng)度計(jì)算確定肢背和肢尖的焊腳尺寸和長(zhǎng)度。

為使連接緊湊，可采用圍焊縫。先選定正面角焊縫的hf，其承載力N3=0.7hf∑1.22lw3×1.22，肢背和肢尖焊縫的內(nèi)力：N1=k1N-N3/2

N2=k2N-N3/2

然后按側(cè)焊縫確定肢背和肢尖焊縫尺寸。當(dāng)受力較小而采用L形焊縫時(shí)，由N2=0,可得N3=2k2N，及N1=N-N3，然后可確定各焊縫尺寸。肢背和肢尖可采用不同的焊腳尺寸hf，這樣可使肢背和肢尖的焊縫長(zhǎng)度lw接近相等。第五十四頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

3．彎矩、剪力和軸心力共同作用時(shí)T形接頭的計(jì)算

把荷載向焊縫中心平移，確定受力最大的應(yīng)力點(diǎn)，依應(yīng)力性質(zhì)組合，驗(yàn)算最危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng)度。第五十五頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二4．扭矩T作用(T平面‖焊縫平面)

扭矩T作用(T平面‖焊縫平面)假定（1）被連接件是剛性的，焊縫是彈性的；(2)被連接件繞焊縫形心O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，焊縫上任一點(diǎn)應(yīng)力與該點(diǎn)與焊縫中心距離r的大小成正比，方向與r垂直。按《材力》理論，可得該點(diǎn)應(yīng)力沿x、y方向的分量為：式中，rx、ry——分別為r在x和y方向上的分量。因此，在扭矩T作用下，距焊縫形心最遠(yuǎn)的強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：第五十六頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.扭矩、剪力和軸力共同作用下搭接連接的計(jì)算

把荷載向焊縫中心平移，確定受力最大的應(yīng)力點(diǎn)，依應(yīng)力性質(zhì)組合，驗(yàn)算最危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng)度。第五十七頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第五節(jié)焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形1、縱向殘余應(yīng)力（應(yīng)力方向‖焊縫長(zhǎng)度方向）構(gòu)件產(chǎn)生縱向殘余應(yīng)力的三個(gè)充分必要條件：⑴構(gòu)件上存在不均勻的溫度場(chǎng)；⑵構(gòu)件進(jìn)入了熱塑性狀態(tài)；⑶組成構(gòu)件的各個(gè)縱向纖維不能自由縱向變形。

在同時(shí)滿足上述三個(gè)條件的情況下，構(gòu)件將產(chǎn)生縱向殘余應(yīng)力。構(gòu)件在焊接、熱軋、熱切割等熱處理時(shí)將會(huì)同時(shí)滿足上述三個(gè)充分必要條件；因此將會(huì)產(chǎn)生縱向殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力是指焊件冷卻后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力。

一、焊接殘余應(yīng)力的種類和產(chǎn)生的原因第五十八頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二縱向殘余應(yīng)力的分布規(guī)律：構(gòu)件的縱向殘余應(yīng)力為自相平衡的內(nèi)應(yīng)力（合力為零），其分布表現(xiàn)為溫度高的焊縫附近區(qū)域?yàn)槔瓚?yīng)力，而遠(yuǎn)離焊縫區(qū)溫度較低的區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力。拉壓應(yīng)力的合力為零?？v向殘余應(yīng)力的分布如下圖所示。

第五十九頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2．橫向殘余應(yīng)力

橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有兩方面：⑴焊后焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向于彎成弓形，但由于焊縫將兩塊鋼板連成整體，于是在焊縫中部和兩端分別產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力和橫向壓應(yīng)力如下圖⑵施焊時(shí)先焊的焊縫先冷卻凝固,具有一定的強(qiáng)度,會(huì)阻止后焊焊縫在橫向的自由變形,從而產(chǎn)生橫向應(yīng)力。第六十頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

3．沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力

外邊先冷卻而受壓，中間冷卻慢而受拉。這三種應(yīng)力可能形成比較嚴(yán)重的同號(hào)三軸應(yīng)力；會(huì)大大降低結(jié)構(gòu)連接的塑性。這就是焊接結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞的原因之一。第六十一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

二、焊接殘余變形焊接過程中的局部加熱和不均勻的冷卻收縮，使焊件在產(chǎn)生殘余應(yīng)力的同時(shí)還將伴隨產(chǎn)生焊接殘余變形，如縱向和橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形和扭曲變形等。第六十二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六十三頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的影響

1．焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響

(1)強(qiáng)度方面：殘余應(yīng)力是自平衡力系，不影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

(2)剛度方面：殘余應(yīng)力與荷載應(yīng)力相加以后，部分材料將提前進(jìn)入屈服階段，繼續(xù)增加的外力將僅由彈性區(qū)承擔(dān)，因此構(gòu)件變形將加快，剛度降低。

(3)構(gòu)件的穩(wěn)定性：荷載引起的壓應(yīng)力與截面殘余壓應(yīng)力疊加時(shí)，會(huì)使部分截面屈服，降低抗彎剛度EI，將降低構(gòu)件的整體穩(wěn)定性。

(4)疲勞和低溫冷脆：殘余應(yīng)力為三向同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，材料易轉(zhuǎn)向脆性，使裂紋容易產(chǎn)生和開展，導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度降低，易導(dǎo)致低溫脆性斷裂。第六十四頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二2．焊接殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響影響結(jié)構(gòu)的尺寸，使裝配困難，影響使用質(zhì)量;過大的變形將顯著降低結(jié)構(gòu)的承載能力，甚至使結(jié)構(gòu)不能使用。第六十五頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二四、減小焊接殘余應(yīng)力的方法

1.在構(gòu)造設(shè)計(jì)方面：hf不宜過大；焊縫不宜過分集中；避免三向拉應(yīng)力的情況。2.在制造方面：合理的裝配即焊接工藝，使焊件能自由收縮。3.焊件焊前預(yù)熱和焊后熱處理是另一有效方法。

第六十六頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二五、減小焊接殘余變形的方法

1.反變形法。即在施焊前預(yù)留適當(dāng)?shù)氖湛s量和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先造成相反方向和適當(dāng)大小的變形來抵消焊后變形，一般適用于較薄板件。2.合理的裝配即焊接工藝。3.矯正。有機(jī)械矯正和火焰加熱矯正。第六十七頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二第六節(jié)螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算1.表示方法：普通螺栓為粗牙大六角頭型，代號(hào)用字母M與公稱直徑(毫米)表示,如M18，M20，M22，M24。（1）C級(jí)螺栓連接：鍛壓制成，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：螺桿車工制成，尺寸準(zhǔn)確，孔加工精度高。制造安裝費(fèi)工。

2.按制作精度分類：分為A、B、C級(jí)螺栓。C級(jí)采用4.6、4.8級(jí)(小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字代表抗拉強(qiáng)度,單位為Mpa,小數(shù)部分代表屈強(qiáng)比)材料制作,只要求Ⅱ類孔(在單個(gè)零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計(jì)孔徑的孔),栓徑比孔徑小(1.5～3.0)mm。A、B級(jí)螺栓采用8.8級(jí)材料(45號(hào)和35號(hào)鋼)制作,要求Ⅰ類孔(用鉆模鉆成或在裝配好后鉆成或擴(kuò)鉆止設(shè)計(jì)孔徑)，栓徑比孔徑小(0.3～～0.5)mm。常用的孔、螺栓表示方法見圖3-36。一、普通螺栓的種類和特性

第六十八頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、普通螺栓連接的構(gòu)造要求1、螺栓的直徑

在同一結(jié)構(gòu)連接中，為便于鉆孔及螺栓安裝并方便計(jì)算，宜采用同一直徑的螺栓。其直徑大小有受力和構(gòu)件尺寸綜合確定。常用直徑為M18、M20、M22、M24等。2、螺栓的排列和間距螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一而緊湊，既要滿足受力要求，又要構(gòu)造合理便于安裝。

第六十九頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、普通螺栓連接受力性能和強(qiáng)度計(jì)算1．分類

按螺栓受力方式可分為受剪螺栓連接、受拉螺栓連接和拉剪螺栓連接。

2．受剪螺栓連接

（1）受力性能：靠栓桿受剪和孔壁承壓傳力。

（2）破壞形式：a.栓桿剪斷；b.孔壁擠壓壞；c.鋼板拉斷；d.端部鋼板剪斷；e.栓桿受彎破壞。

前三種通過計(jì)算來防止。后兩種通過限制端距和螺栓的夾緊長(zhǎng)度不超過5d來防止。

第七十頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）單個(gè)螺栓承載力計(jì)算a.單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值b.承壓承載力設(shè)計(jì)值單個(gè)螺栓承載力應(yīng)為a和b承載力中的較小值，即：第七十一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二(4)螺栓群受軸心力N作用時(shí)的連接計(jì)算

①確定所需螺栓數(shù)目n

n=N/Nbmin

。當(dāng)沿受力方向的螺栓連接長(zhǎng)度l1過大時(shí),各螺栓的受力將很不均勻,易發(fā)生解扣破壞.需將螺栓的承載力設(shè)計(jì)值乘以折減系數(shù)給予降低.

②凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算

σ=N/An≤f

選擇構(gòu)件或連接板內(nèi)力大或凈截面小的截面。

第七十二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二（5）受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群計(jì)算計(jì)算假定：①被連接鋼板是剛性的，螺栓是彈性的；②鋼板繞螺栓群中心O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺栓的剪切變形與它到中心O的距離成正比，螺栓所受的剪切力或鋼板所受的反作用力與r成正比，方向與r垂直。

第七十三頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

根據(jù)合力矩定理和計(jì)算假定得在T作用下螺栓所受的最大剪力為其水平和豎直分力為V由螺栓平均分擔(dān)，每個(gè)螺栓承受T和V共同作用時(shí)，受力最大的螺栓1應(yīng)滿足第七十四頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.拉剪螺栓連接（M、V共同作用）(1)無支托或不考慮支托受力螺栓既受拉又受剪，應(yīng)同時(shí)滿足(2)考慮支托承受剪力

M由螺栓承受，V由支托承受。支托與柱之間的焊縫引入偏心系數(shù)（1.25～1.35）。第七十五頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.受拉螺栓連接（1）單個(gè)受拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值破壞形式是在被螺紋削弱的截面處栓桿被拉斷。普通螺栓（bolt）

錨栓（anchorbolt）（2）螺栓群的受拉連接計(jì)算

a.軸心力N作用時(shí)

n=N/

Ntb

然后按實(shí)際確定的螺栓數(shù)目n進(jìn)行布置排列。

第七十六頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二b.螺栓群在彎矩M作用下的抗拉計(jì)算上部螺栓受拉，壓力產(chǎn)生于牛腿和柱的接觸面上，精確確定中和軸的位置的計(jì)算比較復(fù)雜。通常近似地取中和軸在最下邊一排螺栓軸線上，并且忽略壓力區(qū)所產(chǎn)生的彎矩（因力臂很?。？傻寐菟ㄋ茏畲罄椋菏街衜為螺栓的列數(shù)。

第七十七頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二四、普通螺栓連接問題解法1．驗(yàn)算型問題

特點(diǎn)已知尺寸和荷載，問是否滿足設(shè)計(jì)要求。解法①驗(yàn)算是否滿足構(gòu)造條件；②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；③按相應(yīng)公式驗(yàn)算。2.設(shè)計(jì)型問題

特點(diǎn)已知荷載和連接構(gòu)造，需完成連接設(shè)計(jì)。解法I．抗剪型i.N作用①初選

d，求出Nbmin

；②求n；③按構(gòu)造要求排列；④凈截面驗(yàn)算，依結(jié)果調(diào)整d或排列，直至滿足要求。ii．其它荷載作用①初選

d、n和排列；②考慮荷載種類，確定受力最大螺栓；③按相應(yīng)公式驗(yàn)算；④調(diào)整（d、n或排列）驗(yàn)算，直至滿足要求。第七十八頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二

II．拉力型

i.N作用①初選

d，求出Nbt

；②求n；③按構(gòu)造要求排列。ii．M作用①初選

d、n和排列；②確定受力最大螺栓；③調(diào)整（d、n或排列）驗(yàn)算，直至滿足要求。

III．拉剪型

i.無支托或不考慮支托受力①初選

d、n和排列；②確定受力最大螺栓；③調(diào)整（d、n或排列）驗(yàn)算，直至滿足要求。ii．考慮支托受力①螺栓按拉力型M作用設(shè)計(jì)；②支托與柱之間的焊縫按角焊縫設(shè)計(jì)。第七十九頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二五高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算1.材料：螺栓采用8.8級(jí)和10.9級(jí)兩種強(qiáng)度性能等級(jí)的材料制成。2.工作特點(diǎn)：高強(qiáng)度螺栓連接是通過擰緊螺母，靠接觸面間的摩擦阻力來承受荷載。普通螺栓連接的擰緊力很小，靠螺桿承壓和抗剪來傳遞剪力。3.分類：分為高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接。摩擦型連接受剪時(shí)，以剪力達(dá)到板件間的最大摩擦阻力為極限狀態(tài)；當(dāng)超過摩擦阻力時(shí)，認(rèn)為連接已失效。承壓型連接在受剪時(shí)，允許剪力超過摩擦力，以螺桿剪切或孔壁承壓的最終破壞為極限狀態(tài)。兩種形式螺栓在受拉時(shí)沒有區(qū)別。（一）高強(qiáng)度螺栓連接的性能第八十頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力

(1)緊固方法：有扭矩法、轉(zhuǎn)角法或扭剪法。(2)預(yù)拉力的大?。簲Q至fy

以獲得最大承載力。但設(shè)計(jì)取值要考慮：①在擰緊螺栓時(shí)，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力對(duì)材料屈服強(qiáng)度的影響(根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，除以1.2)；②施工要超張拉來彌補(bǔ)擰螺栓先后造成的松弛影響(乘以0.9)；③材料抗力的變異影響(乘以0.9)。預(yù)拉力設(shè)計(jì)值P由下式計(jì)算：

P=fy*Ae*0.9*0.9/1.2=0.675fy*Ae

設(shè)計(jì)預(yù)拉力P的取值如表3-2所示。5.摩擦面抗滑移系數(shù)μ

主要與構(gòu)件材料和表面處理方法有關(guān)，見表3-3。6．螺栓的排列及間距要求同普通螺栓。

第八十一頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二（二）高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力

1.摩擦型連接一個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值

NVb=nfμP/rR=0.9nfμP式中0.9—抗力分項(xiàng)系數(shù)rR的倒數(shù)（1/1.111）。2.承壓型連接摩擦力只起延緩滑移作用，要求在荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用時(shí)，不產(chǎn)生滑移，近似取荷載系數(shù)為1.3，單個(gè)螺栓應(yīng)有：NV=N設(shè)/1.3≤0.9nfμP

。極限承載力的確定同普通螺栓。第八十二頁(yè)，共九十頁(yè)，編輯于2023年，星期二（三）高強(qiáng)度