第四章 钢结构的连接.pptx

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1、本章主要内容：本章主要内容：1 概述2 焊接方法和焊缝连接形式3 对接焊缝连接4 角焊缝连接5 焊缝残余应力和焊缝残余变形6普通螺栓连接的构造和计算7高强螺栓连接的受力性能和计算8连接的抗撕裂计算第1页/共226页分类：根据连接方式分类：概述4.1第2页/共226页第3页/共226页一、焊缝连接 对接焊缝连接对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。角焊缝连接角焊缝连接第4页/共226页三、螺栓连接优点：连接刚度大，传力可靠；优点：连接刚度大，传力可靠；分为：分

2、为：普通螺栓连接普通螺栓连接4.6、4.8、5.6、8.8高强度螺栓连接高强度螺栓连接8.8、10.9二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，条件差，施工速度慢。施工速度慢。第5页/共226页普通螺栓第6页/共226页高强度螺栓1.高强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的35号钢、45号钢，合金钢中的20锰钛硼钢等 2.8.8级为fu=800MPa，fy/fu=0.8；10.9级为fu=1000MPa，fy/fu=0.9；3.高强螺栓按传力机理分 摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。第7页/共226页焊接结构的特点优点：1.不削弱截面，经

3、济；2.焊件间可直接焊接，构造简便，制造省工，传力路线短而明确；3.连接的密闭性好，刚度大，整体性好；4.便于自动化作业，提高质量和效率；焊接方法和焊缝连接形式 4.2第8页/共226页缺点：1.位于热影响区的材质变脆；2.产生残余应力和变形3.焊接结构对裂纹很敏感4.对材质要求高5.焊接程序严格6.质量检验工作量大第9页/共226页焊接方法焊条焊剂操作方式适应范围质量状况电弧焊手工焊短焊条(350400mm)附于焊条之药皮全手动工位复杂，形状复杂之焊缝比自动焊略差自动焊连续焊丝焊剂全自动长而简单的焊缝质量均匀、塑性、韧性好，抗腐蚀性强半自动焊连续焊丝CO2气体保护人工操作前进任意焊缝质量均匀

4、、塑性、韧性好，抗腐蚀性强电阻焊无无通电、加压、机械薄板点焊一般用作构造焊缝气焊短、光焊条无（乙炔还原）手工薄板、小型、不同材质结构中一般用作构造焊缝一常用的焊接方法第10页/共226页 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧A手工电弧焊缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优、缺点优、缺点第11页/共226页第12页/共226页第13页/共226页、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔

5、渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊B自动电弧焊第14页/共226页A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。B B、优、缺点：、优、缺点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。送送丝丝器器机机器器第15页/共226页C气体保护焊优、缺点：优、缺点：优点：焊接速度快，焊接质量好。优点：焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。第16页/共226页二焊接材料的表示与选用1 1 焊条的型号与牌号焊条的型号与牌号

6、 型号：国家标准型号：国家标准 如如E4315E4315表示方法：表示方法：E焊条焊条(Electrode)第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。牌号：企业表示方法，依历史沿革而定。各家企业不尽相同。牌号：企业表示方法，依历史沿革而定。各家企业不尽相同。如型号为E4315E4315，牌号通常为J42,J42,也有不同的，大西洋牌号为CHE427CHE427，景泰为TL427TL4272 2 焊丝牌号焊丝牌号表示方法：如表示方法：如H10Mn2H10Mn2第17页/共226页第18页/共226页第1 1个字母表示焊接用实芯

7、焊丝，后面两位代表碳的含量其后的化学元素符号和数字代表该元素的平均含量。3 3 焊条选用：焊条选用：焊条应与焊件钢材相适应Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)4 4 焊丝与焊剂的选用焊丝与焊剂的选用焊丝分为实芯

8、焊丝和药芯焊丝埋弧焊时焊缝的质量是由焊丝和焊剂共同决定的，因此其选用应与主体金属的力学性能相适应第19页/共226页三焊接接头的形式与焊缝形式1焊接接头的形式第20页/共226页搭接对接角接T型连接第21页/共226页2焊缝形式分为对接焊缝和角焊缝。第22页/共226页（1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝第23页/共226页3施焊方法 根据焊工与焊缝的相对位置分为俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。第24页/共226页4对接焊缝按受力与焊缝方向分为：a）直缝：作用力方向与焊缝方向正交

9、b）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交5角焊缝按受力与焊缝方向分为：a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行 第25页/共226页四、焊缝缺陷及焊缝质量检查1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷第26页/共226页2.2.焊缝质量检查外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还可以采用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。第27页/共226页

10、钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定：规定：焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级质量标准；一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。级别的质量标准。第28页/共226页钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：(1)(1)需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向

11、的横向对接焊缝受拉时应为一级，需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。受压时应为二级。3.3.焊缝质量等级及选用(2)(2)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。级；受压时宜为二级。第29页/共226页（）重级工作制和起重量（）重级工作制和起重量 的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头

12、焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。低于二级。（）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量（）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。第30页/共226页第31页/共226页五.焊缝代号第32页/共226页(1)(1)箭头指向箭头指向 见图见图a a和图和图b b(2)(2)围焊缝围焊缝 见图见图c c具体规定：第33页/共226页(3)(3)双面角焊缝双面角焊缝 第34页/共226页(4)3(4)3个和个和3 3个以上的焊件相互焊接的焊缝，不得作

13、为双面焊缝标注个以上的焊件相互焊接的焊缝，不得作为双面焊缝标注(5)(5)相互焊接的相互焊接的2 2个焊件中，当只有个焊件中，当只有1 1个焊件带坡口时个焊件带坡口时(如单面如单面V V形形)，引出线箭头必须指，引出线箭头必须指向带坡口的焊件向带坡口的焊件第35页/共226页(6)(6)相同标注符号现场焊接符号相同标注符号现场焊接符号(7)(7)当焊缝分布不规则时，宜在焊缝处加中实线当焊缝分布不规则时，宜在焊缝处加中实线(表示可见焊缝表示可见焊缝)，或加细栅线，或加细栅线(表示不表示不可见焊缝可见焊缝)第36页/共226页一、对接焊缝构造1.对接焊缝的形式：对接焊缝连接4.3C=0.52mm（

14、a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）第37页/共226页a）直边缝：适合板厚 t 10mm b）单边 V 形：适合板厚 t 10 20mm c）双边 V 形：适合板厚 t 10 20mm d）U 形：适合板厚 t 20mm e）K 形：适合板厚 t 20mm f）X 形：适合板厚 t 20mm V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1，t1较薄焊件厚度；第38页/共226页2.对接焊缝

15、的优缺点 优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集 中，利于承受动力荷载。缺点：需剖口，焊件长度要精确。第39页/共226页3.对接焊缝的构造处理（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去t。（2）变厚度(宽度)板对接：当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜角，以平缓过度，减小应力集中。1:2.51:2.5第40页/共226页二、对接焊缝连接的计算 理论分析和实验结果表明，焊接缺陷对受压对接焊缝的强度无影响，受压时强度与母材等强。但是，受拉的对接焊缝对焊缝中的缺陷非

16、常敏感，焊缝质量不同，其抗拉设计强度也不相同。对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）不能超过焊缝的强度设计值。第41页/共226页一、二级焊缝质量：焊缝的抗拉强度等于基材的抗拉强度，适用于直接承受动力荷载和对焊缝质量要求高的结构中；三级焊缝质量：焊缝的抗拉强度等于基材的抗拉设计强度的 0.85 倍。对接焊缝分为：焊透和部分焊透两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；NNt第42页/共226页焊缝的强度设计值第43页/共226页1.轴心受力的对接焊缝（如图）NNllw wtA(一)焊透的对接焊缝计算第44页/共

17、226页N轴心拉力或压力;lw焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实长减去2t，有引弧板时，取实长;t平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚;对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。第45页/共226页2.斜向受力的对接焊缝（如图）第46页/共226页 对接焊缝抗剪强度设计值 主要用于焊缝强度设计值低于构件强度设计值的连接中。优点：抗动力荷载性能较好 缺点：较费材料 当 tg 1.5即 56.3时，可不验算焊缝强度。第47页/共226页3.对接焊缝承受弯矩和剪力作用（梁）焊缝内应力分布同母材。同时受弯、剪时，分别验算最大正应力、最大剪应力弯矩和剪力作用下的应力分布第48页/共226页Ww焊缝截面抵抗矩

18、Sw焊缝截面上计算点处以上（以下）截面对中和轴的面积矩对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大，但都比较大，所以需验算折算应力，即：第49页/共226页1、1为腹板与翼缘交界点处的正应力和剪应力；1.1为考虑到最大折算应力只在部分截面的部分点出现，而将强度设计值适当提高。第50页/共226页4.对接焊缝承受拉力、弯矩和剪力作用（牛腿）牛腿和柱的对接焊缝，剪力全部由腹板承受并均匀分布，弯矩、拉力由全截面承担，与梁计算相同，截面形式和截面上各种应力分布见下图。第51页/共226页第52页/共226页上图该牛腿截面为非对称，在拉力作用下，全截面均匀受拉，在剪力作用下，整个腹板截面按均匀抗剪考

19、虑，在弯矩作用下，中和轴以上受拉，中和轴以下受压。因此图中1、2、3、4点均需强度验算。点1为下翼缘最外缘的点，点2为下翼缘与腹板的交界点，点3为上翼缘与腹板的交界点，点4为上翼缘最外缘的点。各点计算为：第53页/共226页点1：点2：点3：点4：式中：Aw有效抗剪面积，Aw整个焊缝截面的截面积；yi各计算点到中和轴的距离。第54页/共226页(二)不焊透对接焊缝未焊透对接焊缝连接的构造要求和计算下列情况可能会采用未焊透的对接焊缝：连接焊缝受力很小或不受力，焊缝主要起连系作用，而且要求焊接结构外观齐平美观，这时就不必做成焊透的对接焊缝，可用不焊透的对接焊缝；第55页/共226页连接焊缝受力较大

20、，采用焊透的对接焊缝，其强度又不能充分利用；而采用角焊缝时，焊脚又过大，这时宜采用坡口加强的角焊缝。第56页/共226页不焊透的对接焊缝截面型式第57页/共226页由于未焊透，在连接处存在着缝隙，应力集中现象严重，可能使这里的焊缝脆断。不焊透的对接焊缝实际上与角焊缝的工作类似。钢结构设计规范（GBJ500172003）规定：不焊透的对接焊缝的强度按角焊缝强度公式计算。第58页/共226页焊缝有效厚度he的取值为V形坡口60时，取he=s；6mmt6mm时，时，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t第78页/共226页(2)(2)最小焊脚尺寸hf,mi

21、n 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应应满足以下要求满足以下要求:式中式中:t t2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另:对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,min可减去可减去1mm;对于对于T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm;当当t t24mm时时,hf,min=t=t2第79页/共226页(3)(3)侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长

22、，应力集中系数越大。如果长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：可能破坏首先发生在焊缝两端，故：注：注：1 1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。剪应力剪应力f fNlw wN第80页/共226页(4)(4)侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸

23、大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：第81页/共226页(5)搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收、为了避免焊缝横向收缩时引起板缩时引起板件的拱曲太大，规范

24、规定：件的拱曲太大，规范规定：t1t2b第82页/共226页D.在在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。目的是减少收缩应力以及因偏心在钢板与连接件中产目的是减少收缩应力以及因偏心在钢板与连接件中产生次应力生次应力。C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2h2hf f的的绕 角焊，且转角处必须连续施焊。，且转角处必须连续施焊。b2hf ft1t2第83页/共226页二、直角焊缝强度计算的基本公式 1.端缝、侧缝在轴向力作用下的计算：（1）端缝f垂直于焊缝长度方向的应力；h

25、e角焊缝有效厚度；lw角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减2hf（每端减hf）；第84页/共226页角焊缝强度设计值；f端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，直接承受动力荷载f=1.0。（2）侧缝 f沿焊缝长度方向的剪应力。第85页/共226页2.角焊缝承受与焊缝长度方向平行和垂直的力同时作用三、各种受力状态下直角焊缝连接计算1.角钢杆件与节点板焊接连接，承受轴向力N（1）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算，如图第86页/共226页K1、K2焊缝内力分配系数；N1、N2 分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。Ne1e2bN1N2xxllw1w1llw2

26、w2第87页/共226页角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数角钢类型分配系数角钢肢背K1角钢肢尖K2等边角钢0.700.30不等边角钢（短边相连）0.750.25不等边角钢（长边相连）0.650.35第88页/共226页（2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算端部正面角焊缝能传递的内力为：Ne1e2bN1N2xxN3llw1w1llw2w2第89页/共226页（3）角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算，如图由N2=0得：Ne1e2bN1xxN3llw1w1第90页/共226页2.弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝弯矩M作用下，x方向应力剪力作用下，y方向应力轴力N作用下x方向应力N

27、eNx xNy yMANxNxM MNyNyh he eh he et t第91页/共226页如果只承受上述M、N、V的某一、两种荷载时，只取其相应的应力进行验算。式中：M、V和N共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足：第92页/共226页3.牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算MVe 翼缘竖向刚度较差，不能承受剪力，所以全部剪力均由竖向焊缝承受，弯矩由翼缘与腹板角焊缝共同承受。点1：点2:点3：第93页/共226页第94页/共226页5.扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝Fe1e2x0ll1ll2xxyyAA0TVr假定：被连接件是绝对刚性的，而角焊缝是弹性的；被连接件绕形心

28、 O 旋转，角焊缝群上任意一点处的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与连线距离 r 成正比。第95页/共226页扭矩T作用下各点应力计算（以A点为例）：Ix+Iy为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，rx、ry为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。V作用下A点N作用下A点 要求注意计算时需判断应力最大点！第96页/共226页例题4-3 设计500mmX14mm钢板用双面拼接板角焊缝的拼接。钢板承受轴心拉力N=1400KN(静力荷载)，钢材为Q235，焊条E43型。第97页/共226页解：（1）设计拼接板材料相同，都是Q235，拼接板总截面面积应不小于被连接钢板的面积。每块拼接板所需截面面积：A=

29、500X14/2=3500 mm2第98页/共226页考虑到要有一定的施焊空间，拼接板要比被比连接板稍窄一些，可取两块拼接板的截面为：450mmX8mm(450X8=3600mm23500mm2).(2)选择焊脚尺寸所以可选择焊角尺寸 第99页/共226页（3）设计焊缝长度采用三面围焊，可以先求出端焊缝受力，再求侧焊缝长度。端焊缝受力：每条侧焊缝受力:第100页/共226页每条侧焊缝长度:247+6=253mm(考虑端部缺陷)，取260mm检验焊缝长度：所以符合规范规定。设计的钢板拼接图见下图第101页/共226页例4-3第102页/共226页例题4-4屋架端斜杆选用两角钢2L100X80X1

30、0,长肢相连组成T形截面，以角焊缝焊于节点板上。杆件受静力为450KN,钢材为Q235，焊条E43型，试设计焊缝尺寸第103页/共226页解：解：1采用侧焊缝焊接采用侧焊缝焊接(1)选择焊角尺寸选择焊角尺寸对肢尖对肢尖第104页/共226页肢肢背背和和肢肢尖尖可可以以采采用用不不同同的的焊焊脚脚尺尺寸寸，肢肢背背用用，肢肢尖尖。(2)计算肢背肢尖焊缝传力计算肢背肢尖焊缝传力肢背焊缝传力肢背焊缝传力：肢尖焊缝传力：肢尖焊缝传力：(3)确定肢背肢尖焊缝长度确定肢背肢尖焊缝长度肢背焊缝肢背焊缝：第105页/共226页163+28=179mm取180mm肢尖焊缝:117+26=129mm取130mm检

31、验焊缝长度：肢背焊缝第106页/共226页现肢背焊缝长为180mm,符合规范规定。肢尖焊缝现肢尖焊缝长为130mm,符合规范规定。2采用三面围焊设肢背、肢尖采用相同焊脚尺寸。第107页/共226页(1)计算各条焊缝受力端焊缝：=肢背焊缝：肢尖焊缝：第108页/共226页(2)确定侧焊缝长度肢背焊缝：157+6=163mm取165mm肢尖焊缝：56+6=62mm取65mm第109页/共226页检验焊缝长度：符合规范规定。第110页/共226页例题4-5把例题4-2中图所示的牛腿与钢柱间对接焊缝改为角焊缝（周边围焊），钢材为Q235，手工焊，焊条E43型，焊脚尺寸=8mm。试验算牛腿与钢柱间的角焊

32、缝。第111页/共226页解：工字型围焊缝的有效截面如图，焊缝的受力情况同例题4-2，把N向焊缝有效截面形心简化:剪力V=400KN弯矩M=10000KNcm(1)计算有效截面几何特性第112页/共226页有效截面对x轴惯性矩：翼缘焊缝外边缘纤维对x轴的抵抗矩：第113页/共226页腹板上角焊缝的有效面积：（2）验算焊缝强度弯矩由整个连接角焊缝的有效截面承受，其分布情况见图,则：第114页/共226页假定剪力全部由牛腿腹板上的两条焊缝承受，且应力在其中均匀分布，则：在牛腿与翼缘交界处“2”点受有较大的、，应对此点进行验算：所以，此角焊缝强度满足要求。第115页/共226页例题4-6 验算支托板

33、与柱的连接，见下图，板厚t=12mm,Q235钢材，采用三面围焊，在焊缝群重心上作用有轴力N=50KN,剪力V=200KN,扭矩T=160KN m，手工焊，焊条E43型，焊脚尺寸 =10mm。（设计焊缝端部无缺陷影响）第116页/共226页解：焊缝有效截面计算图示如图。（1）计算有效截面几何特性有效截面面积形心位置：惯性矩：第117页/共226页（2）验算危险点A的应力第118页/共226页所以，此连接的焊缝强度满足要求。=第119页/共226页焊接变形：钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。焊接应力：焊接后冷却时，焊缝与

34、焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。焊缝残余应力和焊缝残余变形 4.5第120页/共226页第121页/共226页一、焊缝残余应力的成因和对结构的影响（1）形成 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 1600C，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。第122页/共226页第123页/共226页 （2）焊接应力的分类纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力，焊接高温焊缝周围产生塑性压缩，冷却时收缩受到限制，焊缝附近区受拉，焊缝区以外受压，横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应

35、力，纵向收缩产生反向变形 中间受拉，两端受压先焊接限制后焊接变形中间受压，两端受拉应力叠加；第124页/共226页厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力，表面先冷却限制内部收缩，内部受拉，表面受压。第125页/共226页第126页/共226页（3）焊接应力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；f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy+-f fy yf fb bB Bt t因焊接残余应力自相平衡，故：因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即，即N=Ny时：时：结论：焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。第127页/

36、共226页 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；使构件提前进入弹塑性工作阶段。加剧低温冷脆的危险第128页/共226页二、焊缝残余变形 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 焊接变形：1,2,3,4,5,6,第129页/共226页第130页/共226页返回三、减少焊接应力和焊接变形的方法 合理的焊缝设计（1）焊接位置的合理安排（2）焊缝尺寸要适当（3）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4）应尽量避免两条以上的焊缝

37、垂直交叉（5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力第131页/共226页合理的焊接工艺（1）采用合理的施焊顺序（2）采用反变形处理（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理第132页/共226页第133页/共226页图示图示图示第134页/共226页一、螺栓的排列和构造要求1.1.排列 螺栓在构件上的排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式。并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大。错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔错列排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。4.6普通螺栓连接的构造和计算第135页/共226页B B 错列A A 并列栓距栓距线

38、距线距边距边距边距边距端距端距第136页/共226页 螺栓在构件上的排列应考虑以下要求：（1 1）受力要求）受力要求 在在受力方向受力方向，螺栓的端距过小时，螺栓的端距过小时，钢板钢板有有剪断剪断的可能，因而要规定一个的可能，因而要规定一个最小端距最小端距。当各排当各排螺栓距、线距和边距过小时螺栓距、线距和边距过小时，构件有，构件有沿折线或直线破坏沿折线或直线破坏的可能；的可能；对对受压构件受压构件，当沿作用力方向，当沿作用力方向螺栓距过大螺栓距过大时，在被连接的板件间易发生时，在被连接的板件间易发生张口或鼓张口或鼓曲曲现象，因此从受力的角度规定了现象，因此从受力的角度规定了最小和最大的螺栓容

39、许距离最小和最大的螺栓容许距离。第137页/共226页（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，要保证一定的空间，因此规定了为了便于扳手拧紧螺母，要保证一定的空间，因此规定了螺栓最小容许间距螺栓最小容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。（2 2）构造要求）构造要求 螺栓距和线距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。螺栓距和线距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。第138页/共226页型钢线距有专门表格工查询第139页/共226页2.构造为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头为了保证连接的可靠性，每个杆件

40、的节点或拼接接头一端不宜少于一端不宜少于两个永久螺栓两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽双螺帽，或其，或其他措施以防螺帽松动；他措施以防螺帽松动；C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：用于抗剪连接：1 1、承受静载或间接动载的次要连接；、承受静载或间接动载的次要连接；2 2、承受静载的可拆卸结构连接；、承受静载的可拆卸结构连接；3 3、临时固定构件的安装连接。、临时固定构件的安装连接。型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面

41、紧型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；第140页/共226页第141页/共226页二、普通螺栓连接的计算 分类：只受剪力；只受拉力；同时承受拉力和剪力（一）抗剪螺栓的计算 1.抗剪螺栓连接的工作机理剪力螺栓受力后，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NNabNN/2N/2第14

42、2页/共226页第143页/共226页abNN/2N/2(1)摩擦传力的弹性阶段(01段)直线段连接处于弹性状态；该阶段较短摩擦力较小。(2)(2)滑移阶段滑移阶段(12(12段段)克服摩擦力后，板件间突然发克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。杆间的距离，表现在曲线上为水平段。NNabNN/2N/2(3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(23(23段段)该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、传力。栓杆受剪力、拉力拉力、弯矩作用弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性

43、以及孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆栓杆拉力增大拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，所导致的板件间摩擦力的增大，N-N-关系以曲线状态上升。关系以曲线状态上升。NO1234第144页/共226页(4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(34(34段段)达到达到3 3后，即使给荷载以很后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。直到连接破坏。4 4点（曲线的最高点）即为普点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力通螺栓抗剪连接的极限承载力NuNu。2.抗剪螺栓连接的破坏形式（1）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时（2）孔壁的挤压破坏 栓杆

44、较粗而板件较薄时（3）板件被拉断 截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN第145页/共226页（4）板件端部被剪坏(拉豁)端矩过小时；端矩不应小于2dONN（5 5）栓杆弯曲破坏）栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这两种破坏构造解决N/2NN/2第146页/共226页（6 6）块状拉剪破坏）块状拉剪破坏 当角钢、被切角后的当角钢、被切角后的槽钢或工字钢腹板等板件厚度较薄且边缘有栓孔削弱时槽钢或工字钢腹板等板件厚度较薄且边缘有栓孔削弱时，有可能出现图示斜线钢材有可能出现图示斜线钢材01230123整块被拉剪而破坏。整块被拉剪而

45、破坏。第147页/共226页3.单个抗剪螺栓承载力的设计值 由破坏形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定:一个抗剪普通螺栓的承载力设计值：单栓抗剪设计承载力：单栓抗剪设计承载力：单栓承压设计承载力：单栓承压设计承载力：d第148页/共226页nv剪切面数目；d螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。对双剪：取t1与t2+t3中较小者 对单剪：取t1与t2中较小者N/2N/3N/3N/3N/2NN/2N/

46、2t2t1t3NNt2t1第149页/共226页4.螺栓群无偏心受剪的计算1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nll1 1N/2平均值螺栓的内力分布 试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。当l115d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担。所以，连接所需螺栓数为：第150页/共226页 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布,各各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破

47、坏个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪抗剪强度折减系数强度折减系数与与ll1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.2501020304050607080ll1 1/d/d0 0平均值长连接螺栓的内力分布故，连接所需栓数：第151页/共226页NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为2-2截面:A、螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为1-1截面:1122第15

48、2页/共226页NNt tt t1 1bc2c3c4c1B、螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为1-1和1-1截面:1111第153页/共226页NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为2-2和2-2截面:2222第154页/共226页5.螺栓群在偏心剪力作用下的计算F作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下连接按弹性设计，其假定为：（1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；（2）T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离ri成正比，方向与ri垂直。第155页/共226页TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，T作用下1号

49、螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定(2)得由上式得:由力的平衡条件得：第156页/共226页TxyN1TN1TxN1Tyr11由上述各式得:将N1T沿坐标轴分解得:第157页/共226页由此可得螺栓1的强度验算公式为:另外,当螺栓布置比较狭长(如y13x1)时,可进行如下简化计算：令:xi=0，则N1Ty=0第158页/共226页（二）抗拉螺栓连接的计算1.抗拉螺栓的特点 抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。第159页/共226页A.螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有

50、被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力增加（撬力Q）并产生弯曲现象。连接件刚度越小撬力越大。试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取ftb=0.8f（f螺栓钢材的抗拉强度设计值）来考虑其影响。B、在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。第160页/共226页2 单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：Ae-螺栓的有效截面面积；de-螺栓的有效直径；ftb-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取dedndmd第161