钢结构设计原理第三章连接1学习培训模板课件.ppt

1、哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）l 焊缝连接焊缝连接螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接紧固件连接紧固件连接焊缝施工示意焊缝施工示意l 焊缝连接的特点焊缝连接的特点l 钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法l 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式l 焊缝缺陷焊缝缺陷l 焊缝质量检验焊缝质量检验n 优点：优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。连接的密闭性好，结构刚度大。n 缺点：缺点：焊缝热影响区内，

2、局部材质变脆；焊缝热影响区内，局部材质变脆；焊接残余应力使受压构件承载力降低；焊接残余应力使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，容易扩展和发生低温冷脆。焊接结构对裂纹很敏感，容易扩展和发生低温冷脆。Q235(E43XX)；Q345(E50XX)；Q390、Q420(E55XX)前两位前两位:最小抗拉强度，最小抗拉强度，后两位：后两位：焊接位置、电流以药皮等焊接位置、电流以药皮等。u 不同钢种相焊接时，宜与低强度钢匹配不同钢种相焊接时，宜与低强度钢匹配手工电弧焊手工电弧焊(1)电焊机；电焊机；(2)导线；导线；(3)焊件；焊件；(4)电弧；电弧；(5)药皮；药皮；(6)保护气体；保护气体；

3、(7)熔渣；熔渣；(8)焊缝金属；焊缝金属；(9)主体金属；主体金属；(10)焊丝；焊丝；(11)熔池熔池电路电路施焊过程施焊过程(1)焊丝转盘；焊丝转盘；(2)转动焊丝的电动机；转动焊丝的电动机；(3)焊剂漏斗；焊剂漏斗；(4)电源；电源；(5)熔化的焊剂；熔化的焊剂；(6)焊缝金属；焊缝金属；(7)焊件；焊件；(8)焊剂；焊剂；(9)移动方向移动方向埋弧焊埋弧焊 电弧在焊剂电弧在焊剂层下层下燃燃烧的一种电弧焊方法。烧的一种电弧焊方法。电弧被埋在焊剂之内，电弧被埋在焊剂之内，热量集中，熔深大，效热量集中，熔深大，效率高，率高，适于厚板的焊接适于厚板的焊接。按焊丝送进和焊接按焊丝送进和焊接方向

4、的移动可分埋弧方向的移动可分埋弧自自动动、半自动半自动埋弧焊埋弧焊气体保护焊气体保护焊 直接依靠保护气体直接依靠保护气体在电弧周围造成局部在电弧周围造成局部的保护层，防止有害的保护层，防止有害气体的侵入。热量集气体的侵入。热量集中，焊接速度快，焊中，焊接速度快，焊件熔深大，焊缝强度件熔深大，焊缝强度比手工电弧焊高，塑比手工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好性和抗腐蚀性好 不适用于在风较大不适用于在风较大的地方施焊的地方施焊电阻焊电阻焊 利用通过液体溶渣利用通过液体溶渣所产生的电阻热进行所产生的电阻热进行焊接。生产效率高，焊接。生产效率高，焊接质量好焊接质量好电渣焊电渣焊 利用电流通过焊利用电流通过焊件

5、接触点表明电阻所件接触点表明电阻所产生的热来融化金属，产生的热来融化金属，再通过加压使其焊合。再通过加压使其焊合。电阻焊电阻焊 常用于钢常用于钢混凝土组合结构。混凝土组合结构。将焊钉一端与板件表明将焊钉一端与板件表明接通电引弧，待接触面融接通电引弧，待接触面融化后，给焊钉一定的压力化后，给焊钉一定的压力而完成焊接。而完成焊接。螺柱焊螺柱焊 按相互位置：按相互位置：对接、搭接、对接、搭接、T型连接型连接和和角部连部角部连部 对接连接对接连接 用拼接盖板的对接链接用拼接盖板的对接链接 搭接链接搭接链接T型连接型连接 角部连接角部连接按受力的方向：按受力的方向：对接焊缝：对接焊缝：正对接焊缝、斜对接

6、焊缝正对接焊缝、斜对接焊缝 角焊缝：角焊缝：正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝 正对接焊缝正对接焊缝 斜对接焊缝斜对接焊缝 角焊缝角焊缝按焊缝沿长度方向的布置：按焊缝沿长度方向的布置：连续角焊缝（性能较好）连续角焊缝（性能较好）间断角焊缝（存在应力集中）间断角焊缝（存在应力集中）一般在受压构件中应满足一般在受压构件中应满足l15t；在受拉构件中；在受拉构件中l30t，t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。按施焊位置按施焊位置：平焊：（平焊：（又称俯焊）施焊方便又称俯焊）施焊方便 横焊：横焊：立焊：立焊：仰焊：仰焊：操作条件最差，质量不易保证，应尽量避免操作条件最差，质

7、量不易保证，应尽量避免 要求焊工的操作水平比平较高要求焊工的操作水平比平较高 平焊平焊 横焊横焊 立焊立焊 仰焊仰焊夹渣夹渣 咬边咬边 未熔合未熔合 未焊透未焊透裂纹裂纹 焊瘤焊瘤 烧穿烧穿 弧坑弧坑 气孔气孔外观检查：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：检查检查(无损无损)内部缺陷。内部缺陷。包括：超声波检验、磁粉检验、荧光检验、包括：超声波检验、磁粉检验、荧光检验、X射射线、线、射线透照或拍片射线透照或拍片 钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范焊缝质量分为：焊缝质量分为：三级焊缝：三级焊缝：只求作外观检查只求作外观检查 二级焊缝

8、：二级焊缝：除外观检查外，还要除外观检查外，还要20探伤探伤 一级焊缝：一级焊缝：除外观检查外，还要除外观检查外，还要100探伤探伤结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境、应结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境、应力状态，力状态，钢结构规范钢结构规范 有有热铆热铆和和冷铆冷铆二种方法。（使用铆钉枪或压铆机）二种方法。（使用铆钉枪或压铆机）在建筑结构中一般都采用在建筑结构中一般都采用热铆热铆。钉杆高温冷却发生收缩，产生压紧力。受剪力时钉杆高温冷却发生收缩，产生压紧力。受剪力时磨擦力较大，提高工作性能磨擦力较大，提高工作性能 铆钉连接由于构造复杂，费钢费工，现已铆钉连接由于构造复杂，费钢

9、费工，现已很少采用很少采用 在汽车、飞机中使用较多在汽车、飞机中使用较多精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代号代号A A级和级和B B级级C C级级强度等级强度等级5.65.6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级加工方式加工方式 车床上经过切削而成车床上经过切削而成零件上一次冲成零件上一次冲成加工精度加工精度 螺杆与栓孔直径之差螺杆与栓孔直径之差为为0.250.250.5mm0.5mm螺杆与栓孔直径之螺杆与栓孔直径之差为差为1.51.53mm3mm抗剪性能抗剪性能好好较差较差经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构构件精度很高的结构（机械结构

10、）；在钢（机械结构）；在钢结构中很少采用结构中很少采用沿螺栓杆轴受拉的沿螺栓杆轴受拉的连接；次要抗剪连连接；次要抗剪连接；安装临时固定接；安装临时固定 采用采用45号钢，号钢，40B钢和钢和20MnTiB钢制作，经热处理。钢制作，经热处理。有有8.8级级和和10.9级级两种，螺栓抗拉强度不低于两种，螺栓抗拉强度不低于800和和1000，屈强比为屈强比为0.8和和0.9。高强度螺栓分高强度螺栓分大六角头型大六角头型和和扭剪型扭剪型两种。安装时通过特两种。安装时通过特别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺杆产生很大的别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺杆产生很大的预预拉力拉力。扭剪型高强螺栓施工扭剪

11、型高强螺栓施工高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接特点特点剪切变形小，弹性性能剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动好，特别适用于承受动力荷载的结构力荷载的结构连接紧凑，但剪切变形连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动力大，不得用于承受动力荷载的结构荷载的结构栓孔栓孔直径直径螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.5+1.52.0mm2.0mm螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.0+1.01.5mm1.5mm传力传力机理机理利用预拉力把被连接部利用预拉力把被连接部件夹紧，使部件接触面件夹紧，使部件接触面间产生很大的摩擦力，间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力

12、来传递外力通过摩擦力来传递允许接触面滑移，依靠允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承螺栓杆和螺孔之间的承压来传力压来传力 在冷弯薄壁型钢结构中经常采用自攻螺钉、钢拉铆在冷弯薄壁型钢结构中经常采用自攻螺钉、钢拉铆钉、射钉等机械式紧固件连接方式。钉、射钉等机械式紧固件连接方式。主要用于压型钢板之间和压型钢板与冷弯型钢等支主要用于压型钢板之间和压型钢板与冷弯型钢等支承构件之间的连接。承构件之间的连接。拉锚钉连接拉锚钉连接方法方法优优 点点缺缺 点点焊焊 接接对几何形体适应性强，对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，构造简单，省材省工，易于自动化，工效高易于自动化，工效高 。焊接残余应力大且不易控

13、制，焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大。对材质要求高，焊接变形大。对材质要求高，质检工作量大。质检工作量大。铆铆 接接传力可靠，韧性和塑性传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗好，质量易于检查，抗动力荷载好。动力荷载好。费钢、费工费钢、费工目前很少采用。目前很少采用。普通螺普通螺栓连接栓连接装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度栓精度高时加工和安装难度较大。较大。高强螺高强螺栓连接栓连接 加工方便，结构削弱少，加工方便，结构削弱少，承受动力荷载，耐疲劳，承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好。塑性、韧性好。摩擦面处理，安装工

14、艺略为摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高。复杂，造价略高。1)焊缝代号焊缝代号hf 当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示。表示。（a）正面焊缝；（b）背面焊缝；（c）安装焊缝 2)螺栓图例螺栓图例1)对接焊缝的形式对接焊缝的形式直边缝（直边缝（t20mm）2)对接焊缝的过渡对接焊缝的过渡用于宽度或厚度相差用于宽度或厚度相差4mm以上时，以使截面过渡和缓，减以上时，以使截面过渡和缓，减小应力集中小应力集中3)引弧板引弧板在焊缝的起灭弧处，一般应设置引

15、弧板，焊后割除。在焊缝的起灭弧处，一般应设置引弧板，焊后割除。未设引弧板时，可令焊缝计算长度等于实际长度减未设引弧板时，可令焊缝计算长度等于实际长度减2t。引弧板引弧板1)对接焊缝的设计强度对接焊缝的设计强度 抗压、剪强度与母材等强，但抗拉强度：抗压、剪强度与母材等强，但抗拉强度：三级检验的焊缝：为母材的三级检验的焊缝：为母材的85%一、二级检验的焊缝：与母材等强一、二级检验的焊缝：与母材等强2)轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝见附录见附录1.3垂直于轴向垂直于轴向力力N的对接的对接焊缝焊缝 wwtcwNffl t或取取lw时应注意是否使用引弧板，没有引弧板应减去时应注意是否使用引弧板，没

16、有引弧板应减去2t。ftw、fcw见附录见附录1.3 当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝 斜对接焊缝可按下列公式计算斜对接焊缝可按下列公式计算：lw加引弧板时，加引弧板时，lw=b/sin；不加引弧板时，；不加引弧板时，lw=b/sin-2t 当斜焊缝倾角当斜焊缝倾角56.3，即，即tg1.5时，可认为与母材等强，时，可认为与母材等强，不用计算。不用计算。.sinwtwNfl t.coswvwNfl t现在使用较少，现在使用较少，多采用二级检多采用二级检验的直焊缝，验的直焊缝，或移至内力较或移至内力较小处小处3)承受弯矩和剪力联合作用的对接

17、焊缝承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝平板对接受弯剪平板对接受弯剪 由材料力学，可知正应力为三角由材料力学，可知正应力为三角形分布，边缘最大应力为：形分布，边缘最大应力为：Ww焊缝截面模量焊缝截面模量(抵抗矩抵抗矩)Sw计算位置的焊缝截面面积矩计算位置的焊缝截面面积矩 Iw焊缝截面惯性矩焊缝截面惯性矩 可见剪应力为抛物线形分布可见剪应力为抛物线形分布max26wtwwMMfWl twvwwftIVSmax 工字形梁截面端头的对接焊缝受弯剪工字形梁截面端头的对接焊缝受弯剪 分别验算分别验算最大正应力最大正应力和和最大剪应最大剪应力力外，对于同时外，对于同时受较大正应力受较大正应力和和剪应力剪应力处

18、，还应验算折算应力。处，还应验算折算应力。腹板与翼缘的交接点处：腹板与翼缘的交接点处：1、1验算点处的焊缝正应力和验算点处的焊缝正应力和剪应力；剪应力；(思考如何计算之思考如何计算之)1.1最大折算应力只在局部出现，最大折算应力只在局部出现，将强度设计值的提高系数。将强度设计值的提高系数。221131.1wtf 承受轴心力，弯矩和剪力联合作用的对接焊缝承受轴心力，弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 轴心力和弯矩在焊缝中引起的正应力应轴心力和弯矩在焊缝中引起的正应力应进进行叠加行叠加，仍按前面公式计算，仍按前面公式计算 除考虑除考虑焊缝长度焊缝长度是否是否减少减少，焊缝强度焊缝强度要否要否折折减外减外

19、，对接焊缝的计算方法与母材的强，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。度计算完全相同。1)角焊缝的形式角焊缝的形式按其与作用力的关系可分为：按其与作用力的关系可分为：正面正面角焊缝；角焊缝；侧面侧面角焊缝；角焊缝；斜斜焊缝焊缝按其截面形式可分为按其截面形式可分为直角直角角焊缝和角焊缝和斜角斜角角焊缝。角焊缝。直角角焊缝截面直角角焊缝截面 (图中的图中的hf为焊角尺寸为焊角尺寸)直角角焊缝常做成表面微凸的等腰直角三角形（图直角角焊缝常做成表面微凸的等腰直角三角形（图a）在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用图（图（b）所示的形式

20、，侧面角焊缝则作成凹面式（图）所示的形式，侧面角焊缝则作成凹面式（图c）斜角角焊缝截面斜角角焊缝截面 两焊脚边的夹角两焊脚边的夹角90或或90的焊缝为斜角角焊缝的焊缝为斜角角焊缝 斜角角焊缝常用于斜角角焊缝常用于钢漏斗钢漏斗和和钢管结构钢管结构中中 135或或60的斜角角焊缝，除钢管结构外，的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用不宜用作受力焊缝作受力焊缝2)角焊缝的强度规律角焊缝的强度规律侧面角焊缝主要承受剪应力侧面角焊缝主要承受剪应力 塑性较好，塑性较好，E=7104N/mm2较低，强度也较低。较低，强度也较低。应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，两端大而中间小。应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，两端

21、大而中间小。焊缝越长，应力分布越不均匀。焊缝越长，应力分布越不均匀。正面角焊缝受力复杂，截面的各面均存在正应力和剪应力，正面角焊缝受力复杂，截面的各面均存在正应力和剪应力，焊根处有很大的应力集中。焊根处有很大的应力集中。正面角焊缝的平均破坏强度比正面角焊缝的平均破坏强度比侧面角焊缝要高出侧面角焊缝要高出35%以上。以上。但塑性变形能力较差。但塑性变形能力较差。不同角焊缝的性能对比不同角焊缝的性能对比3)角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸原因：原因：避免烧穿较薄焊件，减少焊接应力和变形避免烧穿较薄焊件，减少焊接应力和变形规定：规定：A、直接焊接钢管结构、直接焊接钢管结构hf

22、2t管壁管壁，其它，其它hf 1.2tminB、在板件边缘的角焊缝，当板件厚度、在板件边缘的角焊缝，当板件厚度t6mm时，时，hft-(12)mm，t为为较薄焊件的厚度较薄焊件的厚度hfmax=1415mm取取hf=10mm最小焊脚尺寸：规范规定，最小焊脚尺寸：规范规定，hf1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度为较厚焊件的厚度hfmin=7.9mm步骤步骤2：计算焊缝长度（：计算焊缝长度（lw）假设采用两面侧焊缝，拼接盖板采用上下两块。假设采用两面侧焊缝，拼接盖板采用上下两块。根据公式（根据公式（3.3.8）式算得连接一侧所需焊缝的的总长度）式算得连接一侧所需焊缝的的总长度 lw=1250m

23、m拼接盖板的长度拼接盖板的长度 L=676mm,取取680mm由于该连接采用了上下两块拼接盖板，在连接一侧有由于该连接采用了上下两块拼接盖板，在连接一侧有4条侧焊缝，一条侧焊缝，一条侧焊缝的实际长度条侧焊缝的实际长度lw=333mm 验算验算lwminlwlwmax步骤步骤3：确定拼接盖板的宽度（：确定拼接盖板的宽度（b）虽然沿拼接盖板的宽度方向没有施焊，但也应该根据强度条件和虽然沿拼接盖板的宽度方向没有施焊，但也应该根据强度条件和构造要求确定其宽度。构造要求确定其宽度。强度条件：假设强度条件：假设b=240mm,则拼接盖板的横截面积则拼接盖板的横截面积A=3840mm2,根根据静态轴力计算的

24、强度值据静态轴力计算的强度值=182.3 N/mm2f=215 N/mm2选用拼接盖板的尺寸为选用拼接盖板的尺寸为680mm240mm16mm构造要求：当板件端部只有两条侧面角焊缝连接时，要求构造要求：当板件端部只有两条侧面角焊缝连接时，要求b/lw12mm时，时，b16t,t为较薄焊件的厚度为较薄焊件的厚度方法二：方法二：假定焊脚尺寸和拼接盖板尺寸假定焊脚尺寸和拼接盖板尺寸-验算焊缝承载力验算焊缝承载力（如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊（如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊脚尺寸，再进行验算）脚尺寸，再进行验算）步骤步骤1：假定焊脚尺寸（：假定焊脚尺寸（hf=

25、10mm)步骤步骤2：假定拼接盖板尺寸：假定拼接盖板尺寸采用菱形拼接盖板，拼接盖板上下两块采用菱形拼接盖板，拼接盖板上下两块步骤步骤3：计算各部分焊缝的承载力：计算各部分焊缝的承载力a)正面角焊缝正面角焊缝N1=109.3kNb)侧面角焊缝侧面角焊缝N2=448.0kNc)斜焊缝斜焊缝N3=854.8kN步骤步骤4：作用力设计值与承载力比较：作用力设计值与承载力比较N=1400kN 6mm时，时，hft-(12)mm，t为为较薄焊件的厚度较薄焊件的厚度hfmax=89mm取取hf=6mm最小焊脚尺寸：规范规定，最小焊脚尺寸：规范规定，hf1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度为较厚焊件的厚度h

26、fmin=5.6mm步骤步骤3：计算角钢肢背和肢尖上侧缝分担的轴力（：计算角钢肢背和肢尖上侧缝分担的轴力（N1,N2）查表（查表（P69表表3.3.1）得焊缝内力分配系数）得焊缝内力分配系数K1=0.65,K2=0.35肢背角焊缝所承受的内力肢背角焊缝所承受的内力N1=373.75kN肢尖角焊缝所承受的内力肢尖角焊缝所承受的内力N2=201.25kNNk1Nk2Nlw2lw1步骤步骤4：计算角钢肢背和肢尖上侧缝长度（：计算角钢肢背和肢尖上侧缝长度（lw1,lw2）肢背角焊缝侧缝长度肢背角焊缝侧缝长度lw1=278mm考虑到起灭弧的影响，肢背和肢尖角焊缝实际长度考虑到起灭弧的影响，肢背和肢尖角焊

27、缝实际长度肢尖角焊缝侧缝长度肢尖角焊缝侧缝长度lw2=150mmlw2=lw2+2hf=162mmlw1=lw1+2hf=290mm2)复杂受力时角焊缝连接计算复杂受力时角焊缝连接计算 当焊缝非轴心受力时，可将外力分解为当焊缝非轴心受力时，可将外力分解为轴力轴力、弯矩弯矩、扭矩扭矩、剪力剪力等简单情况，分别计算各自应力，然后利用等简单情况，分别计算各自应力，然后利用叠加原理叠加原理，找出焊缝中找出焊缝中受力最大受力最大的几个点，进行焊缝验算的几个点，进行焊缝验算 角焊缝承受偏心拉力时的情况角焊缝承受偏心拉力时的情况偏心拉力分偏心拉力分解，产生解，产生Nx、Ny、M受力最大点受力最大点为为A22

28、fwffff由轴心拉力由轴心拉力Nx在在A点产生的应力：点产生的应力：由弯矩由弯矩M在在A点产生的应力：点产生的应力：故故A点垂直于焊缝长度方向的应力为上面二式的叠加：点垂直于焊缝长度方向的应力为上面二式的叠加：剪力剪力Ny在在A点产生焊缝长度方向应力：点产生焊缝长度方向应力：则则A点焊缝强度应满足：点焊缝强度应满足：动力时动力时f=1.02XXNee wNNAh l262Mee wMMWh l622Xfe we wNMh lh l2yyyee wNNAh l式中式中lw焊缝的计算长度，为实际长度减焊缝的计算长度，为实际长度减2hf。22fffwff梁柱角焊缝连接同时承受弯矩、剪力的情况梁柱角

29、焊缝连接同时承受弯矩、剪力的情况 翼缘板的抗剪能力极差，假设翼缘板的抗剪能力极差，假设腹板焊缝承受全部剪力腹板焊缝承受全部剪力，而，而弯矩由全部焊缝承受弯矩由全部焊缝承受。有两个最危险点：焊缝有两个最危险点：焊缝1的最外边缘；焊缝的最外边缘；焊缝1与焊缝与焊缝2的交点。的交点。焊缝有效截面焊缝有效截面工字形梁腹板上的切应力分布工字形梁腹板上的切应力分布l当当B=10b,H=20b,t=2b时时 max/min=1.18,大致均匀大致均匀 分布分布l腹板上能承担多少剪力？腹板上能承担多少剪力？积分积分 得得 总剪力的总剪力的9597近似计算公式：近似计算公式：bhQyzBHhbt min max

30、翼缘焊缝翼缘焊缝1的最外边缘，只有弯矩的最外边缘，只有弯矩M产生的最大弯曲正应力：产生的最大弯曲正应力：wffwffhIM211翼缘焊缝翼缘焊缝1与腹板焊缝与腹板焊缝2的的交点，承受较大的弯曲正交点，承受较大的弯曲正应力和均布的剪应力：应力和均布的剪应力：)(22222wefwflhVhIM222ffwfff则此处焊缝应按下式验算：则此处焊缝应按下式验算：三面围焊承受扭矩、剪力联合作用时的情况三面围焊承受扭矩、剪力联合作用时的情况 图中三面围焊承受偏心力图中三面围焊承受偏心力F。此偏心力产生轴心力。此偏心力产生轴心力F和扭矩和扭矩T=Fe。最危险点为。最危险点为A或或A点点（请思考为什么？）。

31、（请思考为什么？）。使用弹性理论假设：使用弹性理论假设：被连接件为刚性，它有被连接件为刚性，它有绕焊缝形心绕焊缝形心O旋转趋势，旋转趋势，而焊缝为弹性；而焊缝为弹性；扭矩作用下，任一点的扭矩作用下，任一点的应力方向应力方向垂直于该点与垂直于该点与形心的连线，且形心的连线，且应力大应力大小小与连线长度与连线长度r成正比。成正比。A点与点与A点距形心点距形心O点最远，故由扭矩点最远，故由扭矩T引起的应力最大，而各引起的应力最大，而各点的竖向应力均相等。故考虑合力后，点的竖向应力均相等。故考虑合力后，A点和点和A点应力均为最大、点应力均为最大、且相等。故为设计控制点且相等。故为设计控制点扭矩扭矩T=

32、Fe在在A点产生的应力为：点产生的应力为：其水平和垂直分应力为：其水平和垂直分应力为：rITpTpxxpfpyypTITrrrITrITrrrITr轴心力轴心力F产生的应力按均匀分布于全截面计算：产生的应力按均匀分布于全截面计算：故故A点焊缝验算公式为：点焊缝验算公式为：()Fe wFh l2fFwTfffIp=IX+Iy为有效焊缝截面对其形心的极惯性矩为有效焊缝截面对其形心的极惯性矩例题例题3试设计图中节点板和预埋钢试设计图中节点板和预埋钢板 间 的 角 焊 缝。偏 心 力板 间 的 角 焊 缝。偏 心 力P=150kN（静力荷载）。钢（静力荷载）。钢材材Q235B，手工焊，焊条，手工焊，焊

33、条E43型。型。例题例题4 试验算图示牛腿与钢柱连接角焊缝的强度。钢材为试验算图示牛腿与钢柱连接角焊缝的强度。钢材为Q235，焊条为焊条为E43型，手工焊。荷载设计值型，手工焊。荷载设计值N=365kN，偏心矩，偏心矩e=350mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸hf1=8mm，hf2=6mm。图（。图（b）为焊缝）为焊缝有效截面。有效截面。1)斜角角焊缝的规定斜角角焊缝的规定用于料仓壁板、管形构件等的端部用于料仓壁板、管形构件等的端部T形接头连接中形接头连接中不考虑应力方向，任何情况都取不考虑应力方向，任何情况都取f（或（或f）=1.0假定焊缝在其所成夹角的最小斜面上发生破坏假定焊缝在其所成夹角的最小斜

34、面上发生破坏 斜角角焊缝的有效厚度斜角角焊缝的有效厚度(根部间隙小于根部间隙小于1.5mm时时)要求：要求：6090或或90 2EtBN 2 当截面上没有焊接残余应力时，在当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为：作用下应变增量为：结论：焊接残余结论：焊接残余应力使结构变形应力使结构变形增大，即降低了增大，即降低了结构的刚度。结构的刚度。对低温冷脆的影响对低温冷脆的影响 残余应力将会残余应力将会促使低温冷脆促使低温冷脆的的发生。发生。在焊缝较多的部分，产生三轴在焊缝较多的部分，产生三轴拉应力，使裂纹容易发生和发展，拉应力，使裂纹容易发生和发展，发生脆性破坏。发生脆性破坏。三向交叉焊缝的

35、残余应力三向交叉焊缝的残余应力对疲劳强度的影响对疲劳强度的影响 焊缝的焊缝的残余拉应力残余拉应力区是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域。焊接残余应力会区域。焊接残余应力会降低疲劳强度降低疲劳强度。验算疲劳时对连接和构件分为验算疲劳时对连接和构件分为8类，也正是基于这个原类，也正是基于这个原因进行的。因进行的。2)焊接变形的影响焊接变形的影响 焊接变形在焊接结构中经常出现。焊接变形在焊接结构中经常出现。焊接变形的矫正非常浪费工时。有时变形太大，焊接变形的矫正非常浪费工时。有时变形太大，甚至无法矫正，变成废品。甚至无法矫正，变成废品。焊接变形不但影响结构的尺寸和外形美

36、观，而且焊接变形不但影响结构的尺寸和外形美观，而且有可能降低结构的承载能力，引起事故。有可能降低结构的承载能力，引起事故。1)合理的焊缝设计合理的焊缝设计 合理选择焊缝尺寸合理选择焊缝尺寸尽量尽量采用较小的焊缝尺寸采用较小的焊缝尺寸尽量减少不必要的焊缝尽量减少不必要的焊缝不必要的构造板和加劲肋等不必要的构造板和加劲肋等合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置接近并对称于接近并对称于截面中性轴截面中性轴避免焊缝过分集中和交叉避免焊缝过分集中和交叉可加劲肋切角等可加劲肋切角等尽量避免在母材厚度方向的收缩应力尽量避免在母材厚度方向的收缩应力防止层状撕裂防止层状撕裂2)合理的工艺措施合理的工艺措施 采用合理的

37、焊接顺序和方向采用合理的焊接顺序和方向 尽量使焊缝能自由收缩，先焊受力较大的焊缝或收缩量尽量使焊缝能自由收缩，先焊受力较大的焊缝或收缩量较大的焊缝。较大的焊缝。工字梁接头时，应留出一段角工字梁接头时，应留出一段角焊缝焊缝3 3最后焊接，先焊受力最大最后焊接，先焊受力最大的翼缘对接焊缝的翼缘对接焊缝1 1，再焊腹板对，再焊腹板对接缝接缝2 2。又如图所示的拼接板的施焊顺又如图所示的拼接板的施焊顺序：先焊短焊缝序：先焊短焊缝1 1、2 2，最后焊，最后焊长焊缝长焊缝3 3，可使各长条板自由，可使各长条板自由收缩后再连成整体。收缩后再连成整体。工字钢翼缘和腹板的焊接顺序工字钢翼缘和腹板的焊接顺序拼接

38、板的施焊顺序拼接板的施焊顺序采用反变形法减小焊接变形或焊接应力采用反变形法减小焊接变形或焊接应力 需事先估计好结构变形的大小和方向需事先估计好结构变形的大小和方向 锤击或辗压焊缝，使焊缝得到延伸，从而降低焊接应力锤击或辗压焊缝，使焊缝得到延伸，从而降低焊接应力 均应在均应在刚焊完时进行刚焊完时进行回火至回火至600左右，缓慢冷却左右，缓慢冷却刚性固定法限制焊接变形，但会增加焊接残余应力刚性固定法限制焊接变形，但会增加焊接残余应力精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代号代号A A级和级和B B级级C C级级强度等级强度等级5.65.6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级加工方

39、式加工方式车床上经过切削而成车床上经过切削而成单个零件上一次冲成单个零件上一次冲成加工精度加工精度螺杆与栓孔直径之差螺杆与栓孔直径之差为为0.250.250.5mm0.5mm螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为1.51.53mm3mm抗剪性能抗剪性能好好较差较差经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构构件精度很高的结构（机械结构）；在钢（机械结构）；在钢结构中很少采用结构中很少采用沿螺栓杆轴受拉的连接；沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装次要的抗剪连接；安装的临时固定的临时固定3.5 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算1)螺栓的排列螺栓的排

40、列 排列的形式排列的形式 分为并列和错列两种分为并列和错列两种3.5.1 螺栓的排列和其它构造要求螺栓的排列和其它构造要求 错列可减小栓孔对截面的错列可减小栓孔对截面的削弱，但连接板尺寸较大削弱，但连接板尺寸较大注意图中的名词注意图中的名词螺栓排列的要求螺栓排列的要求在受力方向螺栓的端距过小时，在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有冲剪破坏的可能钢材有冲剪破坏的可能栓距过大，压力板易发生张口栓距过大，压力板易发生张口鼓曲，潮气进入容易锈蚀鼓曲，潮气进入容易锈蚀栓距太小栓距太小,截面削弱严重截面削弱严重,可能可能净截面断裂，也影响板手施工净截面断裂，也影响板手施工要求端距要求端距2d0要求栓距要求栓

41、距3d0要求限制最大栓距要求限制最大栓距最大最小允许距离最大最小允许距离端距端距端距端距中距中距边距边距线距线距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0端距端距边距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距工程一般做法：工程一般做法：排列螺栓时宜按最小容许间距取用，且宜排列螺栓时宜按最小容许间距取用，且宜取取5mm5mm的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。最大的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。最大容许间距一般只在起连系作用的构造连接中采用。容许间距一般只在起连系作用的构造连接中采用。2)螺栓连接的其它构造要求螺栓连接的其它构造要求 （1）每个

42、拼接部位的螺栓数）每个拼接部位的螺栓数不宜少于两个不宜少于两个。对于组合构件。对于组合构件的缀条连接可采用一个的缀条连接可采用一个 （2）承受动力荷载的普通螺栓，应采用）承受动力荷载的普通螺栓，应采用双螺帽双螺帽或或弹簧垫圈弹簧垫圈，或或点焊点焊 （3）重要连接中应优先采用）重要连接中应优先采用高强度螺栓高强度螺栓 （4）沿杆轴方向受拉的螺栓连接）沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板，应适当加强其刚度中的端板，应适当加强其刚度（如设加劲肋），以（如设加劲肋），以减少撬力减少撬力 3.5.2 3.5.2 普通螺栓的受剪连接普通螺栓的受剪连接 螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。螺栓连接的受力

43、形式分为：只受剪力，只受拉力。有时受剪力和拉力的共同作用。有时受剪力和拉力的共同作用。FNFA A 只受剪力只受剪力B B 只受拉力只受拉力C C 剪力和拉力共剪力和拉力共同作用同作用1)受剪连接的工作性能受剪连接的工作性能01摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段12滑移阶段滑移阶段 直至螺栓与孔直至螺栓与孔壁接触壁接触 23栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段 靠靠栓杆与孔壁接触传力，摩擦栓杆与孔壁接触传力，摩擦力也有加大趋势力也有加大趋势34弹塑性阶段弹塑性阶段 剪切屈服直剪切屈服直至破坏至破坏NNabNN/2N/2NO1234取取“4”点为极限承载力状态点为极限承载力状态a)螺杆被剪断；

44、螺杆被剪断；b)连接件半孔壁挤压破坏；连接件半孔壁挤压破坏；c)钢板拉（压）断；钢板拉（压）断；d)钢板剪坏；钢板剪坏；e)螺杆弯曲破坏螺杆弯曲破坏。a)AB栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时b)BA栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时c)A截面削弱过多；截面削弱过多；板件强度验算板件强度验算d)3535a1A端矩过小时；端矩过小时；端矩不应小于端矩不应小于2dOe)A螺栓杆过长；螺栓杆过长；栓杆长度不应大于栓杆长度不应大于5d2)受剪连接的破坏模式受剪连接的破坏模式螺栓剪断破坏螺栓剪断破坏冲剪破坏冲剪破坏净截面拉断净截面拉断单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力设计值：抗剪承载

45、力设计值：承压承载力设计值：承压承载力设计值：d3)单个普通螺栓的受剪计算单个普通螺栓的受剪计算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单栓抗剪承载力由以下两式决定:bv2vbv4fdnNbcbcf tdNbvbcbmin,minNNN假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布抗剪承载力设计值：抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：承压承载力设计值：bv2vbv4fdnNbcbcf tdN剪力螺栓的剪

46、面数和承剪力螺栓的剪面数和承压厚度压厚度nv受剪面数目受剪面数目；d螺栓杆直径螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值螺栓抗剪和承压强度设计值；t t连接接头一侧承压构件总厚度的连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。较小值。4)普通螺栓群受剪连接计算普通螺栓群受剪连接计算普通螺栓群轴心受剪普通螺栓群轴心受剪minbNnN 当连接长度当连接长度l115d0时，各螺杆所受内力非常不均匀，端部螺栓可时，各螺杆所受内力非常不均匀，端部螺栓可能首先破坏，随后由外向里依次破坏。能首先破坏，随后由外向里依次破坏。此时应将承载力设计值乘以此时应将承载力设计值乘以折减系数折减系数：即所需抗剪螺栓数为：即

47、所需抗剪螺栓数为：101.10.7150ldminbNnN普通螺栓群偏心受剪普通螺栓群偏心受剪 剪力剪力F的作用线至螺栓群中心线的距离为的作用线至螺栓群中心线的距离为e，故螺栓群同，故螺栓群同时受到轴心力时受到轴心力F和扭矩和扭矩T=Fe的联合作用的联合作用 在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受力，即：在轴心力作用下可认为每个螺栓平均受力，即：1FFNn在扭矩在扭矩T=Fe作作用下，假定用下，假定旋转旋转中心中心在螺栓群形在螺栓群形心心剪力大小：剪力大小：与该与该螺栓至中心点距螺栓至中心点距离成正比离成正比方向与其垂直方向与其垂直TrNrNrNiiTTT2211故四个角部的螺栓在扭矩作用下剪力最

48、大，与故四个角部的螺栓在扭矩作用下剪力最大，与N1F叠加后，叠加后，1、2号螺栓所受的综合剪力最大号螺栓所受的综合剪力最大下面求下面求N1T iiTTTrNrNrN2211 以以N1T表示表示NiT后，代入得：后，代入得：由此得扭矩作用下的最大剪力为：由此得扭矩作用下的最大剪力为：将将NiT分解为水平分力和垂直分力：分解为水平分力和垂直分力：221211iiiTyxTrrTrN22111112211111iiTTyiiTTxyxTxrxNNyxTyryNNTrrNrrrrNiTiT2112222111)(由此得受力最大的由此得受力最大的1、2号螺栓号螺栓所承受的合力所承受的合力N1应满足应满足

49、：当螺栓布置在一个狭长带时，即当螺栓布置在一个狭长带时，即y13x1，可假定，可假定xi=0，则，则简化简化：bFTyTxNNNNNmin211211)(2111 ,0iTxTyyTyNNbiNnFyTyNmin22211上述连接中，除受力最大的螺栓外，其余螺栓均有潜力。所上述连接中，除受力最大的螺栓外，其余螺栓均有潜力。所以计算轴心力以计算轴心力F作用下的螺栓内力时，即使连接长度作用下的螺栓内力时，即使连接长度l15d0，也不考虑折减系数也不考虑折减系数 1)普通螺栓受拉的工作性能普通螺栓受拉的工作性能受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力 外力作用线与螺栓杆不在一外力作用线与螺栓杆不在一条直线上，产

50、生条直线上，产生翼缘的弯曲翼缘的弯曲，使螺栓受到附加撬力使螺栓受到附加撬力Q作用，作用，实际杆力为：实际杆力为：Nt=N+Q撬力与翼缘板厚度、螺杆直径、撬力与翼缘板厚度、螺杆直径、螺栓位置、连接总厚度等因素有螺栓位置、连接总厚度等因素有关，准确求值非常困难关，准确求值非常困难 普通螺栓抗拉强度设计值普通螺栓抗拉强度设计值 将螺栓的将螺栓的抗拉强度设计值降低抗拉强度设计值降低20%来考虑撬力影响，即来考虑撬力影响，即20.80.8 215170/btffN mm减小撬力的办法减小撬力的办法 增加翼缘板厚度增加翼缘板厚度 采用加劲肋加强翼缘采用加劲肋加强翼缘 2)单个普通螺栓的受拉承载力单个普通螺