砌体结构第5章钢结构的连接课件.ppt

1、第第 5 章章 钢结构的连接钢结构的连接主要内容：主要内容：5.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法5.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式5.3 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算5.4 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算5.5 焊接残余应力和残余变形焊接残余应力和残余变形5.6 普通螺栓连接的构造与计算普通螺栓连接的构造与计算5.7 高强螺栓连接的计算高强螺栓连接的计算连接要求连接要求 足够的强度、刚度和延性。足够的强度、刚度和延性。连接方法连接方法 焊接、铆接、螺栓连接。焊接、铆接、螺栓连接。5.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法图5-1 优点优点 省工、省材；省工

2、、省材；任何形状的构件均可直接连接；任何形状的构件均可直接连接；密封性好，刚度大。密封性好，刚度大。缺点缺点 材质劣化；材质劣化；残余应力、残余变形；残余应力、残余变形；一裂即坏、低温冷脆。一裂即坏、低温冷脆。5.1.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接与螺栓连接、铆钉连接比较：焊缝连接与螺栓连接、铆钉连接比较：5.1.2 铆钉连接铆钉连接 优点优点 塑性和韧性较好塑性和韧性较好；传力可靠，质量易于检查传力可靠，质量易于检查；适用于直接承受动载结构的连接适用于直接承受动载结构的连接。缺点缺点 构造复杂构造复杂；费钢费工费钢费工。螺栓连接：螺栓连接：普通螺栓普通螺栓和和高强度螺栓高强度螺栓1.普通螺栓普

3、通螺栓 A、B级：级：性能等级为性能等级为5.65.6级和级和8.88.8级；级；C C级：级：性能等级为性能等级为4.64.6级和级和4.84.8级。级。2.高强度螺栓高强度螺栓 摩擦型连接摩擦型连接.承压型连接承压型连接.5.1.3 螺栓连接螺栓连接 电弧焊、气体保护焊和电阻焊等电弧焊、气体保护焊和电阻焊等分：分：手工电弧焊手工电弧焊和和埋弧焊埋弧焊5.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式5.2.1 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法手工电弧手工电弧1.电弧焊电弧焊图图5-2 5-2 手工电弧焊手工电弧焊（a）电路）电路（b b）施焊过程）施焊过程 手工电弧焊焊条手工电弧焊焊

4、条与焊件金属强度相适应与焊件金属强度相适应：Q235钢用钢用E43系列；系列；Q345用用E50系列；系列；Q390、Q420用用E55系列。系列。手工电弧焊手工电弧焊EXX的的XX表示焊条的表示焊条的最低抗拉强度。最低抗拉强度。焊丝和焊剂要保焊丝和焊剂要保证熔敷金属的抗拉证熔敷金属的抗拉强度强度不低于相应手不低于相应手工焊条数值。工焊条数值。埋弧焊埋弧焊图图5-3 5-3 埋弧自动电弧焊埋弧自动电弧焊 2.气体保护焊气体保护焊3.电阻焊电阻焊 5.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式1.焊缝连接形式焊缝连接形式 按被连接构件间的相对位置：按被连接构件间的相对位置：平接、搭接、

5、平接、搭接、T T形连接、角接。形连接、角接。图图5-4 5-4 焊缝连接的形式焊缝连接的形式2.焊缝形式焊缝形式 按所受力的方向分：按所受力的方向分：对接正焊缝对接正焊缝和和对接斜焊缝对接斜焊缝。角焊缝：角焊缝：正面角焊缝正面角焊缝和和侧面角焊缝侧面角焊缝。图图5-5按施焊位置：按施焊位置：平焊平焊、横焊横焊、立焊立焊及及仰焊仰焊 焊缝沿长度分布情况：焊缝沿长度分布情况：连续角焊缝连续角焊缝和和断续角焊缝断续角焊缝。图图5-65-6 连续角焊缝和断续角焊缝连续角焊缝和断续角焊缝图图5-7 5-7 焊缝施焊位置焊缝施焊位置 5.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验1.焊缝缺陷焊

6、缝缺陷裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边 、未焊透等。、未焊透等。三级焊缝：外观检查，三级焊缝：外观检查，外观尺寸外观尺寸和和缺陷缺陷；二级焊缝：在外观检查的基础上再做二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验无损检验，用超，用超 声波检验每条焊缝的声波检验每条焊缝的20长度，且不小于长度，且不小于200mm；一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长度全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷；，以便揭示焊缝内部缺陷；对承受动力荷载的重要构件焊缝，增加伽马射线探伤。对承受动力荷载的重要构件焊缝，增加伽

7、马射线探伤。2.焊缝质量检验焊缝质量检验强度折减：强度折减：高空安装焊缝，强度设计值乘以高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9。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（GB50205）分为三级。）分为三级。焊缝应根据结构的焊缝应根据结构的重要性重要性、荷载特性荷载特性、焊缝焊缝形式形式、工作环境工作环境以及以及应力状态应力状态等情况分别选用不等情况分别选用不同的质量等级。同的质量等级。3.3.焊缝质量等级的规定焊缝质量等级的规定作用作用 表明焊缝形式、尺寸和辅助要求。表明焊缝形式、尺寸和辅助要求。表示方法表示方法(GB324-88)(GB324-88)由由指引线、指引线、图形符号图形

8、符号、辅助符号辅助符号和和焊缝尺寸焊缝尺寸等部分组成。等部分组成。引出线引出线由横线和带箭头的斜线组成。由横线和带箭头的斜线组成。图形符号图形符号表示焊缝的基本形式，如用表示焊缝的基本形式，如用“”表示角焊缝。表示角焊缝。辅助符号辅助符号表示焊缝的辅助要求，如用表示焊缝的辅助要求，如用“”表示现场安表示现场安装焊缝等。装焊缝等。5.2.4 焊缝代号焊缝代号焊缝代号焊缝代号 当焊缝分布比较复杂或用上述标注不能表达清楚时，在当焊缝分布比较复杂或用上述标注不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上标注焊缝代号的同时，可在图形上加粗线加粗线或或栅线栅线表示。表示。图图5-9 5-9 栅线表示栅线

9、表示 （a a）正面焊缝（）正面焊缝（b b）背面焊缝（）背面焊缝（c c）安装焊缝）安装焊缝 分为：分为：I形缝、带钝边单边形缝、带钝边单边V形缝、带钝边形缝、带钝边V形形缝（也叫缝（也叫Y形缝）、带钝边形缝）、带钝边U形缝、形缝、K形缝和形缝和X形缝形缝等。等。5.3 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算5.3.1对接焊缝的对接焊缝的构造构造 坡口形式坡口形式 斜坡口为了和焊缝根部共同形成一个焊条能运斜坡口为了和焊缝根部共同形成一个焊条能运转的施焊空间。转的施焊空间。图图5-10 5-10 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式（a a）I I形缝；（形缝；（b b）单边）单边V V形坡

10、口；（形坡口；（c c）V V形坡口；（形坡口；（d d）U U形坡口；（形坡口；（e e）K K形坡口；（形坡口；（f f）X X形坡口形坡口不同宽度和厚度的钢板拼接不同宽度和厚度的钢板拼接动载时不大于动载时不大于1:41:4，计算时取较薄焊件厚度。，计算时取较薄焊件厚度。不采用引弧板时，不采用引弧板时，计算每条焊缝长度时取计算每条焊缝长度时取实际长度减实际长度减2t（t为焊件为焊件的较小厚度）。的较小厚度）。5.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 计算原则计算原则 计算焊件的方法。一、二级标准检验焊缝质量，计算焊件的方法。一、二级标准检验焊缝质量，焊缝焊缝和构件和构件等强不需计算；仅计算

11、三级焊缝。等强不需计算；仅计算三级焊缝。1.轴心受力对接焊缝的计算轴心受力对接焊缝的计算 规范规定当斜缝和作用力间夹角规范规定当斜缝和作用力间夹角符合符合tan1.5（56）时，时，斜焊缝的强度不低于焊件强度，斜焊缝的强度不低于焊件强度，不需再计算焊缝强度。不需再计算焊缝强度。图图18-13 18-13 轴心力作用下对接焊缝连接轴心力作用下对接焊缝连接（a a）直焊缝）直焊缝（b b）斜焊缝）斜焊缝（5-15-1）式中式中 N N 轴心拉力或压力的设计值；轴心拉力或压力的设计值；lw 焊缝的计算长度，当采用引弧板施焊时，取焊焊缝的计算长度，当采用引弧板施焊时，取焊 缝实际长度；当未采用引弧板施

12、焊时，每条焊缝实际长度；当未采用引弧板施焊时，每条焊 缝取实际长度减去缝取实际长度减去2t2t；t 在对接连接中为连接件的较小厚度；在在对接连接中为连接件的较小厚度；在T T形连接形连接 中为腹板厚度；中为腹板厚度；对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值，查附表对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值，查附表 2-42-4，P215P215。wcwtff、tlNwwtf或或wcf2.受弯和受剪共同作用时对接焊缝的计算受弯和受剪共同作用时对接焊缝的计算(5-2)(5-3)tlMWMww2max6tlVtIVSwww23maxwtfwvf焊缝截面的截面模量；焊缝截面的截面模量；焊缝截面在计算剪应力处焊缝截面在计算剪

13、应力处以上或以下部分截面对中和轴以上或以下部分截面对中和轴的面积矩；的面积矩；焊缝截面对中和轴的惯性焊缝截面对中和轴的惯性矩；矩；式中式中对接焊缝的抗剪强度设计值，查附表对接焊缝的抗剪强度设计值，查附表2-42-4。wWwSwIwvf 轴力、弯矩和剪力共同作用时，对接焊缝的最大正应力为轴力、弯矩和剪力共同作用时，对接焊缝的最大正应力为轴轴力力和和弯矩弯矩引起的应力之和，剪力和折算应力和上面相同。引起的应力之和，剪力和折算应力和上面相同。I I字形、箱形、字形、箱形、T T形等构件：形等构件：(5-4)212131.1 wtf3.3.轴心力、弯矩和剪力共同作用时对接焊缝的计算轴心力、弯矩和剪力共

14、同作用时对接焊缝的计算 、验算点处焊缝验算点处焊缝截面的正应力和剪应力；截面的正应力和剪应力；式中式中11 1.1考虑到最大折算应力考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值只在局部出现，而将强度设计值适当提高的系数。适当提高的系数。例例5-1 5-1 计算工字型截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝，如图计算工字型截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝，如图5-5-1515所示。牛腿承受竖向力设计值所示。牛腿承受竖向力设计值F=320kNF=320kN，偏心距，偏心距e=300mme=300mm，钢材为，钢材为Q235Q235，焊条，焊条E43E43系列，手工焊，施焊时无引弧板，焊缝质量标准为三系列，手工焊

15、，施焊时无引弧板，焊缝质量标准为三级。级。图图5-15 例例5-1图图 解：解：.焊缝有效截面的几何特性焊缝有效截面的几何特性 因施焊时无引弧板，故每条焊缝的计算长度为焊缝实因施焊时无引弧板，故每条焊缝的计算长度为焊缝实际长度减去两倍板件的厚度。际长度减去两倍板件的厚度。423146235.19)217(126.1388.0121cmIw37312014623cmWw .焊缝强度计算焊缝强度计算 焊缝承受由力焊缝承受由力F向焊缝截面上简化后产生的弯矩向焊缝截面上简化后产生的弯矩M=Fe和和剪力剪力V=F。最大正应力最大正应力 2233max/185/33.1311073130010320mmN

16、fmmNWMwtw最大剪应力最大剪应力 2243max/125/25.11681014623)2182818219510150(10320mmNfmmNtIVSwvww上翼缘和腹板交接处上翼缘和腹板交接处1点的正应力点的正应力 21/76.12420019033.131mmN剪应力剪应力24311/01.80810146231951015010320mmNtIVSww 由于由于1点同时受有较大的正应力和剪应力，故应按式点同时受有较大的正应力和剪应力，故应按式（5-4）验算折验算折算应力算应力 22222121/5.2031851.11.1/47.18601.80376.1243mmNfmmNw

17、t焊缝强度满足要求。焊缝强度满足要求。5.4 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 5.4.1 角焊缝的形式和构造角焊缝的形式和构造截面形状截面形状 1.1.角焊缝的形式角焊缝的形式 角焊缝按两焊脚边的夹角分：角焊缝按两焊脚边的夹角分：直角角焊缝直角角焊缝和和斜角角焊缝斜角角焊缝。图图5-16 5-16 直角角焊缝截面直角角焊缝截面（a a）普通型；（）普通型；（b b）平坦型；（）平坦型；（c c）凹面型）凹面型（a）（b）（c）图图5-17 5-17 斜角角焊缝截面斜角角焊缝截面 图图5-18 5-18 角焊缝的受力形式角焊缝的受力形式1-1-侧面角焊缝；侧面角焊缝；2-2-正面角焊缝；正

18、面角焊缝；3-3-斜向角焊缝斜向角焊缝 等边角焊缝的最等边角焊缝的最小截面和两边焊角成小截面和两边焊角成/2角角(直角角焊缝为直角角焊缝为45)称为称为有效截面有效截面或或计算截面计算截面，不计余高，不计余高和溶深。和溶深。直直角角焊缝角角焊缝的有效厚度的有效厚度 he=0.7hf hf 应与焊件的厚度相适应。应与焊件的厚度相适应。对手工焊，对手工焊，hf应不小于应不小于 ，t为较厚焊件的厚度为较厚焊件的厚度(mm)，对，对自动焊自动焊，可减小，可减小1mm，T形连接形连接的的单面角焊缝单面角焊缝，应，应增加增加1mm。当焊件厚度。当焊件厚度等于或小于等于或小于4mm时，最小焊脚尺寸时，最小焊

19、脚尺寸应与焊件厚度相同应与焊件厚度相同 。t5.12.2.角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求（1 1）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸hf应不大于较薄焊件厚度的应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。倍。（2 2）最大焊脚尺寸）最大焊脚尺寸 对于板件边缘的焊缝，当对于板件边缘的焊缝，当t6mm时时，hft；当；当t6mm时时，hf t(12)mm。角焊缝最大角焊缝最大hf 焊缝长度焊缝长度lw 也不应太短，其计算长度不宜小于也不应太短，其计算长度不宜小于8hf和和40mm。（4）角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度 当两焊件厚度相差较大且用等焊脚尺寸不能满足最大、当两焊件厚度相差较大且用等焊脚尺寸不能满足

20、最大、最小焊脚尺寸的要求时，可采用不等焊脚尺寸。最小焊脚尺寸的要求时，可采用不等焊脚尺寸。最小实际长度应为最小实际长度应为8 hf+2 hf=10 hf （3 3）不等焊脚尺寸）不等焊脚尺寸（5 5）侧面角焊缝的最大计算长度）侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝长度侧面角焊缝长度lw 也不应太长，不宜大于也不应太长，不宜大于60hf，超出部，超出部分不计。若内力分不计。若内力，则不受此限。，则不受此限。侧面角焊缝的应力分布侧面角焊缝的应力分布（6 6）角焊缝的其他构造要求角焊缝的其他构造要求图图5-20 5-20 由槽焊和塞焊防止板件拱曲由槽焊和塞焊防止板件拱曲（a a）焊缝长度及两侧焊缝间距

21、；（）焊缝长度及两侧焊缝间距；（b b）槽焊）槽焊 d1.5t，s=（1.52.5）t且且200mm，t开槽板厚度，开槽板厚度，L1开槽长度由设计控制；（开槽长度由设计控制；（c c）塞焊）塞焊 d2.5t，s200mm，s14d图图5-22 5-22 杆件与节点板的焊缝连接杆件与节点板的焊缝连接（a a）两面侧焊；（）两面侧焊；（b b）三面围焊；（）三面围焊；（c c）L L形围焊形围焊图图5-21 5-21 搭接连接搭接连接5.4.2 角焊缝的计算角焊缝的计算 简化方法简化方法 假定角焊缝的破坏截面均在最小截面，其面积为角焊假定角焊缝的破坏截面均在最小截面，其面积为角焊缝的有效厚度缝的有

22、效厚度he与焊缝计算长度与焊缝计算长度lw的乘积，此截面称为的乘积，此截面称为角角焊缝的有效截面焊缝的有效截面。又假定截面上的。又假定截面上的应力沿焊缝计算长度均应力沿焊缝计算长度均匀分布匀分布。同时不论是正面焊缝还是侧面焊缝，均按破坏时。同时不论是正面焊缝还是侧面焊缝，均按破坏时计算截面上的计算截面上的平均应力平均应力来确定其强度，并采用统一的强度来确定其强度，并采用统一的强度设计值进行计算。设计值进行计算。1.受轴心力作用时的角焊缝计算受轴心力作用时的角焊缝计算（1 1）侧面角焊缝的计算）侧面角焊缝的计算wffewNfhl 矩形拼接板侧面角焊缝连接矩形拼接板侧面角焊缝连接式中式中 N轴心拉

23、力或压力的设计值；轴心拉力或压力的设计值；he角角焊缝的有效厚度；焊缝的有效厚度；lw连接连接一侧一侧所有角焊缝的计算所有角焊缝的计算长度之和；长度之和；角焊缝的强度设计值。角焊缝的强度设计值。wff（2 2）正面角焊缝的计算）正面角焊缝的计算wfffewNfhl 矩形拼接板正面焊缝连接矩形拼接板正面焊缝连接 式中式中 正面角焊缝的正面角焊缝的强度设计值增大系数，对承受静强度设计值增大系数，对承受静力荷载或间接承受动力荷载的结力荷载或间接承受动力荷载的结构取构取 =1.22=1.22，对直接承受动力，对直接承受动力荷载的结构取荷载的结构取 =1.0=1.0。fff 先计算计算正面角焊缝先计算计

24、算正面角焊缝l1受力受力N1，剩，剩 余的余的N N1由侧由侧面角焊缝面角焊缝l2承担。承担。wffefhlN112（3 3）三面围焊缝的计算）三面围焊缝的计算 三面围焊缝三面围焊缝直接承受动直接承受动力荷载力荷载作用作用 矩形拼接板三面围焊缝连接矩形拼接板三面围焊缝连接wfweflhN（4 4）承受斜向轴心力的角焊缝计算）承受斜向轴心力的角焊缝计算weyflhN/wexflhN/将将 除以除以 后按下式作矢后按下式作矢量叠加计算，即量叠加计算，即wfffff22)(wfwewefflhNlhN22)cos()sin(wfwefflhN3sin112f斜向角焊缝的强度设计值增大系数，其值介于斜

25、向角焊缝的强度设计值增大系数，其值介于11.22之间。之间。fff 取取 =1.22=1.22，代入上式并，代入上式并简化，可得简化，可得f（5）角钢角焊缝计算）角钢角焊缝计算当用侧面角焊缝连接时（图当用侧面角焊缝连接时（图a）肢背肢背肢尖肢尖NKNeeeN12121NKNeeeN22112式中式中 K K1 1、K K2 2角钢肢背、肢尖焊缝内力分配系数。角钢肢背、肢尖焊缝内力分配系数。三面围焊时（图三面围焊时（图b）正面角焊缝正面角焊缝承担的力为承担的力为 侧面角焊缝侧面角焊缝承担的力为承担的力为 肢背肢背肢尖肢尖223132121NNKNNeeeNwffwfflhN3337.022232

26、32112NNKNNeeeNL形焊缝（图形焊缝（图c）正面角焊缝承担的力为正面角焊缝承担的力为:N3=2k2N侧面角焊缝承担的力为侧面角焊缝承担的力为:N1=NN3 焊缝的计算长度焊缝的计算长度对双角钢截面对双角钢截面 角钢肢背焊缝角钢肢背焊缝 wffwfhNl1117.02角钢肢尖焊缝角钢肢尖焊缝wffwfhNl2227.02L L形围焊形围焊 正面角焊缝的焊脚尺寸正面角焊缝的焊脚尺寸 wffwfflNh3337.02采用的每条焊缝实际长度应取其计算长度加采用的每条焊缝实际长度应取其计算长度加2 2hf。fh。例例5-2 5-2 试设计如图试设计如图5-265-26所示一双拼接盖板的对接连接

27、。已所示一双拼接盖板的对接连接。已知钢板宽知钢板宽B=310mmB=310mm，厚度，厚度t1=16mm，拼接盖板厚度，拼接盖板厚度t2=10mm，该连接承受轴心力设计值该连接承受轴心力设计值N=1000kNN=1000kN（静力荷载），钢材为（静力荷载），钢材为Q235Q235，手工焊，焊条为手工焊，焊条为E43E43型。型。解：设计拼接盖板的对接连接有两种方解：设计拼接盖板的对接连接有两种方法：一种方法是假定焊脚尺寸求焊缝长度，法：一种方法是假定焊脚尺寸求焊缝长度，再由焊缝长度确定盖板的尺寸；另一种方法再由焊缝长度确定盖板的尺寸；另一种方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后是先假定焊脚

28、尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝的承载力。如果假定的焊缝尺寸不验算焊缝的承载力。如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊脚尺寸，能满足承载力要求时，则应调整焊脚尺寸，再行验算，直到满足承载力的要求为止。再行验算，直到满足承载力的要求为止。图图5-26 5-26 例例5-25-2图图 首先确定角焊缝的焊脚尺寸。由于此处的焊缝在板件首先确定角焊缝的焊脚尺寸。由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度边缘施焊，且拼接盖板厚度t2=10mm6mm，t2A=31016=4960 mm2满足强度要求。满足强度要求。根据构造要求，应满足根据构造要求，应满足b160mm。为防止因仅用侧面角焊缝引

29、起板件拱。为防止因仅用侧面角焊缝引起板件拱曲过大，应采用三面围焊。曲过大，应采用三面围焊。已知正面角焊缝的长度已知正面角焊缝的长度lw1=b=270mm，则正面角焊缝所，则正面角焊缝所能承受的内力为能承受的内力为NfblhNwffwe59028516022.127087.02211连接连接一侧一侧侧面角焊缝的总长度为侧面角焊缝的总长度为mmfhNNlwfew45716087.059028510000001连接一侧共有连接一侧共有4 4条侧面角焊缝，则一条侧面角焊缝的长度为条侧面角焊缝，则一条侧面角焊缝的长度为 mmllww1228445784拼接盖板的总长度为拼接盖板的总长度为 mmlLw25

30、4101222102取取260mm。例例5-3 5-3 如图如图5-275-27所示角钢与节点板的连接角焊缝。已所示角钢与节点板的连接角焊缝。已知轴心力设计值知轴心力设计值N=510kN（静力荷载），角钢为（静力荷载），角钢为2L100808（长肢相连），连接板厚度（长肢相连），连接板厚度t=10mm，钢材，钢材Q235,手工焊，焊条手工焊，焊条E43系列。试确定所需焊脚尺寸和焊缝系列。试确定所需焊脚尺寸和焊缝长度。长度。图图5-27 5-27 例例5-35-3图图 解解 采用三面围焊，设角钢肢背、肢尖及端部焊脚尺采用三面围焊，设角钢肢背、肢尖及端部焊脚尺寸相同，取寸相同，取 hf=6mm m

31、mthf67)21(8)21(max（角钢肢尖）mmthf7.4105.15.1maxmin 正面角焊缝能能承受的内力为正面角焊缝能能承受的内力为kNNfbhNwfff1641016416022.110067.027.0233肢背和肢尖焊缝分担的内力分别为肢背和肢尖焊缝分担的内力分别为kNNNKN5.249216451065.02311kNNNKN5.96216451035.02322肢背和肢尖焊缝所需要的实际长度为肢背和肢尖焊缝所需要的实际长度为mmfhNlwffw192616067.02105.24967.02311取取195mm195mm mmfhNlwffw78616067.02105

32、.9667.02322取取80mm 80mm 2.T形接头的角焊缝计算形接头的角焊缝计算图图5-28 5-28 弯矩作用时角焊缝应力弯矩作用时角焊缝应力wffWMwfff 角焊缝有角焊缝有效面积的抵抗矩。效面积的抵抗矩。式中式中 wfW（1 1）弯矩作用下）弯矩作用下T T形接头的角焊缝计算形接头的角焊缝计算（2）弯矩、剪力和轴心力共同作用）弯矩、剪力和轴心力共同作用 将将F F力分解并向角焊缝有效截面的形心简化力分解并向角焊缝有效截面的形心简化 M=VeM=Ve，V V，N N A A点垂直于焊缝长度方向的应力由两部分组成点垂直于焊缝长度方向的应力由两部分组成由弯矩由弯矩M M产生的应力产生

33、的应力 27.026wfwfMflhMWM由轴心拉力由轴心拉力N N产生的应力产生的应力wfwfNflhNAN7.02式中式中 wfA角焊缝有效截面面积。角焊缝有效截面面积。A A点平行于焊缝长度方向的应力由剪力点平行于焊缝长度方向的应力由剪力V V产生，即产生，即wfwfVflhVAV7.02 将垂直于焊缝长度方向的应力将垂直于焊缝长度方向的应力 和和 相加，代入式相加，代入式（5-85-8），），A A点焊缝应满足点焊缝应满足MfNfwfVffNfMff22)()(当仅有弯矩和剪力共同当仅有弯矩和剪力共同作用，即上式中作用，即上式中 =0=0时，时，可得可得 NfwfVffMff22)()

34、(例例5-4 5-4 如图如图5-305-30所示牛腿与柱连接的角焊缝。荷载设所示牛腿与柱连接的角焊缝。荷载设计值计值F=335kN(F=335kN(静力荷载静力荷载)，偏心距，偏心距e=200mme=200mm，h hf f=8mm=8mm，钢材，钢材Q235Q235，焊条，焊条E43E43系列，手工焊。试验算该焊缝的强度。系列，手工焊。试验算该焊缝的强度。图图5-30 5-30 例例5-45-4图图 解：解：.计算焊缝的内力计算焊缝的内力 M=Fe=335103200=67106Nmm V=F=335103 N .计算焊缝有效截面的几何特性计算焊缝有效截面的几何特性 转角处有绕角焊，故焊缝

35、计算长度不转角处有绕角焊，故焊缝计算长度不考虑起灭弧影响。考虑起灭弧影响。251524608.07.02mmAwf3239498746087.0612mmWwf.计算焊缝的强度计算焊缝的强度226/2.19516022.1/63.1693949871067mmNfmmNWMwffwfMf23/02.65515210335mmNAVwfVf222222/160/5.15302.6522.163.169mmNfmmNwfVffMf焊缝强度满足要求。焊缝强度满足要求。3.扭矩、剪力和轴心力作用时搭接连接的角焊缝计算扭矩、剪力和轴心力作用时搭接连接的角焊缝计算假定假定:扭矩扭矩T T单独作用单独作用

36、pTfITryxpIII r距形心最远距形心最远点到形心的距离；点到形心的距离；T T扭矩设计值。扭矩设计值。pxTfyITrpyTfxITr式中式中 rx x、ry yr在在x轴和轴和y轴方向的投影长度。轴方向的投影长度。剪力剪力V:V:应力垂直于焊缝长度方向应力垂直于焊缝长度方向weVfylhV轴心力轴心力N:N:应力平行于焊缝长度方向应力平行于焊缝长度方向weNfxlhNA A点焊缝应满足点焊缝应满足 wfNfxTfxfVfyTfyf22)()(例例5-5 5-5 如图如图5-325-32所示厚度为所示厚度为12mm12mm的支托板和柱搭接连的支托板和柱搭接连接，采用三面围焊的角焊缝。荷

37、载设计值接，采用三面围焊的角焊缝。荷载设计值F=150kNF=150kN（静力（静力荷载），至柱翼缘边距离为荷载），至柱翼缘边距离为220mm220mm，钢材，钢材Q235Q235，焊条，焊条E43E43系系列。试验算该焊缝的强度。列。试验算该焊缝的强度。图图5-32 5-32 例例5-55-5图图解：解：.确定焊脚尺寸确定焊脚尺寸mmthmmhff4.14122.12.110minmaxmmthf1011)21(12)21(maxmmthf7.6205.15.1maxmin.计算焊缝有效截面的几何特征计算焊缝有效截面的几何特征cmx46.3)4.31142(0.17.035.01421140

38、.17.02233642435.151417.024.3117.0121cmIx1417.01417.0121246.34.3117.032yI42880)46.335.0214(cm473048806424cmIp.计算计算A A点焊缝强度点焊缝强度T=150（22+15+0.35-3.46）=5083.5kNcm244/79.75107304)6.345.3140(105.5083mmNITrpxTfy244/27.109107304)7150(105.5083mmNITrpyTfx23/08.36)3141402(107.010150mmNAVwfVfy222222160/65.1422

39、7.10922.108.3679.75)()(mmNfmmNwfTfxfVfyTfy焊缝强度满足要求。焊缝强度满足要求。5.5 5.5 焊接残余应力和残余变形焊接残余应力和残余变形5.5.1 5.5.1 焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响1.1.焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响(1)(1)对结构静力强度的影响：无影响对结构静力强度的影响：无影响(2)(2)对结构刚度的影响：刚度降低对结构刚度的影响：刚度降低(3)(3)对压杆稳定的影响：残余压应力对压杆稳定的影响：残余压应力(4)(4)对疲劳强度的影响：高额残余拉应力对疲劳强度的影响：高额残余拉应力(5

40、)(5)对低温冷脆的影响：三向应力对低温冷脆的影响：三向应力2.2.焊接残余变形的影响焊接残余变形的影响图图5-33 5-33 焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式（a a）横向缩短和纵向缩短（）横向缩短和纵向缩短（b b）角变形（）角变形（c c）弯曲变形）弯曲变形（d d）扭曲变形）扭曲变形（a）（b）（c）（d）5.5.2 5.5.2减少和限制焊接残余应力和残余变形的措施减少和限制焊接残余应力和残余变形的措施 焊缝尺寸要适当，采用较小的焊脚尺寸焊缝尺寸要适当，采用较小的焊脚尺寸 焊接位置要应尽量对称于截面中性轴焊接位置要应尽量对称于截面中性轴 焊缝不宜过分集中（图焊缝不宜过分集中（图b

41、b）应尽量避免三向焊缝交叉（图应尽量避免三向焊缝交叉（图c c）考虑钢板分层问题（图考虑钢板分层问题（图d d）焊条易达到焊条易达到（图图f f）避免仰焊避免仰焊1.1.设计方面的措施设计方面的措施（a）（c）（b）（e）（d）（f）2.工艺上的措施工艺上的措施（1 1）采取合理的施焊次序采取合理的施焊次序（2 2）施焊前加相反的预变形（图）施焊前加相反的预变形（图a a、b b）（3 3）采用小电流）采用小电流（4 4）焊前预热，焊后回火（图）焊前预热，焊后回火（图c c）5.6.1 普通螺栓连接的构造普通螺栓连接的构造5.6 普通螺栓连接的构造与计算普通螺栓连接的构造与计算 1.1.螺栓的

42、螺栓的形式形式和和规格规格 普通螺栓的普通螺栓的形式形式为大六角头型，其代号用为大六角头型，其代号用字母字母M M与公与公称称直径的毫米直径的毫米表示。工程中常用表示。工程中常用M16M16，M20M20和和M24M24等。等。排列方式：排列方式：并列或错列并列或错列 2.2.螺栓的排列螺栓的排列 受力要求受力要求：钢板端部不剪断，端距不应小于钢板端部不剪断，端距不应小于2 2d d0 0;受拉时，栓距和线距不应过小；受拉时，栓距和线距不应过小；受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大。受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大。构造要求：构造要求：栓距和线距不宜过大。栓距和线距不宜过大。施工要求：施工要求

43、：有一定的施工空间。有一定的施工空间。排列要求排列要求规范规定钢板上螺栓的最大和最小容许距离规范规定钢板上螺栓的最大和最小容许距离 角钢、普通工字钢、槽钢截面上排列螺栓的线距角钢、普通工字钢、槽钢截面上排列螺栓的线距 普通螺栓连接按受力情况分为三类：普通螺栓连接按受力情况分为三类：螺栓螺栓只承受剪力只承受剪力；螺栓；螺栓只承受拉力只承受拉力；螺栓；螺栓承受拉力承受拉力和和剪力剪力的共同作用。的共同作用。受剪螺栓连接受剪螺栓连接是靠是靠栓杆受剪栓杆受剪和和孔壁承压孔壁承压传力；传力；受拉螺栓连接受拉螺栓连接则是靠则是靠沿杆轴方向受拉沿杆轴方向受拉传力，传力，拉剪螺栓连接拉剪螺栓连接则是则是同时兼

44、有上述两种同时兼有上述两种传力方式。传力方式。5.6.2 5.6.2 普通螺栓连接的计算普通螺栓连接的计算1.1.抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接（1）破坏形式：破坏形式：螺栓杆剪断；孔壁挤压坏；板被拉断；螺栓杆剪断；孔壁挤压坏；板被拉断；板端被剪断；螺栓杆弯曲板端被剪断；螺栓杆弯曲 螺栓杆剪断螺栓杆剪断 孔壁挤坏孔壁挤坏 钢板被拉断钢板被拉断 板端被剪断板端被剪断 螺栓杆弯曲螺栓杆弯曲 （2）单单个普通螺栓的抗剪承载力个普通螺栓的抗剪承载力 抗剪抗剪承载力设计值承载力设计值：bvvbvfdnN42式中式中 螺栓受剪面数，单剪螺栓受剪面数，单剪 =1=1，双剪，双剪 =2=2，四剪，四剪 =4=4等；

45、等；d d螺栓杆直径；螺栓杆直径；螺栓的抗剪强度设计值，按附表螺栓的抗剪强度设计值，按附表2-42-4采用。采用。vnbvf（a a）单剪）单剪（b b）双剪）双剪（c c）四剪）四剪vnvnvn 承压承压承载力设计值：承载力设计值：bcbcftdN一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值。一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值。式中式中 在同一受力方向承压的构件较小总厚度；对于在同一受力方向承压的构件较小总厚度；对于四四剪面剪面 取（取（t t1 1+t+t3 3+t+t5 5）或（）或（t t2 2+t+t4 4）的）的较小值较小值；tt螺栓的承压强度设计值，按表螺栓的承压强

46、度设计值，按表2-42-4采用。采用。bcf（a a）单剪）单剪（b b）双剪）双剪（c c）四剪）四剪受力状态：受力状态：弹弹性时两端大而性时两端大而中间小，进入中间小，进入塑性阶段后，塑性阶段后，因内力重分布因内力重分布使各螺栓受力使各螺栓受力趋于均匀。趋于均匀。（3 3）螺栓群的抗剪承载力计算）螺栓群的抗剪承载力计算 按规定，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久按规定，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久螺栓数螺栓数两个，连接中的螺栓一般都是以螺栓群的形式出现。两个，连接中的螺栓一般都是以螺栓群的形式出现。为防止为防止“解纽扣解纽扣”破坏，当连接长度破坏，当连接长度l1 较大时，

47、较大时，应将螺栓的承载力乘以应将螺栓的承载力乘以折减系数折减系数 ：当当 l115d0 时，时，=1.0当当 15d0l160d0 时，时，=1.1l1/150d0 当当 l160d0 时，时，=0.7螺栓数目螺栓数目bmin/nNN板件净截面强度板件净截面强度 n/NAf净截面面积和受力净截面面积和受力 并列（图并列（图a）N1=N；N2=N(n1/n)N；N3=N(n1+n2)/n N 对被连接板（对被连接板（截面截面1-1 1-1）：）：An=t(bn1d0)对拼接板（对拼接板（截面截面3-33-3 ）：）：An=2t1(bn3d0)螺栓群受轴心力作用时的抗剪计算螺栓群受轴心力作用时的抗

48、剪计算 错错 列（图列（图b）除考虑除考虑1-1截面破坏外，还要考虑截面破坏外，还要考虑2-2截面的破坏，净截面面积截面的破坏，净截面面积为为 tdneeneAn)1(202222124 例例5-6 5-6 试计算两角钢用试计算两角钢用C C级普通螺栓的拼接，已知角钢级普通螺栓的拼接，已知角钢型号为型号为L100L1006 6，所承受轴心拉力设计值为，所承受轴心拉力设计值为N=195kN,N=195kN,拼接角拼接角钢的型号与构件相同，钢材为钢的型号与构件相同，钢材为Q235Q235钢，螺栓选用钢，螺栓选用M20M20，孔径，孔径d d0 0=21.5mm=21.5mm。图图5-43 5-43

49、 例例5-65-6图图解解 .计算螺栓数计算螺栓数单个螺栓的抗剪承载力设计值单个螺栓的抗剪承载力设计值kNNfdnNbvvbv44104414042014322单个螺栓的承压承载力设计值单个螺栓的承压承载力设计值kNNf tdNbcbc61106130510203连接一侧所需螺栓数连接一侧所需螺栓数43.444195minbNNn取取5 5个，连接构造如图个，连接构造如图5-435-43（a a）所示。）所示。.构件净截面强度验算构件净截面强度验算 角钢的毛截面面积为角钢的毛截面面积为A=11.93cmA=11.93cm2 2；将角钢按中线展开，如；将角钢按中线展开，如图图5-435-43（b

50、 b）所示。直线截面）所示。直线截面1-11-1净截面面积为净截面面积为201164.106.015.2193.11cmtdnAAn折线截面折线截面2-22-2净截面面积为净截面面积为 tdneeneAn)1(202222124222244.96.015.224.124)12(5.32cm2223min/215/2071044.910195mmNfmmNANn1）被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的；被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的；螺栓群受偏心力作用时的抗剪计算螺栓群受偏心力作用时的抗剪计算2 2）各螺栓绕螺栓群各螺栓绕螺栓群形心形心o o旋转，其受力旋转，其受力大小与其至螺栓群