1、钢结构钢结构Steel StructureSteel Structure第一章第一章 绪绪 论论一、钢结构的特点一、钢结构的特点强度高、自重小强度高、自重小塑性、韧性好塑性、韧性好材质均匀，工作可靠性高材质均匀，工作可靠性高适于机械化加工、工业化生产程度高适于机械化加工、工业化生产程度高有利保护环境、节约资源有利保护环境、节约资源密闭性好密闭性好耐热不耐火耐热不耐火易锈蚀易锈蚀二、二、 钢结构的应用概况钢结构的应用概况 根据根据钢结构的钢结构的特点，它主要适用于下列结构：特点，它主要适用于下列结构： （1 1）承受荷载很大或跨度大，高度大的结构）承受荷载很大或跨度大，高度大的结构 （2 2）承
2、受动力荷载作用或经常移动的结构）承受动力荷载作用或经常移动的结构 （3 3）经常拆装的拼装式结构）经常拆装的拼装式结构 （4 4）对密闭性要求高的结构）对密闭性要求高的结构 （5 5）高温车间或需承受一定高温的结构）高温车间或需承受一定高温的结构 （6 6）轻型结构）轻型结构1 1、建筑结构功能要求、建筑结构功能要求（1 1）安全性）安全性：（2 2）适用性：）适用性： （3 3）耐久性：）耐久性：三、三、 钢结构的设计原理及方法钢结构的设计原理及方法2 2、结构的可靠度、结构的可靠度 我国我国建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)(GB50068-2
3、001)规定，在规定条件下，规定，在规定条件下，完成预定功能的概率完成预定功能的概率p ps s，称为结构的可，称为结构的可靠度。可靠度是对结构可靠性的概率度量。靠度。可靠度是对结构可靠性的概率度量。 极限状态极限状态 当结构或其组成部分超过某一特定状态就不当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态就称为该功能的极限状态。能的极限状态。 我国现行的我国现行的钢结构设计规范钢结构设计规范采用以概率理论为基础，采用以概率理论为基础，用分项系数表达的用分项系数表达的极限状态的设计方法极限状态的设计方法极限状态极
4、限状态承载能力极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态结构的极限状态可以分为下列两类：结构的极限状态可以分为下列两类： 承载能力极限状态承载能力极限状态 对应于结构或结构构件达到最大承载对应于结构或结构构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形。的塑性变形。正常使用极限状态正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到正常使用对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使
5、用或影或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动。以及影响正常使用的振动。可靠指标可靠指标可靠指标可靠指标22RSZZRS1.3 1.3 钢结构的设计原理和计算方法钢结构的设计原理和计算方法与失效概率与失效概率Pf 间存在着一一对应关系，间存在着一一对应关系， 1 1）减小时，失效概率减小时，失效概率Pf增大增大； 2 2）增大时，失效概率增大时，失效概率Pf 减小减小。(1)(1)承载能力极限状态承载能力极限状态可变荷载效应控制的组合：可变荷载效应控制的组合：fn
6、iQiKciQiKQQGKG2110永久荷载效应控制的组合：永久荷载效应控制的组合：fniQiKciQiGKG10荷载用设计值荷载用设计值0结构重要性系数结构重要性系数，安全等级为，安全等级为一级一级或设计使用或设计使用年限为年限为100100年及以上的结构构件，年及以上的结构构件，不应小于不应小于1.11.1；安全等级为安全等级为二级二级或设计使用年限为或设计使用年限为5050年及结构构年及结构构件，件，不应小于不应小于1.01.0；安全等级为；安全等级为三级三级或设计使用或设计使用年限为年限为5 5年结构构件，年结构构件，不应小于不应小于0.90.9；1.3 1.3 钢结构的设计原理和计算
7、方法钢结构的设计原理和计算方法G永久荷载分项系数永久荷载分项系数，当，当永久荷载永久荷载效应对结构构件的效应对结构构件的承载力承载力不利不利时取时取1.21.2，但对，但对由永久荷载效应控制的组由永久荷载效应控制的组合则取合则取1.351.35。当永久荷载效应对结构构件的承载力。当永久荷载效应对结构构件的承载力有有利时取利时取1.01.0；验算；验算结构倾覆、滑移或漂浮时取结构倾覆、滑移或漂浮时取0.90.9；Q可变荷载分项系数，当可变荷载效应对结构构可变荷载分项系数，当可变荷载效应对结构构件的承载力件的承载力不利时取不利时取1.41.4( (当楼面活荷载大于当楼面活荷载大于4.04.0时，取
8、时，取1.31.3) )；有利时，取为有利时，取为0 0。c可变荷载组合系数。可变荷载组合系数。fniQiKQiGKG10对于一般排架、框架结构，可采用简化式计算，由可变荷对于一般排架、框架结构，可采用简化式计算，由可变荷载效应控制的组合：载效应控制的组合：简化式中采用的荷载组合值系数，一般情况下可采简化式中采用的荷载组合值系数，一般情况下可采用用0.90.9；当只有；当只有1 1个可变荷载时，取为个可变荷载时，取为1.01.0。 (2)(2)正常使用极限状态正常使用极限状态 niQiKciKQGK21荷载用标准值荷载用标准值3 3、良好的工艺性能良好的工艺性能( (包括冷加工、热加工以及焊接
9、性包括冷加工、热加工以及焊接性能能) )一、对钢材的基本要求：一、对钢材的基本要求：1 1、具有较高的抗拉强度具有较高的抗拉强度 fufu和屈服点和屈服点 fyfy ( (结构的承结构的承载力大，所需的截面小，结构的自重轻载力大，所需的截面小，结构的自重轻).).2 2、具有较好的塑性、韧性具有较好的塑性、韧性( (塑性好，不易发生塑性好，不易发生脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载脆性破坏；韧性好，利于承受动力荷载).).根据具体工作条件，有时还要求具有适应低温、高温和根据具体工作条件，有时还要求具有适应低温、高温和腐蚀性环境的能力。腐蚀性环境的能力。第第2 2章章 建筑钢材建筑钢材2 2、脆
10、性破坏脆性破坏：破坏前没有任何预兆，破坏是：破坏前没有任何预兆，破坏是突然发生突然发生的的，断口平直并呈有光泽的晶粒状。，断口平直并呈有光泽的晶粒状。二、钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。二、钢材的破坏形式：塑性破坏和脆性破坏。 在设计、施工和使用钢结构时，注意防止脆性破坏。在设计、施工和使用钢结构时，注意防止脆性破坏。1 1、塑性破坏塑性破坏：断口呈纤维状，色泽发暗。破坏前断口呈纤维状，色泽发暗。破坏前有有明显的变形明显的变形，破坏历时时间长，可以采取补救措施。破坏历时时间长，可以采取补救措施。三、建筑钢材的主要机械性能三、建筑钢材的主要机械性能强度和塑性、冷弯性能、冲击韧性强度和塑性、冷
11、弯性能、冲击韧性常温静载单向拉伸试验冷弯试验冲击试验三、建筑钢材的主要机械性能三、建筑钢材的主要机械性能强度和塑性强度和塑性常温静载单向常温静载单向拉伸试验拉伸试验冷弯试验冷弯试验冲击试验冲击试验冷弯性能冷弯性能冲击韧性冲击韧性曲线曲线强度指标：强度指标：fy屈服强度屈服强度，fu抗拉强度抗拉强度塑性指标：塑性指标：伸长率伸长率，截面收缩率截面收缩率作为钢材设作为钢材设计应力极限计应力极限即强度的标即强度的标准值准值强度的安强度的安全储备全储备反映钢材塑性（或延性）冷弯指标：冷弯指标：冷弯冷弯180180反映钢材弯曲塑性变形能力和钢材质量的综合指标韧性指标：韧性指标：冲击韧性值冲击韧性值反映在
12、动荷载作用下，钢材抵抗脆性破坏的能力是钢材强度和塑性的综合指标低温冲击韧低温冲击韧性性四、各种因素对钢材主要性能的影响四、各种因素对钢材主要性能的影响1 1、 化学成分化学成分 碳碳硅硅强度强度塑性、韧性和疲劳，焊接性和抗腐蚀性塑性、韧性和疲劳，焊接性和抗腐蚀性强度强度塑性和韧性无明显影响。塑性和韧性无明显影响。锰锰强度和硬度强度和硬度能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性有益元素有益元素磷磷硫硫强度、屈强比、硬度强度、屈强比、硬度塑性和韧性塑性和韧性低温冷脆低温冷脆热脆性热脆性各种机械性能各种机械性能氧氧氮氮强度强度塑性特别是韧性塑性特别是韧性热脆性热脆性强度强度塑
13、性特别是韧性塑性特别是韧性低温冷脆低温冷脆有害元素有害元素2.4 2.4 影响钢材机械性能的因素影响钢材机械性能的因素 3 3、冶炼、浇注和轧制的影响、冶炼、浇注和轧制的影响 按脱氧程度或方法不同而分为按脱氧程度或方法不同而分为沸腾钢沸腾钢(F)(F)、镇定钢、镇定钢(Z)(Z)、和特殊镇定钢和特殊镇定钢(TZ)(TZ)。薄钢板的强度比厚钢板的强度薄钢板的强度比厚钢板的强度高高。冶炼缺陷冶炼缺陷：偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹和分层。偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹和分层。4 4、钢材硬化、钢材硬化冷作硬化冷作硬化时效硬化时效硬化人工时效人工时效 钢结构设计规范（GB500172003）将钢材分为四
14、组，钢板越厚越厚，设计强度越越低低。5 5、 温度影响温度影响 温度升高，钢材强度是降低、应变增大；反之，温度升高，钢材强度是降低、应变增大；反之，温度降低，钢材强度略有增加，塑性和韧性降低而温度降低，钢材强度略有增加，塑性和韧性降低而变脆。变脆。 蓝脆：蓝脆：在在250250度度左右时左右时 徐变：徐变：当温度在当温度在260260320320度度时时当温度达到当温度达到600600度度时强度很低，不能承担荷载。时强度很低，不能承担荷载。2.4 2.4 影响钢材机械性能的因素影响钢材机械性能的因素 （1 1） 温度升高温度升高（2 2）温度降低）温度降低 当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温
15、度降低而当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加增加-低温冷脆低温冷脆6 6、 复杂应力、应力集中及残余应力复杂应力、应力集中及残余应力(1)(1)复杂应力的影响复杂应力的影响 钢材常是在两向或三向的复杂应力状态下工作，这钢材常是在两向或三向的复杂应力状态下工作，这时钢材的屈服并不取决于某一个方向的应力，而是由反时钢材的屈服并不取决于某一个方向的应力，而是由反映各方向应力综合影响的映各方向应力综合影响的相当应力（也称折算应力）相当应力（也称折算应力）来来表示。表示。当当eqeq f fy y时，钢材处于弹性阶段；时，钢材处于弹性阶段；当当eqeq f fy y时，钢材处于塑性阶段。时，
16、钢材处于塑性阶段。21323222121eq223eqyyvyfff58. 03(2) (2) 应力集中应力集中 应力集中是造成构件脆性破坏的主要原因之一。应力集中是造成构件脆性破坏的主要原因之一。2.4 2.4 影响钢材机械性能的因素影响钢材机械性能的因素 钢结构中应力集中现象不可避免，但只要在设计和施工时钢结构中应力集中现象不可避免，但只要在设计和施工时注意采取合理的构件形状和构造措施，使截面的变化注意采取合理的构件形状和构造措施，使截面的变化平缓过渡，平缓过渡，就能降低应力集中的影响。另外，在常温下承受静力荷载作用就能降低应力集中的影响。另外，在常温下承受静力荷载作用的钢结构，由于建筑钢
17、材的塑性较好，当应力在局部达到屈服的钢结构，由于建筑钢材的塑性较好，当应力在局部达到屈服应力后，应力后，钢材的塑性变形使应力重分布钢材的塑性变形使应力重分布，应力分布不均匀现象应力分布不均匀现象也会趋于平缓也会趋于平缓。因此，只要符合设计与施工规范的有关规定，。因此，只要符合设计与施工规范的有关规定，计算时可不考虑应力集中的影响。计算时可不考虑应力集中的影响。(3) (3) 残余应力的影响残余应力的影响 对钢材进行对钢材进行热轧、气割、焊接热轧、气割、焊接等加工时，由于构件等加工时，由于构件 各部分受到各部分受到不均匀的加热和不均匀的冷却不均匀的加热和不均匀的冷却，使同截面上的，使同截面上的各
18、部分产生不均匀的膨胀和收缩，从而截面上产生各部分产生不均匀的膨胀和收缩，从而截面上产生自相平自相平衡的应力衡的应力称为残余应力。称为残余应力。 残余应力对构件的残余应力对构件的静力计算强度无影响静力计算强度无影响。但使构件。但使构件的的刚度及稳定性降低刚度及稳定性降低。残余应力与荷载产生的应力叠加会。残余应力与荷载产生的应力叠加会产生二向或三向应力，使构件处于复杂应力状态，降低钢产生二向或三向应力，使构件处于复杂应力状态，降低钢材的冲击韧性和抗疲劳破坏能力，加剧低温脆断。材的冲击韧性和抗疲劳破坏能力，加剧低温脆断。2.4 2.4 影响钢材机械性能的因素影响钢材机械性能的因素 6 6、 钢材的疲
19、劳钢材的疲劳 疲劳破坏前构件没有明显的变形特征，属于疲劳破坏前构件没有明显的变形特征，属于脆性破坏脆性破坏。 疲劳强度与疲劳强度与应力幅、应力比、应力集中程度和应力循环应力幅、应力比、应力集中程度和应力循环次数次数有关。有关。 疲劳计算采用疲劳计算采用容许应力幅法容许应力幅法，荷载采用，荷载采用标准值标准值，不考，不考虑荷载分项系数和动力系数，应力按虑荷载分项系数和动力系数，应力按弹性弹性工作计算。工作计算。五、钢材的种类、规格及选用五、钢材的种类、规格及选用 我国在建筑钢结构中主要采用的钢材：我国在建筑钢结构中主要采用的钢材：碳素结构钢、碳素结构钢、低合金高强度结构钢。低合金高强度结构钢。1
20、 1、 钢材的种类钢材的种类钢材的牌号钢材的牌号Q X X XQ X X X代表屈服强度的字母；代表屈服强度的字母；脱氧方法符号脱氧方法符号质量等级符号质量等级符号屈服点的数值屈服点的数值例如：例如：Q235AFQ235AFZ Z向钢的牌号：向钢的牌号： 当钢板厚度较大时，为防止钢材在焊接或在厚当钢板厚度较大时，为防止钢材在焊接或在厚度方向承受拉力而发生分层撕裂，要求采用一种能度方向承受拉力而发生分层撕裂，要求采用一种能抗层状撕裂的钢材，抗层状撕裂的钢材，Z Z向钢。向钢。Z XZ X截面收缩率截面收缩率代表代表Z Z向钢向钢结构的重要性结构的重要性荷载特征荷载特征连接方法连接方法结构所处的温
21、度和环境结构所处的温度和环境钢材的厚度钢材的厚度 2 2、钢材的选用原则、钢材的选用原则第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构的连接方法：钢结构的连接方法：焊接和螺栓连接焊接和螺栓连接。螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接A A、B B级（精制螺栓）级（精制螺栓）C C级（粗制螺栓）级（粗制螺栓）摩擦型连接摩擦型连接承压型连接承压型连接依靠板间的摩擦依靠板间的摩擦力传递剪力力传递剪力依靠栓杆受剪、依靠栓杆受剪、孔壁承压传递剪孔壁承压传递剪力力依靠栓杆受剪、依靠栓杆受剪、孔壁承压传递剪孔壁承压传递剪力力高强度螺栓的性能等级高强度螺栓的性能等级高强螺栓的性
22、能等级有高强螺栓的性能等级有8.88.8级、级、10.910.9级。级。 小数点前小数点前8 8、1010螺栓材料的最低抗拉强度；螺栓材料的最低抗拉强度； 小数点后小数点后0.80.8、0.90.9屈强比屈强比一、焊缝连接一、焊缝连接电弧焊：电弧焊：手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。手工电弧焊常用的焊条有手工电弧焊常用的焊条有碳钢焊条碳钢焊条和和低合金钢焊条低合金钢焊条牌号有牌号有E43E43型、型、E50E50型和型和E55E55型等型等1 1、焊接方法、焊接方法焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。Q
23、235Q235E43E43焊条；焊条； Q345Q345E50E50焊条焊条Q390Q390（Q420Q420）E55E55焊条焊条 E E焊条；型号由四部分组成焊条；型号由四部分组成 E E 前两位数前两位数 焊缝金属最小抗拉强度焊缝金属最小抗拉强度(43kg/mm2)(43kg/mm2)；后两位数后两位数 焊接位置、电流及药皮类型。焊接位置、电流及药皮类型。 不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度低强度钢材相适钢材相适应的焊条应的焊条（ 被连接钢材的相互位置）被连接钢材的相互位置）对接连接对接连接搭接连接搭接连接T T型连接型连接角部连接角部连接焊缝连接形式
24、焊缝连接形式2 2、焊缝连接形式及焊缝形式、焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式焊缝连接形式焊缝形式焊缝形式对接焊缝对接焊缝角角 焊焊 缝缝按受力方向划分按受力方向划分正正对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线斜斜对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝倾斜倾斜于力线于力线正面正面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线侧面侧面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝平行平行于力线于力线按焊缝的施焊方位按焊缝的施焊方位平焊（俯焊）平焊（俯焊）立焊立焊横焊横焊 仰焊仰焊质量最难保证质量最难保证焊缝质量等级分焊缝质量等级分三级三级焊缝的符号由焊缝的符号由引出线和基本符号引出线和基本符号组成必要时加上组成必要时加上
25、辅助符号、辅助符号、补充符号和尺寸符号补充符号和尺寸符号3 3、对接焊缝构造与计算、对接焊缝构造与计算坡口形式与坡口形式与焊件厚度焊件厚度有关。有关。引弧板可消除引弧板可消除起弧、灭弧起弧、灭弧的影响。的影响。对接焊缝的计算长度对接焊缝的计算长度用引弧板：用引弧板：不用引弧板：不用引弧板：实llw较薄焊件的厚度实tllw2 在对接焊缝的拼接处，当两块焊件的宽度或厚度相差在对接焊缝的拼接处，当两块焊件的宽度或厚度相差4mm4mm以上时，应分别把较宽或较厚一侧的板件做成不大于以上时，应分别把较宽或较厚一侧的板件做成不大于1 1：2.52.5的斜边与窄或薄的焊件焊接。的斜边与窄或薄的焊件焊接。（承受
26、动力荷载且需要进行疲（承受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构不大于劳计算的结构不大于1 1：4 4）（1 1）对接焊缝构造）对接焊缝构造不用引弧板的一、二级焊缝需要焊缝强度验算。不用引弧板的一、二级焊缝需要焊缝强度验算。三级焊缝都需要进行强度验算。三级焊缝都需要进行强度验算。对接焊缝的计算公式与构件强度公式相同。对接焊缝的计算公式与构件强度公式相同。焊缝可视为构件的组成部分；焊缝可视为构件的组成部分；焊缝中应力分布基本同构件。焊缝中应力分布基本同构件。（2 2） 对接焊缝的计算对接焊缝的计算轴心受力对接焊缝轴心受力对接焊缝wcwtwfftlN 或wvwwwftlVtIVS23maxwtwwftl
27、MWM2max6截面剪应力截面剪应力矩形截面矩形截面截面正应力截面正应力Ww-焊缝截面模量焊缝截面模量Sw-焊缝截面面积矩焊缝截面面积矩Iw-焊缝截面惯性矩焊缝截面惯性矩-焊缝抗剪强度设计值焊缝抗剪强度设计值wvf承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝wtf1 .132121工字形截面工字形截面hh0max1 最大正应力同矩形截面要求最大正应力同矩形截面要求 最大剪应力同矩形截面最大剪应力同矩形截面 在腹板与翼缘交接处，验算折算应力在腹板与翼缘交接处，验算折算应力tIVSww11t1Sw1-翼缘对中和轴的翼缘对中和轴的面积矩面积矩b)22(1011thbtSw4 4、
28、角焊缝的构造和计算、角焊缝的构造和计算fh角焊缝的焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸eh角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝：角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝：fehh7 . 0按两焊脚边的夹角划分按两焊脚边的夹角划分 直角角焊缝直角角焊缝角焊缝角焊缝 斜角角焊缝斜角角焊缝（1)1)角焊缝的形式和构造角焊缝的形式和构造直角角焊缝按截面形式划分直角角焊缝按截面形式划分普通型普通型平坦型平坦型 凹面型凹面型按其长度方向和外力作用方向划分按其长度方向和外力作用方向划分正面角焊缝正面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝斜向角焊缝斜向角焊缝minmax2.1thf最大焊脚尺寸要求最大焊脚尺寸要求对边缘角焊缝thmmtfmax,6)
29、21 (,6maxmmthmmtf角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求最小焊脚尺寸要求最小焊脚尺寸要求maxmin5.1thf对自动焊对自动焊: :mmhf1min对对T T型连接的单面角焊缝：型连接的单面角焊缝：mmhf1min当焊件厚度当焊件厚度thmmtfmin,4maxffminfhhh设计：设计：侧面角焊缝最大计算长度侧面角焊缝最大计算长度fwhl60max超出部分在计算中不考虑。超出部分在计算中不考虑。若内力沿角焊缝若内力沿角焊缝全长分布全长分布，则计算长度则计算长度不受此限不受此限。角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度)40,8max(minmmhlfw在搭接连接中，搭接长度在搭
30、接连接中，搭接长度L5t L5t min min 且且25mm25mm。搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求3.4 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算当板件端部当板件端部仅有两侧面角焊缝仅有两侧面角焊缝时，时，l l wbwb（两侧焊缝距离）（两侧焊缝距离）)mmt (mm)mmt ( tb122001216或同时同时围焊的围焊的转角处转角处必须必须连续施焊。连续施焊。非围焊时，可在构件转角非围焊时，可在构件转角处作长度处作长度2h2hf f 的绕角焊的绕角焊:的关系和实际长度角焊缝的计算长度fwllfwwhllll侧面角焊缝正面角焊缝三面围焊：. 1fwhll2. 2侧面角焊缝两面
31、侧焊：fwfwhllhllL侧面角焊缝正面角焊缝形围焊：. 3不在内）（绕角的侧面角焊缝绕角焊：fwhll2. 4NNllNNllNNllNNfh2ll焊缝实际长度焊缝实际长度 取为取为5mm5mm的倍数，如的倍数，如192mm192mm取为取为195mm195mm，196mm196mm取为取为200mm200mm。l主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，主要受剪应力，分布不均，两头大中间小， 焊缝越长应力不均匀程度越高焊缝越长应力不均匀程度越高强度相对强度相对较低较低，塑性较好，塑性较好破坏常发生在近似破坏常发生在近似4545斜平面上斜平面上（2 2）角焊缝的计算）角焊缝的计算侧面角焊缝侧面
32、角焊缝正面角焊缝正面角焊缝角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂正、剪应力都有，且分布很不均匀正、剪应力都有，且分布很不均匀根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点焊缝破坏焊缝破坏强度高强度高，但塑性差，但塑性差正面角焊缝的承载力正面角焊缝的承载力高于高于侧面角焊缝，我国取侧面角焊缝，我国取1.221.22倍。倍。端焊缝端焊缝侧焊缝侧焊缝 计算截面计算截面 均取焊缝均取焊缝4545喉部为有效截面喉部为有效截面（假定破坏截面）（假定破坏截面）有效焊缝高度有效焊缝高度 h h e e 0.7 h 0.7 h f ( (焊缝高度焊缝高度) )h
33、h fh h fh h e e有效截有效截面面计算焊缝长度计算焊缝长度l lw w 每条连续焊缝的长度每条连续焊缝的长度2 2h h f（每端扣（每端扣h h f ）角焊缝的计算截面角焊缝的计算截面hfhehfh1h2deh-h-焊缝厚度、焊缝厚度、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根则得直角角焊缝在各种应力共同下的计算式则得直角角焊缝在各种应力共同下的计算式 fwffff22 正面角焊缝的强度增大系数，直接承受动力荷载时取正面角焊缝的强度增大系数，直接承受动力荷载时取1.01.0。 f对正面角焊缝对正面角焊缝 wffwefflhN对侧面角焊缝对侧面角焊
34、缝 wfwefflhN角焊缝的基本计算公式。只要将焊缝应力分解为垂直于焊缝长度角焊缝的基本计算公式。只要将焊缝应力分解为垂直于焊缝长度方向的应力和平行于焊缝长度方向的应力，基本公式就可适用于方向的应力和平行于焊缝长度方向的应力，基本公式就可适用于任何受力状态。任何受力状态。（作用力平行于焊缝方向）（作用力平行于焊缝方向）wfwefflhN侧面角焊缝侧面角焊缝角焊缝受轴心力作用时的计算角焊缝受轴心力作用时的计算正面角焊缝正面角焊缝wfwffweffflhN22. 1-正面角焊缝强度增大系数，正面角焊缝强度增大系数，1.22 1.22 。f当承受动力荷载时：当承受动力荷载时：0 . 1f斜向角焊缝
35、斜向角焊缝weyflhNwexflhN3.4 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算wffweflhN-斜向角焊缝强度增大系数。斜向角焊缝强度增大系数。f2sin3111f角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接( (桁架的杆件桁架的杆件, ,计算焊缝长度计算焊缝长度) )（a a ） 三面围焊三面围焊 N= NN= N1 1+ N+ N2 2+ N+ N3 32N肢背、肢尖焊缝承担的力肢背、肢尖焊缝承担的力1N端面焊缝承担的力端面焊缝承担的力3N3.4 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算wffweflhN3由由得端面焊缝承担的得端面焊缝承担的3NwffffbhN337 . 022311N
36、NKN2322NNKN3.4 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算wffwfhNl1117 . 02fwhll11wffwfhNl2227 . 02fwhll22肢尖、肢背所需焊缝长度肢尖、肢背所需焊缝长度 、1l2l两面侧焊两面侧焊NKN11NKN223.4 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算wffwfhNl1117 . 02fwhll211wffwfhNl2227 . 02fwhll222肢尖、肢背所需焊缝长度肢尖、肢背所需焊缝长度 、1l2l承受弯矩、剪力和轴力共同作用时承受弯矩、剪力和轴力共同作用时T T形连接的角焊缝计算形连接的角焊缝计算已知：已知：M M、V V、
37、N N、问题：验算焊缝强度、问题：验算焊缝强度N NNxNxNyNyMM解：将外力向心简化解：将外力向心简化b b）M M作用下作用下a a）NxNx作用下，焊缝是正面角焊缝作用下，焊缝是正面角焊缝wfxNflhN7 . 02 N Nx xM M AB 27 . 026wfeMflhMWM（2 2）强度条件）强度条件 wfyflhN7 . 02c c）NyNy作用下，焊缝是侧面角焊缝作用下，焊缝是侧面角焊缝N Ny ywfffMfNfffff222)(3.4 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算5 5、 焊接残余应力和残余变形、焊接残余应力和残余变形、 焊接残余应力焊接残余应力-由于焊
38、接时产生不均匀温度场，导致焊件不由于焊接时产生不均匀温度场，导致焊件不 均匀胀缩，冷却后引起的内部残存应力。均匀胀缩，冷却后引起的内部残存应力。 焊接残余变形焊接残余变形-焊接冷却后引起的产生的变形。焊接冷却后引起的产生的变形。焊接残余应力的分类：纵向、横向和厚度方向焊接残余应力的分类：纵向、横向和厚度方向具备条件：具备条件：2 2、变形受到约束、变形受到约束3 3、塑性变形、塑性变形1 1、不均匀温度场、不均匀温度场焊接残余应力和残余变形的危害焊接残余应力和残余变形的危害焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响残余应力对构件静力强度无影响残余应力对构件静力强度无影响残余应力存在降低结构刚度残余应
39、力存在降低结构刚度稳定承载力降低稳定承载力降低疲劳强度降低疲劳强度降低 低温冷脆低温冷脆减少焊接应力和焊接变形的措施减少焊接应力和焊接变形的措施1 1、设计方面、设计方面 尺寸适当，宜采用细长焊缝。尺寸适当，宜采用细长焊缝。 位置合理，焊缝应布置在结构对称位置上。位置合理，焊缝应布置在结构对称位置上。 焊缝数量宜少，不宜过分集中焊缝数量宜少，不宜过分集中 应尽量避免三向焊缝相交。应尽量避免三向焊缝相交。2 2、工艺措施、工艺措施 选择合理的施焊程序选择合理的施焊程序 反变形法反变形法 焊件预热法焊件预热法退火法退火法 锤击法锤击法 局部加热法局部加热法6 6、普通螺栓连接的构造、普通螺栓连接的
40、构造螺栓的排列要满足以下三个方面的要求：螺栓的排列要满足以下三个方面的要求： （1 1）受力要求：）受力要求： （2 2）构造要求：）构造要求： （3 3）施工要求：）施工要求：螺栓的排列：螺栓的排列：并列并列错列错列最小栓距为最小栓距为3d3d0 0, ,最小端距为最小端距为2d2d0 0普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算 剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓杆垂直于垂直于力线力线按受力情况分为按受力情况分为 拉力螺栓（抗拉螺栓）：螺栓杆拉力螺栓（抗拉螺栓）：螺栓杆平行于平行于力线力线 既受剪又受拉的螺栓既受剪又受拉的螺栓3.6 3.6 普通螺栓连接的
41、构造和计算普通螺栓连接的构造和计算破坏形式破坏形式受剪螺栓连接受剪螺栓连接1 1）栓杆被剪断）栓杆被剪断 2 2）钢板被挤压破坏（螺栓承压破坏）钢板被挤压破坏（螺栓承压破坏）3 3）钢板被拉断）钢板被拉断4 4）钢板被剪坏）钢板被剪坏 5) 5) 螺杆弯曲破坏螺杆弯曲破坏计算螺栓承计算螺栓承载力载力计算构件的净截面承载力计算构件的净截面承载力限制端距和栓距限制端距和栓距限制板叠厚度不大于限制板叠厚度不大于5d5d抗剪连接抗拉连接抗剪连接抗剪连接板件之间有板件之间有相互错动相互错动的趋势的趋势抗拉连接抗拉连接板件之间有板件之间有相互脱开相互脱开的趋势的趋势3.6 3.6 普通螺栓连接的构造和计算
42、普通螺栓连接的构造和计算单个普通螺栓抗剪承载力单个普通螺栓抗剪承载力受剪承载力设计值受剪承载力设计值bvvbvfdnN42承压承载力设计值承压承载力设计值bcbcftdN单个螺栓承载力设计值单个螺栓承载力设计值bcbvbNNN,minmin受剪螺栓连接受轴心剪力作用常见的是双盖板对接连接受剪螺栓连接受轴心剪力作用常见的是双盖板对接连接和搭接连接和搭接连接bNNnmin011501 . 1dl时当0115dl 7 . 0时当0160dl 时当0115dl 0 . 1受剪螺栓连接受轴心剪力作用时：受剪螺栓连接受轴心剪力作用时：1l1lfANn构件净截面强度验算构件净截面强度验算An-构件或连接件在
43、所验算截面处的净截面面积构件或连接件在所验算截面处的净截面面积N-构件或连接件在所验算截面处的轴心力设计值构件或连接件在所验算截面处的轴心力设计值f-钢材的抗拉强度设计值钢材的抗拉强度设计值净截面强度验算应选择构件或连接件的最不利截面，净截面强度验算应选择构件或连接件的最不利截面，即最大内力或净截面最小的截面。即最大内力或净截面最小的截面。3.6 3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算NnnN1NnnnN21)(01dnBtAn螺栓并列排列布置时螺栓并列排列布置时板件板件3-3截面截面1-1截面承受轴心力为截面承受轴心力为N2-2截面截面拼接板拼接板3-3截面受力最大截面受力
44、最大NnnnN21)(2031dnBtAn) 1(202222124dneenetAn错列螺栓排列错列螺栓排列需验算正交截面和折线截面的强度需验算正交截面和折线截面的强度3.6 3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 普通螺栓群普通螺栓群轴心受剪轴心受剪的强度验算流的强度验算流程程bcbVNN 、计算bcbVbNNN，minmin0115dl bNnNminbNnNmin7 . 01501 . 101dl是否验算净截面强度验算净截面强度fANn 普通螺栓群普通螺栓群轴心受剪承载力确定轴心受剪承载力确定流流程程0115dl 7 . 01501 . 101dl是否按连接处净截面强
45、度确定按连接处净截面强度确定minbuNnNminbuNn N按螺栓承载力确定按螺栓承载力确定unNA f取其最小值取其最小值 。btebtebtfdfAN42受拉螺栓连接受拉螺栓连接单个普通螺栓的抗拉承载力单个普通螺栓的抗拉承载力受拉螺栓连接破坏受拉螺栓连接破坏形式为形式为栓杆被拉断栓杆被拉断bttNnNN螺栓群轴心受拉螺栓群轴心受拉btNNn 弯矩作用下弯矩作用下假设：螺栓受力与到旋转中心距离成正比假设：螺栓受力与到旋转中心距离成正比3.6 3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算中和轴位置：弯矩指向一侧最外排螺栓形心处中和轴位置：弯矩指向一侧最外排螺栓形心处btiNyyM
46、N211大小偏心判别大小偏心判别21min/iyNeynNN受拉螺栓群在偏心力作用下的计算受拉螺栓群在偏心力作用下的计算、小偏心、小偏心21maxiyyMnNN、大偏心、大偏心btNNmax21maxiymyeNN0minN0minN122bVVbttNNNNbcVNN承压承载力承压承载力nVNV同时受剪和受拉的螺栓连接同时受剪和受拉的螺栓连接破坏形式有：破坏形式有：栓杆受剪兼受拉破坏栓杆受剪兼受拉破坏孔壁承压破坏孔壁承压破坏NVb=0.9nf P摩擦型高强螺栓的计算摩擦型高强螺栓的计算摩擦型高强螺栓受剪连接摩擦型高强螺栓受剪连接单个高强螺栓抗剪承载力设计值单个高强螺栓抗剪承载力设计值摩擦型高
47、强螺栓群的抗剪计算摩擦型高强螺栓群的抗剪计算 分析方法和计算公式与普通螺栓同。分析方法和计算公式与普通螺栓同。不同的是净截面强度验算不同的是净截面强度验算(2).(2).构件净截面强度验算构件净截面强度验算 N N+ + + + + + + + +NNANN孔前传力分析孔前传力分析fAN)nn5 . 01 (ANn1nPNbt8 . 0一个高强螺栓的抗拉承载力设计值一个高强螺栓的抗拉承载力设计值 摩擦型高强度螺栓受拉连接摩擦型高强度螺栓受拉连接中和轴位置：螺栓群形心中和轴位置：螺栓群形心受拉力作用的高强螺栓群计算受拉力作用的高强螺栓群计算轴心力作用下：轴心力作用下： PNn8 . 0PNnNb
48、t8 . 0受弯矩作用的高强螺栓群计算受弯矩作用的高强螺栓群计算PymMyNit8 . 0211与普通螺栓连接的区别：与普通螺栓连接的区别： （a a）中性轴置于形心轴上中性轴置于形心轴上 （b b）N Nt tb b=0.8P=0.8P（普通螺栓普通螺栓 N Nt tb b = = A Ae ef ft tb b ）1bttbvvNNNNPnNfbv9 . 0PN8 . 0bt受剪力与拉力同时作用的高强螺栓群计算受剪力与拉力同时作用的高强螺栓群计算螺栓总数螺栓总数 n（1）螺栓抗剪计算）螺栓抗剪计算bcbv , minNNbmin vnN NN求求 n 时，取整数时，取整数（2）钢板强度计算
49、）钢板强度计算f AN n钢材抗拉或钢材抗拉或抗压设计强度抗压设计强度钢板净截面积钢板净截面积bI 截面截面AnI螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓错列布置螺栓错列布置atdn -bA0In螺栓并列布置螺栓并列布置螺栓错列布置螺栓错列布置nIInInA ,Amin A tdnea) 1n(e2A0II22II1nIIII 截面截面AnII典型节点（典型节点（1 1）受螺栓群分布平面内轴力的剪切作用受螺栓群分布平面内轴力的剪切作用 轴力轴力 N普通螺栓群连接的计算（普通螺栓群连接的计算（1 1）螺栓的螺栓的最大拉力最大拉力btmaxNN验算验算123452列列 5排排螺栓群绕最低排螺栓群绕最低排螺栓轴
50、线旋转螺栓轴线旋转典型节点（典型节点（2 2）螺栓群受弯矩螺栓群受弯矩M M的作用的作用 构件构件A构件构件Bn1i2i11maxyMyNN螺栓群绕形心线螺栓群绕形心线旋转时内力分布旋转时内力分布螺栓群绕最低排螺螺栓群绕最低排螺栓旋转时内力分布栓旋转时内力分布形心线形心线最低最低排螺排螺栓线栓线先假定：螺栓群绕形心线转动先假定：螺栓群绕形心线转动0mint,N（1）当）当 ，螺栓都受拉，原假定正确，螺栓都受拉，原假定正确，验算：要求验算：要求btmaxt,NN（2）当）当 ，最低排螺栓受压，则螺栓群绕最低排螺栓中心转动，最低排螺栓受压，则螺栓群绕最低排螺栓中心转动 重新计算螺栓的最大拉力重新计
