1、第第7 7章章 钢结构的连接和节点构造钢结构的连接和节点构造钢结构对连接的要求及连接方法钢结构对连接的要求及连接方法对接焊缝对接焊缝的构造和计算的构造和计算角焊缝角焊缝连接的特性和计算连接的特性和计算焊接残余应力和焊接残余变形焊接残余应力和焊接残余变形普通螺栓普通螺栓连接的构造和计算连接的构造和计算高强度螺栓高强度螺栓连接的性能和计算连接的性能和计算焊接梁翼缘焊缝的计算焊接梁翼缘焊缝的计算构件的拼接构件的拼接第第7 7章章 钢结构的连接和节点构造钢结构的连接和节点构造焊缝连接的特性和计算普通螺栓连接、高强度螺栓连接的性能和计算 7.1 7.1 钢结构对连接的要求和连接方法钢结构对连接的要求和连
2、接方法连接的要求：足够的强度、刚度和延性连接方法：焊接、铆接和螺栓连接图图7-1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等7.2.1 7.2.1 常用焊接方法常用焊接方法图图7-3 手工电弧焊手工电弧焊图图7-4 自动埋弧焊自动埋弧焊7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性优点：省工省材 任何形状的构件均可直接连接 密封性好，刚度大缺点：材质劣化 残余应力、残余变形 一裂即坏、低温冷脆7.2.2 7.2.2 焊缝连接的优缺点焊缝连接的优缺点7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未
3、焊透、咬边、焊瘤等7.2.3 7.2.3 焊缝缺陷焊缝缺陷7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性7.2.3 7.2.3 焊缝缺陷焊缝缺陷图图7-6 焊缝缺陷焊缝缺陷7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性焊缝等级：钢结构工程施工质量验收规范分三级 三级焊缝：外观检查； 二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，用超声波检验每条焊缝的20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全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷。强度折减：高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9 7.2.3 7.2.3 焊缝缺陷焊缝缺陷7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性焊缝连接型式：
4、平接、搭接、T形连接和角接7.2.4 7.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式焊缝连接型式及焊缝型式图图7-7 焊缝连接型式焊缝连接型式7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性焊缝型式：对接焊缝和角焊缝7.2.4 7.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式焊缝连接型式及焊缝型式图图7-8 焊缝型式焊缝型式7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性施焊位置：俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊7.2.4 7.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式焊缝连接型式及焊缝型式图图7-10 焊缝施焊位置焊缝施焊位置7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求表示方法：由图形符号、辅助符号和引出
5、线等部分组成7.2.5 7.2.5 焊缝代号焊缝代号图图7-11 单面焊缝的标注方法单面焊缝的标注方法7.2 7.2 焊接连接的特性焊接连接的特性7.2.5 7.2.5 焊缝代号焊缝代号图图7-12 双面焊缝的标注方法双面焊缝的标注方法图图7-13 栅线表示栅线表示7.3 7.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算坡口形式：I形缝、V形缝、带钝边单边V形缝、带钝边V形缝（Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边双单边V形缝和双Y形缝等7.3.1 7.3.1 对接焊缝的构造要求对接焊缝的构造要求图图7-14 对接焊缝坡口形式对接焊缝坡口形式7.3 7.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算不同
6、宽度或厚度的钢板拼接图图7-15 不同宽度或厚度的钢板拼接不同宽度或厚度的钢板拼接7.3 7.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算其他构造要求图图7-16 引弧板引弧板图图7-17 焊透的焊透的T形连接焊缝形连接焊缝图图7-18 钢板拼接钢板拼接焊缝示意焊缝示意7.3 7.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算计算原则：I、II级等强不计算，仅计算III级焊缝（1）轴心受力的对接焊缝7.3.2 7.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算wwwtcN l tff图图7-19 轴心力作用下对接焊缝连接轴心力作用下对接焊缝连接7.3 7.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算（2）
7、受弯受剪的对接焊缝wwtwwwvM WfVSI tf图图7-20 受弯受剪的对接连接受弯受剪的对接连接7.3 7.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算221131.1wtf图图7-21 受弯、剪的工形截面对接焊缝受弯、剪的工形截面对接焊缝计算原则：按角焊缝进行计算7.3.3 7.3.3 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝图图7-22 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝7.4 7.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算截面形状7.4.1 7.4.1 角焊缝的构造和强度角焊缝的构造和强度图图7-24 角焊缝截面图角焊缝截面图应力分布-侧焊缝7.4.1 7.4.1 角焊缝的构造和强度角
8、焊缝的构造和强度图图7-25 侧面角焊缝应力分布侧面角焊缝应力分布图图7-26 角焊缝应角焊缝应力力-位移曲线位移曲线应力分布-端焊缝7.4.1 7.4.1 角焊缝的构造和强度角焊缝的构造和强度图图7-27 正面角焊缝应力分布正面角焊缝应力分布焊脚尺寸应与焊件的厚度相适应。对手工焊，hf应不小于 ，t为较厚焊件的厚度（mm），对自动焊，可减小1mm；hf应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。图图7-28 角焊缝焊脚尺寸角焊缝焊脚尺寸1.5 t对于板件边缘的焊缝，当t6mm时，hft；当t 6mm时，hft(12)mm。图图7-29 角焊缝最大角焊缝最大hf焊缝长度lw也不应太长或太短，其计算长度不宜
9、小于8hf或40mm ，且不宜大于60hf。其他构造要求角焊缝应力分析角焊缝计算的基本公式7.4.2 7.4.2 角焊缝计算的基本公式角焊缝计算的基本公式图图7-32 角焊缝应力分析角焊缝应力分析22223wfxfyfxfyfzff 仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时wfewfNhlf7.4.2 7.4.2 角焊缝计算的基本公式角焊缝计算的基本公式22wfffffwfewffNhlf1. 受轴心力焊件的拼接板连接仅侧面角焊缝：仅正面角焊缝：wffewNfhl7.4.3 7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算常用连接方式的角焊缝
10、计算wfffewNfhl图图7-32 轴心力作用下角焊缝连接轴心力作用下角焊缝连接1. 受轴心力焊件的拼接板连接三面围焊：先计算正面角焊缝N1，剩余的N-N1由侧面角焊缝承担。菱形拼接板：简化计算不计正面及斜焊缝的f7.4.3 7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算常用连接方式的角焊缝计算wfewNfhl当采用侧面角焊缝连接时 肢背： 肢尖：12121Ne NeeK N图图7-35(a) 角钢角焊缝上受力角钢角焊缝上受力分配分配两面侧焊两面侧焊21122Ne NeeK N2. 受轴心力角钢的连接当采用三面围焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担的力： 肢背 肢尖330.7wfwffNhl
11、f图图7-35(b) 角钢角焊缝上受力分配角钢角焊缝上受力分配三面围焊三面围焊1132NK NN2232NK NN当采用L形焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担的力： 330.7wfwffNhlf图图7-35(c) 角钢角焊缝上受力分配角钢角焊缝上受力分配L形焊形焊13NNN3. 弯矩作用下角焊缝计算图图7-36 弯矩作用时角焊缝应力弯矩作用时角焊缝应力wfffwMfW计算假定：被连接件绕焊缝有效截面形心o旋转，焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心o的连线，应力大小与其到形心距离r成正比。 yTAT rJ图图7-37 扭矩作用时角焊缝应力扭矩作用时角焊缝应力TxAT rJ22TTw
12、AfAff4. 扭矩作用下角焊缝计算环焊缝受扭 2wffT DfJ图图7-38 环形焊缝受扭环形焊缝受扭MAwMW图图7-39 受弯、受剪、受轴心力的角焊缝应力受弯、受剪、受轴心力的角焊缝应力22MNVwAAAfffNAewNhlVAewVhl5. 弯矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算6. 扭矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算TxAT rJ图图7-40 受扭、受剪、受轴心力的角焊缝应力受扭、受剪、受轴心力的角焊缝应力22TVTNwAAAAfffyTAT rJVAewVhlNAewVhl7. 塞焊计算图图7-41 塞焊塞焊24wfNfn d纵向残余应力 7.5.1 7.5.1 焊接残余应力的
13、分类和产生的原因焊接残余应力的分类和产生的原因图图7-51 施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力7.5 7.5 焊接残余应力和焊接残余变形焊接残余应力和焊接残余变形横向残余应力 7.5.1 7.5.1 焊接残余应力的分类和产生的原因焊接残余应力的分类和产生的原因图图7-52 横向残余应力产生的原因横向残余应力产生的原因厚度方向的残余应力 约束状态下的焊接应力图图7-53 厚度方向的焊接应力厚度方向的焊接应力图图7-54 约束约束焊接接头中的焊接接头中的残余应力分布残余应力分布对结构静力强度的影响 7.5.2 7.5.2 焊接残余应力的影响焊接残余应力的影
14、响图图7-55 残余应力对静力强度的影响残余应力对静力强度的影响对结构刚度的影响 图图7-56 有残余应力时的应力与应变有残余应力时的应力与应变对压杆稳定的影响 对低温冷脆的影响对疲劳强度的影响图图7-56 三轴焊接残余应力三轴焊接残余应力残余变形形式 7.5.3 7.5.3 焊接残余变形焊接残余变形图图7-58 焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式采取合理的施焊次序 施焊前加相反的预变形焊前预热，焊后回火7.5.4 7.5.4 减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法图图7-59 合理的施焊次序合理的施焊次序图图7-60 反变形及局部加热反变形及局部加热焊接位
15、置要合理，布置应尽量对称于截面重心 焊缝尺寸要适当，采用较小的焊脚尺寸焊缝不宜过分集中应尽量避免三向焊缝交叉考虑钢板分层问题焊条易达到避免仰焊7.5.5 7.5.5 合理的焊缝设计合理的焊缝设计7.5.5 7.5.5 合理的焊缝设计合理的焊缝设计图图7-61 合理的焊缝设计合理的焊缝设计排列方式：并列或错列7.6.1 7.6.1 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求图图7-63 钢板和角钢上的螺栓排列钢板和角钢上的螺栓排列7.6 7.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算排列要求 受力要求：钢板端部剪断，端距不应小于2d0；受拉时，栓距和线距不应过小；受压时，沿作用力方向的栓
16、距不宜过大。 构造要求：栓距和线距不宜过大 施工要求：有一定的施工空间7.6.1 7.6.1 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求传力方式： 抗剪螺栓 抗拉螺栓7.6.2 7.6.2 普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能图图7-65 抗剪螺栓和抗拉螺栓抗剪螺栓和抗拉螺栓破坏形式：螺栓杆剪断；孔壁压坏；板被拉断；板端被剪断；螺栓杆弯曲。 图图7-66 螺栓连接的破坏情况螺栓连接的破坏情况1. 抗剪螺栓连接受力状态：弹性时两端大而中间小，进入塑性阶段后，因内力重分布使各螺栓受力趋于均匀。 为防止“解钮扣”破坏，当连接长度l1较大时，应将螺栓的承载力乘以折减系数。
17、图图7-67 螺栓受螺栓受剪力状态剪力状态1. 抗剪螺栓连接抗剪承载力设计值： 承压承载力设计值：一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值24bbvvvdNnf图图7-68 抗剪螺栓连接抗剪螺栓连接bbccNdtf一个抗剪螺栓的设计承载能力计算破坏形式： 螺栓杆拉断 为考虑撬力的影响，规范规定普通螺栓抗拉强度设计值ftb取同样钢号钢材抗拉强度设计值f的0.8倍24bbettdNf图图7-69 抗拉螺栓连接抗拉螺栓连接2. 抗拉螺栓连接螺栓数目： 板件静截面强度：minbnN N7.6.3 7.6.3 螺栓群的计算螺栓群的计算图图7-70 力的传递及净截面面积计算力的传递及净截面面积计算n
18、N Af1. 螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算基本假定： 被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的； 各螺栓绕螺栓群形心o旋转，其受力大小与其至螺栓群形心o的距离r成正比，力的方向与其至螺栓群形心的连线相垂直。图图7-72 螺栓群螺栓群受扭矩计算受扭矩计算2. 螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算平衡条件： 根据螺栓受力大小与其至形心o的距离r成正比条件： 得：1122TTTnnTN rN rN r 1212nTTTnNNNrrr 111min222TbiiiTrTrNNrxy3. 螺栓群在扭矩、剪力、轴心力作用下的抗剪计算图图7-73 螺栓群受扭、受剪、受轴心力的计算螺栓群受扭、受剪、受轴心力的计算在
19、扭矩作用下，螺栓1受力： 在剪力V和轴心力N作用下，螺栓均匀受力：则螺栓1承受的最大剪力N1应满足：1111TTxyNNr1VyNV n1111TTyxNNr1NxNN n2211111min()()NTVTbxxyyNNNNNN4. 螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算5. 螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算假定：中和轴在最下排螺栓处btnN N图图7-75 弯矩作用下抗拉螺栓计算弯矩作用下抗拉螺栓计算112MbtiMyNNmy6. 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算图图7-76 螺栓群同时承受剪力和拉力螺栓群同时承受剪力和拉力支托仅起安装作用：螺栓群承受弯矩M和剪力V 螺栓不发生拉剪破坏 板不发生承压破
20、坏vNV n211MtiNNMymy22()()1vtbbvtNNNNbvcNN支托承受剪力：螺栓群只承受弯矩M 支托和柱翼缘的角焊缝验算 为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响，取1.251.35211MbtitNNMymyNwfewfVhlf级别：10.9级和8.8级栓孔：钻成孔按受力特征分类：摩擦型连接、承压型连接和承受拉力的连接影响承载力的因素：栓杆预拉力、连接表面抗滑移系数和钢材种类7.7.1 7.7.1 高强度螺栓连接的性能高强度螺栓连接的性能7.7 7.7 高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算施加方法：扭矩法、转角法和扭剪法预拉力设计值：高强度螺栓预拉力设计值按材料强度和
21、螺栓有效截面积确定，取值时考虑：螺栓材料抗力的变异性，引入折减系数0.9；施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉5%10%，引入折减系数0.9；在扭紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪力将降低螺栓的抗拉承载力，引入折减系数1/1.2；钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数0.9。1. 高强度螺栓的预拉力对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈对于摩擦型连接，对摩擦面抗滑移系数有要求要求同普通螺栓，同样要考虑连接长度对承载力的不利影响。2. 高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数3. 高强度螺栓的排列1. 高强度螺栓摩擦型连接2. 高强度螺栓承压型连接破坏状态同普通螺栓，极限承载力由杆身抗剪和孔壁承压决定，摩擦力只
22、起延缓滑动作用，计算方法和普通螺栓相同。7.7.2 7.7.2 高强度螺栓的抗剪承载力设计值高强度螺栓的抗剪承载力设计值bvRfNnP1. 轴心力作用时螺栓数：构件净截面强度：对于承压型连接，验算与普通螺栓相同；对于摩擦型连接，要考虑孔前传力的影响（占螺栓传力的50%）minbnN N7.7.3 7.7.3 高强度螺栓群的抗剪计算高强度螺栓群的抗剪计算图图7-79 摩擦型高强度螺栓孔前传力摩擦型高强度螺栓孔前传力10.51nNNn 螺栓群受扭矩T、剪力V和轴心力N共同作用的高强度螺栓连接的抗剪计算与普通螺栓相同，只是用高强度螺栓的承载力设计值。2. 扭矩作用时，及扭矩、剪力、轴心力共同作用时1
23、. 高强度螺栓的抗拉连接性能规范规定每个摩擦型高强度螺栓的抗拉设计承载力不得大于0.8P，螺栓杆内原预拉力基本不变。1.1fPP7.7.4 7.7.4 高强度螺栓的抗拉连接高强度螺栓的抗拉连接图图7-82 高强度螺栓受拉高强度螺栓受拉撬力的影响：限制抗拉承载力在0.8P以内图图7-83 高强度螺栓拉力变化高强度螺栓拉力变化抗拉承载力：轴心拉力的螺栓数：弯矩作用时0.8btNP图图7-84 高强度螺栓受弯连接高强度螺栓受弯连接btnN N2. 高强度螺栓抗拉连接计算承载力极限状态 板不被拉开时，中和轴在螺栓群形心处； 板可被拉开时，与普通螺栓一样，中和轴在最外排 受压螺栓形心处。2110.8Mi
24、NMymyP1. 高强度螺栓摩擦型连接由于外拉力的作用，板件间的挤压力降低每个螺栓的抗剪承载力也随之减少抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低 2. 高强度螺栓承压型连接1vtbbvtNNNN7.7.5 7.7.5 同时受剪力和拉力的高强度螺栓连同时受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算接计算221vtbbvtNNNN1.2bvcNN叠放板材的弯曲变形图图7-86 叠放板材的弯曲变形叠放板材的弯曲变形7.8 7.8 焊接梁翼缘焊缝的计算焊接梁翼缘焊缝的计算 焊缝受力： 焊脚尺寸：11.4wffxhVSf I11.4wffxfVSh If1hxTVSI无局部压应力时的梁翼缘焊缝受力图图7-87 翼缘翼
25、缘焊缝所受剪力焊缝所受剪力双层翼缘板时的焊缝应力有局部压应力时的梁翼缘焊缝受力 焊缝受力： 焊脚尺寸：vzTF l图图7-88 双层翼缘板双层翼缘板梁的连接焊缝梁的连接焊缝1.4ff zFh l22111.4fwff zxFVShflI图图7-89 双向剪力作双向剪力作用下的翼缘焊缝用下的翼缘焊缝工厂拼接：直接对焊或拼接板加角焊缝工地拼接：拉杆用拼接板加高强螺栓或端板加高强螺栓；压杆用焊接或接触面刨平顶紧拼接原则：等强度7.9.1 7.9.1 等截面拉、压杆拼接等截面拉、压杆拼接7.9 7.9 构件的拼接构件的拼接图图7-91 等截面拉等截面拉压杆拼接压杆拼接截面变化微小者截面变化较大而一侧翼
26、缘外表平齐者截面变化较大而中线上下一致者7.9.2 7.9.2 变截面柱拼接变截面柱拼接图图7-92 变截面柱拼接变截面柱拼接1. 工厂拼接拼接位置应错开，避免焊缝集中翼缘板和腹板分别接长后在拼接，较少焊接应力常采用正面对接焊缝，施焊时用引弧板7.9.3 7.9.3 梁的拼接梁的拼接图图7-93 焊接梁的工厂拼接焊接梁的工厂拼接2. 工地拼接工地焊接拼接工地高强度螺栓拼接拼接验算图图7-94 工地焊接拼接工地焊接拼接图图7-95 工地高强度螺栓拼接工地高强度螺栓拼接叠接侧面连接7.10.1 7.10.1 次梁为简支梁次梁为简支梁7.10 7.10 梁与梁的连接梁与梁的连接图图7-97 叠接叠接
27、图图7-98 侧面连接侧面连接叠接侧面连接7.10.2 7.10.2 次梁为连续梁次梁为连续梁图图7-100 侧面刚性连接侧面刚性连接分类：柔性连接、刚接、半刚接7.11 7.11 梁与柱的连接梁与柱的连接图图7-101 梁柱连接梁柱连接分类：完全焊接的、栓接的和栓焊混合连接的7.11.1 7.11.1 多层框架的刚性连接多层框架的刚性连接图图7-103 梁柱刚性连接梁柱刚性连接规范规定：7.11.2 7.11.2 无加劲肋柱节点的计算无加劲肋柱节点的计算图图7-105 无加劲肋柱节无加劲肋柱节点域的极限状态点域的极限状态23530cwyh tf图图7-106 柱腹板受压区计算柱腹板受压区计算
28、抗剪强度计算局部稳定计算1243bbvpMMfV7.11.3 7.11.3 有加劲肋柱节点域计算有加劲肋柱节点域计算图图7-108 节点腹板域受力状态节点腹板域受力状态90cbwhht7.11.4 7.11.4 单层框架的刚性连接单层框架的刚性连接图图7-110 单跨单层刚架横梁与柱连接单跨单层刚架横梁与柱连接图图7-111 单层多跨刚架中柱上端节点单层多跨刚架中柱上端节点7.12 7.12 柱脚设计柱脚设计功能：将柱子内力可靠地传给基础；和基础有牢固连接；尽可能符合计算简图。连接方式： 铰接支承式 刚接支承式 埋入式 外包式 图图7-112 埋入式和外包式刚接柱脚埋入式和外包式刚接柱脚1.柱
29、脚的型式 和构造7.12.1 7.12.1 轴心受压柱的柱脚轴心受压柱的柱脚图图7-113 柱脚形式柱脚形式2. 轴心受压柱脚的计算内容：确定底板尺寸、靴梁的尺寸及它们之间的连接焊缝底板平面尺寸：底板的尺寸：底板厚度由板抗弯强度决定。地板被分为四边支承板、三 边支承板和悬臂板。 底板的厚度一般在20mm40mm之间，不宜小于14mm。ccAN fmax6/tMf 靴梁计算： 厚度与被连接的柱子翼缘大致相同，高度由连接柱所需要的焊缝确定。 二块靴梁板承受的最大弯矩： 二块靴梁板承受的最大剪力：3. 隔板计算 厚度不小于长度的1/50，受力取阴影部分基础反力。底板的厚度一般在20mm40mm之间，不宜小于14mm。1 2MqBlVqBl
