1、大纲要求大纲要求1.1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.2.了解焊接连接的工作性能，了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算掌握焊接连接的计算方法及构造要求；方法及构造要求；3.3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；工作的影响；4.4.了解螺栓连接的工作性能，了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算掌握螺栓连接的计算和构造要求。和构造要求。一、一、焊缝连接焊缝连接 3.13.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法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
2、，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三、螺栓连接三、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：分为： 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二、铆钉连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，劳动强度大，施工条件差， 施施工速度慢。工速度慢。一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。钢材相适应。原理：利用电弧
3、产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 3.2 焊接连接特性焊接连接特性 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)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E焊条焊条( (Electrode) )第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2) )第第3 3
4、、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。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。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；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点2.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏
5、斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊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，优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。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3.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好。量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。二二. .焊缝连接形式焊缝连接形式（1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝）角
6、焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝焊接的连接形式？焊接的连接形式？平接平接 搭接搭接 顶接顶接3. 3. 焊缝位置焊缝位置（a a）平焊）平焊（b b）横焊）横焊（c c）立焊）立焊（d d）仰焊）仰焊三、焊缝缺陷及质量检查三、焊缝缺陷及质量检查1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷2.2.焊缝质量检查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
7、线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。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、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。和三级。 三级焊缝：全部外观检测；三级焊缝：全部外观检测； 二级焊缝：全部外观检测，二级焊缝：全部外观检测，50%50%做超声波检测；做超声波检测； 一级焊缝：全部外观检测，超声波检测，一级焊缝：全部外观检测，超声波检测，2%2%做做X X射线检测；射线检测； 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：缝质量等级的选用有如
8、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。的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 3.3.焊缝质量等级及选用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。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 （）重级工作制和起重量（）重级工作制和起重量 的中级工作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制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上
9、弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。不应低于二级。 （）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力（）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。作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。4.4.焊缝代号焊缝代号 焊缝表示：由引出线（箭头线）、焊缝焊缝表示：由引出线（箭头线）、焊缝符号和基准线三部分组成。符号和基准线三部分组成。1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式: :一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造3.3 对接
10、焊缝连接对接焊缝连接 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和施工条件施工条件有关。有关。 t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）2 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用
11、引弧、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焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，t t1 1较薄焊较薄焊件厚度；件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，减小应力集中。过度，减小应力集中。1:2.51:2.5对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透（自学）部分焊透（自
12、学）两种；两种；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构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。件强度计算相同。二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算1、轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算式中：式中： N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t板件较小厚度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； f ft tw w、f fc cw w 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。
13、对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNl lw wtA 当不满足上式时，可采用斜对当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图接焊缝连接如图B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或另另: :当当tantan1.51.5时时, ,不用验算不用验算! !NNtBNsinsinNcoscosl lw w2、M、V共同作用下的对接焊缝计算共同作用下的对接焊缝计算l lw wtAMV因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面
14、积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接）板件间对接连接（2）工字形截面梁对接连接计算工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式3-4和和3-5要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求：1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。例题例题3-1 计算图计算图7-23所示对接焊缝，已知牛腿翼缘宽度为所示对接焊缝，已
15、知牛腿翼缘宽度为130mm，厚度为，厚度为12mm，腹板高，腹板高200mm，厚，厚10mm。牛腿承受。牛腿承受竖向力设计值竖向力设计值V=150kN，e=150mm，钢材为，钢材为Q345，焊条，焊条E50型，施焊时无引弧板，焊缝质量标准为三级。型，施焊时无引弧板，焊缝质量标准为三级。解：因施焊时无引弧板，翼缘焊缝计算长度为解：因施焊时无引弧板，翼缘焊缝计算长度为106mm，腹板焊，腹板焊缝计算长度为缝计算长度为190mm。焊缝的有效截面如图。焊缝的有效截面如图7-23(b)所示。所示。焊缝有效截面形心轴计算焊缝有效截面形心轴计算焊缝有效截面惯性矩焊缝有效截面惯性矩110.6 1.2 0.6
16、19.0 1.0 10.76.6510.6 1.219.0 1.0ycm32324110.619.019.0 1 4.051.210.6 1.2 6.051350.341212xIcm 219.01.26.6513.55ycmV力在焊缝形心处产生剪力力在焊缝形心处产生剪力V=150kN和弯矩和弯矩验算翼缘上边缘处焊缝拉应力验算翼缘上边缘处焊缝拉应力验算腹板下端焊缝的压应力验算腹板下端焊缝的压应力6222422.5 135.5 10225.78/265/1350.34 10wccxMyN mmfN mmI 150 0.1522.5M V ekN m 6221422.5 66.5 10110.8/
17、265/1350.34 10wttxMyN mmfN mmI 为简化计算，可以认为剪力由腹板焊缝单独承担，剪力应按均匀为简化计算，可以认为剪力由腹板焊缝单独承担，剪力应按均匀分布考虑分布考虑腹板下端点正应力、剪应力均较大，故需验算腹板下端点的折算腹板下端点正应力、剪应力均较大，故需验算腹板下端点的折算应力应力焊缝强度满足要求。焊缝强度满足要求。32150 1078.95/190 10wVNmmA 2222225.78378.95263.96/1.11.1265291.5/wtNmmfNmm hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝的形式、角焊缝的形式: :一、角焊缝
18、的形式和受力分析一、角焊缝的形式和受力分析3.4 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝（1 1）直角角焊缝直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfhfhfhfa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hf coshfhfhfhf2按he=hf cos2（2）斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于135135o o或或606mmt6mm时，时，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸hf,min 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生
19、淬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，硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求应满足以下要求: : )(5 . 12min,计计算算数数值值只只进进不不舍舍！thf 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=t23.3.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受
20、力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的继续加载，应力会渐趋均匀；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：长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：fwhl60 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。4.4.侧面角焊缝的最小计算
21、长度侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热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，规范规缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：定：mmhlfw408且不得小于且不得小于 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：blw B、
22、为了避免焊缝横向收、为了避免焊缝横向收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定：）（或或）（mmtmmmmttb121901216111 t1t2bwlD. 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。 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的的绕绕 角焊角焊，且转角处必须连续施焊。，且转角处必须连续施焊。bwl2hf f2551且且t t1t2)123( wffwefflhN 对于正面角焊缝，对于正面角焊缝，f f=0=0对
23、于侧面角焊缝，对于侧面角焊缝，f f=0=0)93( wfwefflhN 3.4.2 直角角焊缝的强度计算公式 以上各式中：以上各式中： h he e=0.7h=0.7hf f； 静荷载取静荷载取1.221.22，动荷载取，动荷载取1 1 l lw w角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实际长度减去实际长度减去2h2hf f。f wewfflhfN 3.4.3 3.4.3 常用角焊缝设计常用角焊缝设计wfwefflhN 1 1、轴心力焊件的拼接、轴心力焊件的拼接(1)(1)轴心力作用下的盖板对接连接轴心力作用下的盖板对接连接: :A A
24、、仅采用侧面角焊缝连接：仅采用侧面角焊缝连接：B B、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：wfwefflhNN NNl lw wl lw w例：例： 用拼接板的角焊缝连接，用拼接板的角焊缝连接，设计拼接盖板设计拼接盖板。主板截面宽。主板截面宽B=270mm，厚度，厚度t1=28mm，拼接板厚度，拼接板厚度t2=16mm。承受轴心力设计。承受轴心力设计值值N=1400kN（静力荷载）。钢材为（静力荷载）。钢材为Q235，采用，采用E43系列型焊条，系列型焊条，手工焊。手工焊。 解：查附表解：查附表 A-122160N/mmfwf mm.t.hf97285151maxmin mmhf10min
25、取取mmhf1415)21(16max （1）采用侧面角焊缝时）采用侧面角焊缝时焊缝总长度焊缝总长度一条焊缝的实际长度一条焊缝的实际长度盖板长度盖板长度 取取680mm。选定拼接盖板选定拼接盖板b=240mm，则，则 满足强度。满足强度。mmfhNlwffw1250160107 . 01014007 . 03 mmhmmhllffww600603331024125024 mmalLw板6761033322 227560282707680162240mmAmmA 根据构造要求，应满足根据构造要求，应满足 且且满足要求，故选择拼接盖板尺寸为满足要求，故选择拼接盖板尺寸为mmtb256161616
26、mmlmmbw315240 mmmmmm16240680 （1）采用三面围焊时，正面角焊缝承担力为）采用三面围焊时，正面角焊缝承担力为侧面角焊缝承担的力侧面角焊缝承担的力 N1=N-N焊缝长度计算焊缝长度计算一条焊缝的实际长度一条焊缝的实际长度盖板长度盖板长度盖板为盖板为mmfhNlwffw664160107 . 06558701014007 . 031 mmmmhllfww1801761046644取取 mmalLw板3701018022 NflhNwffwf65587016022. 12402107 . 07 . 0 mmmmmm16240370 2 2、轴心受力角钢的连接、轴心受力角钢的
27、连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接221121eNeNNNN 由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :故故: :NkNeeeNNkNeeeN2211212121 肢肢尖尖焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数肢肢背背焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数 2211212121keeekkeeekNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2wfwefwfwefflhNflhN 222111 对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :wfewwfewfhNlfhNl222111 Ne1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2例题例题 在图在图3-36所示角钢和
28、节点板采用两边侧焊缝的连接中，所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，N=660kN(静力荷载，设计值静力荷载，设计值)，角钢，角钢211010，节点板厚度，节点板厚度t1=12mm，钢材为，钢材为Q235，焊条为，焊条为E43系列，手工焊。试确定所系列，手工焊。试确定所需角焊缝的焊角尺寸需角焊缝的焊角尺寸hf和实际长度。和实际长度。解：角焊缝的强度设计值解：角焊缝的强度设计值 为为160N/mm2最小最小hf: 角钢肢尖处最大角钢肢尖处最大hf:角钢肢背处最大角钢肢背处最大hf:角钢肢尖和肢背都取角钢肢尖和肢背都取hf=8mm焊缝受力：焊缝受力：11660 0.7462NK NkN 1.51
29、.5 125.2fhtmm 226600.3198NK NkN wff1.21.2 1012fhtmm89)21(10)21( mmthf所需焊缝长度：所需焊缝长度：侧焊缝的实际长度为侧焊缝的实际长度为312462 1025.7822 0.7 0.8 160 10wwefNlcmh f 322198 101122 0.7 0.8 160 10wwefNlcmh f 111.627.3828wllcmcm取取121.612.613wllcmcm取取B B、采用三面围焊采用三面围焊22322311NNkNNNkN 由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :wffwfflhN 337 . 0 wffff
30、bhN 7 . 03余下的问题同情况余下的问题同情况A，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2wfewfwfewffhlNfhlN 222111 对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :wfewwfewfhNlfhNl222111 Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2小准备：小准备：T形角焊缝连接形角焊缝连接 weflhN cos weflhN sinwfffff 22 N Nx xN Ny yN N2wl2wlN N代入下式验算焊缝强度，即代入下式验算焊缝强度，即: :3 3、在、在N、M、V共同作用下角焊缝的计算共同作用
31、下角焊缝的计算3 3、在、在N、M、V共同作用下角焊缝的计算共同作用下角焊缝的计算在在偏心轴力作用下角焊缝强度计算偏心轴力作用下角焊缝强度计算NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNy 2,6wewexAflhMlhN weyAflhN, wfAffAff 2,2, h he eh he et t3.6.1 3.6.1 螺栓连接的构造螺栓连接的构造一、螺栓的种类一、螺栓的种类1.1.普通螺栓普通螺栓C级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu
32、 u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) 1 13mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.6或或8.8级级; ;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、B、C三个级别。三个级别。2.2.高强度螺栓高强度
33、螺栓由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓二、螺栓的排列二、螺栓的排列1.1.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小； 3.3.螺栓排列的要求螺栓
34、排列的要求（1 1）受力要求）受力要求: : 垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不螺栓的边距和端距不能太小；能太小； 顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距不能太小；不能太小； 对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，中距不中距不能太大。能太大。（2 2）构造要求；）构造要求； 螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。不密，潮
35、气侵入腐蚀钢材。（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3d3do o。 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。 3.6.2 3.6.2 普通螺栓的工作性能普通螺栓的工作性能一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用 二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式（一）工作性能和破坏形式 1.1.工作性能工作性能 对图示螺栓连接做抗剪试验对图示螺栓连接做抗剪试验, ,即可得到板件上即
36、可得到板件上a、b两点相对位两点相对位移移和作用力和作用力N的关系曲线的关系曲线, ,该曲该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段四个阶段, ,即：即： (1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段) ) 直线段直线段连接处于弹性状态；连接处于弹性状态； 该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。NO1234NNabNN/2N/2 (2) (2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段) ) 克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平滑移量为栓孔和栓杆间的距离，
37、表现在曲线上为水平段。段。NO1234abNN/2N/2 (3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3段段) ) 该阶段主要靠栓杆与孔壁的该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、接触传力。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，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及料的弹性以及栓杆拉力增大栓杆拉力增大所导所导致的板件间摩擦力的增大，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。 (4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4段段) ) 达到达到3后，即使给荷载后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变以很小的增量，连接的剪切变形迅速增
38、大，直到连接破坏。形迅速增大，直到连接破坏。 4点（曲线的最高点）即点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承为普通螺栓抗剪连接的极限承载力载力Nu。NO1234abNN/2N/2Nu2.2.破坏形式破坏形式（1 1）螺栓杆被剪坏）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时（2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时（3 3）板件被拉断）板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN（4 4）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏( (拉豁拉豁) ) 端矩过小时；端矩不应小于端矩
39、过小时；端矩不应小于2d2dO ONN（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这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值 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栓抗剪承载力由以下两式决定: :nv剪切面数目剪切面数目； 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；tt连接接头连接接头一侧承压构
40、件总厚度的较小值。一侧承压构件总厚度的较小值。 minminbbbvcNNN ，单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：d剪切面数目剪切面数目n nv vNN1 vn单单剪剪：NN/2N/22 vn双双剪剪：4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪连接计算（三）普通螺栓群抗剪连接计算1 1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明, ,栓群在轴栓群在轴力作用下各个螺栓的内力力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，沿栓群长度方向不均匀，两端大两端大, ,中间小。中间
41、小。 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，时，连接进入弹塑性工作状态后，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担。有各螺栓均担。 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时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏, ,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强度折减系数抗剪强度折减系
42、数与与l l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。0101015601.1150dldld 当当时时：ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布7 .06001 时时：当当dlminbNnN 故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断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。尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为拼
43、接板的危险截面为2-2截面截面: :A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :1122 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 tbmdftdmbAfANnn001 ,1 ,; 拼拼接接板板厚厚度度。危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；拼拼接接板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 1101012,2,;5 . 0tmbdftdmbAfANnn NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用
44、错列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面: : 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：截截面面：对对于于截截面面：对对于于 tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11 1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面: : 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：
45、截截面面：对对于于截截面面：对对于于 1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 2222（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、受拉螺栓连接三、受拉螺栓连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式。断为其破坏形式。（二）（二）单单个普通螺栓的抗拉承载力设计值个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； d d
46、e e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家标准取：，现行国家标准取：133()(7)24eddtt 螺螺距距附附表表(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响 A、螺栓受拉时，一般是通过螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺与螺杆垂直的板件传
47、递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的发生变形时，螺栓有被撬开的趋势趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺杆中，使螺杆中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生并产生弯曲现象。弯曲现象。连接件刚度越小撬连接件刚度越小撬力越大力越大。试验证明影响撬力的。试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取规范采取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（f f螺栓钢材的抗螺栓钢材的抗拉强度设计值）拉强度设计值）来考虑其影响。来考虑其影响。22tNQN B、 在构造上可以通过加强连接件的刚度的
48、方法，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，如来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减，可以减小甚至消除撬力的影响。小甚至消除撬力的影响。( (三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：的螺栓数为：N( (四）普通螺栓群在弯矩作用下四）普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性
49、，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。显然显然11号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大1122(2)nnMN yN yN y 由力学及假定可得：由力学及假定可得：312123(1)nnNNNNyyyy M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴由式由式(1)得得: :将式将式(3)代入式代入式(2)得得: :1112233111(3)nnN
50、NNNyNyNyyyy； 22221112111(4)nniiNNMyyyyyy 因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可：1btNN 1122(2)nnMN yN yN y 312123(1)nnNNNNyyyy 四、四、普通螺栓拉、剪联合作用普通螺栓拉、剪联合作用bVVNNbttNN011VeM=VeV因此：因此：nVNV 2 2、由试验可知，兼受剪力和拉力、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系的螺杆，其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆四分之一圆”。1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现
