1、第七章第七章 连连 接接Chapter 7 Connections 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.1 7.1 钢结构的连接钢结构的连接连接的方式连接的方式焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接连接的原则连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节
2、约钢材 图图7.1.1 7.1.1 连接的方式连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接焊接连接焊接连接 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 优点：优点：构造简单、用料经济、连接的密闭性好、结构造简单、用料经济、连接的密闭性好、结构刚度大。构刚度大。缺点：缺点：焊接高温作用，材质变脆、焊接高温作用，材质变脆、残余应力残余变残余应力残余变形。形。优点：优点：连接对材质的影响不大，连接对材质的影响不大，连接质量稳定，连接连接质量稳定，连接的强度较高。的强度较高。缺点：缺点：
3、截面削弱、浪费材料。截面削弱、浪费材料。第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（1 1）焊缝形式：分为）焊缝形式：分为对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝。对接焊缝按受力与焊缝方向分：对接焊缝按受力与焊缝方向分：1 1）正对接焊缝）正对接焊缝(a a)：作用力方向与焊缝方向正交。：作用力方向与焊缝方向正交。2 2）斜对接焊缝）斜对接焊缝(b b)：作用力方向与焊缝方向斜交。：作用力方向与焊缝方向斜交。角焊缝按受力与焊缝方向分：角焊缝按受力与焊缝方向分：1 1）正面角焊缝）正面角焊缝(c c)：作用力方
4、向与焊缝长度方向垂直。：作用力方向与焊缝长度方向垂直。2 2）侧面角焊缝）侧面角焊缝(c c)：作用力方向与焊缝长度方向平行。：作用力方向与焊缝长度方向平行。3 3）斜焊缝（）斜焊缝（c c）：作用力方向与焊缝方向斜交。）：作用力方向与焊缝方向斜交。7.2 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections1 1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝T T型对接焊缝型对接焊缝 斜对接焊缝斜对接焊缝2 2）角焊缝）角焊缝图图7.2.
5、6 7.2.6 焊缝分类焊缝分类钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊、立焊、横焊和仰焊。焊缝按施工位置分为：焊缝按施工位置分为：图图7.2.7 7.2.7 施焊位置施焊位置a)焊条焊条平焊平焊d)仰焊仰焊b)立焊立焊c)横焊横焊钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections3.3.焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及
6、焊缝质量检验（1 1）焊缝缺陷）焊缝缺陷 焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。部的缺陷。常见的缺陷有常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透未焊透等；以及等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。等。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（2 2）焊缝质量检验：
7、）焊缝质量检验：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。（超声波检验、检验内部缺陷。（超声波检验、X X射线或射线或r r射射线透照或拍片）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GB50205-2001GB50205-2001规定焊缝按其规定焊缝按其检验方法和质量要求分为检验方法和质量要求分为一级、二级一级、二级和和三级三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探一级、二级焊
8、缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。并应符合国家相应质量标准的要求。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（3 3）焊缝代号焊缝代号表表7.2.1 7.2.1 焊缝代号焊缝代号钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Cha
9、pter 7 Connections7.3 7.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算7.3.1 7.3.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造1为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。垫板垫板垫板垫板垫板垫板图图7.3.2 7.3.2 根部加垫板根部加垫板钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2.2.在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割
10、除。焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。图图7.3.3 7.3.3 对接焊缝的引弧板对接焊缝的引弧板引弧板引弧板对接焊缝的起弧和落弧点，常因不能熔透而出现焊口，对接焊缝的起弧和落弧点，常因不能熔透而出现焊口，形成类裂纹和应力集中。形成类裂纹和应力集中。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections3.3.在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm4mm以上时，以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成
11、坡度不大于应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.51:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。图图7.3.4 不同厚度或宽度的钢板拼接不同厚度或宽度的钢板拼接a)改变厚度改变厚度b)改变宽度改变宽度1:2.51:2.5钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections4.4.对接焊缝的强度对接焊缝的强度 1 1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。2 2）三级检验的焊缝允
12、许存在的缺陷较多，故其抗）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的拉强度为母材强度的85%85%。3 3）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。强度相等。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.3.2 7.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1.1.轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝图图7.3.5 直对接焊缝连接直对接焊缝连接wcwtwfftlN或（7.3.1）lw焊缝计算长度，焊缝计算长
13、度，t连接件的较小厚度，对连接件的较小厚度，对T T形接头为腹板的厚度形接头为腹板的厚度;ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值；对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值；（1 1）对）对lw的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。；有引弧板时，取实际长度。（2 2）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。（3
14、 3）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况。）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况。a)a)没有引弧板时需要计没有引弧板时需要计算。算。b)b)受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2.2.承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足
15、下列强度条件。布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。wVwwwmax23ftlVtIVS（7.3.5）wmaxt2w6wMMfWl t（7.3.4）图图7.3.7a 弯矩和剪力共同作弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝用下的对接焊缝M焊缝承受的弯矩；焊缝承受的弯矩；Ww焊缝截面模量。焊缝截面模量。V焊缝承受的剪力；焊缝承受的剪力；Iw焊缝计算截面惯性矩；焊缝计算截面惯性矩；Sw计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Struc
16、ture第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 对于工字形或对于工字形或T T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力:wt21211.13f（7.3.6）式中式中 :1 1、1 1为腹板与翼缘为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。交接处的正应力和剪应力。1.11.1为考虑到最大折算应力只为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。当提高系数。图图7.3.7b 弯矩和剪力联合作弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝
17、用下的对接焊缝工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections3.3.受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产
18、生剪应力，其计算公式为：力，其计算公式为：wtwwMNmaxfWMAN（7.3.4*）wvwwmaxmaxftISV（7.3.5*）同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力，同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力，其公式为其公式为 ：wt2121f1.13fMN（7.3.6*）tIVSw11hhWM0wM1式中式中钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强对接焊缝的计算除考虑焊缝长
19、度是否减少，焊缝强度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。全相同。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 例例 3.13.1计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度。计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度。F F=550=550kNkN(设计设计值值)，偏心距，偏心距e e=300mm=300mm。钢材为。钢材为Q235BQ235B，焊条，焊条E43E43型，手型，手工焊。焊缝为三级标准，上
20、、下翼缘加引弧板和引出板施焊。工焊。焊缝为三级标准，上、下翼缘加引弧板和引出板施焊。例例3.13.1图图钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connectionsa a）最大正应力）最大正应力 解解：截面几何特征值和内力截面几何特征值和内力:324x11.2 382 1.6 26 19.838105cm12I 3x126 1.6 19.8824cmS550kNVF550 0.30165kN mM 62max4x165 1020689.2N/mm238105 10MhIw2t185N/
21、mmfb b）最大剪应力）最大剪应力钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connectionsc c）“1”1”点的折算应力点的折算应力3xmax4x550 10190(260 16 198 190 1238105 10122VSI t2w2v125.1N/mm125N/mmf21max19082.3N/mm206332x114x550 10824 1099.1N/mm38105 1012VSI t2222211382.33 99.1190.4N/mm 21.1 185203.5N/
22、mm1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.4 7.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算7.4.1 角焊缝的构造角焊缝的构造角焊缝按截面形式（两焊脚边角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为的夹角）可分为直角角焊缝直角角焊缝和和斜角角焊缝。斜角角焊缝。（a）（b）（c）图图7.4.1 直角角焊缝截面直角角焊缝截面（1 1）直角角焊缝）直角角焊缝通常做成表面微凸的等通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（腰直角三角形截
23、面（a a）。）。对承受动力荷载的结构对承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面中，正面角焊缝的截面通常采用（通常采用（b b）的形式，）的形式，侧面角焊缝的截面则做侧面角焊缝的截面则做成凹面式（成凹面式（c c）。）。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝两焊边的夹角两焊边的夹角a90a90或或a90a135135o o或或6060o o斜角角斜角角焊缝焊缝,除钢管结构外除钢管结构外,不宜用不宜用作受力焊缝。作受力焊缝。钢结构设计原
24、理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections （2 2）正面角焊缝：）正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向焊缝垂直于受力方向，受力后应力状态较复杂。焊缝截面各面，受力后应力状态较复杂。焊缝截面各面都有正应力和剪应力，应力集中严重，焊都有正应力和剪应力，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度要高一些，但塑性差，弹性模量大。度要高一些，但塑性差，弹性模量大。（1 1）侧面角焊缝）侧面角焊缝：焊缝长度方向与受焊缝长度方向与受力方向平行，应力分
25、布简单。主要承受力方向平行，应力分布简单。主要承受剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。两端大，中间小。角焊缝的工作性能角焊缝的工作性能图图7.4.3 7.4.3 角焊缝的应力分布角焊缝的应力分布钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2.2.构造要求构造要求 角焊缝构造包括三个方面：角焊缝构造包括三个方面：焊脚尺寸、焊缝长度和减小焊脚尺寸、焊缝长度和减
26、小焊缝应力集中的措施焊缝应力集中的措施。角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根脚至焊缝外边的尺寸角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根脚至焊缝外边的尺寸-hf（1 1）焊脚尺寸）焊脚尺寸为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求应满足以下要求:a)a)最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸(hf,min)钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections自动焊自动焊（
27、温度高而均匀）（温度高而均匀）：thf5.1min手工焊角焊缝：手工焊角焊缝：t较厚焊件的厚度。较厚焊件的厚度。15.1minfth15.1minfth焊件厚度焊件厚度t4mm时：取时：取hfmin=tT形连接单面角焊缝形连接单面角焊缝（冷却快）（冷却快）：钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connectionshfmax 1.2t t较薄焊件的板厚。较薄焊件的板厚。b)b)最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸(hfmax)对板件（厚度对板件（厚度t t ）边缘的角焊缝（贴边焊）边缘的角焊缝（
28、贴边焊）当当t6mm时，时，hfmaxt；当当t6mm时，时，hfmaxt-(12)mm。为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接残余应力和残余变形，残余应力和残余变形，hf,max应满足以下要求应满足以下要求:直接焊接钢管结构的尺寸不宜大于支管壁厚的直接焊接钢管结构的尺寸不宜大于支管壁厚的2 2倍。倍。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（2 2）角焊缝计算长度）角焊缝计算长度角焊缝计算长度（角焊缝计算长度（
29、lw）取值）取值lwminlw lwmax 焊脚尺寸的取值焊脚尺寸的取值hfmin hf hfmaxa)a)最小计算长度最小计算长度（lwmin）为了使焊缝能有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊为了使焊缝能有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：lwmin8hf 和和40mm 考虑到焊缝两端的缺陷，其实际长度应较前述数值还要大考虑到焊缝两端的缺陷，其实际长度应较前述数值还要大2hflwmax60hf 若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若内力沿侧焊缝全
30、长分布时，计算长度不受此限制。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。b)b)侧焊缝最大计算长度侧焊缝最大计算长度（lwmax）钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections 焊角尺寸焊角尺寸：hfd c b adcbahe ehfhf1 1）焊缝的破坏面）焊缝的破坏面7.4.2 直角焊缝的基本计算公式直角焊缝的基本计算公式试验表明，直角角焊缝的破坏常试验表明，直角角焊缝的破坏常沿有效厚度方向发生。沿有效厚度方向发生。图图7.4.9 直角角焊缝截面直角角焊缝截面 有
31、效厚度有效厚度：he（0.7hf）焊缝厚度焊缝厚度：有效厚度有效厚度+熔深熔深+凸度凸度 有效截面有效截面：有效厚度有效厚度计算长度计算长度计算时假定有效截面上应力均匀计算时假定有效截面上应力均匀分布。分布。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections正面角焊缝正面角焊缝 力力N与焊缝长度方向垂直。与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝侧面角焊缝 力力N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。wffwefflhN（7.4.7）wfwefflhN（7.4.8）22wffff(3.
32、3.6)f以上各式中：以上各式中：he=0.7hf；lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.4.3 7.4.3 角焊缝的计算角焊缝的计算1.1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊缝的应力可
33、认为是均匀分布的。焊缝的应力可认为是均匀分布的。(1(1）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接wffe wNfh lA A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接NNl lw wS Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionswffweNfl hB B、采用三面围焊连接、采用三面围焊连接wffweNNfl hNNl lw wl lw w先计算正面角焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力S Sl
34、w连接一侧的正面角焊缝连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度S Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections（2 2）承受轴心力的角钢端部连接）承受轴心力的角钢端部连接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L L形围焊
35、（如图所形围焊（如图所示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。图图7.4.13 桁架腹杆节点板的连接桁架腹杆节点板的连接钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionsNN1N2eb角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接 a)a)仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接NNN2112-N eNb e解上式得肢背和肢尖的受力为：解上式得肢背和肢尖的受
36、力为：（7.4.14）11b eNNK Nb22eNNK Nb（7.4.15）（7.4.16）在在N1、N2作用下，侧缝的作用下，侧缝的计算长度为：计算长度为：1w1wf1f20.7Nlhf2w 2wf 2f20.7Nlhf（7.4.17）由平衡条件得：由平衡条件得：肢背肢背肢尖肢尖K1角钢肢背焊缝的内力分配系数角钢肢背焊缝的内力分配系数K2角钢肢尖焊缝的内力分配系数角钢肢尖焊缝的内力分配系数钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections表表7.4.1 角钢角焊缝内力分配
37、系数角钢角焊缝内力分配系数K钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections b)b)角钢用三面围焊时角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸面角焊缝的焊脚尺寸hf3，并算出它所能承受的内力并算出它所能承受的内力N3：wfff337.02fbhN（7.4.11）11312NK NN（7.4.12）通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为:22312NK NN（7.4.13）角钢角焊
38、缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw1在在N1、N2作用下，侧焊缝的长作用下，侧焊缝的长度用公式度用公式（7.4.16、7.4.17）。）。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionsNeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNyh he eh he et t（1）受弯矩）受弯矩M、剪力、剪力V、轴力、轴力N联合作用时角焊缝的计算联合作用时角焊缝的计算xxNee w2NNAh l由轴心拉力由轴心拉力Nx产生的应力：产生的应力：由弯矩由
39、弯矩M产生的最大应力：产生的最大应力：M2ee w62MMWh l2.复杂受力时角焊缝连接计算复杂受力时角焊缝连接计算钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionsA点产生的剪应力：点产生的剪应力：yfweNl hxf2e we w6NMh lh lA点控制应力最大为控制设计点点控制应力最大为控制设计点A点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩和弯矩M产产生的正应力。直接叠加得：生的正应力。直接叠加得：22wfffff代入角焊缝实
40、用计算公式：代入角焊缝实用计算公式：钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections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为螺杆与栓孔直径之差为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1.51.5
41、3mm3mm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（机械构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采用用沿螺栓杆轴受拉的连接；次沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时要的抗剪连接；安装的临时固定固定7.5 7.5 螺栓连接螺栓连接1.1.普通螺栓连接普通螺栓连接钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections2.2.高强度螺栓连接高强度螺栓连接 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的
42、合称。高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢经过热处理加工而成。钢经过热处理加工而成。4545号号8.88.8级；级；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9级级（a）大六角头螺栓大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓扭剪型螺栓钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections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传力机理传力机理利用预拉力把被连接的部利用预
43、拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递力通过摩擦力来传递允许接触面滑移，依靠螺栓杆允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承压来传力和螺孔之间的承压来传力栓孔直径栓孔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特点特点剪切变形小，弹性性能好，剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动力荷载特别适用于承受动力荷载的结构的结构连接紧凑，但剪切变形大，不连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构得用于承受动力荷载的结构高强度螺
44、栓摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections7.6.1 7.6.1 螺栓的排列和构造要求螺栓的排列和构造要求 螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。图图7.6.1 螺栓的排列方式螺栓的排列方式1.1.螺栓的排列螺栓的排列并列比较简单整齐，所用连接板
45、尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。如并列紧凑，连接板尺寸较大。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections(1)(1)受力要求受力要求 因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距下限：下限：防止孔间板破裂防止孔间板
46、破裂3d0上限：上限：防止板间张口和鼓曲防止板间张口和鼓曲。b）螺孔中心距限制螺孔中心距限制a）端距限制端距限制防止孔端钢板剪断防止孔端钢板剪断，2d0（顺力方向）（顺力方向）；中心距太大中心距太大15d0(d0为孔径为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的坏，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数与与l1/d0的关系曲线。的关系曲线。*)4.6.3(1501.1601501010dldld时：当7.
47、06001 时时：当当dl连接所需栓数：连接所需栓数：bminNNn(7.6.5)钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 ConnectionsFeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F（2 2）普通螺栓群偏心受剪普通螺栓群偏心受剪F F作用下每个螺栓受力：作用下每个螺栓受力：)6.6.3(1nFNF基本假设基本假设 连接件绝对刚性连接件绝对刚性,螺栓弹性；螺栓弹性；T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心的距离螺
48、栓至形心的距离ri成正比，方向与它和形心的连线垂直。成正比，方向与它和形心的连线垂直。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections剪力计算公式剪力计算公式 设各螺栓至螺栓群形心设各螺栓至螺栓群形心O O的距离为的距离为r1、r2、r3，rn，各螺栓承受的分力分别各螺栓承受的分力分别为为N1T、N2T、N3T，NnT，根据平衡条根据平衡条件得：件得：TrNrNrNrNiin33T22T11T（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，显然，T作用下作用下1号螺栓所受剪力
49、最大（号螺栓所受剪力最大（r1最大）。最大）。钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections1T1nnT1T133T1T122T,NrrNNrrNNrrN（c）将将（c）式代入式代入（a），），得用得用N1T表达的表达的T式：式：TrrNrrrrrNnii12i11T223222111T221211iiiTyxTrrTrN由假设由假设得到，得到，nnT3322T11TrNrTNrNrN（b）螺栓螺栓1离形心最远是危险螺栓离形心最远是危险螺栓,最大剪力最大剪力N1T钢结构设
50、计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第七章第七章 连连 接接 Chapter 7 Connections将将N1T它分解为水平和竖直分力：它分解为水平和竖直分力：221111T1TxiiyxTyryNN（3.5.7）221111T1TyiiyxTxrxNN（7.6.8）得受力最大螺栓所承受的合力为得受力最大螺栓所承受的合力为:bmin21F1Ty21Tx1NNNNN（7.6.9）xi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的x坐标坐标yi第第i个螺栓中心的个螺栓中心的y坐标坐标y1TNoxx11TxN1TyN1r1y11FN如果如果y13x1，则可
