[學(xué)習(xí)]鋼結(jié)構(gòu)ppt課件第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

1、第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,本章重點1、鋼結(jié)構(gòu)的各種連接方法的特點；2、角焊縫的構(gòu)造與計算；3、焊接殘余應(yīng)力與變形的產(chǎn)生機理與影響；4、普通螺栓受剪連接的破壞形式與機理；5、高強螺栓連接的構(gòu)造與計算。,目 錄,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法第二節(jié) 焊接連接的特性第三節(jié) 對接焊縫連接的構(gòu)造和計算第四節(jié) 角焊縫連接的構(gòu)造和計算第五節(jié) 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形第六節(jié) 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算第七節(jié) 高強度螺栓連接的性能和計算

2、,第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,一、連接設(shè)計原則二、結(jié)構(gòu)的連接方法,一、連接設(shè)計原則,鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、型鋼通過必要的連接組成構(gòu)件，各構(gòu)件再通過一定的安裝連接而形成整體結(jié)構(gòu)。連接部位應(yīng)有足夠的強度、剛度及延性。被連接構(gòu)件間應(yīng)保持正確的相互位置，以滿足傳力和使用要求。連接的加工和安裝比較復(fù)雜、費工，因此選定合適的連接方案和節(jié)點構(gòu)造是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)。連接設(shè)計不合理會影響結(jié)構(gòu)的造價、安全和壽命。 設(shè)計時應(yīng)根據(jù)連接節(jié)點的位置及其所要求的

3、強度和剛度，合理地確定連接方式及節(jié)點的細(xì)部構(gòu)造和計算方法，并應(yīng)注意以下幾點：,(1)連接的設(shè)計應(yīng)與結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時的假定相一致；(2)結(jié)構(gòu)的荷載，內(nèi)力組合應(yīng)能提供連接的最不利受力工況；(3)連接的構(gòu)造應(yīng)傳力直接，各零件受力明確，并盡可能避免嚴(yán)重的應(yīng)力集中；(4)連接的計算模型應(yīng)能考慮剛度不同的零件間的變形協(xié)調(diào)；(5)構(gòu)件相互連接的節(jié)點應(yīng)盡可能避免偏心，不能完全避免時應(yīng)考慮偏心的影響；(6)避免在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生過大的殘余應(yīng)力，尤其

4、是約束造成的殘余應(yīng)力，避免焊縫過度密集；(7)厚鋼板沿厚度方向受力容易出現(xiàn)層間撕裂，節(jié)點設(shè)計時應(yīng)予以充分注意；(8)連接的構(gòu)造應(yīng)便于制作、安裝，綜合造價低。,二、結(jié)構(gòu)的連接方法,焊縫連接鉚釘連接 螺栓連接,焊縫連接,20世紀(jì)初開始在工程結(jié)構(gòu)上較廣泛應(yīng)用。焊接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一。優(yōu)點：不削弱構(gòu)件截面，構(gòu)造簡單，節(jié)約鋼材，加工方便，可采用自動化操作，生產(chǎn)效率高。剛度較大、密封性能好。缺點：焊縫附近存在熱影響區(qū)，由

5、高溫快速降到常溫，使鋼材脆性加大；存在焊接殘余應(yīng)力及殘余變形；焊接結(jié)構(gòu)低溫冷脆問題也比較突出。,鉚釘連接,優(yōu)點：傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力荷載好 。缺點：構(gòu)造復(fù)雜、費工、費鋼。,螺栓連接,（1）普通螺栓連接 1）C級螺栓連接： 2）A、B級螺栓連接：（2）高強螺栓連接 20世紀(jì)中鋼結(jié)構(gòu)開始采用。 是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一。（3）射釘

6、、自攻螺栓連接,（1）．普通螺栓連接,優(yōu)點：裝卸便利，設(shè)備簡單 。缺點：螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大 。,（2）. 高強螺栓連接,優(yōu)點：加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好 。缺點：摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高,（3）射釘、自攻螺栓連接,優(yōu)點：靈活，安裝方便，構(gòu)件無須予先處理，適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu) 。缺點：不能受較大集中力 。,第二節(jié) 焊接連接的特性,一、鋼結(jié)

7、構(gòu)中常用的焊接方法二、焊縫類型三、焊縫缺陷、質(zhì)量檢驗和焊縫級別四、焊縫符號及標(biāo)注方法,一、鋼結(jié)構(gòu)中常用的焊接方法,1、電 弧 焊 1）手工焊 2）自動焊 3）半自動焊 2、電 阻 焊 3、氣 焊 4、電 渣 焊注：各種焊接方法的比較。,各種焊接方法的比較,焊接連接與鉚釘、螺栓連接比較，有以下優(yōu)缺點：,優(yōu)點： 1）不需打孔，省工省時； 2）任何形狀的構(gòu)件可直接連接，連接構(gòu)造方便； 3）氣密性、水密性好，結(jié)

8、構(gòu)剛度較大，整體性較好。 缺點： 1）焊接附近有熱影響區(qū)，材質(zhì)變脆； 2）焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化。3）焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴展。,三、焊縫缺陷、質(zhì)量檢驗和焊縫級別,1、焊縫缺陷2、焊縫質(zhì)量檢驗和焊縫級別3、焊縫連接的型式及焊縫形式4、焊縫符號及標(biāo)注方法,1、焊縫缺陷,①焊縫尺寸偏差; ②咬邊; ③弧坑,起弧或落弧處焊縫所形成的凹坑；④未熔合；⑤母材被燒穿; ⑥氣孔

9、；⑦非金屬夾渣；⑧裂紋。缺陷會引起應(yīng)力集中削弱焊縫有效截面，降低承載能力。若發(fā)現(xiàn)焊縫有裂紋，應(yīng)徹底鏟除后補焊。,2、焊縫質(zhì)量檢驗和焊縫級別,焊接時為保證質(zhì)量，需要注意之處： （1）對不熟悉的鋼種焊接時，需做工藝性能和力學(xué)性能的試驗； （2）焊工要進(jìn)行考核，持證上崗； （3）焊條、焊絲、焊劑按規(guī)定烘焙； （4）多層焊接需連續(xù)施焊，每層焊道之間要清理； （5）焊縫出現(xiàn)裂縫，應(yīng)申報、查明原因，方能處理。焊縫質(zhì)量檢驗方法分：外

10、觀檢查、超聲波探傷檢驗、X射線檢驗。  焊縫質(zhì)量分三級: 一級焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗都合格；二級焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級焊縫需外觀檢查合格。,3、焊縫連接的型式及焊縫形式,連接的型式： 按兩焊件的相對位置分為： （1）平接、 （2）搭接、 （3）頂接,焊縫形式：（1）按構(gòu)造可分為：對接焊縫和角焊縫（2）對接焊縫按受力與焊縫方向分： 

11、0;   a）直縫：作用力方向與焊縫方向正交     b）斜縫：作用力方向與焊縫方向斜交  （3）角焊縫按受力與焊縫方向分：     a）端縫：作用力方向與焊縫長度方向垂直     b）側(cè)縫：作用力方向與焊縫長度方向平行 （4）按焊縫連續(xù)性：     a）連續(xù)焊縫：受力較好

12、    b）斷續(xù)焊縫：易發(fā)生應(yīng)力集中  （5）按施工位置：     俯焊、立焊、橫焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊縫質(zhì)量也最好，仰焊最差。,4、焊縫符號及標(biāo)注方法（P195~197）,按《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50105-2001)和《焊縫符號表示法》(GB324-88)執(zhí)行。,第三節(jié) 對接焊縫連接的構(gòu)造和計算,對接焊縫傳力直接、平順、沒有顯著的應(yīng)力

13、集中現(xiàn)象，受力性能良好。但質(zhì)量要求高，焊件間施焊間隙要求嚴(yán)，一般多用于工廠制造的連接中，主要用于板件、型鋼的拼接或構(gòu)件的連接。一、對接焊縫的構(gòu)造二、對接焊縫的計算,一、對接焊縫的構(gòu)造,1. 對接焊縫的形式2. 對接焊縫的優(yōu)缺點 3. 對接焊縫的構(gòu)造處理 4. 對接焊縫的強度,1. 對接焊縫的形式,a） 直邊縫：適合板厚t ? 10mm b） 單邊V形：適合板厚t ＝10～20mm c） 雙邊V形：適合板厚t ＝10～20m

14、m d） U形：適合板厚t > 20mm e） K形：適合板厚t > 20mm f） X形：適合板厚t > 20mm,2. 對接焊縫的優(yōu)缺點優(yōu)點：用料經(jīng)濟、傳力均勻、無明顯的應(yīng)力集中，利于承受動力荷載。 缺點：需剖口，焊件長度要精確。 3. 對接焊縫的構(gòu)造處理 （1）起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復(fù)雜，除承受動力荷載外，一般不用，計算時將焊縫長度兩端各減去5mm。 （2）變

15、厚度板對接，在板的一面或兩面切成坡度不大于1：4的斜面，避免應(yīng)力集中。 （圖1）（3）變寬度板對接，在板的一側(cè)或兩側(cè)切成坡度不大于1：4的斜邊，避免應(yīng)力集中。 （圖2）,4. 對接焊縫的強度 有引弧板的對接焊縫在受壓時與母材等強，但焊縫的抗拉強度與焊縫質(zhì)量等級有關(guān)。,圖 1,圖 2,二、對接焊縫的計算,對接焊縫的應(yīng)力分布認(rèn)為與焊件原來的應(yīng)力分布基本相同。計算時，焊縫中最大應(yīng)力（或折算應(yīng)力）不能超過焊縫的強度設(shè)計值，運用材力理論計

16、算。 對接焊縫的計算包括： 1、軸心受力的對接焊縫 2、斜向受力的對接焊縫 3、對接焊縫承受彎矩、剪力和軸心力共同作用時的計算4、鋼梁的對接焊縫 5、牛腿與翼緣的對接焊縫 6、部分焊透的對接焊縫,1、軸心受力的對接焊縫的計算,N—軸心拉力或壓力;  Lw—焊縫計算長度，無引弧板時，焊縫長度取實長減去10mm（2t），有引弧板時，取實長; t—平接時為焊件的較小厚度，頂接時取腹板厚;   

17、;            —對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。,或,2、斜向受力的對接焊縫的計算（如圖）,—對接焊縫抗剪強度設(shè)計值 主要用于焊縫強度設(shè)計值低于構(gòu)件強度設(shè)計值的連接中。 優(yōu)點：抗動力荷載性能較好 缺點：較費材料 當(dāng) tg? ?1.5即 ? ? 56.3?時，可不驗算焊縫強度。,斜向受力的對接焊縫受力

18、圖,3、對接焊縫承受彎矩、剪力和軸心力共同作用時的計算,4、鋼梁的對接焊縫的計算（如圖）,焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。 同時受彎、剪時，分別驗算最大正應(yīng)力、最大剪應(yīng)力 Wx—焊縫截面抵抗矩 Sw —焊縫截面上計算點處以上（以下）截面對中和軸的面積矩對于腹板和翼緣的交界點，正應(yīng)力、剪應(yīng)力雖不是最大，但都比較大，所以需驗算折算應(yīng)力，即： ?1、?1為腹板與翼緣交界點處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在部分截面的部分點出

19、現(xiàn)，而將強度設(shè)計值適當(dāng)提高。,5、牛腿與翼緣的對接焊縫的計算,腿和柱的對接焊縫，剪力全部由腹板承受并均勻分布，彎矩、拉力由全截面承擔(dān)，與梁計算相同，截面形式和截面上各種應(yīng)力分布見圖。 圖中該牛腿截面為非對稱，在拉力作用下，全截面均勻受拉，在剪力作用下，整個腹板截面按均勻抗剪考慮，在彎矩作用下，中和軸以上受拉，中和軸以下受壓。因此圖中1、2、3、4點均需強度驗算。點1為下翼緣最外緣的點，點2為下翼緣與腹板的交界點，點3為上翼緣與腹板的交

20、界點，點4為上翼緣最外緣的點。各點計算為：,各點計算,點1：點2： 點3：點4： 式中： AW ′—有效抗剪面積， AW ′=h0tw AW—整個焊縫截面的截面積； yi—各計算點到中和軸的距離。,部分焊透的對接焊縫的計算,在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有時遇到板件較厚，而板件間連接受力較小時，可以采用部分焊透的對接焊縫（圖7-21），例如當(dāng)用四

21、塊較厚的鋼板焊成的箱形截面軸心受壓柱時，由于焊縫主要起聯(lián)系作用，就可以用部分焊透的坡口焊縫（圖7-21-f）。在此情況下，用焊透的坡口焊縫并非必要，而采用角焊縫則外形不能平整，都不如采用部分焊透的坡口焊縫為好。當(dāng)垂直于焊縫長度方向受力時，因部分焊透處的應(yīng)力集中帶來不利的影響，對于直接承受動力荷載的連接不宜采用；但當(dāng)平行于焊縫長度方向受力時，其影響較小可以采用。部分焊透的對接焊縫，由于它們未焊透，只起類似于角焊縫的作用，因此設(shè)計中應(yīng)按

22、角焊縫的計算公式進(jìn)行，取βf＝1．0，僅在垂直于焊縫長度的壓力作用下，可取 βf ＝1．22。其有效厚度則取為：見（P200）,部分焊透的對接焊縫,例題7—1（P201~202）,,第四節(jié) 角焊縫連接的構(gòu)造和計算,角焊縫為沿兩直交或斜交焊件的交線焊接的焊縫，可用于對接、搭接以及直角或斜角相交的T形和角接接頭中。因為角焊縫施焊時板邊不需要加工坡口，施焊較方便。一、類型和特點二、構(gòu)造要求 三、角焊縫的計算,一、類型和特點,1、角焊縫按

23、受力與焊縫方向分為：（1）側(cè)面角焊縫（側(cè)縫）：焊縫長度方向與受力方向平行，其特點為應(yīng)力分布簡單些，但分布并不均勻，剪應(yīng)力兩端大，中間小。側(cè)縫強度低，但塑性較好。應(yīng)力分布如圖所示（2）正面角焊縫（端縫）：焊縫垂直于受力方向，其特點為受力后應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，焊縫根部形成高峰應(yīng)力，易于開裂。端縫破壞強度要高一些，但塑性差。應(yīng)力分布如圖所示,側(cè)面角焊縫應(yīng)力分布圖,正面角焊縫應(yīng)力分布圖,2、角焊縫按截面形式可分為：（1）直角角焊

24、縫 （如圖）（a）普通焊縫 （b）平坡焊縫 （c）深熔焊縫 l    一般采用（a）。但（a）應(yīng)力集中較嚴(yán)重，在承受動力荷載時采用（b）、（c）。 （2）斜角角焊縫 （如圖） （d）斜銳角焊縫 （e）斜鈍角焊縫 （f）斜凹面角焊縫 主要用于鋼管連接中 角焊縫主要采用直角角焊縫。,直角角焊縫,（a）普通焊縫 （b）平坡焊縫 （c）深熔焊縫,斜角角焊縫,（d）斜銳角

25、焊縫 （e）斜鈍角焊縫 （f）斜凹面角焊縫,二、構(gòu)造要求,首先角焊縫的主要尺寸焊腳尺寸hf和焊縫長度lw 應(yīng)滿足下列構(gòu)造要求：1、焊腳尺寸hfhf過小，熱量小，快速被周圍金屬吸收，冷卻過快而產(chǎn)生淬硬組織，使金屬變脆，容易形成裂紋。hf過大，易使焊件過燒，改變金相組織，且易燒穿較薄焊件2、焊縫長度lw lw過小，會由于落弧的弧坑相距太近造成應(yīng)力集中過大。lw過大，由于外力在側(cè)焊縫內(nèi)引起的剪應(yīng)力，沿側(cè)縫長度方向的分

26、布不均勻，兩端大，中間小。所以hf和lw不能過大或過小，具體限值見下表（或參考教材P203~205）,其它構(gòu)造要求：,（1）  承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，垂直于受力方向的焊縫不宜采用不焊透的對接焊縫。 （2） 在直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：對正面角焊縫宜為1:1.5,長邊順內(nèi)力方向；對側(cè)面角焊縫可為1:1。 （3） 在次要構(gòu)件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫之間的凈距

27、，不應(yīng)大于15t（對受壓構(gòu)件）或30t（對受拉構(gòu)件），t為較薄焊件的厚度。,三、角焊縫的計算,1.強度設(shè)計值 試驗得沿焊縫長度方向受剪時強度設(shè)計值為 ，荷載產(chǎn)生的應(yīng)力垂直于焊縫長度方向時，強度設(shè)計值為1.22 。 2.計算的基本公式 3.角焊縫的計算包括如下幾個類型：（1）受軸心力焊件的拼接板連接計算 （2）承受軸向力N角鋼的連接計算（3）彎矩、剪力、軸力共同作用下的頂接連接角焊縫計算 （4）扭矩作用下的角

28、焊縫連接計算 （5）扭矩、剪力、軸力共同作用下的搭接連接角焊縫計算,2、計算的基本公式（P206~208）,如圖（a）所示角焊縫的連接，在三向軸力作用下，角焊縫所受 之力如圖（b）所示，在有效截面BDEF上的應(yīng)力可用σ⊥、τ⊥、τ∥表示，其中σ⊥、τ⊥為垂直焊縫長度方向的正應(yīng)力和剪應(yīng)力， τ∥為平行于焊縫長度方向的剪應(yīng)力。實驗證明，角焊縫在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強度條件可和母材一樣用下式表示：式中： 是角焊縫的強度設(shè)計值，

29、把它看作剪切強度，因而乘以 。,為了便于計算角焊縫，對于如圖（b）所示的有效截面BDEF上的正應(yīng)力σ⊥叫和剪應(yīng)力τ⊥改用兩個垂直于焊腳CB和BA并在有效截面上分布的應(yīng)力σfy和σfx表示，同時剪應(yīng)力τ∥的符號改用τfz表示。計算時不考慮諸力的偏心作用，而且認(rèn)為有效截面上的諸應(yīng)力都是均勻分布的。有效截面積為Ae。根據(jù)平衡條件簡化可得：,角焊縫應(yīng)力分析圖,,（1）當(dāng)σfx=σfy=0時 ，即只有沿焊縫長度方向軸向力作用時（軸向力作用

30、的側(cè)面角焊縫）： （2）當(dāng)σfy（或σfx）=τfz = 0時 ，即只有垂直于焊縫長度方向軸向力作用時（軸向力作用的正面角焊縫）強度提高22%: 或,（3）當(dāng)σfy（或σfx）=0時 ，即角焊縫既只承受平行于焊縫長度方

31、向的應(yīng)力τf和垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力σf時:（4） 公式適用條件 適于非直接動力荷載作用,直接動力荷載作用時，考慮正面角焊縫塑性性能較差，取它和側(cè)面角焊縫的強度相同，把公式中的1.22變?yōu)?即可。按容許應(yīng)力法計算焊接連接時，強度均取角焊縫的容許剪應(yīng)力，應(yīng)力根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得。,（5）有效厚度：α——兩焊腳邊的夾角， hf——焊腳尺寸。,注：圓鋼與平板、圓鋼與圓鋼之間的焊 縫如圖所示，其有效厚度可按下式計算：

32、圓鋼與平板： he =0.7hf圓鋼與圓鋼： he =0.1(d1+2d2)-a 式中d1,d2—大、小圓鋼直徑(mm)； a—焊縫表面至兩個圓鋼公切線距離。,（a）如圖（a）所示矩形拼接板側(cè)面角焊縫連接 ?f ——沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力。 he  ——角焊縫有效厚度； lw ——角焊縫計算長度，每條角焊縫取實際長度減10mm（每端減5mm或2t）； ∑

33、lw ——連接一側(cè)角焊縫計算長度之和；fwf ——角焊縫強度設(shè)計值；,（1）受軸心力焊件的的拼接板連接計算,（b）如圖（b）所示矩形拼接板正面角焊縫連接 σf ——垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力； he  ——角焊縫有效厚度； lw ——角焊縫計算長度，每條角焊縫取實際長度減10mm（每端減5mm或2t）； ∑ lw ——連接一側(cè)角焊縫計算長度之和；ffw ——角焊縫強

34、度設(shè)計值； ?f ——系數(shù)，對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，?f =1.22，直接承受動力荷載?f =1.0。,（c）如圖（c）所示矩形拼接板，三面圍焊?？上劝词?計算正面角焊縫所承擔(dān)的內(nèi)力N1，再由N—N1按式計算側(cè)面角焊縫。如三面圍焊受直接動載，由于βf =1.0，則按軸力由連接一側(cè)角焊縫有效截面面積平均承擔(dān)按下式計算：式中 ∑ lw ——連接一側(cè)所有焊縫的計算長度之和。 （

35、d）為使傳力線平緩過渡，減小矩形拼接板轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，可改用菱形拼接板圖（d）所示。菱形拼接板正面角焊縫長度較小，為使計算簡化，可忽略正面角焊縫及斜焊縫的βf增大系數(shù)，不論何種荷載均按上式計算。,軸心力作用下角焊縫連接,（2）承受軸向力N角鋼的連接,（a）角鋼用兩面?zhèn)群缚p與節(jié)點板連接的焊縫計算（如圖所示） ：先計算出肢背和肢尖焊縫所受軸心力N1 、N2 ：K1、 K2——焊縫內(nèi)力分配系數(shù)；N1 、N2 ——分別為角鋼肢背和肢

36、尖傳遞的內(nèi)力。 再按側(cè)焊縫計算公式驗算焊縫強度,角鋼用兩面?zhèn)群缚p與節(jié)點板連接的焊縫圖,（b）角鋼用三面圍焊與節(jié)點板連接的焊縫計算： （如圖所示）端部正面角焊縫能傳遞的內(nèi)力為：,（c）角鋼用“L”型焊縫與節(jié)點板連接的焊縫計算（如圖所示）： 由 N2 = 0得：,3、彎矩、剪力、軸力共同作用下的頂接連接角焊縫圖,彎矩M作用下，x方向應(yīng)力： 剪力作用下，y方向應(yīng)力： 軸力N作用下x方向應(yīng)力： M、V和N共同作用下，焊

37、縫上或下端點最危險處應(yīng)滿足： 式中：如果只承受上述M、N、V的某一、兩種荷載時，只取其相應(yīng)的應(yīng)力進(jìn)行驗算。,彎矩、剪力、軸力共同作用下的角焊縫應(yīng)力圖,4、扭矩T作用（T平面∥焊縫平面）（如圖所示）,假定:（1）被連接件是剛性的，焊縫是彈性的；（2）被連接件繞焊縫形心O點轉(zhuǎn)動，焊縫上任一點應(yīng)力與r的大小成正比，方向與r垂直。 按照材力理論計算:,扭矩作用時角焊縫應(yīng)力,5、 扭矩、剪力、軸力共同作用下搭接連接角焊縫計算圖,扭

38、矩T作用下各點應(yīng)力計算（以A點為例）： Ix+Iy為焊縫計算截面對形心的極慣性矩，rx、ry為焊縫角點到焊縫形心的坐標(biāo)距離。 V作用下A點 ： N作用下A點： A點合應(yīng)力： 要求： 注意計算時需判斷應(yīng)力最大點！,扭矩、剪力、軸力共同作用下的角焊縫應(yīng)力圖,第五節(jié) 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形,焊接殘余變形：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點在焊接過程中，局部區(qū)域受到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷

39、卻過程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。 焊接殘余應(yīng)力：焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為焊接應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力的分類和形成的原因焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)的影響 焊接殘余變形的產(chǎn)生和防止 減少焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法 合理的焊縫設(shè)計,1、焊接殘余應(yīng)力的分類和形成的原因,（1）焊接殘余應(yīng)力的分類 縱向應(yīng)力：沿著焊縫長度方向的應(yīng)力 橫向應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力 厚度方

40、向應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應(yīng)力： （2）焊接殘余應(yīng)力成因 縱向應(yīng)力： 橫向應(yīng)力： 厚度方向應(yīng)力： 約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應(yīng)力：,（a）縱向焊接殘余應(yīng)力,產(chǎn)生的原因:（1）焊接過程的不均勻加熱和冷卻的過程導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力和變形（2）有塑性變形才有焊接殘余應(yīng)力。（3）溫度高處受拉。,（b）橫向殘余應(yīng)力,產(chǎn)生的原因:①

41、焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向于彎成弓形，實際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，于是在焊縫中部將產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力.②施焊過程中，先焊的焊縫先冷卻凝固，具有一定的強度，阻止后焊焊縫在橫向的自由膨脹，使其產(chǎn)生橫向的塑性壓縮變形，產(chǎn)生橫向應(yīng)力。,2、焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)的影響,1、對常溫下承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的強度沒有影響，但剛度降低； 2、由于焊接應(yīng)力使焊縫處于三向應(yīng)力狀態(tài)，阻礙了塑性變形，裂紋易發(fā)生和發(fā)展； 3、降低疲勞強度；

42、4、降低壓桿的穩(wěn)定性； 5、使構(gòu)件提前進(jìn)入彈塑性工作階段。,焊接變形是由于焊接過程中焊區(qū)的收縮變形引起的，表現(xiàn)在構(gòu)件局部的鼓起、歪曲、彎曲或扭曲等。表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。（如圖所示）焊接殘余變形不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸，使裝配困難，影響使用質(zhì)量過大的變形將顯著降低結(jié)構(gòu)的承載能力，甚至使結(jié)構(gòu)不能使用。,3、焊接變形的產(chǎn)生和防止,表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲

43、變形等。如圖 所示,4、 減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法,（1）采用適當(dāng)?shù)暮附映绦颍绶侄魏?、分層焊?（2）盡可能采用對稱焊縫，使其變形相反而抵消； （3）施焊前使結(jié)構(gòu)有一個和焊接變形相反的預(yù)變形； （4）對于小構(gòu)件焊前預(yù)熱、焊后回火，然后慢慢冷卻，以消除焊接應(yīng)力。,5、合理的焊縫設(shè)計,為了減少焊接應(yīng)力與焊接變形，設(shè)計時在構(gòu)造上要采用一些措施如：（1）焊接的位置要合理，焊縫的布置應(yīng)盡可能對稱于構(gòu)件重心，以減小焊接變形。（2）焊

44、縫尺寸要適當(dāng)，在容許范圍內(nèi)，可以采用較小的焊腳尺寸，并加大焊縫長度，使需要的焊縫總面積不變，以免因焊腳尺寸過大而引起過大的焊接殘余應(yīng)力。焊縫過厚還可能引起施焊時燒穿、過熱等現(xiàn)象。,（3）焊縫不宜過分集中，（4）應(yīng)盡量避免三向焊縫相交，為此可使次要焊縫中斷，主要焊縫連續(xù)通過（5）要考慮鋼板的分層問題。 此外，為了保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還應(yīng)注意以下問題：1、要考慮施焊時，焊條是否易于到達(dá)。2、焊縫連接構(gòu)造要盡可能避免仰焊。,第六

45、節(jié) 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算,一、普通螺栓的種類和特性二、普通螺栓連接的構(gòu)造要求三、普通螺栓連接的分類和受力性能四、普通螺栓連接的計算,一、普通螺栓的種類和特性,1.表示：普通螺栓為粗牙大六角頭型，代號用字母M與公稱直徑(毫米)表示,如M18，M20，M22，M24。 2.按制作精度分類： 分為 A、B、 C級螺栓。 C級采用4.6、4.8級（小數(shù)點前的數(shù)字代表抗拉強度，單位百N／mm2；小數(shù)部分代表屈強比)材料制作，只要求Ⅱ類

46、孔(在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計孔徑的孔)，栓徑比孔徑小1.5～3.0mm。A、 B級螺栓采用8.8級材料（45號和35號鋼）制作，要求Ⅰ類孔（用鉆模鉆成或在裝配好后鉆成或擴鉆止設(shè)計孔徑），栓徑比孔徑小0.3～0.5mm。特性見下表。,二、普通螺栓連接的構(gòu)造要求,1. 排列： 排列應(yīng)簡單、統(tǒng)一而緊湊。主要分為并列和錯列排列。錯列較緊湊。,2、構(gòu)造要求1）受力要求： a）端距限制——防止孔端鋼板剪斷，≥2d0

47、 ；      b）螺孔中距限制 ； 2）構(gòu)造要求：防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中矩最大值； 3）施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不同要求）根據(jù)以上要求設(shè)計時應(yīng)滿足規(guī)范要求，盡量按最小容許距離取用，且宜取為5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸。（詳見P228~229圖7—62~64及表7—5~7—8）,三、普通螺栓連接的分類和受力性能,分類 :按受力

48、方式可分為抗剪螺栓連接和抗拉螺栓連接。（一）抗剪螺栓連接 （二）抗拉螺栓連接,（一）抗剪螺栓連接,1、受力性能：抗剪螺栓連接受力后，當(dāng)外力不大時，由構(gòu)件間的摩擦力來傳遞外力。當(dāng)外力增大超過極限摩擦力后，構(gòu)件間相對滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。 當(dāng)連接處于彈性階段，螺栓群中的各螺栓受力不等，兩端大，中間小；當(dāng)外力繼續(xù)增大，達(dá)到塑性階段時，各螺栓承擔(dān)的荷載逐漸接近，最后趨于相等直到破壞。,2、破壞形式,（1）栓桿剪

49、斷；（2）孔壁擠壓壞；（3）鋼板拉斷；（4）端部鋼板剪斷；（5）栓桿受彎破壞 ；（6）螺栓雙剪破壞 。,（1）螺栓剪斷,（2）孔壁擠壓破壞,（3）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷（連接板件凈截面破壞）,（4）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞（板件被沖剪破壞）,（5）螺桿因太長或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞（螺栓桿身太細(xì)而受彎）,（6）螺栓雙剪破壞 （雙剪破壞）,（二）抗拉螺栓連接,一般表現(xiàn)為拉斷。,四、普通螺栓連接的計算,（

50、一）螺栓的承載力（1）剪力螺栓 （2）拉力螺栓 （3）同時承受剪力和桿軸方向拉力的螺栓 （二）螺栓群的計算 （1）剪力螺栓群受力通過形心的計算 （2）受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群計算（3）剪力螺栓群在扭矩、剪力和軸力作用下的計算 （4） 螺栓群在軸心力作用下抗拉計算（5） 受彎矩作用抗拉螺栓連接計算（6）螺栓群同時受剪力和拉力的計算,（1）剪力螺栓（如圖）,每個普通螺栓的抗剪承載力 ：每個普通螺栓的承壓承載力：

51、 式中:        nv——受剪面數(shù)     d ——螺桿直徑 ——同一方向承壓構(gòu)件較小總厚度 、 ——螺栓抗剪、抗壓強度設(shè)計值 最大承載力：,剪力螺栓,（2）拉力螺栓,抗拉承載力： 式中:       de ——螺

52、紋處有效直徑    ——抗拉強度設(shè)計值,（3）同時承受剪力和桿軸方向拉力的螺栓,式中:       Nv 、Nt ——每個普通螺栓所承受的剪力、拉力             ——每個普通螺栓抗剪、抗拉和承壓承載力

53、設(shè)計值,受力特性：沿受力方向，受力分配不均，兩端大中間?。ㄒ妶D），在一定范圍內(nèi)，靠塑變可以均布內(nèi)力，過大時，設(shè)計計算時仍按均布，但強度需乘折減系數(shù)β，當(dāng)15d0 ≤ l1 ≤ 60d0時： 當(dāng)l1≥60d0

54、時β＝0.7，當(dāng)l1≤15d0時β＝1.0連接所需螺栓數(shù)量：連接板凈截面強度,1、剪力螺栓群受力通過形心時的計算,式中： f ——連接板材料設(shè)計強度；      An ——節(jié)點板凈截面積。 當(dāng)螺栓并列布置時：當(dāng)螺栓錯列布置時，構(gòu)件有可能沿I－I或II－II截面破壞。II－II截面的凈截面積可近似地取為 ：取I－I、II－II凈截面的較小者來驗算鋼板凈截面強度

55、。,2、受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群計算,計算假定:圖示①被連接鋼板是剛性的，螺栓是彈性的； ②鋼板繞螺栓群中心O點轉(zhuǎn)動，螺栓的剪切變形與它到中心O的距離成正比，剪切力或鋼板所受的反作用力與r成正比，方向與r垂直。 根據(jù)扭矩平衡條件和計算假定有在扭矩T作用下螺栓所受的最大剪力為:,其水平和豎直分力為: V由螺栓平均承擔(dān)，每個螺栓承受: 則在T和V共同作用下，受力最大的螺栓1承受的合成剪力N1應(yīng)滿足,受扭矩和剪力作用的

56、抗剪螺栓群計算圖,設(shè)計時受力最大的一個螺栓所承受的設(shè)計剪力應(yīng)不大于螺栓的抗剪承載力設(shè)計值即：,3、剪力螺栓群在扭矩、剪力和軸力共同作用下的計算 （如圖所示）,螺栓群中受力最大的螺栓在T、V、N作用下的合力為：其中： 若僅有T，則相當(dāng)于剪力螺栓群受扭。如果 x1>3y1 ，則可假定 y=0 ；反之，如果y1>3x1，則可假定x=0,剪力螺栓群在扭矩、剪力和軸力共同作用下的計算圖,4、 螺栓群在軸心力作用下抗拉計

57、算,當(dāng)設(shè)計拉力N通過螺栓群形心時，所需的螺栓數(shù)目為：,,5、受彎矩作用抗拉螺栓連接計算,注：此類連接因無支托板，一般應(yīng)考慮精制螺栓連接，以減少連接變形。,,6、螺栓群同時受剪力和拉力的計算,第七節(jié) 高強度螺栓連接的性能和計算,一、高強度螺栓連接的性能二、高強度螺栓的計算,一、高強度螺栓連接的性能,1、材料及其表示2、受力性能,1、材料及其表示,高強螺栓按規(guī)范規(guī)定的等級分為8.8級和10.9級。級別別劃分的小數(shù)點前的數(shù)字8或10分別代

58、表材料經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度，小數(shù)點后面的數(shù)字代表屈強比。 如 8.8級為 ，fu=800N/mm2，fy/fu=0.8 ； 10.9級為 ，fu=1000N/mm2，fy/fu=0.9 。 高強螺栓有螺桿、螺帽和墊圈組成。推薦采用的鋼號：大六角高強度螺栓8．8級的有45號鋼和35號鋼。10．9級的有20MnTiB、40B和35vB鋼。扭剪型高強螺栓只有10．9級，推薦鋼號為20MnTiB鋼。墊圈均采用45號鋼

59、制造，并經(jīng)熱處理。,2、受力性能,（1） 高強螺栓和普通螺栓連接受力的主要區(qū)別：普通螺栓連接的螺母擰緊的預(yù)拉力很小，受力后全靠螺桿承壓和抗剪來傳遞剪力。高強度螺栓安裝時將螺帽擰緊，使螺桿產(chǎn)生預(yù)拉力而壓緊構(gòu)件接觸面，靠接觸面的摩擦來阻止連接板相互滑移，以達(dá)到傳遞外力的目的。（2）高強螺栓按傳力機理分摩擦型高強螺栓和承壓型高強螺栓。 摩擦型和承壓型高強螺栓的受力特點：,摩擦型高強螺栓,摩擦型高強螺栓完全依靠被連接件之間的摩阻力傳

60、力， 當(dāng)荷載在摩擦面作用的剪力等于最大摩阻力時即為連接的極限荷載。摩擦型高強螺栓對孔壁質(zhì)量要求不高(Ⅱ類孔)，但是為了提高摩阻力，對連接的摩擦接觸面應(yīng)進(jìn)行處@。另外，這種連接的節(jié)點應(yīng)力集中小，連接質(zhì)量容易控制，不象焊接節(jié)點易產(chǎn)生脆性破壞。經(jīng)過大量的試驗研究和工程實踐證明，在承受反復(fù)荷載作用下高強螺栓的預(yù)拉力不會竺弛。因此，螺桿本身不會因疲勞而折斷。摩擦型高強螺栓連接的優(yōu)點是施工簡便，受力好，耐疲勞，易拆換，工作安全可靠及計算簡單，已廣

61、泛用于鋼結(jié)構(gòu)連接中，尤其適用于承受動載的結(jié)構(gòu)。,承壓型高強螺栓,承壓型高強螺栓連接的特征是剪力超過摩阻力時，構(gòu)件之間發(fā)生相互滑動，螺桿和孔壁接觸，由摩阻力和螺桿的剪切、承壓共同傳力，接近破壞時以螺栓剪壞或孔壁承壓破壞為承載力極限，這點又和普通螺栓受力相同。承壓型高強螺栓連接的承載力比摩擦型的高，司節(jié)約螺栓數(shù)。但這種連接剪切變形較大，還應(yīng)以不出現(xiàn)滑移作為正常使用的極限狀態(tài)。若用于動載連接中這種剪切反復(fù)滑動可能導(dǎo)致螺栓松動，故規(guī)范規(guī)定不得用

62、于直接承受動載的結(jié)構(gòu)中。承壓型高強螺栓連接在我國正在逐步推廣中。,因此：摩擦型高強螺栓連接是以剪力等于摩擦力為承載能力的極限狀態(tài)。承壓型高強螺栓連接以螺栓或鋼板破壞為承載能力的極限狀態(tài)。 高強螺栓的預(yù)拉力戶是通過擰緊螺母實現(xiàn)的，施工中一般采用扭矩法、轉(zhuǎn)角法或扭剪法來徑制預(yù)拉力。（3）高強螺栓的排列和普通螺栓相同,二、高強度螺栓的計算,1、摩擦型高強度螺栓 2、承壓型高強度螺栓 3、高強度螺栓在各種連接形式下承受各種荷載時的

63、強度計算,1、 摩擦型高強度螺栓,（1）摩擦型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值（2）摩擦型高強度螺栓的抗拉承載力設(shè)計值（3）同時受剪、受桿軸方向拉力時的一個摩擦型高強螺栓的承載力,（1）摩擦型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值,Nvb —— 一個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值； nf —— 傳力摩擦面數(shù)；   u —— 摩擦面抗滑移系數(shù)； P—— 每個高強度螺栓的預(yù)拉力。 一個承受剪力Nv 的螺栓需滿足：Nv≤ Nvb 。,

64、（2）摩擦型高強度螺栓的抗拉承載力設(shè)計值,Ntb —— 一個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值； P—— 每個高強度螺栓的預(yù)拉力。 一個承受剪力Nt 的螺栓需滿足：Nt≤ Ntb 。,（3）同時受剪、受桿軸方向拉力時的一個摩擦型高強螺栓的承載力：,一個承受剪力Nt 、 Nv的螺栓需滿足： Nt≤ Ntb Nv≤ Nvb,2、承壓型高強度螺栓,（1）承壓型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值（2）承壓型高強度螺栓的抗拉承載力設(shè)計

65、值（3）同時受剪、受桿軸方向拉力時的一個承壓型高強螺栓的承載力,（1）承壓型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值,為防止承壓型高強螺栓受剪變形過大，所受剪力不得大于按摩擦型高強度螺栓計算的抗剪承載力 的1.3倍。 所以一個承受剪力的承壓型高強度螺栓需滿足：,承壓型高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值與普通螺栓計算相同，分螺栓桿抗剪和孔壁承壓兩部分。,（2）承壓型高強度螺栓的抗拉承載力設(shè)計值,承壓型高強螺栓的抗拉承載力設(shè)計值與摩擦型高強螺栓

66、相同，即,Ntb —— 一個螺栓的抗剪承載力設(shè)計值； P—— 每個高強度螺栓的預(yù)拉力。 一個承受剪力Nt 的螺栓需滿足：Nt≤ Ntb 。,（3）同時受剪、受桿軸方向拉力時的一個承壓型高強螺栓的承載力：,一個承受剪力Nt 、 Nv的螺栓需滿足： Nt≤ Ntb Nv≤ Nvb,3、 高強度螺栓在各種連接形式下承受各種荷載時的強度計算：,各種高強度螺栓群承受各種荷載時，其中受力最大的螺栓承受的基本上與普通螺栓群

67、計算相同。但有三點不同之處需注意： （1）承受剪力的摩擦型的高強度螺栓群的連接板凈截面強度驗算（2）拉力螺栓群在拉力、彎矩作用下受拉力最大的螺栓強度計算（3）同時受剪、受桿軸方向拉力的承壓型高強螺栓的強度計算,（1）承受剪力的摩擦型的高強度螺栓群的連接板凈截面強度驗算,需考慮孔前傳遞部分荷載。第一排螺栓孔處傳遞的荷載：   式中：n1 ——計算截面上的螺栓數(shù)；