钢构造的衔接钢构造的衔接l焊缝衔接焊缝衔接l螺栓衔接螺栓衔接l钢构造的衔接方法钢构造的衔接方法钢构造的衔接方法钢构造的衔接方法钢构造的衔接方法钢构造的衔接方法衔接的方式衔接的方式-焊缝衔接、铆钉衔接和螺栓衔焊缝衔接、铆钉衔接和螺栓衔接接衔接的原那么衔接的原那么平安可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节平安可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材约钢材钢构造的实践衔接图片钢构造的实践衔接图片钢构造的衔接方法钢构造的衔接方法焊缝衔接焊缝衔接焊缝衔接焊缝衔接2020世纪初开场在工程构造上较广泛运用。焊接是现代钢世纪初开场在工程构造上较广泛运用。焊接是现代钢构造最主要的衔接方法之一。构造最主要的衔接方法之一。* *构造简单，任何方式的构件都可直接相连；构造简单，任何方式的构件都可直接相连；* *用料经济，不减弱截面；用料经济，不减弱截面；* *制造加工方便，可实现自动化操作；制造加工方便，可实现自动化操作；* *衔接的密闭性好，构造刚度大，整体性好。衔接的密闭性好，构造刚度大，整体性好。 优点优点焊缝衔接焊缝衔接缺陷缺陷* * 焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改动，导致焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改动，导致部分材量变脆；部分材量变脆；* * 焊接的剩余应力使构造易发生脆性破坏、降低压杆稳定焊接的剩余应力使构造易发生脆性破坏、降低压杆稳定的临界荷载，剩余变形使构造外形、尺寸发生变化；的临界荷载，剩余变形使构造外形、尺寸发生变化； * * 焊接裂痕一经发生，便容易扩展到整体；焊接裂痕一经发生，便容易扩展到整体；* * 低温冷脆问题较为突出；低温冷脆问题较为突出；* * 对钢构造的疲劳、稳定有不利影响；对钢构造的疲劳、稳定有不利影响；* * 较多地依赖焊工的技艺程度。较多地依赖焊工的技艺程度。焊缝衔接焊缝衔接铆钉衔接铆钉衔接 19 19世纪世纪20203030年代出现铆钉衔接。把铆钉年代出现铆钉衔接。把铆钉加热到加热到1000100015001500，用铆钉枪铆合。，用铆钉枪铆合。* *塑性和韧性较好；塑性和韧性较好；* *传力可靠，质量易于检查和保证；传力可靠，质量易于检查和保证；* *可用于接受动载的重型构造。可用于接受动载的重型构造。优点优点* *工艺复杂，噪音大，劳动条件差，用钢量大；工艺复杂，噪音大，劳动条件差，用钢量大； * *现已很少采用。现已很少采用。缺陷缺陷铆钉衔接铆钉衔接栓钉衔接栓钉衔接* *栓钉将钢板与混凝土板衔接起来；栓钉将钢板与混凝土板衔接起来； * *栓钉接受剪力。栓钉接受剪力。栓焊钉衔接栓焊钉衔接射钉、自攻螺钉、新型铆钉衔接射钉、自攻螺钉、新型铆钉衔接* *用于薄壁构件压型钢板屋面板、墙板与梁、柱衔接；用于薄壁构件压型钢板屋面板、墙板与梁、柱衔接； * *钉接受剪力。钉接受剪力。射钉、自攻螺钉、新型铆钉衔接射钉、自攻螺钉、新型铆钉衔接螺栓衔接螺栓衔接1 1C C级螺栓衔接：用圆钢制成，杆身粗级螺栓衔接：用圆钢制成，杆身粗糙，尺寸不很准确。主要用于受拉衔接糙，尺寸不很准确。主要用于受拉衔接和安装螺栓。和安装螺栓。2 2A A、B B级螺栓衔接：螺杆机加工制成，级螺栓衔接：螺杆机加工制成，尺寸准确，孔加工精度高。制造安装费尺寸准确，孔加工精度高。制造安装费工。工。A A级：级：d24mmd24mm，l150mmh l150mmh 和和10d10d，B B级：级：d24mmd24mm，l150mmh l150mmh 和和10d10d。普通螺栓衔接普通螺栓衔接普通螺栓衔接普通螺栓衔接普通螺栓衔接普通螺栓衔接高强螺栓衔接高强螺栓衔接 20 20世纪中钢构造开场采用。高强度螺栓采用高强度钢世纪中钢构造开场采用。高强度螺栓采用高强度钢材并经热处置制成。拧紧螺栓使板件接触面产生很大摩擦材并经热处置制成。拧紧螺栓使板件接触面产生很大摩擦力，依托摩擦力传力。衔接严密，耐疲劳，接受动载可靠。力，依托摩擦力传力。衔接严密，耐疲劳，接受动载可靠。是现代钢构造最主要的衔接方法之一。是现代钢构造最主要的衔接方法之一。高强螺栓衔接高强螺栓衔接高强螺栓衔接高强螺栓衔接 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。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钢经过热处置加工而成。钢经过热处置加工而成。 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高强螺栓衔接比较高强螺栓衔接比较高强螺栓衔接高强螺栓衔接高强度螺栓摩擦型衔接和承压型衔接比较高强度螺栓摩擦型衔接和承压型衔接比较高强螺栓衔接优缺陷高强螺栓衔接优缺陷高强螺栓衔接高强螺栓衔接* *安装方便，便于装配，对安装工的要求高；安装方便，便于装配，对安装工的要求高；* *摩擦型高强度螺栓衔接动力性能好；摩擦型高强度螺栓衔接动力性能好；* *耐疲劳，易阻止裂纹扩展；耐疲劳，易阻止裂纹扩展；优点优点* *需求在板件上开孔和拼装时对孔，制造任务量大；需求在板件上开孔和拼装时对孔，制造任务量大；* *螺栓孔还使构件截面减弱；螺栓孔还使构件截面减弱；* *被衔接的板件需求相互搭接或另加拼接板，比焊接被衔接的板件需求相互搭接或另加拼接板，比焊接衔接多费钢材。衔接多费钢材。缺陷缺陷螺栓衔接螺栓衔接钢构造常用的焊接方法钢构造常用的焊接方法高强螺栓衔接优缺陷高强螺栓衔接优缺陷钢构造常用的焊接方法钢构造常用的焊接方法电弧焊电弧焊埋弧焊埋弧焊电渣焊电渣焊气体维护焊气体维护焊电阻焊电阻焊 手工电弧焊手工电弧焊熔化焊熔化焊手工电弧焊手工电弧焊原理：利用电弧产生热量熔化原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材构成焊缝。焊条和母材构成焊缝。 手工电弧焊手工电弧焊优点：方便，适用于恣意空间优点：方便，适用于恣意空间位置的焊接，特别适用于在高位置的焊接，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接。空和野外作业，小型焊接。缺陷缺陷 质量动摇大，要求焊工等质量动摇大，要求焊工等级高，劳动强度大，消费效率低。级高，劳动强度大，消费效率低。 手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊焊条的选择焊条的选择 焊条应与焊件钢材主体金属相顺应。焊条应与焊件钢材主体金属相顺应。Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-E5518)(E5500-E5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条 (E5001-E5048) (E5001-E5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条型焊条E4300-E4328)E4300-E4328)焊条的表示方法：焊条的表示方法：EE焊条焊条(Electrode)(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度位数字为熔敷金属的最小抗拉强度kgf/mm2)kgf/mm2)第第3 3、4 4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。表示适用焊接位置、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顺应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相顺应的焊条。埋弧焊埋弧焊手工电弧焊手工电弧焊电弧在焊剂层下熄灭的一种电弧焊方法。电弧在焊剂层下熄灭的一种电弧焊方法。、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊机机器器优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺陷：设备投资大，施工位置受限。缺陷：设备投资大，施工位置受限。焊丝的选择应与焊件等强度。焊丝的选择应与焊件等强度。埋弧焊自动或半自动埋弧焊自动或半自动电渣焊电渣焊电渣焊电渣焊电渣焊电渣焊电渣焊常用于箱形梁、柱内部的横隔板焊接。电渣焊常用于箱形梁、柱内部的横隔板焊接。气体维护焊气体维护焊电渣焊电渣焊气体维护焊气体维护焊 利用焊枪喷出的利用焊枪喷出的CO2CO2或其他惰性气体替代焊剂的电弧溶焊方或其他惰性气体替代焊剂的电弧溶焊方法。直接依托维护气体在电弧周围构成维护层，以防止有害气体法。直接依托维护气体在电弧周围构成维护层，以防止有害气体的侵入。的侵入。 优点：没有熔渣，焊接优点：没有熔渣，焊接速度快，焊接质量好。速度快，焊接质量好。目前工厂很常用的焊接目前工厂很常用的焊接方法。方法。缺陷：施工条件受限制，缺陷：施工条件受限制，不适用于在风较大的地不适用于在风较大的地方施焊。方施焊。电阻焊电阻焊电阻焊电阻焊焊缝类型焊缝类型焊缝类型焊缝类型l按被衔接构件间的相对位置分为对接、搭接按被衔接构件间的相对位置分为对接、搭接 、T T形衔接和形衔接和角接四种。角接四种。l按构造分按构造分: :对接焊缝、角焊缝。对接焊缝、角焊缝。l按任务性质分：强度焊缝只作为传送内力、密强焊缝按任务性质分：强度焊缝只作为传送内力、密强焊缝除传送内力外，还须保证不使气体或液体渗漏。除传送内力外，还须保证不使气体或液体渗漏。l按施焊位置分：俯焊按施焊位置分：俯焊( (平焊平焊) )、立焊、横焊和仰焊。应尽量、立焊、横焊和仰焊。应尽量防止采用仰焊焊缝。防止采用仰焊焊缝。焊缝衔接方式焊缝衔接方式焊缝方式焊缝方式对接焊缝衔接方式对接焊缝衔接方式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。 焊缝方式焊缝方式T T型对接焊缝型对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝 斜对接焊缝斜对接焊缝角焊缝衔接方式角焊缝衔接方式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。角焊缝方式角焊缝方式角焊缝衔接方式角焊缝衔接方式角焊缝沿长度方向的布置角焊缝沿长度方向的布置1 1延续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝方式。延续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝方式。 2 2延续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，不重延续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，不重要或受力小的构件可采用。要或受力小的构件可采用。 焊缝的施工位置焊缝的施工位置角焊缝方式角焊缝方式焊缝的施工位置焊缝的施工位置平焊平焊 立焊立焊 横焊横焊 仰焊仰焊焊缝的特点焊缝的特点焊缝特点焊缝特点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外表或内部的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外表或内部的缺陷。缺陷。焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝质量检验外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。超声波检验、内部无损检验：检验内部缺陷。超声波检验、X X射线或射线或g g射线透射线透照或拍片照或拍片焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用 GB50017-2019中，对焊缝质量等级的选用有如下规定： 1 1 需求进展疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受需求进展疲劳计算的构件中，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。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应拉时应为一级，受压时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。为二级。 2 2 在不需求进展疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊在不需求进展疲劳计算的构件中，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。缝应不低于二级；受压时宜为二级。 3 3 重级任务制和起分量重级任务制和起分量50t50t的中级任务制吊车梁的腹板与上的中级任务制吊车梁的腹板与上 翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的 对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。 4 4 角焊缝质量等级普通为三级，但对直接接受动力荷载且需求验算疲劳角焊缝质量等级普通为三级，但对直接接受动力荷载且需求验算疲劳和起分量和起分量Q Q50t50t的中级任务制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。的中级任务制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用焊缝代号焊缝代号焊缝代号焊缝代号对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝的坡口方式对接焊缝的坡口方式对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口方式与焊件厚度有关。对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口方式与焊件厚度有关。 对接焊缝的坡口方式对接焊缝的坡口方式a a直边缝：适宜板厚直边缝：适宜板厚t t 10mm 10mm b b单边单边V V形、形、c c双边双边V V形：适宜板厚形：适宜板厚t t 101020mm 20mm d dU U形、形、e eK K形、形、f fX X形：适宜板厚形：适宜板厚t 20mm t 20mm 对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝的构造处置对接焊缝的构造处置垫板垫板垫板垫板垫板垫板根部加垫板根部加垫板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衔接的构造要求对接焊缝衔接的构造要求1 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。2 2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，焊后将它们割除。弧板和引出板，焊后将它们割除。对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝衔接的构造要求3 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以上以上时，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时，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。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)改动厚度改动厚度b)改动宽度改动宽度1:2.51:2.5对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝衔接的构造要求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 2一、二级检验的焊缝的抗拉强度可以为与母材强一、二级检验的焊缝的抗拉强度可以为与母材强度相等。度相等。3 3三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉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强度为母材强度的85%85%。4 4采用普通的资料力学、弹性力学计算公式采用普通的资料力学、弹性力学计算公式对接焊缝衔接的构造要求对接焊缝衔接的构造要求轴心受力对接焊缝的强度计算轴心受力对接焊缝的强度计算3-1alw焊缝计算长度，焊缝计算长度，t衔接件的较小厚度，对衔接件的较小厚度，对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P9表表1-4；1 1对对lwlw的取值：思索到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实的取值：思索到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实践长度减去践长度减去2t2t；有引弧板时，取实践长度。；有引弧板时，取实践长度。2 2在普通加引弧板施焊的情况下，一切受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、在普通加引弧板施焊的情况下，一切受压、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。二级焊缝，均与母材等强，不用计算。 3 3直对接焊缝需求计算焊缝强度的只需两种情况：直对接焊缝需求计算焊缝强度的只需两种情况：a)a)没有引弧板时需求计算。没有引弧板时需求计算。b)b)受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。 轴心受力对接焊缝的强度计算轴心受力对接焊缝的强度计算轴心受力对接焊缝的强度计算轴心受力对接焊缝的强度计算斜对接焊缝斜对接焊缝b 对接焊缝斜向受力是指作用力经过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈对接焊缝斜向受力是指作用力经过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈夹角，其计算公式为：夹角，其计算公式为：lw斜焊缝计算长度。加引弧板时，斜焊缝计算长度。加引弧板时，lwb/sinq；不加引弧板时，；不加引弧板时，lwb/sinq2t。fvw对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。P9表表1-4规范规定，当斜焊缝倾角规范规定，当斜焊缝倾角q56.3q56.3，即，即tanq1.5tanq1.5时，可以为对接时，可以为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。斜焊缝与母材等强，不用计算。斜向受力对接焊缝的强度计算斜向受力对接焊缝的强度计算水工钢构造轴心受力对接焊缝的强度计算水工钢构造轴心受力对接焊缝的强度计算 按允许应力法计算水工钢构造时，其计算公式为：按允许应力法计算水工钢构造时，其计算公式为：N按荷载规范值得出的轴心拉力或压力；按荷载规范值得出的轴心拉力或压力；twcw对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。P12表表1-9水工钢构造轴心受力对接焊缝的强度计算水工钢构造轴心受力对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算以后按允许应力法设计钢构造时，只需求将相应公式里的强度设计以后按允许应力法设计钢构造时，只需求将相应公式里的强度设计值改用相应的允许应力，荷载效应值改用相应的允许应力，荷载效应N N、V V、M M是按荷载规范值求得。是按荷载规范值求得。 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以下强度条件。布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足以下强度条件。 弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算 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以下强度条件。布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足以下强度条件。 3-3M焊缝接受的弯矩；焊缝接受的弯矩；Ww焊缝截面模量。焊缝截面模量。V焊缝接受的剪力；焊缝接受的剪力；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。弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算3-2 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力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外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力: :3-4式中式中 : : 1 1、 11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。 1.1 1.1为思索到最大折算应力只为思索到最大折算应力只在部分出现，而将强度设计值适在部分出现，而将强度设计值适当提高系数。当提高系数。 弯矩和剪力结协作用下的对接焊缝弯矩和剪力结协作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、下翼缘承当，剪应力主工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承当，剪应力主要由腹板承当，这使得截面上各处的资料能到达充分的利用。要由腹板承当，这使得截面上各处的资料能到达充分的利用。弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算牛腿处对接焊缝的强度计算牛腿处对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力结协作用下的对接焊缝轴力、弯矩和剪力结协作用下的对接焊缝 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力，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力，其计算公式为：其计算公式为：3-53-6 同同样样对对于于工工字字形形、箱箱形形截截面面，还还要要计计算算腹腹板板与与翼翼缘缘交交界界处处的的折折算算应应力力，其公式为其公式为 ： 3-7式中式中轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算角焊缝的方式和强度角焊缝的方式和强度 角焊缝按截面方式两焊脚边的夹角可分为直角角焊角焊缝按截面方式两焊脚边的夹角可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。缝和斜角角焊缝。 a b c实践焊缝截面实践焊缝截面1 1、直角角焊缝、直角角焊缝角焊缝的方式和强度角焊缝的方式和强度角焊缝的方式和强度角焊缝的方式和强度hfhf焊脚尺寸；焊脚尺寸；hehe有效厚度破坏面上焊缝厚度并有，有效厚度破坏面上焊缝厚度并有，he he hfcos45=0.7hfhfcos45=0.7hf实际焊缝截面实际焊缝截面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a90aoo或或60o12mm或或200mmt12mm；构件端部仅有两边侧缝衔接时构件端部仅有两边侧缝衔接时实验结果阐明，衔接的承载力与实验结果阐明，衔接的承载力与b / lw有关。为了防止应力传有关。为了防止应力传送的过分弯折而使构件中应力不均，每条侧缝长度送的过分弯折而使构件中应力不均，每条侧缝长度b / lw 1；b为两侧缝之间的间隔；为两侧缝之间的间隔；lw为焊缝长度；为焊缝长度；t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。减小角焊缝应力集中的措施减小角焊缝应力集中的措施减少角焊缝应力集中的措施减少角焊缝应力集中的措施3、直接接受动力荷载的构造中，角焊缝外表应做成直线形或、直接接受动力荷载的构造中，角焊缝外表应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：正面角焊缝宜为凹形，焊脚尺寸的比例：正面角焊缝宜为1:1.5，长边与内力，长边与内力方向一致方向一致 ；侧面角焊缝可用直角焊缝为；侧面角焊缝可用直角焊缝为1:1 。2、仅用正面角焊缝的搭接衔接中，搭接长度不得小于焊件、仅用正面角焊缝的搭接衔接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的较小厚度的5倍或倍或25mm。4、当焊缝端部在焊件转角、当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转处时，应将焊缝延续绕过转角加焊角加焊2hf。避开起落弧发生。避开起落弧发生在转角处的应力集中。在转角处的应力集中。b)2hfa)2hf2hf绕角焊缝绕角焊缝减小角焊缝应力集中的措施减小角焊缝应力集中的措施减少角焊缝应力集中的措施减少角焊缝应力集中的措施5、在次要构件或次要焊接衔接中，可采用断续角焊缝。断续、在次要构件或次要焊接衔接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝的长度不得小于角焊缝的长度不得小于10hf 或或50mm，断续角焊缝之间的净距，断续角焊缝之间的净距，不应大于，不应大于15t对受压构件或对受压构件或30t对受拉构件，对受拉构件，t为较为较薄焊件的厚度。以防板件部分凸曲鼓起，而对受力不利或潮薄焊件的厚度。以防板件部分凸曲鼓起，而对受力不利或潮气易于侵入而引起锈蚀。气易于侵入而引起锈蚀。 断续角焊缝断续角焊缝减小角焊缝应力集中的措施减小角焊缝应力集中的措施直角焊缝的破坏面直角焊缝的破坏面角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力： 正应力，与焊缝长度方向面外垂直正应力，与焊缝长度方向面外垂直 剪应力，与焊缝长度方向面内平行剪应力，与焊缝长度方向面内平行 剪应力，与焊缝长度方向面内垂直剪应力，与焊缝长度方向面内垂直 直角焊缝有效截面上的应力形状直角焊缝有效截面上的应力形状ffw角焊缝强度设计值见角焊缝强度设计值见P9表表1-4，把它看作是剪切强度。，把它看作是剪切强度。我国我国采用了折算应力公式，采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后得角焊缝计引入抗力分项系数后得角焊缝计算公式为：算公式为：直角焊缝强度的适用计算公式直角焊缝强度的适用计算公式 如下图接受相互垂直的如下图接受相互垂直的Nx、 Ny、Nz轴心力作用的直角角焊缝，轴心力作用的直角角焊缝， Nx产产生垂直于焊缝长度方向平均应力生垂直于焊缝长度方向平均应力fx， Ny产生垂直于焊缝长度方向平均产生垂直于焊缝长度方向平均应力应力fy， Nz平行于焊缝长度方向产生平均应力平行于焊缝长度方向产生平均应力fz， 直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式NxNx作用下应力作用下应力D 如下图接受相互垂直的如下图接受相互垂直的Nx、 Ny、Nz轴心力作用的直角角焊缝，轴心力作用的直角角焊缝， Nx产产生垂直于焊缝长度方向平均应力生垂直于焊缝长度方向平均应力fx， Ny产生垂直于焊缝长度方向平均产生垂直于焊缝长度方向平均应力应力fy， Nz平行于焊缝长度方向产生平均应力平行于焊缝长度方向产生平均应力fz， 直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式NxNx作用下应力作用下应力 NyDNxNx产生垂直于焊缝长度方向产生平均应产生垂直于焊缝长度方向产生平均应力力fx，其在有效截面上引起的应力值为：，其在有效截面上引起的应力值为： fx对于有效截面既不是对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，正应力也不是剪应力，但可分解为但可分解为和和 。直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式NyNy作用下应力作用下应力 NyNxNy产生垂直于焊缝长度方向产生平均应力产生垂直于焊缝长度方向产生平均应力fy，其在有效截面上引起的应力值为：，其在有效截面上引起的应力值为： fy对于有效截面既不对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，是正应力也不是剪应力，但可分解为但可分解为 和和 。直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式NzNz作用下应力作用下应力 NyNx沿焊缝长度方向的力沿焊缝长度方向的力Nz，在有效截面上引，在有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力起平行于焊缝长度方向的剪应力 fz。直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式破坏面上应力叠加破坏面上应力叠加D直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度的适用计算公式直角焊缝强度的适用计算公式 NyNx那么直角角焊缝在各种应力综协作用下的计算公式为：那么直角角焊缝在各种应力综协作用下的计算公式为：3-9直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式特殊情况下直角焊缝强度的适用计算公式特殊情况下直角焊缝强度的适用计算公式正面角焊缝正面角焊缝 f0，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 f0，力，力N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。3-113-10直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式斜向角焊缝的强度计算斜向角焊缝的强度计算 f正面角焊缝的强度设计值增大正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时系数。静载时 f1.22，对直接接受，对直接接受动力荷载的构造，动力荷载的构造， f1.0。外力外力N N和焊缝长度方向斜交和焊缝长度方向斜交代入代入3-93-9，得焊缝计算公式：，得焊缝计算公式：斜向角焊缝斜向角焊缝3-13轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算直角焊缝强度适用计算公式直角焊缝强度适用计算公式轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算 当焊件受轴心力，且轴心力经过衔接焊缝群的中心，当焊件受轴心力，且轴心力经过衔接焊缝群的中心，焊缝的应力可以为是均匀分布的。焊缝的应力可以为是均匀分布的。用盖板的对接衔接用盖板的对接衔接仅采用侧面角焊缝衔接仅采用侧面角焊缝衔接NNlwSlwSlw衔接一侧的侧面角焊衔接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和缝计算长度的总和轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算3-10轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算 当焊件受轴心力，且轴心力经过衔接焊缝群的中心，焊当焊件受轴心力，且轴心力经过衔接焊缝群的中心，焊缝的应力可以为是均匀分布的。缝的应力可以为是均匀分布的。用盖板的对接衔接用盖板的对接衔接仅采用正面角焊缝衔接仅采用正面角焊缝衔接SlwSlw衔接一侧的侧面角焊衔接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和缝计算长度的总和3-11NNlw轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算采用三面围焊菱形拼接板衔接采用三面围焊菱形拼接板衔接为了使传力线平缓过渡，减小矩为了使传力线平缓过渡，减小矩形拼接板转角处的应力集中，可形拼接板转角处的应力集中，可改为菱形拼接板，菱形拼接板的改为菱形拼接板，菱形拼接板的正面角焊缝的长度较小，为简化正面角焊缝的长度较小，为简化计算，可不思索应力方向，按下计算，可不思索应力方向，按下式计算：式计算：SlwSlw角焊缝计算长度的总角焊缝计算长度的总和和NN轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算采用三面围焊矩形拼接板衔接采用三面围焊矩形拼接板衔接NNlwlw先计算正面角焊缝承当的内力先计算正面角焊缝承当的内力Slw 衔接一侧的正面角焊衔接一侧的正面角焊缝计算长度的总和缝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SlwSlw衔接一侧的侧面角焊衔接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和缝计算长度的总和轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算接受轴心力的角钢端部衔接接受轴心力的角钢端部衔接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的衔接焊缝常用两面侧在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的衔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形围焊如下图。形围焊如下图。腹杆受轴心力作用，为了防止焊缝偏心受力，焊缝所传送的腹杆受轴心力作用，为了防止焊缝偏心受力，焊缝所传送的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。桁架腹杆节点板的衔接桁架腹杆节点板的衔接轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算NN1N2eb角钢的侧缝衔接角钢的侧缝衔接用侧面焊缝衔接用侧面焊缝衔接解上式得肢背和肢尖的受力为：解上式得肢背和肢尖的受力为：3-16a3-16b 在在N1、N2作用下，侧缝作用下，侧缝的计算长度为：的计算长度为：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轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算角钢角焊缝内力分配系数角钢角焊缝内力分配系数K和图和图3-22一致一致轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸焊缝的焊脚尺寸hf3 hf3 ，并算出它所能接受的内力，并算出它所能接受的内力N3 N3 ：3-17a经过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为经过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为: :3-17b 角钢角焊缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw1在在N1N1、N2N2作用下，侧焊缝的作用下，侧焊缝的长度用公式同前面。长度用公式同前面。轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算当采用当采用L L形围焊时，令形围焊时，令N2N20 0，得：，得：L L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角焊缝计算公式为：假设求出得假设求出得hf3大大于于hfmax ,那么不那么不能采用能采用L形围焊。形围焊。复杂受力时的角焊缝计算复杂受力时的角焊缝计算 角钢角焊缝角钢角焊缝L围焊的计算围焊的计算NN1N2ebN3lw1轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算轴心力拉、压和剪力作用时的角焊缝计算受弯矩受弯矩M M 、剪力、剪力V V 、轴力、轴力N N 结协作用时角焊缝的计算结协作用时角焊缝的计算由轴心拉力由轴心拉力Nx产生的应力：产生的应力：由弯矩由弯矩M产生的最大应力：产生的最大应力：复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝计算复杂受力时的角焊缝计算A点产生的剪应力：点产生的剪应力：A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：代入角焊缝适用计算公式代入角焊缝适用计算公式3-13：复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝计算复杂受力时的角焊缝计算三面围焊受扭矩、剪力和轴力结协作用时角焊缝的计算三面围焊受扭矩、剪力和轴力结协作用时角焊缝的计算接受偏心力的三面围焊接受偏心力的三面围焊 将将F F向焊缝群形心简化得向焊缝群形心简化得: :轴心力轴心力 V VF F扭矩扭矩 T=Fe T=Fe故：该衔接的设计控制点为故：该衔接的设计控制点为A A点和点和AA点点计算时按弹性实际假定计算时按弹性实际假定: :被衔接件绝对刚性，它有绕焊缝形心被衔接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O O旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。扭距在角焊缝群上产生的任一点的应扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度力大小与连线长度r r成正比。成正比。在轴心力在轴心力V V作用下，焊缝群上的应力作用下，焊缝群上的应力均匀分布。均匀分布。复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝衔接计算0TVr复杂受力时的角焊缝计算复杂受力时的角焊缝计算NT作用下作用下A点应力点应力:Ip为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，Ip=Ix+IyIx，Iy焊缝计算截面对焊缝计算截面对x、y轴的惯性矩；轴的惯性矩；xmax、ymax为焊缝形心到焊缝验算点在为焊缝形心到焊缝验算点在x、y方向的间隔。方向的间隔。复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝计算复杂受力时的角焊缝计算V作用下作用下A点应力点应力:N作用下作用下A点应力点应力:复杂受力时的角焊缝计算复杂受力时的角焊缝计算复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝衔接计算A点垂直于焊缝长度方向的应力为点垂直于焊缝长度方向的应力为: vy， Ty，平行于焊缝长度方向的应力为平行于焊缝长度方向的应力为: Nx, Tx强度验算公式：强度验算公式：3-21焊接剩余应力的分类焊接剩余应力的分类复杂受力时的角焊缝衔接计算复杂受力时的角焊缝衔接计算焊接剩余应力的分类焊接剩余应力的分类 纵向焊接应力：长度方向的应力纵向焊接应力：长度方向的应力 横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件外横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件外表的应力表的应力 ； 厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件外表的应力。件外表的应力。 焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因1) 1) 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC1600oC，而临近区域温度骤降。，而临近区域温度骤降。纵向焊接剩余应力纵向焊接剩余应力2) 2) 高温钢材膨胀大，但遭到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，高温钢材膨胀大，但遭到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性紧缩，焊缝冷却时被塑性紧缩的焊缝区趋向收产生热态塑性紧缩，焊缝冷却时被塑性紧缩的焊缝区趋向收缩，但遭到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低缩，但遭到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材到达屈服强度。合金钢，该拉应力可以使钢材到达屈服强度。焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因3) 3) 焊接剩余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，焊接剩余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。这必然在焊缝稍远区产生压应力。焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因横向焊接剩余应力横向焊接剩余应力1) 焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势，导致两焊焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势，导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压；件在焊缝处中部受拉，两端受压；焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因(a)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩时的变形趋势时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩时的横向应力时的横向应力xy横向焊接剩余应力横向焊接剩余应力2) 焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性紧缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝紧缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝那么产应力自相平衡，更远处焊缝那么产生拉应力；应力分布与施焊方向有生拉应力；应力分布与施焊方向有关。关。焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因+-+施施焊焊方方向向(c)焊缝横向收缩焊缝横向收缩时的横向应力时的横向应力xy(a)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩时的变形趋势时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩时的横向应力时的横向应力xy+-+施施焊焊方方向向(c)焊缝横向收缩焊缝横向收缩时的横向应力时的横向应力xy-+施施焊焊方方向向(e)-+-施施焊焊方方向向(d)xyyx不同施焊方向不同施焊方向下下, ,焊缝横向收焊缝横向收缩时产生的横缩时产生的横向剩余应力向剩余应力焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因-+(f)焊缝横向焊缝横向剩余应力剩余应力yx焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因沿厚度方向的焊接剩余应力沿厚度方向的焊接剩余应力1) 1) 在厚钢板的焊接衔接中，焊缝需求多层施焊。在厚钢板的焊接衔接中，焊缝需求多层施焊。2) 2) 焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性紧缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先胀，产生塑性紧缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝那么产生拉应力。力自相平衡，更远处焊缝那么产生拉应力。3) 3) 因此，除了横向和纵向焊接剩余应力因此，除了横向和纵向焊接剩余应力x x ，y y外，还存在外，还存在沿厚度方向的焊接剩余应力沿厚度方向的焊接剩余应力z z ，这三种应力构成同号，这三种应力构成同号( (受受拉拉) )三向应力，大大降低衔接的塑性。三向应力，大大降低衔接的塑性。焊接剩余变形的产生焊接剩余变形的产生焊接剩余应力的成因焊接剩余应力的成因在施焊时，由于不均匀的加热和冷却，焊区的纵向和横向遭到热在施焊时，由于不均匀的加热和冷却，焊区的纵向和横向遭到热态塑性紧缩，使构件产生变形。表现主要有：纵向收缩和横向收态塑性紧缩，使构件产生变形。表现主要有：纵向收缩和横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。焊接剩余变形焊接剩余变形焊接剩余变形的产生焊接剩余变形的产生焊接剩余应力和变形对构造任务性能的影响焊接剩余应力和变形对构造任务性能的影响对构造静力强度的影响对构造静力强度的影响因焊接剩余应力自相平衡，故：因焊接剩余应力自相平衡，故：当板件全截面到达当板件全截面到达fy，即，即N=Ny时：时：结论：结论：焊接剩余应力焊接剩余应力不会影响构造不会影响构造的静力强度的静力强度焊接应力和变形对构造任务性能的影响焊接应力和变形对构造任务性能的影响焊接剩余应力和变形对构造刚度的影响焊接剩余应力和变形对构造刚度的影响对构造刚度的影响对构造刚度的影响当焊接剩余应力存在时，因截面的当焊接剩余应力存在时，因截面的bt部分拉应力曾经到达部分拉应力曾经到达fy ，故该部，故该部分刚度为零屈服，这时在分刚度为零屈服，这时在N作用下应变增量为：作用下应变增量为： 1 2当截面上没有焊接剩余应力时，在当截面上没有焊接剩余应力时，在N N作用下应变增量为：作用下应变增量为：结论：焊接剩余结论：焊接剩余应力使构造变形应力使构造变形增大，即降低了增大，即降低了构造的刚度。构造的刚度。焊接应力和变形对构造任务性能的影响焊接应力和变形对构造任务性能的影响低温冷脆的影响低温冷脆的影响低温冷脆的影响低温冷脆的影响对疲劳强度的影响对疲劳强度的影响 对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接剩余拉应力，妨碍对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接剩余拉应力，妨碍塑性的开展，使裂痕容易发生和开展，添加了钢材低温脆断倾塑性的开展，使裂痕容易发生和开展，添加了钢材低温脆断倾向。所以，降低或消除焊接剩余应力是改善构造低温冷脆性能向。所以，降低或消除焊接剩余应力是改善构造低温冷脆性能的重要措施。的重要措施。 在焊缝及其附近主体金属焊接剩余拉应力通常到达钢材在焊缝及其附近主体金属焊接剩余拉应力通常到达钢材的屈服强度，此部位是构成和开展疲劳裂纹的敏感区域。因的屈服强度，此部位是构成和开展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接剩余应力对构造的疲劳强度有明显的不利影响。此焊接剩余应力对构造的疲劳强度有明显的不利影响。对于轴心受压构件，焊接剩余应力使其挠曲刚度减小，对于轴心受压构件，焊接剩余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力。降低压杆的稳定承载力。对压杆稳定的影响对压杆稳定的影响焊接应力和变形对构造任务性能的影响焊接应力和变形对构造任务性能的影响焊接剩余应力和变形对构造任务性能总的影响焊接剩余应力和变形对构造任务性能总的影响 常温下不影响构造的静力强度；常温下不影响构造的静力强度； 增大构造的变形，降低构造的刚度；增大构造的变形，降低构造的刚度； 降低疲劳强度；降低疲劳强度； 在厚板或交叉焊缝处产生三向应力形状，妨碍了塑性在厚板或交叉焊缝处产生三向应力形状，妨碍了塑性变形，在低温下使裂纹易发生和开展；变形，在低温下使裂纹易发生和开展； 降低压杆的稳定性。降低压杆的稳定性。焊接变形的影响焊接变形的影响 焊接变形假设超出验收规范规定，需花许多工时去矫正；焊接变形假设超出验收规范规定，需花许多工时去矫正； 影响构件的尺寸和外形美观，还能够降低构造的承载影响构件的尺寸和外形美观，还能够降低构造的承载 力，引起事故。力，引起事故。焊接应力和变形对构造任务性能的影响焊接应力和变形对构造任务性能的影响焊接应力的影响焊接应力的影响 减少影响的措施减少影响的措施1 1采用合理的施焊顺序和方向采用合理的施焊顺序和方向2 2采用反变形法减小焊接变形或焊接应力采用反变形法减小焊接变形或焊接应力3 3锤击或碾压焊缝使焊缝得到延伸锤击或碾压焊缝使焊缝得到延伸4 4小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处置小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处置合理的焊缝设计合理的焊缝设计1 1合理的选择焊缝的尺寸和方式合理的选择焊缝的尺寸和方式2 2尽能够减少不用要的焊缝尽能够减少不用要的焊缝3 3合理的安排焊缝的位置合理的安排焊缝的位置4 4尽量防止焊缝的过分集中和交叉尽量防止焊缝的过分集中和交叉5 5尽量防止母材在厚度方向的收缩应力尽量防止母材在厚度方向的收缩应力合理的工艺措施合理的工艺措施减少焊接应力和变形的措施减少焊接应力和变形的措施焊缝问题解法焊缝问题解法焊缝问题解法焊缝问题解法验算型问题验算型问题1 1知尺寸和荷载情况，问能否满足设计要求。知尺寸和荷载情况，问能否满足设计要求。2 2解法解法 验算能否满足构造条件；验算能否满足构造条件； 将荷载向焊缝形心简化，分析焊缝受力性质，确将荷载向焊缝形心简化，分析焊缝受力性质，确定受力最大点；定受力最大点； 按相应公式验算。按相应公式验算。焊缝设计型问题解法焊缝设计型问题解法1 1特点特点 知荷载和衔接构造情况，需完成衔接设计。知荷载和衔接构造情况，需完成衔接设计。2 2解法解法 确定衔接方式和焊缝布置及受力最大点位置；确定衔接方式和焊缝布置及受力最大点位置； 依构造条件初选依构造条件初选hfhf，按相应公式求，按相应公式求lwlw。或者依问题。或者依问题定出定出lwlw，按相应公式求，按相应公式求hfhf。 根据求出的根据求出的hf hf 或或lw lw ，调整确定，调整确定hfhf和和lwlw的设计采用的设计采用值。值。 验算验算hfhf或或lwlw能否满足构造条件。假设不满足，重选能否满足构造条件。假设不满足，重选hfhf，反复上述过程，直到满足为止。，反复上述过程，直到满足为止。设计型问题设计型问题 焊缝问题解法焊缝问题解法普通螺栓的种类和特性普通螺栓的种类和特性普通螺栓的种类和特性普通螺栓的种类和特性普通螺栓的陈列普通螺栓的陈列普通螺栓的陈列普通螺栓的陈列 螺栓的陈列应简单、一致而紧凑，满足受力要求，构造螺栓的陈列应简单、一致而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。陈列的方式有并列陈列和错列陈列两种。合理又便于安装。陈列的方式有并列陈列和错列陈列两种。螺栓的陈列方式螺栓的陈列方式并列比较简单整齐，所用衔接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件并列比较简单整齐，所用衔接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的减弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的减弱，但螺栓错陈列不截面的减弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的减弱，但螺栓错陈列不如并列紧凑，衔接板尺寸较大。如并列紧凑，衔接板尺寸较大。普通螺栓的构造要求普通螺栓的构造要求因此规范从受力的角度规定了最大和最小允许间距因此规范从受力的角度规定了最大和最小允许间距下限：防止孔间板破裂下限：防止孔间板破裂3d0上限：防止板间张口和鼓曲。上限：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；普通螺栓的构造要求普通螺栓的构造要求普通螺栓的构造要求普通螺栓的构造要求c c最大允许间距最大允许间距 假设栓距及线距过大，那么构件接触面不够假设栓距及线距过大，那么构件接触面不够严密，潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。规范规定了螺栓的最大允许严密，潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。规范规定了螺栓的最大允许间距。间距。d d最小允许间距最小允许间距 要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。因此规范规定了螺栓的最小允许间距。螺母。因此规范规定了螺栓的最小允许间距。普通螺栓的构造要求普通螺栓的构造要求普通螺栓的构造要求普通螺栓的构造要求 根据规范规定的螺栓最大、最小允许间距，陈列螺栓时宜按最小允许间距取用，且宜取5mm的倍数，并按等间隔布置，以减少衔接的尺寸。最大允许间距普通只在起连系作用的构造衔接中采用。普通螺栓的构造要求普通螺栓的构造要求普通螺栓的其它构造要求普通螺栓的其它构造要求为了保证衔接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端为了保证衔接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓；不宜少于两个永久螺栓；直接接受动荷载的普通螺栓衔接应采用双螺帽，或其他措直接接受动荷载的普通螺栓衔接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；施以防螺帽松动；C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉衔接，以下情况可用于级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉衔接，以下情况可用于抗剪衔接：抗剪衔接： 接受静载或间接动载的次要衔接；接受静载或间接动载的次要衔接； 接受静载的可装配构造衔接；接受静载的可装配构造衔接； 暂时固定构件的安装衔接。暂时固定构件的安装衔接。型钢构件拼接采用高强螺栓衔接时，为保证接触面严密，型钢构件拼接采用高强螺栓衔接时，为保证接触面严密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；普通螺栓的其它构造要求普通螺栓的其它构造要求普通螺栓衔接的分类普通螺栓衔接的分类普通螺栓衔接的分类普通螺栓衔接的分类 螺栓衔接的受力方式分为：只受剪力，只受拉力，受剪螺栓衔接的受力方式分为：只受剪力，只受拉力，受剪力和拉力的共同作用。力和拉力的共同作用。 FNFA A 只受剪力只受剪力B B 只受拉力只受拉力C C 剪力和拉力共剪力和拉力共同作用同作用剪力螺栓的破坏方式剪力螺栓的破坏方式FM剪力螺栓的破坏方式剪力螺栓的破坏方式a a螺栓剪断动画螺栓剪断动画 b b钢板孔壁挤压破坏动画钢板孔壁挤压破坏动画 c c钢板由于螺孔减弱而净截面拉断动画钢板由于螺孔减弱而净截面拉断动画 d d钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏动画钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏动画 e e螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏动画螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏动画 f f螺栓双剪破坏螺栓双剪破坏 动画动画 剪力螺栓的破坏发生缘由剪力螺栓的破坏发生缘由剪力螺栓的破坏发生缘由剪力螺栓的破坏发生缘由a a螺栓剪断螺栓剪断-螺栓直径太小而钢板较厚时发生螺栓直径太小而钢板较厚时发生b b孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏-螺栓直径太大而钢板较薄时发生螺栓直径太大而钢板较薄时发生c c钢板拉断钢板拉断-钢板顺螺孔减弱过多能够发生钢板顺螺孔减弱过多能够发生d d端部钢板剪断端部钢板剪断-顺受力方向的端距过小时发生的顺受力方向的端距过小时发生的e e螺杆受弯破坏螺杆受弯破坏-螺栓过长时发生的螺栓过长时发生的受剪螺栓衔接受力性能受剪螺栓衔接受力性能对图示螺栓衔接做抗剪实验对图示螺栓衔接做抗剪实验, ,即可得到即可得到板件上板件上a a、b b两点相对位移两点相对位移和作用力和作用力N N的关系曲线的关系曲线, ,该曲线清楚的提示了抗剪该曲线清楚的提示了抗剪螺栓受力的四个阶段螺栓受力的四个阶段受剪螺栓衔接受力性能受剪螺栓衔接受力性能1) 摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(01段段) 直线段直线段衔接处于弹性形状；衔接处于弹性形状； 该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。2) 滑移阶段滑移阶段(12段段) 抑制摩擦力后，板件间忽然发生程度抑制摩擦力后，板件间忽然发生程度滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表如今曲线上为程度段。隙，表如今曲线上为程度段。受剪螺栓衔接受力性能受剪螺栓衔接受力性能3) 栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(23段段) 该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于资料的弹性以及栓杆拉力增挤压。由于资料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，大所导致的板件间摩擦力的增大，N-关关系以曲线形状上升。系以曲线形状上升。 4) 弹塑性阶段弹塑性阶段(34段段) 到达到达3后，即使给荷载以很小的增量，后，即使给荷载以很小的增量，衔接的剪切变形迅速增大，直到衔接破衔接的剪切变形迅速增大，直到衔接破坏。坏。4点曲线的最高点即为普通螺点曲线的最高点即为普通螺栓抗剪衔接的极限承载力栓抗剪衔接的极限承载力Nu。受剪螺栓衔接受力性能受剪螺栓衔接受力性能单个普通螺栓受剪计算单个普通螺栓受剪计算单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力设计值：抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：承压承载力设计值：单个普通螺栓的受剪计算单个普通螺栓的受剪计算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，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，故单栓抗剪承载力由以下两式决议故单栓抗剪承载力由以下两式决议: :3-223-24假定挤压力沿栓杆直径平面实践上是相应假定挤压力沿栓杆直径平面实践上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分均匀分布于栓杆直径平面的孔壁部分均匀分布单个普通螺栓受剪计算单个普通螺栓受剪计算剪力螺栓的剪面数剪力螺栓的剪面数和承压厚度和承压厚度nv受剪面数目；受剪面数目；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；t衔衔接接接接头头一一侧侧承承压压构构件件总总厚厚度度的的较较小值。小值。单个普通螺栓的受剪计算单个普通螺栓的受剪计算抗剪承载力设计值：抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：承压承载力设计值：3-223-24普通螺栓群受轴心力作用时衔接计算普通螺栓群受轴心力作用时衔接计算平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布实验证明实验证明, ,栓群在轴力作用下各栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大不均匀，两端大, ,中间小。中间小。 当当l115d0(d0为孔径为孔径)时，衔接进时，衔接进入弹塑性任务形状后，内力重新分入弹塑性任务形状后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于一样，故设布，各个螺栓内力趋于一样，故设计时假定计时假定N由各螺栓平均分担。由各螺栓平均分担。普通螺栓群受轴心力普通螺栓群受轴心力N N作用时的衔接计算作用时的衔接计算衔接一侧所需螺栓数为：衔接一侧所需螺栓数为：(3-26)普通螺栓群受轴心力作用时衔接计算普通螺栓群受轴心力作用时衔接计算平均值平均值长衔接螺栓的内力分布长衔接螺栓的内力分布当当l115d0(d0为孔径为孔径)时，衔接进入弹塑性任务形状后，即时，衔接进入弹塑性任务形状后，即使内力重新分布使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先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。由实验可得衔接的抗剪强度折减系数破坏，然后依次破坏。由实验可得衔接的抗剪强度折减系数与与l1/d0的关系曲线。的关系曲线。衔接所需栓数：衔接所需栓数：普通螺栓群受轴心力普通螺栓群受轴心力N N作用时的衔接计算作用时的衔接计算普通螺栓群受轴心力作用时钢板净截面强度验算普通螺栓群受轴心力作用时钢板净截面强度验算为防止构件或衔接板为防止构件或衔接板因螺孔减弱过大而被因螺孔减弱过大而被拉压断，需进展拉压断，需进展钢板的净截面强度验钢板的净截面强度验算算普通螺栓群受轴心力普通螺栓群受轴心力N N作用时的衔接计算作用时的衔接计算An构件或衔接板的净截面面积；构件或衔接板的净截面面积；构件或衔接板净截面面积的计算构件或衔接板净截面面积的计算普通螺栓群受轴心力普通螺栓群受轴心力N N作用时的衔接计算作用时的衔接计算An?普通螺栓群受偏心剪力作用时衔接计算普通螺栓群受偏心剪力作用时衔接计算构件构件衔接板衔接板(a)I-I(b)I-III-II(a)III-III(b)III-IIIP P作用下每个螺栓受力：作用下每个螺栓受力：普通螺栓群受偏心剪力普通螺栓群受偏心剪力P P作用时的衔接计算作用时的衔接计算普通螺栓群受偏心剪力作用时衔接计算普通螺栓群受偏心剪力作用时衔接计算PPP1扭矩作用下的根本假设扭矩作用下的根本假设 衔接件绝对刚性衔接件绝对刚性, , 螺栓弹性；螺栓弹性； T T作用下衔接板件绕栓群形心转动，作用下衔接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心的间隔各螺栓剪力大小与螺栓至形心的间隔riri成成正比，方向与它和形心的连线垂直。正比，方向与它和形心的连线垂直。普通螺栓群受偏心剪力普通螺栓群受偏心剪力P P作用时的衔接计算作用时的衔接计算显然，显然，T T作用下作用下11号螺栓所受剪力最大号螺栓所受剪力最大r1r1最大。最大。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的间隔为的间隔为r1 、r2 、r3 ，rn，各，各螺栓接受的分力分别为螺栓接受的分力分别为N1T、 N2T、N3T ， NnT，根据平衡，根据平衡条件得：条件得：普通螺栓群受偏心剪力作用时衔接计算普通螺栓群受偏心剪力作用时衔接计算得用得用N1TN1T表达的表达的T T式：式： 由假设由假设得到，得到，螺栓螺栓1 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N1TN1T普通螺栓群受偏心剪力普通螺栓群受偏心剪力P P作用时的衔接计算作用时的衔接计算普通螺栓群受偏心剪力作用时衔接计算普通螺栓群受偏心剪力作用时衔接计算将将N1TN1T它分解为程度和竖直分力：它分解为程度和竖直分力：得受力最大螺栓所接受的合力为得受力最大螺栓所接受的合力为: :3-30xi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yoxx11r1y1假设假设y13x1y13x1，那么可假定，那么可假定xi=0 xi=0 。 由此得由此得NT1y=0NT1y=0，那么计算式为：那么计算式为：普通螺栓群受偏心剪力普通螺栓群受偏心剪力P P作用时的衔接计算作用时的衔接计算普通螺栓受拉的任务性能普通螺栓受拉的任务性能普通螺栓受拉的任务性能普通螺栓受拉的任务性能b) 实验证明影响撬力的要素较多，其大小实验证明影响撬力的要素较多，其大小难以确定，规范将螺栓的抗拉强度设计值难以确定，规范将螺栓的抗拉强度设计值降低降低20来思索撬力的影响，取来思索撬力的影响，取ftb=0.8ff螺栓钢材的抗拉强度设值。螺栓钢材的抗拉强度设值。a) 螺栓受拉时，普通是经过与螺杆垂直的板件传送，即螺杆并非轴螺栓受拉时，普通是经过与螺杆垂直的板件传送，即螺杆并非轴心受拉，当衔接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势杠杆作用心受拉，当衔接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势杠杆作用，使螺杆中的拉力添加撬力，使螺杆中的拉力添加撬力Q并产生弯曲景象。衔接件刚度并产生弯曲景象。衔接件刚度越小撬力越大。越小撬力越大。受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力 c) 在构造上可以经过加强衔接件的刚度的在构造上可以经过加强衔接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如设方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。加劲肋，可以减小甚至消除撬力的影响。单个普通螺栓受拉承载力计算单个普通螺栓受拉承载力计算翼缘加强的措施翼缘加强的措施 3-32aNtb单个螺栓抗拉承载力；单个螺栓抗拉承载力；Ae螺栓螺纹处的有效面积；螺栓螺纹处的有效面积；de螺栓有效直径；附录螺栓有效直径；附录3(P375)ftb螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。ftb0.8f假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均假定拉应力在螺栓螺纹处截面上均匀分布，那么一个拉力螺栓的承载匀分布，那么一个拉力螺栓的承载力设计值：力设计值：单个普通螺栓受拉承载力计算单个普通螺栓受拉承载力计算普通螺栓群受拉承载力计算普通螺栓群受拉承载力计算 当当外外力力经经过过螺螺栓栓群群形形心心时时，普普通通假假定定每每个个螺螺栓栓均均匀匀受受力，因此衔接所需的螺栓数目为：力，因此衔接所需的螺栓数目为： 3-343-32aN螺栓群受拉承载力计算螺栓群受拉承载力计算普通螺栓群在弯矩作用下的受拉计算普通螺栓群在弯矩作用下的受拉计算螺栓群在弯矩螺栓群在弯矩M M作用下的抗拉计算作用下的抗拉计算M作用下螺栓衔接按弹性设计，其假定为：作用下螺栓衔接按弹性设计，其假定为：衔接板件绝对刚性，螺栓为弹性；衔接板件绝对刚性，螺栓为弹性；螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受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间隔成正比。拉力与其至中和轴的间隔成正比。普通螺栓群在弯矩作用下的受拉计算普通螺栓群在弯矩作用下的受拉计算显然显然1号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最作用下所受拉力最大大由力学及假定可得：由力学及假定可得：螺栓群在弯矩螺栓群在弯矩M M作用下的抗拉计算作用下的抗拉计算普通螺栓群在弯矩作用下的受拉计算普通螺栓群在弯矩作用下的受拉计算将式将式(c)(c)代入式代入式(b)(b)得得: :由式由式(a)(a)得得: :因此，设计时只需满足下式即可：因此，设计时只需满足下式即可：螺栓螺栓i i 的拉力的拉力: : 即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超越一个螺栓的抗拉承载力设计值螺栓群在弯矩螺栓群在弯矩M M作用下的抗拉计算作用下的抗拉计算普通螺栓群在偏心力作用下的受拉计算普通螺栓群在偏心力作用下的受拉计算螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)NeV V小偏心受拉当小偏心受拉当M/NM/N较小时，一切螺栓均接受拉力作用，构件较小时，一切螺栓均接受拉力作用，构件B B绕绕螺栓群的形心螺栓群的形心O O转动。螺栓群的最大和最小螺栓受力为：转动。螺栓群的最大和最小螺栓受力为：3-38a螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算普通螺栓群在偏心力作用下的受拉计算普通螺栓群在偏心力作用下的受拉计算3-38b当当 Nmin0 那么表示一切螺栓那么表示一切螺栓受拉，螺栓群绕形心轴旋转。受拉，螺栓群绕形心轴旋转。螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算3-38a普通螺栓群在偏心力作用下的受拉计算普通螺栓群在偏心力作用下的受拉计算小偏心受拉小偏心受拉大偏心受拉大偏心受拉当当Nmin 0 Nmin 0 时，由于时，由于M/NM/N较较大，构件大，构件B B绕绕A A点底排螺栓点底排螺栓旋转趋势，偏于平安取中旋转趋势，偏于平安取中和轴位于最下排螺栓和轴位于最下排螺栓OO处，处，受拉力最大的螺栓要求满足：受拉力最大的螺栓要求满足：3-39螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算螺栓群在偏心力作用下的抗拉计算剪拉螺栓群的计算剪拉螺栓群的计算不思索拉力产生的拉应力的影响不思索拉力产生的拉应力的影响剪拉螺栓群的计算剪拉螺栓群的计算同时接受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种能够破坏方式：同时接受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种能够破坏方式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。剪拉结协作用的螺栓剪拉结协作用的螺栓剪拉结协作用的螺栓剪拉结协作用的螺栓剪力和拉力的相关曲线剪力和拉力的相关曲线剪力和拉力的相关曲线剪力和拉力的相关曲线实验研讨结果阐明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单实验研讨结果阐明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。独作用的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。剪拉螺栓群的计算剪拉螺栓群的计算同时接受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合以下公同时接受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合以下公式的要求：式的要求： 验算剪验算剪- -拉结协作用：拉结协作用：3-403-41验算孔壁承压：验算孔壁承压：NVb单个螺栓抗剪承载力设计值；单个螺栓抗剪承载力设计值；Ncb单个螺栓承压承载力设计值单个螺栓承压承载力设计值Ntb单个螺栓抗拉承载力设计值；单个螺栓抗拉承载力设计值；Nv、Nt单个螺栓接受的最大剪力和拉力设计值。单个螺栓接受的最大剪力和拉力设计值。剪拉螺栓群的计算剪拉螺栓群的计算普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法(1)(1)特点特点 知尺寸和荷载，问能否满足设计要求。知尺寸和荷载，问能否满足设计要求。(2)(2)解法解法 验算能否满足构造条件；验算能否满足构造条件；确定荷载作用方式和螺确定荷载作用方式和螺栓受力特征受剪、受拉、拉剪及受力最大螺栓；栓受力特征受剪、受拉、拉剪及受力最大螺栓；按按相应公式验算。相应公式验算。1 1验算型问题验算型问题 (1)(1)特点特点 知荷载和衔接构造，需完成衔接设计。知荷载和衔接构造，需完成衔接设计。(2)(2)解法解法 I I抗剪型抗剪型 II II拉力型拉力型 III III拉剪型拉剪型 2 2设计型问题设计型问题 普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法1 1验算型问题验算型问题 i.i. N N 作用作用 初选初选 d d，求出，求出Nbmin Nbmin ； 求求n n； 按构造按构造要求陈列；要求陈列； 净截面验算，依结果调整净截面验算，依结果调整d d或陈列，直至或陈列，直至满足要求。满足要求。ii.ii.iiii其它荷载作用其它荷载作用 初选初选 d d、n n和陈列；和陈列； 思索荷载思索荷载种类，确定受力最大螺栓；种类，确定受力最大螺栓； 按相应公式验算；按相应公式验算； 调调整整d d、n n或陈列验算，直至满足要求。或陈列验算，直至满足要求。2 2设计型问题设计型问题 I I抗剪型抗剪型普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法1 1验算型问题验算型问题 2 2设计型问题设计型问题 IIII拉力型拉力型i. Ni. N作用作用 初选初选 d d，求出，求出Nbt Nbt ； 求求n n； 按构造要按构造要求陈列。求陈列。iiiiM M作用作用 初选初选 d d、n n和陈列；和陈列； 确定受力最大螺栓；确定受力最大螺栓； 调整调整d d、n n或陈列验算，直至满足要求。或陈列验算，直至满足要求。普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法1 1验算型问题验算型问题 2 2设计型问题设计型问题 IIIIII拉剪型拉剪型 i.i.无支托或不思索支托受力无支托或不思索支托受力 初选初选 d d、n n和陈列；和陈列； 确定受力最大螺栓；确定受力最大螺栓； 调整调整d d、n n或陈列验算，直或陈列验算，直至满足要求。至满足要求。ii.ii.iiii思索支托受力思索支托受力 螺栓按拉力型螺栓按拉力型M M作用设计；作用设计；支支托与柱之间的焊缝按角焊缝设计。托与柱之间的焊缝按角焊缝设计。普通螺栓衔接问题解法普通螺栓衔接问题解法高强螺栓衔接的性能高强螺栓衔接的性能高强度螺栓衔接的性能高强度螺栓衔接的性能资料资料 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。高高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。高强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的4545号钢，合金钢中的号钢，合金钢中的2020锰钛硼钢等。制成的螺栓有锰钛硼钢等。制成的螺栓有8.88.8级和级和10.910.9级。级。分类按受力特征的不同高强度螺栓分为两类，摩擦型高强分类按受力特征的不同高强度螺栓分为两类，摩擦型高强度螺栓度螺栓经过板件间摩擦力传送内力，破坏准那么为抑制摩经过板件间摩擦力传送内力，破坏准那么为抑制摩擦力；承压型高强度螺栓擦力；承压型高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似。在外受力特征与普通螺栓类似。在外力的作用下螺栓接受剪力和拉力。力的作用下螺栓接受剪力和拉力。任务特点任务特点 高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止衔接板相互滑力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止衔接板相互滑移，或抑制摩擦力之后经过螺杆与孔壁之间的承压，以到达移，或抑制摩擦力之后经过螺杆与孔壁之间的承压，以到达传送外力的目的。传送外力的目的。高强螺栓和普通螺栓的区别高强螺栓和普通螺栓的区别高强度螺栓与普通螺栓的区别高强度螺栓与普通螺栓的区别摩擦型和承压型高强螺栓的设计准那么摩擦型和承压型高强螺栓的设计准那么高强度螺栓摩擦型和承压型衔接的设计准那么高强度螺栓摩擦型和承压型衔接的设计准那么高强螺栓抗剪衔接的性能高强螺栓抗剪衔接的性能高强度螺栓摩擦高强度螺栓摩擦型衔接设计准那型衔接设计准那么么高强度螺栓承压高强度螺栓承压型衔接设计准那型衔接设计准那么么由于高强度螺栓衔接有较大的预由于高强度螺栓衔接有较大的预拉力，从而使被衔接件中有很大拉力，从而使被衔接件中有很大的预压力，当衔接受剪时，主要的预压力，当衔接受剪时，主要依托摩擦力传力的高强度螺栓衔依托摩擦力传力的高强度螺栓衔接的抗剪承载力可到达接的抗剪承载力可到达1 1点。经点。经过过1 1点后，衔接产生了滑移，当点后，衔接产生了滑移，当栓杆与孔壁接触后，衔接又可继栓杆与孔壁接触后，衔接又可继续承载直到破坏。续承载直到破坏。高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓高强度螺栓抗剪衔接的性能高强度螺栓抗剪衔接的性能高强螺栓抗剪衔接的性能高强螺栓抗剪衔接的性能对于高强度螺栓摩擦型衔接，其破对于高强度螺栓摩擦型衔接，其破坏准那么为板件发生相对滑移，因坏准那么为板件发生相对滑移，因此其极限形状为此其极限形状为1 1点，所以点，所以1 1点的承点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型衔载力即为一个高强度螺栓摩擦型衔接的抗剪承载力。接的抗剪承载力。对于高强度螺栓承压型衔接，允许对于高强度螺栓承压型衔接，允许接触面发生相对滑移，破坏准那么接触面发生相对滑移，破坏准那么为衔接到达其极限形状为衔接到达其极限形状4 4点，所以点，所以高强度螺栓承压型衔接的单栓抗剪高强度螺栓承压型衔接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓一样。承载力计算方法与普通螺栓一样。高强度螺栓抗剪衔接的性能高强度螺栓抗剪衔接的性能高强螺栓抗拉衔接的性能高强螺栓抗拉衔接的性能高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓高强度螺栓受拉高强度螺栓受拉P+ PC Ca)b)高强度螺栓在接受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力高强度螺栓在接受外拉力前，螺杆中已有很高的预拉力P P，板层之，板层之间那么有压力间那么有压力C C，而，而P P与与C C维持平衡维持平衡C = P (C = P (形状形状a)a)。 高强度螺栓抗拉衔接的性能高强度螺栓抗拉衔接的性能高强螺栓抗拉衔接的性能高强螺栓抗拉衔接的性能高强度螺栓受拉高强度螺栓受拉P+ PC Ca)b)加荷载拉力加荷载拉力NtNt后，螺栓拉力从后，螺栓拉力从P P添加了添加了 P P，板件挤压力那么由，板件挤压力那么由C C减减小了小了 C ( C (形状形状b)b)。 Nt Nt C= C= P P高强度螺栓抗拉衔接的性能高强度螺栓抗拉衔接的性能NtP NtP NtP 时，那么螺栓能够到达资料的屈服强度，在卸载后使衔接产时，那么螺栓能够到达资料的屈服强度，在卸载后使衔接产生松弛景象，预拉力会降低。生松弛景象，预拉力会降低。高强螺栓预拉力的建立方法高强螺栓预拉力的建立方法高强度螺栓预拉力的建立方法高强度螺栓预拉力的建立方法1 1、 大六角头螺栓的预拉力控制方法有：大六角头螺栓的预拉力控制方法有：a.a.力矩法力矩法 初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的30%50%30%50%，使板件贴严密；，使板件贴严密； 终拧终拧初拧根底上，按初拧根底上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。设计终拧力矩拧紧。 特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。为了保证经过摩擦力传送剪力，高强度度螺栓的预拉力为了保证经过摩擦力传送剪力，高强度度螺栓的预拉力P P的准确控制的准确控制非常重要。非常重要。b.b.转角法转角法 初拧初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴严密；用普通扳手拧至不动，使板件贴严密； 终拧终拧初拧根底上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度，初拧根底上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度，普通为普通为120o180o120o180o完成终拧。完成终拧。 特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧。高强螺栓预拉力的建立方法高强螺栓预拉力的建立方法2、 扭断螺栓杆尾部法扭剪型高强度螺栓扭断螺栓杆尾部法扭剪型高强度螺栓初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%80%60%80%；终拧终拧初拧根底上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧根底上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等。高强度螺栓的施工要求：高强度螺栓的施工要求：由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严厉：因此施工要求较严厉：终拧力矩偏向不应大于终拧力矩偏向不应大于10%10%；如发现欠、漏和超拧螺栓应改换；如发现欠、漏和超拧螺栓应改换；拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 如工字型梁为：上翼缘如工字型梁为：上翼缘下翼缘下翼缘腹板。腹板。高强度螺栓预拉力的建立方法高强度螺栓预拉力的建立方法高强螺栓预拉力确实定高强螺栓预拉力确实定Ae螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积；fu螺栓热处置后的最低抗拉强度；螺栓热处置后的最低抗拉强度；8.8级，取级，取fu=830N/mm2，10.9级，取级，取fu=1040N/mm2高强螺栓的预拉力设计值由下式确定高强螺栓的预拉力设计值由下式确定 思索资料的不均匀性的折减系数思索资料的不均匀性的折减系数0.90.9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.90.9； 思索拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低思索拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数除以系数1.21.2。附加平安系数附加平安系数0.90.9。高强度螺栓预拉力确实定高强度螺栓预拉力确实定3-42高强螺栓预拉力确实定高强螺栓预拉力确实定表表3-2 高强螺栓的预拉力高强螺栓的预拉力P (GB 50017)高强度螺栓预拉力确实定高强度螺栓预拉力确实定高强螺栓摩擦面抗滑系数高强螺栓摩擦面抗滑系数高强度螺栓的预拉力高强度螺栓的预拉力P (GB 50018)F摩擦型高强度螺栓是经过板件间摩擦力传送内力的，而摩擦力的摩擦型高强度螺栓是经过板件间摩擦力传送内力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力大小取决于板件间的挤压力P P和板件间的抗滑移系数和板件间的抗滑移系数 ；高强度螺栓摩擦面抗滑移系数高强度螺栓摩擦面抗滑移系数表表3-3 摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数值值F板件间的抗滑移系数与接触面的处置方法和构件钢号有关，其大板件间的抗滑移系数与接触面的处置方法和构件钢号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而降低；小随板件间的挤压力的减小而降低； 高强螺栓摩擦面抗滑系数高强螺栓摩擦面抗滑系数 实验证明，摩擦面涂红丹防锈漆后，抗滑移系数小于实验证明，摩擦面涂红丹防锈漆后，抗滑移系数小于0.150.15，故摩擦面应严禁涂红丹。另外，衔接在潮湿或淋雨条件下拼装，故摩擦面应严禁涂红丹。另外，衔接在潮湿或淋雨条件下拼装，也会降低也会降低值，故应采取有效措施保证衔接处外表的枯燥。值，故应采取有效措施保证衔接处外表的枯燥。高强度螺栓摩擦面抗滑移系数高强度螺栓摩擦面抗滑移系数高强螺栓摩擦型衔接计算高强螺栓摩擦型衔接计算高强度螺栓摩擦型衔接计算高强度螺栓摩擦型衔接计算1.受剪衔接承载力受剪衔接承载力 单个高强度螺栓抗剪承载力设计值单个高强度螺栓抗剪承载力设计值: :0.90.9抗力分项系数抗力分项系数 R R的倒数的倒数( ( R=1.111); R=1.111); nf nf传力摩擦面数目传力摩擦面数目; ; 摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数; ; P P预拉力设计值预拉力设计值. .2.受拉衔接承载力受拉衔接承载力 单个高强度螺栓抗拉承载力设计值单个高强度螺栓抗拉承载力设计值: :3-433-44高强螺栓摩擦型衔接计算高强螺栓摩擦型衔接计算3.3.同时接受剪力和拉力衔接的承载力同时接受剪力和拉力衔接的承载力虽然当虽然当NtP 时，栓杆的预拉力变化不大，但由于时，栓杆的预拉力变化不大，但由于随随Nt的增的增大而减小，且随大而减小，且随Nt的增大板件间的挤压力减小，故衔接的抗的增大板件间的挤压力减小，故衔接的抗剪才干下降。剪才干下降。实验结果阐明，外加剪力和拉力与高强螺栓的受拉、受剪承实验结果阐明，外加剪力和拉力与高强螺栓的受拉、受剪承载力设计值之间为线性关系，故规范规定在载力设计值之间为线性关系，故规范规定在V和和N共同作用下共同作用下应满足下式：应满足下式：高强度螺栓摩擦型衔接计算高强度螺栓摩擦型衔接计算3-46b高强螺栓承压型衔接计算高强螺栓承压型衔接计算3-46a高强度螺栓承压型衔接计算高强度螺栓承压型衔接计算1.受剪衔接承载力受剪衔接承载力高强度螺栓承压型衔接的计算方法与普通螺栓衔接一样。高强度螺栓承压型衔接的计算方法与普通螺栓衔接一样。受剪承载力：受剪承载力：单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：承压承载力：承压承载力：承压型衔接高强螺栓，承压型衔接高强螺栓，Ntb应按普通螺栓的公式计算。但抗拉强应按普通螺栓的公式计算。但抗拉强度设计值不同，取度设计值不同，取 ftb= 0.48fub。2.受拉衔接承载力受拉衔接承载力高强螺栓承压型衔接计算高强螺栓承压型衔接计算为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足： 系数1.2是思索由于外拉力的存在导致高强度螺栓的承压承载力降低的修正系数。3.同时接受剪力和拉力衔接的承载力同时接受剪力和拉力衔接的承载力 对于高强度螺栓承压型衔接在剪力和拉力共同作用下计算方对于高强度螺栓承压型衔接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓一样。法与普通螺栓一样。高强度螺栓承压型衔接计算高强度螺栓承压型衔接计算3-493-50高强螺栓群衔接计算高强螺栓群衔接计算高强螺栓群衔接的受剪计算高强螺栓群衔接的受剪计算 轴心受剪轴心受剪轴心受剪轴心受剪轴力经过螺栓群的形心，所需轴力经过螺栓群的形心，所需螺栓数目：螺栓数目： Nbmin相应衔接类型单相应衔接类型单个高强螺栓抗剪承载力设计个高强螺栓抗剪承载力设计值。值。对于摩擦型衔接：对于摩擦型衔接： 对于承压型衔接：对于承压型衔接：高强度螺栓群非轴心受剪高强度螺栓群非轴心受剪在扭矩或扭矩和剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群一样，在扭矩或扭矩和剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群一样，但应该采用高强度螺栓承载力设计值进展计算。但应该采用高强度螺栓承载力设计值进展计算。高强螺栓群衔接受拉计算高强螺栓群衔接受拉计算轴心受拉轴心受拉对于摩擦型衔接：对于摩擦型衔接：高强度螺栓衔接所需的螺栓数目：高强度螺栓衔接所需的螺栓数目：对于承压型衔接：对于承压型衔接：高强度螺栓群受弯矩作用高强度螺栓群受弯矩作用由于高强度螺栓的抗拉承载力普通总小于其预拉力由于高强度螺栓的抗拉承载力普通总小于其预拉力P P，故在弯矩作，故在弯矩作用下，衔接板件接触面一直处于严密接触形状，弹性性能较好，用下，衔接板件接触面一直处于严密接触形状，弹性性能较好，可以为是一个整体可以为是一个整体, ,所以假定衔接的中和轴与螺栓群形心轴重合，所以假定衔接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力最大。最外侧螺栓受力最大。高强螺栓群衔接的受拉计算高强螺栓群衔接的受拉计算 高强螺栓群衔接计算高强螺栓群衔接计算由力学知识可得：由力学知识可得：因此，设计时只需满足下式即可：因此，设计时只需满足下式即可：高强螺栓群衔接的受拉计算高强螺栓群衔接的受拉计算 高强螺栓群衔接计算高强螺栓群衔接计算高强度螺栓群偏心受拉高强度螺栓群偏心受拉偏心力作用下的高强度螺栓衔接，螺栓最大拉力不应大于偏心力作用下的高强度螺栓衔接，螺栓最大拉力不应大于0.8P0.8P，以，以保证板件严密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型和承压型均可采保证板件严密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型和承压型均可采用叠加法计算用叠加法计算: :高强螺栓群衔接的受拉计算高强螺栓群衔接的受拉计算 高强螺栓群衔接拉剪计算高强螺栓群衔接拉剪计算高强螺栓群衔接的拉剪计算高强螺栓群衔接的拉剪计算 终了终了3-47b3-47a或或3-48