第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法第二节第二节 焊接方焊接方法和焊缝连接形式法和焊缝连接形式第三节第三节 角焊缝的构造计算角焊缝的构造计算第四节第四节 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算第五节第五节 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形第六节第六节 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算第七节第七节 高强度螺栓连接的工作性能与计算高强度螺栓连接的工作性能与计算第第第第 2 2 页页页页第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法l焊接连接焊接连接第第第第 3 3 页页页页第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法l螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接粗制（粗制（C级）级）精制（精制（D级）级）高强螺栓连接高强螺栓连接l摩擦型摩擦型l承压型承压型l铆钉连接铆钉连接第第第第 4 4 页页页页第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法连接方法连接方法优优 点点缺缺 点点焊焊 接接对几何形体适应性强，构造简单，对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于自动化，工效高省材省工，易于自动化，工效高对材质要求高，焊接程序对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大严格，质量检验工作量大铆铆 接接传力可靠，韧性和塑性好，质量易传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好于检查，抗动力荷载好 费钢、费工费钢、费工普通螺栓普通螺栓连接连接装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装螺栓精度高时加工和安装难度较大难度较大高强螺栓高强螺栓连接连接加工方便，对结构削弱少，可拆换，加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好韧性好摩擦面处理，安装工艺略摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高为复杂，造价略高射钉、自射钉、自攻螺栓连攻螺栓连接接灵活，安装方便，构件无须予先处灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结构理，适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力不能受较大集中力第第第第 5 5 页页页页螺栓连接螺栓连接螺栓连接螺栓连接 螺栓连接分螺栓连接分普通螺栓连接普通螺栓连接和和高强度螺栓连接高强度螺栓连接1. 1. 普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接 分为分为A、B、C三级。三级。 A级与级与B级为精制螺栓，级为精制螺栓，C级为粗制螺栓级为粗制螺栓 C级螺栓材料性能等级为级或级级螺栓材料性能等级为级或级 A级和级和B级螺栓材料性能等级则为级或级级螺栓材料性能等级则为级或级 级其抗拉强度不小于级其抗拉强度不小于800N/mm2，屈强比为，屈强比为 C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成级螺栓由未经加工的圆钢压制而成 螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.53mm A、B级螺栓由毛坯在车床上经过切削加工精制而成级螺栓由毛坯在车床上经过切削加工精制而成第第第第 6 6 页页页页2. 2. 高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接 45号钢，号钢，40B钢和钢和20MnTiB钢加工制作钢加工制作 经热处理后，螺栓抗拉强度应分别不低于经热处理后，螺栓抗拉强度应分别不低于 800N/mm2和和1000N/mm2 屈强比分别为和屈强比分别为和 等级分别称为级和级等级分别称为级和级 第第第第 7 7 页页页页大六角头型和扭剪型大六角头型和扭剪型 安装时通过特别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺安装时通过特别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺杆产生很大的预拉力杆产生很大的预拉力 使接触面间产生摩擦力，传递外力使接触面间产生摩擦力，传递外力 这种连接这种连接称为高强度螺栓摩擦型连接称为高强度螺栓摩擦型连接 优点：施工方便，对构件削弱小，可拆换，承受动力荷优点：施工方便，对构件削弱小，可拆换，承受动力荷载，耐疲劳，韧性和塑性好载，耐疲劳，韧性和塑性好第第第第 8 8 页页页页 高强度螺栓也可同普通螺栓一样，允许接触面滑移，依靠高强度螺栓也可同普通螺栓一样，允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺栓孔之间的承压来传力。这种连接称为螺栓杆和螺栓孔之间的承压来传力。这种连接称为高强度螺栓高强度螺栓承压型连接。承压型连接。 摩擦型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径摩擦型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径d大大；承压型连接；承压型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径的栓孔直径比螺杆的公称直径d大。大。 第第第第 9 9 页页页页一、钢结构中常见焊接方法一、钢结构中常见焊接方法手工电弧焊手工电弧焊埋弧焊埋弧焊气体保护焊气体保护焊第二节第二节 焊接特性和焊缝连接形式焊接特性和焊缝连接形式第第第第 1010 页页页页a）电路；）电路；b）施焊过程；）施焊过程；1电焊机；电焊机；2导线；导线；3焊件；焊件；4电弧；电弧；5药皮；药皮；6起保护作用的气体；起保护作用的气体；7熔渣；熔渣；8焊缝金属；焊缝金属；9主体金属；主体金属；10焊丝；焊丝；11熔池熔池1. 1. 手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊 最常用的一种焊接方法。通电后，在涂有药皮的焊条最常用的一种焊接方法。通电后，在涂有药皮的焊条和焊件间产生电弧。和焊件间产生电弧。第第第第 1111 页页页页 优点优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。焊接，特别适于焊接短焊缝。 缺点缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技：生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技术水平和精神状态有很大的关系。术水平和精神状态有很大的关系。对对Q235Q235钢采用钢采用E43E43型焊条型焊条对对Q345Q345钢采用钢采用E50E50型型对对Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢采用钢采用E55E55型型 E代表焊条代表焊条 E后面的两个数字如后面的两个数字如43表示焊条钢丝抗拉强度为：表示焊条钢丝抗拉强度为： 43kgfmm2(420Nmm2)。 数字后的两个数字后的两个，表示焊条药皮类型、适用的施焊位置，表示焊条药皮类型、适用的施焊位置 以及适用的焊接电源以及适用的焊接电源第第第第 1212 页页页页埋弧自动电弧焊埋弧自动电弧焊1焊丝转盘；焊丝转盘；2转动焊丝的电动机；转动焊丝的电动机；3焊剂漏斗；焊剂漏斗；4电源；电源；5熔化的焊剂；熔化的焊剂；6焊缝金属；焊缝金属；7焊件；焊件；8焊剂；焊剂；9移动方向移动方向2. 2. 埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动） 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊方法埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊方法 焊丝送进和焊接方向的移动有专门机构控制的焊丝送进和焊接方向的移动有专门机构控制的 称埋弧自动电弧焊称埋弧自动电弧焊 焊丝送进有专门机构控制，焊接方向移动靠工人操作的焊丝送进有专门机构控制，焊接方向移动靠工人操作的 称为埋弧半自动电弧焊称为埋弧半自动电弧焊 自动或半自动化操作，焊接工艺稳定，焊缝化学成分均自动或半自动化操作，焊接工艺稳定，焊缝化学成分均 匀，焊缝质量好，焊件变形小。匀，焊缝质量好，焊件变形小。 第第第第 1313 页页页页现场用自动行走埋弧焊机焊接重型现场用自动行走埋弧焊机焊接重型H型钢型钢第第第第 1414 页页页页3. 3. 气体保护焊气体保护焊气体保护焊气体保护焊 气体保护焊采用裸焊丝用从焊枪中喷出的气体保护施焊过程气体保护焊采用裸焊丝用从焊枪中喷出的气体保护施焊过程中的电弧、熔池和高温焊缝金属，用保护气体代替了焊剂中的电弧、熔池和高温焊缝金属，用保护气体代替了焊剂二氧化碳作为保护气体，称为二氧化碳保护焊二氧化碳作为保护气体，称为二氧化碳保护焊 二氧化碳保护焊的焊接效率高，金属熔化深度大，焊缝二氧化碳保护焊的焊接效率高，金属熔化深度大，焊缝质量好，是一种良好的焊接方法，质量好，是一种良好的焊接方法，施焊时周围的风速要小，以免气体被吹散。施焊时周围的风速要小，以免气体被吹散。第第第第 1515 页页页页二、焊接连接形式及焊缝形式二、焊接连接形式及焊缝形式1. 按构件的相对位置分按构件的相对位置分对接对接搭接搭接T形连接形连接角部连接角部连接第第第第 1616 页页页页a)对接接头；对接接头；(b)搭接接头；（搭接接头；（c）T形接头；形接头；(d)角接接头。角接接头。第第第第 1717 页页页页第第第第 1818 页页页页双层盖板和角焊缝对接连接，传力不均匀、费料，但施双层盖板和角焊缝对接连接，传力不均匀、费料，但施工简便，连接两板间隙无需严格控制。工简便，连接两板间隙无需严格控制。角焊缝的搭接连接，适用不同厚度构件连接。传力不均角焊缝的搭接连接，适用不同厚度构件连接。传力不均匀，材料较费，但构造简单，施工方便。匀，材料较费，但构造简单，施工方便。T型连接省工省料，用于制作组合截面。当采用角焊缝型连接省工省料，用于制作组合截面。当采用角焊缝连接时，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，连接时，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构连接。疲劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构连接。对于直接承受动荷载的结构？对于直接承受动荷载的结构？2. 2. 焊缝形式焊缝形式焊缝形式焊缝形式 a) 对接焊缝：正对接焊缝、斜对接焊缝。对接焊缝：正对接焊缝、斜对接焊缝。 b) 角焊缝：角焊缝： 正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝。正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝。 第第第第 1919 页页页页c)焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝 连续角焊缝和间断角焊缝连续角焊缝和间断角焊缝d)焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊 第第第第 2020 页页页页俯焊俯焊立焊立焊横焊横焊仰焊仰焊第第第第 2121 页页页页三三三三. . 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验 1. 1. 焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透。咬边、未熔合、未焊透。裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透第第第第 2222 页页页页2. 2. 焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝质量检验 缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。冷弯性能等均有不利影响。 焊缝质量检验一般可用外观检查及无损检验，前者检焊缝质量检验一般可用外观检查及无损检验，前者检查外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。查外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。无损检验目前广泛采用超声波检验，使用灵活经济，无损检验目前广泛采用超声波检验，使用灵活经济，对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；最明确可靠的检验方法是最明确可靠的检验方法是x射线或射线或y射线透照或拍片，射线透照或拍片，x 射线应用较广。射线应用较广。 第第第第 2323 页页页页超声波探伤超声波探伤一级焊缝标准检测一级焊缝标准检测第第第第 2424 页页页页 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（GB50205-2001）规）规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。 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；标准； 要求全焊透的一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求要求全焊透的一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求用超声波探伤进行内部缺陷的检验，用超声波探伤进行内部缺陷的检验， 超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验。验。第第第第 2525 页页页页3 焊缝代号、螺栓图例焊缝代号、螺栓图例 焊缝符号表示法规定：焊缝代号由引出线、图形符号和焊缝符号表示法规定：焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。辅助符号三部分组成。 焊缝代号焊缝代号 当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示。时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示。第第第第 2626 页页页页第三节第三节 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算一、角焊缝的形式和强度一、角焊缝的形式和强度直角角焊缝直角角焊缝普通型普通型深熔直角焊缝深熔直角焊缝平坡凸形平坡凸形斜角角焊缝斜角角焊缝斜锐焊缝斜锐焊缝斜钝焊缝斜钝焊缝斜凹角焊缝斜凹角焊缝第第第第 2727 页页页页第第第第 2828 页页页页一、角焊缝的形式和强度一、角焊缝的形式和强度1、正面角焊缝、正面角焊缝连接中传力路线有剧烈弯折，应力状态复杂，应连接中传力路线有剧烈弯折，应力状态复杂，应力集中明显，在焊缝根部形成应力集中，易开裂，力集中明显，在焊缝根部形成应力集中，易开裂，塑性较差。塑性较差。试验表明，正面试验表明，正面焊缝破坏强度较焊缝破坏强度较高，但塑性差高，但塑性差第第第第 2929 页页页页一、角焊缝的形式和强度一、角焊缝的形式和强度l单焊缝的三种破坏形式单焊缝的三种破坏形式焊缝剪坏焊缝剪坏焊缝拉坏焊缝拉坏焊缝断裂焊缝断裂第第第第 3030 页页页页一、角焊缝的形式和强度一、角焊缝的形式和强度2、侧面焊缝、侧面焊缝 主要受剪力，应力状态单纯，但焊缝剪应力沿主要受剪力，应力状态单纯，但焊缝剪应力沿长度分布不均匀，两头大，中间小，破坏起点在长度分布不均匀，两头大，中间小，破坏起点在两端。两端。第第第第 3131 页页页页二、角焊缝的构造要求二、角焊缝的构造要求1）最小焊角尺寸）最小焊角尺寸第第第第 3232 页页页页2）最大焊角尺寸）最大焊角尺寸3）角焊缝最小计算长度4）侧面角焊缝最大计算长度第第第第 3434 页页页页5）搭接连接的构造要求当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时，宜当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时，宜使每条侧面角焊缝计算长度使每条侧面角焊缝计算长度lw其间距其间距b，且间距，且间距 b16tmin( tmin12mm时时)或或190mm( tmin12mm时时)。第第第第 3535 页页页页 t为为较较薄薄焊焊件件的的厚厚度度，以以免免因因焊焊缝缝横横向向收收缩缩，引引起起板板件件发生较大拱曲。发生较大拱曲。 在在搭搭接接连连接接中中，当当仅仅采采用用正正面面角角焊焊缝缝时时，其其搭搭接接长长度度不不得得小小于于焊焊件件较较小小厚厚度度的的5倍倍，也也不不得得小小于于25mm，以以免免焊焊缝受偏心弯矩影响太大而破坏。缝受偏心弯矩影响太大而破坏。 第第第第 3636 页页页页 6. 6. 围焊的转角处连续施焊围焊的转角处连续施焊围焊的转角处连续施焊围焊的转角处连续施焊 对于非围焊，对于非围焊，2hf的绕角焊的绕角焊 杆件与节点板的连接焊缝宜采用两面侧焊杆件与节点板的连接焊缝宜采用两面侧焊 也可用三面围焊也可用三面围焊 对角钢杆件可采用对角钢杆件可采用L形围焊形围焊 所有围焊的转角处也必须连续施焊所有围焊的转角处也必须连续施焊第第第第 3737 页页页页三、直角角焊缝强度三、直角角焊缝强度计算计算的基本公式的基本公式 1. 角角焊焊缝缝的的有有效效截截面面为为焊焊缝缝有有效效厚厚度度与与计计算算长长度度的的乘乘积积，而有效厚度而有效厚度hehf 。 2. 试试验验表表明明，直直角角角角焊焊缝缝的的破破坏坏常常发发生生在在喉喉部部，通通常常认认为直角角焊缝是以为直角角焊缝是以45方向的最小截面作为有效计算截面。方向的最小截面作为有效计算截面。 3. 我我国国采采用用折折算算应应力力公公式式。引引入入抗抗力力分分项项系系数数后后，得得角角焊缝的计算式：焊缝的计算式： 4. 承受承受Ny和和NX作用作用 则应力综合作用下，则应力综合作用下， 和和 共同作用处的计算公式为：共同作用处的计算公式为：式中式中f正面角焊缝的强度增大系数，正面角焊缝的强度增大系数， 对正面角焊缝，对正面角焊缝， ，得：，得： 对侧面角焊缝，对侧面角焊缝， ，得：，得： 对于对于直接承受动力荷载直接承受动力荷载结构中的焊缝，取结构中的焊缝，取或或第第第第 4141 页页页页四、各种受力状态下直四、各种受力状态下直角焊缝的计算角焊缝的计算（一）、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算（一）、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算（一）、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算（一）、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算1. 1. 用盖板的对接连接用盖板的对接连接 侧面角焊缝侧面角焊缝 三面围焊缝三面围焊缝三面围焊缝三面围焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝起落弧影响起落弧影响第第第第 4343 页页页页2. 2. 承受斜向轴心力的角焊缝承受斜向轴心力的角焊缝 NNxNy 分解力或合力计算分解力或合力计算 （1）分力法）分力法 对对N N力进行分解力进行分解Nx=NsinNy=Ncos则：则：（2 2）合力法）合力法斜斜焊焊缝缝强强度度增增大大系系数数第第第第 4646 页页页页3. 3. 承受轴力的角钢端部连接承受轴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在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝采用采用两面侧焊，采用三面围焊两面侧焊，采用三面围焊特殊情况也采用特殊情况也采用L形围焊形围焊 三面围焊三面围焊可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸h hf f3 3求出正面角焊缝所分担的轴心力求出正面角焊缝所分担的轴心力N N3 3当腹杆为双角钢组成的当腹杆为双角钢组成的T T形截面，肢宽为形截面，肢宽为b b由平衡条件可得：由平衡条件可得： 起落弧影响起落弧影响两面侧焊两面侧焊上式中：上式中：N3=0考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度应为计算长度加焊缝长度应为计算长度加2hf 起落弧影响起落弧影响L形围焊形围焊起落弧影响起落弧影响N2=0杆件受力小，采用杆件受力小，采用L形围焊形围焊为设计方便，为设计方便，k1和和k2可近似取可近似取:k1=0.7k2=0.3 k1=0.75k2=0.25k1=0.65k2=0.35等边角钢连接等边角钢连接不等边角钢短边连接不等边角钢短边连接不等边角钢长边连接不等边角钢长边连接（二（二) )、承受承受弯矩、弯矩、轴力、剪力时角焊缝计算轴力、剪力时角焊缝计算 (1) 双面角焊缝连接承受偏心斜拉力双面角焊缝连接承受偏心斜拉力N作用作用A点处方向相同，直接叠加点处方向相同，直接叠加剪剪力力Ny在在A点点处处产产生生平平行行于于焊缝长度方向应力：焊缝长度方向应力： (2) 工字梁与钢柱翼缘角焊缝连接工字梁与钢柱翼缘角焊缝连接 焊缝承受剪力焊缝承受剪力V和弯矩和弯矩M=Ve弯矩弯矩M焊缝全截面承受焊缝全截面承受，产生三，产生三角形分布的水平弯曲应力角形分布的水平弯曲应力f1剪力通常假定仅由剪力通常假定仅由腹板焊缝承受腹板焊缝承受，剪应力均匀分布剪应力均匀分布VeABBAh1h2应验算应验算A、B点处的焊缝应力点处的焊缝应力( Iw为焊缝截面惯性矩为焊缝截面惯性矩)A点：点：B点：点：AfBBAh1h2f1f2(三三)、承受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算承受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算 三面围焊承受偏心力三面围焊承受偏心力F偏心力产生轴心力偏心力产生轴心力F和扭矩和扭矩T=Fe。FVT焊缝承受扭矩时的焊缝承受扭矩时的基本假定基本假定:（1）被连接构件绝对刚性）被连接构件绝对刚性, 焊缝变形按弹性考虑焊缝变形按弹性考虑（2）被被连连接接构构件件绕绕焊焊缝缝形形心心O相相互互旋旋转转，焊焊缝缝任任一一点点变变形形和应力方向均垂直于该点与和应力方向均垂直于该点与O的连线，大小与的连线，大小与r成正比。成正比。ThbcxxyyrxryrJ = Ix + IyJ焊缝计算截面对形心极惯焊缝计算截面对形心极惯性矩性矩分解为分解为x方向和方向和y方向的分力方向的分力fAhb0.7hfcxxyy其中：其中：有了有了c值，可以计算值，可以计算Ix、Iy 。或者或者:如果力矩在焊缝群平面内，则受扭，垂直于焊如果力矩在焊缝群平面内，则受扭，垂直于焊缝群平面，则受弯。缝群平面，则受弯。判断焊缝受弯矩还是受扭矩作用，判断焊缝受弯矩还是受扭矩作用，焊缝群中任意点应力方向均垂直于该点和焊缝群形心焊缝群中任意点应力方向均垂直于该点和焊缝群形心 的连的连线。同时这些点应力的方向又垂直于焊缝的长度方向线。同时这些点应力的方向又垂直于焊缝的长度方向该连接中的角焊缝为受弯，否则为受扭。该连接中的角焊缝为受弯，否则为受扭。五、五、 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算 1. 形式形式 两两焊焊脚脚边边的的夹夹角角不不是是90的的角角焊焊缝缝为为斜斜角角角角焊焊缝缝，这这种种焊焊缝缝往往用于料仓壁板、管形构件等的端部往往用于料仓壁板、管形构件等的端部T形接头连接中形接头连接中2. 计算计算 斜角角焊缝的计算方法与直角焊缝相同：斜角角焊缝的计算方法与直角焊缝相同：（1）任何情况都取）任何情况都取f（或（或f）。）。（2）有效厚度有效厚度 假定焊缝在其所成夹角的最小斜面上发生破坏。假定焊缝在其所成夹角的最小斜面上发生破坏。 规范规定：当两焊角边夹角规范规定：当两焊角边夹角 或或 （a）根部间隙（）根部间隙（b、b1或或b2）不大于时，）不大于时， 有效厚度：有效厚度： (b) 当根部间隙大于当根部间隙大于1.5mm ,小于小于5mm时，时， 有效厚度：有效厚度：第第第第 6363 页页页页第四节第四节 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算一、对接焊缝的形式和构造一、对接焊缝的形式和构造主要形式主要形式l直边缝直边缝l单边单边V形形l双边双边V形形lU形形lK形形lX形形第第第第 6464 页页页页二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算1、轴心受力的对接焊缝的计算、轴心受力的对接焊缝的计算第第第第 6565 页页页页2、斜向受力的对接的焊接分别验证正应力、剪、斜向受力的对接的焊接分别验证正应力、剪应力，有一定的近似性应力，有一定的近似性二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算第第第第 6666 页页页页3.承受弯、剪、承受弯、剪、轴力共同作用轴力共同作用的对接焊缝的对接焊缝（1）矩形截面）矩形截面二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算第第第第 6767 页页页页3.承受弯、剪、轴承受弯、剪、轴力共同作用的力共同作用的对接焊缝对接焊缝（2）对称工字形）对称工字形截面截面二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算第第第第 6868 页页页页二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算4.牛腿连接的对接焊缝计算牛腿连接的对接焊缝计算 (1) 弯矩，轴力由全截面承担弯矩，轴力由全截面承担 (2) 剪力只由腹板承担剪力只由腹板承担第第第第 6969 页页页页第第第第 7070 页页页页第五节第五节 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类和产生原因一、焊接残余应力的分类和产生原因1、纵向焊接残余应力、纵向焊接残余应力 钢材在钢材在600oC时，处于热塑状态，焊接时，焊缝附近温度高时，处于热塑状态，焊接时，焊缝附近温度高达达1600oC，而邻近温度较低。冷却时，焊缝收缩受到两侧钢板阻，而邻近温度较低。冷却时，焊缝收缩受到两侧钢板阻碍而产生拉应力，两侧产生压应力。碍而产生拉应力，两侧产生压应力。焊缝纵向收缩引起纵向应力焊缝纵向收缩引起纵向应力(a)平接对接焊缝平接对接焊缝 (b)顶接角焊缝顶接角焊缝第第第第 7171 页页页页2、横向焊接残余应力、横向焊接残余应力分为两部分分为两部分a.焊缝纵向收缩，使两块钢板形成反方向焊缝纵向收缩，使两块钢板形成反方向弯曲变形。弯曲变形。第第第第 7272 页页页页b. 焊缝在施工过程中，冷却时间不同，先焊部份先凝固，焊缝在施工过程中，冷却时间不同，先焊部份先凝固，中焊部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却，三部分产生杠中焊部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却，三部分产生杠杆作用。杆作用。最后的横向应力是最后的横向应力是a、b两种情况的叠加。两种情况的叠加。第第第第 7373 页页页页3、厚度方向焊接应力、厚度方向焊接应力 因焊缝表面与空气接触而散热快，中间部分冷却慢，因焊缝表面与空气接触而散热快，中间部分冷却慢，收缩时受到阻碍形成中间受拉，两边受压的应力状态收缩时受到阻碍形成中间受拉，两边受压的应力状态第第第第 7474 页页页页4、约束状态下产生的焊接应力、约束状态下产生的焊接应力 焊缝及其附近高温钢板的横向膨胀受到阻碍，产生焊缝及其附近高温钢板的横向膨胀受到阻碍，产生横向塑性压缩；焊缝冷却时，产生残余约束拉应力，横向塑性压缩；焊缝冷却时，产生残余约束拉应力，钢板两端约束程度越强，两边约束距离越短时，产生钢板两端约束程度越强，两边约束距离越短时，产生的约束应力越大。的约束应力越大。第第第第 7575 页页页页二、焊接残余应力的影响二、焊接残余应力的影响1、一般对结构构件静力强度无影响、一般对结构构件静力强度无影响2、对结构构件的变形和刚度有影响、对结构构件的变形和刚度有影响3、对结构构件稳定有影响、对结构构件稳定有影响4、对结构疲劳强度有影响、对结构疲劳强度有影响第第第第 7676 页页页页三、焊接变形的产生与防止三、焊接变形的产生与防止 焊接过程中，由于焊区的收缩总要使构件产生焊接过程中，由于焊区的收缩总要使构件产生一些变形。一些变形。 表现为纵向、横向收缩变形，弯曲变形，波浪表现为纵向、横向收缩变形，弯曲变形，波浪变形，角变形变形，角变形第第第第 7777 页页页页主要防止措施主要防止措施1、设计措施、设计措施1）尽量减少焊缝的数量和尺寸）尽量减少焊缝的数量和尺寸2）避免焊缝过份集中）避免焊缝过份集中3）尽可能采用对称焊缝）尽可能采用对称焊缝4）尽可能避免仰焊）尽可能避免仰焊5）焊后采用人工或机械方法消除焊接变形）焊后采用人工或机械方法消除焊接变形第第第第 7878 页页页页2、焊接工艺措施、焊接工艺措施1）、采用适当的焊接顺）、采用适当的焊接顺 序和方法序和方法2）、采用反向预变形）、采用反向预变形3）、采用预热法）、采用预热法 焊前预热到焊前预热到100OC300OC，焊，焊后保温一段时间，后保温一段时间，减少焊接和冷却过减少焊接和冷却过程中温度不均匀程程中温度不均匀程度度第第第第 7979 页页页页第六节第六节 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算一、螺栓的排列和构造要求一、螺栓的排列和构造要求1、螺栓的排列与间距、螺栓的排列与间距排列方式：并列和错列两种（见表排列方式：并列和错列两种（见表34）第第第第 8080 页页页页2、原因、原因1）最小间距要求）最小间距要求 端距过小，钢材有剪断的可能，边距和中距过小，端距过小，钢材有剪断的可能，边距和中距过小，构件可能沿折线或直线被拉断；施工也要求一定空间。构件可能沿折线或直线被拉断；施工也要求一定空间。2）最大间距要求）最大间距要求a. 对于受压构件，被连接件易发生张口或鼓曲现象对于受压构件，被连接件易发生张口或鼓曲现象b. 螺距过大，接触面不密实，潮气易侵入螺距过大，接触面不密实，潮气易侵入第第第第 8181 页页页页二、普通螺栓连接计算二、普通螺栓连接计算抗剪螺栓抗剪螺栓-依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的承压，传递垂直于螺栓的外力承压，传递垂直于螺栓的外力抗拉螺栓抗拉螺栓-依靠螺杆受拉传递平行于螺杆依靠螺杆受拉传递平行于螺杆的外力的外力第第第第 8282 页页页页1、抗剪普通螺栓连接计算、抗剪普通螺栓连接计算1）破坏形式主要有）破坏形式主要有 a）螺栓剪断）螺栓剪断 b）钢板孔壁挤压破坏）钢板孔壁挤压破坏 c）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断 d）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏 e） 螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏另外还有另外还有 螺栓双剪破坏等。螺栓双剪破坏等。第第第第 8383 页页页页螺栓剪断螺栓剪断第第第第 8484 页页页页第第第第 8585 页页页页第第第第 8686 页页页页第第第第 8787 页页页页第第第第 8888 页页页页第第第第 8989 页页页页2)、抗剪螺栓的承载力、抗剪螺栓的承载力第第第第 9090 页页页页3)、轴心力作用下螺栓群抗剪计算、轴心力作用下螺栓群抗剪计算a)螺栓数目螺栓数目b)构件净截面强度验算构件净截面强度验算第第第第 9191 页页页页第第第第 9292 页页页页4)、扭矩作用下的螺栓群计算、扭矩作用下的螺栓群计算基本假定基本假定a)被连接件绝对刚性被连接件绝对刚性b)螺栓受力处于弹性阶段螺栓受力处于弹性阶段第第第第 9393 页页页页第第第第 9494 页页页页5）、扭矩、剪力共同作用下螺栓群计算）、扭矩、剪力共同作用下螺栓群计算第第第第 9595 页页页页2、抗拉普通螺栓连接计算、抗拉普通螺栓连接计算1）、普通螺栓的受拉连接）、普通螺栓的受拉连接 一个螺栓抗拉承载力设计值一个螺栓抗拉承载力设计值 de：普通螺栓有效直径；：普通螺栓有效直径； Ae：普通螺栓有效截面面积。：普通螺栓有效截面面积。第第第第 9696 页页页页2）、轴心力作用下螺栓群抗拉计算）、轴心力作用下螺栓群抗拉计算a)、拉力N通过形心，并没螺杆长度方向受力b)、拉力通过形心， 但与端板成一 夹角。第第第第 9797 页页页页3)、弯矩、轴拉力共同作用下的螺栓群计算、弯矩、轴拉力共同作用下的螺栓群计算v弯矩弯矩M较小时：以受拉为主，板端与柱接触面完较小时：以受拉为主，板端与柱接触面完全脱离，不存在板端受压区；全脱离，不存在板端受压区；v弯矩弯矩M较大时：存在板端受压区。较大时：存在板端受压区。第第第第 9898 页页页页第第第第 9999 页页页页3、同时抗剪和抗拉普通螺栓连接计算、同时抗剪和抗拉普通螺栓连接计算第第第第 100100 页页页页第第第第 101101 页页页页第七节第七节 高强度螺栓连接的构造与计算高强度螺栓连接的构造与计算一、高强螺栓连接的一般要求一、高强螺栓连接的一般要求1、主要技术要求、主要技术要求高强螺栓的材料高强螺栓的材料级表示最低抗拉强度级表示最低抗拉强度800N/mm2, fy级表示最低抗拉强度级表示最低抗拉强度1000N/mm2, fy高强螺栓预拉力高强螺栓预拉力P(见表见表35）我国规范我国规范p=(0.90.90.9/1.2)fyAeyAe接触面的拉滑移系数（见表接触面的拉滑移系数（见表36）第第第第 102102 页页页页二、摩擦型高强度螺栓二、摩擦型高强度螺栓连接承载力计算连接承载力计算传力机理：靠钢板间的磨传力机理：靠钢板间的磨擦面传力擦面传力1、受剪连接承载力、受剪连接承载力2、受拉连接承载力、受拉连接承载力3、拉剪联合作用、拉剪联合作用第第第第 103103 页页页页三、摩擦型高强螺栓群的计算三、摩擦型高强螺栓群的计算1、轴心力作用下螺栓群计算、轴心力作用下螺栓群计算(2)、连接构件净截面强度计、连接构件净截面强度计算算与普通螺栓不同，因为最危与普通螺栓不同，因为最危险截面在第一排螺栓孔处，险截面在第一排螺栓孔处，存在孔前传力系数为存在孔前传力系数为的净截面拉力。的净截面拉力。第第第第 104104 页页页页2、扭矩作用下，高强螺栓的计算（螺栓受剪）、扭矩作用下，高强螺栓的计算（螺栓受剪）第第第第 105105 页页页页3、力矩作用下，顶接连接计算、力矩作用下，顶接连接计算第第第第 106106 页页页页4、弯剪作用、弯剪作用第第第第 107107 页页页页四、承压型高强螺栓计算四、承压型高强螺栓计算 1、承压型高强螺栓抗剪承载力、承压型高强螺栓抗剪承载力第第第第 108108 页页页页2、承压形高强螺栓抗拉承载力、承压形高强螺栓抗拉承载力3、拉剪联合作用、拉剪联合作用