第三章鋼結構的連接本章主要內(nèi)容：3.1連接方法3.2焊接方法和焊縫形式3.3對接焊縫的構造和計算3.4角焊縫的構造和計算3.5焊接應力和焊接變形3.6螺栓連接的構造要求3.7普通螺栓連接計算

3.7.1螺栓連接的受力形式

3.7.2普通螺栓抗剪連接

3.7.3普通螺栓抗拉連接

3.7.4普通螺栓抗拉、剪聯(lián)聯(lián)合作用本章主要內(nèi)容：3.8

高強度螺栓連接的連接計算

3.8.1高強度螺栓的分類和構造要求

3.8.2高強度螺栓的工作性能及單栓承載力

3.8.3高強度螺栓群的抗剪計算

3.8.4高強度螺栓群的抗拉計算

3.8.5高強度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的連接計算

3.8.6高強度螺栓群在拉力、彎矩和剪力共同作用下的連接計算3.9混合連接3.1連接方法鋼結構的構件制作和整體安裝都離不開零部件和構件之間的連接（connection）。鋼結構主要的連接方法有焊接連接鉚釘連接

螺栓連接（1）焊接連接（2）螺栓連接（3）鉚釘連接焊接連接鉚釘連接鉚釘螺栓連接螺栓（1）焊接連接

在被連接金屬件之間的縫隙區(qū)域，通過高溫使被連接金屬與填充金屬熔融結合，冷卻后形成牢固連接的工藝過程稱為焊接連接（weldedconnection），填充金屬帶稱為焊縫。焊接連接不削弱構件截面，接頭緊湊，可以采用自動化操作，是現(xiàn)代鋼結構最主要的連接方法。但是，由于焊縫附近高溫作用而形成的熱影響區(qū)，使鋼材的金相組織和力學性能發(fā)生變化，材質(zhì)變脆，一旦局部發(fā)生裂紋很容易擴展，尤其在低溫下易發(fā)生脆斷；另外，焊接過程中會產(chǎn)生焊接應力和焊接變形，對結構的工作性能往往有不利影響。3.1連接方法視頻：焊縫優(yōu)點：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；缺點：材質(zhì)易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感。

對接焊縫連接角焊縫連接3.1連接方法焊接連接對接焊縫連接角焊縫連接焊接連接是現(xiàn)代鋼結構最基本的連接方式，應用最廣泛。N3.1連接方法（2）螺栓連接螺栓連接需要在被連接間上鉆孔，裝上螺桿、擰緊螺帽進行連接。動畫：螺栓與螺母螺栓（bolt）分為普通螺栓和高強度螺栓兩類。

普通螺栓：分為A、B、C三級。A、B級螺栓稱為精制螺栓，成本較高，其性能等級為8.8級（表示抗拉強度不小于800N/mm2，屈服點與抗拉強度之比為0.8)；C級螺栓為粗制螺栓，成本低，其性能等級為4.6級或4.8級。高強螺栓：高強度螺栓用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或低合金鋼制作，并經(jīng)過熱處理，材料性能等級達到8.8級以上。高強度螺栓按工作性能不同，又分為摩擦型連接和承壓型連接。

視頻：螺栓、螺母的生產(chǎn)3.1連接方法（3）鉚釘連接鉚釘（rivet）連接是將鉚釘插入鉚孔后施壓使鉚釘端部鉚合，常用加熱鉚合，也可在常溫下鉚合。鉚釘連接的塑性、韌性較好，連接變形小，承受動力荷載時抗疲勞性能好，適合于重型和直接承受動力荷載的結構。由于鉚釘連接費材費工，噪音大，一般情況下很少采用。3.1連接方法視頻：鉚釘機鉚接過程3.2.1鋼結構的焊接方法常用：電弧焊{手工電弧焊、自動(或半自動)埋弧焊}，氣體保護焊及電阻焊。1.手工電弧焊原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。

焊機導線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧視頻：手工電弧焊3.2焊接方法和焊縫形式A、焊條的選擇：焊條應與焊件鋼材相適應。如：

Q235-E4328；Q345-E5048；Q390-E5518B、焊條的表示方法：

E—焊條(Electrode)第1、2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強度（×10N/mm2)第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。優(yōu)點：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。C、優(yōu)、缺點：3.2焊接方法和焊縫形式視頻：焊條2.埋弧焊（自動或半自動）、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件埋弧自動焊視頻：埋弧自動焊3.2焊接方法和焊縫形式

埋弧焊的焊條應與焊件鋼材相匹配，如：Q235-H08、H08A、H08MnA;Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn送絲器機器3.2焊接方法和焊縫形式視頻：焊絲小結：A、焊絲的選擇應與焊件等強度。B、優(yōu)、缺點：

優(yōu)點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接質(zhì)量好。

缺點：設備投資大，施工位置受限等。3.2焊接方法和焊縫形式3.氣體保護焊氣體保護焊簡稱氣電焊，是利用惰性氣體（如氬氣）或二氧化碳氣體作為保護介質(zhì)，在電弧周圍造成局部的保護層，使被熔化的鋼材不與空氣接觸，因而電弧加熱集中，焊接速度快，熔化深度大，焊縫強度高，塑性好。

視頻：CO2氣體保護焊3.2焊接方法和焊縫形式視頻：氬弧焊4.電阻焊電阻焊是利用電流通過焊件接觸點表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來熔化金屬，再通過壓力使其焊合。冷彎薄壁型鋼的焊接常用這種接觸點焊(如圖)。電阻焊適用于板疊厚度不超過12mm的焊接。視頻：電阻焊3.2焊接方法和焊縫形式電阻焊

主體金屬焊縫夾具3.2.2焊縫形式及焊接連接形式焊縫形式主要有兩種：對接焊縫和角焊縫

焊縫形式角焊縫

對接焊縫

3.2焊接方法和焊縫形式按施焊時焊工所持焊條與焊件間的相對位置關系，焊縫還分為：

焊縫施焊位置

平焊橫焊

立焊仰焊

3.2焊接方法和焊縫形式仰焊橫焊平焊立焊角焊縫按施焊位置或表示為：船形位置焊（平焊）立焊立焊仰焊仰焊仰焊橫焊橫焊橫焊平焊3.2焊接方法和焊縫形式仰焊連接形式平接

搭接

T形連接

角接

3.2焊接方法和焊縫形式(a)(c)(b)(d)(e)(f)(g)(h)(i)除上述主要形式外，有時還采用焊釘和槽焊。即在板件上加工出圓孔或槽孔，在孔內(nèi)進行部分或全部焊接。焊釘和槽焊用于搭接連接可以傳遞剪力，或用于防止搭接部分的鼓曲，或用于組裝件的連接。3.2焊接方法和焊縫形式焊釘槽焊3.2.3焊縫缺陷和焊縫質(zhì)量檢驗（1）焊縫缺陷焊縫的常見缺陷：

裂紋是焊縫連接中最危險的缺陷（defect）。按裂紋產(chǎn)生的時間，可分為熱裂紋和冷裂紋。

3.2焊接方法和焊縫形式氣孔夾碴未焊透咬邊焊瘤冷裂紋熱裂紋（2）焊縫質(zhì)量檢驗與焊縫強度焊縫檢驗就是檢驗焊縫及焊接熱影響區(qū)域的有無各種缺陷，并作出相應的處理，評價焊接質(zhì)量、性能是否達到設計要求，確保焊縫安全可靠。3.2焊接方法和焊縫形式焊縫質(zhì)量檢查外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無損檢驗：檢驗內(nèi)部缺陷。內(nèi)部檢驗主要采用超聲波，有時還用磁粉檢驗、熒光檢驗等輔助檢驗方法。還可以采用X射線或γ射線透照或拍片。3.2焊接方法和焊縫形式鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50205-2001)規(guī)定：焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫：規(guī)定只對全部焊縫作外觀質(zhì)量檢查，即檢查焊縫尺寸和外觀缺陷（表面裂紋、焊瘤、氣孔、咬邊等）是否符合焊縫質(zhì)量三級標準的要求；二級焊縫：除了作焊縫外觀檢查，還需對20%的焊縫作超聲波檢查。一級焊縫：除了作焊縫外觀檢查，還需對全部焊縫作超聲波檢查，當超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時，還應按《金屬熔化焊焊接接頭射線照相》（GB/T3323—2005），還要求作X射線檢查。3.2焊接方法和焊縫形式GB50017-2003《鋼結構設計規(guī)范》還規(guī)定焊縫應根據(jù)結構的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應力狀態(tài)等情況，按下列原則分別選用不同的質(zhì)量等級。（1）需要計算疲勞的構件：垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p或T形接頭對接與角接組合焊縫，受拉時為一級，受壓時為二級；平行于作用力方向的縱向?qū)雍缚p為二級。（2）不需要計算疲勞的構件：凡要求與母材等強的對接焊縫，受拉時應不低于二級，受壓時宜為二級。3.2焊接方法和焊縫形式（3）重級工作制和起重量Q≥50t的中級工作制吊車梁：腹板與上翼緣之間，以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的全焊透T形接頭對接與角接組合焊縫，不應低于二級。（4）T形接頭的角焊縫或部分焊透的對接與角接組合焊縫，以及搭接連接的角焊縫，在用于直接承受動力荷載且需要計算疲勞的結構和起重量Q≥50t的中級工作制吊車梁時，外觀質(zhì)量應符合二級。在用于其他結構時，外觀質(zhì)量可為三級。3.2焊接方法和焊縫形式3.2.4焊縫代號

焊縫代號用于鋼結構施工圖上對焊縫進行標注，標明焊縫形式、尺寸和輔助要求。常用焊縫代號和標注方法如下：

形式角焊縫對接焊縫塞焊縫三面圍焊單面焊縫雙面焊縫安裝焊縫相同焊縫標注方法焊縫代號及標注方法3.2焊接方法和焊縫形式焊縫分布比較復雜或用上述注標方法不能表達清楚時，可在標注焊縫代號的同時，在圖上加柵線表示焊縫。3.2焊接方法和焊縫形式焊縫符號及標注方法《焊縫符號表示法》（GB/T324-1988）《建筑結構制圖標準》（GB/T50105-2001）（a）正面焊縫（b）背面焊縫（c）安裝焊縫（d）背面安裝焊縫3.3.1對接焊縫的構造

對接焊縫常做成帶坡口的形式，故又稱為坡口焊縫。常用的坡口形式有直邊形、單邊V形、V形、U形、K形和X形(如下圖)。做坡口是為了便于施焊，保證焊接質(zhì)量，應根據(jù)焊件的厚度選用不同的坡口形式。坡口形狀參數(shù)有：斜坡角度α、鈍邊厚度p和間隙寬度c。3.3對接焊縫的構造和計算pppppc=0.5~2mmc=2~3mmc=2~3mmc=3~4mmc=3~4mmc=3~4mmαα當焊件厚度t≤6mm(手工焊)或t≤10mm(埋弧焊)時，可采用直邊形焊縫；對于一般厚度（t＝8～20mm），可采用單邊V或V形焊縫，斜坡口和間隙c形成一個焊條能夠施焊的空間，使焊縫易于焊透；對于厚度t＞20mm，應采用施焊空間更大的U形、K形或X形焊縫。當間隙c過大時，為防止熔化金屬溢出，可采用墊板，施焊成型后，墊板可除去，也可保留。3.3對接焊縫的構造和計算b=0.5~2mm（直邊縫）b=2~3mm（單邊V）αb=2~3mm（V型）αp（U型）b=3~4mmpb=3~4mmp（K型）b=3~4mmp（X型）溫習：坡口形式視頻：對接接頭的坡口形式對接焊縫加引弧板對接焊縫的兩端，常因不能熔透而出現(xiàn)凹形的焊口，焊口處常產(chǎn)生裂紋和應力集中。所以，對接焊縫施焊時應采用引弧板消除此影響；引弧板和引出板，焊后將它們割除；在一些特殊情況下無法采用引弧板時（如T形接頭的對接焊縫），每條焊縫的計算長度（有效長度）＝焊縫長度－2t(t為較薄焊件的厚度)。3.3對接焊縫的構造和計算引弧板在對接焊縫的拼接處，當兩塊焊件的寬度或厚度相差4mm以上時，應分別把較寬或較厚一側(cè)的板件做成不大于1：2.5的斜邊與窄或薄的焊件焊接，使截面緩和過渡以減小應力集中。3.3對接焊縫的構造和計算≤1:2.5≤1:2.53.3.2對接焊縫的強度計算焊縫的強度計算，就是計算焊縫在各種受力情況下，是否滿足強度條件，保證連接的可靠性。（1）對接焊縫受軸心力作用對接焊縫與軸力垂直時，焊縫截面的應力均勻分布，強度計算公式為：式中N—軸心拉力或壓力；

lw—焊縫的計算長度。未使用引弧板時，lw

＝l－2t，采用引弧板時lw＝l;3.3對接焊縫的構造和計算NNltl—焊縫的幾何長度；t—被連接件的較小厚度，在T形連接中為腹板厚度;ftw、

fcw—對接焊縫的抗拉、抗壓強度設計值（查附表）。對于焊縫質(zhì)量等級為一、二級的對接焊縫，其強度與鋼材強度相等。因此，如果連接中使用了引弧板，則鋼材強度滿足焊縫強度就滿足，可不驗算。而焊縫質(zhì)量為三級的焊縫，其強度低于鋼材強度，必須按公式計算。

3.3對接焊縫的構造和計算如果直焊縫的強度不滿足，可使用斜對接焊縫（如圖），使焊縫的長度增加，應力減小。若取焊縫與與作用力之間的夾角θ≤56.3o（tanθ≤1.5），斜焊縫的強度不會低于鋼材，可以不驗算。3.3對接焊縫的構造和計算NbtθN（2）對接焊縫受彎矩、剪力共同作用用對接焊縫連接的工字形截面梁，焊縫受彎矩和剪力共同作用。截面上正應力、剪應力分布如圖示，在上、下翼緣邊有最大正應力，在腹板中部有最大剪應力，且都屬于單向應力狀態(tài)，可分別驗算這兩點的抗彎強度和抗剪強度：3.3對接焊縫的構造和計算MVστ另外，在翼緣與腹板相交處，同時受較大正應力和剪應力，且屬于雙向應力狀態(tài)，該點的應力按折算應力計算?？紤]到折算應力只是在局部出現(xiàn)，焊縫的強度設計值可提高10％，故得計算公式如下：式中Iw——焊縫計算截面的慣性矩；

Sw——計算剪應力處以外的焊縫計算截面對中和軸的面積矩；

Ww——焊縫計算截面的抵抗矩；

tw——腹板厚度；

fvw——對接焊縫的抗剪強度設計值。3.3對接焊縫的構造和計算MVστσ1τ13.3對接焊縫的構造和計算式中σ1——腹板與翼緣交接處由彎矩引起的正應力；

τ1——腹板與翼緣交接處的剪應力；在翼緣與腹板相交處：MVστσ1τ1（3）對接焊縫受軸心力、彎矩和剪力共同作用

將軸心力作用產(chǎn)生的正應力與彎矩產(chǎn)生的正應力疊加。此時，最大正應力在翼緣邊，單向受力；其余部分均受正應力和剪應力作用，屬雙向應力狀態(tài)，其中翼緣與腹板相交處正應力和剪應力都較大。需對上述兩點進行強度驗算。A.對于焊縫的σmax和τmax應滿足3.3對接焊縫的構造和計算MVhh0NNσN

σM

τ

B.對于翼緣與腹板交接點焊縫（1點），其折算應力尚應滿足下式要求：1.1—考慮最大折算應力只在局部出現(xiàn)的強度增大系數(shù)。1焊縫截面σmaxσ1ττ1τmaxσN3.3對接焊縫的構造和計算

對于梁柱節(jié)點處的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪應力均勻分布，其計算公式為：Aw——牛腿處腹板的焊縫計算面積。

對接焊縫的計算除考慮焊縫長度是否減少，焊縫強度要否折減外，對接焊縫的計算方法與母材的強度計算完全相同。

3.3對接焊縫的構造和計算對接焊縫計算步驟確定荷載；進行截面應力狀態(tài)分析；計算截面幾何特征值；強度驗算。確定最不利位置；不同作用情況下對接焊縫計算（矩形、I形）3.3對接焊縫的構造和計算1.截面幾何特征值計算【例題3.1】【解】2501016161000MV1驗算如圖所示的鋼板對接焊縫的連接。M=1008kN.m，V=240KN，鋼材Q235，E43焊條，手工焊，質(zhì)量等級為三級，采用引弧板。2.焊縫強度計算驗算如圖所示牛腿與柱的對接焊縫連接。F=170kN，鋼材Q390，E55焊條，手工焊，質(zhì)量等級為三級，不采用引弧板?！纠}3.2】961012190F160—120×12—200×10ba9610121902.荷載計算F160ba1.截面幾何特征值計算【解】xx0961219010yc3.焊縫強度驗算9610121903.4.1角焊縫的截面形式和受力性能角焊縫截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫兩類：其中直角角焊縫的直角邊邊長hf稱為焊腳尺寸；he稱為焊縫的有效厚度，是計算角焊縫破壞面面積的參數(shù)之一。

直角角焊縫及截面形式

3.4角焊縫的構造和計算(a)等腰式(b)平坦式(c)凹面式hf1.5hfhehfhfhehfhfhe重點：直角角焊縫和構造和計算。對于α>135o或α<60o斜角角焊縫，除鋼管結構外，不宜用作受力焊縫。3.4角焊縫的構造和計算hfhfα(a)等腰式(b)平坦式(c)凹面式hfhfαhfhfα斜角角焊縫及截面形式

角焊縫按受力情況還分為正面角焊縫和側(cè)面角焊縫。正面角焊縫（也稱端焊縫）：焊縫長度方向垂直于力作用方向的角焊縫；側(cè)面角焊縫（簡稱側(cè)焊縫）：平行于力作用方向的角焊縫。3.4角焊縫的構造和計算N側(cè)面角焊縫正面角焊縫N側(cè)面角焊縫在外力作用下主要承受剪應力，塑性較好，強度較低。在彈性階段，應力沿焊縫長度方向分布不均勻，兩端大而中間小，破壞的起點常在焊縫兩端，破壞面約為450斜面，如圖所示。

3.4角焊縫的構造和計算（剪切破壞面）τfNN試驗表明：側(cè)面角焊縫主要承受剪力，強度相對較低，塑性性能較好。因外力通過焊縫時發(fā)生彎折，故剪應力沿焊縫長度分布不均勻，兩端大中間小，lw/hf越大剪應力分布越不均勻。剪應力τf

應力分析NlwN3.4角焊縫的構造和計算正面角焊縫的應力狀態(tài)比側(cè)面角焊縫復雜，截面上受正應力及剪應力作用，如圖所示。正面角焊縫的強度比側(cè)面角焊縫高，但塑性較差，與側(cè)面角焊縫相比可高出35%—55%以上。焊縫根角處應力集中突出，常在此處首先出現(xiàn)裂紋而破壞。在直接承受動態(tài)荷載的結構中，正面角焊縫的截面常用平坦式，側(cè)面角焊縫的截面常用凹面式。3.4角焊縫的構造和計算

正面角焊縫的破壞形式3.4角焊縫的構造和計算3.4.2角焊縫的構造要求為了避免因焊腳尺寸過大或過小而引起“燒穿”、“變脆”等缺陷，以及焊縫長度太長或太短而出現(xiàn)焊縫受力不均勻等現(xiàn)象，對角焊縫的焊腳尺寸、焊縫長度還有限制。在計算角焊縫連接時，除滿足焊縫的強度條件外，還必須滿足以下構造要求：1）最小焊腳尺寸手工焊：埋弧自動焊：T型連接的單面角焊縫：式中tmax—較厚焊件的厚度。當焊件厚度小于或等于4mm時，最小焊腳尺寸與焊件厚度相同。3.4角焊縫的構造和計算2）最大焊腳尺寸

式中t—較薄焊件的厚度。

當兩塊鋼板厚度相差懸殊大，用等腰直角角焊縫無法滿足最大、最小焊腳尺寸要求時，可用不等焊腳尺寸，按滿足右圖要求采用（其中t1>t2）。3.4角焊縫的構造和計算當角焊縫貼著焊件板邊緣施焊時，為避免產(chǎn)生“咬邊”現(xiàn)象，角焊縫的最大焊腳尺寸應符合圖示要求：圓孔或槽孔內(nèi)角焊縫的最大焊腳尺寸為圓孔直徑或槽孔短徑的1/3。3）最小計算長度此規(guī)定適合正面角焊縫和側(cè)面角焊縫。

3.4角焊縫的構造和計算4）最大計算長度對側(cè)面角焊縫承受靜力荷載或間接承受動力荷載時，

直接承受動力荷載時，

在滿足受力和構造要求的前提下，從減小焊接熱影響的角度來說，應盡可能采用焊腳尺寸小而長度較長的焊縫。計算長度：小結設計時，焊縫需滿足：焊腳尺寸：3.4角焊縫的構造和計算5）其他構造要求當板件的端部僅有兩側(cè)角焊縫連接時，為避免應力傳遞的過分曲折而使構件中應力過分不均，應使每條側(cè)面角焊縫長度不小于兩側(cè)面角焊縫之間的距離b。3.4角焊縫的構造和計算t1blwbt2N2hf鋼板拱曲N同時，為了避免因焊縫橫向收縮，引起板件拱曲，應使側(cè)面角焊縫之間的距離b不宜大于16t(當t＞12mm)或190mm(當t≤12mm)，t為較薄焊件厚度。若不能滿足上述規(guī)定時，應加正面角焊縫或焊釘。當角焊縫的端部在構件轉(zhuǎn)角處時，為避免起、滅弧缺陷發(fā)生在應力集中較大的轉(zhuǎn)角處，宜連續(xù)地繞過轉(zhuǎn)角加焊2hf。在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，且不小于25mm，以減小焊縫收縮應力和偏心產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動對連接的影響

3.4角焊縫的構造和計算LNNNN發(fā)生轉(zhuǎn)動對次要構件且焊縫受力很小時，可采用間斷角焊縫連接。間斷角焊縫長度l必須大于10hf，且不小于50mm；間斷角焊縫的間距e不宜太長，以免因間斷過大，使連接不緊密。對受壓構件：間距e≤15t

對受拉構件：間距e≤30tt——較薄焊件的厚度。3.4角焊縫的構造和計算連續(xù)角焊縫間斷角焊縫le試驗表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，故通常將45o截面作為計算截面，作用在該截面上的應力如下圖所示：3.4.3直角角焊縫計算的基本公式hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwH—焊縫厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根3.4角焊縫的構造和計算分析計算直角角焊縫時，作如下假定和簡化處理：①假定角焊縫破壞面與直角邊的夾角為45o；②不計焊縫熔入焊件的深度和焊縫表面的弧線高度，偏安全地取破壞面上等腰三角形的高為直角角焊縫的有效厚度he，he=0.7hf。③有效厚度he與焊縫計算長度lw的乘積稱為破壞面的有效截面面積。角焊縫計算簡圖3.4角焊縫的構造和計算角焊縫的強度條件：式中σ⊥——垂直于焊縫有效截面的正應力；

τ⊥——有效截面上垂直焊縫長度方向的剪應力；

τ∥——有效截面上平行于焊縫長度方向的剪應力；

fuw——焊縫金屬的抗拉強度σ┻τ┻τ∥helw我國規(guī)范給定的角焊縫強度設計值，是根據(jù)抗剪條件確定的故上式又可表達為：3.4角焊縫的構造和計算直角角焊縫的強度計算公式推導NNxNy┻┻σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf

he＝0.7hf上式即為規(guī)范給定的角焊縫強度計算通用公式。βf

—正面角焊縫強度增大系數(shù)；靜載時取1.22，動載時取1.0。得：整理上式，并令故：由上式還可導出正面角焊縫和側(cè)面角焊縫的計算公式：1）當Ny=0，τf=0，只有Nx作用，焊縫為正面角焊，其計算公式為：

2）當Nx=0，σf＝0，只有Ny作用，焊縫為側(cè)面角焊縫，其計算公式為：3.4角焊縫的構造和計算lw——角焊縫的計算長度?？紤]起、落弧的影響，每條焊縫的計算長度等于實際長度減去2hf?；竟皆诜治鲞^程中雖作了簡化處理，但計算結果與試驗結果相符，滿足角焊縫設計計算要求。式中：βf——稱為正面角焊縫的強度增大系數(shù)。對承受靜力荷載或間接承受動力荷載結構中的正面角焊縫，即正面角焊縫的強度是側(cè)面角焊縫強度的1.22倍；對直接承受動力荷載結構中的正面角焊縫，考慮其剛度大，韌性差，將其強度降低使用，取βf=1.0。3.4角焊縫的構造和計算3.4.4各種受力狀態(tài)下直角角焊縫連接計算

（1）軸心力作用下的角焊縫連接計算①蓋板連接可采用兩側(cè)側(cè)面角焊縫連接，正面角焊縫連接和三面圍焊連接。3.4角焊縫的構造和計算C、采用三面圍焊連接：NNlwlw’A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：B、僅采用正面角焊縫連接：3.4角焊縫的構造和計算②角鋼與節(jié)點板連接圖示鋼桁架，弦桿和腹桿采用雙角鋼組成的T形截面，腹桿通過節(jié)點板與弦桿連接。3.4角焊縫的構造和計算角鋼與節(jié)點板的連接采用兩面?zhèn)群笗r：由平衡條件：解得：式中k1、k2——焊縫內(nèi)力分配系數(shù)；角鋼類型與組合方式不同，內(nèi)力分配系數(shù)不同，查下表。3.4角焊縫的構造和計算elwNN1N2b角鋼類型連接形式肢背k1肢尖k2等肢角鋼0.70.3不等肢角鋼（短肢相并）0.750.25不等肢角鋼（長肢相并）0.650.35焊縫內(nèi)力分配系數(shù)3.4角焊縫的構造和計算焊縫內(nèi)力分配系數(shù)k1、k2還有另外一種簡化計算方法，即近似取肢背肢尖采用三面圍焊的角焊縫時，先按構造要求設定正面角焊縫的焊腳尺寸hf3，并求出正面角焊縫所承擔的力N3為：再根據(jù)平衡條件（∑M=0）可得：3.4角焊縫的構造和計算N3blwNN

1N2e采用L形圍焊時，令上式中的N2＝0，得：

3.4角焊縫的構造和計算N3lwNN1b和對接焊縫情況類似，考慮施焊時起、滅弧在焊縫端部產(chǎn)生的缺陷：

焊縫長度＝計算長度＋2hf3.4角焊縫的構造和計算焊縫長度的確定采用兩邊側(cè)面角焊縫連接并在角鋼端部連續(xù)地繞角加焊2hf時，加焊的2hf可抵消起滅弧的影響：

焊縫長度＝計算長度2hf2hf繞角焊縫對于三面圍焊，要求在角鋼端部轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊，故每條側(cè)焊縫只有一端受起、滅弧的影響，取側(cè)面角焊縫的長度＝計算長度＋hf

。

3.4角焊縫的構造和計算2hf繞角焊縫【例3.3】試設計一雙蓋板的角焊縫對接接頭。已知鋼板截面為300mm×14mm，承受軸心力設計值N=800kN（靜力荷載）。鋼材Q235-B，手工焊，焊條E43型。A=2×26×0.8=41.6cm2

≈30×1.4=42cm2【解】根據(jù)與母材等強原則，取2-260×8蓋板，鋼材Q235-B，其截面面積為：取hf

=6mm＜hfmax=t-(1～2)=8-(1～2)=6～7mm

＜hfmax=1.2tmin=1.2×8=9.6mm

＞hfmin=1.5×sqrt(tmax)=1.5×sqrt(14)=5.6mm（a）三面圍焊[圖(a)]因t=8mm＜12mm，且b=260mm＞190mm，為防止因僅用側(cè)面角焊縫引起板件拱曲過大，故采用三面圍焊。正面角焊縫能承受的內(nèi)力為接頭一側(cè)需要側(cè)面角焊縫的計算長度為蓋板總長：

l=2×（139+6）+10=300mm，取310mm（式中6mm系考慮三面圍焊可視為一條焊縫，故僅在側(cè)面焊縫一端減去起落弧缺陷1hf）。（b）菱形蓋板[圖(b)]

當拼接板寬度較大時，采用菱形拼接蓋板可減小角部的應力集中，從而使連接的工作性能得以改善。菱形拼接蓋板的連接焊縫由正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜焊縫等組成。設計時，一般先假定拼接蓋板的尺寸再進行驗算。正面角焊縫：側(cè)面角焊縫：解法一：先計算各部分焊縫的承載力，再驗算。斜焊縫：斜焊縫強度介于正面角焊縫與側(cè)面角焊縫之間，從設計角度出發(fā)，將斜焊縫視作側(cè)面角焊縫進行計算，這樣處理是偏于安全的。焊縫所能承受的內(nèi)力為：滿足要求。解法二：先計算各部分焊縫的計算長度，再驗算。正面角焊縫：側(cè)面角焊縫：斜焊縫：角焊縫驗算：

滿足要求解法三：近似按側(cè)面角焊縫驗算。工程中為了簡化計算，也常常采用偏安全的計算方法，即將菱形蓋板的焊縫全部看成側(cè)面角焊縫。

【例3.4】試設計角鋼與連接板的連接角焊縫。軸心力設計值N=830kN(靜力荷載)。角鋼為∟125×80×10，長肢相連，連接板厚度t=12mm，鋼材Q235-B，手工焊，焊條E43型。采用如圖（a）所示的兩面?zhèn)群?。為改善焊縫，在角鋼端部作2hf的繞角焊，并連續(xù)施焊。兩面?zhèn)群附卿撝澈椭饪刹捎貌煌暮改_尺寸，且肢背尺寸可稍大?！窘狻浚?）采用兩面?zhèn)群钢猓喝f2=8mm＜hfmax=t-(1～2)=10-(1～2)=8～9mm

＞hfmin=

=5.2mm肢背：取hf1=10mm＜hfmax=1.2tmin=1.2×10=12mm

＞hfmin==5.2mm肢背和肢尖焊縫分擔的內(nèi)力

N1=k1N=0.65×830=539.5kN(也可以按2/3近似計算)N2=k2N=0.35×830=290.5kN(也可以按1/3近似計算)肢背和肢尖需要焊縫的計算長度取焊縫的實際長度為：lw1=240mm，lw2=160mm（考慮到兩條焊縫均有2hf的繞角焊，故未增加考慮起落弧缺陷的2hf長度）。

（2）采用三面圍焊為縮小節(jié)點，節(jié)約鋼材，現(xiàn)改用如圖（b）所示的三面圍焊，并在轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊。焊腳尺寸統(tǒng)一取hf=8mm。正面角焊縫能承受的內(nèi)力為肢背和肢尖焊縫分擔的內(nèi)力L形圍焊的尺寸較難符合構造要求，其實用意義不大，故較少采用。本例亦不作計算。肢背和肢尖焊縫需要的焊縫實際長度（2）剪力及軸力共同作用的角焊縫連接計算NxNyNθ代入通用公式驗算焊縫強度，即：3.4角焊縫的構造和計算焊縫有效截面圖（3）彎矩、剪力及軸力共同作用的角焊縫連接計算3.4角焊縫的構造和計算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet由軸心拉力Nx產(chǎn)生的應力：由彎矩M產(chǎn)生的最大應力：A點產(chǎn)生的剪應力：A點控制應力最大為控制設計點A點產(chǎn)生的正應力由兩部分組成：軸心拉力Nx和彎矩M產(chǎn)生的正應力。直接疊加得：代入角焊縫實用計算公式xlwx0.7hf0.7hf有效截面設計時，一般已知角焊縫的實際長度，這時可按構造要求選焊腳尺寸hf

，再按通用公式驗算危險點的強度。如不滿足，可調(diào)整hf(如果hf

＞hf.max時，需調(diào)整焊縫長度)，直到計算結果滿足強度條件為止。3.4角焊縫的構造和計算（4）扭矩、剪力及軸力共同作用下的角焊縫計算

假定：A、被連接件絕對剛性，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉(zhuǎn)的趨勢；B、T作用下焊縫群上任意點的應力方向垂直于該點與焊縫形心的連線，且大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫群上的應力均勻分布。3.4角焊縫的構造和計算連接的設計控制點為A點和A’點T作用N、V作用三面圍焊搭接rσfTyTA'rxAτfTyNVτf.Nσf.VτTryeFl1l2NxxxxA'Aooo在扭矩作用下，焊縫上A及A’點剪應力最大，設點產(chǎn)生的剪應力，為便于分析，將其分解為垂直于焊縫長度的應力和平行于焊縫長度的應力，其中：3.4角焊縫的構造和計算T作用N、V作用三面圍焊搭接rσfTyTA'rxAτfTyNVτf.Nσf.VτTryeFl1l2NxxxxA'Aooo式中：I0——焊縫計算截面的極慣性矩。

近似認為在N、V作用下焊縫的應力均勻分布，則N、V作用產(chǎn)生的應力表示為：

3.4角焊縫的構造和計算根據(jù)扭矩T、剪力V和軸力N作用方向，可確定角焊縫上A點的應力最大，且為平面應力狀態(tài)，由通用公式得強度計算公式為：按上述方法計算時，僅A點的應力達到強度設計值，偏于保守。思考：以上計算方法為近似計算，為什么?3.4角焊縫的構造和計算【例3.5】試設計如圖所示厚度為12mm的支托板（該支托板為牛腿的前面一塊板）和H形鋼柱翼緣搭接接頭的角焊縫。其承受的作用力設計值F=100kN(靜力荷載)，至柱翼緣邊距離為200mm。鋼材Q235-B，焊條E43型。【解】采用圖示的三面圍焊。選hf=10mm＜hfmax=1.2tmin=1.2×12=14.4mm

≤hfmax=t-(1～2)=12-(1～2)=10～11mm

＞hfmin==6.7mm（1）焊縫有效截面的幾何特性焊縫有效截面的形心O的位置（2）焊縫強度驗算（A點）

扭矩T=100×（20+10+0.35-2.11）=2824kN·cm（滿足）（5）

V、M共同作用下工字型角焊縫強度計算A點：彎曲正應力最大B點：彎曲正應力較大，剪應力較大因此，A、B均有可能破壞3.4角焊縫的構造和計算h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MeFVM近似認為剪力全部由腹板焊縫承擔對于A點：式中：Iw—全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；

h1—兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。3.4角焊縫的構造和計算對于B點：強度驗算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊縫的計算長度；

he,2—腹板焊縫截面有效高度。對于B點：思考：如果增加軸力N，該焊縫又該如何驗算?3.4角焊縫的構造和計算【例3.6】試設計圖（a）所示牛腿和柱連接的角焊縫。已知F=420kN(靜力荷載)，鋼材Q235-B，焊條E43型，手工焊?！窘狻坎捎萌鐖D所示沿牛腿周邊圍焊的角焊縫，且在轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊。為避免焊縫相交的不利影響，將牛腿腹板的上、下角各切去r=15mm的弧形缺口。因此，可近似取焊縫的有效截面如圖（c）所示。分析：將F力向焊縫有效截面的形心簡化后，焊縫同時承受由彎矩M=Fe=420×30=12600kN·cm產(chǎn)生的σMf和由剪力V=F=420kN產(chǎn)生的τVf的作用。由于牛腿翼緣豎向剛度較低，故一般考慮剪力全部由腹板上的兩條豎向焊縫承受，而彎矩則由全部焊縫承受。（1）焊縫有效截面的幾何特性取hf=8mm＜hfmax=1.2tmin=1.2×8=9.6mm

＞hfmin==6.7mm兩條豎向焊縫有效截面的面積：

Awf=2×0.7×0.8×(38-2×1.5-2×0.8)=37.4cm2

全部焊縫有效截面對x軸的慣性矩：（2）焊縫強度驗算A點，承受由彎矩產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的應力(滿足)B點，承受由彎矩和剪力產(chǎn)生的和的共同作用。所以(滿足)3.4.5未焊透的對接焊縫和斜角角焊縫在鋼結構設計中，當板件較厚，而板件間連接受力又很小，若采用3.3節(jié)所述的對接焊縫（焊透），焊縫強度不能充分發(fā)揮。此時可采用不焊透的對接焊縫。3.4角焊縫的構造和計算在設計圖紙上必須注明坡口型式（分V型和U型）及尺寸。由圖可知，未焊透的對接焊縫實際上可視為坡口內(nèi)焊接的角焊縫，故計算方法與直角角焊縫相同，

偏安全地取βf=1.0，其he與坡口類型和坡口角度有關。V型坡口：當α≥600時，he＝s。當α<600時，he

＝0.75s(主要是考慮到根部不易焊滿而降低)。U型坡口he＝s。s——坡口根部至焊縫表面(不考慮余高)的最短距離；α——V型坡口角度。3.4角焊縫的構造和計算另外，不焊透的對接焊縫的有效厚度he不得小于

，t是坡口所在焊件的較大厚度(mm)。當熔合線處焊縫截面邊長等于或接近于最短距離s時，應驗算焊縫在熔合線上的抗剪強度，抗剪強度設計值取角焊縫的強度設計值乘以0.9。α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2圖Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b圖B（1）不考慮應力方向，統(tǒng)一取f=1.0。斜角焊縫的計算：計算方法與直角焊縫相同。（2）在確定斜角角焊縫的有效厚度時，假定焊縫在其所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞。3.4角焊縫的構造和計算（3）規(guī)范規(guī)定：當兩焊腳邊夾角60o≤α2<90o，90o<α1≤135o，且根部間隙（b、b1、b2）不大于1.5mm時，取焊縫有效厚度為：he=hfcos(a/2)（4）當根部間隙（b、b1、b2）大于1.5mm時，焊縫有效厚度為：（5）任何根部間隙不得大于5mm。3.5.1焊接應力的成因和分類焊接殘余應力的分類：由于焊接溫度在空間任意方向傳遞，故產(chǎn)生的焊接應力也屬于三維應力狀態(tài)，分為：（1）縱向焊接殘余應力—沿焊縫長度方向;

（2）橫向焊接殘余應力—垂直于焊縫長度方向;

（3）沿厚度方向的焊接殘余應力。3.5焊接應力和焊接變形（1）縱向焊接殘余應力焊接應力的成因可用右圖所示的高溫加熱模型說明。機理：高溫鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度低、膨脹小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側(cè)鋼材的限制而產(chǎn)生拉應力。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應力可以使鋼材達到屈服強度。焊接殘余應力是無荷載的內(nèi)應力，故在焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠區(qū)產(chǎn)生壓應力。3.5焊接應力和焊接變形縱向焊接殘余應力3.5焊接應力和焊接變形（2）橫向焊接應力產(chǎn)生的原因：a.焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢，導致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；b.焊接時已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應力，因應力自相平衡，更遠處焊縫則產(chǎn)生拉應力；應力分布與施焊方向有關。

以上兩種應力的組合即為，橫向焊接殘余應力。3.5焊接應力和焊接變形(a)焊縫縱向收縮時的變形趨勢(b)焊縫縱向收縮時的橫向應力(c)焊縫橫向收縮時的橫向應力(d)焊縫橫向殘余應力返回3.5焊接應力和焊接變形+=焊縫彎曲橫向應力＋橫向收縮應力＝橫向焊接應力（3）厚度方向的焊接應力厚度方向的焊接應力是厚鋼板的對接焊縫連接中，施焊時需多層施焊，受到加熱和冷卻不均勻而產(chǎn)生的。焊縫成形時，與空氣接觸的焊縫表面先冷卻結硬，中間部分后冷卻，沿厚度方向的收縮受到外面已冷卻焊縫的約束，因而在焊縫內(nèi)部形成沿厚度方向的拉應力，外部為壓應力。當鋼材厚度t≤20mm時，厚度方向焊接應力較小，可忽略不計；但t≥50mm時，厚度方向焊接應力可達50N/mm2。3.5焊接應力和焊接變形t3.5焊接應力和焊接變形σxσyσz

因此除了橫向和縱向焊接殘余應力x

，y外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應力z

，這三種應力形成同號三向拉應力，大大降低連接的塑性。3.5.2焊接變形

在焊接過程中，由于不均勻加熱和冷卻收縮，勢必使構件產(chǎn)生局部鼓曲、歪曲、彎曲或扭轉(zhuǎn)等。焊接變形的基本形式有縱、橫向收縮，角變形，彎曲變形，扭曲變形和波浪形等。實際的焊接變形常常是幾種變形的組合。視頻：焊接變形3.5焊接應力和焊接變形角變形橫向及縱向收縮彎曲變形扭轉(zhuǎn)變形波浪變形3.5.3焊接應力和焊接變形對結構工作的影響（1）焊接應力對結構性能的影響1)對靜力強度的影響：焊接應力不影響結構的靜力強度。2)對構件剛度的影響：焊接應力將降低構件的剛度3)對構件穩(wěn)定性的影響：焊接應力將降低構件的穩(wěn)定承載力。4)對疲勞強度的影響：焊接應力對直接承受動力荷載的焊接結構不利。5)對低溫冷脆的影響：焊接應力導致結構產(chǎn)生低溫脆斷。3.5焊接應力和焊接變形（2）焊接變形的影響會導致構件的安裝困難，有可能改變構件的受力方式。例如軸心壓桿，若焊接時產(chǎn)生了彎曲變形，就變成了壓彎構件，其強度和穩(wěn)定承載力將受影響。3.5.4焊縫的合理構造及減小焊接應力、變形的措施（1）焊縫的合理構造1)焊縫的焊腳尺寸和焊縫長度應符合構造要求，宜采用細長焊縫，不用粗短焊縫。施焊時不得隨意加大焊縫的焊腳尺寸。2)設計時要考慮焊縫是否有施焊空間，并盡量避免仰焊。3)焊縫布置盡可能對稱，以減少焊接變形，圖(a)。4)不宜采用帶銳角的板料做肋板，板料的銳角應切掉，圖(b)，以免焊接時銳角處板材被燒損，影響材質(zhì)。5)焊縫不宜過分集中，避免產(chǎn)生過大的焊接應力甚至產(chǎn)生裂紋，圖(c)。6)當拉力垂直于受力板面時，要考慮鋼板的分層破壞，圖(d)。7)盡量避免焊縫相交，可將次要焊縫中斷，保證主焊縫連續(xù)，圖(e)。3.5焊接應力和焊接變形返回3.5焊接應力和焊接變形（2）減小焊接應力、變形的措施措施預熱法

錘擊法退火法合理的焊接次序反變形法

3.5焊接應力和焊接變形43217667551234錘擊法預熱法合理的焊接次序42ⅠⅡⅢⅠⅡⅢ反變形法133.6.1螺栓的種類

1.普通螺栓C級——粗制螺栓，性能等級為4.6或4.8級；4表示螺栓材料的強度極限fu≥400N/mm2；0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8。A、B級——精制螺栓，性能等級為5.6或8.8級;5或8表示螺栓材料的強度極限fu≥500或800N/mm2；0.6或0.8表示屈強比fy/fu=0.6或0.8。按其加工的精細程度和強度分為：A、B、C三個級別。3.6螺栓連接的構造要求精制螺栓粗制螺栓代號A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.6級和4.8級加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm抗剪性能好較差經(jīng)濟性能價格高價格經(jīng)濟用途構件精度很高的結構（機械結構）；在鋼結構中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時固定普通螺栓連接的特點：2.高強度螺栓由45號、40B、35VB鋼或20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理。（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓3.6螺栓連接的構造要求高強度螺栓是高強螺桿和配套螺母、墊圈的合稱。45號、40B

－8.8級；40B、35VB和20MnTiB－10.9級

1

2341-螺栓；2-墊圈；3-螺母；4-螺絲；5-槽口1

4353.6螺栓連接的構造要求（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓高強度螺栓實物照片：高強度螺栓分為摩擦型連接和承壓型連接，比較如下：高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓承壓型連接傳力機理利用預拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的摩擦力，外力通過摩擦力來傳遞允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺孔之間的承壓來傳力栓孔直徑＝螺桿的公稱直徑+1.5～2.0mm＝螺桿的公稱直徑+1.0～1.5mm特點剪切變形小，彈性性能好，特別適用于承受動力荷載的結構連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結構鉚釘連接是用一端帶有半圓形預制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅迅速插入被連接件的釘孔中，再用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，使連接達到緊固。缺點費工費料、勞動強度高。目前承重鋼結構連接中已很少應用。優(yōu)點傳力可靠，塑性、韌性好，動力性能好3.6螺栓連接的構造要求3.鉚釘連接及特點連接方法優(yōu)點缺點焊接對幾何形體適應性強，構造簡單，省材省工，易于自動化，工效高。焊接殘余應力大且不易控制，焊接變形大。對材質(zhì)要求高，質(zhì)量檢驗工作量大。鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力荷載好。

費鋼、費工。目前很少采用普通螺栓連接裝卸便利，設備簡單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。高強螺栓連接加工方便，對結構削弱少，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好。摩擦面處理，安裝工藝略為復雜，造價略高主要連接方法及優(yōu)缺點3.6.2螺栓連接形式

螺栓連接的基本形式有蓋板對接、T形連接和搭接，如下圖所示。3.6螺栓連接的構造要求P蓋板對接T形連接搭接摩擦型連接的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.5～2.0mm；承壓型連接的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.0～1.5mm。

3.6.3螺栓直徑與螺栓孔孔徑要求I類孔：加工精度達到H12，孔壁表面粗糙度不大于12.5μm，制作費工，成本高；Ⅰ類孔(A、B級)，孔徑(do)-栓桿直徑(d)＝0.3～0.5mm

II類孔：孔壁表面粗糙度不大于25μm，允許加工偏差較大，但成本低。Ⅱ類孔(C級)，孔徑(do)-栓桿直徑(d)＝1～3mm3.6螺栓連接的構造要求螺栓規(guī)格精制螺栓粗制螺栓分類A級和B級C級強度等級5.6級和8.8級4.6級和4.8級加工方式車床上經(jīng)過切削而成單個零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm受力特點抗剪差、抗拉好抗剪抗拉均好經(jīng)濟性能價格高價格經(jīng)濟用途構件精度很高的結構（機械結構）；在鋼結構中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時固定A、B級和C級普通螺栓連接的對比注：A、B兩級的區(qū)別只是尺寸不同。A級用于d≤24mm,l≤150mm的螺栓，B級用于d>24mm,l>150mm

螺栓。

常用螺栓直徑為d=16，20，24mm，用M表示，如M16。螺栓符號螺栓孔為d0=d+1.5～3mmM12、M16(大1.5mm)，M18、M20、M22

、M24(大2mm)，M27、M30(大3mm)。不推薦使用3.6.4螺栓孔的排列螺栓的排列形式應簡單、整齊、緊湊，排列方法有并列和錯列兩種。A.并列—簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構件截面削弱大；B.錯列—排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構件截面削弱??；3.6螺栓連接的構造要求邊距邊距線距線距線距端距端距線距邊距邊距端距端距線距并列排列錯列排列

螺孔在構件上的排列應考慮以下要求：1）受力要求：受力方向的端矩太小，構件端部被剪斷；受拉構件中距太小，拉斷；對受壓構件沿外力方向的中距過大，構件易發(fā)生張口或鼓曲現(xiàn)象；2）構造要求：邊距和中距不宜過大，中距過大，連接板件間不密實，潮氣容易侵入，造成板件銹蝕；3）施工要求：留有足夠的空間便于板手轉(zhuǎn)動。3.6螺栓連接的構造要求中心距太大端矩太?。喊宥藳_剪破壞端距邊距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距端距端距中距邊距線距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0邊距3.6螺栓連接的構造要求根據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定（P86表3.5.1）的螺栓最大、最小容許間距，排列螺栓時宜按最小容許間距取用，且宜取5mm的倍數(shù)，并按等距離布置，以縮小連接的尺寸。最大容許間距一般只在起連系作用的構造連接中采用。3.6螺栓連接的構造要求為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩個永久螺栓；3.6.5螺栓的其它構造要求直接承受動荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動；C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：①承受靜載或間接動載的次要連接；②承受靜載的可拆卸結構連接；③臨時固定構件的安裝連接。沿桿軸方向受拉螺栓連接的端板，應適當加大剛度，以減小撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。3.6螺栓連接的構造要求3.7.1螺栓連接的受力形式FA剪力螺栓NB拉力螺栓FC剪力和拉力共同作用3.7普通螺栓連接計算受力垂直螺桿，承剪、承壓。連接件有錯動趨勢受力平行螺桿，承拉連接件有脫開趨勢螺栓連接的受力形式分為：只受剪力，只受拉力。有時受剪力和拉力的共同作用。（一）工作性能和破壞形式

1.工作性能對圖示螺栓連接做抗剪試驗，即可得到板件上a、b兩點相對位移δ和作用力N的關系曲線，該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段，即：

(1)摩擦傳力的彈性階段(0~1段)

直線段—連接處于彈性狀態(tài)；該階段較短—摩擦力較小。NδO1234NNabNN/2N/23.7.2普通螺栓抗剪連接

(3)栓桿傳力的彈性階段(2～3段)NδO1234NN/2克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的距離，表現(xiàn)在曲線上為水平段。

(2)滑移階段(1~2段)該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導致的板件間摩擦力的增大，N-δ關系以曲線狀態(tài)上升。3.7.2普通螺栓抗剪連接NδO1234NN/2(4)彈塑性階段(3~4段)

達到‘3’后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞?！?’點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。3.7.2普通螺栓抗剪連接N/2NN/2NNNN2.破壞形式（1）螺栓桿被剪壞栓桿較細而板件較厚時（2）孔壁的擠壓破壞栓桿較粗而板件較薄時（3）板件被拉斷截面削弱過多時

以上破壞形式予以計算解決。3.7.2普通螺栓抗剪連接（4）板件端部被剪壞（拉豁）

端矩過小時；端矩不應小于2dONN（5）栓桿彎曲破壞螺栓桿過長；栓桿長度不應大于5d這兩種破壞構造解決N/2NN/23.7.2普通螺栓抗剪連接（二）抗剪螺栓的單栓承載力設計值由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定：nv—剪切面數(shù)目（下頁）；

d—螺栓桿直徑；fvb、fcb—螺栓抗剪和承壓強度設計值；∑t—連接接頭一側(cè)承壓構件總厚度的較小值。單栓抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：d剪切面數(shù)目nvNN單剪：nv=1NN/2N/2雙剪：nv=2N/2N/3N/3N/3N/2四剪：nv=4（三）普通螺栓群抗剪連接計算1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算N/2Nl1N/2平均值螺栓的內(nèi)力分布試驗證明，栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿栓群長度方向不均勻，兩端大，中間小。

當l1≤15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力趨于相同，故設計時假定N由各螺栓均擔。所以，連接所需螺栓數(shù)為：當l1>15d0(d0為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞，然后依次破壞。由試驗可得連接的抗剪強度折減系數(shù)η與l1/d0的關系曲線。ECCS試驗曲線8.8級M22我國規(guī)范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布長連接螺栓連接：3.7.2普通螺栓抗剪連接ECCS試驗曲線8.8級M22我國規(guī)范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值長連接螺栓的內(nèi)力分布故，連接所需栓數(shù)：GB50017-2003規(guī)定：3.7.2普通螺栓抗剪連接A、螺栓采用并列排列時：主板的危險截面為1-1截面：NNbtt1b11122m—危險截面上的螺栓數(shù)；b—主板寬度；t—主板厚度。f—鋼材強度設計值；d0—螺栓孔直徑3.7.2普通螺栓抗剪連接普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應進行板件的凈截面驗算。拼接板的危險截面為2-2截面：NNbtt1b111223.7.2普通螺栓抗剪連接式中：

f—鋼材強度設計值；d0—螺栓孔直徑

m—危險截面上的螺栓數(shù)；b1—拼接板寬度

t1—拼接板厚度B、螺栓采用錯列排列時：主板的危險截面為1—1和1’—1’截面：NNtt1bc2c3c4c1111’1’3.7.2普通螺栓抗剪連接式中：f—鋼材強度設計值；d0—螺栓孔直徑

m—危險截面上的螺栓數(shù)；b—主板寬度；t—主板厚度對于1’-1’截面：對于1-1截面：NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危險截面為2—2和2’—2’截面：222’2’3.7.2普通螺栓抗剪連接式中：f—鋼材強度設計值；d0—螺栓孔直徑

m—危險截面上的螺栓數(shù)；b1—拼接板寬度；t1—拼接板厚度對于2’-2’截面：對于2-2截面：2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算F作用下每個螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下連接按彈性設計，其假定為：（1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；（2）T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關系，方向與ri垂直。3.7.2普通螺栓抗剪連接TxyN1TN1TxN1Tyr11顯然，T作用下‘1’號螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得由上式得：由力的平衡條件得：3.7.2普通螺栓抗剪連接帶回上式TxyN1TN1TxN1Tyr11將N1T沿坐標軸分解得：3.7.2普通螺栓抗剪連接由此可得螺栓1的強度驗算公式為：

另外，當螺栓布置比較狹長(如y1≥3x1以上)時，可進行如下簡化計算。令：xi=0，則N1Ty=03.7.2普通螺栓抗剪連接【*例3.7】試設計一C級普通螺栓的角鋼拼接。角鋼型號∟100×10，Q235-A鋼。軸心拉力設計值N=300kN?！窘狻?1)確定螺栓需要數(shù)目和排列試選M22螺栓，孔徑do=24mm（符合表4.9(劉聲揚P86)中最大孔徑的規(guī)定）。采用拼接角鋼型號與構件角鋼相同。為便于緊固螺栓，采用如圖所示的錯列布置(螺栓線距符合表4.9(劉聲揚P90)，中距和端距符合表4.6(劉聲揚P85)的規(guī)定)。注：劉聲揚指劉聲揚、王如恒、王來主編《鋼結構-原理與設計（精編本），武漢理工大學出版社》故取連接一側(cè)螺栓需要的數(shù)目得：=5.6個，取6個單個受剪螺栓的抗剪和承壓承載力設計值：（2）驗算角鋼凈截面強度為了與角鋼靠緊，拼接角鋼須進行切棱，因此應驗算拼接角鋼凈截面強度。切棱尺寸按100×10角鋼內(nèi)圓弧r=12mm（見附表8(劉聲揚P89)）確定，取A′=1/2×12mm×12mm（三角形）。將拼接角鋼按中線展開[圖（b）]。附圖直線截面Ⅰ-Ⅰ凈截面面積(查附表8(劉聲揚P89)，角鋼毛截面面積A=19.26cm2)折線截面Ⅱ-Ⅱ凈截面面積：凈截面強度驗算=212.8N/mm2＜f=215N/mm2（滿足）【例3.8】試設計一C級普通螺栓的鋼板拼接。鋼板截面18×400，鋼材Q235-A。軸心拉力設計值N=1120kN。【解】（1）確定連接蓋板截面采用雙蓋板，截面尺寸選9×400，與被連接鋼板截面面積相等，鋼材亦為Q235-A。（2）計算需要的螺栓數(shù)目和布置螺栓試選M22螺栓。單個受剪螺栓的抗剪和承壓承載力設計值，得：

故取連接一側(cè)螺栓需要的數(shù)目，得：

采用并列布置，如圖所示。連接蓋板尺寸為9×400×530。中距、端距、邊距均符合表4.6(劉聲揚P85)的容許距離要求。=10.5個，取n=12個（3）驗算被連接鋼板的凈截面強度被連接鋼板Ⅰ-Ⅰ截面受力最大，連接蓋板則是Ⅲ-Ⅲ截面受力最大。但兩者截面面積相等，故只驗算被連接鋼板的凈截面強度。設螺栓孔徑do=24mm。（因鋼板厚度t=18mm＞16mm，故取f=205N/mm2。）(滿足)【例3.9】試設計一C級普通螺栓的搭接接頭。作用力設計值F=230kN，偏心距e=300mm。材料Q235A鋼?！窘狻吭囘x用M20螺栓，do=22mm，縱向排列，采用比中距最小容許距離3do稍大的尺寸，以增長力臂。單個受剪螺栓的抗剪和承壓承載力設計值，得因y1=30cm＞3x1=3×5=15cm，故得：

(滿足)（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有脫開趨勢，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉斷為其破壞形式。（二）單個普通螺栓的抗拉承載力設計值式中：Ae—螺栓的有效截面面積；

de—螺栓的有效直徑；

ftb—螺栓的抗拉強度設計值。3.7.3普通螺栓抗拉連接dedndmd（1）螺栓的有效截面面積因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國家標準?。?.7.3普通螺栓抗拉連接公式的兩點說明：(2）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響螺栓拉力包括兩部分：3.7.3普通螺栓抗拉連接A、螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸