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1、第七章钢结构的连接和节点构造 第七章钢结构的连接和节点构造第七章钢结构的连接和节点构造本章要点本章要点 ：了解三类连接（焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接）各了解三类连接（焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接）各自的优缺点及适用范围。自的优缺点及适用范围。了解常见的焊接方法和焊接形式，能够正确识别与标了解常见的焊接方法和焊接形式，能够正确识别与标注焊缝符号。掌握对接焊缝和角焊缝的构造要求和计注焊缝符号。掌握对接焊缝和角焊缝的构造要求和计算方法，并能熟练地进行设计与计算。算方法，并能熟练地进行设计与计算。掌握焊接残余应力和残余变形对构件工作性能的具体掌握焊接残余应力和残余变形对构件工作性能的具体影响，了解减少
2、焊接残余应力和残余变形的措施。影响，了解减少焊接残余应力和残余变形的措施。掌握普通螺栓和高强度螺栓（摩擦型和承压型）的工掌握普通螺栓和高强度螺栓（摩擦型和承压型）的工作性能、破坏形式和计算方法，以及对螺栓排列的构作性能、破坏形式和计算方法，以及对螺栓排列的构造要求。造要求。能够根据被连接件的受力情况选用恰当的连接形式，能够根据被连接件的受力情况选用恰当的连接形式，并进行合理设计。并进行合理设计。 第七章钢结构的连接和节点构造 第一节钢结构的连接方法第一节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对几何形体适应性强; ;构构造简单造简单; ; 不削弱截面不
3、削弱截面, ,可可实现自动化操作；连接实现自动化操作；连接的密闭性好的密闭性好, ,结构刚度大结构刚度大 对材质要求高对材质要求高; ;热影响区内热影响区内, ,容易导容易导致局部材质变脆致局部材质变脆; ;焊接残余应力和焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低残余变形使受压构件承载力降低; ;焊接结构对裂纹很敏感焊接结构对裂纹很敏感; ;低温冷脆低温冷脆问题较突出问题较突出铆铆 接接传力可靠传力可靠, ,韧性和塑性好韧性和塑性好, ,质量易于检查质量易于检查, ,抗动力荷抗动力荷载性能好载性能好构造复杂，费钢费工构造复杂，费钢费工普通螺普通螺栓连接栓连接装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单
4、 螺栓精度低时不宜受剪螺栓精度低时不宜受剪; ;螺栓精度螺栓精度高时加工和安装复杂，价格较高高时加工和安装复杂，价格较高 高强螺高强螺栓连接栓连接摩擦型剪切变形小摩擦型剪切变形小, ,弹性弹性性能好性能好, ,特别适用于随动特别适用于随动荷载的结构荷载的结构. .承压型承载承压型承载力高于摩擦型，连接紧凑力高于摩擦型，连接紧凑 摩擦面处理摩擦面处理, ,安装工艺略为复杂安装工艺略为复杂, ,造造价略高价略高; ;承压型连接的剪切变形大承压型连接的剪切变形大, ,不得用于承受动力荷载的结构中。不得用于承受动力荷载的结构中。 第七章钢结构的连接和节点构造第七章钢结构的连接和节点构造第二节焊缝连接的
5、特性第二节焊缝连接的特性一、钢结构中常用的焊接方法一、钢结构中常用的焊接方法一般用作构造焊缝一般用作构造焊缝薄板、小薄板、小型、不同材型、不同材质结构中质结构中手工手工无（乙无（乙炔还原）炔还原）短、光短、光焊条焊条气气 焊焊一般用作构造焊缝一般用作构造焊缝薄板点焊薄板点焊通电、加通电、加压、机械压、机械无无无无电阻焊电阻焊质量均匀、塑质量均匀、塑性、韧性好，抗腐性、韧性好，抗腐蚀性强蚀性强任意焊缝任意焊缝人工操人工操作前进作前进COCO2 2气气体保护体保护连续连续焊丝焊丝半半自自动动质量均匀、塑质量均匀、塑性、韧性好，抗腐性、韧性好，抗腐蚀性强蚀性强长而简单长而简单的焊缝的焊缝全自动全自动
6、焊剂焊剂连续连续焊丝焊丝自自动动焊焊比自动焊略差比自动焊略差工位复杂，工位复杂，形状复杂之形状复杂之焊缝焊缝全手动全手动附于焊附于焊条之药皮条之药皮短焊条短焊条(350(350400400mm)mm)手手工工焊焊电电弧弧焊焊质量状况质量状况适应范围适应范围操作方式操作方式焊焊 剂剂焊焊 条条焊接方法焊接方法第七章钢结构的连接和节点构造、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 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧手工电弧焊手工电弧焊Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E550
7、0-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)A A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E焊条焊条( (Electrode) )第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mmkgf/mm2 2) )第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类
8、型。第七章钢结构的连接和节点构造二、焊接连接及焊接结构的特性二、焊接连接及焊接结构的特性1 1、焊接连接的优缺点、焊接连接的优缺点 焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下优点优点： 1 1）不需打孔，省工省时；）不需打孔，省工省时； 2 2）任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；）任何形状的构件可直接连接，连接构造方便； 3 3）气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。）气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。 缺点缺点： 1 1）焊接附近有热影响区，材质变脆；）焊接附近有热影响区，材质变脆； 2 2）焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形）焊
9、接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形 使结构形状、尺寸发生变化；使结构形状、尺寸发生变化； 3 3）焊接裂缝一经发生，便容易扩展。）焊接裂缝一经发生，便容易扩展。2 2、常见的焊接缺陷：、常见的焊接缺陷： 裂纹、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、裂纹、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满。塌陷、未焊满。 第七章钢结构的连接和节点构造3 3、焊接质量检查、焊接质量检查: :焊缝质量检验方法焊缝质量检验方法: :外观检查外观检查、内部无损检验内部无损检验（超声波超声波 探伤检验、探伤检验、 x x射线检验射线检验）. . 焊缝质量分级焊缝质量分级: : 一级焊缝需经外观检查
10、、超声波探伤、一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x x射线检验都合格；二级焊缝需外观检查、超声波探射线检验都合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格；三级焊缝需外观检查合格。伤合格；三级焊缝需外观检查合格。 第七章钢结构的连接和节点构造 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：缝质量等级的选用有如下规定： (1)(1)有引弧板的对接焊缝在抗压和一、二级抗拉时与母有引弧板的对接焊缝在抗压和一、二级抗拉时与母 材等强，三级抗拉焊缝的抗拉强度为母材的材等强，三级抗拉焊缝的抗拉强度为母材的8585， 角焊缝质量等级一
11、般为三级。角焊缝质量等级一般为三级。(2) (2) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向需要进行疲劳计算的构件中，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。的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 4.4.焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用(3) (3) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等在不需要进行疲劳计算的构件中，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。强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 第七章钢结构的连接和节点构造三、焊缝连接型式和焊缝型式三、焊缝连接型式和焊缝型式1 1、焊缝连接型式、焊缝连接型式 按两焊件的相
12、对位置分：平接、搭接、按两焊件的相对位置分：平接、搭接、T(T(顶顶) )接和角接接和角接第七章钢结构的连接和节点构造 2 2、焊缝型式、焊缝型式（1 1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝（2 2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝第七章钢结构的连接和节点构造3 3、焊缝位置：、焊缝位置： 根据施焊工人与焊缝的位置关系可以分为根据施焊工人与焊缝的位置关系可以分为俯焊、俯焊、立焊、横焊、仰焊立焊、横焊、仰焊四种，其中以俯焊施工位置最好，四种，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。所以焊缝质量也最好，仰焊最差。第七章钢结构的连接和节点构造四、焊缝的表示方
13、法（代号）四、焊缝的表示方法（代号）表表7-17-1、表、表7-27-2 第七章钢结构的连接和节点构造 第三节对接焊缝的构造和计算第三节对接焊缝的构造和计算一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造1 1对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式: : 为了保证焊接质量，对接焊缝的焊件常做坡口，为了保证焊接质量，对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与坡口形式与板厚和施工条件板厚和施工条件有关。有关。 (1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。第七章钢结构的连接和节点构造C=0.52mm（a）C=2
14、3mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）第七章钢结构的连接和节点构造2. 2. 对接焊缝的优缺点对接焊缝的优缺点 优点：优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于 承受动力荷载。承受动力荷载。 缺点：缺点：需剖口，焊件长度要精确。需剖口，焊件长度要精确。 3. 3. 对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理 （1 1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板引弧板。但采用。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，
15、一般不用，计算时时将焊缝长度两端各减去将焊缝长度两端各减去tmmtmm（t t为较小板件厚度）。为较小板件厚度）。 （2 2）变厚度变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于于1 1：2.52.5的斜面，避免应力集中。的斜面，避免应力集中。1:2.51:2.5第七章钢结构的连接和节点构造二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算n对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视 为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；n对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视
16、作焊件的一部分，故其计算方法与构 件强度计算相同。件强度计算相同。n对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；焊透和部分焊透（自学）两种；n动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；力方向的连接焊缝；轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝 M M、V V共同作用下的的对接焊缝共同作用下的的对接焊缝 牛腿与翼缘的对接焊缝牛腿与翼缘的对接焊缝 第七章钢结构的连接和节点构造1 1、轴心受力的对接焊缝、轴心受力的对接焊缝 l lw w 焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝 长度取实长减去长度取实长减去2
17、tmm2tmm，有引弧板时，取实长，有引弧板时，取实长; ; 1)(7或fftlNwcwtw 当不满足上式时，可采用斜对当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图接焊缝连接如图B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或NNl lw wtANNtBNsinsinNcoscosl lw w注注: :当当tan1.5tan1.5时时, ,不用验算不用验算! !第七章钢结构的连接和节点构造2 2、M M、V V共同作用下的对接焊缝计算共同作用下的对接焊缝计算l lw wtAMVwtwwftlMWM2max6wVwwwftlVtIVS23max因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、V共同作用
18、下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。（1 1）板）板件间对接连接件间对接连接第七章钢结构的连接和节点构造（2 2）工字形）工字形截面梁对接连接计算截面梁对接连接计算MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式下面下面要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满
20、式中：式中：AAw w有效抗剪面积，有效抗剪面积， )(ffIMyANwcwtw1w1wt2222w2w2w21.1f3,AV ,IMyANwt2323w3w3w31.1f3,AV ,IMyANwtw4w4fIMyANwwthA0第七章钢结构的连接和节点构造三、部分焊透的对接焊缝（自学）三、部分焊透的对接焊缝（自学）应用：应用：当板件较厚，而板件间连接受力较小时，可以当板件较厚，而板件间连接受力较小时，可以采用部分焊透的对接焊缝。采用部分焊透的对接焊缝。当垂直于焊缝长度方向当垂直于焊缝长度方向受力时，部分焊透处的应力集中会带来不利影响，受力时，部分焊透处的应力集中会带来不利影响，对于直接承受动
21、力荷载的连接不宜采用；但当平行对于直接承受动力荷载的连接不宜采用；但当平行于焊缝长度方向受力时，其影响较小可以采用。于焊缝长度方向受力时，其影响较小可以采用。计算：计算：按角焊缝的计算按角焊缝的计算公式计算，取公式计算，取f f1.01.0，仅在垂直于焊缝长度方仅在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，可取向的压力作用下，可取f f1.221.22。第七章钢结构的连接和节点构造 第四节角焊缝的构造和计算第四节角焊缝的构造和计算一、角焊缝的构造角焊缝的构造1 1、截面形式、截面形式（1 1）直角角焊缝）直角角焊缝（2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝 对于对于135135o o或或6015d15d0 0(d
22、(d0 0为孔径为孔径) )时，连接进入弹塑性工作状时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏, ,然后依次破坏。由试验可得连接然后依次破坏。由试验可得连接的的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。01010150dl1.1时：60dl当15dECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内
23、力分布长连接螺栓的内力分布7 .06001 时时：当当dlbminNNn 故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：第七章钢结构的连接和节点构造NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面: :A A、螺栓采用并列排列时：、螺栓采用并列排列时：主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :1122 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 t
24、bmdftdmbAfANnn001 ,1 ,; 拼拼接接板板厚厚度度。危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；拼拼接接板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 1101012,2,;5 . 0tmbdftdmbAfANnn 第七章钢结构的连接和节点构造NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面: : 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：截截面面：对对于于截截面面：对对于
25、于 tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11 1111第七章钢结构的连接和节点构造NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面: : 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：截截面面：对对于于截截面面：对对于于 1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 2222第七章钢结构的连接和节点构造2 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算、普通螺
26、栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FnFN1FT作用下连接按弹性设计，其假定为作用下连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与力与其至形心距离呈线形关系，方向与r ri垂直。垂直。第七章钢结构的连接和节点构造TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，显然，T作用下作用下1号螺号螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1最大）。最大）。5)
27、(7rNrNrNTnnT22T11T6)(7rNrNrNrNnnT33T22T11T由假定由假定(2)(2)得得由式由式7-67-6得得: :7)(7rrNN；rrN；NrrNNn11TnT311T3T211T2T由力的平衡条件得：由力的平衡条件得：第七章钢结构的连接和节点构造TxyN1TN1TxN1Tyr11将式将式7-7代入式代入式7-5得得: :n1i2i11T2n222111TrrNrrrrNTn1in1i2i2i1n1i2i11TyxrTrrTN将将N1T1T沿坐标轴分解得沿坐标轴分解得: :n1in1i2i2i111n1in1i2i2i11Tyn1in1i2i2i111n1in1i
28、2i2i11TxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN第七章钢结构的连接和节点构造由此可得螺栓由此可得螺栓1的强度验算公式为的强度验算公式为: :bmin21F1Ty21TxNNNN 另外另外, ,当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长( (如如y y1 13x3x1 1) )时时, ,可进行可进行如下简化计算：如下简化计算：令令:x:xi i=0=0，则，则N1Ty1Ty=0=0n1i2i111n1i2i11TxyyTryyrTNbmin21F21TxNNN第七章钢结构的连接和节点构造（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、普通螺栓的抗拉连接三、普通螺栓的抗拉
29、连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式。断为其破坏形式。（二）（二）单单个普通螺栓的抗拉承载力设计值个普通螺栓的抗拉承载力设计值btebtebtf4dfAN式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。第七章钢结构的连接和节点构造dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1 1）螺栓的有效截面面积）螺
30、栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径d de e而不是净直径而不是净直径d dn n，现行国家标准取：，现行国家标准取：螺距)(tt32413dde第七章钢结构的连接和节点构造(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响 A、螺栓受拉时，一般是通过螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的发生变形时，螺栓有被撬开的趋势趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺杆中，
31、使螺杆中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生并产生弯曲现象。弯曲现象。连接件刚度越小撬连接件刚度越小撬力越大力越大。试验证明影响撬力的。试验证明影响撬力的因素较多，其大小难以确定，因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取规范采取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（ff螺栓钢材的抗拉螺栓钢材的抗拉强度设计值）强度设计值）来考虑其影响。来考虑其影响。2Q2NNt第七章钢结构的连接和节点构造(三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：的螺栓数为：btNNnN第七
32、章钢结构的连接和节点构造( (四）普通螺栓群在弯矩作用下四）普通螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）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距离呈正比。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。第七章钢结构的连接和节点构造显然显然11号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大9)
33、(7yNyNyNMnn2211由力学及假定可得：由力学及假定可得：8)(7yNyNyNyNnn332211M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴第七章钢结构的连接和节点构造由式由式7-8得得: :将式将式7-10代入式代入式7-9得得: :10)(7yyNN；yyN；NyyNNn11n31132112n1i2i112n222111yyNyyyyNMn1i2i11yyMN因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可：bt1NN 第七章钢结构的连接和节点构造( (五）普通螺栓群在偏心拉力作用下五）普通螺栓群在偏心拉力
34、作用下 偏心力偏心力作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的作用下普通螺栓连接，可采用偏于安全的设计方法，即设计方法，即叠加法叠加法。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)FeN1Fbtn1i2i11M1F1NyyMnFNNN1 2 3 4FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和轴中和轴N4M第七章钢结构的连接和节点构造四、普通螺栓拉、剪联合作用四、普通螺栓拉、剪联合作用bVVNNbttNN011VeM=VeV因此：因此：nVNV 2 2、由试验可知，兼受剪力和拉力、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系的螺杆，其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆四分之一圆”。
35、1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出现两种破坏形作用下，可能出现两种破坏形 式：式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔螺杆受剪兼受拉破坏、孔 壁的承压破坏；壁的承压破坏；3 3、计算时，假定剪力由螺栓群均计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，匀承担，拉力由受力情况确定。拉力由受力情况确定。第七章钢结构的连接和节点构造 规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺螺杆杆受剪兼受拉受剪兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：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：1NNNN2btt2bvvbcvNN bVVNNbt
36、tNN011a ab b第七章钢结构的连接和节点构造 另外另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。 承托与柱翼缘的连接角焊缝按承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：下式计算：wfewffhlN式中：式中： 考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数， 一般取一般取=1.25=1.251.351.35； 其余符号同前。其余符号同前。M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)V连接角焊缝连接角焊缝第七章钢结构的连接和节点构造第八节第八节 高强度螺栓连接
37、计算高强度螺栓连接计算一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力 按受力特征的不同按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：高强度螺栓分为两类： 摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递内力通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力破坏准则为克服摩擦力； 承压型承压型高强度螺栓高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似受力特征与普通螺栓类似。1 1、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 通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： A A、转角法、转角法 施工方法：施工方法： 初拧初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；
38、用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 第七章钢结构的连接和节点构造终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 角度，一般为角度，一般为120120o o180180o o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、漏拧特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧 和超拧；和超拧；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法： 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%30%50%50%，使，使 板件贴紧密；板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。设计终拧力矩拧紧。特
39、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。C C、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）施工方法：施工方法： 初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%60%80%80%； 终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧基础上，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、质量易保证等第七章钢结构的连接和节点构造2 2、高强度螺栓预拉力的确定高强度螺栓预拉力的确定 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强有效抗拉强度度确定的，并考
40、虑了以下修正系数：确定的，并考虑了以下修正系数：p考虑材料的不均匀性的折减系数考虑材料的不均匀性的折减系数0.90.9；p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；p考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数的降低除以系数1.21.2。p附加安全系数附加安全系数0.90.9。因此，预拉力：因此，预拉力：uefA0.9PA Ae e螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积；f fu u螺栓热处理后的最抵抗拉强度；螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.88.8级，取级，取f fu
41、u =830N/mm =830N/mm2 2， 10.910.9级，取级，取f fu u =1040N/mm =1040N/mm2 2第七章钢结构的连接和节点构造3 3、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F摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P P）和板）和板件间的抗滑移系数件间的抗滑移系数 ；F板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小其大小随板件间的
42、挤压力的减小而减小； 规范规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数法下的抗滑移系数。第七章钢结构的连接和节点构造4 4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力(1)(1)抗剪连接工作性能抗剪连接工作性能 受力过程与普通螺栓相似，受力过程与普通螺栓相似，分为四个阶段：分为四个阶段：摩擦传力的弹性摩擦传力的弹性阶段阶段、滑移阶段滑移阶段、栓杆传力的弹栓杆传力的弹性阶段性阶段、弹塑性阶段弹塑性阶段。 但比较两条但比较两条NN曲线可知，曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦
43、力，故其第一个阶段很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。远远大于普通螺栓。高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2第七章钢结构的连接和节点构造A、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓摩擦型摩擦型连接连接，其，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为其极限状态为1点而不是点而不是4点，所以点，所以1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：型连接的抗剪承载力：NO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2P0.9nNfbv式中：式中：0.90.9抗力分项
44、系数抗力分项系数R R的倒的倒 数数(R R=1.111);=1.111); n nf f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 2）、抗剪连接单栓承载力）、抗剪连接单栓承载力第七章钢结构的连接和节点构造B、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓承压型抗剪连接承压型抗剪连接，允许接触面发生相对滑移，破坏准允许接触面发生相对滑移，破坏准则为连接达到其极限状态则为连接达到其极限状态4点，所以点，所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。承载力计算方法与普通螺栓相同。NO1
45、2341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓bv2vbvf4dnNbcbcftdNbcbvbmin，NNminN单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力抗剪承载力：承压承载力承压承载力：第七章钢结构的连接和节点构造5 5、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力当外拉力为零，即当外拉力为零，即N=0=0时：时：P=C；当外拉力为当外拉力为Nt时：板件有被拉开趋势，时：板件有被拉开趋势，板件间的压力板件间的压力C减小为减小为Cf，栓杆拉力栓杆拉力P增加为增加为Pf，由力及变形协调得：，由力及变形协调得：NPCP+ +P=Pf fC- -C=Cf fN
46、tEACCEAPPCNPpfbfftfA Ab b栓杆截面面积；栓杆截面面积；A Ap p板件挤压面面积；板件挤压面面积；板叠厚度。板叠厚度。1AANPPbptf第七章钢结构的连接和节点构造当板件即将被拉开时：当板件即将被拉开时： Cf=0=0，有，有Pf= =Nt，因此：，因此： 一般板件间的挤压面面积比一般板件间的挤压面面积比栓杆截面面积大的多，近似栓杆截面面积大的多，近似取取A AP P/A/Ab b=10=10，得：，得：1AAPPPbpff110PPPff1.1PPf显然栓杆的拉力增加不大。显然栓杆的拉力增加不大。 另外，试验证明，当栓杆的外加拉力大于另外，试验证明，当栓杆的外加拉力
47、大于P时，卸时，卸载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生载后螺栓杆的预拉力将减小，即发生松弛现象松弛现象。但当。但当Nt不大于不大于0.8P0.8P时，则无松弛现象，这时时，则无松弛现象，这时Pf=1.07P，可认为，可认为螺杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持螺杆的预拉力不变，且连接板件间有一定的挤压力保持紧密接触，所以现行规范规定：紧密接触，所以现行规范规定：P+ +P=Pf fC- -C=Cf fNt第七章钢结构的连接和节点构造A、摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为摩擦型高强度螺栓的单栓抗拉承载力为：F上式未考虑橇力的影响，当考上式未考虑橇力的影响，当考虑橇力影响时，螺栓杆的拉力虑橇
48、力影响时，螺栓杆的拉力Pf与与Nt的关系曲线如图：的关系曲线如图：FNt0.5P0.5P时，橇力时，橇力Q=0Q=0；FNt0.5P0.5P后，橇力后，橇力Q Q出现，增加出现，增加速度速度先慢后快先慢后快。F橇力橇力Q Q的存在导致连接的极限承的存在导致连接的极限承载力由载力由N Nu u降至降至N Nu u。F所以，如设计时不考虑橇力的所以，如设计时不考虑橇力的影响影响, ,应使应使Nt0.5P0.5P或增加连接或增加连接板件的刚度（如设加劲肋）。板件的刚度（如设加劲肋）。0.8PNbt300 250 200 150 100 50 050 100 150 200 250 300Pf(KN)
49、(KN)Nu u Nu uNt(KN)(KN)2NNNQQ191951518.8级级 M22P=150KNQ Q有橇力时的有橇力时的螺栓破坏螺栓破坏无橇力时的无橇力时的螺栓破坏螺栓破坏第七章钢结构的连接和节点构造B、承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力，因其破承压型高强度螺栓的单栓抗拉承载力，因其破坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓坏准则为螺栓杆被拉断，故计算方法与普通螺栓相同，即：相同，即：bt2ebtebtf4dfAN式中：式中：A Ae e-螺栓杆的有效截面面积；螺栓杆的有效截面面积； d de e-螺栓杆的有效直径；螺栓杆的有效直径； f ft tb b高强度螺栓的抗拉强度设计值。
50、高强度螺栓的抗拉强度设计值。上式的计算结果与上式的计算结果与0.8P0.8P相差不多。相差不多。第七章钢结构的连接和节点构造（1 1）高强度螺栓摩擦型连接）高强度螺栓摩擦型连接 尽管当尽管当NtP时，栓杆的预拉力变化不大，但由时，栓杆的预拉力变化不大，但由于于随随Nt的增大而减小的增大而减小，且随，且随Nt的增大板件间的挤的增大板件间的挤压力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在压力减小，故连接的抗剪能力下降。规范规定在V和和N共同作用下应满足下式：共同作用下应满足下式：6 6、高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下的工作、高强度螺栓连接在拉力和剪力共同作用下的工作 性能和单栓承载力性能和单栓承
51、载力1NNNNbvvbtt和和抗抗剪剪承承载载力力设设计计值值。单单个个高高强强度度螺螺栓栓的的抗抗拉拉、；担担的的拉拉力力和和剪剪力力设设计计值值外外力力作作用用下下每每个个螺螺栓栓承承、 bvbtvtNNNN第七章钢结构的连接和节点构造（2 2）高强度螺栓承压型连接）高强度螺栓承压型连接 对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同对于高强度螺栓承压型连接在剪力和拉力共同作用下计算方法与普通螺栓相同。作用下计算方法与普通螺栓相同。1NNNN2btt2bvv1.2NNbcv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： 系数系数1.21.2是考虑由于外拉力的存在导致高强度螺是考
52、虑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。栓的承压承载力降低的修正系数。第七章钢结构的连接和节点构造二、高强度螺栓群的抗剪计算二、高强度螺栓群的抗剪计算1 1、轴心力作用、轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：bvNNn 对于承压型连接：对于承压型连接：bNNnmin NN第七章钢结构的连接和节点构造NNbt tt t1 1b1 高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下, ,为了防止板件被拉断为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算尚应进行板件的净截面验算. .A A、高强度螺栓摩擦型连接、高
53、强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面。截面。11 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值其其中中： tbdftdnbAfANnn0011 ,1 ,; 考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 连连接接一一侧侧的的螺螺栓栓总总数数。计计算算截截面面上上的的螺螺栓栓数数； nnnnNN115 . 011-1截面的内力为：截面的内力为：第七章钢结构的连接和节点构造连连接接一一侧侧的的螺螺栓栓总总数数。计计算算截截面面上上的的螺螺栓栓数数； nnnnNN225 . 015 . 0NNbt tt t1 1b1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面。截面。22 拼接板厚度。拼接板厚度。拼接板宽度；拼接板宽度；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值钢材强度设计值其中：其中： 11010212,2,;tbdftdnbAfANnn 考虑孔前传力考虑孔前传力50%50%得：得： 2-22-2截面的内力为：截面的内力为：B B、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完
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