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第第8章钢结构的连接章钢结构的连接 主要内容主要内容 连接方式和特点连接方式和特点 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 普通螺栓的构造和计算普通螺栓的构造和计算 高强度螺栓的构造和计算高强度螺栓的构造和计算 钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式 铆钉连接铆钉连接 螺栓连接螺栓连接焊缝连接焊缝连接 焊接的特点焊接的特点 材质易变脆材质易变脆 产生残余应力、残余变形、焊接缺陷产生残余应力、残余变形、焊接缺陷 对钢结构疲劳、稳定有不利影响对钢结构疲劳、稳定有不利影响 较多地依赖焊工的技能水平较多地依赖焊工的技能水平 缺点缺点 现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛 优 点优 点 构造简单构造简单 任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件 省工省料省工省料 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面 施工快速施工快速 可自动化操作可自动化操作 连接的密闭性好，刚度大，整体性好连接的密闭性好，刚度大，整体性好 螺栓连接的特点螺栓连接的特点 工厂构件焊接、工地节点螺栓连接工厂构件焊接、工地节点螺栓连接钢结构发展方向钢结构发展方向 优点优点 施工简单，装拆方便，对安装工的要求高施工简单，装拆方便，对安装工的要求高 摩擦型高强度螺栓连接动力性能好摩擦型高强度螺栓连接动力性能好 耐疲劳，易阻止裂纹扩展耐疲劳，易阻止裂纹扩展 缺点缺点 费料、开孔截面削弱费料、开孔截面削弱 螺栓孔加工精度要求高螺栓孔加工精度要求高 传统铆钉的连接特点传统铆钉的连接特点 优点优点 塑性、韧性好，动力性能好塑性、韧性好，动力性能好 缺点缺点费料、加热铆合过程极其费工费料、加热铆合过程极其费工 目前承重钢结构连接中已很少应用目前承重钢结构连接中已很少应用 栓（焊）钉连接的特点栓（焊）钉连接的特点 栓钉将钢板与混凝土板连接起来栓钉将钢板与混凝土板连接起来 栓钉承受剪力栓钉承受剪力 射钉、自攻螺钉、新型铆钉射钉、自攻螺钉、新型铆钉 射射 钉钉 枪枪 用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接 可采用射枪、铆枪等专用工具安装可采用射枪、铆枪等专用工具安装 常用焊接方法常用焊接方法 1. 电弧焊电弧焊 2. 气体保护焊气体保护焊 3. 电渣焊电渣焊 4. 气焊气焊 5. 电阻焊电阻焊 （（1）手工电弧焊 （ ）手工电弧焊 （2）自动埋弧焊 （ ）自动埋弧焊 （3）半自动埋弧焊）半自动埋弧焊 手工电弧焊手工电弧焊 采用涂有焊药的焊条采用涂有焊药的焊条 通电后，焊条与焊件之间产生电弧通电后，焊条与焊件之间产生电弧 高热量使焊条熔化而形成焊缝高热量使焊条熔化而形成焊缝 设备简单，适应性 强， 设备简单，适应性 强，应用最广泛应用最广泛 质量波动大，生产 率低，劳动强度大 质量波动大，生产 率低，劳动强度大 导线导线 自动、半自动埋弧焊自动、半自动埋弧焊 采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下 通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝 熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上 半 自 动 埋 弧 焊 半 自 动 埋 弧 焊 焊缝质量好，生产效率高焊缝质量好，生产效率高 需专用焊接设备，成本高需专用焊接设备，成本高 全 自 动 埋 弧 焊 全 自 动 埋 弧 焊 气体保护焊气体保护焊 焊接速度快，熔化深度大焊接速度快，熔化深度大 可手工焊，也可自动化操作可手工焊，也可自动化操作 目前工厂很常用的焊接方法目前工厂很常用的焊接方法 室外施焊要有避风措施，防 止气孔、焊坑缺陷 室外施焊要有避风措施，防 止气孔、焊坑缺陷 采用采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝气体（代替焊剂）、焊丝 电弧使焊丝熔化形成焊缝电弧使焊丝熔化形成焊缝 CO2气体保护被焊金属与空气接触气体保护被焊金属与空气接触 焊丝焊丝 电渣焊电渣焊 非消耗 熔嘴式非消耗 熔嘴式 采用管状焊条采用管状焊条熔嘴熔嘴, 焊丝从管内进入焊丝从管内进入 电流通过熔渣产生的 电阻热，熔化焊件和 焊丝，形成焊缝 电流通过熔渣产生的 电阻热，熔化焊件和 焊丝，形成焊缝 有消耗和非消耗熔嘴 式电渣焊之分 有消耗和非消耗熔嘴 式电渣焊之分 消耗熔嘴式消耗熔嘴式 电渣焊电渣焊（续）（续） 电渣焊常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接电渣焊常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接 气焊气焊 采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条 适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备 电阻焊电阻焊 不采用焊接材料不采用焊接材料 电流通过焊件表面 的电阻，产生热量 电流通过焊件表面 的电阻，产生热量 熔化金属，再加压 力而焊合 熔化金属，再加压 力而焊合 适宜板厚不大于适宜板厚不大于12 mm的焊接的焊接 冷弯薄壁型钢连接 常采用此焊接方法 冷弯薄壁型钢连接 常采用此焊接方法 焊接方式焊接方式 平接平接（对接焊缝）（对接焊缝）搭接搭接（角焊缝） （角焊缝） 顶接顶接 （T型连接）（T型连接） 对接焊缝 角焊缝 对接焊缝 角焊缝 角接角接 对接焊缝 角焊缝 对接焊缝 角焊缝 焊缝形式及其特点焊缝形式及其特点 对接焊缝对接焊缝 直焊缝斜焊缝直焊缝斜焊缝 用料经济，传力平稳，动力性能好用料经济，传力平稳，动力性能好 较厚的板需开剖口，费工较厚的板需开剖口，费工 施工简便施工简便 传力不均，应力集中严重，搭接时费料传力不均，应力集中严重，搭接时费料 角焊缝角焊缝 侧焊缝侧焊缝（与力平行）（与力平行）端焊缝端焊缝（与力垂直）（与力垂直） 角焊缝施焊方式角焊缝施焊方式 间断焊缝间断焊缝 连续焊缝连续焊缝 不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接 施焊姿势施焊姿势 俯焊横焊立焊仰焊俯焊横焊立焊仰焊 质量好质量一般质量差质量好质量一般质量差 焊缝缺陷焊缝缺陷 热裂纹热裂纹 冷裂纹冷裂纹 气孔气孔 烧 穿烧 穿 夹 渣夹 渣 根部未焊透根部未焊透 边缘未熔合边缘未熔合焊缝层间未熔合焊缝层间未熔合 咬 边咬 边 焊瘤焊瘤 焊缝质量检验焊缝质量检验 检检 验验 标标 准准 三 级三 级肉眼外观检查肉眼外观检查 二级二级肉眼外观检查肉眼外观检查 ＋＋ 超声波超声波 一级一级肉眼外观检查肉眼外观检查 ＋＋ 超声波超声波 ＋＋ X射线X射线 用于一般连接用于一般连接 用于有较大拉应力的较重要连接用于有较大拉应力的较重要连接 用于抗动力、疲劳荷载的重要连接用于抗动力、疲劳荷载的重要连接 超声波超声波 检测设备检测设备 对接焊缝构造处理对接焊缝构造处理－剖口型式－剖口型式 直边缝单边直边缝单边V形缝双边形缝双边V形缝形缝 板厚板厚 t 20 mm 对接焊缝构造处理对接焊缝构造处理－平缓过渡－平缓过渡 不同宽度不同宽度 不同厚度不同厚度 可不设斜坡可不设斜坡 引弧板引弧板 对接焊缝强度验算方法对接焊缝强度验算方法 要 点要 点 与构件母材强度计算方法相同与构件母材强度计算方法相同 采用一般的材料力学、弹性力学计算公式采用一般的材料力学、弹性力学计算公式 一级、二级检验的对接焊缝强度 可与母材等强，可不验算 一级、二级检验的对接焊缝强度 可与母材等强，可不验算 对接焊缝强度验算示例对接焊缝强度验算示例（一）（一） 轴心受力轴心受力 N 直 焊 缝 直 焊 缝 引弧板引弧板 w c w t ww ff tl N 或≤σ N 轴心拉力或压力轴心拉力或压力 tw 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚） lw 焊缝计算长度，焊缝计算长度，有引弧板有引弧板lw＝＝L， 无引弧板， 无引弧板lw＝＝L－－2t（较小板厚）（较小板厚） 对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度 w c w t ff 或 焊缝应力验算焊缝应力验算 式中式中 对接焊缝强度验算示例对接焊缝强度验算示例（二）（二） 轴心受力轴心受力 N 斜 焊 缝 斜 焊 缝 焊缝应力 简化验算 焊缝应力 简化验算 w c w t ww ff tl N sin 或≤ θ σ cos w v ww f tl N ≤ θ τ lw 斜焊缝计算长度，斜焊缝计算长度， 对接焊缝抗剪设计强度强度对接焊缝抗剪设计强度强度 w c w t ff 或 规范规定 当，可不验算。 规范规定 当，可不验算。 5 . 1≤θtg 对接焊缝强度验算示例对接焊缝强度验算示例（三）（三） 弯矩弯矩 M 剪力剪力 V 平板梁 工字形梁 平板梁 工字形梁 应力分布 应力分布 应力分布 应力分布 弯矩弯矩 M 剪力剪力 V 轴力轴力 N 应力分布应力分布 对接焊缝强度验算示例对接焊缝强度验算示例（四）（四） 弯矩弯矩 M 剪力剪力 V 梁柱连接处、柱牛腿处梁柱连接处、柱牛腿处 a tw 焊缝截面应力分布焊缝截面应力分布 与一般梁中连接计算不同与一般梁中连接计算不同剪力仅由梁或牛腿腹板承受剪力仅由梁或牛腿腹板承受 角焊缝构造形式角焊缝构造形式 直角焊缝 斜角焊缝 直角焊缝 斜角焊缝 普通型 深熔型平坡型 普通型 深熔型平坡型 直角焊缝截面形式直角焊缝截面形式 适宜动力荷载，但施焊不便适宜动力荷载，但施焊不便 施焊方便，最常用施焊方便，最常用 角焊缝受力特性角焊缝受力特性－侧焊缝－侧焊缝 侧焊缝 应力分布 侧焊缝 应力分布 主要受剪应力，分布不均，两头大中间小主要受剪应力，分布不均，两头大中间小 剪断面常发生在45斜平面上剪断面常发生在45斜平面上 强度较低，塑性较好强度较低，塑性较好 角焊缝受力特性角焊缝受力特性－端焊缝－端焊缝 角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂 正、剪应力都有，且分布很不均匀正、剪应力都有，且分布很不均匀 根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点 焊缝破坏强度高，但塑性差焊缝破坏强度高，但塑性差 端焊缝应力分布端焊缝应力分布 A B C D 角焊缝受力特性角焊缝受力特性－侧焊缝－侧焊缝V与端焊缝比较与端焊缝比较 θ＝θ＝90侧焊缝侧焊缝 θ＝θ＝0端焊缝端焊缝 荷载－变形曲线荷载－变形曲线 端焊缝端焊缝 侧焊缝侧焊缝 角焊缝强度验算方法角焊缝强度验算方法 计算截面计算截面 均取焊缝均取焊缝45处有效截面 （假定破坏截面） 处有效截面 （假定破坏截面） 有效焊缝高度有效焊缝高度h e＝＝ 0.7 h f 焊缝高度焊缝高度 h f h f h e 有效截面有效截面 计算焊缝长度计算焊缝长度lw＝＝每条连续焊缝的长度－每条连续焊缝的长度－2h f（每端扣 （每端扣h f ）） 角焊缝强度验算方法角焊缝强度验算方法续续 计算公式计算公式 w f 2 f 2 f f≤τ β σ f 端焊缝强度增大系数端焊缝强度增大系数 f β 直角焊缝 斜角焊缝 直角焊缝 斜角焊缝 ＝＝ 1.0 ＝＝1.22 静载、 间接动载 ＝ 静载、 间接动载 ＝1.0 直接动载直接动载 f σ ≤ w f f f β f τ当当＝ 0 时 f σ ≤ w f f f τ＝ 0 时 式中式中 f τ 平行平行焊缝长度方向的应力焊缝长度方向的应力 f σ 垂直垂直焊缝长度方向的应力焊缝长度方向的应力 w f f 角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值 N V 角 焊缝角 焊缝 f σ f τ 端 焊缝 侧焊缝 端 焊缝 侧焊缝 危险点危险点 角焊缝尺寸限制要求角焊缝尺寸限制要求 角焊缝高度 hf 不应太小不应太小 不能焊透，实际承载力不足 焊缝冷却太快容易开裂 不能焊透，实际承载力不足 焊缝冷却太快容易开裂 不应太大不应太大 焊缝冷却后产生较大变形 较薄焊件容易烧穿 焊缝冷却后产生较大变形 较薄焊件容易烧穿 角焊缝长度 lw 不应太短不应太短 焊缝起、落弧坑太近，焊缝不可靠焊缝起、落弧坑太近，焊缝不可靠 规范规范lw≥≥ 8hf 和和 40 mm 不应太长不应太长 焊缝应力分布更加不均匀焊缝应力分布更加不均匀 规范规范lw≤≤ 60hf 具体具体 要求要求 详见详见 教材教材 角焊缝强度验算示例角焊缝强度验算示例（一）（一） 拼接板连接拼接板连接 － 受轴力－ 受轴力N，通过连接焊缝群形心，通过连接焊缝群形心 两边侧焊两边侧焊 两边端焊两边端焊 验算验算 － 端焊缝强度提高系数－ 端焊缝强度提高系数 验算验算 认为焊缝有效截面上应力均匀分布认为焊缝有效截面上应力均匀分布 一条单独的焊缝，每端扣除一条单独的焊缝，每端扣除hf 角焊缝强度验算示例角焊缝强度验算示例（一）（一） 验算验算 拼接板连接拼接板连接 － 受轴力－ 受轴力N，通过连接焊缝群形心，通过连接焊缝群形心 四周围焊四周围焊 当焊缝受直接动力荷载时当焊缝受直接动力荷载时 由端焊缝由端焊缝 1 N1 1 2 2 再验算侧焊缝再验算侧焊缝 N1 lw1 N2， ，lw2 减小拼接板 角部应力集中 减小拼接板 角部应力集中 四周菱形围焊四周菱形围焊 简化验算－ 无论静载、动载简化验算－ 无论静载、动载 12 NNN− 角焊缝强度验算示例角焊缝强度验算示例（二）（二） 角钢连接角钢连接 － 受轴力－ 受轴力N 肢背焊缝 肢尖焊缝 肢背焊缝 肢尖焊缝 b lw2 lw1 两边侧焊两边侧焊 由平衡条件由平衡条件 N1、、N2 不均匀分配不均匀分配 角钢连接角钢连接 焊缝内力分配焊缝内力分配 内力分配系数 角钢类型连接形式 肢背 内力分配系数 角钢类型连接形式 肢背K1肢尖肢尖K2 等肢角钢等肢角钢0.700.30 不等肢角钢 短肢连接 不等肢角钢 短肢连接 0.750.25 不等肢角钢 长肢连接 不等肢角钢 长肢连接 0.650.35 角焊缝强度验算示例角焊缝强度验算示例（二）（二） 角钢连接角钢连接 － 受轴力－ 受轴力N b lw2 lw1 三面围焊三面围焊 由端焊缝强度验算确定由端焊缝强度验算确定 由平衡由平衡 角焊缝强度验算示例角焊缝强度验算示例（三）（三） 梁柱连接梁柱连接－受弯矩－受弯矩M、剪力、剪力V、轴力、轴力N 作用作用 w ff w a w MaNfa f I My A N βσσσ≤危险点危险点a验算验算 w ffb f fb f≤ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ 2 2 τ β σ ＋ , w vfb w b w MbNfb A V I My A N ττσσσ 危险点危险点b 仅腹板 焊缝截面 仅腹板 焊缝截面 梁柱连接 整个焊缝截面 焊缝应力分布 梁柱连接 整个焊缝截面 焊缝应力分布 弯矩轴力剪力弯矩轴力剪力 加劲肋加劲肋 整个截面整个截面Aw, Iw 问题若柱上无加劲肋，以上计算是否需调整问题若柱上无加劲肋，以上计算是否需调整 焊缝截面焊缝截面 ＝＝Vae 角焊缝强度验算示例角焊缝强度验算示例（四）（四） 柱子牛腿连接柱子牛腿连接 － 受扭矩－ 受扭矩T、剪力、剪力V、轴力、轴力N 作用作用 ∑ we V f x lh N τ 轴力轴力N产生产生A点的应力点的应力 ∑ we V f y lh V σ 剪力剪力V产生的产生的A点应力点应力 V f y T f yf σσσ N f x T f xf τττ X方向合应力方向合应力 Y方向合应力方向合应力 w ff f f f≤ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ 2 2 τ β σ ＋ 验算验算 扭矩扭矩T产生的应力产生的应力焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心o 旋转旋转 zw x T f y zw yT xf zw T I Tr I Tr I Tr f τττ , A点A点极惯性矩极惯性矩 IzwIxwIyw 焊缝周围温度场焊缝周围温度场 焊接残余应力与残余变形焊接残余应力与残余变形 产生原因产生原因 焊接残余变形焊接残余变形 由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起 焊接残余应力焊接残余应力 由焊缝冷却收缩收到阻止引起由焊缝冷却收缩收到阻止引起 压住压住 内应力内应力 焊 缝焊 缝 θθ变 形 变 形 焊接残余应力分类焊接残余应力分类 X 横向焊接应力 横向焊接应力 Y 纵向焊接应力 纵向焊接应力 Z 厚度方向 焊接应力 厚度方向 焊接应力 焊缝焊缝 纵向焊接应力纵向焊接应力 平 板平 板 工字形截面工字形截面 焊接残余应力分类焊接残余应力分类（续）（续） 第一部分第一部分 施焊 方向 施焊 方向 收缩收缩 横向焊接应力横向焊接应力 应力分布应力分布 第二部分第二部分 厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力 ＋＋ 合成 应力 合成 应力 焊接残余应力特点焊接残余应力特点 板内焊接残余应力自身平衡板内焊接残余应力自身平衡 焊接残余应力常形成三向拉应力，且达到焊接残余应力常形成三向拉应力，且达到 fy数值数值 焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响 对疲劳、刚度、压杆稳定产生不利作用对疲劳、刚度、压杆稳定产生不利作用 对塑性变形能力好的钢材强度没有大的影响对塑性变形能力好的钢材强度没有大的影响 焊接残余变形焊接残余变形 波浪变形波浪变形 残余变形的不利影响残余变形的不利影响 构件装配困难构件装配困难 构件受力状况恶化构件受力状况恶化 减小焊接残余变形措施减小焊接残余变形措施 设计措施设计措施 合理安排焊缝位置 焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错 合理安排焊缝位置 焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错 差好差好 差好差好 差好差好 劲板开孔，让主要焊缝 通过，次要焊缝中断 劲板开孔，让主要焊缝 通过，次要焊缝中断 减小焊接残余变形措施减小焊接残余变形措施（续）（续） 加工措施加工措施 合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。 施焊前，预加反向变形。 合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。 施焊前，预加反向变形。 焊接次序交替进行焊接次序交替进行 分多道焊缝分多道焊缝 预加反变形预加反变形 普通螺栓连接构造普通螺栓连接构造 A级级B级区别级区别仅尺寸不同，仅尺寸不同，A级级d≤≤24，，L ≤≤ 150mm；；B级级d＞＞24，，L＞＞150mm 分类钢材 强度 等级 孔径 分类钢材 强度 等级 孔径d0与 栓径 与 栓径d 之差之差mm 加工 受力 特点 安装加工 受力 特点 安装 抗剪差 抗拉好 方便 精度 要求高 抗剪 抗拉 均好 抗剪差 抗拉好 方便 精度 要求高 抗剪 抗拉 均好 应用应用 C级级 粗制 螺栓 粗制 螺栓 普通 碳素钢 普通 碳素钢 Q235 4.6 4.8 1.0 1.5 粗糙 尺寸不准 成本低 承拉 应用多 临时固定 粗糙 尺寸不准 成本低 承拉 应用多 临时固定 A级级 B级级 精制 螺栓 精制 螺栓 优质 碳素钢 优质 碳素钢 45号钢号钢 35号钢号钢 8.80.30.5 精度高 尺寸准确 成本高 目前 应用 减少 精度高 尺寸准确 成本高 目前 应用 减少 I 类孔类孔孔壁粗糙度小，孔径偏差允许孔壁粗糙度小，孔径偏差允许 0.25mm，对应，对应A、、B级螺栓级螺栓 II类孔类孔孔壁粗糙度大，孔径偏差允许孔壁粗糙度大，孔径偏差允许 1mm，对应，对应C级螺栓级螺栓 普通螺栓连接构造普通螺栓连接构造（续一）（续一） 钢板上螺栓排列 角钢上螺栓排列 钢板上螺栓排列 角钢上螺栓排列 并列螺栓 错列螺栓 螺栓容许间距 并列螺栓 错列螺栓 螺栓容许间距 普通螺栓连接构造普通螺栓连接构造（续二）（续二） 受力要求受力要求 螺距过小钢板剪坏。 螺距过大受压时钢板张开。 螺距过小钢板剪坏。 螺距过大受压时钢板张开。 构造要求构造要求 螺距过大连接不紧密，潮气侵入腐蚀。螺距过大连接不紧密，潮气侵入腐蚀。 施工要求施工要求 螺距过小施工时转动扳手困难。螺距过小施工时转动扳手困难。 螺栓 间距 布置 要求 螺栓 间距 布置 要求 普通螺栓连接构造普通螺栓连接构造（续三）（续三） 螺栓最大和最小容许间距螺栓最大和最小容许间距 普通螺栓的承载力普通螺栓的承载力 剪力螺栓剪力螺栓 受力垂直螺杆，承剪、承压。 连接件有错动趋势 受力垂直螺杆，承剪、承压。 连接件有错动趋势 拉力螺栓拉力螺栓 受力平行螺杆，承拉。 连接件有脱开趋势。 受力平行螺杆，承拉。 连接件有脱开趋势。 依据 受力 方式 依据 受力 方式 剪 力 螺 栓 拉 力 螺 栓 剪 力 螺 栓 拉 力 螺 栓 剪力螺栓的剪力螺栓的 5 种破坏形式种破坏形式 （（1））螺栓剪断螺栓剪断 （板较厚，螺栓较细）（板较厚，螺栓较细） （（2））钢板孔壁挤压破坏钢板孔壁挤压破坏 （板较薄，螺栓较粗）（板较薄，螺栓较粗） （（3））钢板拉断钢板拉断 （板开孔，截面削弱）（板开孔，截面削弱） （（4））钢板剪坏钢板剪坏 （螺栓端距过小）（螺栓端距过小） （（5））螺栓弯曲破坏螺栓弯曲破坏 （板过厚，螺栓细长）（板过厚，螺栓细长） 防止螺栓破坏措施防止螺栓破坏措施 1 2 3 通过计算解决通过计算解决 4 5 通过构造解决 端距 ≥ 通过构造解决 端距 ≥ 2d。 螺杆长度 ≤ 。 螺杆长度 ≤ 5d 剪力螺栓的承载力计算剪力螺栓的承载力计算 b v 2 v b v 4 fdnN⋅⋅⋅ π 单剪面单剪面nv1 四剪面四剪面nv4 双剪面双剪面nv2 一个螺栓的抗剪承载力一个螺栓的抗剪承载力 剪面数螺杆直径螺栓抗剪 设计强度 剪面数螺杆直径螺栓抗剪 设计强度 b c b c ftdN⋅⋅ ∑ 一个螺栓的承压承载力一个螺栓的承压承载力 同一受力方向的承压 构件的较小总厚度 螺栓承压 设计强度 同一受力方向的承压 构件的较小总厚度 螺栓承压 设计强度 一个剪力螺栓的设计承载力一个剪力螺栓的设计承载力 {} b c b v b min , minNNN 一个螺栓所受剪力一个螺栓所受剪力 b minv NN ≤ 验算验算 Nv Nv 公式条件各剪 面上剪力相同 公式条件各剪 面上剪力相同 剪力螺栓群不均匀受力剪力螺栓群不均匀受力 弹性弹性阶段受力状态阶段受力状态 l 1 塑性塑性阶段受力状态阶段受力状态 当当 l1≥≥15d。，采用 承载力折减系数考虑 螺栓群受力不均 。，采用 承载力折减系数考虑 螺栓群受力不均 拉力螺栓撬力的概念拉力螺栓撬力的概念 产生撬力的原因产生撬力的原因 角钢抗弯刚度不足，水平肢有较大变形角钢抗弯刚度不足，水平肢有较大变形 对螺栓受力影响对螺栓受力影响 使螺栓拉力增大使螺栓拉力增大 减小撬力的措施减小撬力的措施 增强角钢抗弯刚度，加大厚度或增设加劲肋增强角钢抗弯刚度，加大厚度或增设加劲肋 螺栓拉力螺栓拉力 Pf N / 2V 刚度越小，刚度越小，V 越大越大 N N 撬力撬力 加劲肋加劲肋 拉力螺栓的承载力计算拉力螺栓的承载力计算 一个螺栓的抗拉承载力一个螺栓的抗拉承载力 抗拉验算抗拉验算 b tt N N ≤一个螺栓所受的拉力一个螺栓所受的拉力 b t 2 e b t 4 fdN⋅⋅ π ff0.8 b t 螺栓有效直径 螺栓抗拉设计强度 螺栓有效直径 螺栓抗拉设计强度 考虑撬力的影响考虑撬力的影响 同时剪、拉的螺栓承载力计算同时剪、拉的螺栓承载力计算 一个螺栓 受的剪力 一个螺栓 受的拉力 一个螺栓 受的剪力 一个螺栓 受的拉力 承拉承拉 设计 强度 设计 强度 承剪承剪 设计 强度 设计 强度 承压承压设 计强度 设 计强度 1 2 b t t 2 b v v ≤ N N N N b cv NN ≤ 同时 满足 同时 满足 普通螺栓群连接强度计算普通螺栓群连接强度计算 螺栓群受轴力螺栓群受轴力 N 螺栓总数螺栓总数 n （（1）螺栓抗剪计算）螺栓抗剪计算 {} b c b v , minNN b min v n N NN≤ 求求 n 时，取整数时，取整数 （（2）钢板强度计算）钢板强度计算 f A N n ≤σ 钢材抗拉或 抗压设计强度 钢板净截面积 钢材抗拉或 抗压设计强度 钢板净截面积 b I 截面截面AnI 螺栓并列布置 螺栓错列布置 螺栓并列布置 螺栓错列布置 a tdn -bA 0In 螺栓并列布置 螺栓错列布置 螺栓并列布置 螺栓错列布置{} nIInIn A ,Amin A []tdnea 1ne2A 0II 22 II1nII ⋅−− II 截面截面AnII 普通螺栓群连接强度计算普通螺栓群连接强度计算（续一）（续一） 受扭矩受扭矩 T 螺栓受力分析假定 （ 螺栓受力分析假定 （1）板件为刚体，螺栓为弹性体 （ ）板件为刚体，螺栓为弹性体 （2）各螺栓绕螺栓群形心旋转 （ ）各螺栓绕螺栓群形心旋转 （3）产生的剪力与形心距离正比）产生的剪力与形心距离正比 力矩平衡力矩平衡 a 各螺栓剪力与各螺栓剪力与r 正比 各剪力都用 正比 各剪力都用N1表示表示 b b 代入代入 a得 验算剪力最大的螺栓 得 验算剪力最大的螺栓 b min N≤ 普通螺栓群连接强度计算普通螺栓群连接强度计算（续二）（续二） 受剪力受剪力V、轴力、轴力N、扭矩、扭矩 T 剪力剪力V 轴力轴力N 扭矩扭矩T 螺栓所受的最大合剪力螺栓所受的最大合剪力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 普通螺栓连接强度计算普通螺栓连接强度计算（续三）（续三） 受弯矩受弯矩 M 螺栓的螺栓的 最大拉力最大拉力 ∑ 2 i 1 1max ym My NN b tmax NN≤验算验算 1 2 3 4 5 2列列 m＝＝2 5排排 螺栓列数螺栓列数 螺栓群绕最低排 螺栓轴线旋转 螺栓群绕最低排 螺栓轴线旋转 普通螺栓连接强度计算普通螺栓连接强度计算（续四）（续四） 受弯矩受弯矩 M 和 拉力和 拉力 N 作用作用 螺栓群绕形心线 旋转时内力分布 螺栓群绕形心线 旋转时内力分布 螺栓群绕最低排螺 栓旋转时内力分布 螺栓群绕最低排螺 栓旋转时内力分布 形心线形心线最低 排螺 栓线 最低 排螺 栓线 ym y n 2 i 1 mint, ∑ − MN N 假定螺栓群绕形心线转动假定螺栓群绕形心线转动 ∑ 2 i 6 maxt, ym y n MN N 0 mint, ≥N（（1）当，螺栓都受拉，原假定正确，）当，螺栓都受拉，原假定正确，验算要求验算要求 b tmaxt, NN≤ （（2）当，最低排螺栓受压，则螺栓群绕最低排转动 重新计算螺栓的最大拉力 ）当，最低排螺栓受压，则螺栓群绕最低排转动 重新计算螺栓的最大拉力 0 mint, N ∑ 2 i maxt, ym y 6 NeM N b tmaxt, NN≤验算验算 6 5 4 3 2 1 普通螺栓连接强度计算普通螺栓连接强度计算（续五）（续五） 受弯矩受弯矩 M、拉力、拉力 N、剪力、剪力 V 作用作用 1采用支托承剪采用支托承剪 C级螺栓承拉弯级螺栓承拉弯 剪力剪力V →→ 支托焊缝承受支托焊缝承受 进行焊缝验算进行焊缝验算 弯矩弯矩M、轴力、轴力N →→ 螺栓承受螺栓承受 进行螺栓验算进行螺栓验算 方法同前方法同前 剪力剪力V →→ Nv V/n 弯矩弯矩M、轴力、轴力N →→ Nt,max计算方法同前计算方法同前 验算验算 1 2 b t maxt,2 b v v ≤ N N N N b cv NN ≤ 2 采用采用A、、B 级 螺栓承受拉弯剪 级 螺栓承受拉弯剪 高强度螺栓连接特点高强度螺栓连接特点 强度等级采用钢材强度等级采用钢材 8.8 级级45号钢，号钢，40B钢钢 10.9 级级20MnTiB钢，钢，35VB钢钢 按材质按材质 分类分类 受力受力 特征特征 承载力承载力 极限状态极限状态 安装孔安装孔 孔径孔径 d0（（mm 外力达到摩擦力外力达到摩擦力d0＝＝d＋＋1.5 2.0 d0＝＝d＋＋1.0 1.5 外力超过摩擦力外力超过摩擦力 螺栓承剪螺栓承剪 钢板承压钢板承压 应用应用 特点特点 摩擦型摩擦型 剪切变形小，耐疲 劳，动载下不易松动 剪切变形小，耐疲 劳，动载下不易松动 承压型承压型 承载力比摩擦型大， 剪切变形大，一般不 用于直接动载情况 承载力比摩擦型大， 剪切变形大，一般不 用于直接动载情况 按受力状况分类按受力状况分类 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 螺栓螺栓高强度螺栓高强度螺栓普通螺栓普通螺栓 材料 传力方式 材料 传力方式依靠连接板件摩擦传力依靠连接板件摩擦传力螺栓直接传力螺栓直接传力 变形变形连接变形小，螺栓不易松动连接变形小，螺栓不易松动连接变形大，螺栓易松动连接变形大，螺栓易松动 安装安装 材质好，强度高材质好，强度高材质一般，强度低材质一般，强度低 需专门扳手施加预拉力需专门扳手施加预拉力一般常用扳手，手感拧紧一般常用扳手，手感拧紧 普通螺栓 无预拉力的高强度螺栓 有预拉力的高强度螺栓 普通螺栓 无预拉力的高强度螺栓 有预拉力的高强度螺栓 螺栓受力过程比较螺栓受力过程比较 外力外力N 预拉力预拉力P 挤压力挤压力Q 摩擦力摩擦力F 拧紧螺母产生预拉力拧紧螺母产生预拉力 摩擦型与承压型摩擦型与承压型高强度螺栓设计准则高强度螺栓设计准则 剪力剪力N 变形δ变形δ NN N N 摩擦型螺栓 设计准则 摩擦型螺栓 设计准则 承压型螺栓 设计准则 承压型螺栓 设计准则 控制外力不超过 摩擦力，无滑移。 控制外力不超过 摩擦力，无滑移。 外力可超过摩擦力，经 滑移后由螺杆承剪承压。 外力可超过摩擦力，经 滑移后由螺杆承剪承压。 摩擦型摩擦型高强度螺栓承载力计算高强度螺栓承载力计算 一个摩擦型高强度一个摩擦型高强度 螺栓的螺栓的抗剪抗剪承载力承载力 P 9 . 0 b v μ f nN 摩擦 面数 摩擦 系数 预拉力 摩擦 面数 摩擦 系数 预拉力 一个螺栓所受剪力一个螺栓所受剪力 b vv NN ≤ 验算验算 单剪面单剪面nf1双剪面双剪面nf2 NvNv 高强度螺栓设计数据高强度螺栓设计数据 高强度螺栓设计预拉力高强度螺栓设计预拉力 P（（kN）） 摩擦系数摩擦系数μμ 摩擦型摩擦型高强度螺栓承载力计算高强度螺栓承载力计算（续一）（续一） 一个摩擦型高强度 螺栓的 一个摩擦型高强度 螺栓的抗拉抗拉承载力承载力 P 8 . 0 b t N 预拉力预拉力 防止受拉后 出现脱开松动 防止受拉后 出现脱开松动 一个螺栓所受拉力一个螺栓所受拉力 b tt NN ≤ 验算验算 可控制连接贴紧，不松动可控制连接贴紧，不松动 螺栓拉力变化图螺栓拉力变化图 螺栓螺栓 摩擦型摩擦型高强度螺栓承载力计算高强度螺栓承载力计算（续二）（续二） 一个摩擦型高强度螺栓一个摩擦型高强度螺栓 同时受剪、受拉时同时受剪、受拉时 承载力计算承载力计算 外剪力外剪力Nv 外拉力外拉力Nt 2003版 钢结构规范 相关公式 版 钢结构规范 相关公式 1 b t t b v v ≤ N N N N PnN⋅⋅μ f b v 9 . 0PN8 . 0 b t 25. 19 . 0 tf b v NPnN−⋅⋅（μ 1988版版 钢结构规范钢结构规范 公式公式 摩擦型高强度螺栓群摩擦型高强度螺栓群连接强度计算连接强度计算 螺栓抗剪验算螺栓抗剪验算P n 0.9N n N N f b vv μ≤ 净截面应力净截面应力f≤ n A N σ 净截面积 钢板材料设计强度 净截面积 钢板材料设计强度 钢板搭接，承受剪力钢板搭接，承受剪力 N 共共 2n 个螺栓个螺栓 钢板净截面 抗拉强度验算 钢板净截面 抗拉强度验算 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −−− n n 0.51N n N 5 . 0nNFnNN 1 11 净截面 受力 净截面 受力 第一排螺栓数第一排螺栓数 n 1 n N 0.5F 每个孔前摩擦力每个孔前摩擦力 最外侧螺栓 为不利截面 最外侧螺栓 为不利截面 摩擦型高强度螺栓群摩擦型高强度螺栓群连接强度计算连接强度计算（续一）（续一） 受剪力受剪力V、轴力、轴力N、扭矩、扭矩 T 剪力剪力V 轴力轴力N 扭矩扭矩T 螺栓所受的 最大合剪力 螺栓所受的 最大合剪力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 P n 0.9N f b v μ 形心线形心线 1 2 3 4 5 摩擦型高强度螺栓群摩擦型高强度螺栓群连接强度计算连接强度计算（续二）（续二） 承受弯矩承受弯矩 M 连接保持不松动， 螺栓群绕形心线旋转 连接保持不松动， 螺栓群绕形心线旋转 P 0.8N ym My N b t 2 i 1 maxt1 ≤ ∑ N 验算最上一排螺栓验算最上一排螺栓 摩擦型高强度螺栓群摩擦型高强度螺栓群连接强度计算连接强度计算（续三）（续三） 受弯矩受弯矩 M、拉力、拉力 N、剪力、剪力 V 作 用作 用 无论有否拉力N，无论有否拉力N， 总是绕螺栓群形心线旋转总是绕螺栓群形心线旋转 1 2 3 4 5 6 n V Nv1 剪力剪力VP 0.8N ym My n N N b t 2 i 1 maxt1 ≤ ∑ N 弯矩弯矩M 拉力拉力N 1 b t t1 b v v1 ≤ N N N N PnN⋅⋅μ f b v 9 . 0PN8 . 0 b t 验算验算
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