钢结构PPT课件第三章钢结构的连接.ppt

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1、第三章 钢结构的连接,本章重点1、钢结构的各种连接方法的特点；2、角焊缝的构造与计算；3、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；4、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；5、高强螺栓连接的构造与计算。,目 录,第一节 钢结构的连接方法第二节 焊接连接的特性第三节 对接焊缝连接的构造和计算第四节 角焊缝连接的构造和计算第五节 焊接残余应力和焊接残余变形第六节 普通螺栓连接的构造和计算第七节 高强度螺栓连接的性能和计算,第一节 钢结构的连接方法,一、连接设计原则二、结构的连接方法,一、连接设计原则,钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件，各构件再通过一定的安装连接而形成整体结构。连接部位应有足够的强

2、度、刚度及延性。被连接构件间应保持正确的相互位置，以满足传力和使用要求。连接的加工和安装比较复杂、费工，因此选定合适的连接方案和节点构造是钢结构设计中重要的环节。连接设计不合理会影响结构的造价、安全和寿命。设计时应根据连接节点的位置及其所要求的强度和刚度，合理地确定连接方式及节点的细部构造和计算方法，并应注意以下几点：,(1)连接的设计应与结构内力分析时的假定相一致；(2)结构的荷载，内力组合应能提供连接的最不利受力工况；(3)连接的构造应传力直接，各零件受力明确，并尽可能避免严重的应力集中；(4)连接的计算模型应能考虑刚度不同的零件间的变形协调；(5)构件相互连接的节点应尽可能避免偏心，不能

3、完全避免时应考虑偏心的影响；(6)避免在结构内产生过大的残余应力，尤其是约束造成的残余应力，避免焊缝过度密集；(7)厚钢板沿厚度方向受力容易出现层间撕裂，节点设计时应予以充分注意；(8)连接的构造应便于制作、安装，综合造价低。,二、结构的连接方法,焊缝连接铆钉连接 螺栓连接,焊缝连接,20世纪初开始在工程结构上较广泛应用。焊接是现代钢结构最主要的连接方法之一。优点：不削弱构件截面，构造简单，节约钢材，加工方便，可采用自动化操作，生产效率高。刚度较大、密封性能好。缺点：焊缝附近存在热影响区，由高温快速降到常温，使钢材脆性加大；存在焊接残余应力及残余变形；焊接结构低温冷脆问题也比较突出。,铆钉连接

4、,优点：传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好。缺点：构造复杂、费工、费钢。,螺栓连接,（1）普通螺栓连接 1）C级螺栓连接：2）A、B级螺栓连接：（2）高强螺栓连接 20世纪中钢结构开始采用。是现代钢结构最主要的连接方法之一。（3）射钉、自攻螺栓连接,（1）普通螺栓连接,优点：装卸便利，设备简单。缺点：螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大。,（2）.高强螺栓连接,优点：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、韧性好。缺点：摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高,（3）射钉、自攻螺栓连接,优点：灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板

5、结构。缺点：不能受较大集中力。,第二节 焊接连接的特性,一、钢结构中常用的焊接方法二、焊缝类型三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别四、焊缝符号及标注方法,一、钢结构中常用的焊接方法,1、电 弧 焊 1）手工焊 2）自动焊 3）半自动焊 2、电 阻 焊 3、气 焊 4、电 渣 焊注：各种焊接方法的比较。,各种焊接方法的比较,焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下优缺点：,优点：1）不需打孔，省工省时；2）任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；3）气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。缺点：1）焊接附近有热影响区，材质变脆；2）焊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

6、。3）焊接裂缝一经发生，便容易扩展。,三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别,1、焊缝缺陷2、焊缝质量检验和焊缝级别3、焊缝连接的型式及焊缝形式4、焊缝符号及标注方法,1、焊缝缺陷,焊缝尺寸偏差;咬边;弧坑,起弧或落弧处焊缝所形成的凹坑；未熔合；母材被烧穿;气孔；非金属夹渣；裂纹。缺陷会引起应力集中削弱焊缝有效截面，降低承载能力。若发现焊缝有裂纹，应彻底铲除后补焊。,2、焊缝质量检验和焊缝级别,焊接时为保证质量，需要注意之处：（1）对不熟悉的钢种焊接时，需做工艺性能和力学性能的试验；（2）焊工要进行考核，持证上岗；（3）焊条、焊丝、焊剂按规定烘焙；（4）多层焊接需连续施焊，每层焊道之间要清理；（5）

7、焊缝出现裂缝，应申报、查明原因，方能处理。焊缝质量检验方法分：外观检查、超声波探伤检验、X射线检验。焊缝质量分三级:一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x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。,3、焊缝连接的型式及焊缝形式,连接的型式：按两焊件的相对位置分为：（1）平接、（2）搭接、（3）顶接,焊缝形式：（1）按构造可分为：对接焊缝和角焊缝（2）对接焊缝按受力与焊缝方向分：a）直缝：作用力方向与焊缝方向正交 b）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交（3）角焊缝按受力与焊缝方向分：a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行（4）按

8、焊缝连续性：a）连续焊缝：受力较好 b）断续焊缝：易发生应力集中（5）按施工位置：俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。,4、焊缝符号及标注方法（P195197）,按建筑结构制图标准(GB/T50105-2001)和焊缝符号表示法(GB324-88)执行。,第三节 对接焊缝连接的构造和计算,对接焊缝传力直接、平顺、没有显著的应力集中现象，受力性能良好。但质量要求高，焊件间施焊间隙要求严，一般多用于工厂制造的连接中，主要用于板件、型钢的拼接或构件的连接。一、对接焊缝的构造二、对接焊缝的计算,一、对接焊缝的构造,1.对接焊缝的形式2.对接焊缝的优缺点 3.对

9、接焊缝的构造处理 4.对接焊缝的强度,1.对接焊缝的形式,a）直边缝：适合板厚t 10mm b）单边V形：适合板厚t 1020mm c）双边V形：适合板厚t 1020mm d）U形：适合板厚t 20mm e）K形：适合板厚t 20mm f）X形：适合板厚t 20mm,2.对接焊缝的优缺点优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。缺点：需剖口，焊件长度要精确。3.对接焊缝的构造处理（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去5mm。（2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避免应力

10、集中。（图1）（3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的斜边，避免应力集中。（图2）,4.对接焊缝的强度 有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质量等级有关。,图 1,图 2,二、对接焊缝的计算,对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布基本相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）不能超过焊缝的强度设计值，运用材力理论计算。对接焊缝的计算包括：1、轴心受力的对接焊缝 2、斜向受力的对接焊缝 3、对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时的计算4、钢梁的对接焊缝 5、牛腿与翼缘的对接焊缝 6、部分焊透的对接焊缝,1、轴心受力的对接焊缝的计算,N轴心拉力或压力

11、;Lw焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实长减去10mm（2t），有引弧板时，取实长;t平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚;对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。,或,2、斜向受力的对接焊缝的计算（如图）,对接焊缝抗剪强度设计值 主要用于焊缝强度设计值低于构件强度设计值的连接中。优点：抗动力荷载性能较好 缺点：较费材料 当 tg 1.5即 56.3时，可不验算焊缝强度。,斜向受力的对接焊缝受力图,3、对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时的计算,4、钢梁的对接焊缝的计算（如图）,焊缝内应力分布同母材。同时受弯、剪时，分别验算最大正应力、最大剪应力 Wx焊缝截面抵抗矩 Sw 焊缝截面上计算点处

12、以上（以下）截面对中和轴的面积矩对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大，但都比较大，所以需验算折算应力，即：1、1为腹板与翼缘交界点处的正应力和剪应力；1.1为考虑到最大折算应力只在部分截面的部分点出现，而将强度设计值适当提高。,5、牛腿与翼缘的对接焊缝的计算,腿和柱的对接焊缝，剪力全部由腹板承受并均匀分布，弯矩、拉力由全截面承担，与梁计算相同，截面形式和截面上各种应力分布见图。图中该牛腿截面为非对称，在拉力作用下，全截面均匀受拉，在剪力作用下，整个腹板截面按均匀抗剪考虑，在弯矩作用下，中和轴以上受拉，中和轴以下受压。因此图中1、2、3、4点均需强度验算。点1为下翼缘最外缘的点，点2

13、为下翼缘与腹板的交界点，点3为上翼缘与腹板的交界点，点4为上翼缘最外缘的点。各点计算为：,各点计算,点1：点2：点3：点4：式中：AW 有效抗剪面积，AW=h0tw AW整个焊缝截面的截面积；yi各计算点到中和轴的距离。,部分焊透的对接焊缝的计算,在钢结构设计中，有时遇到板件较厚，而板件间连接受力较小时，可以采用部分焊透的对接焊缝（图7-21），例如当用四块较厚的钢板焊成的箱形截面轴心受压柱时，由于焊缝主要起联系作用，就可以用部分焊透的坡口焊缝（图7-21-f）。在此情况下，用焊透的坡口焊缝并非必要，而采用角焊缝则外形不能平整，都不如采用部分焊透的坡口焊缝为好。当垂直于焊缝长度方向受力时，因部

14、分焊透处的应力集中带来不利的影响，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。部分焊透的对接焊缝，由于它们未焊透，只起类似于角焊缝的作用，因此设计中应按角焊缝的计算公式进行，取f10，仅在垂直于焊缝长度的压力作用下，可取 f 122。其有效厚度则取为：见（P200）,部分焊透的对接焊缝,例题71（P201202）,第四节 角焊缝连接的构造和计算,角焊缝为沿两直交或斜交焊件的交线焊接的焊缝，可用于对接、搭接以及直角或斜角相交的T形和角接接头中。因为角焊缝施焊时板边不需要加工坡口，施焊较方便。一、类型和特点二、构造要求 三、角焊缝的计算,一、类型和特点,1

15、、角焊缝按受力与焊缝方向分为：（1）侧面角焊缝（侧缝）：焊缝长度方向与受力方向平行，其特点为应力分布简单些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。侧缝强度低，但塑性较好。应力分布如图所示（2）正面角焊缝（端缝）：焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。应力分布如图所示,侧面角焊缝应力分布图,正面角焊缝应力分布图,2、角焊缝按截面形式可分为：（1）直角角焊缝（如图）（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝 l一般采用（a）。但（a）应力集中较严重，在承受动力荷载时采用（b）、（c）。（2）斜角角焊缝（如图）

16、（d）斜锐角焊缝（e）斜钝角焊缝（f）斜凹面角焊缝 主要用于钢管连接中 角焊缝主要采用直角角焊缝。,直角角焊缝,（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝,斜角角焊缝,（d）斜锐角焊缝（e）斜钝角焊缝（f）斜凹面角焊缝,二、构造要求,首先角焊缝的主要尺寸焊脚尺寸hf和焊缝长度lw 应满足下列构造要求：1、焊脚尺寸hfhf过小，热量小，快速被周围金属吸收，冷却过快而产生淬硬组织，使金属变脆，容易形成裂纹。hf过大，易使焊件过烧，改变金相组织，且易烧穿较薄焊件2、焊缝长度lw lw过小，会由于落弧的弧坑相距太近造成应力集中过大。lw过大，由于外力在侧焊缝内引起的剪应力，沿侧缝长度方向的分布不均匀，

17、两端大，中间小。所以hf和lw不能过大或过小，具体限值见下表（或参考教材P203205）,其它构造要求：,（1）承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。（2）在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为1:1.5,长边顺内力方向；对侧面角焊缝可为1:1。（3）在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应大于15t（对受压构件）或30t（对受拉构件），t为较薄焊件的厚度。,三、角焊缝的计算,1.强度设计值 试验得沿焊缝长度方向受剪时强度设计值为，荷载产生的应力垂直于焊缝长度方向时，强度设计值为1

18、.22。2.计算的基本公式 3.角焊缝的计算包括如下几个类型：（1）受轴心力焊件的拼接板连接计算（2）承受轴向力N角钢的连接计算（3）弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝计算（4）扭矩作用下的角焊缝连接计算（5）扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝计算,2、计算的基本公式（P206208）,如图（a）所示角焊缝的连接，在三向轴力作用下，角焊缝所受 之力如图（b）所示，在有效截面BDEF上的应力可用、表示，其中、为垂直焊缝长度方向的正应力和剪应力，为平行于焊缝长度方向的剪应力。实验证明，角焊缝在复杂应力作用下的强度条件可和母材一样用下式表示：式中：是角焊缝的强度设计值，把它看作剪切强

19、度，因而乘以。,为了便于计算角焊缝，对于如图（b）所示的有效截面BDEF上的正应力叫和剪应力改用两个垂直于焊脚CB和BA并在有效截面上分布的应力fy和fx表示，同时剪应力的符号改用fz表示。计算时不考虑诸力的偏心作用，而且认为有效截面上的诸应力都是均匀分布的。有效截面积为Ae。根据平衡条件简化可得：,角焊缝应力分析图,（1）当fx=fy=0时，即只有沿焊缝长度方向轴向力作用时（轴向力作用的侧面角焊缝）：（2）当fy（或fx）=fz=0时，即只有垂直于焊缝长度方向轴向力作用时（轴向力作用的正面角焊缝）强度提高22%:或,（3）当fy（或fx）=0时，即角焊缝既只承受平行于焊缝长度方向的应力f和垂

20、直于焊缝长度方向的应力f时:（4）公式适用条件 适于非直接动力荷载作用,直接动力荷载作用时，考虑正面角焊缝塑性性能较差，取它和侧面角焊缝的强度相同，把公式中的1.22变为1即可。按容许应力法计算焊接连接时，强度均取角焊缝的容许剪应力，应力根据荷载标准值求得。,（5）有效厚度：两焊脚边的夹角，hf焊脚尺寸。,注：圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊 缝如图所示，其有效厚度可按下式计算：圆钢与平板：he=0.7hf圆钢与圆钢：he=0.1(d1+2d2)-a 式中d1,d2大、小圆钢直径(mm)；a焊缝表面至两个圆钢公切线距离。,（a）如图（a）所示矩形拼接板侧面角焊缝连接 f 沿焊缝长度方向的剪应力。

21、he 角焊缝有效厚度；lw 角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm（每端减5mm或2t）；lw 连接一侧角焊缝计算长度之和；fwf 角焊缝强度设计值；,（1）受轴心力焊件的的拼接板连接计算,（b）如图（b）所示矩形拼接板正面角焊缝连接 f 垂直于焊缝长度方向的应力；he 角焊缝有效厚度；lw 角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm（每端减5mm或2t）；lw 连接一侧角焊缝计算长度之和；ffw 角焊缝强度设计值；f 系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，f=1.22，直接承受动力荷载f=1.0。,（c）如图（c）所示矩形拼接板，三面围焊。可先按式 计算正面角焊缝所承担的

22、内力N1，再由NN1按式计算侧面角焊缝。如三面围焊受直接动载，由于f=1.0，则按轴力由连接一侧角焊缝有效截面面积平均承担按下式计算：式中 lw 连接一侧所有焊缝的计算长度之和。（d）为使传力线平缓过渡，减小矩形拼接板转角处的应力集中，可改用菱形拼接板图（d）所示。菱形拼接板正面角焊缝长度较小，为使计算简化，可忽略正面角焊缝及斜焊缝的f增大系数，不论何种荷载均按上式计算。,轴心力作用下角焊缝连接,（2）承受轴向力N角钢的连接,（a）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算（如图所示）：先计算出肢背和肢尖焊缝所受轴心力N1、N2：K1、K2焊缝内力分配系数；N1、N2 分别为角钢肢背和肢尖传递的内

23、力。再按侧焊缝计算公式验算焊缝强度,角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝图,（b）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算：（如图所示）端部正面角焊缝能传递的内力为：,（c）角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算（如图所示）：由 N2=0得：,3、弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝图,弯矩M作用下，x方向应力：剪力作用下，y方向应力：轴力N作用下x方向应力：M、V和N共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足：式中：如果只承受上述M、N、V的某一、两种荷载时，只取其相应的应力进行验算。,弯矩、剪力、轴力共同作用下的角焊缝应力图,4、扭矩T作用（T平面焊缝平面）（如图所示）,假定:（1）被连接

24、件是刚性的，焊缝是弹性的；（2）被连接件绕焊缝形心O点转动，焊缝上任一点应力与r的大小成正比，方向与r垂直。按照材力理论计算:,扭矩作用时角焊缝应力,5、扭矩、剪力、轴力共同作用下搭接连接角焊缝计算图,扭矩T作用下各点应力计算（以A点为例）：Ix+Iy为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，rx、ry为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。V作用下A点：N作用下A点：A点合应力：要求：注意计算时需判断应力最大点！,扭矩、剪力、轴力共同作用下的角焊缝应力图,第五节 焊接残余应力和焊接残余变形,焊接残余变形：钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变

25、形。焊接残余应力：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。焊接残余应力的分类和形成的原因焊接残余应力对钢结构的影响 焊接残余变形的产生和防止 减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法 合理的焊缝设计,1、焊接残余应力的分类和形成的原因,（1）焊接残余应力的分类 纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力 横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力 厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。约束状态下产生的焊接应力：（2）焊接残余应力成因 纵向应力：横向应力：厚度方向应力：约束状态下产生的焊接应力：,（a）纵向焊接残余应力,产生的原因:（1）焊接

26、过程的不均匀加热和冷却的过程导致焊接残余应力和变形（2）有塑性变形才有焊接残余应力。（3）温度高处受拉。,（b）横向残余应力,产生的原因:焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于弯成弓形，实际上焊缝将两块钢板连成整体，于是在焊缝中部将产生横向拉应力，两端产生横向压应力.施焊过程中，先焊的焊缝先冷却凝固，具有一定的强度，阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压缩变形，产生横向应力。,2、焊接残余应力对钢结构的影响,1、对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，但刚度降低；2、由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；3、降低疲劳强度；4、降低压杆的稳定性；5、使构件提前进

27、入弹塑性工作阶段。,焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。（如图所示）焊接残余变形不仅影响结构的尺寸，使装配困难，影响使用质量过大的变形将显著降低结构的承载能力，甚至使结构不能使用。,3、焊接变形的产生和防止,表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。如图 所示,4、减少焊接应力和焊接变形的方法,（1）采用适当的焊接程序，如分段焊、分层焊；（2）尽可能采用对称焊缝，使其变形相反而抵消；（3）施焊前使结构有一个和焊接变形相反的预变形；（4）对于小

28、构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力。,5、合理的焊缝设计,为了减少焊接应力与焊接变形，设计时在构造上要采用一些措施如：（1）焊接的位置要合理，焊缝的布置应尽可能对称于构件重心，以减小焊接变形。（2）焊缝尺寸要适当，在容许范围内，可以采用较小的焊脚尺寸，并加大焊缝长度，使需要的焊缝总面积不变，以免因焊脚尺寸过大而引起过大的焊接残余应力。焊缝过厚还可能引起施焊时烧穿、过热等现象。,（3）焊缝不宜过分集中，（4）应尽量避免三向焊缝相交，为此可使次要焊缝中断，主要焊缝连续通过（5）要考虑钢板的分层问题。此外，为了保证焊接结构的质量，还应注意以下问题：1、要考虑施焊时，焊条是否易于到达

29、。2、焊缝连接构造要尽可能避免仰焊。,第六节 普通螺栓连接的构造和计算,一、普通螺栓的种类和特性二、普通螺栓连接的构造要求三、普通螺栓连接的分类和受力性能四、普通螺栓连接的计算,一、普通螺栓的种类和特性,1.表示：普通螺栓为粗牙大六角头型，代号用字母M与公称直径(毫米)表示,如M18，M20，M22，M24。2.按制作精度分类：分为 A、B、C级螺栓。C级采用4.6、4.8级（小数点前的数字代表抗拉强度，单位百Nmm2；小数部分代表屈强比)材料制作，只要求类孔(在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔)，栓径比孔径小1.53.0mm。A、B级螺栓采用8.8级材料（45号和35号钢）制作，

30、要求类孔（用钻模钻成或在装配好后钻成或扩钻止设计孔径），栓径比孔径小0.30.5mm。特性见下表。,二、普通螺栓连接的构造要求,1.排列：排列应简单、统一而紧凑。主要分为并列和错列排列。错列较紧凑。,2、构造要求1）受力要求：a）端距限制防止孔端钢板剪断，2d0；b）螺孔中距限制；2）构造要求：防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中矩最大值；3）施工要求：为便于拧紧螺栓，留适当间距（不同的工具有不同要求）根据以上要求设计时应满足规范要求，尽量按最小容许距离取用，且宜取为5mm的倍数，并按等距离布置，以缩小连接的尺寸。（详见P228229图76264及表7578）,三、普通螺栓连接的分类和受力性

31、能,分类:按受力方式可分为抗剪螺栓连接和抗拉螺栓连接。（一）抗剪螺栓连接（二）抗拉螺栓连接,（一）抗剪螺栓连接,1、受力性能：抗剪螺栓连接受力后，当外力不大时，由构件间的摩擦力来传递外力。当外力增大超过极限摩擦力后，构件间相对滑移，螺杆开始接触构件的孔壁而受剪，孔壁则受压。当连接处于弹性阶段，螺栓群中的各螺栓受力不等，两端大，中间小；当外力继续增大，达到塑性阶段时，各螺栓承担的荷载逐渐接近，最后趋于相等直到破坏。,2、破坏形式,（1）栓杆剪断；（2）孔壁挤压坏；（3）钢板拉断；（4）端部钢板剪断；（5）栓杆受弯破坏；（6）螺栓双剪破坏。,（1）螺栓剪断,（2）孔壁挤压破坏,（3）钢板由于螺孔削

32、弱而净截面拉断（连接板件净截面破坏）,（4）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏（板件被冲剪破坏）,（5）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏（螺栓杆身太细而受弯）,（6）螺栓双剪破坏（双剪破坏）,（二）抗拉螺栓连接,一般表现为拉断。,四、普通螺栓连接的计算,（一）螺栓的承载力（1）剪力螺栓（2）拉力螺栓（3）同时承受剪力和杆轴方向拉力的螺栓（二）螺栓群的计算（1）剪力螺栓群受力通过形心的计算（2）受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群计算（3）剪力螺栓群在扭矩、剪力和轴力作用下的计算（4）螺栓群在轴心力作用下抗拉计算（5）受弯矩作用抗拉螺栓连接计算（6）螺栓群同时受剪力和拉力的计算,（1）剪力螺

33、栓（如图）,每个普通螺栓的抗剪承载力：每个普通螺栓的承压承载力：式中:nv受剪面数 d 螺杆直径 同一方向承压构件较小总厚度、螺栓抗剪、抗压强度设计值 最大承载力：,剪力螺栓,（2）拉力螺栓,抗拉承载力：式中:de 螺纹处有效直径 抗拉强度设计值,（3）同时承受剪力和杆轴方向拉力的螺栓,式中:Nv、Nt 每个普通螺栓所承受的剪力、拉力 每个普通螺栓抗剪、抗拉和承压承载力设计值,受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小（见图），在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数，当15d0 l1 60d0时：当l160d0时0.7，当l115d0时1.0连接

34、所需螺栓数量：连接板净截面强度,1、剪力螺栓群受力通过形心时的计算,式中：f 连接板材料设计强度；An 节点板净截面积。当螺栓并列布置时：当螺栓错列布置时，构件有可能沿II或IIII截面破坏。IIII截面的净截面积可近似地取为：取II、IIII净截面的较小者来验算钢板净截面强度。,2、受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群计算,计算假定:图示被连接钢板是刚性的，螺栓是弹性的；钢板绕螺栓群中心O点转动，螺栓的剪切变形与它到中心O的距离成正比，剪切力或钢板所受的反作用力与r成正比，方向与r垂直。根据扭矩平衡条件和计算假定有在扭矩T作用下螺栓所受的最大剪力为:,其水平和竖直分力为:V由螺栓平均承担，每个螺栓承

35、受:则在T和V共同作用下，受力最大的螺栓1承受的合成剪力N1应满足,受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群计算图,设计时受力最大的一个螺栓所承受的设计剪力应不大于螺栓的抗剪承载力设计值即：,3、剪力螺栓群在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算（如图所示）,螺栓群中受力最大的螺栓在T、V、N作用下的合力为：其中：若仅有T，则相当于剪力螺栓群受扭。如果 x13y1，则可假定 y=0；反之，如果y13x1，则可假定x=0,剪力螺栓群在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算图,4、螺栓群在轴心力作用下抗拉计算,当设计拉力N通过螺栓群形心时，所需的螺栓数目为：,5、受弯矩作用抗拉螺栓连接计算,注：此类连接因无支托板，一般应

36、考虑精制螺栓连接，以减少连接变形。,6、螺栓群同时受剪力和拉力的计算,第七节 高强度螺栓连接的性能和计算,一、高强度螺栓连接的性能二、高强度螺栓的计算,一、高强度螺栓连接的性能,1、材料及其表示2、受力性能,1、材料及其表示,高强螺栓按规范规定的等级分为8.8级和10.9级。级别别划分的小数点前的数字8或10分别代表材料经热处理后的最低抗拉强度，小数点后面的数字代表屈强比。如 8.8级为，fu=800N/mm2，fy/fu=0.8；10.9级为，fu=1000N/mm2，fy/fu=0.9。高强螺栓有螺杆、螺帽和垫圈组成。推荐采用的钢号：大六角高强度螺栓88级的有45号钢和35号钢。109级的

37、有20MnTiB、40B和35vB钢。扭剪型高强螺栓只有109级，推荐钢号为20MnTiB钢。垫圈均采用45号钢制造，并经热处理。,2、受力性能,（1）高强螺栓和普通螺栓连接受力的主要区别：普通螺栓连接的螺母拧紧的预拉力很小，受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。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连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。（2）高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。摩擦型和承压型高强螺栓的受力特点：,摩擦型高强螺栓,摩擦型高强螺栓完全依靠被连接件之间的摩阻力传力，当荷载在摩擦面作用的剪力等于最大摩阻力时即为连接的极限荷载。

38、摩擦型高强螺栓对孔壁质量要求不高(类孔)，但是为了提高摩阻力，对连接的摩擦接触面应进行处。另外，这种连接的节点应力集中小，连接质量容易控制，不象焊接节点易产生脆性破坏。经过大量的试验研究和工程实践证明，在承受反复荷载作用下高强螺栓的预拉力不会竺弛。因此，螺杆本身不会因疲劳而折断。摩擦型高强螺栓连接的优点是施工简便，受力好，耐疲劳，易拆换，工作安全可靠及计算简单，已广泛用于钢结构连接中，尤其适用于承受动载的结构。,承压型高强螺栓,承压型高强螺栓连接的特征是剪力超过摩阻力时，构件之间发生相互滑动，螺杆和孔壁接触，由摩阻力和螺杆的剪切、承压共同传力，接近破坏时以螺栓剪坏或孔壁承压破坏为承载力极限，这

39、点又和普通螺栓受力相同。承压型高强螺栓连接的承载力比摩擦型的高，司节约螺栓数。但这种连接剪切变形较大，还应以不出现滑移作为正常使用的极限状态。若用于动载连接中这种剪切反复滑动可能导致螺栓松动，故规范规定不得用于直接承受动载的结构中。承压型高强螺栓连接在我国正在逐步推广中。,因此：摩擦型高强螺栓连接是以剪力等于摩擦力为承载能力的极限状态。承压型高强螺栓连接以螺栓或钢板破坏为承载能力的极限状态。高强螺栓的预拉力户是通过拧紧螺母实现的，施工中一般采用扭矩法、转角法或扭剪法来径制预拉力。（3）高强螺栓的排列和普通螺栓相同,二、高强度螺栓的计算,1、摩擦型高强度螺栓 2、承压型高强度螺栓 3、高强度螺栓

40、在各种连接形式下承受各种荷载时的强度计算,1、摩擦型高强度螺栓,（1）摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值（2）摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值（3）同时受剪、受杆轴方向拉力时的一个摩擦型高强螺栓的承载力,（1）摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值,Nvb 一个螺栓的抗剪承载力设计值；nf 传力摩擦面数；u 摩擦面抗滑移系数；P 每个高强度螺栓的预拉力。一个承受剪力Nv 的螺栓需满足：Nv Nvb。,（2）摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值,Ntb 一个螺栓的抗剪承载力设计值；P 每个高强度螺栓的预拉力。一个承受剪力Nt 的螺栓需满足：Nt Ntb。,（3）同时受剪、受杆轴方向拉力时的一个摩擦型

41、高强螺栓的承载力：,一个承受剪力Nt、Nv的螺栓需满足：Nt Ntb Nv Nvb,2、承压型高强度螺栓,（1）承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值（2）承压型高强度螺栓的抗拉承载力设计值（3）同时受剪、受杆轴方向拉力时的一个承压型高强螺栓的承载力,（1）承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值,为防止承压型高强螺栓受剪变形过大，所受剪力不得大于按摩擦型高强度螺栓计算的抗剪承载力 的1.3倍。所以一个承受剪力的承压型高强度螺栓需满足：,承压型高强度螺栓的抗剪承载力设计值与普通螺栓计算相同，分螺栓杆抗剪和孔壁承压两部分。,（2）承压型高强度螺栓的抗拉承载力设计值,承压型高强螺栓的抗拉承载力设计值与摩擦型

42、高强螺栓相同，即,Ntb 一个螺栓的抗剪承载力设计值；P 每个高强度螺栓的预拉力。一个承受剪力Nt 的螺栓需满足：Nt Ntb。,（3）同时受剪、受杆轴方向拉力时的一个承压型高强螺栓的承载力：,一个承受剪力Nt、Nv的螺栓需满足：Nt Ntb Nv Nvb,3、高强度螺栓在各种连接形式下承受各种荷载时的强度计算：,各种高强度螺栓群承受各种荷载时，其中受力最大的螺栓承受的基本上与普通螺栓群计算相同。但有三点不同之处需注意：（1）承受剪力的摩擦型的高强度螺栓群的连接板净截面强度验算（2）拉力螺栓群在拉力、弯矩作用下受拉力最大的螺栓强度计算（3）同时受剪、受杆轴方向拉力的承压型高强螺栓的强度计算,（1）承受剪力的摩擦型的高强度螺栓群的连接板净截面强度验算,需考虑孔前传递部分荷载。第一排螺栓孔处传递的荷载：式中：n1 计算截面上的螺栓数；n 连接一侧的螺栓总数。净截面强度验算：,（2）拉力螺栓群在拉力、弯矩作用下受拉力最大的螺栓强度计算,受拉力最大的螺栓计算无需判断绕哪根轴旋转。因为对于高强度螺栓总是绕螺栓群形心轴旋转。螺栓中受到的最大拉力 计算如下：且需满足：,（3）同时受剪、受杆轴方向拉力的承压型高强螺栓的强度计算,一个同时受剪、受拉的承压型高强度螺栓，其强度应同时满足：其中：,