第3章-钢结连接构ppt课件

1、钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图3.1 钢构造的衔接方法1 钢构造的衔接方法钢构造的衔接方法钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图3.22 钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图3.1b 钢构造的衔接方法钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图3.1b 螺栓衔接钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件普通螺栓衔接普通螺栓衔接(Q235钢钢)精制螺栓衔接：精制螺栓衔接：A，B级级粗制螺栓衔接：粗制螺栓衔接：C 级级高强度高强度

2、螺栓衔接螺栓衔接摩擦型高强度螺栓衔接：用于摩擦型高强度螺栓衔接：用于直接接受动力荷载的构造。直接接受动力荷载的构造。承压型高强度螺栓衔接：用于承压型高强度螺栓衔接：用于接受静力或间接动力的构造。接受静力或间接动力的构造。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2 焊缝的方式、质量等级及检查方法焊缝的方式、质量等级及检查方法一、焊接的方式一、焊接的方式1. 根据焊件的接根据焊件的接头位置可分为头位置可分为对接接头对接接头 对接焊缝对接焊缝角接接头角接接头搭接接头搭接接头 角焊缝角焊缝T形接头形接头对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图图3.2 焊接接头及焊

3、缝的方式焊接接头及焊缝的方式钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2. 根据施焊的位置可分为根据施焊的位置可分为平焊平焊立焊立焊横焊横焊仰焊仰焊(a)(b)(c)(d)(e)图图3.3 焊缝的施焊位置焊缝的施焊位置钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件二、焊缝的表示方法二、焊缝的表示方法焊缝符号焊缝符号表表3.1hfhf E50daaaahfhf hf hf aaaad角焊缝单面焊缝 双面焊缝 安装焊缝 一样焊缝型式标注方法对 接 焊 缝塞 焊 缝三 面 围 缝E50为对焊条的 辅 助 阐 明钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件三、焊缝的质量等级及检查三、焊缝的质量等级及检

4、查1. 焊缝的缺陷焊缝的缺陷常见的缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、常见的缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等。未焊透等。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图图3.4 焊缝缺陷焊缝缺陷钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2. 焊缝的质量等级及检查焊缝的质量等级及检查根据规范：根据规范： (GB50295)III级：外观检查级：外观检查II级：外观检查级：外观检查 + 超声波超声波I级：外观检查级：外观检查 + 超声波超声波 + 射线射线质质量量等等级级增增高高钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件1对接焊缝对接焊缝正对接

5、焊缝正对接焊缝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3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算3.3.1 焊缝的方式焊缝的方式钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算3.3.2 对接焊缝的构造对接焊缝的构造 p491 常见的坡口型式：常见的坡口型式：I型、型、V型、型、U型、型、X型、单边型、单边V型、型、K型、单边型、单边U型。型。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2 2 焊件尺寸不同时的处置方法焊件尺寸不同时的处置方法1 1板宽不同时板宽不同时2 2板厚不同时的处置方法板厚不同时的处置方法钢结构基本原理钢

6、结构基本原理系列课件系列课件3.3.3 对接焊缝的计算对接焊缝的计算2 计算的根本假设：计算的根本假设：2 焊缝中应力分布情况根本与焊件原有一样。焊缝中应力分布情况根本与焊件原有一样。1 焊缝视为焊件截面的延续部分；焊缝视为焊件截面的延续部分；1 对接焊缝分为：焊透和部分焊透自学两对接焊缝分为：焊透和部分焊透自学两种；部分焊透不能垂直受力接受动载种；部分焊透不能垂直受力接受动载NNt钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 轴心力作用轴心力作用)(wcwtwfftlN式中：式中：lw 焊缝的计算长度，当有引弧板时取焊缝的计算长度，当有引弧板时取 l 无引弧板时取无引弧板时取l

7、-2t t 焊件中较薄焊件的厚度焊件中较薄焊件的厚度 ； T形衔接中为腹板厚度形衔接中为腹板厚度 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。wcwtff ,lNNt当计算不满足时怎样办？当计算不满足时怎样办？钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件当计算不满足时改为斜对接焊缝当计算不满足时改为斜对接焊缝wvwwcwtwftlNfftlN cossin或NNtBNsinNcoslwlw另另: :当当tan1.5tan1.5时时, ,不用验算不用验算 ! !NNlwlwtA)(wcwtwfftlN钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件t MMmaxmax 弯矩和剪力共同作用时弯矩和剪

8、力共同作用时1. 矩形截面矩形截面wtwwftlMWM2max6wVwwwftlVtIVS23max1 正应力计算正应力计算2剪应力计算剪应力计算钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件式中：式中：Ww 焊缝截面抵抗矩；焊缝截面抵抗矩； 对接焊缝抗剪强度设计值。对接焊缝抗剪强度设计值。wvfSw 焊缝截面计算剪应力处以上部分对焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩；中和轴的面积矩；Iw 焊缝截面惯性矩；焊缝截面惯性矩；wVwwwftlVtIVS23maxwtwwftlMWM2max6钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2. “I字形截面字形截面除按矩形截面验算除按矩形截面验算

9、 max、 max 点外，尚须补充：点外，尚须补充：wtf1 . 132121式中为何援用系数式中为何援用系数1.1 ？思索折算应力只在部分发生，因此将焊缝强度提高。思索折算应力只在部分发生，因此将焊缝强度提高。MV1焊缝截面焊缝截面maxmax111maxmax钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件例例1 两块钢板衔接，采用对接焊缝。知两块钢板衔接，采用对接焊缝。知F=950kN(设计设计值值)，板宽，板宽600mm，板厚为，板厚为8mm，钢材，钢材Q235，焊条，焊条E43系列，手工焊，无引弧板。系列，手工焊，无引弧板。NNlwlwtA问焊缝接受的最大应力是多少？问焊缝接受的最大应力

10、是多少？钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3.4.1 角焊缝的构造角焊缝的构造 P 角焊缝的方式角焊缝的方式按焊缝长度与外力作按焊缝长度与外力作用方向关系不同可用方向关系不同可侧面角焊缝侧面角焊缝正面角焊缝正面角焊缝3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件角焊缝的方式：侧面角焊缝和正面角焊缝角焊缝的方式：侧面角焊缝和正面角焊缝钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件按角焊缝截面方式按角焊缝截面方式直角角焊缝直角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝(a) 普通型(b) 平坦型hf (c) 凹面型钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件

11、系列课件按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfhfhfhfa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hf coshfhfhfhf2按he=hf cos22斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于oo或或60o6mm t6mm时，时，hf,maxt-(12)mmhf,maxt-(12)mm；hft1t1t钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸hf,minhf,min 为了防止在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求: )(5 . 12min,计计算算数数值值只只进进不不舍舍！thf 式中式中: t2-: t

12、2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另: :对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,minhf,min可减去可减去1mm;1mm; 对于对于T T型衔接单面角焊缝型衔接单面角焊缝hf,minhf,min应加上应加上1mm;1mm; 当当t24mmt24mm时时, hf,min=t2, hf,min=t2钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3.3.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性任务阶段沿长度方向受力不均侧面角焊缝在弹性任务阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。假设焊缝长度不是太大，焊

13、缝两端到达屈服强度大。假设焊缝长度不是太大，焊缝两端到达屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度到达一后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度到达一定的长度后，能够破坏首先发生在焊缝两端，故：定的长度后，能够破坏首先发生在焊缝两端，故：fwhl60 注：注： 1 1、当实践长度大于以上值时，计算时不与思索；、当实践长度大于以上值时，计算时不与思索； 2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件4.4.侧面角焊缝的最小计算长度侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件部分加热对于焊

14、脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件部分加热严重且起落弧坑相距太近，以及能够产生缺陷，使焊严重且起落弧坑相距太近，以及能够产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：定：mmhlfw408且且不不得得小小于于 钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件5. 搭接衔接的构造要求搭接衔接的构造要求 当板件端部仅采用两条侧面角焊缝衔接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝衔接时： A、为了防止应力传送的过分弯折而使构件中应力、为了防止应力传送的过分弯折而使构件中应力 不均，规范规定：不均，规范规定：blw B、为了防止焊缝横向收、为了防止焊缝横

15、向收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定：）（或或）（mmtmmmmttb121901216111 t1t2bwl钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件D. 在搭接衔接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度在搭接衔接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度 的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。 C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕的绕 角焊，且转角处必需延续施焊。角焊，且转角处必需延续施焊。bwl2hf2551且且t t1t2钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件三、直角角焊缝的强度计算公式 1、实验阐

16、明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故通常将45o截面作为计算截面，作用在该截面上的应力如以下图所示：hfhehh1h2dehelwh-h-焊缝厚度、焊缝厚度、h1h1熔深熔深h2h2凸度、凸度、dd焊趾、焊趾、ee焊根焊根钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2 2、实践上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，、实践上计算截面的各应力分量的计算比较繁难， 为了简化计算，规范假定：焊缝在有效截面处破坏，为了简化计算，规范假定：焊缝在有效截面处破坏，且各应力分量满足以下折算应力公式且各应力分量满足以下折算应力公式: : )13()(3222 wuf3 3、由于我国规范给定的角焊、由于我国规范给

17、定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：件确定的故上式又可表达为：式中：式中：wuf-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度)23(3)( 3222 wfwuffhelw钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件4 4、直角角焊缝的强度计算公式：、直角角焊缝的强度计算公式：)43( wexflhN ) 33( weyflhN NNyNx2f ff= fhehelwlw45O45Ohfhf钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件wfffff3232222 将将3333、3434式，代入式，代入3232式得：式得：得 1.22整理上式，并令 23f

18、 )53(22 wfffff 式式3535即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式ff正面角焊缝强度增大系数；正面角焊缝强度增大系数； 静载时取静载时取1.221.22，动载时取，动载时取1.01.0。) 43( wexflhN ) 33( weyflhN 2f f)23(3)( 3222 wfwuff钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件)63( wffewffhlN 对于正面角焊缝，对于正面角焊缝，f=0f=0，由，由3535式得：式得：对于侧面角焊缝，对于侧面角焊缝，f=0f=0，由，由3535式得：式得：)73( wfewffhlN 以上各式中

19、：以上各式中： he=0.7hf he=0.7hf； lw lw角焊缝计算长度，思索起灭弧缺陷时，每条焊缝取其角焊缝计算长度，思索起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实践长度减去实践长度减去2hf2hf。)53(22 wfffff 钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件ewwffhlfN 四、各种受力形状下的直角角焊缝衔接计算四、各种受力形状下的直角角焊缝衔接计算wfwefflhN1 1、轴心力作用下、轴心力作用下(1)(1)轴心力作用下的盖板对接衔接轴心力作用下的盖板对接衔接: :A A、仅采用侧面角焊缝衔接：、仅采用侧面角焊缝衔接：B B、采用三面围焊衔接：、采用三面围焊衔接：wfewffh

20、lNN NNlwlwlwlw钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件(2)T(2)T形角焊缝衔接形角焊缝衔接)83(cos ewfhlN )93(sin ewfhlN )53(22 wfffff NxNxNyNyN N2wl2wlN N代入式代入式3-53-5验算焊缝强度，即验算焊缝强度，即: :钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件B. 两个方面力综协作用时两个方面力综协作用时式中：wfffff22 weyfwexflhNlhN，(对竖直焊缝对竖直焊缝) wexfweyflhNlhN，(对程度焊缝对程度焊缝)钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件(3)(3)角钢角焊缝衔接角钢

21、角焊缝衔接A A、仅采用侧面角焊缝衔接、仅采用侧面角焊缝衔接)113()103(221121 eNeNNNN由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :故故: :)133()123(2211212121 NkeeeNNNkeeeNN肢肢尖尖焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数肢肢背背焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数 2211212121keeekkeeekNe1e2bN1N2xxlw1lw1lw2lw2钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件角钢两侧角焊缝的内力分配系数表表3.2角 钢 类 型等边不等边不等边衔 接 情 况分配系数角 钢 肢 背1角 钢 肢 尖20.700.300.750.250.6

22、50.35钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxlw1lw1lw2lw2钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件B B、采用三面围焊、采用三面围焊)213(2)203(2322311 NNkNNNkN由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得: :)183(333 wffewfhlN )193(33 wffefbhN 余下的问题同情况余下的问题同情况A A，即，即: :Ne1

23、e2bN1N2xxN3lw1lw1lw2lw2钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxN3lw1lw1lw2lw2钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件)233()223(23123 NNNNkNC C、采用、采用L L形围焊形围焊代入下式代入下式3-203-20，3-213-21得得: :对于设计问题对于设计问题: :02 N)243(333111 wwfffwf

24、ewlfNhfhNl )213(2)203(2322311 NNkNNNkNNe1e2bN1xxN3lw1lw1钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件例例2 如下图双角钢支撑拉杆，接受轴心拉力如下图双角钢支撑拉杆，接受轴心拉力N = 700kN (设计值，间接动力荷载设计值，间接动力荷载)，试设计其与节点板的，试设计其与节点板的衔接角焊缝。知钢材为衔接角焊缝。知钢材为Q235AF，焊条，焊条E为为43型。型。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件分析分析 设计角钢衔接角焊缝的型式，因此有三种设计角钢衔接角焊缝的型式，因此有三种不同型式可供采用：不同型式可供采用： 两面侧焊；两面侧焊

25、； 三面围焊；三面围焊； L形围焊。形围焊。通常解此类题型是先假设焊脚尺寸后，再通常解此类题型是先假设焊脚尺寸后，再求焊缝的长度。求焊缝的长度。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件知条件知条件 荷载设计值及其性质；荷载设计值及其性质； 衔接板及角钢的尺寸。衔接板及角钢的尺寸。解：一、按构造要求，确定角焊缝焊脚尺寸范围解：一、按构造要求，确定角焊缝焊脚尺寸范围知：节点板知：节点板 t = 14mm, 角钢角钢 t1 = 10mmmmthf6 . 55 . 1maxmin,)(122 . 1minmax,角钢背mmthfhf,max = t1 1 = 9mm (角钢尖和角钢端角钢尖和角钢端

26、部部)。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件二、角焊缝设计二、角焊缝设计1. 用侧面角焊缝用侧面角焊缝等边角钢，正反面角焊缝，每面需求：等边角钢，正反面角焊缝，每面需求：wfwffNlh7 . 02111角钢背：2321881607 . 02107007 . 0mm钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件wfwffNlh7 . 02222角钢尖：239381607 . 02107003 . 0mm钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件适用角焊缝已标于图中：适用角焊缝已标于图中：角钢背：角钢背：12200 (12190=2280mm2 2188mm2)角钢尖：角钢尖：6170

27、(6160=960mm2 938mm2)。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件如题中未给出焊脚尺寸，那么设角钢背焊脚尺寸如题中未给出焊脚尺寸，那么设角钢背焊脚尺寸为为 12mm，长，长lw1，设角钢尖焊脚尺寸为，设角钢尖焊脚尺寸为6mm，长长lw2mm182160127 . 02107007 . 07 . 023111wffwfhNlmm15616067 . 02107003 . 07 . 023222wffwfhNl思索无引弧板：思索无引弧板：。mm200，取mm192101821011wll。mm170，取mm166101561022wll钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课

28、件N3 = 20.78901601.22=196.76kN2. 采用三面围焊采用三面围焊设全部角焊缝焊脚尺寸为设全部角焊缝焊脚尺寸为8mmkNNNN62.391276.1967007 . 02311kNNNN62.111276.1967003 . 02322钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件mmfhNlwffw21916087 . 021062.3917 . 02311mmfhNlwffw6316087 . 021116207 . 0222适用：适用：l1 = lw1 + 5 = 214mm，取，取215mml2 = lw2 + 5 = 68mm，取，取70mml3 = b = 90

29、mm钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3. L形围焊形围焊kNNN4207003 . 0222322. 1160907 . 021042022. 17 . 02333wfffbNh因内力较大，需因内力较大，需hf3过大，不能采用过大，不能采用L形围焊。形围焊。mm08.17钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 弯矩、剪力和轴力共同作用时的角焊缝计算弯矩、剪力和轴力共同作用时的角焊缝计算 矩形截面矩形截面将综协作用分解为各力单独作用之和有：将综协作用分解为各力单独作用之和有：3.4.2 角焊缝的计算角焊缝的计算vfMfNf钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课

30、件 弯矩、剪力和轴力共同作用时的角焊缝计算弯矩、剪力和轴力共同作用时的角焊缝计算(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算NeNxNy2wl2wlMANxNx MMNyNy 2,6weewxAflhMhlN ewyAfhlN , wfAffAff 2,2, hehe hehet t钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件(2) V(2) V、M M共同作用下焊缝强度计算共同作用下焊缝强度计算h1fAfAfBfBffwffwfAfhIM 21对于对于A A点：点：式中：式中：IwIw全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩； h1 h1两翼缘焊缝最外侧间的间隔

31、。两翼缘焊缝最外侧间的间隔。xxh h2BBAh1MeFVM钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件对于对于B B点：点： 2,2,22weffBwfBlhVhIM wffBffBf 22 强度验算公式：强度验算公式：式中：式中：h2h2、lw,2lw,2腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度； he,2 he,2腹板焊缝截面有效高度。腹板焊缝截面有效高度。h1f1f1f2f2ffxxh h2BBAh1MVM钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件yeNxVFAOA三、扭矩、剪力和轴力共同作用三、扭矩、剪力和轴力共同作用图3.21 扭矩、剪力和轴心力共同作用时搭接接头的角焊缝=yTfx

32、TfTfyT=VeOxyyVfyNfxxNVO钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件假定假定: :A A、被衔接件绝对刚性，焊缝、被衔接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：为弹性，即：T T作用下被衔作用下被衔接件有绕焊缝形心旋转的趋接件有绕焊缝形心旋转的趋势；势；B B、T T作用下焊缝群上恣意点的作用下焊缝群上恣意点的应力方向垂直于该点与焊缝应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与形心的连线，且大小与r r成成正比；正比；C C、在、在V V作用下，焊缝群上的应作用下，焊缝群上的应力均匀分布。力均匀分布。3 T、V共同作用下共同作用下将将F F向焊缝群形心向焊缝群形心简化得简化得: :

33、V=F V=F T=F(e1+e2) T=F(e1+e2)Fe1e2x0l1 l1l2 l2xxyyAA0TVr故：该衔接的设计控制点故：该衔接的设计控制点 为为A A点和点和A A点点钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件xxyyrrxryATAxTAxTATAy yTTA A0VyVyhehe)253( yxPTAIIrTIrT T作用下作用下A点应力点应力:将其沿将其沿x x轴轴和和y y轴分解轴分解: :)273(cos)263(sin rrIrTrrIrTxPTTAyyPTTAx e2x0l1 l1l2 l2xxyyAA0TVr钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件剪力剪

34、力V V作用下作用下,A,A点应力点应力: : weVVAylhV A A点垂直于焊缝长度方点垂直于焊缝长度方向的应力为向的应力为: :TAyVAyf A A点平行于焊缝长度方点平行于焊缝长度方向的应力为向的应力为: :TAxf 强度验算公式：强度验算公式：wfffff 22 wfTAxfVAyTAyf 22 即：即：思索思索: :以上计算方法为近似计算，为什么以上计算方法为近似计算，为什么? ?VVxxyyrrxryATAxTAxTATAy yTTA A0VyVyhehe钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件27 . 026wfwMflhMWMwfwNflhNAN7 . 02wfwVf

35、lhVAV7 . 02根据角焊缝强度的根本公式：根据角焊缝强度的根本公式：wfVffNfMff22钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件例例3 试设计图示柱牛腿与柱的衔接角焊缝。知试设计图示柱牛腿与柱的衔接角焊缝。知 F = 250kN (设计值，直接动力荷载设计值，直接动力荷载)，e = 0.4m，钢材，钢材Q235B，焊条，焊条E4316型。型。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图3.20钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件知条件知条件 荷载设计值及性质；焊缝外形及尺寸；荷载设计值及性质；焊缝外形及尺寸；求解求解 焊脚厚度

36、焊脚厚度hf 。解：M = Fe = 250 0.4 = 100kN mV = F = 250kN一、求等效荷载：一、求等效荷载：钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件二、计算焊缝截面几何特征二、计算焊缝截面几何特征计算时留意无引弧板计算时留意无引弧板If = 0.7hf (23003/12+21901622+4901502)=15.80106 hf mm4Aw = 20.7hf 300mm2设焊缝焊脚尺寸为设焊缝焊脚尺寸为hf钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件A点：点：wffMfAfIhM21601080.151621010066fAhmmhfA41. 6钢结构基本原理钢结构

37、基本原理系列课件系列课件B点：点：fMfBIhM20235953007 . 0210250mmNhhAVfBfBwVfB2669491080.1515010100mmNhhfBfB钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 动力荷载动力荷载 Bf = 1.0wfVfBMfBf2216059594922fBfBhhmmhfB7。，取 mmmmhhhfBfAf87),max(钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 N、V由焊缝全截面均匀承当。由焊缝全截面均匀承当。 衔接为绝对刚性，焊缝处于弹性任务形状；衔接为绝对刚性，焊缝处于弹性任务形状；根据假设根据假设，焊缝群最不利点是，焊缝群最不利点

38、是A点点PTAITr式中：式中：r A点的半径点的半径IP = Ix + Iy 角焊缝有效截面的极惯性矩。角焊缝有效截面的极惯性矩。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件pxTAyITrpyTAxITrwfVAylhV7 . 0wfNAxlhN7 . 0wfNAxTAxfVAyTAyf22钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件例例4 试设计图示厚度为试设计图示厚度为12mm的支托板和柱的支托板和柱搭接的角焊缝，作用力搭接的角焊缝，作用力F=100kN (设计值，设计值，静力静力)至柱翼缘边间隔为至柱翼缘边间隔为200mm，钢材，钢材Q235，焊条，焊条E43系列。系列。钢结构基本原

39、理钢结构基本原理系列课件系列课件图图 3.221220200100F220 xx0y95钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件假设焊脚尺寸为假设焊脚尺寸为 hf一、计算形心一、计算形心O的位置的位置根据资料力学，在忽略焊脚尺寸的影响后有：根据资料力学，在忽略焊脚尺寸的影响后有：mmx22220952295952知条件知条件：荷载设计值及性质，焊缝方式及尺寸；：荷载设计值及性质，焊缝方式及尺寸；求解求解：焊脚尺寸。：焊脚尺寸。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件二、计算有效焊缝截面几何特征二、计算有效焊缝截面几何特征4322230433122207 . 0110957 . 02mm

40、hhhIfffx4232261046)22295( 957 . 02957 . 01212222207 . 0mmhhhhIffffy42491479mmhIIIfyxp22877 . 02207 . 0952mmhhhAfffw钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件三、焊脚尺寸计算三、焊脚尺寸计算mmNeFT63108 .27)22300(10100268152491479)2295(108 .27mmNhhITrffpxTAy2612272491479110108 .27mmNhhITrffpyTAx钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2334928710100mmNhhAV

41、ffwVAywfTAxfVAyTAyf22160122722. 134981522ffhh。，取mmmmhf1071. 9钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 3.4 剩余应力和剩余变形剩余应力和剩余变形3.4.1 产生的缘由产生的缘由钢构造在焊接过程中，部分区域遭到高温作用，钢构造在焊接过程中，部分区域遭到高温作用，引起不均匀的加热和冷却，使构件产生焊接变形引起不均匀的加热和冷却，使构件产生焊接变形焊接剩余应力有纵向、横向和沿厚度方向之分。焊接剩余应力有纵向、横向和沿厚度方向之分。纵向纵向钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件横向焊接剩余应力横向焊接剩余应力沿厚度方向焊接剩余应

42、力沿厚度方向焊接剩余应力钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件.2焊接剩余应力影响焊接剩余应力影响1 1对构造静力强度的影响。钢材有一定塑性，在静荷对构造静力强度的影响。钢材有一定塑性，在静荷载作用下，焊接剩余应力不影响构造的静力强度，对承载载作用下，焊接剩余应力不影响构造的静力强度，对承载才干没有影响。才干没有影响。2 2对构造刚度的影响。构件上的焊接剩余应力会降低对构造刚度的影响。构件上的焊接剩余应力会降低构造的刚度。构造的刚度。3 3对低温冷脆的影响。焊接剩余应力对低温冷脆的影对低温冷脆的影响。焊接剩余应力对低温冷脆的影响经常是决议性的，必需引起足够的注重。响经常是

43、决议性的，必需引起足够的注重。对疲劳强度的影响。焊接剩余应力对构造的疲劳强度有明显不利影响。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件焊接剩余变形焊接剩余变形钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3.4.4减少焊接剩余应力和焊接剩余变形的方法 1、合理的焊缝设计 合理地选择焊缝的尺寸和方式 尽能够减少不用要焊缝 合理地安排焊缝的位置 尽量防止焊缝的过分集中和交叉 尽量防止在母材厚度方向的收缩应力 2 2 合理的工艺措施合理的工艺措施 采用合理的焊接顺序和方向采用合理的焊接顺序和方向 采用反变形法减小焊接剩余采用反变形法减小焊接剩余变形或焊接剩余应力变形或焊接剩余应力 锤击或辗压焊缝，使

44、焊缝得锤击或辗压焊缝，使焊缝得到延伸，从而降低焊接应力到延伸，从而降低焊接应力 小尺寸焊件，焊前预热，或小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火接剩余应力和焊接焊后回火接剩余应力和焊接剩余变形。剩余变形。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件5 普通螺栓衔接的构造和计算普通螺栓衔接的构造和计算3.5.1 普通螺栓衔接的构造普通螺栓衔接的构造1 普通螺栓的规格普通螺栓的规格表示方法：表示方法：规范螺栓直径：规范螺栓直径：M12、(14)、16、(18)、 20、(22)、24、27、30mm等等A、B、级、级 5.6 或或 8.8级级 do-d0.30.5mmC 级级 4.6或或 4.8级级 do

45、-d13mmM + 公称直径公称直径分为分为:A:A、B B、C C三个级别三个级别钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件高强度螺栓规格简介高强度螺栓规格简介资料由资料由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢钢 热处置热处置4545号号8.88.8级；级； 40B 40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9级级 a a大六角头螺栓大六角头螺栓 b b扭剪型螺栓扭剪型螺栓钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2 螺栓的陈列方式螺栓的陈列方式1. 受力要求受力要求2. 构造要求构造要求3. 施工要求施工要求3.5.1 普通螺栓衔接的构造普通螺栓衔接的

46、构造A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距B B 错列错列钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件边距中距中距边距端距中距中距边距边距端距中距acacee2e1e2e1(a)(b)螺螺栓栓的的陈陈列列钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图3.22 钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图3.22 钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3.5.2、普通螺栓衔接的受力性能和计算、普通螺栓衔接的受力性能和计算传力方式传力方式受剪螺栓衔接：受剪螺栓衔接：靠栓杆受剪，靠栓杆受剪，孔壁承压传力。孔壁承压传力。受拉螺栓衔接：受拉螺栓衔接：靠栓杆沿杆轴靠栓杆沿杆轴方向

47、受拉传力。方向受拉传力。拉剪螺栓衔接：拉剪螺栓衔接：兼有两种方式。兼有两种方式。FNF钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件1 受剪螺栓衔接破坏方式受剪螺栓衔接破坏方式钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件1 1螺栓杆被剪坏螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时N/2NN/2NNNN2 2孔壁的挤压破坏孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时3 3板件被拉断板件被拉断截面减弱过多时截面减弱过多时 以上破坏方式予以计算处理。以上破坏方式予以计算处理。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件4 4板件端部被剪坏板件端部被剪坏( (拉豁拉豁) ) 端矩

48、过小时；端矩不应小于端矩过小时；端矩不应小于2dO2dONN5 5栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造处处理理N/2NN/2钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件(1) 栓杆剪断栓杆剪断(2) 孔壁挤压坏孔壁挤压坏(3) 钢板拉断钢板拉断(4) 端部钢板剪断(5) 柱杆受弯破坏柱杆受弯破坏计算满足计算满足构造保证构造保证钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2. 计算方法计算方法(1) 单个受剪螺栓的承载力设计值单个受剪螺栓的承载力设计值 抗剪承载力设计值抗剪承载力设计值假定：螺栓受剪面上的剪应力为均

49、匀分布假定：螺栓受剪面上的剪应力为均匀分布bvvbvfdnN42式中：式中：nv 受剪数目，单剪受剪数目，单剪nv = 1，双剪，双剪nv = 2。N/2NN/2钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件(a)(b)t5t3t1t2t4(c)钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 承压承载力设计值承压承载力设计值假定：承压应力沿螺栓直径的投影面均匀分布假定：承压应力沿螺栓直径的投影面均匀分布bcbcftdN式中：式中： t 在同一受力方向的承压构件中的较在同一受力方向的承压构件中的较小总厚度。小总厚度。bcbvbvNNN,minmin,d钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件(2

50、) 螺栓群的受剪螺栓衔接计算螺栓群的受剪螺栓衔接计算 轴心力作用时轴心力作用时图图3.25 3.25 螺栓群受轴心力作用时受剪螺栓螺栓群受轴心力作用时受剪螺栓NNNNbt1t1l1tI II IIII II III(a)钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件A. 确定螺栓需求数目确定螺栓需求数目bvNNnmin,B. 验算钢板净截面强度验算钢板净截面强度fANn式中：式中：An 构件或衔接板的净截面积。构件或衔接板的净截面积。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 并列布置：构件截面：构件截面：An = (b n1d0) t 衔接板截面：衔接板截面：An = 2(b n1d0) t

51、1 A A 并列并列中距中距中中距距边距边距边距边距端距端距 错列布置：错列布置：I IIeeeee1e1baNNNNt1tt1I II(b)tdneaneAn) 1(20222211111钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 受偏心力作用时受偏心力作用时yeFOxxxT=Feyyx1y1V1yNT1yNT1xNT1NOO假定：刚性，弹性体，受扭一切螺栓均绕螺栓群形心假定：刚性，弹性体，受扭一切螺栓均绕螺栓群形心O旋转。旋转。TxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件nTniTiTTrNrNrNrN2211nTnTTrNrNrNT2211)

52、(221211iiiTyxTrrTrN)(2211iiTxyxTyN)(2211iiTyyxTxN)(2222111nTrrrrN钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 受剪时受剪时nVNVy1211211)(VyTyTxNNNNbvNmin,钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件1 受拉螺栓衔接受拉螺栓衔接1 受力性能和破坏方式受力性能和破坏方式3.5.2、普通螺栓衔接的受力性能和计算、普通螺栓衔接的受力性能和计算钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2. 计算方法计算方法(1) 单个受拉螺栓的承载力设计值单个受拉螺栓的承载力设计值btebtebtfdfAN42式中：式中：

53、Ae, de 螺栓螺纹处有效面积和直径。螺栓螺纹处有效面积和直径。 dedndmd钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 受偏心力作用时受偏心力作用时N1maxN2N3NiN1maxy1y1y2yiFNeMV11刨光顶紧支托OA. 小偏心小偏心(2) 螺栓群的受拉螺栓衔接计算螺栓群的受拉螺栓衔接计算 受轴心拉力作用时受轴心拉力作用时btNNn 钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件受弯时中和轴位于螺栓群形心受弯时中和轴位于螺栓群形心O处处nMniMiMMyNyNyNyN2211NeM 式中：m 螺栓列数。nMnMMyNyNyNm22112222111nMyyyyNm211iMyyN

54、m钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件)( 211拉iMymNeyN)( 211压iMymyNeN受拉时每个螺栓均匀受力：受拉时每个螺栓均匀受力：)( )1(1拉nNNNbtiNymNeynNN21max1021miniiymyNenNN钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件B. 大偏心大偏心N1maxN2Niynyiy2y1eF O11V 中和轴位于最下一排螺栓处，那么中和轴位于最下一排螺栓处，那么btiNymyeFN21max1钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件中和轴位于最下一排螺栓处，那么中和轴位于最下一排螺栓处，那么btiNymyeFN21max1btNNn 钢

55、结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件(三三) 拉剪螺栓衔接拉剪螺栓衔接重要衔接重要衔接 用支托板接受剪力。用支托板接受剪力。次要衔接次要衔接 满足相关方程。满足相关方程。3.5.2、普通螺栓衔接的受力性能和计算、普通螺栓衔接的受力性能和计算钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 122bttbvvNNNNbcvNN 和图3.31钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件例例5 试设计一试设计一C级螺栓的搭接接头。作用力级螺栓的搭接接头。作用力设计值设计值F = 230kN，偏心距，偏心距e = 300mm。资料资料Q235钢。钢。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件图图3

56、.27钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件解解 试选试选M20螺栓，螺栓，d0 = 21.5mm，纵向陈列，纵向陈列，采用比中距最小允许间隔采用比中距最小允许间隔3d0稍大的尺寸，稍大的尺寸，以增长力臂。以增长力臂。单个受剪螺栓的抗剪和承压承载力设计值：单个受剪螺栓的抗剪和承压承载力设计值：kN84.40N408401304201422bvvbvfdnNkN61N610003051020bcbctfdN钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件因y1 = 30cm 3x1 = 35 = 15cm，得kN37)302010(43030230222211iTxyTyNkN4 .16142

57、301nVNTy22212114 .1637)()(TyTxNNNbVNmin,kN5 .40)(kN84.40满足钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件例例6 试设计一屋架下弦端板和柱翼缘板的试设计一屋架下弦端板和柱翼缘板的C级级螺栓衔接。竖向剪力螺栓衔接。竖向剪力V=250kN 由支托接由支托接受 ， 螺 栓 只 接 受 程 度 拉 力受 ， 螺 栓 只 接 受 程 度 拉 力F=420200=220kN。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件420kNN1max580 = 400e=320e=120320kN250200OO图 3.30钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列

58、课件解解 初选初选12个个M20螺栓，螺栓，d0=21.5mm。并按图中。并按图中所示尺寸陈列，中距比最小允许间隔所示尺寸陈列，中距比最小允许间隔3d0稍稍大。大。e=12cm。先按小偏心境况计算。单个。先按小偏心境况计算。单个螺栓的抗拉承载力设计值。螺栓的抗拉承载力设计值。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件kN6 .41N416001708 .244btebtfAN2)1(1min1max1iymNeynNNN)20124(222012220122202220kN3 . 5kN9 .416 .233 .18钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件须改按大偏心境况计算，即假定中和

59、轴在最上须改按大偏心境况计算，即假定中和轴在最上一排螺栓轴线一排螺栓轴线O处，处，e=32cm。)403224168(240322202222221max1iymyeFN)(kN6 .41kN40满足钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3 36 6 高强度螺栓衔接计算高强度螺栓衔接计算.1、高强度螺栓的任务性能及单栓承载力、高强度螺栓的任务性能及单栓承载力 1 1、按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：、按受力特征的不同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经过板件间摩擦力传送内经过板件间摩擦力传送内力，力， 破破坏准那么为抑制摩擦力；坏准那么为抑制摩擦力

60、； 承压型高强度螺栓承压型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。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2 2、高强度螺栓预拉力确实定、高强度螺栓预拉力确实定 高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，并思索了以下修正系数：度确定的，并思索了以下修正系数：思索资料的不均匀性的折减系数思索资料的不均匀性的折减系数0.90.9；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；思索拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的思索拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数降低