第3章 钢结构的连接

1、第三章钢结构的连接第三章钢结构的连接（1） 掌握钢结构常用的连接方法、特点及应掌握钢结构常用的连接方法、特点及应用范围；用范围；（2） 了解对接焊缝的工作性能，掌握对接焊了解对接焊缝的工作性能，掌握对接焊缝的计算方法；缝的计算方法；（3） 了解角焊缝的工作性能，掌握角焊缝的了解角焊缝的工作性能，掌握角焊缝的计算方法，理解各构造尺寸限制的意义；计算方法，理解各构造尺寸限制的意义；本章提要本章提要（4） 了解焊接应力、焊接变形的形成原因，了了解焊接应力、焊接变形的形成原因，了解减少焊接应力、焊接变形的措施；解减少焊接应力、焊接变形的措施；（5） 了解普通螺栓连接的工作性能、破坏形态，了解普通螺栓连

2、接的工作性能、破坏形态，掌握普通螺栓连接的计算方法；掌握普通螺栓连接的计算方法；（6） 了解高强螺栓连接的工作性能，掌握高强了解高强螺栓连接的工作性能，掌握高强螺栓连接的计算方法。螺栓连接的计算方法。 本本 章章 内内 容容1 钢结构的连接方法和特点钢结构的连接方法和特点2 焊接连接的特性和焊缝焊接连接的特性和焊缝3 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算4 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算5 焊接残余应力和残余变形焊接残余应力和残余变形6 螺栓连接的排列和构造要求螺栓连接的排列和构造要求7 普通螺栓连接的工作性能与计算普通螺栓连接的工作性能与计算8 高强度螺栓连接的工作性能与计算高强度

3、螺栓连接的工作性能与计算1 钢结构的连接方法和特点钢结构的连接方法和特点 钢结构的连接方法有焊接、铆钉连接和螺栓连接三种。 3-1钢结构连接方法 (a) 焊接；(b) 铆接；(c) 栓接 铆钉连接是将一端带有预制钉头的铆钉，插入被连接件的钉孔中，用铆钉枪或压铆机将另一端压成封闭钉头而成。 焊接是钢结构最主要的连接方式，优点是任何形状的结构都可以用焊缝连接，构造简单，省工省料，而且能实现自动化操作，生产效率高。 螺栓连接分普通螺栓连接和高强螺栓连接。普通螺栓是用A3F(Q235AF）钢制造的，按加工精度分为A、B、C三级。 螺栓性能等级“m.n级”，小数点前的数字表示螺栓成品的抗拉强度不小于m1

4、00N/mm2，小数点及小数点后的数字表示螺栓材料的屈强比，即屈服点与抗拉强度的比值。高强度螺栓分高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓承压型连接两种。系用高强钢材制成，可对栓杆施加很大的紧固预拉力，使板叠压得很紧，利用板间的摩擦阻力传递剪力，这就是摩擦型高强螺栓连接。承压型连接允许连接件之间接触面发生相对滑移，以栓杆被剪断或承压破坏作为连接承载能力的极限状态。 在摩擦阻力被克服以后继续靠栓杆承担荷载，连接变形比摩擦型大，只能用于承受静荷载。2 焊接连接的特性和焊缝质量等级焊接连接的特性和焊缝质量等级焊接方法有电弧焊、电阻焊、气焊等。电弧焊又分为手工焊、自动焊和半自动焊三种。目前，钢结构中常用的是手

5、工电弧焊。（1） 手工电弧焊与焊条如图3-2所示，电焊机即是一个降压变压器，其两个电极一极连焊钳（焊条），一极连焊件。常用的焊条牌号有E43型、E50型和E55型等。优点：方便，特别适合在高空和野外作业，小型焊接。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。钢结构焊接方法钢结构焊接方法（2） 自动焊或半自动焊自动焊设备（自动电焊机）工艺原理如图3-3所示。自动或半自动埋弧焊所用焊丝和焊剂还应与主体金属强度相适应，即要求焊缝与主体金属强度等强度。优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。图3-2手工电弧焊 图3-3自动埋弧电弧焊 焊缝连接

6、按构件的相对位置可分为对接、搭接、T形连接、角部连接等形式。焊缝按构造可分为对接焊缝和角焊缝两种，如图3-4所示。 对接焊缝：在两焊件连接面的间隙内，用溶化的焊条金属填设，并与焊件溶化部分相结合，形成的焊缝。角焊缝：焊缝金属填充在被连接件形成的直（斜）角区域内的焊缝。对接焊缝省料、传力均匀、强度高，但边缘须作坡口，尺寸要求严且制造费工。焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式图3-4焊缝连接形式 （1）按两焊件的相对位置分：（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图3-6焊缝的施焊位置（平、立、横、仰）（3）角焊缝按受力与焊

7、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 焊缝按施焊位置又可分为平焊、立焊、横焊、仰焊，平焊施焊最方便，质量易于保证；仰焊施焊条件最差，质量不易保证，设计时应尽量避免（图3-6）。 常见的焊接缺陷： 裂纹、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。焊缝缺陷和质量检验焊缝缺陷和质量检验焊接质量将直接影响焊缝的强度，对焊缝的质量应按其受力性质和所处的部位进行分级检验。质量检验分为三级，其中三级质量检验只对全部焊缝作外观检查，即只检

8、查焊缝外观缺陷（气孔、咬边）和几何尺寸是否符合三级标准的要求；二级的检验项目规定除对全部焊缝按二级标准检查外观外，还须按要求用超声波抽查焊缝长度的50%；一级的检验项目则规定除对全部焊缝按一级标准检查外观外，尚需按要求用超声波检查，并用X射线抽查焊缝长度2%，且部分拍片。 对接焊缝的质量分一、二、三级，其中一、二级质量的强度与母材相同，三级质量的抗拉强度设计值则降低了15%。角焊缝均为三级质量，其强度设计值不论拉、压、剪均取统一值。 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

9、格；三级焊缝需外观检查合格。在钢结构施工图中的焊缝，应遵照焊缝符号表示法（GB 32488）和建筑结构制图标准（GB/T50105）的规定予以标注（见表3-1）。 焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。 图形符号表示焊缝截面的基本形式。引出线由横线、斜线及箭头组成，而横线由两条平行的实线与虚线组成，可在实线侧或虚线侧标注符号，斜线和箭头则将整个焊缝符号指向图形的有关焊缝处。 焊缝符号与标注方法焊缝符号与标注方法当焊缝分布不规则时，在标注焊缝符号的同时，宜在焊缝处加粗线（表示可见焊缝）或栅线（表示不可见焊缝），工地安装焊缝加号（图3-7）。图3-7焊缝标注图形 (a) 可见焊缝；(

10、b) 不可见焊缝；(c） 工地安装焊缝 表表3-1焊缝符号焊缝符号 3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算（1） 选择正确的坡口与间隙保证焊透如图3-8所示，根据焊接条件和钢板的厚度可选择图中的各种坡口形式，图中的坡口形式（由钢板厚度决定）、间隙c和角度可参见国家有关标准。（2） 设置引弧板 焊缝的起弧灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，引起应力集中并易产生裂纹。可设引弧板于两端，其材料和坡口形式同于焊件，在焊接完毕后切除（图3-9）。 1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造（3） 清渣补焊U形和V形焊缝主要为正面焊，其根部往往没有焊透而存在缺陷。所以一面焊完后，应反过来清渣补焊，以保证焊缝质量。（4

11、） 不同厚度与宽度钢板的连接在钢板拼接处，当焊件宽度不同或厚度在一侧相差超过4mm时，应分别在宽度或厚度方向从一侧或双侧做成坡度不大于1 2.5的斜角（如图3-10）所示，形成平缓过渡，减少应力集中。 （5） 采用不焊透的对接焊缝时应在设计图中注明坡口的形式与尺寸，其有效厚度he不得小于1.5 ,t为坡口所在焊件的较大厚度。 t图3-8对接焊缝的坡口形式 图3-9引弧板 图3-10钢板变截面平接 (a) 变宽度；(b) 变厚度 （1） 轴心受力的对接焊缝计算2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 或 wcwNfl twtft-在对接连接中较小的厚度，在T形接头中为腹板厚度。lw-焊缝计算长度，无引弧

12、板时，焊缝长度取实长减去2t，有引弧板时，取实长即为板宽。受拉对接焊缝，当采用一、二级质量时，焊缝截面的抗拉、抗压和抗剪的强度设计值同于母材，只要连接板能承受拉力N，则焊缝不必计算；当采用三级质量时，抗拉、抗剪强度设计值不变，唯抗拉强度设计值降低15%，可采用斜焊缝。对于斜焊缝只须验算正应力，即 当tan1.5（即5619）时，则斜焊缝不必验算。2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算2sinsinwtwNNfl tbt图3-10轴心力作用时的对接焊缝 （2） 弯矩和剪力共同作用时的对接焊缝计算如图3-11所示对接焊缝，应验算边缘纤维的最大正应力、中和轴处的最大剪应力和腹板与翼缘连接处的折算应力。 m

13、axmax221131.1wtwwwvw wweqtMfWVSfI tf图3-11弯矩和剪力共同作用时对接焊缝 4 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算在搭接或顶接板件的边缘，所焊截面为三角形的焊缝叫做角焊缝。角焊缝按外力作用方向可分为平行于力作用方向的侧面角焊缝、垂直于力作用方向的正面角焊缝以及与力作用方向斜交的斜向角焊缝（图3-13）。按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。角焊缝两边夹角为直角的称为直角角焊缝（图3-14），夹角为锐角或钝角的称为斜角角焊缝（图3-15）。1 角焊缝的形式和构造要求角焊缝的形式和构造要求图3-13正面、侧面与斜向角焊缝 图3-14直角角焊缝截面形式 (a

14、) 普通型；(b) 平坡式；(c) 凹式 直角角焊缝（简称角焊缝）截面分普通式、平坡式和凹式三种，一般多采用普通式。hf-焊脚尺寸，he-焊缝有效厚度 图3-15斜角角焊缝截面 角焊缝的构造要求：（1）最小焊角尺寸： 角焊缝的焊脚尺寸hf不得小于1.5t2，t2为较厚焊件的厚度。（2） 最大焊角尺寸：角焊缝的焊脚尺寸hf不能过大，否则易发生损伤构件的过烧现象和咬边现象，且易产生较大的焊接残余应力和焊接变形。角焊缝的焊脚尺寸hf不得大于1.2t1，t1为较薄焊件的厚度 （3） 角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等。 （4） 角焊缝的最小计算长度：侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm。

15、 （5） 侧面角焊缝的最大计算长度：侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf或40hf；当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。 （6） 在次要构件或次要焊接连接时，可采用断续角焊缝。 （7） 搭接连接的构造要求：当板件端部仅有两侧角焊缝连接时，每条侧焊缝长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离；同时两侧面角焊缝之间的距离不宜大于16t或190mm，t为较薄焊件的厚度。 （8） 减小角焊缝应力集中的措施：三面围焊时，当角焊缝的端部在构件转角处作长度为2hf的绕角焊时，转角处须连续施焊，以避免在应力集中较大处因起、灭弧而出现缺陷。（9） 在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，搭接长度不得小于焊件较小厚

16、度的5倍，并不得小于25mm。角焊缝的应力状态是比较复杂的，应力分布是不均匀的，破坏始自应力集中最严重的根角A处，如图3-16。 在设计计算中，均假定破坏截面为45喉部截面，即图3-16中的AD截面，称为计算截面，he为有效厚度。 正面焊缝的破坏强度较侧面焊缝高，约为侧面焊缝的1.351.55倍。 2 角焊缝的受力特点及强度角焊缝的受力特点及强度图3-16轴力N作用下的角焊缝 角焊缝在通过焊缝形心的拉力、压力或剪角焊缝在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下的强度计算力作用下的强度计算(1) 正面角焊缝或作用力垂直于焊缝长度方向时(2) 侧面角焊缝或作用力平行于焊缝长度方向时 (3) 当作用力与

17、焊缝长度方向斜交时，应分别计算焊缝在两个方向的f和f，然后按下式计算： wifte wNfh lwite wNfh l (4) 周围角焊缝如图3-13，有正面、侧面、斜向各种角焊缝组成的周围角焊缝，假设破坏时各部分角焊缝都达到各自的极限强度，则： 22()fwftff()wtfe wNfh l图3-13侧面、正面与斜向角焊缝 角钢与节点板连接焊缝计算角钢与节点板连接焊缝计算在普通钢屋架中，双角钢截面轴力腹杆与节点板的连接一般多采用两面侧焊；受有动力荷载时，可采用三面围焊；受力较小时，可采用L形围焊，围焊的转角处必须连续施焊。（1） 两面侧焊图3-15(a)为两面侧焊，双角钢截面的轴线位置可由角

18、钢表查出e1值得到，则焊缝的形心应在截面轴线上。设肢背焊缝承受力N1、肢尖焊缝承受力N2，由平衡条件N1+N2=NN1e1=N2e2 解之可得 2111212212eNNK NeeeNNK Nee求得N1和N2后，设出合理的肢背、肢尖的焊脚尺寸hf1和hf2，即可计算出肢背、肢尖所需的焊缝长度lw1和lw2。 （2） 三面围焊图3-15(b)为三面围焊，要点也是使焊缝的形心位于角钢截面的轴线上。先设出端缝的焊脚尺寸hf3，则端缝承担的力N3可以求出：N3=20.7hf3lw3fffw N1+N2+N3=N e1+e2=b N1e1=N2e2+N2(0.5b-e1)可以解出N1=Ne2/(e1+

19、e2)-N3/2=K1N-N3/2N2=K2N-N3/2（3） L形围焊利用式（17.17），令N2=0，则有N3=2K2NN1=N-N3=N-2K2N图3-15角钢的节点板连接焊缝 （a） 两面侧焊；(b) 三面围焊；(c) L形围焊 例例3-43-4 试确定图试确定图.15所示承受静态轴心力的所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢角钢212521251010，与厚度为，与厚度为8mm8mm的节点板连接，的节点板连接，其搭接长度为其搭接长度为300mm300mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸h hf f=8mm=8

20、mm，钢材为，钢材为Q235-BQ235-B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43E43型。型。如图3-14所示，角焊缝受M、N、V的综合作用，N引起垂直于焊缝长度方向的应力fN；V引起沿焊缝长度方向的应力fV；M引起垂直于焊缝长度方向，按三角形分布的应力fM；即： 222 0.762 0.72 0.7Nfwff wMfwff wVfwff wNNAh lNMWh lVVAh l分别给出了一般表达式和图示矩形焊缝计算截面的计算式 最大应力在焊缝的上端，其验算公式为 22()()fVwftffNMfff3.5 焊接残余应力与焊接变形焊接残余应力与焊接变形高度不均匀的温度场造成构件内部收缩与膨胀的

21、不均匀性，致使构件产生变形，这种变形叫焊接变形。而焊缝和焊缝附近钢材不能自由地变形，因受到周围钢材的约束而产生焊接残余应力。 焊接变形：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形。 焊接应力：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。 焊接应力的形成和对钢结构的影响 （1）形成 两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。 （2）焊接应力的分类 纵向应力：

22、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。 （3）焊接应力的影响 对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，但刚度降低； 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； 降低疲劳强度； 降低压杆的稳定性； 使构件提前进入弹塑性工作阶段。2. 焊接变形的产生和防止 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:图17.21 焊接变形 (a) 纵向收缩和横向收缩；(b

23、) 弯曲变形；(c) 角变形；(d) 波浪变形；(e) 扭曲变形 为了减少和限制焊接残余应力和焊接变形，可以采取以下措施：（1） 在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝。焊缝布置应尽可能对称于构件重心。 （2） 采用合理的焊接顺序例如钢板对接，当焊缝较长时可采用分段退焊；厚度较大时可采用分层焊；钢板分块拼接合理安排施焊顺序，工字形顶接采用对角跳焊。 （3） 施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形如图17.23(a)中将翼缘预弯，在（b）图中将平接的接缝处预弯，使与焊接变形相抵消，但此法不能去除焊接应力。（4） 对于小尺寸的焊件可焊前预热或焊后进行退火处理。退火是将构件

24、加热至600后，使其缓慢冷却，可消除焊接应力。也可以在焊后锤击，以减小焊接应力和焊接变形。（5） 机械校正法和局部加热法矫正焊接变形，如弯曲变形可用机械顶压冷矫正，也可以在凸面局部加热，利用热后的冷缩进行热矫正。 3. 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）对于小构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力。4. 合理的焊缝设计： （1）避免焊缝集中、三向交叉焊缝； （2）焊缝尺寸不宜太大； （3）焊缝尽可能对称布置，连接过渡平滑，避免应力集中

25、现象； （4）避免仰焊。 3.6 螺栓连接的排列和构造要求螺栓连接的排列和构造要求螺栓连接的构造要求螺栓连接的构造要求：每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性的螺栓（或铆钉）数不宜少于两个。对组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓（铆钉）。螺栓的排列分并列、错列两种。 螺栓排列时，其中距、边距和端距应满足下列要求： 受力要求 构造要求 施工要求 （1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能

26、紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。根据上述三个方面的要求，规范制定了螺栓的最大、最小允许间距，见表17.3。螺栓排列时，宜按最小允许间距选用，且取5mm的整数倍。型钢（工字钢、槽钢、角钢）上的螺栓排列，除满足表17.3的要求，尚需考虑线距（为使螺栓的垫圈和螺母位于平整部位）、最大孔径d0max(避免截面过分削弱)的要求，参见图17.24和表17.4表17.6。 表表17.2 螺栓及螺孔图例螺栓及螺孔图例 表表17.3 螺栓或铆钉的最大、最小容许距离螺栓或铆钉的最大、最小容许距离 图17.24 螺栓的排列 表表17.4角钢上螺栓或铆钉线

27、距表（角钢上螺栓或铆钉线距表（mm） 表表17.5 工字钢和槽钢腹板上的螺栓线距表（工字钢和槽钢腹板上的螺栓线距表（mm） 表表17.6 工字钢和槽钢翼缘上的螺栓线距表工字钢和槽钢翼缘上的螺栓线距表(mm) （1） 关于螺栓的基本知识螺栓有不同的性能等级，如“4.6级”、“8.8级”、“10.9级”等，是由螺栓材料而区分的。小数点前的数字表示螺栓材料的最低抗拉强度fu,4即为400N/mm2；小数点及后面的数字（0.6、0.8等）则表示材料的屈强比，普通螺栓用Q235AF钢制成，属于4.6级。A、B级螺栓配类孔（见表16.9注）适用于受剪连接；C级螺栓配类孔（冲孔或不用钻模钻孔）适用于受拉连接

28、。 3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算螺栓的代号用字母M与公称直径的毫米数表示，如M16、M18等，常用的螺栓是M16，M20和M24。螺栓长度的选用，在考虑连接件叠合厚度的同时，还应考虑两头垫圈、螺母的厚度并外露23扣丝扣。 （2） 螺栓与螺孔图例钢结构施工图表示螺栓及螺孔的图例见表17.2。 表表17.2 螺栓及螺孔图例螺栓及螺孔图例 普通螺栓连接按受力性质分为抗剪螺栓连接、受拉螺栓连接和拉剪螺栓连接。抗剪螺栓连接靠栓杆受剪和孔壁承压传力，受拉螺栓连接沿栓杆轴线方向受拉，拉剪螺栓连接则两者兼而有之。 普通螺栓的抗剪连接的破坏形式：螺栓受剪破坏孔壁挤压破坏连接板

29、净截面破坏螺栓受弯破坏连接板冲剪破坏图17.26 受剪螺栓连接的破坏形式 (a) 螺杆剪断；(b) 孔壁挤压坏；(c) 钢板拉断；(d) 端部钢板剪断；(e) 栓杆受弯破坏 a）螺栓剪断）螺栓剪断 b）钢板孔壁挤压破坏）钢板孔壁挤压破坏 c）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断 d）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏 de2e）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏 dt5f）螺栓双剪破坏）螺栓双剪破坏 单个受剪螺栓的承载力计算单个受剪螺栓的承载力计算螺栓抗剪：螺栓抗剪：孔壁承压：孔壁

30、承压：最大承载力：最大承载力：bV2VbV4fdnNbCbCftdNbCbVbminV;minNNNN如前所述，当外力N通过螺栓群中心时，可以认为每个螺栓均匀受力，则抗剪螺栓连接中，接头一侧所需螺栓数为：n=N/Nminb由于螺栓孔削弱了构件的截面，还须按下式验算开孔截面的净截面强度=N/Anf在构件的节点处或拼接接头一侧，当螺栓沿受力方向的连接长度l1过大时，各螺栓的受力将很不均匀，两端螺栓受力较大常先破坏，后依次破坏 。3.7.2 普通螺栓的抗拉连接普通螺栓的抗拉连接（1） 单个受拉螺栓的抗拉承载力设计值 单个受拉螺栓抗拉承载力设计值 当螺钉群受轴心力作用时，在轴心力作用下可认为每个螺栓平

31、均受力，即所需螺栓数 ：24bbbtettdNA ffbtNnNbtNnNNt(2) 螺栓群的弯矩受拉 在设计时一般先选定螺栓直径、数目及排列构造，然后再进行验算。如图17.30所示牛腿与柱的连接中，外力F的偏心作用使螺栓群受剪力V和弯矩M。设受力最大排螺柱个数为m， 则受力最大螺栓（单个）所受的拉力 maxmaxtiMyNymaxmaxMbttiMyNNmy图17.30 弯矩与轴力作用下的拉力连接 3、栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉相当于连接承受轴心拉力N和弯知M=Ne的联合作用。按弹性设计法，根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏心受拉两种情况。（偏心距e超过1/6受压截面高度，就是大偏心受

32、拉）图17.31 受拉螺栓连接受偏心力作用 （1）小偏心受拉当偏心较小时，所有螺栓均承受拉力作用，端板与柱翼缘有分离趋势，故在计算时轴心拉力N由各螺栓均匀承受；弯矩M则引起以螺栓群形心O为中和轴的三角形内力分布，使上部螺栓受拉，下部螺栓受压；叠加后全部螺栓均受拉。可推出最大、最小受力螺栓的拉力和满足设计要求的公式如下（yi均自O点算起）：（2）大偏心受拉 3.7.3 普通螺栓受剪力和拉力的联合作用普通螺栓受剪力和拉力的联合作用4、拉剪共同作用螺栓连接计算 同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓，有两种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。规范规定：规范规定：同时承受剪力和杆轴方向拉

33、力的普通螺栓，应分别符合下列公同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应分别符合下列公式的要求：式的要求：粗制螺栓多用于受拉连接，若有剪力常设支托承受。对于次要连接。若不设支托，螺栓将兼受拉剪，同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓应分别符合下列公式的要求： 22()()1VtbbVtbcNNNNNvN17.7 高强度螺栓连接的构造与计算高强度螺栓连接的构造与计算高强度螺栓由高强度钢材制成，拧紧螺母可使栓杆产生很高的预拉力将叠合钢板压得很紧，剪力则由板叠间的摩擦力来传递，而不像普通螺栓那样，由栓杆受剪和孔壁承压来传递剪力，这就是摩擦型高强螺栓的工作原理。高强度螺栓所用材料的性能等级按热处理（淬火、

34、回火）后的强度分8.8级和10.9级两种，其性能等级和采用的钢号可见表16.8。 17.7.1 高强度螺栓的基本知识高强度螺栓的基本知识 高强度螺栓的受力特点与材料高强度螺栓的受力特点与材料 高强度螺栓的预拉力和紧固方法高强度螺栓的预拉力和紧固方法预拉力值为螺栓材料的屈服强度fy和螺栓有效面积Ae的乘积考虑一定的降低系数而确定。按上述计算的P值，取5kN的整倍数应用，如表17.8所列。 高强度螺栓按形状不同，有大六角头和扭剪型两种类型，如图17.33所示。 0.9 0.9 0.91.2uef AP（1） 扭矩法拧紧螺母时的扭矩M和螺栓所要达到的预拉力P之间成正比

35、关系，终拧扭矩T可用下列公式确定：T=kd(P+P)（2） 转角法分初拧和终拧两步。初拧用短扳手拧紧螺母，此时约使螺栓达到20%30%的预拉力，使板叠间紧密接触，做出标记，然后用长扳手将螺母从标记位置再拧一定的角度到终拧位置，终拧的角度根据角度和预拉力成正比，并考虑板叠厚度和直径d的影响而定。（3） 扭断螺栓尾部对于扭剪型高强螺栓，先用普通扳手拧紧螺母，是为初拧，再用特制电动扳手的两个套筒中的大套筒套住螺母，小套筒套住螺栓尾部梅花卡头，一个套筒正转，一个套筒反转，由于螺栓尾部槽口深度是按终拧扭矩和预拉力之间的关系而确定的，所以梅花卡头被拧断之时，拧紧扭矩即达到终拧扭矩，而螺栓则达到预拉力。接触

36、面的粗糙程度和处理方法是影响值的主要因素，规范规定了四种方法，见表17.9。 表表17.8 一个高强度螺栓的预拉力一个高强度螺栓的预拉力P(kN) 螺栓的性能等级 螺栓公称直径（mm） M16M20M22M24M27M308.8级 80212515017523028010.9级 100155190225290355图17.33 大六角头与扭剪型高强螺栓 表表17.9 摩擦面的抗滑移系数摩擦面的抗滑移系数 在连接处构件接触面的处理方法 构件的钢号 Q235钢Q345钢、Q390钢Q420钢喷砂（丸） 0.450.500.50喷砂（丸）后涂无机富锌漆 0.350.400.40喷砂（丸）后生赤锈 0

37、.450.500.50钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面 0.300.350.40（1） 受剪高强度螺栓连接的计算受剪摩擦型高强度螺栓是以摩擦力被克服而产生相对滑移为极限状态的，一个螺栓的抗剪承载力设计值为Nvb=0.9nfP一个高强螺栓抗剪承载力设计值求出后，即可求出连接一侧所需的高强螺栓数目n：nN/Nvb17.7.2 摩擦型高强度螺栓的计算摩擦型高强度螺栓的计算高强螺栓连接的净截面强度验算不同于普通螺栓，在图17.34中，连接一侧螺栓数为n，验算截面-处的螺栓数为n1，对普通螺栓而言，净截面An要承受全部N力；而高强度螺栓则不然，每个螺栓所承受剪力的50%已由孔前摩擦面传走（孔前传力

38、系数为0.5），故净截面受力为N=N-0.5N n1/n=N(1-0.5n1/n) 净截面验算为 虽然AAn，但所承力NN，故构件破坏也可能由毛截面控制，所以尚应进行毛截面验算 =N/Af 1(1 0.5)nnnNNnfAA【例17.9】截面为32012的板件，钢材为Q235，N=600kN(设计值)，设计连接。 普通C级螺栓，栓径M20，孔径d=21.5mm； 高强螺栓受剪连接,10.9级M22，钢丝刷除锈，外径d=23.5。【解】（1） 普通螺栓连接单钉承载力设计值Nvb=81.7kNNcb=d73.2kN连接一侧所需螺栓数为 n=8.2个取为9个构造排列如图17.35(a)。 净截面强度验算=195.7N/mm2f=215N/mm2（2） 高强螺栓连接一个高强螺栓抗剪承载力设计值Nvb=0.9nfP=102.6kN连接一侧所需螺栓数n=N/Nvb=5.84个取为6个按构造排列如图17.35(b)。(2) 受拉高强螺栓的计算 单个高强螺栓受拉承载力设计值当高强螺栓在沿杆轴方向承受外拉力时，板叠间的摩擦阻力将降低。规范偏于安全地规定单个高强螺栓的抗拉承载力设计值为Ntb=0.8P 拉力计算螺栓群受沿杆轴方