武汉某大学建筑结构讲义下四

17连接（1）掌握钢结构常用的连接方法、特点及应用范围；（2）了解对接焊缝的工作性能，掌握对接焊缝的计算方法；（3）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；本章提要（4）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；（5）了解普通螺栓连接的工作性能、破坏形态，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，掌握高强螺栓连接的计算方法。本章内容17.1

钢结构的连接方法17.2

焊接的基本知识17.3

对接焊缝的构造与计算17.4

角焊缝的构造与计算17.5

焊接残余应力与焊接变形17.6

普通螺栓连接的构造与计算17.7

高强度螺栓连接的构造与计算17.1钢结构的连接方法钢结构的连接方法有焊接、铆钉连接和螺栓连接三种（图17.1）。图17.1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(Q235－A·F）钢制造的，按加工精度分为A、B、C三级。

高强螺栓系用高强钢材制成，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。17.2焊接的基本知识焊接方法有电弧焊、接触焊、汽焊等。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工电弧焊。（1）

手工电弧焊与焊条

如图17.2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。17.2.1焊接方法（2）

自动焊自动焊设备（自动电焊机）工艺原理如图17.3所示。图17.2手工电弧焊图17.3自动埋弧电弧焊焊缝连接按构件件的相对位置可可分为平接、搭接、顶顶接、角接等形式。焊缝按按构造可分为对接焊缝和角焊缝两种，如图17.4所示。对接焊缝省料、、传力均匀、强强度高，但边缘缘须作坡口，尺尺寸要求严且制制造费工。焊缝按施焊位置置又可分为平焊、立焊、横横焊、仰焊，平焊施焊最方方便，质量易于于保证；仰焊施施焊条件最差，，质量不易保证证，设计时应尽尽量避免（图17.5）。17.2.2焊缝与焊缝连接接形式图17.4焊缝连接形式图17.5焊缝的施焊位置置（平、立、横横、仰）在钢结构施工图图中的焊缝，应应遵照《焊缝符号表示法法》（GB324——88）和《建筑结构制图标标准》（GB/T50105）的规定予以标标注（见表17.1）。焊缝符号主要由图形符号、辅助助符号和引出线线等部分组成。图形符号表示焊缝截面的的基本形式。引出线由横线、斜线及箭箭头组成，而横线由由两条平行的实实线与虚线组成成，可在实线侧侧或虚线侧标注注符号，斜线和和箭头则将整个个焊缝符号指向向图形的有关焊焊缝处。17.2.3焊缝符号与标注注方法当焊缝分布不规规则时，在标注注焊缝符号的同同时，宜在焊缝缝处加粗线（表表示可见焊缝））或栅线（表示示不可见焊缝）），工地安装焊焊缝加×号（图17.6）。表17.1焊缝符号图17.6焊缝标注图形(a)可见焊缝；(b)不可见焊缝；(c）工地安装焊焊缝焊接质量将直接接影响焊缝的强强度，对焊缝的的质量应按其受受力性质和所处处的部位进行分分级检验。质量检验分为三三级，其中三级质量检验只对全部焊缝作作外观检查，即即只检查焊缝外外观缺陷（气孔孔、咬边）和几几何尺寸是否符符合三级标准的的要求；二级的检验项目目规定除对全部焊焊缝按二级标准准检查外观外，，还须按要求用用超声波抽查焊焊缝长度的50%；一级的检验项目目则规定除对全部部焊缝按一级标标准检查外观外外，尚需按要求求用超声波检查查，并用X射线抽查焊缝长长度2%，且部分拍片。。17.2.4焊缝质量级别对接焊缝的质量量分一、二、三三级，其中一、、二级质量的强强度与母材相同同，三级质量的的抗拉强度设计计值则降低了15%。角焊缝均为三三级质量，其强强度设计值不论论拉、压、剪均均取统一值。17.3对接焊缝的构造造与计算（1）选择正确的坡口口与间隙保证焊焊透如图17.7所示，根据焊接条件件和钢板的厚度度可选择图中的的各种坡口形式式，图中的坡口口形式（由钢板板厚度决定）、、间隙c和角度α可参见国家有关关标准。（2）设置引弧板焊缝的起弧灭弧弧处，常会出现现弧坑等缺陷，，引起应力集中中并易产生裂纹纹。可设引弧板板于两端，其材材料和坡口形式式同于焊件，在在焊接完毕后切切除（图17.8）。17.3.1对接焊缝的构造造（3）清渣补焊U形和V形焊缝主要为正正面焊，其根部部往往没有焊透透而存在缺陷。。所以一面焊完完后，应反过来来清渣补焊，以以保证焊缝质量量。（4）不同厚度与宽度度钢板的连接在钢板拼接处，，当焊件宽度不不同或厚度在一一侧相差超过4mm时，应分别在宽宽度或厚度方向向从一侧或双侧侧做成坡度不大大于1∶2.5的斜角（如图17.9）所示，形成平平缓过渡，减少少应力集中。（5）采用不焊透的对对接焊缝时应在设计图中注注明坡口的形式式与尺寸，其有有效厚度he不得小于1.5√t,t为坡口所在焊件件的较大厚度。。图17.7对接焊缝的坡口口形式图17.8引弧板图17.9钢板变截面平接接(a)变宽度；(b)变厚度（1）轴心力作用时的的计算如图17.10所示的受拉对接焊缝缝，当采用一、、二级质量时，，焊缝截面的抗抗拉、抗压和抗抗剪的强度设计计值同于母材，，只要连接板能能承受拉力N，则焊缝不必计计算；当采用三三级质量时，抗抗拉、抗剪强度度设计值不变，，唯抗拉强度设设计值降低15%，可采用斜焊缝缝。对于斜焊缝缝只须验算正应应力，即17.3.2对接焊缝的计算算当tanθ≤1.5（即θ≤56°19′）时，则斜焊缝缝不必验算。（2）弯矩和剪力共同同作用时的对接接焊缝如图17.11所示对接焊缝，应验验算边缘纤维的的最大正应力、、中和轴处的最最大剪应力和腹腹板与翼缘连接接处的折算应力力。【例17.1】验算如图17.10所示的钢板对接焊缝缝，钢板截面500mm×10mm，轴向拉力N=1000kN，钢材为Q235A·F，焊条E43型，焊缝为三级级质量，施工中中未采用引弧板板。【解】（1）验算钢板的承载载能力A×f=1075kN＞N=1000kN（2）验算直缝σ=208.3N/mm2＞ftw=185N/mm2直缝不能满足。。（3）改为斜缝，令tanθ=1.5σ=144.2N/mm2＜ftw=185N/mm2【例17.2】如图17.12所示，验算工字字形牛腿与柱的的对接焊缝，N=270kN(设计值)，偏心距e=300mm，钢材为Q235，E43型焊条，手工焊焊焊缝质量三级级，无引弧板。。【解】（1）焊缝受力M=Ne=270×300=8100kN·cmV=N=270kN(2)截面几何特征Iw=13544.6cm4Ww=677.2cm3Sw=397.5cm3S1=253.5cm3(3)强度验算σmax=119.6N/mm2＜ftw=185N/mm2τmax=99N/mm2＜fvw=185N/mm2σ1=113.6N/mm2τ1=63.2N/mm2σeq=157.8N/mm2<1.1ftw=203.5N/mm2图17.10轴心力作用时的的对接焊缝图17.11弯矩和剪力共同同作用时对接焊焊缝图17.10轴心力作用时的的对接焊缝图17.12例17.2附图17.4角焊缝的构造与与计算在搭接或顶接板板件的边缘，所所焊截面为三角角形的焊缝叫做做角焊缝。角焊缝按外力力作用方向可分分为平行于力作作用方向的侧面面角焊缝、垂直直于力作用方向向的正面角焊缝缝以及与力作用用方向斜交的斜斜向角焊缝（图17.13）。角焊缝两边夹角角为直角的称为为直角角焊缝（图17.14），夹角为锐角角或钝角的称为为斜角角焊缝（图17.15）。17.4.1角焊缝的构造直角角焊缝（简简称角焊缝）截截面分普通式、平坡式式和凹式三种，一般多采采用普通式。角焊缝的构造要要求：（1）角焊缝的的焊脚尺尺寸hf不得小于于1.5√√t，t为较厚钢钢板的厚厚度。（2）角焊缝的的焊脚尺尺寸hf不能过大大，否则则易发生生损伤构构件的过过烧现象象和咬边边现象，，且易产产生较大大的焊接接残余应应力和焊焊接变形形。（3）角焊缝的的两焊脚脚尺寸一一般为相相等。（4）侧面角焊焊缝和正正面角焊焊缝的计计算长度度不得小小于8hf和40mm。（5）侧面角焊焊缝的计计算长度度不宜大大于60hf或40hf；当大于于上述数数值时，，其超过过部分在在计算中中不予考考虑。（6）在次要构构件或次次要焊接接连接时时，可采采用断续续角焊缝缝。（7）当板件端端部仅有有两侧角角焊缝连连接时，，每条侧侧焊缝长长度不宜宜小于两两侧面角角焊缝之之间的距距离；同同时两侧侧面角焊焊缝之间间的距离离不宜大大于16t或190mm，t为较薄焊焊件的厚厚度。（8）当角焊缝缝的端部部在构件件转角处处作长度度为2hf的绕角焊焊时，转转角处须须连续施施焊，以以避免在在应力集集中较大大处因起起、灭弧弧而出现现缺陷。。（9）在搭接连连接中，，搭接长长度不得得小于焊焊件较小小厚度的的5倍，并不不得小于于25mm。图17.13侧面、正正面与斜斜向角焊焊缝图17.14直角角焊焊缝截面面形式(a)普通型；；(b)平坡式；；(c)凹式图17.15斜角角焊焊缝截面面角焊缝的的应力状状态是比比较复杂杂的，应应力分布布是不均均匀的，，破坏始始自应力力集中最最严重的的根角A处，如图17.16。在设计计计算中，，均假定定破坏截截面为45°喉部截面面，即图17.16中的AD截面，称称为计算算截面，，he为有效厚厚度。正面焊缝缝的破坏坏强度较较侧面焊焊缝高，，约为侧侧面焊缝缝的1.35~1.55倍。17.4.2角焊缝的的计算17.4.2.1角焊缝的的受力特特点图17.16轴力N作用下的的角焊缝缝17.4.2.2角焊缝在在通过焊焊缝形心心的拉力力、压力力或剪力力作用下下的强度度计算(1)正面角焊焊缝或作作用力垂垂直于焊焊缝长度度方向时时(2)侧面角焊焊缝或作作用力平平行于焊焊缝长度度方向时时(3)当作用力力与焊缝缝长度方方向斜交交时，应应分别计计算焊缝缝在两个个方向的的σf和τf，然后按按下式计计算：(4)周围角焊焊缝如图17.13，有正面面、侧面面、斜向向各种角角焊缝组组成的周周围角焊焊缝，假假设破坏坏时各部部分角焊焊缝都达达到各自自的极限限强度，，则：图17.13侧面、正正面与斜斜向角焊焊缝17.4.2.3在各种力力综合作作用下角角焊缝强强度的计计算如图17.17所示，角焊缝缝受M、N、V的综合作作用，N引起垂直直于焊缝缝长度方方向的应应力σfN；V引起沿焊焊缝长度度方向的的应力τfV；M引起垂直直于焊缝缝长度方方向，按按三角形形分布的的应力σfM；即：式(17.10)~(17.12)分别给出出了一般般表达式式和图示示矩形焊焊缝计算算截面的的计算式式最大应力力在焊缝缝的上端端，其验验算公式式为图17.17综合作用用下的角角焊缝17.4.2.4角钢与节节点板连连接焊缝缝计算在普通钢钢屋架中中，双角角钢截面面轴力腹腹杆与节节点板的的连接一一般多采采用两面侧焊焊；受有动动力荷载载时，可可采用三面围焊焊；受力较较小时，，可采用用L形围焊，，围焊的的转角处处必须连续施焊焊。（1）两面侧焊焊图17.18(a)为两面侧侧焊，双双角钢截截面的轴轴线位置置可由角角钢表查查出e1值得到，，则焊缝缝的形心心应在截截面轴线线上。设设肢背焊焊缝承受受力N1、肢尖焊焊缝承受受力N2，由平衡衡条件N1+N2=NN1e1=N2e2解之可得得求得N1和N2后，设出出合理的的肢背、、肢尖的的焊脚尺尺寸hf1和hf2，即可计计算出肢肢背、肢肢尖所需需的焊缝缝长度lw1和lw2。（2）三面围焊焊图17.18(b)为三面围围焊，要要点也是是使焊缝缝的形心心位于角角钢截面面的轴线线上。先先设出端端缝的焊焊脚尺寸寸hf3，则端缝缝承担的的力N3可以求出出：N3=2×0.7hf3lw3βfffw而lw3=b(肢宽)，对N2处取矩∑∑M=0，则有Ne2-N1(e1+e2)-N3（e1+e2）/2=0可以解出出N1=Ne2/(e1+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-2K2N【例17.3】将例17.1改为双盖盖板角焊焊缝平接接（图17.19）。钢板板截面500mm×10mm,N=1000kN（设计值值），钢钢材为Q235A·F，焊条E43型。【解】（1）采用2块460mm×6mm的矩形盖盖板，三三面围焊焊连接，，盖板面面积：A=2××46××0.6=55.2cm2＞50cm2按构造要要求设hf=5mm，则连接接一侧的的一条侧侧焊缝的的长度可可求。lw1=176mm取为180mm盖板长度度l=2××180+10=370mm。（2）为避免矩矩形盖板板四角处处焊缝的的应力集集中，改改为（b）图的菱菱形盖板板，不考考虑端缝缝的βf，则接头头一侧单单面需需要的的焊缝总总长度为为∑lw=893mm图（b）中布置置的焊缝缝长度∑lw=906＞893mm【例17.4】由2φ140×90×8(长肢相连连)双角钢与与节点板板（厚12mm）相连，，轴心力力设计值值N=600kN，手工焊焊E43型焊条，，采用Q235A·F钢，设设计连连接。。【解】（1）采用两两面侧侧焊设hf1(肢背处处)=8mm＞1.5×√√12=5.2mm＜1.2×8=9.6mmhf2(肢尖处处)=6mm≤8-(1~2)=6~7mm肢背lw1=218mm取为240mm肢尖lw2=156mm取为为170mm（2）采用三三面围围焊设焊脚脚尺寸寸hf1=hf2=hf3=6mmN3=229.6kN肢背Lw1=205mm取为220mm肢尖Lw2=70.8mm取为90mm本杆件件内力力较大大，不不宜采采用L形围焊焊。【例17.5】】钢柱与与牛腿腿的连连接和和受力力如图17.20所示，采用用Q235A·F钢，手手工焊焊，E43型焊条条，设设计该该角焊焊缝连连接。。【解】（1）受力分分析剪力V=150kN(由垂直直缝承承受））弯矩M=150×20=3000kN·cm最大应应力点点为垂垂直缝缝最下下边缘缘处。。（2）焊缝有有效截截面的的几何何特性性设hf均为10mm＜hfmax=1.2××10=12mm＞hfmin=6.7mm水平缝缝面积积Af1w=24.5cm2垂直缝缝面积积Af2w=2××0.7××1××(30-1)=40.6cm2全部有有效面面积Afw=Af1w+Af2w=24.5+40.6=65.1cm2求焊缝缝形心心位置置（近近似将将两条条水平平缝看看作等等长等等宽的的焊缝缝，对对水平平缝轴轴线取取面积积矩））YAfw=Af2w×(29/2+1)Y=(40.6×15)/65.1=9.5cm截面惯惯性矩矩Ifw=6518cm4截面最最小抵抵抗矩矩Wfw=318cm3(3)焊缝强强度验验算σfw=94.3N/mm2τfw=36.9N/mm285.7N/mm2＜fwf=160N/mm2焊脚尺尺寸hf还可以以小些些（略略）。。图17.18角钢的的节点点板连连接焊焊缝（a）两两面侧侧焊；；(b)三面围围焊；；(c)L形围焊焊图17.18角钢的的节点点板连连接焊焊缝（a）两两面侧侧焊；；(b)三面围围焊；；(c)L形围焊焊图17.19例17.3附图(a)矩形盖盖板；；(b)菱形盖盖板图17.20例17.5附图17.5焊接残残余应应力与与焊接接变形形高度不不均匀匀的温温度场场造成成构件件内部部收缩缩与膨膨胀的的不均均匀性性，致致使构构件产产生变变形，，这种种变形形叫焊接变变形（如图17.21所示）。而而焊缝缝和焊焊缝附附近钢钢材不不能自自由地地变形形，因因受到到周围围钢材材的约约束而而产生生焊接接残余余应力力。为了减减少和和限制制焊接接残余余应力力和焊焊接变变形，，可以以采取取以下下措施施：（1）在设计计中不不得任任意加加大焊焊缝，，避免免焊缝缝立体体交叉叉和在在一处处集中中大量量焊缝缝。焊焊缝布布置应应尽可可能对对称于于构件件重心心。（2）采用合合理的的焊接接顺序序例如钢钢板对对接，，当焊焊缝较较长时时可采采用分分段退退焊（（图17.22(a)）；厚厚度较较大时时可采采用分分层焊焊（图17.22(b)）；钢钢板分分块拼拼接合合理安安排施施焊顺顺序（（图17.22(c)），工工字形形顶接接采用用对角角跳焊焊（图17.22(d)）。（3）施焊前前使构构件有有一个个和焊焊接变变形相相反的的预变变形如图17.23(a)中将翼翼缘预预弯，，在（b）图中将平平接的的接缝缝处预预弯，，使与与焊接接变形形相抵抵消，，但此此法不不能去去除焊焊接应应力。。（4）对于小小尺寸寸的焊焊件可可焊前前预热热或焊焊后进进行退退火处处理。。退火火是将将构件件加热热至600℃后，使使其缓缓慢冷冷却，，可消消除焊焊接应应力。。也可可以在在焊后后锤击击，以以减小小焊接接应力力和焊焊接变变形。。（5）机械校校正法法和局局部加加热法法矫正正焊接接变形形，如如弯曲曲变形形可用用机械械顶压压冷矫矫正，，也可可以在在凸面面局部部加热热，利利用热热后的的冷缩缩进行行热矫矫正。。图17.21焊接变变形(a)纵向收收缩和和横向向收缩缩；(b)弯曲变变形；；(c)角变形形；(d)波浪变变形；；(e)扭曲变变形图17.22合理的的焊接接顺序序图17.23减小焊焊接变变形的的措施施17.6普通螺螺栓连连接的的构造造与计计算（1）关于螺螺栓的的基本本知识识螺栓有有不同同的性性能等等级，，如““4.6级”、、“8.8级”、、“10.9级”等，，是由螺螺栓材料料而区分分的。小小数点前前的数字字表示螺螺栓材料料的最低低抗拉强强度fu,4即为400N/mm2；小数点点及后面面的数字字（0.6、0.8等）则表表示材料料的屈强强比，普普通螺栓栓用Q235A·F钢制成，，属于4.6级。A、B级螺栓配配Ⅰ类孔（见见表16.9注）适用用于受剪剪连接；；C级螺栓配配Ⅱ类孔（冲冲孔或不不用钻模模钻孔））适用于于受拉连连接。17.6.1普通螺栓栓连接的的构造螺栓的代代号用字字母M与公称直直径的毫毫米数表表示，如如M16、M18等，常用用的螺栓栓是M16，M20和M24。螺栓长长度的选选用，在在考虑连连接件叠叠合厚度度的同时时，还应应考虑两两头垫圈圈、螺母母的厚度度并外露露2~3扣丝扣。。（2）螺栓与螺螺孔图例例钢结构施施工图表表示螺栓栓及螺孔孔的图例例见表17.2。（3）螺栓连接接的构造造要求每一杆件件在节点点上以及及拼接接接头的一一端，永永久性的的螺栓（（或铆钉钉）数不不宜少于于两个。。对组合合构件的的缀条，，其端部部连接可可采用一一个螺栓栓（铆钉钉）。螺螺栓的排排列分并列、错列两种。螺栓排列列时，其其中距、、边距和和端距应应满足下下列要求求：①受力要求求②构造要求求③施工要求求根据上述述三个方方面的要要求，《规范》制定了螺螺栓的最最大、最最小允许许间距，，见表17.3。螺栓排排列时，，宜按最最小允许许间距选选用，且且取5mm的整数倍倍。型钢（工工字钢、、槽钢、、角钢））上的螺螺栓排列列，除满满足表17.3的要求，，尚需考考虑线距距（为使使螺栓的的垫圈和和螺母位位于平整整部位））、最大大孔径d0max(避免截面面过分削削弱)的要求，，参见图17.24和表17.4~表17.6。表17.2螺栓及螺螺孔图例例表17.3螺栓或铆铆钉的最最大、最最小容许许距离图17.24螺栓的排排列表17.4角钢上螺螺栓或铆铆钉线距距表（mm）表17.5工字钢和和槽钢腹腹板上的的螺栓线线距表（（mm）表17.6工字钢和和槽钢翼翼缘上的的螺栓线线距表(mm)普通螺栓栓连接按按受力性性质分为为抗剪螺栓栓连接、受拉螺栓栓连接和拉剪螺栓栓连接。抗剪螺栓栓连接靠靠栓杆受受剪和孔孔壁承压压传力，，受拉螺螺栓连接接沿栓杆杆轴线方方向受拉拉，拉剪剪螺栓连连接则两两者兼而而有之。。17.6.2普通螺栓栓连接的的计算17.6.2.1抗剪螺栓栓连接（1）受力特点点与破坏坏形式在图17.25中，N为钢板所所受拉力力，δ为钢板间间的相对对位移。。N-δ曲线分为为三个阶阶段：第一阶段段为上升直直线段第二阶段段为水平段段第三阶段段为弹塑性性工作阶阶段抗剪螺栓栓连接（（包括铆铆接和承承压型高高强螺栓栓连接））可能有有五种破破坏形式式，如图17.26所示：①当螺栓杆杆较细、、板件较较厚时，，螺栓杆杆被剪断断（图17.26(a)）；②当螺栓杆杆较粗、、板件较较薄时，，孔壁挤挤压破坏坏（图17.26(b)）；③当螺孔对对板削弱弱过多时时，板件件被拉断断（图17.26(c)）；④当端距太太小时，，板端可可能因冲冲剪而破破坏（图17.26(d)）；⑤当栓杆细细长时，，栓杆可可能因弯弯曲而破破坏（图17.26(e)）。（2）计算方法法一个螺栓栓的受剪剪承载力力计算值值按下式式计算一个螺栓栓的承压压承载力力设计值值按下式式计算如前所述述，当外外力N通过螺栓栓群中心心时，可可以认为为每个螺螺栓均匀匀受力，，则抗剪剪螺栓连连接中，，接头一一侧所需需螺栓数数为：n=N/Nminb由于螺栓栓孔削弱弱了构件件的截面面，还须须按下式式验算开开孔截面面的净截截面强度度σ=N/An在构件的的节点处处或拼接接接头一一侧，当当螺栓沿沿受力方方向的连连接长度度l1(图17.27)过大时，，各螺栓栓的受力力将很不不均匀，，两端螺螺栓受力力较大常常先破坏坏，后依依次破坏坏《规范》规定（包包括高强强度螺栓栓），当当l1＞15d0时，螺栓栓的承载载力设计计值Nminb应乘以下下列折减减系数β予以降低低：当l1≥15d0时，β=1.1-l1/(150d0)；当l1≥60d0时，β=0.7。【例17.7】设计两角角钢拼接接，采用用C级螺栓，，角钢型型号φ75××5，轴心拉拉力设计计值N=119kN，采用Q235钢。【解】（1）确定接头头一侧螺螺栓数与与排列采用M20螺栓，d0=21.5mm，符合表表17.4规定。拼拼接角钢钢采用φ75××6。单钉抗剪剪和承压压承载力力设计值值为Nvb=40.8kNNcb=30.5kN连接一侧侧所需螺螺栓数目目n=4.29取为5个为安排紧凑，，采用图17.28的错列布置(符合表17.3和表17.4)。（2）验算角钢净截截面强度将角钢展开如如图,φ75×5，A=7.412cm2Ⅰ-Ⅰ截面AnⅠ=6.337cm2Ⅱ-Ⅱ截面AnⅡ=5.547cm2σ=214.5N/mm2＜f=215N/mm2图17.25单个双剪螺栓栓连接的N－δ曲线图17.26受剪螺栓连接接的破坏形式式(a)螺杆剪断；(b)孔壁挤压坏；；(c)钢板拉断；(d)端部钢板剪断断；(e)栓杆受弯破坏坏图17.27螺栓沿受力方方向的连接长长度图17.28例17.7附图17.6.2.2受拉螺栓连接接（1）单个受拉螺栓栓的抗拉承载载力设计值图17.29所示为螺栓连接的的T形接头，在外外力N的作用下，栓栓杆将沿杆轴轴方向受拉。。单个受拉螺栓栓抗拉承载力力设计值当螺钉群受轴轴心力作用时时，所需螺栓栓数(2)计算方法在设计时一般般先选定螺栓栓直径、数目目及排列构造造，然后再进进行验算。如图17.30所示牛腿与柱的连连接中，外力力F的偏心作用使使螺栓群受剪剪力V和弯矩M。设受力最大排排螺柱个数为为m，则受力最最大螺栓（单单个）所受的的拉力同时作用有弯弯矩M和轴心拉力N时，N由各螺栓平均均承担，螺栓栓群中螺栓所所受最大拉力力Nmax和最小拉力Nmin应符合下列条条件：当Nmin=F/n-Fey1/(m∑yi2)≥0时，螺栓群的转动动轴在螺栓群的中中心位置O处，见图17.31(a)所示，此时Nmax=F/n+Fey1/(m∑yi2)≤Ntb当Nmin=F/n-Fey1/(m∑yi2)＜0时，如图17.31（b）所示，端板底部将出现现受压区，螺栓群群转动轴位置下移移，可偏于安全地地取转动轴在弯矩矩指向一侧最外排排螺栓O′处，此时图17.29受拉螺栓连接图17.30弯矩与轴力作用下下的拉力连接图17.31受拉螺栓连接受偏偏心力作用17.6.2.3拉剪螺栓连接粗制螺栓多用于受受拉连接，若有剪剪力常设支托承受受。对于次要连接接。若不设支托，，螺栓将兼受拉剪剪，同时承受剪力力和杆轴方向拉力力的普通螺栓应分分别符合下列公式式的要求：【例17.8】工字形牛腿与柱用用Q235C级螺栓连接,F=258kN（设计值），支托托只在安装时起作作用，设计普通螺螺栓连接。【解】（1）构造设计初选M20螺栓10个排列如图17.32，符合构造要求，，因支托仅在安装装时起作用，所以以螺栓兼受拉剪。。（2）求单钉抗剪、承压压、抗拉承载力设设计值Nvb=40.84kNNcb=122kNNtb=41.65kN(3)求受力最大螺栓所所受的拉力与剪力力Nv=25.8kNNt=32.25kN(4)验算Nt=25.8kN＜Ncb=122kN(满足)图17.32例17.8附图17.7高强度螺栓连接的的构造与计算高强度螺栓由高强度钢材制成成，拧紧螺母可使使栓杆产生很高的的预拉力将叠合钢钢板压得很紧，剪剪力则由板叠间的的摩擦力来传递，，而不像普通螺栓栓那样，由栓杆受受剪和孔壁承压来来传递剪力，这就就是摩擦型高强螺螺栓的工作原理。。高强度螺栓所用材材料的性能等级按按热处理（淬火、、回火）后的强度度分8.8级和10.9级两种，其性能等等级和采用的钢号号可见表16.8。17.7.1高强度螺栓的基本本知识17.7.1.1高强度螺栓的受力力特点与材料17.7.1.2高强度螺栓的预拉拉力和紧固方法预拉力值为螺栓材材料的屈服强度fy和螺栓有效面积Ae的乘积考虑一定的的降低系数而确定定。按上述计算的P值，取5kN的整倍数应用，如表17.8所列。高强度螺栓按形状状不同，有大六角角头和扭剪型两种种类型，如图17.33所示。（1）扭矩法拧紧螺母时的扭矩矩M和螺栓所要达到的的预拉力P之间成正比关系，，终拧扭矩T可用下列公式确定定：T=kd(P+ΔP)（2）转角法分初拧和终拧两步步。初拧用短扳手手拧紧螺母，此时时约使螺栓达到20%~30%的预拉力，使板叠叠间紧密接触，做做出标记，然后用用长扳手将螺母从从标记位置再拧一一定的角度到终拧拧位置，终拧的角角度根据角度和预预拉力成正比，并并考虑板叠厚度和和直径d的影响而定。（3）扭断螺栓尾部对于扭剪型高强螺螺栓，先用普通扳扳手拧紧螺母，是是为初拧，再用特特制电动扳手的两两个套筒中的大套套筒套住螺母，小小套筒套住螺栓尾尾部梅花卡头，一一个套筒正转，一一个套筒反转，由由于螺栓尾部槽口口深度是按终拧扭扭矩和预拉力之间间的关系而确定的的，所以梅花卡头头被拧断之时，拧拧紧扭矩即达到终终拧扭矩，而螺栓栓则达到预拉力。。接触面的粗糙程程度和处理方法法是影响μ值的主要因素，，《规范》规定了四种方法法，见表17.9。表17.8一个高强度螺栓栓的预拉力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大六角头与扭剪剪型高强螺栓表17.9摩擦面的抗滑移移系数μ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0.450.500.50钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面0.300.350.40（1）受剪高强度螺栓栓连接的计算受剪摩擦型高强强度螺栓是以摩摩擦力被克服而而产生相对滑移移为极限状态的的，一个螺栓的的抗剪承载力设设计值为Nvb=0.9nfμP一个高强螺栓抗抗剪承载力设计计值求出后，即即可求出连接一一侧所需的高强强螺栓数目n：n≥N/Nvb17.7.2摩擦型高强度螺螺栓的计算高强螺栓连接的的净截面强度验验算不同于普通通螺栓，在图17.34中，连接一侧螺栓栓数为n，验算截面Ⅰ-Ⅰ处的螺栓数为n1，对普通螺栓而而言，净截面An要承受全部N力；而高强度螺螺栓则不然，每每个螺栓所承受受剪力的50%已由孔前摩擦面面传走（孔前传传力系数为0.5），故净截面受受力为N′=N-0.5Nn1/n=N(1-0.5n1/n)净截面验算为虽然A＞An，但所承力N＞N′，故构件破坏也也可能由毛截面面控制，所以尚尚应进行毛截面面验算σ=N/A≤f【例17.9】截面为320×12的板件，钢材为为Q235，N=600kN(设计值)，设计连接。①普通C级螺栓，栓径M20，孔径d=21.5mm；②高强螺栓受受剪连接,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计值Nvb=81.7kNNcb=d73.2kN连接一侧所需螺螺栓数为n=8.2个取为9个构造排列如图17.35(a)。净截面强度验算算σ=195.7N/mm2＜f=215N/mm2（2）高强螺栓连接一个高强螺栓抗抗剪承载力设计计值Nvb=0.9nfμP=102.6kN连接一侧所需螺螺栓数n=N/Nvb=5.84个取为6