混凝土结构设计原理

混凝土结构设计原理第1页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections7.1钢结构的连接简介连接的方式焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材图7.1.1连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接铆钉连接焊接连接第2页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections7.1.1焊缝连接1.钢结构常用的焊接方法电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。（1）手工电弧焊原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。

图7.1.2手工电弧焊

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧优点：方便，适用于任意空间位置的焊接，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，生产效率低。第3页，课件共90页，创作于2023年2月A、焊条的选择：手工电弧焊焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--E5518)Q345钢选择E50型焊条(E5001--E5048)Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7ConnectionsB、焊条的表示方法：E—焊条(Electrode)第1、2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第3、4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。E4300是什么意思？第4页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.焊缝缺陷及焊缝质量检验（1）焊缝缺陷

焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。热裂纹冷裂纹气孔烧穿夹渣根部未焊透边缘未熔合焊缝层间未熔合咬边焊瘤缺陷这么多，如何检验才放心？第5页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections（2）焊缝质量检验：检验标准三级肉眼外观检查二级肉眼外观检查＋超声波用于有较大拉应力的较重要连接－－不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷一级肉眼外观检查＋超声波＋X射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接－－不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷用于一般连接－－所有焊缝均应作外观检验，不允许有可见裂纹等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求；超声波检测设备第6页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections3.焊缝连接形式及焊缝形式（1）焊缝连接形式：分为对接、搭接、T形连接和角部连接。第7页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections（2）焊缝形式：分为对接焊缝和角焊缝。用料经济，传力平稳，动力性能好较厚的板需开剖口，费工施工简便传力不均，应力集中严重，搭接时费料对接焊缝直焊缝斜焊缝角焊缝侧焊缝（与力平行）端焊缝（与力垂直）第8页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections间断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（3）焊缝形式－－连续焊缝与间断焊缝什么情况下采用间断焊缝？第9页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections俯焊横焊立焊仰焊质量好质量一般质量差（4）焊缝形式－－施焊方位第10页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第三章连接Chapter3Connections4焊缝代号第11页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections7.2对接焊缝的构造和计算7.2.1对接焊缝的构造1.对接焊缝的坡口形式对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。

直边缝单边V形缝双边V形缝板厚t<10mm板厚t=10~20mmU形缝K形缝X形缝板厚t>20mm第12页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.对接焊缝的构造处理垫板垫板垫板图7.2.2根部加垫板1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。第13页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。3）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。图7.2.4不同厚度或宽度的钢板拼接a)改变厚度b)改变宽度≤1:2.5≤1:2.5图7.2.3对接焊缝的引弧板引弧板第14页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections7.2.2对接焊缝的计算1.轴心受力的对接焊缝图7.2.5直对接焊缝连接（7.2.1）lw——焊缝计算长度，t——连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度

;ftw、fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（1）对lw的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。（2）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。

（3）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况。a)没有引弧板时需要计算。b)受拉情况下的三级焊缝。第15页，课件共90页，创作于2023年2月图7.2.6斜对接焊缝b（7.2.2）（7.2.3）钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections斜向受力的对接焊缝

对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈

夹角，其计算公式为：l’w——斜焊缝计算长度。加引弧板时，l’w＝b/sinq；不加引弧板时，l’w＝b/sinq－2t。

fvw——对接焊缝抗剪设计强度规范规定，当斜焊缝倾角q≦56.3°，即tanq≦1.5时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。第16页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。

（7.2.5）（7.2.4）图7.2.7a弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝M——焊缝承受的弯矩；Ww——焊缝截面模量。V——焊缝承受的剪力；Iw——焊缝计算截面惯性矩；Sw——计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。第17页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections对于工字形或T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力:（7.2.6）式中:1、1——为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。1.1为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。

图7.2.7b弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝第18页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections3.受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其计算公式为：（7.2.4*）（7.2.5*）弯矩M剪力V轴力N应力分布第19页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections

同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力，其公式为：

（7.2.6*）式中弯矩M剪力V轴力N应力分布第20页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections

对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪应力均匀分布，其计算公式为：Aw——牛腿处腹板的焊缝计算面积。（7.2.5**）对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。

第21页，课件共90页，创作于2023年2月1.角焊缝的形式和强度钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections7.3角焊缝的构造和计算7.3.1角焊缝的构造角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。（a）（b）（c）图7.3.1直角角焊缝截面（1）直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（a）。对承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面通常采用（b）的形式，侧面角焊缝的截面则做成凹面式（c）。第22页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections（2）斜角角焊缝两焊边的夹角a>90°或a<90°的焊缝。通常用于钢管结构中。图7.3.2斜角角焊缝截面（d）斜锐角焊缝（e）斜钝角焊缝（f）斜凹面角焊缝hehehehf—焊脚尺寸；—焊脚边的夹角；

he—有效厚度（破坏面上焊缝厚度）并有，he＝hfcos/2对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。第23页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，焊缝越长应力不均匀程度越高强度相对较低，塑性较好破坏常发生在近似45°斜平面上7.1侧缝的应力状态角焊缝的工作性能第24页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections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，但塑性差端焊缝应力分布ABCD破坏模式7.2端缝应力状态第25页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.构造要求不应太小——否则不能焊透，导致实际承载力不足焊缝冷却太快容易开裂（1）角焊缝焊脚尺寸hf不应太大——否则焊缝冷却后产生较大变形较薄焊件容易烧穿hft1t2tt1hf焊脚尺寸是指角焊缝根角至焊缝截面外边缘（焊趾）的尺寸

第26页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.构造要求（2）最大焊脚尺寸hf,max

hf,max≤1.2t1式中:t1---较薄焊件厚度。对于板件边缘的角焊缝：当t≤6mm时，hf,max≤t；当t>6mm时，hf,max

≤t-(1~2)mm；钢管构件除外第27页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.构造要求（3）最小焊脚尺寸hf,min式中:t2---较厚焊件厚度。当t2≤4mm时,hf,min=t2

第28页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.构造要求（4）侧缝的最大计算长度当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。（5）角焊缝的最小计算长度当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！第29页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.构造要求（6）搭接连接的构造要求板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：A、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：B、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！bt1t2第30页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2.构造要求（6）搭接连接的构造要求C、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。b2hft1t2第31页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections

焊角尺寸：hfd

c

b

a

dcbahehfhf1）焊缝的破坏面7.3.2直角焊缝的基本计算公式试验表明，直角角焊缝的破坏常沿有效厚度方向发生。图7.3.8直角角焊缝截面

有效厚度：he（＝0.7hf）

焊缝厚度：有效厚度+熔深+凸度

有效截面：有效厚度×计算长度计算时假定有效截面上应力均匀分布。第32页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections2）有效截面上的应力状态图7.3.9角焊缝有效截面上的应力d

a

dacc

he

∥

在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：

—正应力，与焊缝长度方向（面外垂直）

∥—剪应力，与焊缝长度方向（面内平行）

—剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直）

ffw——角焊缝强度设计值对复杂应力情况，采用第三强度理论：ffw由角焊缝抗剪条件确定，所以右边√3

fw相当于角焊缝抗拉强度设计值。第33页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections图7.3.10直角角焊缝的计算

如图所示承受互相垂直的Ny、Nz两个轴心力作用的直角角焊缝，Ny垂直于焊缝长度方向产生平均应力

f，其在有效截面上引起的应力值为：（7.3.4）

f

对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，但可分解为

和

。对直角角焊缝：3）实用计算方法第34页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections图7.3.10直角角焊缝的计算沿焊缝长度方向的力Nz，在有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力

f。（7.3.5）第35页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：（7.3.3）（7.3.6）

f

——正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时

f

＝1.22，对直接承受动力荷载的结构，

f

＝1.0。

第36页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections正面角焊缝

f＝0，力N与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝

f＝0，力N与焊缝长度方向平行。（7.3.7）（7.3.8）以上各式中：

he=0.7hf；lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。第37页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections7.3.3角焊缝的计算1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算

当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。(1）用盖板的对接连接A、仅采用侧面角焊缝连接NNlwSlw－连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和第38页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7ConnectionsB、采用三面围焊连接NNlwlw’先计算正面角焊缝承担的内力Slw′－连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和再计算侧面角焊缝的强度Slw－连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和第39页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections(2）承受斜向轴心力的角焊缝NNxNyθ

f

f图7.3.12轴心力作用下的角焊缝平行于焊缝长度方向的分力Ncos

垂直于焊缝长度方向的分力Nsin

（7.3.9a）（7.3.9b）外力N和焊缝长度方向斜交，焊缝受到的力N被分解为：代入（7.3.6），得焊缝计算公式：→第40页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections（3）承受轴心力的角钢端部连接

在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊（如图所示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。图7.3.13桁架腹杆节点板的连接第41页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7ConnectionsNN1N2eb角钢的侧缝连接

a)仅用侧面焊缝连接解上式得肢背和肢尖的受力为：（7.3.14）（7.3.15）（7.3.16）

在N1、N2作用下，侧缝的计算长度为：（7.3.17）由平衡条件得：肢背肢尖K1—角钢肢背焊缝的内力分配系数K2—角钢肢尖焊缝的内力分配系数第42页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections表7.3.1角钢角焊缝内力分配系数K角钢类型连接形式内力分配系数肢背K1肢尖K2等肢角钢0.700.30不等肢角钢短肢连接0.750.25不等肢角钢长肢连接0.650.35第43页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections

b)角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3，并算出它所能承受的内力N3：（7.3.11）（7.3.12）通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为:（7.3.13）角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw1在N1、N2作用下，侧焊缝的长度用公式（7.3.16、7.3.17）。第44页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7ConnectionsNθeNxNyMAσNxσMτNyhehet（1）受弯矩M、剪力V、轴力N联合作用时角焊缝的计算由轴心拉力Nx产生的应力：由弯矩M产生的最大应力：2.复杂受力时角焊缝连接计算第45页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7ConnectionsA点产生的剪应力：A点控制应力最大为控制设计点A点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩M产生的正应力。直接叠加得：代入角焊缝实用计算公式（7.3.6）：第46页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections（2）三面围焊受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算图7.3.19承受偏心力的三面围焊Fe1rxahl2xxyyAA’0TVre将F向焊缝群形心简化得:

轴心力V＝F扭矩T=Fe故：该连接的设计控制点为A点和A’点计算时按弹性理论假定:①被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。②扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。③在轴心力V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。第47页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connectionse2x0l1l2xxyyAA’0TFrxxyyrrxryA0θhe

T

T

f

FA’T作用下A点应力:sTIp——为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，Ip=Ix+Iy

Ix，Iy——焊缝计算截面对x、y轴的惯性矩；rx、ry——为焊缝形心到焊缝验算点在x、y方向的距离。第48页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections轴力F产生的应力按均匀分布计算，A点应力:A点垂直于焊缝长度方向的应力为:

f，

F，平行于焊缝长度方向的应力为:

T强度验算公式：

FxxyyrrxryA0θhe

T

T

f

FA’第49页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections例题7－3，7－4，7－6第50页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections§7.4焊接残余应力和焊接变形7.4.1焊接残余应力和变形的原因1.焊接残余应力的分类

▲纵向焊接应力：平行于焊缝长度方向的应力▲横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力；▲厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。

2.焊接残余应力的成因a)焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC，而邻近区域温度骤降。（1）纵向焊接残余应力第51页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections焊缝周围温度场产生原因焊接残余变形

—由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起焊接残余应力

—由焊缝冷却收缩受到阻碍引起压住内应力焊缝θ变形第52页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections精制螺栓粗制螺栓代号A级和B级C级强度等级5.6级和8.8级4.6级和4.8级加工方式车床上经过切削而成单个零件上一次冲成加工精度螺杆与栓孔直径之差为0.25～0.5mm螺杆与栓孔直径之差为1.5～3mm抗剪性能好较差经济性能价格高价格经济用途构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采用沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时固定7.5螺栓连接1.普通螺栓连接（小数点前为螺栓热处理后的最低抗拉强度，小数点后的数字是屈强比）第53页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections7.5.1螺栓的排列和构造要求

螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。图3.5.1螺栓的排列方式1.螺栓的排列并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。第54页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections中心距太大<2d端距过小受力要求——

螺距过小：钢板剪坏。螺距过大：受压时钢板张开。构造要求——

螺距过大：连接不紧密，潮气侵入腐蚀。施工要求——

螺距过小：施工时转动扳手困难。螺栓间距布置要求第55页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections端距端距中距边距线距3d02d03d01.5d01.5d03d03d02d0端距边距1.5d0(1.2d0)2d02d01.5d03d0端距第56页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections根据规范规定（P86表3.5.1）的螺栓最大、最小容许间距，排列螺栓时宜按最小容许间距取用，且宜取5mm的倍数。第57页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections7.5.2普通螺栓的受剪连接

螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时受剪力和拉力的共同作用。

FNFA只受剪力B只受拉力C剪力和拉力共同作用第58页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7ConnectionsNδO1234NNabNN/2N/2对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上a、b两点相对位移δ和作用力N的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段1.受剪连接的工作性能

(1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)

直线段—连接处于弹性状态；该阶段较短—摩擦力较小。(2)滑移阶段(1~2段)

克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表现在曲线上为水平段。第59页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructureNδO1234abNN/2N/2(3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)

该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，N-δ关系以曲线状态上升。

(4)弹塑性阶段(3~4段)

达到‘3’后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。‘4’点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。第七章连接Chapter7Connections第60页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure图3.5.2受剪螺栓的破坏情况a)螺杆被剪断；b)连接件半孔壁挤压破坏；c)钢板拉（压）断；d)钢板剪坏；e)螺杆弯曲破坏。受剪螺栓的破坏形式：a)AB栓杆较细而板件较厚时b)BA栓杆较粗而板件较薄时c)A截面削弱过多时d)35º35ºa1A端距过小时；端距不应小于2dOe)A螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d第七章连接Chapter7Connections第61页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure单栓抗剪承载力：抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：d2.单个普通螺栓的受剪计算抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定:（7.5.1）（7.5.2）假定挤压力沿栓杆直径平面（实际上是相应于栓杆直径平面的孔壁部分）均匀分布第七章连接Chapter7Connections第62页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：（7.5.1）（7.5.2）图3.5.3剪力螺栓的剪面数和承压厚度nv—受剪面数目；d—螺栓杆直径；fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值；∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。第七章连接Chapter7Connections第63页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure3普通螺栓的受拉连接(1).普通螺栓受拉的工作性能第七章连接Chapter7Connections产生撬力的原因——角钢抗弯刚度不足，水平肢有较大变形对螺栓受力影响——使螺栓拉力增大减小撬力的措施——增强角钢抗弯刚度，加大厚度或增设加劲肋螺栓拉力：Pf=N/2+V刚度越小，V越大NN撬力加劲肋第64页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructureN/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。

当l1≤15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N由各螺栓平均分担。7.5.3.普通螺栓群抗剪连接计算（1）普通螺栓群轴心受剪计算

连接所需螺栓数为：(7.5.3)第七章连接Chapter7Connections第65页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructureECCS试验曲线8.8级M22我国规范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值长连接螺栓的内力分布当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏，然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数η与l1/d0的关系曲线。连接所需栓数：(7.5.5)第七章连接Chapter7Connections第66页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections1、螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算（1）螺栓抗剪计算求n时，取整数（2）钢板强度计算钢材抗拉或抗压设计强度钢板净截面积螺栓并列布置螺栓错列布置螺栓总数nbI截面AnI螺栓并列布置螺栓错列布置aII截面AnII轴力N第67页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructureFeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F2普通螺栓群偏心受剪（剪扭共同工作）F作用下每个螺栓受力：基本假设①连接件绝对刚性,螺栓弹性；②T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力大小与螺栓至形心的距离ri成正比，方向与它和形心的连线垂直。第七章连接Chapter7Connections第68页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure剪力计算公式

设各螺栓至螺栓群形心O的距离为r1、r2、r3…，rn，各螺栓承受的分力分别为N1T、N2T、N3T

…，

NnT，根据平衡条件得：（a）TxyN1TN1TxN1Tyr11显然，T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大（r1最大）。第七章连接Chapter7Connections第69页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure（c）将（c）式代入（a），得用N1T表达的T式：

由假设②得到，（b）螺栓1离形心最远是危险螺栓,最大剪力N1T第七章连接Chapter7Connections第70页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure将N1T它分解为水平和竖直分力：（3.5.7）（7.5.8）得受力最大螺栓所承受的合力为:（7.5.9）xi—第i个螺栓中心的x坐标yi—第i个螺栓中心的y坐标yoxx11r1y1如果y1≥3x1，则可假定xi=0。由此得N1Ty=0，则计算式为：（7.5.10）（7.5.7）第七章连接Chapter7Connections第71页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure（1）栓群轴心受拉

当外力通过螺栓群形心时，一般假定每个螺栓均匀受力，因此连接所需的螺栓数目为：（7.5.13）（7.5.11）3.普通螺栓群受拉N第七章连接Chapter7Connections第72页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructureM刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴(2）栓群承受弯矩作用M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：①连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；②螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离成正比。第七章连接Chapter7Connections第73页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructureM刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴显然‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大由力学及假定可得：第七章连接Chapter7Connections第74页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure将式(c)代入式(b)得:由式(a)得:因此，设计时只要满足下式即可：螺栓i的拉力:

即受力最大的最外排螺栓1的拉力不超过一个螺栓的抗拉承载力设计值第七章连接Chapter7Connections第75页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure7.5.4剪－拉螺栓群的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。图7.5.12剪－拉联合作用的螺栓图7.5.13剪力和拉力的相关曲线试验研究结果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。第七章连接Chapter7Connections第76页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure规范规定：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：

验算剪-拉联合作用：（7.5.17）（7.5.18）验算孔壁承压：NVb——单个螺栓抗剪承载力设计值；Ncb——单个螺栓承压承载力设计值Ntb——单个螺栓抗拉承载力设计值；Nv、Nt——单个螺栓承受的最大剪力和拉力设计值。第七章连接Chapter7Connections第77页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure例题：第七章连接Chapter7Connections第78页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure§7.7高强度螺栓连接的构造和计算7.7.1高强度螺栓的工作性能和构造要求第七章连接Chapter7Connections（小数点前为螺栓热处理后的最低抗拉强度，小数点后的数字是屈强比）螺栓强度等级螺栓采用钢材8.8级45号钢，40B钢10.9级20MnTiB钢，35VB钢按材质分类受力特征承载力极限状态安装孔孔径d0（mm)应用特点摩擦型连接外力达到最大摩擦力，有相对滑移的趋势d0＝d＋1.5~2.0剪切变形小，耐疲劳，动载下不易松动承压型连接外力超过最大静摩擦力，螺栓承剪，孔壁承压，发生相对滑移d0＝d＋1.0~1.5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第79页，课件共90页，创作于2023年2月钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第七章连接Chapter7Connections螺栓高强度螺栓普通螺栓材料材质好，强度高材质一般，强度低传力方式依靠连接板件摩擦传力螺栓直接传力变形连接变形小