钢结构全套课件

钢结构的材料1.较高的抗拉强度fu和屈服点fy；2.较好的塑性、韧性；3.良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）；4.对环境的良好适应性(耐久性、防腐性等)。§2.1

钢结构对材料的要求一、塑性破坏

破坏前有明显的塑性变形，破坏过程长，断口发暗，可以采取补救措施。二、脆性破坏

破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时的变形远比材料应有的变形能力小，破坏突然，断口平直、发亮呈晶粒状，无机会补救。§2.2钢材的破坏形式一、受拉、受压、受弯及受剪时的性能（一）一次拉伸时的性能

1.条件：标准试件（GB228—63），常温（20℃）下缓慢加载，一次完成。含碳量为0.1%－0.3%。标准试件：lo/d=5、10；lo-标距；d--直径§2.3

钢材的主要性能d单击图片播放2.阶段划分A.有屈服点钢材σ--ε曲线可以分为五个阶段：(1)弹性阶段(OB段)OA段材料处于纯弹性，即:AB段有一定的塑性变形，但整个OB段卸载时，ε=0；E=206×103N/mm2OBCDAE（2）弹塑性阶段（BC)

该段很短,表现出钢材的非弹性性质;

σB—屈服上限;σC—屈服下限(屈服点)（3）塑性阶段（CD)

该段σ基本保持不变（水平),

ε急剧增大,称为屈服台阶或流幅段,变形模量

E=0OBCDAE（4）强化阶段(DE段)极限抗拉强度fu（5）颈缩阶段(EF段)随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快OBCDAEB.对无明显屈服点的钢材没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。设计时取相当于残余变形为0.2%时所对应的应力作为屈服点—‘条件屈服点’fy=f0.2fuεp3.应力—应变曲线的简化1)fy与fb相差很小；2)超过fy到屈服台阶终止的变形约为2.5%--3%，足以满足考虑结构的塑性变形发展的要求。

（1）钢材可以简化为理想弹-塑性体ε2.5%--3%fy

ε00.15%ε

（2）钢材在静载作用下：

强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。（3）断裂时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前产生明显可见的塑性变形，可及时补救，故几乎不可能发生。O0.15%22%fufyfu-fy4.单向拉伸时钢材的机械性能指标

（1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。（2）抗拉强度fu--应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材最大的抗拉强度。（3）伸长率（4）断面收缩率它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。当l0/d=5时，用δ5表示，当l0/d=10时，用δ10表示。A0A1同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。（二）受压时的性能

采用短试件l0/d=3,屈服点同单向拉伸时的屈服点。（三）受弯时的性能（四）受剪时的性能抗剪强度可由折算应力计算公式得到：二、冷弯性能

衡量钢材塑性性能和质量优劣的综合指标。add+2.1a单击图片播放三、冲击韧性

衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。(a)梅氏U型缺口(b)夏比V型缺口

由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲击韧性，单位：J。Cv受温度的影响冲击韧性试验装置单击图片播放钢材的机械性能指标1、屈服点fy；2、伸长率δ；3、抗拉强度fu；4、冷弯试验；5、冲击韧性Cv(包括常温冲击韧性、

0度时冲击韧性负温冲击韧性）。小节

一、化学成分

普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；普通低合金钢中合金元素＜5%。

1.碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2％以下时，可焊性良好。§2.4

各种因素对钢材性能的影响

2.硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。

3.磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。

4.锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，熔点1600℃，可以消除一部分S的有害作用。

5.硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。

6.钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。7.氧（O）：有害杂质，与S相似。8.氮（N）：有害杂质，与P相似。9.铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。二．冶金缺陷常见的冶金缺陷有：偏析：化学成分分布的不均匀程度；非金属夹杂；气孔；裂纹等。三、钢材的硬化

冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。

时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。

应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。四、温度影响

1．正温范围

200℃以内对钢材性能无大影响，该范围内随温度升高总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。8006004002000N/mm2Efuδfy200400600温度对钢材机械性能的影响20406080δ%220210200190180170160Ex103T(0C)250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加—蓝脆现象，该温度区段称为“蓝脆区”。260～320℃产生徐变现象。600℃左右弹性模量趋于零，承载能力几乎完全丧失。8006004002000N/mm2Efuδfy200400600温度对钢材机械性能的影响20406080δ%220210200190180170160Ex103T(0C)

当温度低于常温时，钢材的脆性破坏倾向随温度降低而增加，材料强度略有提高，但其塑性和韧性降低，该现象称为低稳冷脆。2．负温范围脆性破坏转变过渡区段塑性破坏反弯点试验温度T0C冲击断裂功CvT1T2T0冲击韧性与温度的关系曲线五、应力集中1.应力集中的概念

构件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力—应力集中。2.应力集中的影响3.减小应力集中现象的措施

<1:2.5

由于钢材具有良好的塑性性能，当承受静力荷载且在常温下工作时，只要符合规范规定的设计要求，可以不考虑应力集中的影响。六、反复荷载作用（疲劳问题）七、板厚、直径的影响八、焊接残余应力１）材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达；§2.5

复杂应力作用下钢材的屈服条件假定：２）当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。oZXY单元体受复杂应力（应力分量）单元体受主应力1.以应力分量表示2.以主应力表示材料处于弹性状态材料处于塑性状态讨论：（1）三向受压时(静水压力)————不破坏;（2）三向受拉时——一定破坏;

由于三向受拉限制了材料的塑性发展，材料要发生脆性破坏。能量理论所得的公式只适用于塑性材料，因此形式上的不破坏与实际的脆性破坏是不矛盾的，只是实际的脆性破坏不再符合能量理论的基本假定。图示简支梁1-1截面腹板与翼缘交界A点的应力1-1A对于薄板，厚度方向的应力很小，为平面受力状态。PPMM11AxVy一般的梁，只存在正应力和剪应力，则：2-2AVM22Ayxq

3-3APMVP33yxM3-3截面仅有剪力，弯矩、局部压力均为零，故该截面除剪应力外，正应力均为零，即为纯剪状态。一、基本概念1、循环荷载——结构或构件承受的随时间变化的荷载。PP11A1-1A§2.6

钢材的疲劳单击图片播放（1）应力循环（2）应力循环特征—应力比ρ--构件截面应力随时间的变化。（3）应力幅

在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一个循环，最大应力与最小应力之差为应力幅:为常量常幅循环：为变量变幅循环：+σ-σt(b)脉冲循环(a)完全对称循环(c)不完全对称循环(d)不完全对称循环2.钢材的疲劳

在循环荷载（连续反复荷载）作用下，经过有限次循环，钢材发生破坏的现象，称之为疲劳。3.疲劳破坏的机理

疲劳破坏是积累损伤的结果。

缺陷→微观裂纹→宏观裂纹。4.疲劳破坏的特征属于脆性破坏，截面平均应力小于屈服点。5.影响钢材疲劳的主要因素（1）缺陷的种类（构件和连接的分类）

规范将构件和连接的种类分为8类，第1类为轧制的型钢（残余应力小）疲劳强度最高；第8类为角焊缝应力集中最严重疲劳强度最低。详见钢结构设计规范“疲劳计算的构件和连接分类”。焊缝附近主体金属的应力由：实际应力循环均形成在拉应力范围（2）应力幅(Δσ)和应力循环特征(应力比ρ)影响A.对于焊接结构：应力幅对焊接结构的疲劳强度有很大影响，而与名义最大应力σmax和应力比ρ无关。B.对于非焊接结构和轧制钢材

在循环次数N一定的情况下，根据试验资料可以绘出N次循环的疲劳图(σmax和σmin关系曲线)。

当ρ=0和ρ=-1时的疲劳强度分别为σ0和σ-1，连接BC并延长至A、D。非焊接结构的疲劳图DA

由上述推导可知，对于非焊接结构和轧制钢材，疲劳强度与最大应力、应力比、循环次数和缺口效应（构造类型的应力集中情况）有关。ABCD直线方程为：DA非焊接结构的疲劳图（3）应力循环次数N（疲劳寿命）应力循环次数N<5×104，不需要进行疲劳计算。0NX105N1N2fy123456越低，N越多，疲劳寿命越高；相同，N越多，疲劳寿命越高。

综上所述，钢材的疲劳强度主要与构件和连接分类（内部缺陷、应力集中、残余应力）、N和∆σ有关。焊接部位的疲劳强度与钢材的静力强度(屈服点fy)基本无关。在压应力循环作用下，钢材内部缺陷不易开展，不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。二、疲劳强度计算（一）常幅疲劳

根据试验数据可以绘出构件或连接的应力幅Δσ与相应的致损循环次数N的关系曲线，按试验数据回归的Δσ-N曲线为平均曲线(图a)，取对数坐标(图b)。1.容许应力幅[Δσ]

由于现阶段对钢材发生疲劳破坏尚处于进一步研究阶段，按概率极限状态计算疲劳强度还不成熟，故采用容许应力幅的计算方法。Δσ-N曲线(a)0N式中：β--直线对纵坐标的斜率；

b1--直线在横轴坐标上的截距；

N--循环次数。(b)0N=5×104N=5X106............b1考虑试验数据的离散性，取平均值减去2倍lgN的标准差s作为疲劳强度下限，当lgΔσ为正态分布时，保证率为97.7%。下限值的直线方程为（蓝色虚线）：此时的Δσ即为容许应力幅：式中：系数β、C—可根据钢结构设计规范“疲劳计算的构件和连接分类”查表得到。2S2S(b)0N=5×104N=5X106............b12.疲劳强度计算式中：Δσ--计算部位的应力幅；对于焊接部位:Δσ=σmax-σmin；对于其他部位：Δσ=σmax-0.7σmin(计算应力幅）。

σmax、σmin--计算部位每次应力循环中的最大拉应力和最小拉应力（或压应力，计算时取负值）。说明：1）计算时用荷载的标准值；

2）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算时不再考虑动力系数；（二）变幅疲劳和吊车欠载效应系数σσmaxσmin0t—欠载效应系数。重级工作制硬钩吊车1.0；重级工作制软钩吊车0.8；中级工作制吊车0.5。--循环次数N=2X106的容许应力幅。式中：对于吊车梁，按下式计算其疲劳强度：

1、不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉应力的部位，例如σmax=140N/mm2,σmin=-10N/mm2和σmax=10N/mm2,σmin=-140N/mm2

两种应力循环的应力幅都是150N/mm2

，疲劳强度相同，合理否?

2、螺栓受拉时螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予补充。思考:一、钢的种类

1、碳素结构钢（GB/T700-88）---低碳钢牌号

Q235--质量等级（A、B、C、D）浇注方法（F、Z、Tz）

A--保证fu、fy、δ，P、S含量

B--保证fu,fy,δ,冷弯，常温时Cv，P，S，C含量；

C--保证fu,fy,δ,冷弯,0oC时Cv，P，S，C含量;D--保证fu,fy,δ,冷弯,-20oC时Cv，P，S，C含量;§2.7

钢材的种类和规格2.低合金钢(GB/T1591-94)GB/T1591-94Q295Q390Q345Q420相应的钢材品种（GB/T1591-94)09Mn、09Mnb、09Mn2、12Mn12MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb15MnV、15MnTi、16MnNb15MnVN、14MnTiRE低合金钢的质量等级分A、B、C、D、E，其中E主要是要求-400C的冲击韧性。二、钢材的选择（一）选择钢材的原则1．结构或构件的重要性；2．荷载情况（静力荷载，动力荷载）；

静力荷载作用下可选择经济性较好的Q235钢材。动力荷载作用下应选择综合性能较好钢材。3．连接方法（焊接连接、螺栓连接）；

焊接结构对材质的要求严格，应严格控制C、S、P的极限含量；非焊接结构对C的要求可降低一些。4．结构所处的工作条件（环境温度，腐蚀等）；

低温下工作的结构应选择低温脆断性能好的镇定钢钢材的厚度。

厚度大的焊接结构应采用材质较好的钢材。（二）钢材选择建议1、承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚符合相应有关标准的规定和要求。2、承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚具有含碳量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。

3、对于需要验算疲劳的焊接结构，应具有常温冲击韧性的合格保证；

当结构工作温度等于或低于0℃但高于－20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性合格的保证；对于Q390钢和Q420钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证。

当结构工作温度等于或低于－20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证；对Q390和Q420钢应具有－40℃冲击韧性的合格保证。

4、对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于－20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性合格的保证；对Q390钢和Q420钢应具有－20℃冲击韧性的合格保证。5、重要的受拉或受弯的焊接构件中，厚度大于等于16mm的钢材应具有常温冲击韧性合格的保证。

6、当焊接结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T5313的规定。8、对于外露环境，且对大气腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准《焊接耐候钢》GB/T4172的规定。

7、钢板的抗撕裂性能采用厚度方向的断面收缩率Ψz来评定。该标准将沿厚度方向的断面收缩率分为三个等级，即Z15，Z25，Z35，分别对应其允许值。三、钢材的规格

热轧成型的钢板和型钢，冷弯（或冷压）成型的薄壁型钢。（一）热轧钢板（表示方法—

宽×厚度×长度）分为:厚板（厚度4.5-60mm)薄板（厚度0.35-4mm)扁钢：厚度4-60mm，宽度20-200mm。(二）热轧型钢1.工字钢2.槽钢工字钢根据截面高度h及厚度分类a(或b、c)槽钢根据截面高度h及厚度分类a(或b、c)3.角钢∠肢宽度×肢厚度

等肢角钢∠长肢宽度×短肢宽度×肢厚度

不等肢角钢4.H型钢分为：宽翼缘HW、中翼缘HM、窄翼缘HNbht1t2表示方法：

H高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度如：

Hh×b×t1×t25.钢管tD表示方法：Φ外径×壁厚分为无缝管和焊接管（三）冷弯薄壁型钢壁厚1.5~5mm压型钢板壁厚0.4~1.5mm

拉弯和压弯构件§6-1概述一、应用一般工业厂房和多层房屋的框架柱均为拉弯和压弯构件。NMNe二、截面形式三、计算内容拉弯构件： 承载能力极限状态：强度 正常使用极限状态：刚度压弯构件：强度稳定实腹式

格构式

整体稳定局部稳定平面内稳定

平面外稳定

承载能力极限状态正常使用极限状态刚度平面外稳定

平面内稳定(分肢稳定)弯矩作用在实轴上弯矩作用在虚轴上整体稳定分肢局部稳定平面内稳定

平面外稳定

§6-2拉弯和压弯构件的强度一、截面应力的发展以工字形截面压弯构件为例：hhwAfAfAwfy(A)(A)弹性工作阶段HHNhhwAfAfAwfy(A)fy(B)fyfy(C)fyfy(D)(D)塑性工作阶段—塑性铰(强度极限)(B)最大压应力一侧截面部分屈服(C)截面两侧均有部分屈服ηhηhh-2ηh

对于工字形截面压弯构件，由图（D）内力平衡条件可得，N、Mx无量纲相关曲线：

(1)

时：式中：

(2)

时：

N、M相关曲线如图，其中较大时外凸不多。

01.01.0式（a）式（b）HHNfyfy(D)ηhηhh-2ηh式中：由于全截面达到塑性状态后，变形过大，因此规范对不同截面限制其塑性发展区域为（1/8-1/4）h简化计算规范采用直线，其方程为：01.01.0式（a）式（b）

因此，令：并引入抗力分项系数，得：上式即为规范给定的在N、Mx作用下的强度计算公式。对于在N、Mx、My作用下的强度计算公式，规范采用了与上式相衔接的线形公式：——两个主轴方向的弯矩——两个主轴方向的塑性发展因数如工字形，当直接承受动力荷载时，其他截面的塑性发展系数见教材。

一、弯矩作用平面内的稳定

§6-3实腹式压弯构件的稳定

在弯矩作用平面内失稳属第二类稳定，偏心压杆的临界力与其相对偏心率有关，为截面核心矩，大则临界力低。实用计算公式的推导：假设两端铰支的压弯构件，变形曲线为正弦曲线,其受压最大边缘纤维应力达到屈服点时，承载力用下式表达：式中:N、Mx—轴心压力和沿构件全长均布的弯矩;e0—各种初始缺陷的等效偏心距；Np—无弯矩作用时，全截面屈服的极限承载力，Np=Afy；Me—无轴心力作用时，弹性阶段的最大弯矩,

Me=W1xfy

—压力和弯矩联合作用下的弯矩放大因数;——欧拉临界力;在上式中，令Mx=0，则式中的N即为有缺陷的轴心受压构件的临界力N0，得：上式是由边缘屈服准则导出的，与实腹式压弯构件的考虑塑性发展理论有差别，规范在数值计算基础上给出了以下实用表达式：

将式（6-6）代入式（6-5），并令：N0=φxNp，经整理得：考虑抗力分项系数并引入弯矩非均匀分布时的等效弯矩系数βmx后，得规范βmx对作出具体规定：

1、框架柱和两端支承构件（1）没有横向荷载作用时：

M1、M2为端弯矩，无反弯点时取同号，否则取异号，｜M1｜≥｜M2｜

（2）有端弯矩和横向荷载同时作用时:使构件产生同向曲率时:βmx=1.0使构件产生反向曲率时:βmx=0.85（3）仅有横向荷载时：βmx=1.02、悬臂构件:βmx=1.0对于单轴对称截面，当弯矩使较大翼缘受压时，受拉区可能先受拉出现塑性，为此应满足：二、弯矩作用平面外的稳定

弯矩作用平面外稳定为“弯扭屈曲”，机理与梁整体失稳机理相同。

基本假定：1.杆件两端铰接，杆端可翘曲，但不能绕纵轴转动。2.材料为弹性。式中:（1）工字形（含H型钢）截面 双轴对称时：单轴对称时：βtx—等效弯矩系数，取平面外两相邻支承点间构件为计算单元，取值同βmx

；（2）T形截面（M绕非对称轴x作用）①弯矩使翼缘受压时：双角钢T形截面：剖分T型钢和两板组合T形截面：

②弯矩使翼缘受拉，且腹板宽厚比不大于时：注意：用以上公式求得的应φb≤1.0；当φb>0.6时，不需要换算，因已经考虑塑性发展；闭口截面φb=1.0。

对于不产生扭转的双轴对称截面(包括箱形截面)，当弯矩作用在两个主平面时，公式可以推广验算稳定：及三、实腹式压弯构件的局部稳定

规范采用了限制板件的宽厚比的方法。§6.4

格构式压弯构件的稳定

对于宽度很大的偏心受压柱为了节省材料常采用格构式构件，且通常采用缀条柱。一．压弯格构柱弯矩绕虚轴作用时的整体稳定计算（一）弯矩作用平面内稳定(N、Mx作用下)

因截面中空，不考虑塑性发展系数，故其稳定计算公式为：（二）弯矩作用平面外稳定(N、Mx作用下：)

因受压较大分肢所受平均压应力大于全截面压应力，故分肢在其两主平面不失稳，则构件的弯矩作用平面外整体稳定得以保证，即通过分肢稳定验算来保证构件弯矩作用平面外整体稳定。

将缀条柱视为一平行弦桁架，

分肢为弦杆，缀条为腹杆，则由内力平衡得：分肢按轴心受压构件计算。分肢1分肢2xxyy2211MxNy2y1a（三）分肢稳定(N、Mx作用下：)

分肢计算长度：

1）缀材平面内（1—1轴）取缀条体系的节间长度；

2）缀材平面外，取构件侧向支撑点间的距离。

对于缀板柱在分肢计算时，除N1、N2外，尚应考虑剪力作用下产生的局部弯矩，按实腹式压弯构件计算。二．压弯格构柱弯矩绕实轴作用时的整体稳定计算

由于其受力性能与实腹式压弯构件相同，故其平面内、平面外的整体稳定计算均与实腹式压弯构件相同，但在计算弯矩作用平面外的整体稳定时，构件的长细比取换算长细比，φb取1.0。（四）缀材设计

同轴压格构柱，缀材内力计算时取柱截面实际剪力及的较大值。1、整体稳定采用与弯矩绕虚轴作用时压弯构件的整体稳定计算公式相衔接的直线式公式：三．双向受弯格构式压弯构件的整体稳定计算式中：

W1y—在My作用下，对较大受压纤维的毛截面模量；其余符号同前。

2、分肢稳定

按实腹式压弯构件计算，分肢内力为：分肢1分肢2xxyy2211MxNy2y1aMy一、截面选择1、对于N大、M小的构件，可参照轴压构件初估；2、对于N小、M大的构件，可参照受弯构件初估；因影响因素多，很难一次确定。二、截面验算1、强度验算2、整体稳定验算3、局部稳定验算—组合截面4、刚度验算三、构造要求§6.5

实腹式压弯构件的设计§6.6

格构式压弯构件的设计一、截面选择1、对称截面（分肢相同），适用于±M相近的构件；2、非对称截面（分肢不同），适用于±M相差较大的构件；二、截面验算1、强度验算2、整体稳定验算（含分肢稳定）3、局部稳定验算—组合截面4、刚度验算5、缀材设计 设计内力取柱的实际剪力和轴压格构柱剪力的大值；计算方法与轴压格构柱的缀材设计相同。三、构造要求1、压弯格构柱必须设横隔，做法同轴压格构柱；2、分肢局部稳定同实腹柱。一、柱头

自学二、柱脚

1、铰接柱脚：同轴压柱脚

2、刚接柱脚

1）整体式刚性柱脚适用于实腹柱及分肢间距小的压弯构件，常用形式如图A：

§6.7

压弯构件的柱头和柱脚图A图B2）分离式刚性柱脚适用于分肢间距大的压弯构件，常用形式如图B：3、整体式刚性柱脚的设计1）底面积确定底板宽度b由构造确定，c=20~30cm;

底板长度l计算确定:2）底板厚度确定同轴压柱脚，计算各区格板弯矩时，可取其范围内的最大反力。3）锚栓计算承担M作用下产生的拉力，且锚栓是柱脚与基础牢固连接的关键部件，其直径大小由计算确定。ax合力点由Nt即可查得锚栓个数和直径。锚栓承担的拉力：注意：以上计算是假定底板为刚性，计算值偏大；由于栓径较大，故应考虑螺纹处的应力集中，钢材的强度取值应降低，详见规范；由于底板的刚度不足，锚栓不能直接连于底板，以防止底板变形而使锚栓不能可靠受拉，连接处应做构造处理，详见教材。

C、隔板设计同轴压柱脚，内力可偏于安全按计算处的最大基底反力计算。4、分离式刚性柱脚的设计（自学）3）靴梁、隔板及其焊缝计算A、靴梁的高度按柱与其连接焊缝的长度确定，每侧焊缝承担的轴力为：B、靴梁的强度

按支承于柱边的悬臂梁计算，内力可偏于安全按最大基底反力计算

钢结构的连接一、焊缝连接

§3.1

钢结构的连接方法对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。

角焊缝连接三、螺栓连接

优点：连接刚度大，传力可靠；缺点：施工要求高，劳动强度大，施工条件差、速度慢。

分为：

普通螺栓连接高强度螺栓连接二、铆钉连接N一、钢结构常用焊接方法1.手工电弧焊§3.2

焊接方法和焊接连接形式

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧单击图片播放自学A、优、缺点B、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。E43型焊条（E4300--E4328）E50型焊条（E5000—E5048）Q235Q345Q390Q420E55型焊条（E5500—E5518）对于不同钢种的钢材焊接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。E4328Electrode表示适用的焊接位置、电流及药皮类型表示熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)2.埋弧焊（自动或半自动）、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件埋弧自动焊A、优、缺点：自学送丝器机器B、焊丝的选择应与焊件等强度。3.气体保护焊二、焊接连接形式和焊缝形式1.焊接连接形式搭接连接角部连接对接连接T形连接2.焊缝形式（1）对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝T型对接焊缝斜对接焊缝3.焊缝位置三、焊缝缺陷及焊缝质量检查1.焊缝缺陷2.焊缝质量检查外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。《钢结构工程施工及验收规范》规定：

焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。

三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；

一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。

《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：

(1)需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。3.焊缝质量等级及选用(2)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。

（３）重级工作制和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。（４）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。4.焊缝代号hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊缝的形式:一、角焊缝的形式和受力分析§3.3角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝（1）直角角焊缝hehfhf凹面式（2）斜角角焊缝对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。强度相对较低，塑性性能较好。剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf越大剪应力分布越不均匀。剪应力τfA.应力分析lwNN2.直角角焊缝的受力分析（1）侧面角焊缝（侧焊缝）B.破坏形式（2）正面角焊缝NNA.

应力分析受力复杂，应力集中严重，塑性较差，但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。B.正面角焊缝的破坏形式（3）斜角焊缝

斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊缝之间。二、角焊缝的构造

1、最大焊脚尺寸hf,max

hf,max≤1.2t1（钢管结构除外）式中:t1---较薄焊件厚度。t1thf对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：

当t≤6mm时，hf,max≤t；当t＞6mm时，hf,max≤

t-(1~2)mm；t1thf2、最小焊脚尺寸hf,min

式中:t2----较厚焊件厚度。

另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;

对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;

当t2≤4mm时,hf,min=t23.侧面角焊缝的最大计算长度注：

1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；

2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。lw4.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，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范做了以上规定。5.搭接连接的构造要求

当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：

A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大，规范规定：t1t2bD.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。C.当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。b2hft1t2三、直角角焊缝的强度计算公式

1、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下图所示：hfhehh1h2deσ┻τ┻τ∥helwh---焊缝厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根2、规范假定：焊缝在有效截面处破坏，且各应力分量应满足以下折算应力公式:

┻┻∥3、我国规范给定的角焊缝强度设计值是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：式中：--焊缝金属的抗拉强度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw4、直角角焊缝的强度计算公式：NNyNx┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf将3—3、3—4式，代入3—2式得：式3—5即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式βf—正面角焊缝强度增大系数；静载时取1.22，动载时取1.0。┻┻∥┻┻∥对于正面角焊缝，τf=0，由3—5式得：对于侧面角焊缝，σf=0，由3—5式得：

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。四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算1、轴心力作用下(1)轴心力作用下的盖板对接连接:A、仅采用侧面角焊缝连接：B、采用三面围焊连接：NNlwlw’(2)T形角焊缝连接NxNyNθN代入式3-5验算焊缝强度，即:(3)角钢角焊缝连接A、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用三面围焊由力及力矩平衡得:余下的问题同情况‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2对于校核问题:对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、采用L形围焊代入下式3-20，3-21得:对于设计问题:Ne1e2bN1xxN3lw12、N、M、V共同作用下(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同作用下焊缝强度计算h1σfAσfBτf对于A点：式中：Iw—全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；

h1—两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxhh2BB’Ah1MeFVM对于B点：强度验算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊缝的计算长度；

he,2—腹板焊缝截面有效高度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM假定:A、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：T作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；B、T作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与r成正比；C、在V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。3、T、V共同作用下将F向焊缝群形心简化得:

V=F

T=F(e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：该连接的设计控制点为A点和A’点xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyheT作用下A点应力:将其沿x轴和y轴分解:e2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用下,A点应力:A点垂直于焊缝长度方向的应力为:A点平行于焊缝长度方向的应力为:强度验算公式：思考:以上计算方法为近似计算，为什么?τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe五、斜角角焊缝的计算α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2图Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b图B1、为简化计算，对于两焊脚边夹角60o≤α≤135o的斜T形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相同的计算公式，且统一取βf=1.0。α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2图A2、斜角角焊缝的计算厚度hei由几何关系得其通式为：式中：b、b1和b2≤5mm说明：A.b1和b2≤1.5mm时,

可取b1、b2=0B.b1和b2>5mm时,

应如图“B”方式处理，且使b≤5mm。α1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b1b2图Aα1α2hf1hf1hf2hf2he2he1b图B1、对接焊缝的坡口形式:一、对接焊缝的构造§3.4对接焊缝的构造与计算

对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施工条件有关。

t--焊件厚度(1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡口,采用直边缝;(2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口;(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）2、V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1（t1—较薄焊件厚度）；4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜角，以平缓过度，减小应力集中。≤1:2.5≤1:2.5对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；静载作用下一级和二级对接焊缝可视为与母材等强，不与计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。二、对接焊缝的计算NNt1、轴心力作用下的对接焊缝计算式中：

N—轴心拉力或压力；

t—板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；

ftw、fcw

—对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNlwtA

当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图B。另:当tanθ≤1.5时,不用验算!NNtBθNsinθNcosθlw2、M、V共同作用下的对接焊缝计算lwtAMVστ其强度计算公式为：式中：Ww—焊缝截面模量；Sw--焊缝截面面积矩；

Iw--焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接（2）工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面A、对于焊缝的σmax和τmax应满足式3-29和3-30要求；σmaxτσ1τ1τmaxB、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应力尚应满足下式要求：1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。§3－5焊接应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类及其产生的原因

1、焊接残余应力的分类

A、纵向焊接残余应力—沿焊缝长度方向;B、横向焊接残余应力—垂直于焊缝长度方向;C、沿厚度方向的焊接残余应力。

2、焊接残余应力产生的原因

焊接是不均匀的加热和冷却过程；焊接时产生热态塑性压缩；对于低碳钢和低合金钢，焊接应力可达屈服强度；焊接残余应力是无荷载的内应力。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++（1）纵向焊接残余应力(a)焊缝纵向收缩时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩时的横向应力xy+-+施焊方向(c)焊缝横向收缩时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向残余应力yx不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx

（2）横向焊接残余应力（3）沿厚度方向的焊接残余应力

在厚钢板的焊接连接中，将出现σx(横向)、σy(纵向)、σz(厚度方向)焊接残余应力，这三种应力形成同号(受拉)三向应力，大大降低连接的塑性。-+-321σxσyσz二、焊接残余应力对结构性能的影响1、对结构静力强度的影响f+--bfy+--bfyNyNy因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到fy，即N=Ny时：结论：焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。+--fyfbBt2、对结构刚度的影响A、因截面的bt部分拉应力已经达到fy

，故该部分刚度为零（屈服），这时在N作用下应变增量为：f+--bfyNN+--fyfNNbBt因为B-b<B，所以△ε1>△ε2。结论：焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。B、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为：

另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。

由于三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。

降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施。3、对低温冷脆的影响4、对疲劳强度的影响

存在焊接残余拉应力的焊缝及其附近主体金属是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。

因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。三、焊接变形（自学）

焊接变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合。

单击图片播放单击图片播放单击图片播放单击图片播放单击图片播放单击图片播放单击图片播放单击图片播放四、减小焊接残余应力和焊接变形的措施（自学）1、设计上的措施：（1）焊接位置的合理安排（2）焊缝尺寸要适当（3）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2、加工工艺上的措施（1）采用合理的施焊顺序（2）采用反变形处理（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理§3－6螺栓连接的构造一、螺栓的种类（自学）1.普通螺栓C级—粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝1～3mm。A、B级—精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级;5或8表示fu≥500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8;Ⅰ类孔,孔径(do)-栓杆直径(d)＝0.3～0.5mm按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。2.高强度螺栓由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理45号－8.8级；40B和20MnTiB－10.9级

（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓二、螺栓的排列（自学）1.并列—简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大；B错列A并列中距中距边距边距端距2.错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截面削弱小；

3.螺栓排列的要求（1）受力要求:

垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能太小；

顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小；

对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。（2）构造要求；

螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。（3）施工要求

为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。螺栓的容许间距名称位置和方向最大容许距离（取两者的较小值）最小容许距离中心间距外排（垂直内力方向或顺内力方向）8d0或12t3d0中间排垂直内力方向16d0或24t顺内力方向构件受压力12d0或18t构件受拉力16d0或24t沿对角线方向—中心至构件边缘距离顺内力方向4d0或8t2d0垂直内力方向剪切边或手工气割边1.5d0轧制边、自动气割边或锯割边高强度螺栓其他螺栓或铆钉1.2d0注：①d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。②钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。三、螺栓连接的构造要求（自学）为了保证连接的可靠性，每个节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：

1、承受静载或间接动载的次要连接；

2、承受静载的可拆卸结构连接；

3、临时固定构件的安装连接。型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；§3－7

普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式FNFA

只受剪力B

只受拉力C剪力和拉力共同作用

二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式

1.工作性能对图示连接做抗剪试验,可a、b两点相对位移δ和作用力N的关系曲线:(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。NδO1234NNabNN/2N/2(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，表现在曲线上为水平段。最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，NδO1234abNN/2N/2

(3)栓杆传力的弹性阶段(2~3段)

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。NδO1234abNN/2N/2NuNNNNN/2NN/2（1）螺栓杆被剪坏

栓杆较细而板件较厚时（2）孔壁的挤压破坏

栓杆较粗而板件较薄时（3）板件被拉断

截面削弱过多时

以上破坏形式予以计算解决。2.破坏形式这两种破坏构造解决N/2NN/2（5）栓杆弯曲破坏螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5dNN（4）板件端部被剪坏(拉豁)

端矩过小时；端矩不应小于2dO（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值

抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压，故单栓抗剪承载力由以下两式决定: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。d—螺栓杆直径；nv—剪切面数目；单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：d剪切面数目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪连接计算1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算l1N/2NN/2平均值螺栓的内力分布栓群在轴力作用下，各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均，两端大,中间小。

设计时，当l1≤15d0（d0为孔径）时，假定N有各螺栓均担：所以，连接所需螺栓数为：

当l1>15d0(d0为孔径)时，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。ECCS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故，连接所需栓数：为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算：拼接板的危险截面为2-2截面:A、螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为1-1截面:1122btt1b1NNNNtt1bc2c3c4c1B、螺栓采用错列排列时:主板的危险截面为1--1和1’--1’截面:111’1’NNbtt1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为2--2和2’--2’截面:222’2’2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下连接按弹性设计，其假定为：

（1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；

（2）T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11

显然，T作用下‘1’号螺栓所受剪力最大（r1最大）。由假定‘(2)’得由式3-39得:由力的平衡条件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11将式3--40代入式3--38得:将N1T沿坐标轴分解得:由此可得螺栓1的强度验算公式为:当螺栓布置比较狭长(如y1≥3x1)时,可如下简化计算：令:xi=0，则N1Ty=0（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、普通螺栓的抗拉连接

抗拉螺栓连接在外力作用下，以螺栓杆被拉断为其破坏形式。（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：Ae--螺栓的有效截面面积；

de--螺栓的有效直径；

ftb--螺栓的抗拉强度设计值。dedndmd公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积

因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响连接件刚度越小撬力越大规范采取简化方法予以考虑：

ftb=0.8ff—螺栓钢材的抗拉强度设计值。连接板件发生变形螺杆中的拉力增加（撬力Q）且弯曲杠杆作用B、在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小甚至消除杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋。(三）普通螺栓群的轴拉设计

一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：N(四）普通螺栓群在弯炬作用下M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴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。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：M刨平顶紧承托(板)M1234受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴由式3--52得:将式3--54代入式3--53得:因此，设计时只要满足下式，即可：(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下A、偏心距较小，即：刨平顶紧承托(板)NeN1MN2MN3MN4MNe1234Ne刨平顶紧承托(板)Ne1234NB、偏心距较大时，即：N1MN2MN3M中和轴N4MN四、普通螺栓拉、剪联合作用011VeM=VeV因此：2、兼受剪力和拉力的螺杆，由试验知，其承载力无量纲关系曲线近似为一“四分之一圆”。1、在拉、剪共同作用下，普通螺栓的破坏形式：①螺杆受剪兼受拉破坏

②孔壁的承压破坏3、计算时，假定剪力由螺栓群均匀承担，拉力由受力情况确定。

规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：011ab

另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，当有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。

承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：式中：

α—考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，一般取α=1.25~1.35；其余符号同前。M刨平顶紧承托(板)V连接角焊缝§3－8

高强度螺栓连接计算一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力摩擦型高强度螺栓—通过板件间摩擦力传递内力，

破坏准则为克服摩擦力；

承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似。1、高强度螺栓预拉力的建立方法

A、转角法

施工方法：初拧—用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；终拧—初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的

角度，一般为120o~180o完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧；B、扭矩法

施工方法：初拧—用力矩扳手拧至终拧力矩的30%~50%，使板件贴紧密；终拧—初拧基础上，按100%设计终拧力矩拧紧。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：初拧—拧至终拧力矩的60%~80%；终拧—初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等高强度螺栓的施工要求：1）终拧力矩偏差不应大于±10%；2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。如工字型梁为：上翼缘→下翼缘→腹板。2、高强度螺栓预拉力的确定

高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，并考虑了以下修正系数：材料的不均匀性的折减系数0.9；防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.9；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数1.2。附加安全系数0.9。因此，预拉力：Ae—螺纹处有效截面积；fu—螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu=830N/mm2，

10.9级，取fu=1040N/mm23、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μ摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P）和板件间的抗滑移系数μ

；板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小；规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数μ,如下表螺栓的性能等级螺栓的公称直径（mm）M16M20M22M24M27M308.8级8012515017523028010.9级100155190225290355一个高强螺栓的预拉力P（kN）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.