教学资料《砌体结构》-第19章

19.1钢结构连接的种类及其特点钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接及紧固件连接(图19.1)。焊缝连接是通过电弧产生的热量使焊条和焊件局部熔化，经冷却凝固成焊缝，从而将焊件连接成为一体。其优点包括:不削弱构件截面，节约材料，构造简单，对钢材的任何方位、角度和形状一般都可直接连接;密封性能好，连接的刚度大;制造方便，可采用自动化作业，生产效率高。其缺点有:焊缝附近钢材因焊接高温作用形成热影响区，其材质变脆;焊接残余应力和残余变形对结构的承载力、刚度和使用性能有一定影响;焊接结构对裂纹很敏感，一旦产生局部裂纹，就很容易扩展到整体，低温冷脆现象较为严重;焊接的塑性和韧性较差，施焊时可能产生缺陷，使疲劳强度降低。下一页返回19.1钢结构连接的种类及其特点

螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两类。其优点有:施工工艺简单、安装方便，特别适用于工地安装连接，工程进度和质量易得到保证;装拆方便，适用于需装拆结构的连接和临时性连接。其缺点有:对构件截面有一定的削弱;有时，在构造上还需增设辅助连接件，故用料增加，构造较复杂;螺栓连接需制孔，拼装和安装时需对孔，工作量增加，且对制造的精度要求较高。普通螺栓分A,B,C三级。其中，A级和B级为精制螺栓，螺栓材料的性能等级为5.6级和8.8级，C级螺栓为粗制螺栓，螺栓材料的性能等级为4.6级和4.8级。上一页下一页返回19.1钢结构连接的种类及其特点A级、B级螺栓孔径d0比栓杆径d大0.3~0.5mm，其连接抗剪和承压强度高，连接变形小，但由于成本高，制造安装较困难，故一般较少采用。C级螺栓孔径d0比螺栓杆径d大1.5~3.0mm，一般情况下，C级螺栓要求:螺栓公称直径d镇16mm时，d。比d大1.5mm;d=18一24mm时，d0比d大2.0mm;d=27一30mm时，d0比d大3.0mm.其连接传递剪力时，连接变形较大，但传递拉力的性能尚好;常用于承受拉力的安装螺栓连接、次要结构的受剪连接以及安装时的临时固定。高强度螺栓连接分为摩擦型螺栓连接和承压型螺栓连接两种。摩擦型螺栓连接是只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则。上一页下一页返回19.1钢结构连接的种类及其特点其整体性和连接刚度好，变形小，受力可靠，耐疲劳;特别适用于承受动力荷载的结构。承压型螺栓连接允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则。其设计承载力高于摩擦型螺栓连接，但整体性和刚度较差，剪切变形大，动力性能差;只适用于承受静力或间接动力荷载结构中允许发生一定滑移变形的连接。摩擦型螺栓孔径d0应比螺栓杆径d大1.5~2.0mm;承压型螺栓孔径d0应比螺栓杆径d大1.0~1.5mm

高强度螺栓连接的缺点是在扳手、材料、制造和安装方面有一些特殊的技术要求，价格较贵。上一页返回19.2焊缝连接19.2.1焊接方法钢结构常用的焊接方法是手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊。手工电弧焊是钢结构中最常用的焊接方法，其设备简单，操作灵活方便，适用于任意空间位置的焊接，应用极为广泛。但其生产效率比自动或半自动埋弧焊低，质量较差且变异性大，焊缝质量在一定程度上取决于焊工的技术水平，劳动条件差。

图19.2是手工电弧焊的原理示意图。手工电弧焊由焊条、焊钳、焊件、电焊机和导线等组成电路。通电引弧后，在涂有焊药的焊条端和焊件间的间隙中产生电弧，使焊条熔化，熔滴滴入电弧形成的焊件熔池中，同时焊药燃烧，使熔池周围形成保护气体，稍冷后在焊缝熔化金属的表面又形成熔渣，隔绝熔池中的液体金属和空气接触，避免形成脆性易裂的化合物。焊缝金属冷却后与焊件融为一体。下一页返回19.2焊缝连接手工电弧焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条，其牌号有E43型、E50型和E55型等。手工电弧焊所用的焊条应与焊件钢材相适应。当不同强度的两种钢材连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。自动或半自动埋弧焊的原理是电焊机可沿轨道按规定的速度移动，外表裸露、不涂焊药的焊丝成卷装置在焊丝转盘上，焊剂成散状颗粒装在漏斗中，焊剂从漏斗中流下来覆盖在焊件上的焊剂层中。通电引弧后，因电弧的作用，焊丝、焊件和焊剂熔化，焊剂熔渣浮在熔融焊缝金属上面，阻止熔融金属与空气的接触，并供给焊缝金属必要的合金元素。随着电焊机的自动移动，颗粒状的焊剂不断地由漏斗流下，电弧完全埋在焊剂之内，同时焊丝也自动下降，所以称为自动埋弧焊(图19.3)。上一页下一页返回19.2焊缝连接自动埋弧焊焊缝的质量稳定，焊缝内部缺陷很少，所以质量比手工电弧焊高。半自动埋弧焊是人工移动焊机，它的焊缝质量介于自动埋弧焊与手工电弧焊之间。自动或半自动埋弧焊应采用与被连接件金属强度相匹配的焊丝与焊剂。19.2.2焊缝连接的形式焊缝连接按被连接构件的相对位置可分为对接连接、搭接连接、T形连接和角连接四种形式，这些连接的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝两种基本形式(图19.4)。在具体应用时，应根据连接的受力情况，结合制造、安装和焊接条件合理选择连接形式。上一页下一页返回19.2焊缝连接

对接焊缝按照焊缝与所受力方向的关系分为正对接焊缝和斜对接焊缝，如图19.5(a)和图19.5(b)所示。角焊缝又分为正面角焊缝(端缝)、侧面角焊缝(侧缝)和斜焊缝(斜缝)，如图19.5(c)所示。角焊缝按沿长度方向的布置分为连续角焊缝和断续角焊缝两种，如图19.6所示。连续角焊缝的受力性能较好，断续角焊缝的起、灭弧处容易引起应力集中，重要结构应避免采用，只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中。

上一页下一页返回19.2焊缝连接

焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊和仰焊，如图19.7所示。平焊也称俯焊，施焊方便，质量易保证;横焊、立焊施焊要求焊工的操作水平较平焊要高一些，质量较平焊低;仰焊的操作条件最差，焊缝质量最不易保证，因此设计和制造时应尽量避免采用仰焊。19.2.3焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别焊缝缺陷是指在焊接过程中产生于焊缝金属或其附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透，以及焊缝尺寸不符合要求，焊缝成形不良等，如图19.8所示。它们将直接影响焊缝质量和连接强度，使焊缝受力面积削弱且在缺陷处引起应力集中，导致产生裂纹，并由裂纹扩展引起断裂。上一页下一页返回19.2焊缝连接

焊缝质量级别按《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)分为三级:三级焊缝只要求对全部焊缝进行外观检查;二级焊缝除要求对全部焊缝进行外观检查外，还要求对部分焊缝进行超声波等内部无损检验;一级焊缝要求对全部焊缝进行外观检查和内部无损检验外，这些检查还都应符合相应级别质量标准。

《规范》根据钢结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，对焊缝质量等级进行具体规定。19.2.4焊缝符号及标注方法在钢结构施工图上应将焊缝的形式、尺寸和辅助要求用焊缝符号标注出来，焊缝符号符合国家标准《焊缝符号表示法》(GB/T324-2008)和《建筑结构制图标准》(GB/T50105-2010)的规定。上一页下一页返回19.2焊缝连接根据GB/T324-2008，焊缝符号主要由引出线和基本符号组成，必要的时候还加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号，见表19.1。引出线由带箭头的指引线(简称箭头线)和两条基准线(一条细实线，另一条为细虚线)两部分组成。基准线的虚线可以画在实线的上侧，也可以画在实线的下侧。基本符号表示焊缝的基本截面形式，如1表示角焊缝(其垂线一律在左边，斜线在右边；表示I形坡口的对接焊缝，V表示V形坡口的对接焊缝。基本符号标注在基准线上，其相对位置规定如下:如果焊缝在接头的箭头侧，则应将基本符号标注在基准线实线侧;如果焊缝在接头的非箭头侧，则应将基本符号标注在基准线的虚线侧，这与符号标注的上下位置无关。上一页下一页返回19.2焊缝连接如果为双面对称焊缝，基准线可以不加虚线。箭头线相对于焊缝位置一般无特殊要求，对有坡口的焊缝，箭头线应指向带有坡口的一侧。焊缝的基本符号、辅助符号、补充符号均用粗实线表示，并与基准线相交或相切。但尾部符号除外，尾部符号用细实线表示，并且在基准线的尾端。焊缝尺寸标注在基准线上。这里应注意的是，不论箭头线方向如何，有关焊缝横截面的尺寸(如角焊缝的焊角尺寸hr)一律标在焊缝基本符号的左边，有关焊缝长度方向尺寸(如焊缝长度)则一律标在焊缝基本符号的右边。此外，对接焊缝中有关坡口的尺寸应标在焊缝基本符号的上侧和下侧。当焊缝分布不规则时，在标注焊缝符号的同时，还可以在焊缝位置处加栅线表示。上一页返回19.3对接焊缝连接

对接焊缝按是否焊透可分为焊透和部分焊透两种。后者性能较差，一般只用于板件较厚且内力较小或不受力的情况。以下只讲述焊透的对接焊缝连接的计算和构造。对接焊缝的焊件边缘常需加工成坡口，故又称坡口焊缝。其坡口形式和尺寸应根据焊件厚度和施焊条件来确定。按照保证焊缝质量、便于施焊和减小焊缝截面的原则，根据《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)中推荐的焊接接头基本形式和尺寸，常见的坡口形式有I形、单边V形、V形、J形、U形、K形和X形等，如图19.9所示。对接焊缝两端因起弧和灭弧影响，常不易焊透而出现凹陷的弧坑，此处极易产生应力集中和裂纹现象。下一页返回19.3对接焊缝连接为消除以上不利影响，施焊时应在焊缝两端设置引弧板，如图19.10所示，材质与被焊母材相同，焊接完毕后用火焰切除并修磨平整。当某些情况下无法采用引弧板时，每条焊缝计算长度应为实际长度减2t(t为较薄焊件厚度)。当用对接焊缝拼接不同宽度或厚度的焊件且差值超过规定值时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度<1：2.5的斜坡，如图19.11和图19.12所示，使截面形成平缓过渡，减少应力集中。对于自接承受动力荷载且需要进行疲劳训算的结构，变宽、变厚处的斜角坡度不应大于1:4。上一页下一页返回19.3对接焊缝连接对接焊缝的截面与被连接件的截面基本相同，焊缝中的应力分布情况与被连接件截面一致，设计时采用的强度计算公式与被连接件的基本相同。

图19.13(a)所示对接焊缝受垂直于焊缝长度方向的轴心力(拉力或压力)

由钢材的强度设计值(附表B.1)和焊缝的强度设计值表比较可知，对接焊缝中，抗压和抗剪强度设计值，以及一级和二级质量的抗拉强度设计值均与连接件钢材相同，只有三级质量的抗拉强度设计值低于主体钢材的抗拉强度设计值(约为0.85倍)。因此当采用引弧板施焊时，质量为一级、二级和没有拉应力的三级对接焊缝，其强度无须计算。上一页返回19.4角焊缝连接19.4.1角焊缝的形式与构造角焊缝按其与外力作用方向的不同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(也可称端焊缝)和与力作用方向斜交的斜向角焊缝，如图19.15所示。角焊缝按其截面形式可分为普通型、平坦型和凹面型三种(图19.16)。一般情况下采用普通型角焊缝，但其力线弯折，应力集中严重;对于正面角焊缝，也可采用平坦型或凹面型角焊缝;对承受直接动力荷载的结构，为使传力平缓，正面角焊缝宜采用平坦型(长边顺内力方向)，侧缝宜采用凹面型角焊缝。下一页返回19.4角焊缝连接

角焊缝的构造要求如下:(1)最小焊脚尺寸。如果焊件较厚而焊缝的焊脚尺寸过小，将导致施焊时冷却速度过快，可能产生淬硬组织，使焊缝附近主体金属产生裂纹。

(2)最大焊脚尺寸。焊件较薄，角焊缝的焊脚尺寸过大，焊接时热量输人过大，焊件将产生较大的焊接残余应力和残余变形，较薄焊件易烧穿。板件边缘的角焊缝与板件边缘等厚时，施焊时易产生咬边现象。

(3)不等焊脚尺寸。当焊件厚度相差较大且采用等焊脚尺寸无法满足最大和最小焊脚尺寸的要求时，可采用不等焊脚尺寸，即与较薄焊件接触的焊脚尺寸满足

，与较厚焊件接触的焊脚尺寸满足

，如图19.17(c)所示。上一页下一页返回19.4角焊缝连接(4)侧面角焊缝的最大计算长度。《规范》规定，侧面角焊缝的最大计算长度取lw<=60hf。当实际长度大于上述规定数值时，其超过部分在计算中不予考虑;若内力沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限制。如I形截面柱或梁的翼缘与腹板的连接焊缝等。

(5)最小计算长度。角焊缝焊脚尺寸大而长度过小时，将使焊件局部加热严重，并且起弧灭弧的弧坑相距太近，以及可能产生的其他缺陷，使焊缝不够可靠。

(6)《规范》规定，侧面角焊缝长度l>b，如图19.18(a)所示;为避免焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大，如图19.18(b)所示。上一页下一页返回19.4角焊缝连接(7)在搭接连接中，为了减少焊缝收缩产生的残余应力以及偏心产生的附加弯矩，规定搭接长度l>5t且不得小于25mm，如图19.19所示。

(8)当角焊缝的端部在构件的转角处时，为了避免起弧灭弧的缺陷发生在应力集中较严重的转角处，规定在转角处做长度为2h:的绕角焊，且在施焊时必须在转角处连续焊(不能断弧)，如图19.20所示。19.4.2角焊缝的强度侧面角焊缝因其外力与焊缝长度方向平行，故主要受剪力作用;正面侧焊缝因外力垂直于焊缝方向，其应力状态比较复杂，且分布也不均匀。上一页下一页返回19.4角焊缝连接正面角焊缝的强度比侧面角焊缝的强度要高，但塑性变形能力要差，常出现脆性破坏。由于对角焊缝进行精确计算十分困难，实际计算采用简化的方法，即假定角焊缝的破坏截面均在最小截面，其面积为角焊缝的计算厚度h。与焊缝计算长度lw的乘积，此截面称为角焊缝的计算截面;又假定截面上的应力焊缝计算长度均匀分布;同时，不论是正面焊缝还是侧面焊缝，均按破坏计算截面上的平均应力来确定其强度，并采用统一的强度设计值t(附表B.2)进行计算。上一页下一页返回19.4角焊缝连接19.4.3角焊缝的计算

1.角焊缝受轴心力作用的计算当作用力通过角焊缝形心时，沿焊缝长度方向的应力均匀分布，根据作用力与焊缝长度方向的关系，其计算公式如下:(1)面角焊缝或作用力与焊缝长度方向平行的角焊缝。(2)正面角焊缝或作用力与焊缝长度方向垂直的角焊缝。

(3)斜焊缝或作用力与焊缝长度方向斜交成B的角焊缝。首先，将外力分解到与焊缝平行和垂直的方向，分别算出各方向的应力，再按下式进行计算。

(4)周围角焊缝。由侧面、正面和斜向角焊缝组成的周围角焊缝(图19.15),假设破坏时各部分都达到了各自的极限强度。上一页下一页返回19.4角焊缝连接2.角钢连接的角焊缝的计算图19.22(a)所示为一钢屋架(析架)的结构简图，这类析架的杆件常采用双角钢组成的T形截面，析架节点处设一块钢板作为节点板，各个双角钢杆件的端部用贴角焊缝焊在节点板上，使各杆所受轴力通过焊缝传到节点板上，形成一个平衡的汇交力系，如图19.22(b)所示。由于双角钢T形截面的重心布置成与析架的轴线重合，因此保证了各杆成为轴心受力杆件。角钢与节点板用角焊缝连接可采用三种形式:两个侧面焊缝、三面围焊和I形围焊。为避免偏心受力，布置在角钢肢背和角钢肢尖的焊缝重心与析架的轴心重合。上一页返回19.5焊接残余变形和残余应力

钢结构在焊接过程中，焊件局部范围加热至熔化，而后又冷却凝固，结构经历了一个不均匀的升温冷却过程，导致焊件部分热胀冷缩不均匀，从而在结构内产生了焊接残余变形和残余应力。

图19.25(a)是两块钢板用V形坡口焊缝连接。在焊接的过程中，焊缝金属加热到熔融状态时，熔融的金属处于完全塑性，两块钢板保持在一个平面上。随后，熔融金属冷却收缩，对于V形坡口，靠外圈金属长收缩量大(如图中1)，靠内圈金属短收缩量小(如图中2)。冷却凝固后，钢板两端就会因收缩而翘起，不再保持原有的平面。图19.26是焊接残余应力的示例。下一页返回19.5焊接残余变形和残余应力

对于厚度较大的焊缝，外层焊缝因散热较快先冷却，故内层焊缝的收缩将受到限制，从而可能沿厚度方向也产生残余应力，形成三向应力场。上述仅是焊接残余变形和残余应力的儿个简单的示例。在实际焊接结构中，焊接残余变形和残余应力是很复杂的。除去焊接过程引起残余应力外，轧制钢材在热轧成材后的自然冷却过程中，也会因为各部分冷却不均匀产生残余应力，称热残余应力。焊接残余变形和残余应力是焊接结构的主要缺点。焊接残余变形使结构构件不能保持正确的设计尺寸及位置，影响结构正常工作，严重时还可使各个构件无法安装就位。上一页下一页返回19.5焊接残余变形和残余应力

对于焊接残余应力和热残余应力，当它们与结构外荷载产生的应力叠加时，将使结构某些部分提前进入塑性，降低结构刚度，致使稳定承载力减小。又因这些残余应力常呈多向应力状态，其中二向或三向拉力场将使钢材塑性降低，性能变脆，容易发生裂纹，导致钢材疲劳强度降低。残余应力的存在对承受动力荷载，尤其是低温下承受动力荷载的结构极为不利。历史上曾有多起焊接结构，因焊接残余应力导致结构在低温动力荷载下破坏的事例。因此，钢结构从设计到制造安装都应密切注意如何消除和减少焊接残余变形和残余应力。

(1)设计方面。应注意选用合适的焊脚尺寸和焊缝长度;焊缝应尽可能地对称布置，尽量避免焊缝过度集中和多方向相交;连接过渡尽量平缓;焊缝布置应尽可能考虑施焊方便，例如，尽量避免仰焊等。上一页下一页返回19.5焊接残余变形和残余应力(2)制造加工方面。采用合理的施焊次序。对于长焊缝，实行分段倒方向施焊[图19.27(a)];对于厚的焊缝，进行分层施焊[图19.27(b)];钢板分块拼焊[图19.27(c)];I形顶接焊接时采用对称跳焊[图19.27(d)]等。这些做法的目的是避免焊接时热量过于集中，从而减小焊接残余变形和残余应力。对于某些构件，还可以采用预先反变形(图19.28)，即在施焊前使构件有一个和焊接残余变形相反的变形，使焊接后产生的残余变形与预变形相互抵消，以减小最终的总变形。对已经产生焊接残余变形的结构，可局部加热后用机械的方法进行矫正。对于焊接残余应力，可采用退火法、锤击法等措施消除或减小。条件允许时，可在施焊前将构件进行预热，这样可减小焊缝不均匀压缩和冷却速度，是减小和消除焊接残余变形及残余应力的有效方法。上一页返回19.6普通螺栓连接19.6.1普通螺栓连接的构造1.螺检的规格钢结构工程中采用的普通螺栓形式为六角头型，其代号用字母M与公称直径的毫米数表示，建筑工程中常用M16,M20,M24等。钢结构施工图上的螺栓和孔的制图符号见表19.3。

2.螺检的排列螺栓的排列应简单紧凑、整齐划一并便于安装紧固，通常采用并列和错列两种形式，如图19.29所示。其特点是:并列简单，但螺栓孔对截面削弱较大;错列紧凑，减少截面削弱，但排列较繁。下一页返回19.6普通螺栓连接

不论采用哪种排列方法，螺栓间距及螺栓到构件边缘的距离应满足下列要求:(1)受力要求:螺栓间距及螺栓到构件边缘的距离不应太小，以免螺栓之间的钢板截面削弱过大造成钢板被拉断，或边缘处螺栓孔前的钢板可能沿作用力方向被剪断。对于受压构件，平行于力方向的栓距不应过大，否则螺栓间钢板可能鼓曲。

(2)构造要求:螺栓的中距及边距不能太大，否则连接钢板不易夹紧，潮气容易侵人缝隙，引起钢板锈蚀。

(3)施工要求:螺栓间距及边距太小，也不利扳手操作。因此，《规范》根据螺栓孔直径、钢材边缘加工情况(轧制边、切割边)及受力方向，制定了螺栓中心间距及边距的最大、最小极限，见表19.4。上一页下一页返回19.6普通螺栓连接

型钢(普通工字钢、角钢和槽钢)上的螺栓排列，除了满足表19.4要求外，还应注意不要在靠近截面倒角和圆角处打孔，并分别符合表19.5一表19.7的要求。

3.螺检连接的构造要求螺栓连接除了应满足上述螺栓排列的容许距离要求外，根据不同情况尚应满足下列构造要求:(1)为使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，不宜少于两个永久螺栓。对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。

(2)直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺母或其他防止螺母松动的有效措施。如采用弹簧垫圈或将螺母和螺杆焊死等方法。上一页下一页返回19.6普通螺栓连接(3)C级螺栓和孔壁的间隙较大，宜用于沿杆轴方向受拉的连接。承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。但在重要的连接中，例如，吊车梁或制动梁上翼缘与柱的连接，由于传递制动梁的水平支撑反力，同时受到反复动力荷载作用，所以不得采用C级螺栓。制动梁和吊车梁上翼缘的连接，承受着反复的水平制动力和卡轨力，应优先采用高强度螺栓。柱间支撑与柱的连接，以及在柱间支撑处吊车梁下翼缘的连接等承受剪力较大的部位，均不得采用C级螺栓承受剪力。

(4)由于型钢的抗弯刚度较大，采用高强度螺栓时不易使摩擦面紧密贴合，故其拼接件宜采用钢板。上一页下一页返回19.6普通螺栓连接19.6.2普通螺栓连接的受力性能和计算螺栓连接按螺栓传力方式可分为受剪螺栓连接、受拉螺栓连接和同时受拉受剪螺栓连接，如图19.30所示。

1.受剪螺检连接

(1)受力性能和破坏形式。图19.31所示为一个螺栓受剪过程中所测得的荷载一位移图。图中占为千分表所测得构件沿荷载方向的位移值。从图中可以看到，当荷载较小时，外荷载靠板件之间的摩阻力传递，连接处于弹性工作阶段，荷载位移关系呈上升直线关系。当外荷载加大，板件间摩阻力被克服，产生相对滑移，占值增加较快，荷载位移直线呈水平直线关系，直至栓杆与孔壁靠紧。这时，靠螺栓杆受剪和孔壁承压传递外荷载，荷载位移呈上升曲线关系，连接进入弹塑性工作阶段。随着外荷载继续增加，占迅速增大，直至连接破坏。上一页下一页返回19.6普通螺栓连接

针对上述荷载位移曲线，《规范》规定摩擦型高强度螺栓以摩擦力被克服，板件之间产生相对滑移(曲线的水平段)为极限承载力。但是，普通螺栓及承压型高强度螺栓则以螺栓最后被剪断或孔壁被挤压破坏为极限承载力。螺栓受剪连接中除了上述(a)栓杆被剪断、(b)孔壁承压破坏或螺栓杆承压破坏之外，还可能发生(c)构件截面由于螺栓孔削弱太多，被拉断或压坏;(d)端部钢材被剪穿;以及(e)螺栓杆弯曲破坏。各种破坏形式如图19.32所示。

(2)单个受剪螺栓的抗剪承载力。受剪螺栓中，假定栓杆剪应力沿受剪面均匀分布，孔壁承压应力换算为沿栓杆直径投影宽度内板件面上均匀分布的应力。上一页下一页返回19.6普通螺栓连接(3)受剪螺栓连接受轴心力作用的计算。

2.受拉螺检连接

(1)受力性能和承载力。图19.37(a)所示螺栓为T形连接。图中板件所受外力N通过受剪螺栓1传给角钢，角钢再通过受拉螺栓2传给翼缘。受拉螺栓的破坏形式是螺栓杆被拉断，拉断的部位通常在螺纹削弱的截面处。与受拉螺栓相连的角钢如果刚度不大，总会有一定的弯曲变形，因此外力N使螺栓受拉的同时，也使角钢肢尖由杠杆作用产生撬力Q(压力)，如图19.37(b)所示。这样图中螺栓实际所受拉力不是N/2，而是N/2+Q。由于精确计算Q十分困难，设计时一般不计算Q，而是将螺栓抗拉强度设计值降低，君取螺栓钢材抗拉强度设计值的0.8倍，以此考虑Q的不利影响(附表B.3)。上一页下一页返回19.6普通螺栓连接(2)受拉螺栓连接的计算。

3.同时受拉受剪螺检连接如图19.39(a)所示，螺栓群承受偏心力F的作用，将F向螺栓群简化，可知螺栓群同时承受剪力V=F和弯矩M=F的作用。同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓连接，应考虑两种可能的破坏形式:①螺栓杆受剪兼受拉破坏;②孔壁承压破坏。上一页返回19.7高强度螺栓连接19.7.1概述高强度螺栓连接有摩擦型和承压型两种。摩擦型高强度螺栓连接较承压型高强度螺栓连接变形小，承载力低，耐疲劳、抗动力荷载性能好;而承压型高强度螺栓连接承载力高，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受静力荷载和间接动力荷载结构中的连接。高强度螺栓的构造和排列要求，除螺栓杆和孔径的差值较小外，与普通螺栓相同。高强度螺栓安装时将螺母拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。下一页返回19.7高强度螺栓连接19.7.2高强度螺栓的材料和性能等级目前，我国采用的高强度螺栓性能等级，按热处理后的强度分为10.9级和8.8级两种。其中整数部分(10和8)表示螺栓成品的抗拉强度fy不低于1000N/mm2和800N/mm2;小数部分((0.9和0.8)表示屈强比fy/fu为0.9和0.8。10.9级的高强度螺栓材料可用20MnTiB(20锰钦硼)、4-0B(4-0硼)和35VB(35钒硼)钢;8.8级的高强度螺栓材料常用45号钢和35号钢。螺母常用45号钢、35号钢和15MnVB(15锰钒硼)钢。垫圈常用45号钢和35号钢。螺栓、螺母、垫圈制成品均应经过热处理已达到规定的指标要求。上一页下一页返回19.7高强度螺栓连接19.7.3高强度螺栓的预拉力和紧固方法

1.高强度螺检的预拉力高强度螺栓的预拉力值应尽可能高些，但需保证螺栓在拧紧过程中不会屈服和断裂，所以控制预拉力是保证连接质量的一个关键性因素。预拉力值与螺栓的材料强度和有效截面等因素有关。

2.高强度螺检的紧固方法高强度螺栓和与之配套的螺母和垫圈合称连接副。我国现有的高强度螺栓有大六角头型和扭剪型两种，如图19.40所示。这两种高强度螺栓都是通过拧紧螺母，使螺栓杆受到拉伸，产生预拉力，从而使被连接板件间产生压紧力。但具体控制方法不同，大六角头型采用转角法和扭矩法;扭剪型采用扭掉螺栓尾部的梅花卡头法。上一页下一页返回19.7高强度螺栓连接(1)转角法。转角法先用普通扳手初拧，使被连接板件相互紧密贴合，再以初拧位置为起点，用长扳手或风动扳手旋转螺母至终拧角度。终拧角度与螺栓直径和连接件厚度有关。这种方法无须专用扳手，工具简单，但不够精确。

(2)扭矩法。扭矩法用一种可直接显示扭矩大小的特制扳手来实现。先用普通扳手初拧(不小于终拧扭矩值的50%)，使连接件紧贴，然后用定扭矩测力扳手终拧。终拧扭矩值按预先测定的扭矩与螺栓拉力之间的关系确定。施拧时偏差不得超过士10%。

(3)扭掉螺栓尾部的梅花卡头法。这种方法紧固时用特制的电动扳手，这种扳手有两个套筒，外套筒套在螺母六角体上，内套筒套在螺栓的梅花卡头上(图19.41)。上一页下一页返回19.7高强度螺栓连接接通电源后，两个套筒按相反方向转动，螺母逐步拧紧，梅花卡头的环形槽沟受到越来越大的剪力，当达到所需要的紧固力时，环形槽沟处剪断，梅花卡头掉下，这时螺栓预拉力达到设计值，安装结束。安装后一般不拆卸。

3.高强度螺检连接摩擦面杭滑移系数提高连接摩擦面抗滑移系数产，是提高高强度螺栓连接承载力的有效措施。抗滑移系数产的大小与连接处构件接触面的处理方法和钢材的品种有关。《规范》推荐采用的接触面处理方法有:喷砂(丸)、喷砂(丸)后涂无机富锌漆、喷砂(丸)后生赤锈和钢丝刷消除浮锈或对干净轧制表面不加处理等，各种处理方法相应的f}值详见表19.9。上一页下一页返回19.7高强度螺栓连接19.7.4摩擦型高强度螺栓连接的受力性能和计算高强度螺栓连接与普通螺栓连接一样，可分为受剪螺栓连接、受拉螺栓连接与同时受拉受剪螺栓连接。

1.摩擦型高强度螺检受剪连接

(1)受剪连接的受力性能和单个受剪螺栓的受剪承载力设计值。摩擦型高强度螺栓受剪连接中每个螺栓的承载力，与螺栓所受到的预拉力尸、连接中的摩擦面抗滑移系数产以及摩擦面数n有关。

(2)摩擦型高强度螺栓受剪连接的计算。受剪高强度螺栓摩擦型连接的受力分析方法与受剪普通螺栓连接一样。上一页下一页返回19.7高强度螺栓连接所以，受剪摩擦型高强度螺栓连接在受轴心力作用或受偏心力作用时的计算均可利用前述普通剪力螺栓连接的计算公式，只需将单个普通螺栓的承载力设计值改为单个受剪摩擦型高强度螺栓的承载力设计值(式19.34)即可。摩擦型高强度螺栓连接中构件的净截面强型高强度螺栓依靠被连接件接触面间的摩擦力传递剪力，假定每个螺栓所传递的内力相等，且接触面间的摩擦力均匀分布于螺栓孔的四周(图19.42)，则每个螺栓所传递的内力在螺栓孔中心线的前面和后面各传递一半.这种通过螺栓孔中心线以前板件接触面间的摩擦力传递现象称为“孔前传力”.图19.43所示的最外列螺栓截面I一I已传递0.5n1(N/n)(n和n1分别为构件一端和截面I一I处高强度螺栓数目