1、大綱要求大綱要求1.1.了解鋼結構連接的種類及各自的特點；了解鋼結構連接的種類及各自的特點；2.2.了解焊接連接的工作性能，了解焊接連接的工作性能，掌握焊接連接的計算掌握焊接連接的計算方法及構造要求；方法及構造要求；3.3.了解焊接應力和焊接變形產生的原因及其對結構了解焊接應力和焊接變形產生的原因及其對結構工作的影響；工作的影響；4.4.了解螺栓連接的工作性能，了解螺栓連接的工作性能，掌握螺栓連接的計算掌握螺栓連接的計算和構造要求。和構造要求。一、一、焊縫連接焊縫連接 3.13.1 鋼結構的連接方法鋼結構的連接方法對接焊縫連接對接焊縫連接優點：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；優點：不削弱截面

2、，方便施工，連接剛度大；缺點：材質易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感。缺點：材質易脆，存在殘余應力，對裂紋敏感。角焊縫連接角焊縫連接三、螺栓連接三、螺栓連接 優點：連接剛度大，傳力可靠；優點：連接剛度大，傳力可靠；分為：分為：普通螺栓連接普通螺栓連接 高強度螺栓連接高強度螺栓連接二、鉚釘連接二、鉚釘連接N缺點：對施工技術要求很高，缺點：對施工技術要求很高，勞動強度大，施工條件差，勞動強度大，施工條件差，施施工速度慢。工速度慢。一、鋼結構常用焊接方法一、鋼結構常用焊接方法1.1.手工電弧焊手工電弧焊A、焊條的選擇：、焊條的選擇：焊條應與焊件焊條應與焊件鋼材相適應。鋼材相適應。原理：利用電弧產生熱量原

3、理：利用電弧產生熱量 熔化焊條和母材形熔化焊條和母材形 成焊縫。成焊縫。3.2 焊接方法和焊接連接形式焊接方法和焊接連接形式 焊機焊機導線導線熔池熔池焊條焊條焊鉗焊鉗保護氣體保護氣體焊件焊件電弧電弧Q390Q390、Q420Q420鋼選擇鋼選擇E55E55型焊條型焊條(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345鋼選擇鋼選擇E50E50型焊條型焊條(E5000-5048)(E5000-5048)B B、焊條的表示方法：、焊條的表示方法：E E焊條焊條(ElectrodeElectrode)第第1 1、2 2位數字為熔融金屬的最小抗拉強度位數字為熔融金屬的最小抗拉強度（kgf/

4、mm2)第第3 3、4 4適用焊接位置、電流及藥皮的類型。適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強度鋼材相適應的焊條。缺點：質量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。缺點：質量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。優點：方便，特別在高空和野外作業，小型焊接；優點：方便，特別在高空和野外作業，小型焊接；Q235Q235鋼選擇鋼選擇E43E43型焊條（型焊條（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、優、缺點、優、缺點2.2.埋弧焊（自動或半自動）埋弧焊（自動或半自動）、焊絲轉盤焊絲轉盤送絲器送絲

5、器焊劑漏斗焊劑漏斗焊劑焊劑熔渣熔渣焊件焊件埋弧自動焊埋弧自動焊A A、焊絲的選擇應與焊件等強度。、焊絲的選擇應與焊件等強度。B B、優、缺點：、優、缺點：優點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，優點：自動化程度高，焊接速度快，勞動強度低，焊接質量好。焊接質量好。缺點：設備投資大，施工位置受限等。缺點：設備投資大，施工位置受限等。送送絲絲器器機機器器3.3.氣體保護焊氣體保護焊優、缺點：優、缺點：優點：焊接速度快，焊接質優點：焊接速度快，焊接質量好。量好。缺點：施工條件受限制等。缺點：施工條件受限制等。二、焊接連接形式和焊縫形式二、焊接連接形式和焊縫形式1.1.焊接連接形式焊接連接形式搭接搭

6、接角角部部連連接接T形連接形連接對接對接2.2.焊縫形式焊縫形式（1）對接焊縫）對接焊縫正對接焊縫正對接焊縫（2）角焊縫）角焊縫T型對接焊縫型對接焊縫斜對接焊縫斜對接焊縫3.3.焊縫位置焊縫位置3.3、焊縫缺陷及焊縫質量檢查、焊縫缺陷及焊縫質量檢查1.1.焊縫缺陷焊縫缺陷2.2.焊縫質量檢查焊縫質量檢查外觀檢查：外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內部無損檢驗：內部無損檢驗：檢驗內部缺陷。檢驗內部缺陷。內部檢驗主要采用超聲內部檢驗主要采用超聲 波，有時還用磁粉檢驗波，有時還用磁粉檢驗 熒光檢驗等輔助檢驗方熒光檢驗等輔助檢驗方法。還可以采用法。還可以采用X X射線或射線或射

7、線透照或拍片。射線透照或拍片。鋼結構工程施工及驗收規范鋼結構工程施工及驗收規范規定：規定：焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級和三級。和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質量標準；三級質量標準；一、二級焊縫除外觀檢查外，尚要求一定數一、二級焊縫除外觀檢查外，尚要求一定數量的超聲波檢驗并符合相應級別的質量標準。量的超聲波檢驗并符合相應級別的質量標準。鋼結構設計規范鋼結構設計規范（GB50017-2003GB50017-2003）中，對焊縫）中，對焊縫質量等級的選用有如下規定：質量等級的選用有如下規

8、定：(1)(1)需要進行疲勞計算的構件中，垂直于作用力方向需要進行疲勞計算的構件中，垂直于作用力方向的橫向對接焊縫受拉時應為一級，受壓時應為二級。的橫向對接焊縫受拉時應為一級，受壓時應為二級。3.3.焊縫質量等級及選用焊縫質量等級及選用(2)(2)在不需要進行疲勞計算的構件中，凡要求與母材在不需要進行疲勞計算的構件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應不低于二級；受壓時宜為二級。等強的受拉對接焊縫應不低于二級；受壓時宜為二級。（）重級工作制和起重量（）重級工作制和起重量 的中級工作的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節點板之間的

9、形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，與節點板之間的形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，不應低于二級。不應低于二級。（）角焊縫質量等級一般為三級，直接承受動力荷（）角焊縫質量等級一般為三級，直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量的中級工作制載且需要驗算疲勞和起重量的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質量應符合二級。吊車梁的角焊縫的外觀質量應符合二級。4.4.焊縫代號焊縫代號hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊縫的形式、角焊縫的形式:一、角焊縫的形式和受力分析一、角焊縫的形式和受力分析3.4 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算直角角焊縫、斜角角焊縫直角角焊縫、斜角角焊縫（1 1

10、）直角角焊縫直角角焊縫hehfhf凹面式凹面式（2）斜角角焊縫斜角角焊縫對于對于135135o o或或606mmt6mm時，時，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t2 2、最小焊腳尺寸、最小焊腳尺寸hf,min 為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產生淬為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產生淬硬組織，導致母材開裂，硬組織，導致母材開裂，hf,min應滿足以下要求應滿足以下要求:式中式中:t t2-較厚焊件厚度較厚焊件厚度 另另:對于埋弧自動焊對于埋弧自動焊hf,min可減去可減去1mm;對于對于T型連接單面角焊縫型連接單面角焊縫hf,min應加上

11、應加上1mm;當當t t24mm時時,hf,min=t=t23.3.側面角焊縫的最大計算長度側面角焊縫的最大計算長度 側面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，側面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應力集中系數越大。兩端大而中間小。焊縫長度越長，應力集中系數越大。如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達到屈服強度后，如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達到屈服強度后，繼續加載，應力會漸趨均勻；當焊縫長度達到一定的繼續加載，應力會漸趨均勻；當焊縫長度達到一定的長度后，可能破壞首先發生在焊縫兩端，故：長度后，可能破壞首先發生在焊縫兩端，故：注注：1 1、當實際長度大于以上值

12、時，計算時不與考慮；、當實際長度大于以上值時，計算時不與考慮；2 2、當內力沿側焊縫全長分布時，不受上式限制。、當內力沿側焊縫全長分布時，不受上式限制。4.4.側面角焊縫的最小計算長度側面角焊縫的最小計算長度 對于焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱對于焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱嚴重且起落弧坑相距太近，以及可能產生缺陷，使焊嚴重且起落弧坑相距太近，以及可能產生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規范規縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規范規定：定：5.搭接連接的構造要求搭接連接的構造要求 當板件端部僅采用兩條側面角焊縫連接時：當板件端部僅采用兩條側面角焊縫連接

13、時：A、為了避免應力傳遞的過分彎折而使構件中應力、為了避免應力傳遞的過分彎折而使構件中應力 不均，規范規定：不均，規范規定：B、為了避免焊縫橫向收、為了避免焊縫橫向收 縮時引起板件的拱曲縮時引起板件的拱曲 太大，規范規定：太大，規范規定：t1t2bD.在在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度 的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。C.當角焊縫的端部位于構件轉角處時，應作當角焊縫的端部位于構件轉角處時，應作2h2hf f的的繞繞 角焊角焊，且轉角處必須連續施焊。，且轉角處必須連續施焊。b2hf ft1t2三、直角角焊縫的強度計算公式 1 1、試驗

14、表明，直角角焊縫的破壞常發生在試驗表明，直角角焊縫的破壞常發生在喉部喉部，故通常將故通常將4545o o截面作為計算截面，作用在該截面上的截面作為計算截面，作用在該截面上的應力如下圖所示：應力如下圖所示：hfhehh1h2dehellw wh-h-焊縫厚度、焊縫厚度、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根2 2、實際上計算截面的各應力分量的計算比較繁難，實際上計算截面的各應力分量的計算比較繁難，為了簡化計算，規范假定：為了簡化計算，規范假定：焊縫在有效截面處破壞焊縫在有效截面處破壞，且各應力分量滿足以下折算應力公式且各應力分量滿足以下折算應力公式:3 3、

15、由于我國規范給定的角焊由于我國規范給定的角焊縫強度設計值，是根據抗剪條縫強度設計值，是根據抗剪條件確定的故上式又可表達為：件確定的故上式又可表達為：式中：式中：-焊縫金屬的抗拉強度焊縫金屬的抗拉強度 hellw w4 4、直角角焊縫的強度計算公式：直角角焊縫的強度計算公式：f=fh he ellw w45O45Oh hf fNNyNx將將3 33 3、3 34 4式，代入式，代入3 32 2式得：式得：式式3 35 5即為，規范給定的角焊縫強度計算通用公式即為，規范給定的角焊縫強度計算通用公式f f正面角焊縫強度增大系數；正面角焊縫強度增大系數；靜載時取靜載時取1.221.22，動載時取，動載

16、時取1.01.0。對于正面角焊縫，對于正面角焊縫，f f=0=0，由，由3 35 5式得：式得：對于側面角焊縫，對于側面角焊縫，f f=0=0，由，由3 35 5式得：式得：以上各式中：以上各式中：h he e=0.7h=0.7hf f；llw w角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其 實際長度減去實際長度減去2h2hf f。四、各種受力狀態下的直角角焊縫連接計算四、各種受力狀態下的直角角焊縫連接計算1 1、軸心力作用下、軸心力作用下(1)(1)軸心力作用下的蓋板對接連接軸心力作用下的蓋板對接連接:A A、僅采用側面角焊縫連接：僅采用側面角

17、焊縫連接：B B、采用三面圍焊連接：、采用三面圍焊連接：NNllw wllw w(2)(2)T形角焊縫連接形角焊縫連接N Nx xN Ny yN NN N代入式代入式3-53-5驗算焊縫強度，即驗算焊縫強度，即:(3)(3)角鋼角焊縫連接角鋼角焊縫連接A A、僅采用側面角焊縫連接、僅采用側面角焊縫連接由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得:故故:Ne1e2bN1N2xxllw1w1llw2w2對于校核問題對于校核問題:對于設計問題對于設計問題:Ne1e2bN1N2xxllw1w1llw2w2B B、采用三面圍焊采用三面圍焊由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得:余下的問題同情況余下的問題同情況A，即，即:

18、Ne1e2bN1N2xxN3llw1w1llw2w2對于校核問題對于校核問題:對于設計問題對于設計問題:Ne1e2bN1N2xxN3llw1w1llw2w2C C、采用、采用L L形圍焊形圍焊代入下式代入下式3-203-20，3-213-21得得:對于設計問題對于設計問題:Ne1e2bN1xxN3llw1w12 2、N、M、V共同作用下共同作用下(1(1)偏心軸力作用下角焊縫強度計算偏心軸力作用下角焊縫強度計算NeNx xNy yMANxNxM MNyNyh he eh he et t(2)V、M共同作用下焊縫強度計算共同作用下焊縫強度計算h1fAfAfBfBf f對于對于A點：點：式中：式中

19、：I Iw w全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩；h h1 1兩翼緣焊縫最外側間的距離。兩翼緣焊縫最外側間的距離。xxh h2BBAh1MeFVM對于對于B點：點：強度驗算公式：強度驗算公式：式中：式中：h h2 2、llw,2w,2腹板焊縫的計算長度；腹板焊縫的計算長度；h he,2e,2腹板焊縫截面有效高度。腹板焊縫截面有效高度。h1f1f1f2f2f fxxh h2BBAh1MVM假定假定:A A、被連接件絕對剛性，焊縫、被連接件絕對剛性，焊縫為彈性，即：為彈性，即：T T作用下被連作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉的趨接件有繞焊縫形心旋轉的趨勢；勢；B B、

20、T T作用下焊縫群上任意點的作用下焊縫群上任意點的應力方向垂直于該點與焊縫應力方向垂直于該點與焊縫形心的連線，且大小與形心的連線，且大小與r r成成正比；正比；C C、在、在V V作用下，焊縫群上的應作用下，焊縫群上的應力均勻分布。力均勻分布。3、T、V共同作用下共同作用下將將F F向焊縫群形心向焊縫群形心簡化得簡化得:V=F V=F T=F(e T=F(e1 1+e+e2 2)Fe1e2x0ll1ll2xxyyAA0TVr故：該連接的設計控制點故：該連接的設計控制點 為為A A點和點和A A點點xxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he eT作用下作用下A點應力點

21、應力:將其沿將其沿x x軸軸和和y y軸分解軸分解:e2x0ll1ll2xxyyAA0TVr剪力剪力V作用下作用下,A,A點應力點應力:A A點垂直于焊縫長度方點垂直于焊縫長度方向的應力為向的應力為:A A點平行于焊縫長度方點平行于焊縫長度方向的應力為向的應力為:強度驗算公式：強度驗算公式：V VxxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he e五、斜角角焊縫的計算五、斜角角焊縫的計算1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2圖圖A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf

22、2f2h he2e2h he1e1b b圖圖B1 1、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡化計算，、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡化計算，規范規定：對于兩焊腳邊夾角規范規定：對于兩焊腳邊夾角60o135o的的 斜斜T T形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相 同的計算公式，且統一取同的計算公式，且統一取f=1.0。2 2、斜角角焊縫的計算厚度、斜角角焊縫的計算厚度hei由幾何關系得其通式為：由幾何關系得其通式為：式中：式中：b b、b b1和和b b25mm5mm說明：說明：A.bA.b1和和b b21.5mm1.5mm時時,可取可取b b1、b b2=

23、0=0B.bB.b1和和b b2 5mm 5mm時時,應如圖應如圖“B B”方式處方式處 理，且使理，且使b5mmb5mm。1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2圖圖A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b圖圖B1 1、對接焊縫的坡口形式、對接焊縫的坡口形式:一、對接焊縫的構造一、對接焊縫的構造3.5 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算 對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和板厚和施工條件施工條件有關。有關。

24、t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)當當:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm時，宜采用時，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）2 2、V V形、形、U U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進行補焊；形坡口焊縫單面施焊，但背面需進行補焊；3 3、對接焊縫的起、滅弧點易出現缺陷，故一般用引弧、對接焊縫的起、滅弧點易出現缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時，每條板引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時

25、，每條焊縫的計算長度等于實際長度減去焊縫的計算長度等于實際長度減去2t2t1 1，t t1 1較薄焊較薄焊件厚度；件厚度；4 4、當板件厚度或寬度在一側相差大于、當板件厚度或寬度在一側相差大于4mm4mm時，應做坡時，應做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(靜載靜載)或或1:4(1:4(動載動載)的斜角，以平緩的斜角，以平緩過度，減小應力集中。過度，減小應力集中。1:2.51:2.5對接焊縫分為：對接焊縫分為：焊透焊透和和部分焊透（自學）部分焊透（自學）兩種；兩種；動荷載作用下部分焊透的對接焊縫不宜用做動荷載作用下部分焊透的對接焊縫不宜用做垂直受垂直受力方向力方向的連接焊縫；的連接焊縫；

26、對于靜載作用下的一級和二級對接焊縫其強度可視對于靜載作用下的一級和二級對接焊縫其強度可視為與母材相同，不與計算。三級焊縫需進行計算；為與母材相同，不與計算。三級焊縫需進行計算；對接焊縫可視作焊件的一部分，故其計算方法與構對接焊縫可視作焊件的一部分，故其計算方法與構件強度計算相同。件強度計算相同。二、對接焊縫的計算二、對接焊縫的計算NNt1、軸心力作用下的對接焊縫計算軸心力作用下的對接焊縫計算式中：式中：N軸心拉力或壓力；軸心拉力或壓力；t板件較小厚度；板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度；形連接中為腹板厚度；f ft tw w、f fc cw w 對接焊縫的抗拉和抗壓強度設計值。對接焊縫的抗拉和

27、抗壓強度設計值。NNllw wtA 當不滿足上式時，可采用斜對當不滿足上式時，可采用斜對接焊縫連接如圖接焊縫連接如圖B。另另:當當tantan1.51.5時時,不用驗算不用驗算!NNtBNsinsinNcoscosllw w2、M、V共同作用下的對接焊縫計算共同作用下的對接焊縫計算llw wtAMV因焊縫截面為矩形，因焊縫截面為矩形，M、V共同作用下應力圖為：共同作用下應力圖為：故其強度計算公式為：故其強度計算公式為：式中：式中：W Ww w焊縫截面模量；焊縫截面模量；S Sw w-焊縫截面面積矩；焊縫截面面積矩；I Iw w-焊縫截面慣性矩。焊縫截面慣性矩。（1）板件間對接連接）板件間對接連

28、接（2）工字形截面梁對接連接計算工字形截面梁對接連接計算MV1焊縫截面焊縫截面A A、對于焊縫的、對于焊縫的maxmax和和maxmax應滿足式應滿足式3-32和和3-33要求；要求；max11maxB B、對于翼緣與腹板交接點焊縫、對于翼緣與腹板交接點焊縫（1點）點），其折算應，其折算應 力尚應滿足下式要求：力尚應滿足下式要求：1.11.1考慮最大折算應力只在局部出現的強度增大系數。考慮最大折算應力只在局部出現的強度增大系數。3.6 焊接應力和焊接變形焊接應力和焊接變形一、焊接殘余應力的分類及其產生的原因一、焊接殘余應力的分類及其產生的原因 1 1、焊接殘余應力的分類、焊接殘余應力的分類 A

29、 A、縱向焊接殘余應力縱向焊接殘余應力沿焊縫長度方向沿焊縫長度方向;B B、橫向焊接殘余應力橫向焊接殘余應力垂直于焊縫長度方向垂直于焊縫長度方向;C C、沿厚度方向的焊接殘余應力。沿厚度方向的焊接殘余應力。2 2、焊接殘余應力產生的原因、焊接殘余應力產生的原因 （1 1）縱向焊接殘余應力）縱向焊接殘余應力 焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上焊接過程是一個不均勻的加熱和冷卻過程，焊件上產生不均勻的溫度場，焊縫處可達產生不均勻的溫度場，焊縫處可達16001600o oC C，而鄰近區域，而鄰近區域溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側溫度低、膨脹溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側溫度低、

30、膨脹小的鋼材限制，產生小的鋼材限制，產生熱態塑性壓縮熱態塑性壓縮，焊縫冷卻時被，焊縫冷卻時被塑性塑性壓縮壓縮的焊縫區趨向收縮，但受到兩側鋼材的限制而產生的焊縫區趨向收縮，但受到兩側鋼材的限制而產生拉應力拉應力。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應力可以使鋼材。對于低碳鋼和低合金鋼，該拉應力可以使鋼材達到達到屈服強度屈服強度。焊接殘余應力是無荷載的。焊接殘余應力是無荷載的內應力內應力，故在，故在焊件內自相平衡，這必然在焊縫稍遠區產生壓應力。焊件內自相平衡，這必然在焊縫稍遠區產生壓應力。+-500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC

31、 C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm-+（2 2）橫向焊接殘余應力）橫向焊接殘余應力產生的原因產生的原因:1 1、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形彎曲變形的趨勢，的趨勢，導致兩焊件在焊縫處導致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓中部受拉，兩端受壓；2 2、焊接時已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向、焊接時已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產生膨脹，產生橫向塑性壓縮變形橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產生拉應力，而先焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產生拉應力，而先焊焊縫產生壓應力，因

32、焊焊縫產生壓應力，因應力自相平衡應力自相平衡，更遠處焊縫，更遠處焊縫則產生拉應力則產生拉應力；應力分布與施焊方向有關應力分布與施焊方向有關。以上兩種應力的組合即為，橫向焊接殘余應力以上兩種應力的組合即為，橫向焊接殘余應力。(a)焊縫縱向收縮焊縫縱向收縮 時的變形趨勢時的變形趨勢-+-(b)焊縫縱向收縮焊縫縱向收縮 時的橫向應力時的橫向應力xy+-+施施焊焊方方向向(c)焊縫橫向收縮焊縫橫向收縮 時的橫向應力時的橫向應力xy-+-+(d)焊縫橫向焊縫橫向殘余應力殘余應力yx不同施焊方向下不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時產生的橫向殘余應力焊縫橫向收縮時產生的橫向殘余應力:-+施施焊焊方方向向(e)-

33、+-施施焊焊方方向向(f)xyyx（3 3）沿厚度方向的焊接殘余應力）沿厚度方向的焊接殘余應力 在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊，焊在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊，焊接時沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的接時沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產生膨脹，產生塑性壓縮變形塑性壓縮變形。焊縫冷卻時，后焊焊縫的。焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產生拉應力，而先焊焊縫產收縮受先焊焊縫的限制而產生拉應力，而先焊焊縫產生壓應力，因生壓應力，因應力自相平衡應力自相平衡，更遠處焊縫則產生拉應，更遠處焊縫則產生拉應力。因此，除了橫向和縱向焊接殘余應力力。因此，除了橫

34、向和縱向焊接殘余應力x x,y y 外，外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應力還存在沿厚度方向的焊接殘余應力z z，這三種應力形，這三種應力形成同號成同號(受拉受拉)三向應力，大大三向應力，大大降低連接的塑性降低連接的塑性。-+-321x xy yz z二、焊接殘余應力對結構性能的影響二、焊接殘余應力對結構性能的影響1 1、對結構靜力強度的影響、對結構靜力強度的影響f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因焊接殘余應力自相平衡，故：因焊接殘余應力自相平衡，故：當板件全截面達到當板件全截面達到fy，即，即N=Ny時：時：結論：結論：焊接殘余應焊接殘余應力力對結構的對結構的靜力強度沒

35、靜力強度沒有影響。有影響。+-f fy yf fb bB Bt t2 2、對結構剛度的影響、對結構剛度的影響A、當焊接殘余應力存在時，因截面的、當焊接殘余應力存在時，因截面的bt部分拉應部分拉應力已經達到力已經達到fy，故該部分剛度為零，故該部分剛度為零（屈服），（屈服），這時這時在在N作用下應變增量為：作用下應變增量為：f f+-b bf fy yNN+-f fy yf fNNb bB Bt t因為因為B-bBB-b 2 2。結論：結論：焊接殘余應力的存在增大了結構的變形，即降低焊接殘余應力的存在增大了結構的變形，即降低了結構的剛度。了結構的剛度。B、當截面上沒有焊接殘余應力時，在、當截面上

36、沒有焊接殘余應力時，在N作用下應變增作用下應變增量為：量為：另外，對于軸心受壓構件，焊接殘余應力使其撓另外，對于軸心受壓構件，焊接殘余應力使其撓曲剛度減小，降低壓桿的穩定承載力（詳見第五章）。曲剛度減小，降低壓桿的穩定承載力（詳見第五章）。對于厚板或交叉焊縫，將產生對于厚板或交叉焊縫，將產生三向焊接殘余拉應力三向焊接殘余拉應力，限制了其塑性的發展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。限制了其塑性的發展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。所以，所以，降低或消除焊接殘余應力是改善結構低溫冷降低或消除焊接殘余應力是改善結構低溫冷脆性能的重要措施脆性能的重要措施。3 3、對低溫冷脆的影響、對低溫冷脆的影響4 4、對疲勞強度

37、的影響、對疲勞強度的影響 在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應力通常達到在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應力通常達到鋼材的屈服強度，此部位是形成和發展疲勞裂紋的鋼材的屈服強度，此部位是形成和發展疲勞裂紋的敏感敏感區域區域。因此焊接殘余應力對結構的疲勞強度。因此焊接殘余應力對結構的疲勞強度有明顯的不有明顯的不利影響利影響。三、焊接變形三、焊接變形 焊接變形包括：焊接變形包括：縱向收縮、縱向收縮、橫向收縮橫向收縮、彎曲變形彎曲變形、角變形角變形和和扭曲變形扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。等，通常是幾種變形的組合。四、減小焊接殘余應力和焊接變形的措施四、減小焊接殘余應力和焊接變形的措施1 1、設計上

38、的措施；設計上的措施；（1 1）焊接位置的合理安排）焊接位置的合理安排（2 2）焊縫尺寸要適當）焊縫尺寸要適當（3 3）焊縫數量要少，且不宜過分集中）焊縫數量要少，且不宜過分集中（4 4）應盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉）應盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5 5）應盡量避免母材在厚度方向的收縮應力）應盡量避免母材在厚度方向的收縮應力2 2、加工工藝上的措施、加工工藝上的措施（1 1）采用合理的施焊順序）采用合理的施焊順序（2 2）采用反變形處理）采用反變形處理（3 3）小尺寸焊件，應焊前預熱或焊后回火處理）小尺寸焊件，應焊前預熱或焊后回火處理3.7 3.7 螺栓連接的構造螺栓連接的構造一、螺栓

39、的種類一、螺栓的種類1.1.普通螺栓普通螺栓C級級-粗制螺栓粗制螺栓，性能等級為，性能等級為4.6或或4.8級；級；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2,0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；類孔類孔，孔徑，孔徑(d(do o)-)-栓桿直徑栓桿直徑(d)(d)1 13mm3mm。A、B級級-精制螺栓精制螺栓，性能等級為，性能等級為5.6或或8.8級級;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2,0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；類孔類孔，孔徑

40、，孔徑(d(do o)-)-栓桿直徑栓桿直徑(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精細程度和強度分為按其加工的精細程度和強度分為:A、B、C三個級別。三個級別。2.2.高強度螺栓高強度螺栓由由4545號、號、40B40B和和20MnTiB20MnTiB鋼加工而成，并經過熱處理鋼加工而成，并經過熱處理4545號號8.88.8級；級；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9級級 （a a）大六角頭螺栓）大六角頭螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓扭剪型高強度螺栓扭剪型高強度螺栓二、螺栓的排列二、螺栓的排列1.1.并列并列簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構

41、簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 錯列錯列A A 并列并列中距中距中距中距邊距邊距邊距邊距端距端距2.2.錯列錯列排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構件截排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構件截 面削弱?。幻嫦魅跣?；3.3.螺栓排列的要求螺栓排列的要求（1 1）受力要求）受力要求:垂直受力方向：垂直受力方向：為了防止螺栓應力集中相互影響、為了防止螺栓應力集中相互影響、截面削弱過多而降低承載力，截面削弱過多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不能螺栓的邊距和端距不能太??；太??；順力作用方向：順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，為了防止板件被拉斷或剪壞，端距端距

42、不能太小；不能太??；對于受壓構件：對于受壓構件：為防止連接板件發生鼓曲，為防止連接板件發生鼓曲，中距不中距不能太大。能太大。（2 2）構造要求；）構造要求；螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。（3 3）施工要求）施工要求 為了便于扳手擰緊螺母，螺栓中距應不小于為了便于扳手擰緊螺母，螺栓中距應不小于3d3do o。根據以上要求，規范給定了螺栓的容許間距。根據以上要求，規范給定了螺栓的容許間距。三、螺栓連接的構造要求三、螺栓連接的構造要求為了保證連接的可靠性，每個桿件的節點或拼接接頭一為了保證連接的可靠性，

43、每個桿件的節點或拼接接頭一端不宜少于端不宜少于兩個永久螺栓兩個永久螺栓；直接承受直接承受動荷載動荷載的普通螺栓連接應采用的普通螺栓連接應采用雙螺帽雙螺帽，或其他，或其他措施以防螺帽松動；措施以防螺帽松動；C C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：于抗剪連接：1 1、承受靜載或間接動載的次要連接；、承受靜載或間接動載的次要連接；2 2、承受靜載的可拆卸結構連接；、承受靜載的可拆卸結構連接；3 3、臨時固定構件的安裝連接。、臨時固定構件的安裝連接。型鋼構件拼接采用高強螺栓連接時，為保證接觸面緊密，型鋼構件拼接采用高強螺栓連接時，為

44、保證接觸面緊密，應采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；應采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；螺栓連接螺栓連接一、螺栓的種類一、螺栓的種類1.1.普通螺栓普通螺栓2.2.高強度螺栓高強度螺栓二、螺栓的排列二、螺栓的排列B B 錯列錯列A A 并列并列中距中距中距中距邊距邊距邊距邊距端距端距3.83.8 普通螺栓連接計算普通螺栓連接計算一、螺栓連接的受力形式一、螺栓連接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和拉力剪力和拉力共同作用共同作用 二、普通螺栓抗剪連接二、普通螺栓抗剪連接 對圖示螺栓連接做抗剪試驗對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即即可得到板件上可得到板件上a、b兩點相對位移

45、兩點相對位移和作用力和作用力N的關系曲線的關系曲線,該曲線該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段個階段,即：即：NO1234NNabNN/2N/22.2.破壞形式破壞形式（1 1）螺栓桿被剪壞）螺栓桿被剪壞 栓桿較細而板件較厚時栓桿較細而板件較厚時（2 2）孔壁的擠壓破壞）孔壁的擠壓破壞 栓桿較粗而板件較薄時栓桿較粗而板件較薄時（3 3）板件被拉斷）板件被拉斷 截面削弱過多時截面削弱過多時 以上破壞形式予以計算解決。以上破壞形式予以計算解決。N/2NN/2NNNN（4 4）板件端部被剪壞）板件端部被剪壞(拉豁拉豁)端矩過小時；端矩不應小于端矩過小時；端矩不應小于2

46、d2dO ONN（5 5）栓桿彎曲破壞）栓桿彎曲破壞 螺栓桿過長；栓桿長度不應大于螺栓桿過長；栓桿長度不應大于5d5d這這兩兩種種破破壞壞構構造造解解決決N/2NN/2（二）抗剪螺栓的單栓承載力設計值（二）抗剪螺栓的單栓承載力設計值 由破壞形式知由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式決定故單栓抗剪承載力由以下兩式決定:nv剪切面數目剪切面數目；d螺栓桿直徑；螺栓桿直徑；fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強度設計值；螺栓抗剪和承壓強度設計值；t t連接接頭一側承壓構件總厚度的較小值。連接接頭一側承壓

47、構件總厚度的較小值。單栓抗剪承載力：單栓抗剪承載力：抗剪承載力：抗剪承載力：承壓承載力：承壓承載力：d剪切面數目剪切面數目n nv vNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪連接計算（三）普通螺栓群抗剪連接計算1 1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算 N/2Nll1 1N/2平均值平均值螺栓的內力分布螺栓的內力分布 試驗證明試驗證明,栓群在軸栓群在軸力作用下各個螺栓的內力力作用下各個螺栓的內力沿栓群長度方向不均勻，沿栓群長度方向不均勻，兩端大兩端大,中間小。中間小。當當ll1 115d15d0 0(d(d0 0為孔徑為孔徑)時，時，連接

48、進入彈塑性工作狀態后，連接進入彈塑性工作狀態后，內力重新分布，各個螺栓內內力重新分布，各個螺栓內力趨于相同，故設計時假定力趨于相同，故設計時假定N有各螺栓均擔。有各螺栓均擔。所以，連接所需螺栓數為：所以，連接所需螺栓數為：當當l l1 115d15d0 0(d(d0 0為孔徑為孔徑)時，連接進入彈塑性工作狀時，連接進入彈塑性工作狀態后，即使內力重新分布態后，即使內力重新分布,各個螺栓內力也難以均勻，各個螺栓內力也難以均勻，端部螺栓首先破壞端部螺栓首先破壞,然后依次破壞。由試驗可得連接的然后依次破壞。由試驗可得連接的抗剪強度折減系數抗剪強度折減系數與與ll1 1/d/d0 0的關系曲線的關系曲線

49、。試驗曲線試驗曲線8.88.8級級 M22M22我國規范我國規范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80ll1 1/d/d0 0平均值平均值長連接螺栓的內力分布長連接螺栓的內力分布故，連接所需栓數：故，連接所需栓數：NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應進行板件的凈截面驗算。尚應進行板件的凈截面驗算。拼接板的危險截面為拼接板的危險截面為2-2截面截面:A A、螺栓采用并列排列時、螺栓采用并列排列時:主板的危險截面為主板的危險截面為1-1截面截面:1122NNt tt t1 1bc

50、2c3c4c1B B、螺栓采用錯列排列時、螺栓采用錯列排列時:主板的危險截面為主板的危險截面為1-1和和1-1截面截面:1111NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危險截面為拼接板的危險截面為2-2和和2-2截面截面:22222 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計算F作用下每個螺栓受力作用下每個螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1FT作用下連接按彈性設計，其假定為作用下連接按彈性設計，其假定為：（1 1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；（2 2）T作用下連接板件繞栓群形心轉動，各螺栓剪作用下連接板

51、件繞栓群形心轉動，各螺栓剪力與其至形心距離呈線形關系，方向與力與其至形心距離呈線形關系，方向與r ri垂直。垂直。TxyN1TN1TxN1Tyr11 顯然，顯然，T作用下作用下1號螺號螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1最大）。最大）。由假定由假定(2)(2)得得由式由式3-393-39得得:由力的平衡條件得：由力的平衡條件得：TxyN1TN1TxN1Tyr11將式將式3-40代入式代入式3-38得得:將將N1T1T沿坐標軸分解得沿坐標軸分解得:由此可得螺栓由此可得螺栓1的強度驗算公式為的強度驗算公式為:另外另外,當螺栓布置比較狹長當螺栓布置比較狹長(如如y y1 13x3x1 1)時時,

52、可進行可進行如下簡化計算：如下簡化計算：令令:x:xi i=0=0，則，則N1Ty1Ty=0=0（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能三、普通螺栓的抗拉連接三、普通螺栓的抗拉連接 抗拉螺栓連接在外力作用下，抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有連接板件接觸面有脫開趨勢脫開趨勢，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉栓桿被拉斷為其破壞形式。斷為其破壞形式。（二）（二）單單個普通螺栓的抗拉承載力設計值個普通螺栓的抗拉承載力設計值式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面積；螺栓的有效截面面積；d de e-螺栓的有效直徑；螺栓的有效直徑；f

53、 ft tb b-螺栓的抗拉強度設計值。螺栓的抗拉強度設計值。dedndmd公式的兩點說明：公式的兩點說明：（1）螺栓的有效截面面積）螺栓的有效截面面積 因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑有效直徑de而不是凈直徑而不是凈直徑dn，現行國家標準取：，現行國家標準取：(2(2）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響）螺栓垂直連接件的剛度對螺栓抗拉承載力的影響 A、螺栓受拉時，一般是通過螺栓受拉時，一般是通過與螺桿垂直的板件傳遞，即螺與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當連接板件桿并非軸心受拉，當連接板件發生變形時，螺栓有被撬開的發生變

54、形時，螺栓有被撬開的趨勢趨勢（杠桿作用）（杠桿作用），使螺桿中，使螺桿中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并產生并產生彎曲現象。彎曲現象。連接件剛度越小撬連接件剛度越小撬力越大力越大。試驗證明影響撬力的。試驗證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，因素較多，其大小難以確定，規范采取簡化計算的方法，取規范采取簡化計算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（f f螺栓鋼材的抗拉螺栓鋼材的抗拉強度設計值）強度設計值）來考慮其影響。來考慮其影響。B、在構造上可以通過加強連接件的剛度的方法，在構造上可以通過加強連接件的剛度的方法，來減小杠桿作用引起的撬力，如來減小杠桿作用引起的撬力，如設加勁

55、肋設加勁肋，可以減小，可以減小甚至消除撬力的影響。甚至消除撬力的影響。(三）普通螺栓群的軸拉設計三）普通螺栓群的軸拉設計 一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數為：的螺栓數為：N(四）普通螺栓群在彎炬作用下四）普通螺栓群在彎炬作用下M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)M1234受壓區受壓區y1y2y3N1N2N3N4中和軸中和軸M作用下螺栓連接按彈性設計，其假定為作用下螺栓連接按彈性設計，其假定為：（1 1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性；（2 2）螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各）螺栓群的中和軸位于最下排螺

56、栓的形心處，各 螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。顯然顯然1 1號螺栓在號螺栓在M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大由力學及假定可得：由力學及假定可得：M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)M1234受壓區受壓區y1y2y3N1N2N3N4中和軸中和軸由式由式3-52得得:將式將式3-54代入式代入式3-53得得:因此，設計時只要滿足下式，即可：因此，設計時只要滿足下式，即可：(五）五）普通螺栓群在偏心拉力作用下普通螺栓群在偏心拉力作用下 偏心力偏心力作用下普通螺栓連接，可采用偏于安全的作用下普通螺栓連接，可采用偏于安全的設計方法，即設計方法，即疊加法疊

57、加法。刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)FeN1F1234FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和軸中和軸N4M四、四、普通螺栓拉、剪聯合作用普通螺栓拉、剪聯合作用011VeM=VeV因此：因此：2 2、由試驗可知，兼受剪力和拉力、由試驗可知，兼受剪力和拉力 的螺桿，其承載力無量綱關系的螺桿，其承載力無量綱關系 曲線近似為一曲線近似為一“四分之一圓四分之一圓”。1 1、普通螺栓在拉力和剪力的共同、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出現兩種破壞形作用下，可能出現兩種破壞形 式：式：螺桿受剪兼受拉破壞、螺桿受剪兼受拉破壞、孔孔 壁的承壓破壞；壁的承壓破壞；3 3、計算時，假定剪力由螺栓群

58、均、計算時，假定剪力由螺栓群均 勻承擔，勻承擔，拉力由受力情況確定。拉力由受力情況確定。規范規定：普通螺栓拉、剪聯合作用為了防止規范規定：普通螺栓拉、剪聯合作用為了防止螺螺桿桿受剪兼受拉受剪兼受拉破壞，應滿足：破壞，應滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：011a ab b 另外另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，當，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，當有承托承擔全部剪力時有承托承擔全部剪力時，螺栓群按受拉連接計算。，螺栓群按受拉連接計算。承托與柱翼緣的連接角焊承托與柱翼緣的連接角焊縫按下式計算：縫按下式計算：式中：式中：考慮剪力對角焊縫偏心影響的增大系

59、數，考慮剪力對角焊縫偏心影響的增大系數，一般取一般取=1.25=1.251.351.35；其余符號同前。其余符號同前。M刨平頂緊刨平頂緊承托承托(板板)V連接角焊縫連接角焊縫3.93.9高強度螺栓連接計算高強度螺栓連接計算一、高強度螺栓的工作性能及單栓承載力一、高強度螺栓的工作性能及單栓承載力 按受力特征的不同按受力特征的不同高強度螺栓分為兩類：高強度螺栓分為兩類：摩擦型高強度螺栓摩擦型高強度螺栓通過板件間摩擦力傳遞內力通過板件間摩擦力傳遞內力，破壞準則為克服摩擦力破壞準則為克服摩擦力；承壓型承壓型高強度螺栓高強度螺栓受力特征與普通螺栓類似受力特征與普通螺栓類似。1 1、高強度螺栓預拉力的建立

60、方法、高強度螺栓預拉力的建立方法 通過擰緊螺帽的方法，螺帽的緊固方法：通過擰緊螺帽的方法，螺帽的緊固方法：A A、轉角法、轉角法 施工方法：施工方法：初擰初擰用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密；用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密；終擰終擰初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的 角度，一般為角度，一般為120120o o180180o o完成終擰。完成終擰。特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰 和超擰；和超擰；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法：初擰初擰用力矩扳手擰至終擰力矩的用力矩扳手擰至

61、終擰力矩的30%30%50%50%，使，使 板件貼緊密；板件貼緊密；終擰終擰初擰基礎上，按初擰基礎上，按100%100%設計終擰力矩擰緊。設計終擰力矩擰緊。特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。2 2、高強度螺栓預拉力的確定、高強度螺栓預拉力的確定 高強度螺栓預拉力是根據螺栓桿的高強度螺栓預拉力是根據螺栓桿的有效抗拉強有效抗拉強度度確定的，并考慮了以下修正系數：確定的，并考慮了以下修正系數：考慮材料的不均勻性的折減系數考慮材料的不均勻性的折減系數0.90.9；為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數0.9

62、0.9；考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產生的剪力對抗拉強度考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產生的剪力對抗拉強度的降低除以系數的降低除以系數1.21.2。附加安全系數附加安全系數0.90.9。因此，預拉力：因此，預拉力：A Ae e螺紋處有效截面積；螺紋處有效截面積；f fu u螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；8.88.8級，取級，取f fu u=830N/mm=830N/mm2 2，10.910.9級，取級，取f fu u=1040N/mm=1040N/mm2 23 3、高強度螺栓摩擦面抗滑移系數、高強度螺栓摩擦面抗滑移系數F摩擦型高強度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內力的，摩擦型高強度

63、螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（P P）和板件）和板件間的抗滑移系數間的抗滑移系數 ；F板件間的抗滑移系數與接觸面的處理方法和構件鋼板件間的抗滑移系數與接觸面的處理方法和構件鋼號有關，號有關，其大小隨板件間的擠壓力的減小而減小其大小隨板件間的擠壓力的減小而減??；規范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的規范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數抗滑移系數,如下表如下表4 4、高強度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力、高強度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力(1)(1)抗剪連接工作性能抗剪連接工作性能 受力過

64、程與普通螺栓相似，受力過程與普通螺栓相似，分為四個階段：分為四個階段：摩擦傳力的彈性摩擦傳力的彈性階段階段、滑移階段滑移階段、栓桿傳力的彈栓桿傳力的彈性階段性階段、彈塑性階段彈塑性階段。但比較兩條但比較兩條N N曲線可知，曲線可知，由于高強度螺栓因連接件間存在由于高強度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個階段很大的摩擦力，故其第一個階段遠遠大于普通螺栓。遠遠大于普通螺栓。高強度高強度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2A、對于高強度螺栓、對于高強度螺栓摩擦型摩擦型連接連接，其，其破壞準則為板件發生相對滑移，因此破壞準則為板件發生相對滑移，因此其極限狀態為其極限狀

65、態為1點而不是點而不是4點，所以點，所以1點的承載力即為一個高強度螺栓摩擦點的承載力即為一個高強度螺栓摩擦型連接的型連接的抗剪承載力：抗剪承載力：NO12341234高強度高強度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2式中：式中：0.90.9抗力分項系數抗力分項系數R R的倒的倒 數數(R R=1.111);=1.111);n nf f傳力摩擦面數目傳力摩擦面數目;-摩擦面抗滑移系數摩擦面抗滑移系數;P P預拉力設計值預拉力設計值.（2 2）、抗剪連接單栓承載力）、抗剪連接單栓承載力B、對于高強度螺栓、對于高強度螺栓承壓型抗剪連接承壓型抗剪連接，允許接觸面發生相對滑移，破壞準允許接觸面發生相

66、對滑移，破壞準則為連接達到其極限狀態則為連接達到其極限狀態4點，所以點，所以高強度螺栓承壓型連接的單栓抗剪高強度螺栓承壓型連接的單栓抗剪承載力計算方法與普通螺栓相同。承載力計算方法與普通螺栓相同。NO12341234高強度高強度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓單栓抗剪承載力：單栓抗剪承載力：抗剪承載力抗剪承載力：承壓承載力承壓承載力：5 5、高強度螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力、高強度螺栓抗拉連接工作性能和單栓承載力當外拉力為零，即當外拉力為零，即N=0=0時：時：P=C；當外拉力為當外拉力為Nt時：板件有被拉開趨勢，時：板件有被拉開趨勢，板件間的壓力板件間的壓力C減小為減小為Cf，栓桿拉力栓桿拉力

67、P增加為增加為Pf，由力及變形協調得：，由力及變形協調得：NPCP+P=Pf fC-C=Cf fNtA Ab b栓桿截面面積；栓桿截面面積；A Ap p板件擠壓面面積；板件擠壓面面積；當板件即將被拉開時：當板件即將被拉開時：Cf=0=0，有，有Pf=Nt，因此：，因此：一般板件間的擠壓面面積比一般板件間的擠壓面面積比栓桿截面面積大的多，近似栓桿截面面積大的多，近似取取A AP P/A/Ab b=10=10，得：，得：顯然栓桿的拉力增加不大。顯然栓桿的拉力增加不大。另外，試驗證明，當栓桿的外加拉力大于另外，試驗證明，當栓桿的外加拉力大于P時，卸載時，卸載后螺栓桿的預拉力將減小，即發生后螺栓桿的預

68、拉力將減小，即發生松弛現象松弛現象。但當。但當Nt不不大于大于0.8P0.8P時，則無松弛現象，這時時，則無松弛現象，這時Pf=1.07P，可認為螺，可認為螺桿的預拉力不變，且連接板件間有一定的擠壓力保持緊桿的預拉力不變，且連接板件間有一定的擠壓力保持緊密接觸，所以現行規范規定：密接觸，所以現行規范規定：P+P=Pf fC-C=Cf fNtA、摩擦型高強度螺栓的單栓抗拉承載力為摩擦型高強度螺栓的單栓抗拉承載力為：F上式未考慮橇力的影響，當考上式未考慮橇力的影響，當考慮橇力影響時，螺栓桿的拉力慮橇力影響時，螺栓桿的拉力Pf與與Nt的關系曲線如圖：的關系曲線如圖：FNt0.5P0.5P時，橇力時，

69、橇力Q=0Q=0；FNt0.5P0.5P后，橇力后，橇力Q Q出現，增加出現，增加速度速度先慢后快先慢后快。F橇力橇力Q Q的存在導致連接的極限承的存在導致連接的極限承載力由載力由N Nu u降至降至N Nu u。F所以，如設計時不考慮橇力的所以，如設計時不考慮橇力的影響影響,應使應使Nt0.5P0.5P或增加連接或增加連接板件的剛度（如設加勁肋）。板件的剛度（如設加勁肋）。300 250 200 150 100 50 050 100 150 200 250 300Pf(KN)(KN)Nu u Nu uNt(KN)(KN)2NNNQQ191951518.8級級 M22P=150KNQ Q有橇力

70、時的有橇力時的螺栓破壞螺栓破壞無橇力時的無橇力時的螺栓破壞螺栓破壞B、承壓型高強度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破承壓型高強度螺栓的單栓抗拉承載力，因其破壞準則為螺栓桿被拉斷，故計算方法與普通螺栓壞準則為螺栓桿被拉斷，故計算方法與普通螺栓相同，即：相同，即：式中：式中：A Ae e-螺栓桿的有效截面面積；螺栓桿的有效截面面積；d de e-螺栓桿的有效直徑；螺栓桿的有效直徑；f ft tb b高強度螺栓的抗拉強度設計值。高強度螺栓的抗拉強度設計值。上式的計算結果與上式的計算結果與0.8P相差不多。相差不多。（1 1）高強度螺栓摩擦型連接）高強度螺栓摩擦型連接 盡管當盡管當NtP時，栓桿的預拉力變化

71、不大，但由時，栓桿的預拉力變化不大，但由于于隨隨Nt的增大而減小的增大而減小，且隨，且隨Nt的增大板件間的擠的增大板件間的擠壓力減小，故連接的抗剪能力下降。規范規定在壓力減小，故連接的抗剪能力下降。規范規定在V和和N共同作用下應滿足下式：共同作用下應滿足下式：6 6、高強度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作、高強度螺栓連接在拉力和剪力共同作用下的工作性能和單栓承載力性能和單栓承載力（2 2）高強度螺栓承壓型連接）高強度螺栓承壓型連接 對于高強度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同對于高強度螺栓承壓型連接在剪力和拉力共同作用下計算方法與普通螺栓相同。作用下計算方法與普通螺栓相同。為了防止孔壁的承壓破

72、壞，應滿足：為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：系數系數1.21.2是考慮由于外拉力的存在導致高強度螺栓的是考慮由于外拉力的存在導致高強度螺栓的承壓承載力降低的修正系數。承壓承載力降低的修正系數。二、高強度螺栓群的抗剪計算二、高強度螺栓群的抗剪計算1 1、軸心力作用、軸心力作用 假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數：假定各螺栓受力均勻，故所需螺栓數：對于摩擦型連接：對于摩擦型連接：對于承壓型連接：對于承壓型連接：NN2 2、扭矩或扭矩、剪力共同作用下扭矩或扭矩、剪力共同作用下 計算方法與普通螺栓相同，即：計算方法與普通螺栓相同，即：FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力剪力F作用下每個螺

73、栓受力作用下每個螺栓受力：扭矩扭矩T作用下：作用下：由此可得螺栓由此可得螺栓1的強度驗算公式為的強度驗算公式為:三、高強度螺栓群的抗拉計算三、高強度螺栓群的抗拉計算1 1、軸心力作用、軸心力作用 假定各螺栓均勻受力，故所需假定各螺栓均勻受力，故所需螺栓數：螺栓數：N2 2、彎矩作用下、彎矩作用下 由于高強度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預拉由于高強度螺栓的抗拉承載力一般總小于其預拉力力P P，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密，故在彎矩作用下，連接板件接觸面始終處于緊密接觸狀態，彈性性能較好，可認為是接觸狀態，彈性性能較好，可認為是一個整體一個整體,所以假所以假定定連接的中和軸與螺栓群形

74、心軸重合連接的中和軸與螺栓群形心軸重合，最外側螺栓受，最外側螺栓受力最大。力最大。MMM1234y1y2N1N2N3N4受壓區受壓區中中和和軸軸由力學可得：由力學可得：因此，設計時只要滿足下式即可：因此，設計時只要滿足下式即可：3 3、偏心拉力作用下、偏心拉力作用下 偏心力偏心力作用下的高強度螺栓連接，螺栓最大拉力不應大作用下的高強度螺栓連接，螺栓最大拉力不應大于于0.8P，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以，以保證板件緊密貼合，端板不會被拉開，所以摩擦型和承壓型均可采用以下方法摩擦型和承壓型均可采用以下方法（疊加法疊加法）計算計算:Ne1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和

75、軸軸M作用下作用下N作用下作用下四、高強度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的連接計算四、高強度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的連接計算NV單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的拉力：單個螺栓所受的拉力：1234NVN作用下作用下V作用下作用下、對于高強度螺栓、對于高強度螺栓承壓型承壓型連接應滿足：連接應滿足：、對于高強度螺栓、對于高強度螺栓摩擦型摩擦型連接應滿足：連接應滿足：所以：所以：五、高強度螺栓群在拉力、彎矩和剪力共同作用下的五、高強度螺栓群在拉力、彎矩和剪力共同作用下的 連接計算連接計算1、采用高強度螺栓摩擦型連接時采用高強度螺栓摩擦型連接時 1號螺栓在號螺栓在N、M作用下所

76、受拉力如前所述應滿足：作用下所受拉力如前所述應滿足：MNV1234M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和軸軸M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下 對于高強度螺栓摩擦型連接，在拉力和剪力共同對于高強度螺栓摩擦型連接，在拉力和剪力共同作用下，單栓抗剪承載力如前所述為：作用下，單栓抗剪承載力如前所述為：單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的剪力：上式中上式中:2 2、采用高強度螺栓承壓型連接時、采用高強度螺栓承壓型連接時螺栓的強度計算公式：螺栓的強度計算公式：單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的剪力：單個螺栓所受的最大拉力：單個螺栓所受的最大拉力：MNV1234M=NeNy1y2N1N2N3N

77、4中中和和軸軸M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下1 1、角焊習題、角焊習題圖示一圍焊縫連接，已知圖示一圍焊縫連接，已知 l1=200mm，l2=300mm，e=80mm，hf=8mm，fwf=160N/mm2，F=370KN，lx=6300cm4，ly=1710cm4，試驗算該連接是否安全。，試驗算該連接是否安全。解：解：將將F移向焊縫形心移向焊縫形心O，三面圍焊縫受力：，三面圍焊縫受力：在計算焊縫的面積和其極慣性矩時，在計算焊縫的面積和其極慣性矩時，近似取近似取 l1 和和 l2 為其計算長度，即既不為其計算長度，即既不考慮焊縫的實際長度稍大于考慮焊縫的實際長度稍大于 l1 和和

78、l2，也不扣除水平焊縫的兩端缺陷也不扣除水平焊縫的兩端缺陷10mm。焊縫截面面積：焊縫截面面積：在在N力作用下，焊縫各點受力均勻；在力作用下，焊縫各點受力均勻；在T作用下，水平焊作用下，水平焊縫右邊兩個端點產生的應力最大，但在右上端點其應力的水縫右邊兩個端點產生的應力最大，但在右上端點其應力的水平分量與平分量與N力產生的同方向，因而該焊縫在外力力產生的同方向，因而該焊縫在外力F作用下，該作用下，該點最危險。點最危險。由由N在水平焊縫右上端點產生的應力為在水平焊縫右上端點產生的應力為Nf：由扭矩由扭矩T在該點產生的應力的水平分量為：在該點產生的應力的水平分量為：由由T在該點產生的應力的垂直分量為在該點產生的應力的垂直分量為:代入強度條件：代入強度條件：螺栓強度驗算習題螺栓強度驗算習題 V=60KN,選用選用10.9級級M20摩擦型高強螺栓，鋼材選用摩擦型高強螺栓，鋼材選用Q235鋼，接觸面采用噴砂處理。驗算此連接強度鋼，接觸面采用噴砂處理。驗算此連接強度解：解：（1）計算單個）計算單個摩擦型高強螺栓摩擦型高強螺栓的的承載能力：承載能力：（2）計算單個螺栓在外力作用下承受的最大荷載所以該連接滿足強度要求所以該連接滿足強度要求