钢结构连接(焊接-螺栓连接)课件.ppt

1、2一、一、焊缝连接焊缝连接 3.13.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法对接焊缝连接对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；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。缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。 角焊缝连接角焊缝连接3三、螺栓连接三、螺栓连接 优点：连接刚度大，传力可靠；优点：连接刚度大，传力可靠； 分为：分为： 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接二、铆钉连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，劳动强度大，施工条件差， 施施工速度慢。工速度慢。 优点：拆

2、装方便优点：拆装方便 缺点：板件有削弱缺点：板件有削弱4一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。钢材相适应。原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 3.23.2 焊接连接的特性焊接连接的特性 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧5单击图片单击图片3-1播放播放6Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选

3、择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E焊条焊条( (Electrode) )第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2) )第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。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。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。 优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点

4、：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点72.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊8A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。 B B、优、缺点：、优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。焊接质量好。 缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。 送送

5、丝丝器器机机器器93.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好。量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。10二、焊接连接形式和焊缝形式二、焊接连接形式和焊缝形式1.1.焊接连接形式焊接连接形式单击图片单击图片3-2播放播放对接对接11搭接搭接单击图片单击图片3-3播放播放122.2.焊缝形式焊缝形式（1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝133. 3. 焊缝位置焊缝位置14三、焊缝缺陷及焊缝质量检查三、焊缝缺陷及焊缝质量检查1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷152.

6、2.焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还可以采用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。16钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定：规定： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。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焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合

7、三级质量标准三级质量标准。 一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数一、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。量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。17 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：缝质量等级的选用有如下规定： (1) (1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向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。的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 3.3.焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用(2) (2)

8、在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材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。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 18 （）重级工作制和起重量（）重级工作制和起重量 的中级工作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形接头焊透的对接与角接组合焊缝，与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。不应低于二级。 （）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力（）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的中级工荷载且需要验算

9、疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。19204.4.焊缝代号焊缝代号 详细参见表详细参见表3-1，图，图3-13211 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式: :一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造3.3 3.3 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和施工条件施工条件有关。有关。 t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X

10、形坡口。形坡口。22C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）232 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧、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焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，t t1 1较薄焊较薄焊件厚度；件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差

11、大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，减小应力集中。过度，减小应力集中。1:2.51:2.524单击图片单击图片3-6播放播放25对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透（自学）部分焊透（自学）两种；两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受垂直受力方向力方向的连接焊缝；的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不与计算

12、。三级焊缝需进行计算；为与母材相同，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。件强度计算相同。二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算NNt261、轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算)283( wcwtwfftlN或 式中：式中： N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t板件较小厚度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； f ft tw w、f fc cw w 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNl lw wtA 当不满足上式时，可采用斜对

13、当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图接焊缝连接如图B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或另另: :当当tantan1.51.5时时, ,不用验算不用验算! !NNtBNsinsinNcoscosl lw w272、M、V共同作用下的对接焊缝计算共同作用下的对接焊缝计算l lw wtAMV)293(62max wtwwftlMWM )303(23max wVwwwftlVtIVS 因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面

14、面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接）板件间对接连接wtwfWMwvwwftIVS28（2）工字形截面梁对接连接计算工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式3-2和和3-3要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求：)313(1 . 132121 wtf 1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增

15、大系数。29hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝的形式、角焊缝的形式: :一、角焊缝的形式和受力分析一、角焊缝的形式和受力分析3.4 3.4 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝（1 1）直角角焊缝直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式30按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfhfhfhfa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hf coshfhfhfhf2按he=hf cos2（2）斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于135135o o或或6015d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，连接进入弹

16、塑性工作状时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布态后，即使内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏端部螺栓首先破坏, ,然后依次破坏。由试验可得连接的然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数抗剪强度折减系数与与l l1 1/d/d0 0的关系曲线的关系曲线。ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布7 .06001 时时：当当dl)363(min bNNn 故

17、，连接所需栓数：故，连接所需栓数：1501 . 1601501010 dldld 时：时：当当60NNbt tt t1 1b1 普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2截面截面: :A A、螺栓采用并列排列时、螺栓采用并列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :1122 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 tbmdftdmbAfANnn001 ,

18、1 ,; 拼拼接接板板厚厚度度。危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；拼拼接接板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值 1101012,2,;5 . 0tmbdftdmbAfANnn 61NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用错列排列时、螺栓采用错列排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1和和1-1截面截面: : 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：截截面面：对对于于截截面面：对对于于 tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222

19、140;1211;11 111162NNbt tt t1 1b1c2c3c4c1拼接板的危险截面为拼接板的危险截面为2-2和和2-2截面截面: : 拼拼接接板板厚厚度度。拼拼接接板板宽宽度度；危危险险截截面面上上的的螺螺栓栓数数；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值；式式中中：截截面面：对对于于截截面面：对对于于 1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 2222632 2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算、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作用下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1

20、N1F)373(1 nFNFT作用下连接按弹性设计，其假定为作用下连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪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，方向与力与其至形心距离呈线形关系，方向与r ri垂直。垂直。64TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，显然，T作用下作用下1号螺号螺栓所受剪力最大栓所受剪力最大（r r1最大）。最大）。)383(2211 nnTTTrNrNrNT)393(332211 nnTTTTrNrNrNrN由假定由假定(2)(2)得得由

21、上式可得由上式可得: :)403(1131132112 nTnTTTTTrrNNrrNNrrNN；由力的平衡条件得：由力的平衡条件得：65TxyN1TN1TxN1Tyr11从而可得从而可得: : )413(12112222111 niiTnTrrNrrrrNT)423(112211211 niniiiniiTyxrTrrTN将将N1T1T沿坐标轴分解得沿坐标轴分解得: :)443()433(11221111122111122111112211 niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTN66由此可得螺栓由此可得螺栓1的强度验算公式为的强度

22、验算公式为: : )453(min21121 bFTyTxNNNN 另外另外, ,当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长( (如如y y1 13x3x1 1) )时时, ,可进行可进行如下简化计算：如下简化计算：令令:x:xi i=0=0，则，则N1Ty1Ty=0=0)463(121111211 niiniiTxyyTryyrTN)473(min2121 bFTxNNN67（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能四、普通螺栓的抗拉连接四、普通螺栓的抗拉连接 抗拉螺栓连接在外力作用下，抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有连接板件接触面有脱开趋势脱开趋势，螺栓杆受杆轴方

23、向拉力作用，以，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉栓杆被拉断为其破坏形式。断为其破坏形式。（二）（二）单单个普通螺栓的抗拉承载力设计值个普通螺栓的抗拉承载力设计值 4834 btebtebtfdfAN 式中：式中：A Ae e-螺栓的有效截面面积；螺栓的有效截面面积； d de e-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； f ft tb b-螺栓的抗拉强度设计值。螺栓的抗拉强度设计值。68dedndmd公式的两点说明：公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径有效直径de而不是净直径而不是净

24、直径dn，现行国家标准取：，现行国家标准取：)493()(32413 螺螺距距ttdde69(2(2）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响）螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响 A、螺栓受拉时，一般是通过螺栓受拉时，一般是通过与螺杆垂直的板件传递，即螺与螺杆垂直的板件传递，即螺杆并非轴心受拉，当连接板件杆并非轴心受拉，当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的发生变形时，螺栓有被撬开的趋势趋势（杠杆作用）（杠杆作用），使螺杆中，使螺杆中的拉力增加的拉力增加（撬力（撬力Q）并产生并产生弯曲现象。弯曲现象。连接件刚度越小撬连接件刚度越小撬力越大力越大。试验证明影响撬力的。试验证明影响撬力的因

25、素较多，其大小难以确定，因素较多，其大小难以确定，规范采取简化计算的方法，取规范采取简化计算的方法，取f ft tb b=0.8f=0.8f（f f螺栓钢材的抗螺栓钢材的抗拉强度设计值）拉强度设计值）来考虑其影响。来考虑其影响。)503(22 QNNt70 B、 在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法，来减小杠杆作用引起的撬力，如来减小杠杆作用引起的撬力，如设加劲肋设加劲肋，可以减，可以减小甚至消除撬力的影响。小甚至消除撬力的影响。71( (三）普通螺栓群的轴拉设计三）普通螺栓群的轴拉设计 一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需一般假定每个螺栓均匀受力

26、，因此，连接所需的螺栓数为：的螺栓数为：)513( btNNnN72( (四）普通螺栓群在弯炬作用下四）普通螺栓群在弯炬作用下M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1 1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）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呈正比。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。73显然显然11号螺栓在号螺栓在M作用下所受拉力最大作

27、用下所受拉力最大)533(2211 nnyNyNyNM由力学及假定可得：由力学及假定可得：)523(332211 nnyNyNyNyNM刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴74同前可得同前可得: :)543(1131132112 nnyyNNyyNNyyNN； )553(12112222111 niinyyNyyyyNM)563(1211 niiyyMN强度要求为：强度要求为：)573(1 btNN75( (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连接，可采用偏于安全的作用下普通螺栓

28、连接，可采用偏于安全的设计方法，即设计方法，即叠加法叠加法。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)FeN1F)583(121111 btniiMFNyyMnFNNN1 2 3 4FMy1y2y3N1MN2MN3MM=Fe中和轴中和轴N4M76五、五、普通螺栓拉、剪联合作用普通螺栓拉、剪联合作用bVVNNbttNN011VeM=VeV因此：因此：nVNV 2 2、由试验可知，兼受剪力和拉力、由试验可知，兼受剪力和拉力 的螺杆，其承载力无量纲关系的螺杆，其承载力无量纲关系 曲线近似为一曲线近似为一“四分之一圆四分之一圆”。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，可能出现两

29、种破坏形作用下，可能出现两种破坏形 式：式：螺杆受剪兼受拉破坏、螺杆受剪兼受拉破坏、孔孔 壁的承压破坏；壁的承压破坏；3 3、计算时，假定剪力由螺栓群均、计算时，假定剪力由螺栓群均 匀承担，匀承担，拉力由受力情况确定。拉力由受力情况确定。77 规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺螺杆杆受剪兼受拉受剪兼受拉破坏，应满足：破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：为了防止孔壁的承压破坏，应满足：)593(122 bttbvvNNNN)603( bcvNNbVVNNbttNN011a ab b78 另外另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接，拉力和

30、剪力共同作用下的普通螺栓连接，当当有承托承担全部剪力时有承托承担全部剪力时，螺栓群按受拉连接计算。，螺栓群按受拉连接计算。 承托与柱翼缘的连接角焊缝按承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：下式计算：)613( wfewffhlN 式中：式中： 考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数，考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数， 一般取一般取=1.25=1.251.351.35； 其余符号同前。其余符号同前。M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)V连接角焊缝连接角焊缝79例例3.8 3.8 拉剪扭作用计算拉剪扭作用计算例例3.7 3.7 角钢拼接：净截面强度！角钢拼接：净截面强度！例例3.9 3.9 拉剪弯作用计

31、算拉剪弯作用计算80高强螺栓由高强螺栓由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经钢加工而成，并经过热处理过热处理45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓3.7 3.7 高强度螺栓连接计算高强度螺栓连接计算81一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力 按受力特征的不同按受力特征的不同高强度螺栓分为两类：高强度螺栓分为两类： 摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递内力通过板件间摩擦力传递内力， 破坏准则为克服摩擦力破坏准则为克服摩擦力；

32、承压型承压型高强度螺栓高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似受力特征与普通螺栓类似。1 1、高强度螺栓预拉力的建立方法、高强度螺栓预拉力的建立方法 通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法：通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： A A、转角法、转角法 施工方法：施工方法： 初拧初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 82终拧终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 角度，一般为角度，一般为120120o o180180o o完成终拧。完成终拧。特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止

33、欠拧、漏拧 和超拧；和超拧；B B、扭矩法、扭矩法 施工方法：施工方法： 初拧初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的用力矩扳手拧至终拧力矩的30%30%50%50%，使，使 板件贴紧密；板件贴紧密； 终拧终拧初拧基础上，按初拧基础上，按100%100%设计终拧力矩拧紧。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。特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。83C C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）施工方法：施工方法： 初拧初拧拧至终拧力矩的拧至终拧力矩的60%60%80%80%； 终拧终拧初拧基础上，以扭断螺栓杆尾部为准。初拧基础上，以扭断螺

34、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：高强度螺栓的施工要求： 由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：1 1）终拧力矩偏差不应大于）终拧力矩偏差不应大于10%10%；2 2）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；）如发现欠、漏和超拧螺栓应更换；3 3）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。）拧固顺序先主后次，且当天安装，当天终拧完。 如工字型梁为：如工字型梁为：上翼缘上翼缘下翼缘下翼缘腹板腹板。842

35、2、高强度螺栓预拉力的确定、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高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强有效抗拉强度度确定的，并考虑了以下修正系数：确定的，并考虑了以下修正系数：考虑材料的不均匀性的折减系数考虑材料的不均匀性的折减系数0.90.9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0.90.9；考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数的降低除以系数1.21.2。附加安全系数附加安全系数0.90.9。 因此，预拉力：因此，预拉力：)623(2 . 19 . 09 . 09

36、 . 0 uefAPA Ae e螺纹处有效截面积；螺纹处有效截面积；f fu u螺栓热处理后的最抵抗拉强度；螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.88.8级，取级，取f fu u =830N/mm =830N/mm2 2， 10.910.9级，取级，取f fu u =1040N/mm =1040N/mm2 2853 3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数F摩擦型高强度螺栓是通过板件间摩擦力传递内力的，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（而摩擦力的大小取决于板件间的挤压力（P P）和板）和板件间的抗滑移系数件间的抗滑移系数 ；F板件间的

37、抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢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，号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小其大小随板件间的挤压力的减小而减小； 规范给出了预拉力值和不同钢材在不同接触面处理规范给出了预拉力值和不同钢材在不同接触面处理方法下的抗滑移系数方法下的抗滑移系数, ,如下表如下表86874 4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力(1)(1)抗剪连接工作性能抗剪连接工作性能 受力过程与普通螺栓相似，受力过程与普通螺栓相似，分为四个阶段：分为四个阶段：摩擦传力的弹性摩擦传力的弹性阶段阶段、滑移阶段滑移阶段、栓杆传力的弹栓

38、杆传力的弹性阶段性阶段、弹塑性阶段弹塑性阶段。 但比较两条但比较两条N N曲线可知，曲线可知，由于高强度螺栓因连接件间存在由于高强度螺栓因连接件间存在很大的摩擦力，故其第一个阶段很大的摩擦力，故其第一个阶段远远大于普通螺栓。远远大于普通螺栓。高强度高强度螺栓螺栓NO12341234普通螺栓普通螺栓abNN/2N/288A、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓摩擦型摩擦型连接连接，其，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为其极限状态为1点而不是点而不是4点，所以点，所以1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：型连接的

39、抗剪承载力：NO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓abNN/2N/2)633(9 . 0 PnNfbv 式中：式中：0.90.9抗力分项系数抗力分项系数R R的倒的倒 数数(R R=1.111);=1.111); n nf f传力摩擦面数目传力摩擦面数目; ; -摩擦面抗滑移系数摩擦面抗滑移系数; ; P P预拉力设计值预拉力设计值. .（2 2）抗剪连接单栓承载力）抗剪连接单栓承载力89B、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓承压型抗剪连接承压型抗剪连接，允许接触面发生相对滑移，破坏准允许接触面发生相对滑移，破坏准则为连接达到其极限状态则为连接达到其极限状态4点，所以点，所以高强

40、度螺栓承压型连接的单栓抗剪高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。承载力计算方法与普通螺栓相同。NO12341234高强度高强度螺栓螺栓普通螺栓普通螺栓)643(42 bvevbvfdnN )653(bcbc ftdN )663(minmin bcbvbNNN，单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：抗剪承载力抗剪承载力：承压承载力承压承载力：905 5、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力、高强度螺栓抗拉连接工作性能和单栓承载力 当外拉力为零，即当外拉力为零，即N=0=0时：时：P=C； 当外拉力为当外拉力为Nt时：板件有被拉开趋势，时：板件有被拉开趋势，板件间的压力板件间的压

41、力C减减小为小为Cf，栓杆拉力栓杆拉力P增加为增加为Pf，由力及变形协调得：，由力及变形协调得：NPCP+ +P=Pf fC- -C=Cf fNtA Ab b栓杆截面面积；栓杆截面面积；A Ap p板件挤压面面积；板件挤压面面积；板叠厚度。板叠厚度。)693(1 bptfAANPPpfbfftfEACCEAPPCNP91二、高强度螺栓群的抗剪计算二、高强度螺栓群的抗剪计算1 1、轴心力作用、轴心力作用 假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：对于摩擦型连接：对于摩擦型连接：bvNNn 对于承压型连接：对于承压型连接：bNNnmin NN92NNbt tt t1 1b

42、1 高强度螺栓群轴心力作用下高强度螺栓群轴心力作用下, ,为了防止板件被拉断为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算尚应进行板件的净截面验算. .A A、高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓摩擦型连接主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面。截面。11 主主板板厚厚度度。主主板板宽宽度度；螺螺栓栓孔孔直直径径；钢钢材材强强度度设设计计值值其其中中： tbdftdnbAfANnn0011 ,1 ,; 考虑孔前传力考虑孔前传力50%得：得： 连连接接一一侧侧的的螺螺栓栓总总数数。计计算算截截面面上上的的螺螺栓栓数数； nnnnNN115 . 011-1截面的内力为：截面的内力为：932 2、扭矩或

43、扭矩、剪力共同作用下扭矩或扭矩、剪力共同作用下 计算方法与普通螺栓相同，即：计算方法与普通螺栓相同，即： FTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F剪力剪力F作用下每个螺栓受力作用下每个螺栓受力：nFNF 194三、高强度螺栓群的抗拉计算三、高强度螺栓群的抗拉计算1 1、轴心力作用、轴心力作用 假定各螺栓均匀受力，故所假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：需螺栓数：btNNn N2 2、弯矩作用下、弯矩作用下 由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力力P P，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧，故在弯矩作用下，连接板件接触面始终处于紧密接触

44、状态，弹性性能较好，可认为是密接触状态，弹性性能较好，可认为是一个整体一个整体, ,所所以假定以假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺，最外侧螺栓受力最大。栓受力最大。M95MM1 2 3 4y1y2N1N2N3N4受压区受压区中中和和轴轴)833(2211 nnyNyNyNM由力学可得：由力学可得：)823(332211 nnyNyNyNyN)843(1211 niiyyMN设计时满足下式即可：设计时满足下式即可：)853(1 btNN963 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强度螺栓连接，螺栓最大拉力不应大作用下的高强度螺栓连接，

45、螺栓最大拉力不应大于于0.8P，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以，以保证板件紧密贴合，端板不会被拉开，所以摩擦型和承压型均可采用以下方法摩擦型和承压型均可采用以下方法（叠加法叠加法）计算计算: :)863(12111 btniiMNyyMnNNnNNNe1 2 3 4M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下97四、高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的连接计算四、高强度螺栓群在拉力和剪力共同作用下的连接计算NVnVNv 单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的拉力：单个螺栓所受的拉力：nNNt 1 2 3 4NVN作用下作用下V作用下作用下

46、98、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓承压型承压型连接应满足：连接应满足：、对于高强度螺栓、对于高强度螺栓摩擦型摩擦型连接应满足：连接应满足：1 bvvbttNNNN122 bttbvvNNNN2 . 1bcvNN 所以：所以：99五、高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的五、高强度螺栓群在拉力、弯矩和剪力共同作用下的 连接计算连接计算1、采用高强度螺栓摩擦型连接时采用高强度螺栓摩擦型连接时 1号螺栓在号螺栓在N、M作用下所受拉力如前所述应满足：作用下所受拉力如前所述应满足：MNVPNyyMnNNbtniit8 .01211 1 2 3 4M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下1002 2、采用高强度螺栓承压型连接时、采用高强度螺栓承压型连接时螺栓的强度计算公式：螺栓的强度计算公式：nVNv 1单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的剪力：单个螺栓所受的最大拉力：单个螺栓所受的最大拉力： niityyMnNN121112121 bttbvvNNNN2 . 1:1bcvNN 且且MNV1 2 3 4M=NeNy1y2N1N2N3N4中中和和轴轴M作用下作用下N作用下作用下VV作用下作用下101例例3.10 3.10 盖板拼接，轴心力作用盖板拼接，轴心力作用例例3.11 3.11 牛腿与柱连接，弯剪作用牛腿与柱连接，弯剪作用