1、第六、七講 對接焊縫與螺栓的構造和計算本本章內容章內容：(1) (1) 鋼結構的連接方法鋼結構的連接方法 (2) (2) 焊接方法和焊接連接形式焊接方法和焊接連接形式 (3) (3) 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 (4) (4) 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算 (5) (5) 螺栓連接的構造螺栓連接的構造 (6) (6) 普通螺栓連接的工作性能和計算普通螺栓連接的工作性能和計算 (7) (7) 高強度螺栓連接的工作性能和計算高強度螺栓連接的工作性能和計算本章重點本章重點：角焊縫的構造與計算，普通螺栓連接的計角焊縫的構造與計算，普通螺栓連接的計 算，高強度螺栓連接的計算。算，高

2、強度螺栓連接的計算。本章難點本章難點：如何運用相關公式進行各種連接計算。如何運用相關公式進行各種連接計算。坡口型式：厚度很小，手工焊坡口型式：厚度很小，手工焊6mm6mm，埋弧焊，埋弧焊10mm10mm時時 直邊縫直邊縫； 一般厚度一般厚度，單邊單邊V V形或形或V V形形坡口坡口；厚度較大，厚度較大，20mm20mm，U U形、形、K K形或形或X X 形形坡口坡口。 3 34 4 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算一、一、 對接焊縫的構造對接焊縫的構造1 1、坡口形式、坡口形式圖圖3.40 3.40 對接焊縫的坡口形式對接焊縫的坡口形式(a)(a)直邊縫；直邊縫；(b)(b)單邊單邊

3、V V形坡口；形坡口； (c)(c) V V形坡口；形坡口； (d)(d) U U形坡口；形坡口； (e)(e) K K形坡口；形坡口； (f)(f) X X形坡口形坡口直邊縫：適合板厚t 10mm單邊V形：適合板厚t 1020mm雙邊V形：適合板厚t 1020mmU形：適合板厚t 20mmK形：適合板厚t 20mmX形：適合板厚t 20mm 應用應用 拼接處，當焊件的寬度或厚度相差拼接處，當焊件的寬度或厚度相差4mm4mm以上時，從一側或以上時，從一側或兩側做坡度不大于兩側做坡度不大于1 1：2.52.5 （承受動力荷載且需要進行疲勞（承受動力荷載且需要進行疲勞計算的結構不大于計算的結構不大

4、于1 1：4 4）的斜角，平緩過渡。的斜角，平緩過渡。 靜力荷載作用時允許不設。靜力荷載作用時允許不設。當不設引弧板時，每條焊縫當不設引弧板時，每條焊縫計算長度等于實際長度減計算長度等于實際長度減2 hf（ hf為焊腳尺寸為焊腳尺寸）。）。 起落弧處起落弧處, ,宜加引弧板宜加引弧板( (引出板引出板) )。2 2、截面的改變、截面的改變3 3、引弧板、引弧板圖圖3.41 3.41 鋼板拼接鋼板拼接(a)改變寬度；改變寬度；(b)改變厚度改變厚度圖圖3.42 3.42 用引弧板和引出板焊接用引弧板和引出板焊接4 4、對接焊縫又可分為、對接焊縫又可分為焊透焊透的和的和未焊透未焊透的兩種的兩種焊縫

5、。焊縫。 焊透的對接焊縫強度高，傳力性能好，焊透的對接焊縫強度高，傳力性能好，一般對接焊縫多采用焊透的，只有構件較一般對接焊縫多采用焊透的，只有構件較厚，內力較小時，方可采用未焊透的焊縫厚，內力較小時，方可采用未焊透的焊縫. .焊縫強度與鋼材強度比較：-質量檢驗為一、二級時質量檢驗為一、二級時, ,焊縫強度與鋼材強度相等；焊縫強度與鋼材強度相等；-質量檢驗為三級時質量檢驗為三級時, , 抗壓強度、抗剪強度與鋼材強度相等，抗壓強度、抗剪強度與鋼材強度相等， 抗拉強度等于抗拉強度等于0.85%0.85%的母材強度。的母材強度。 受拉連接受拉連接, ,三級檢驗時三級檢驗時, ,進行焊縫強度驗算。進行

6、焊縫強度驗算。對接焊縫的計算公式與構件強度公式相同。對接焊縫的計算公式與構件強度公式相同。焊縫可視為構件的組成部分；焊縫可視為構件的組成部分；焊縫中應力分布基本同構件。焊縫中應力分布基本同構件。二、二、對接焊縫的計算對接焊縫的計算1 1、焊透的對接焊縫的計算、焊透的對接焊縫的計算(1)(1)軸心受力對接焊縫軸心受力對接焊縫時時, ,強度可不進行驗算。強度可不進行驗算。N N 軸心拉力或壓力；軸心拉力或壓力；l lw w 焊縫的計算長度，未采用引弧板焊縫的計算長度，未采用引弧板, ,實際長度減實際長度減2 2t t 。t t 對接連接中對接連接中, ,連接件連接件較小厚度較小厚度；T T形連接中

7、形連接中, , 腹板厚度。腹板厚度。注：當注：當wwtcwNffl t 或 圖圖3.43 3.43 對接焊縫受軸心力對接焊縫受軸心力tan1.5wtwftlNsinwcf或或 wvwftlNcos直縫直縫斜縫斜縫(2)(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫圖圖3.44 3.44 對接焊縫受彎矩和剪力聯合作用對接焊縫受彎矩和剪力聯合作用(a) (a) 鋼板對接接頭；鋼板對接接頭；(b)(b)工字形截面梁的對接接頭工字形截面梁的對接接頭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Iw-焊縫截面慣性矩焊縫截面慣性矩-焊縫抗剪強度設計

8、值焊縫抗剪強度設計值tl lw wMV a)a)矩形截面矩形截面 截面正應力截面正應力wmaxt2ww6MMfWl twwmaxvww32VSVfI tl t截面剪應力截面剪應力wvf圖圖3.45 3.45 對接焊縫矩形截面對接焊縫矩形截面wtf1 . 132121hh0max1 在腹板與翼緣交接處，驗算折算應力在腹板與翼緣交接處，驗算折算應力tIVSww11t t1 1Sw1w1-翼緣對中和軸的面積矩翼緣對中和軸的面積矩, ,b b b)b)工字形截面工字形截面 最大正應力最大正應力: :wmaxt2ww6MMfWl twwmaxvww32VSVfI tl t最大剪應力最大剪應力: :01w

9、1122htSbt, h h0 0為腹板高度腹板高度圖圖3.46 3.46 工字形截面工字形截面 例例 3.43.4計算工字形截面牛腿與鋼柱連接的對接焊縫強度計算工字形截面牛腿與鋼柱連接的對接焊縫強度( (圖圖3.50)3.50)。 F F=550kN(=550kN(設計值設計值) )，偏心距，偏心距e e=300mm=300mm。鋼材為。鋼材為Q235BQ235B，焊條為焊條為E43E43型，手工焊。焊縫為三級檢驗標準，上、下翼緣加型，手工焊。焊縫為三級檢驗標準，上、下翼緣加引弧板和引出板施焊。引弧板和引出板施焊。圖圖3.47 3.47 例例3.43.4圖圖a a）最大正應力）最大正應力 解

10、解 ：截面幾何特征值和內力截面幾何特征值和內力: :324x11.2 382 1.6 26 19.838105cm12I 3x126 1.6 19.8824cmS550kNVF550 0.30165kN mM 62max4x165 1020689.2N/mm238105 10M hIw2t185N/mmfc c）“1 1”點的折算應力點的折算應力b b）最大剪應力）最大剪應力3xmax4x550 10190(260 16 198 190 1238105 10122VSI t2w2v125.1N/mm125N/mmf21max19082.3N/mm206332x114x550 10824 109

11、9.1N/mm38105 1012VSI t2222211382.33 99.1190.4N/mm 21.1 185203.5N/mm3-5 焊接應力和焊接變形焊接應力和焊接變形一、一、 焊接應力的分類和產生的原因焊接應力的分類和產生的原因 焊接殘余應力焊接殘余應力（weldingweldingresidualresidualstressesstresses）簡稱焊接應簡稱焊接應力：力：焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產生的應力，由此約束而產生的應力 縱向焊接應力：縱向焊接應力：沿焊縫長度方向；沿焊縫長度方向； 橫向焊接應

12、力：橫向焊接應力：垂直于焊縫長度方向且平行于構件表面的垂直于焊縫長度方向且平行于構件表面的應力應力 ； 沿厚度方向焊接應力：沿厚度方向焊接應力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構件垂直于焊縫長度方向且垂直于構件表面的應力表面的應力 a)b)c)d)e)1 1、縱向焊接應力、縱向焊接應力沿焊縫長度方向沿焊縫長度方向圖圖3.48 3.48 施焊時焊縫及附近的溫度場和焊接殘余應力施焊時焊縫及附近的溫度場和焊接殘余應力(a)(a)、(b)(b)施焊時焊縫及附近的溫度場施焊時焊縫及附近的溫度場(c)(c)鋼板上縱向焊接應力鋼板上縱向焊接應力焊縫區產生縱向焊縫區產生縱向拉應力拉應力焊縫稍遠區段產焊縫稍遠區段產生

13、壓應力生壓應力 2 2、橫向焊接應力、橫向焊接應力垂直于焊縫長度方向垂直于焊縫長度方向3 3、厚度方向的焊接應力、厚度方向的焊接應力圖圖3.49 3.49 焊縫的橫向焊接應力焊縫的橫向焊接應力圖圖3.50 3.50 厚板中的焊接殘余應力厚板中的焊接殘余應力厚板焊接需多層厚板焊接需多層施焊施焊縱向、橫向和厚縱向、橫向和厚度方向形成三向度方向形成三向應力，大大降低應力，大大降低連接的塑性連接的塑性二、二、 焊接應力對結構性能的影響焊接應力對結構性能的影響對常溫下承受靜力荷載結構的強度沒有影對常溫下承受靜力荷載結構的強度沒有影響，但剛度降低；響，但剛度降低；由于焊接應力使焊縫處于三向應力狀態，由于焊

14、接應力使焊縫處于三向應力狀態，阻礙了塑性變形，裂紋易發生和發展；阻礙了塑性變形，裂紋易發生和發展； 降低疲勞強度；降低疲勞強度； 降低壓桿的穩定性；降低壓桿的穩定性； 使構件提前進入彈塑性工作階段；使構件提前進入彈塑性工作階段；三、三、焊接變形焊接變形 焊接變形是焊接構件經局部加熱冷卻后產生的不可回復變焊接變形是焊接構件經局部加熱冷卻后產生的不可回復變形，包括縱向收縮、形，包括縱向收縮、 橫收縮、角變形、彎曲變形或扭曲變形橫收縮、角變形、彎曲變形或扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。等，通常是幾種變形的組合。 四、四、減小焊接應力和焊接變形的措施減小焊接應力和焊接變形的措施1 1、設計上的措施、

15、設計上的措施（1 1）焊接位置的安排要合理；）焊接位置的安排要合理；（2 2）焊縫尺寸要適當；）焊縫尺寸要適當；（3 3）焊縫的數量宜少，且不宜過分集中；）焊縫的數量宜少，且不宜過分集中；（4 4）應盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉；）應盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉；（5 5）盡量避免在母材厚度方向的收縮應力。）盡量避免在母材厚度方向的收縮應力。圖圖3.51 3.51 減小焊接應力和焊接變形影響的設計措施減小焊接應力和焊接變形影響的設計措施(a)(a)、(c)(c)、(e)(e)、(g) (g) 、(i)(i)推薦；推薦；(b)(b)、 (d)(d)、(f)(f)、(h)(h)、(j)(j)不

16、推薦不推薦 2 2、工藝上的措施、工藝上的措施（1 1）采用合理的施焊次序；）采用合理的施焊次序； （2 2）采用反變形；）采用反變形；（3 3）對于小尺寸焊件，焊前預熱，或焊后回火）對于小尺寸焊件，焊前預熱，或焊后回火 加熱加熱600600左右，然后緩慢冷卻，可以部左右，然后緩慢冷卻，可以部 分消除焊接應力和焊接變形。也可采用剛分消除焊接應力和焊接變形。也可采用剛 性固定法將構件加以固定來限制焊接變形，性固定法將構件加以固定來限制焊接變形， 但增加了焊接殘余應力。但增加了焊接殘余應力。 圖圖3.52 3.52 合理的施焊次序合理的施焊次序(a)(a)分段退焊；分段退焊；(b)(b)沿厚度分層

17、焊；沿厚度分層焊；(c)(c)對角跳焊；對角跳焊；(d)(d)鋼板分塊拼接鋼板分塊拼接圖圖3.53 3.53 焊接前反變形焊接前反變形 規格：規格：形式為大六角頭型，形式為大六角頭型，其代號用字母其代號用字母M M與公稱直徑表示。與公稱直徑表示。常用常用M16M16、M20M20、M24M24。 螺栓的排列螺栓的排列：并列、錯列。并列、錯列。3-6 螺栓連接的構造螺栓連接的構造一、一、 螺栓的排列螺栓的排列簡單、統一、整齊而緊湊簡單、統一、整齊而緊湊并列和錯列兩種形式：并列和錯列兩種形式：并列比較簡單整齊，并列比較簡單整齊，連接板尺寸小，但對構件截面削弱較大連接板尺寸小，但對構件截面削弱較大

18、錯列可以減小螺栓孔對截面的削弱，錯列可以減小螺栓孔對截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大但螺栓孔排列不如并列緊湊，連接板尺寸較大 螺栓的排列要滿足以下三個方面的要求：螺栓的排列要滿足以下三個方面的要求： （1 1）受力要求）受力要求：端距過小，端部撕裂；受壓，順內力方向，端距過小，端部撕裂；受壓，順內力方向， 中距過大，鼓曲。中距過大，鼓曲。 （2 2）構造要求）構造要求：螺栓間距不能太大，避免壓不緊潮氣進入螺栓間距不能太大，避免壓不緊潮氣進入 導致腐蝕。導致腐蝕。 （3 3）施工要求）施工要求：螺栓間距不能太近，滿足凈空要求，便于螺栓間距不能太近，滿足凈空要求，便于 安裝。安

19、裝。 規范規范制定出螺栓排列最大、最小容許距離制定出螺栓排列最大、最小容許距離（書中表（書中表3-43-4）, ,在型鋼上排列的螺栓還應符合各在型鋼上排列的螺栓還應符合各自線距和最大孔徑的要求自線距和最大孔徑的要求. .圖圖3.54 3.54 鋼板的螺栓鋼板的螺栓( (鉚釘鉚釘) )排列排列(a) (a) 并列；并列；(b)(b)錯列錯列螺栓或鉚釘的最大、最小容許長度螺栓或鉚釘的最大、最小容許長度圖圖3.55 3.55 型鋼的螺栓型鋼的螺栓( (鉚釘鉚釘) )排列排列 1 1、每一桿件在節點上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數不宜少于兩個；、每一桿件在節點上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數不宜少

20、于兩個； 2 2、直接承受動力荷載的普通螺栓受拉連接應采用雙螺帽或其他防止螺帽松、直接承受動力荷載的普通螺栓受拉連接應采用雙螺帽或其他防止螺帽松動的有效措施；動的有效措施； 3 3、由于、由于C C級螺栓級螺栓與孔壁有較大間隙，與孔壁有較大間隙，只宜用于沿其桿軸方向受拉的連接只宜用于沿其桿軸方向受拉的連接。承承受靜力荷載結構受靜力荷載結構的次要連接、可拆卸結構的連接和的次要連接、可拆卸結構的連接和臨時固定構件用臨時固定構件用的安的安裝連接中，也可用裝連接中，也可用C C級級 螺栓受剪。螺栓受剪。 4 4、當采用高強螺栓連接時，拼接件不能采用型鋼，只能采、當采用高強螺栓連接時，拼接件不能采用型鋼

21、，只能采 用鋼板。用鋼板。( (型鋼型鋼抗彎剛度大，不能保證摩擦面緊密結合抗彎剛度大，不能保證摩擦面緊密結合) ) 5 5、沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板，應適當增強其剛度，以減少撬力、沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板，應適當增強其剛度，以減少撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。對螺栓抗拉承載力的不利影響。二、二、 螺栓連接的構造要求螺栓連接的構造要求剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓桿剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓桿垂直于垂直于力線力線按受力情況分為按受力情況分為拉力螺栓（抗拉螺栓）：拉力螺栓（抗拉螺栓）：螺栓桿螺栓桿平行于平行于力線力線既受剪又受拉的螺栓既受剪又受拉的螺栓NNNNNNF 3-7 普通螺栓

22、連接的工作性能和計算普通螺栓連接的工作性能和計算圖圖3.56 3.56 普通螺栓連接普通螺栓連接抗剪連接抗拉連接抗剪連接抗剪連接板件之間有板件之間有相互錯動相互錯動的趨勢的趨勢抗拉連接抗拉連接板件之間有板件之間有相互脫開相互脫開的趨勢的趨勢圖圖3.57 3.57 抗剪連接與抗拉連接抗剪連接與抗拉連接 普通螺栓按加工精度可分為：普通螺栓按加工精度可分為：1. 1. 粗制螺栓（粗制螺栓（C C級）級）級、級8 . 4)6 . 0,/400(6 . 40 . 35 . 120uyuffmmNfmmdd螺桿直徑螺孔直徑dd0優點優點：安裝簡單，便于拆裝；：安裝簡單，便于拆裝；缺點缺點：螺桿與鋼板孔壁不

23、夠緊密，傳遞剪力時，連接變形較大。：螺桿與鋼板孔壁不夠緊密，傳遞剪力時，連接變形較大。 宜用于宜用于承受拉力承受拉力的連接中，或用于的連接中，或用于次要結構次要結構和和可拆卸結構可拆卸結構 的受剪連接及安裝時的的受剪連接及安裝時的臨時固定臨時固定。2. 2. 精制螺栓（精制螺栓（ A A、B B級）級）級、級6 . 5)8 . 0,/800(8 . 85 . 03 . 020uyuffmmNfmmdd優點優點：受力性能好；：受力性能好；缺點缺點：安裝費時費工，且費用較高。：安裝費時費工，且費用較高。 目前建筑結構中已較少使用。目前建筑結構中已較少使用。一、一、普通螺栓的抗剪連接（受剪螺栓連接）

24、普通螺栓的抗剪連接（受剪螺栓連接）1 1、抗剪連接的工作性能、抗剪連接的工作性能N圖圖3.58 3.58 單個螺栓抗剪試驗結果單個螺栓抗剪試驗結果 高強度螺栓高強度螺栓 普通螺栓普通螺栓 從加載至破壞經歷以下四個階段：從加載至破壞經歷以下四個階段：（1 1）彈性階段（）彈性階段（0101段）段） 加載初，荷載小，連接中剪力小，荷載靠構件間接觸加載初，荷載小，連接中剪力小，荷載靠構件間接觸面的摩擦力傳遞，栓桿與孔壁之間的間隙保持不變。面的摩擦力傳遞，栓桿與孔壁之間的間隙保持不變。（2 2）滑移階段（）滑移階段（1212段）段） 剪力達到摩擦力最大值，板件間產生相對滑移，直至剪力達到摩擦力最大值，

25、板件間產生相對滑移，直至栓桿與孔壁接觸。栓桿與孔壁接觸。（3 3）栓桿直接傳力的彈性階段）栓桿直接傳力的彈性階段 外力主要是靠螺栓受剪和孔壁受擠壓傳遞，曲線上升，外力主要是靠螺栓受剪和孔壁受擠壓傳遞，曲線上升，3 3點，螺栓或連接板達到彈性極限。點，螺栓或連接板達到彈性極限。（4 4）彈塑性階段）彈塑性階段 在此階段即使荷載增量很小，連接的剪切變形迅速加在此階段即使荷載增量很小，連接的剪切變形迅速加大，直至連接破壞。大，直至連接破壞。4 4點點-極限荷載。極限荷載。抗剪螺栓的破壞形式：抗剪螺栓的破壞形式：螺栓桿被剪斷螺栓桿被剪斷板件被擠壞（孔壁承壓破壞）板件被擠壞（孔壁承壓破壞）板件被拉斷板件

26、被拉斷板件沖剪破壞板件沖剪破壞螺栓桿彎剪破壞螺栓桿彎剪破壞螺栓雙剪破壞螺栓雙剪破壞 針對以上破壞形式，應采取以下措施針對以上破壞形式，應采取以下措施: : 1 1）通過計算保證螺栓抗剪）通過計算保證螺栓抗剪 2 2）通過計算保證螺栓抗擠壓）通過計算保證螺栓抗擠壓 3 3）通過計算保證板件有足夠的拉壓強度）通過計算保證板件有足夠的拉壓強度 4 4）螺栓端距）螺栓端距2 2d d 0 0 避免鋼板被拉豁避免鋼板被拉豁螺栓桿彎剪彎剪和雙剪雙剪兩種破壞形式不常見，計算不考慮，一般靠構造滿足；板件被拉斷板件被拉斷破壞形式屬于構件的強度計算；板件被沖剪板件被沖剪破壞形式由螺栓端距2d d0 0來保證；抗剪

27、螺栓連接計算只考慮螺栓桿被剪斷螺栓桿被剪斷和孔壁承壓孔壁承壓破壞破壞兩種破壞形式；抗剪承載力設計值抗剪承載力設計值bvvbvfdnN4242dnv -受剪面數目受剪面數目, , 單剪單剪n nv v =1.0 , =1.0 , 雙剪雙剪n nv v=2.0 , =2.0 , 四剪四剪n nv v=4.0 =4.0 。d -螺栓桿直徑螺栓桿直徑 。NNNNNNFNN2 2、單個普通螺栓抗剪連接的承載力、單個普通螺栓抗剪連接的承載力N/2NN/2圖圖3.60 3.60 抗剪螺栓連接抗剪螺栓連接 單個螺栓承載力設計值單個螺栓承載力設計值bcbvbNNN,minmin承壓承載力設計值承壓承載力設計值b

28、cbcftdNtt - -同一受力方向承壓同一受力方向承壓 板較小總厚度。板較小總厚度。N/2N/2N圖圖3.61 3.61 螺栓承壓螺栓承壓 單個螺栓所受的力單個螺栓所受的力N N1 1bNnNNmin10115dl 時，對承載力進行修正：時，對承載力進行修正：所需螺栓數所需螺栓數n:n:bNNnminbNnNNmin17 . 01501 . 101dl強度折減系數bNNnmin3 3、普通螺栓群抗剪連接、普通螺栓群抗剪連接普通螺栓群軸心受剪普通螺栓群軸心受剪圖圖3.62 3.62 長接頭螺栓的內力分布長接頭螺栓的內力分布l1普通螺栓群普通螺栓群軸心受剪軸心受剪的計算流程的計算流程bcbVN

29、N 、計算bcbVbNNN，minmin0115dl bNNnminbNNnmin7 . 01501 . 101dl）排列螺栓取整數按規定（表 4 . 3是否 例例 3.53.5設計兩塊鋼板用普通螺栓的蓋板拼接設計兩塊鋼板用普通螺栓的蓋板拼接( (圖圖3.60)3.60)。已知。已知軸心拉力的設計值軸心拉力的設計值N N=325kN=325kN，鋼材為，鋼材為Q235AQ235A，螺栓直徑，螺栓直徑d d=20mm=20mm（粗制螺栓）。（粗制螺栓）。圖圖3.63 3.63 例例3.53.5圖圖受剪承載力設計值受剪承載力設計值kNNfdnNbvvbv9 .878790014042014. 32

30、422承壓承載力設計值承壓承載力設計值kNNftdNbcbc8 .4848800305820一側所需螺栓數一側所需螺栓數n:n:7 .68 .48325minbNNn取取8 8個。個。 解解 ：假定：假定：板件絕對剛性；螺栓彈性；板件絕對剛性；螺栓彈性； 扭矩作用下螺栓受力與螺栓到旋轉中心距離成正比。扭矩作用下螺栓受力與螺栓到旋轉中心距離成正比。V=F (V=F (剪力剪力) )T=Fe (T=Fe (扭矩扭矩) )bNNmin1滿足滿足: :普通螺栓群偏心受剪普通螺栓群偏心受剪圖圖3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪212121yxra) a) 計算計算T T作用下單個螺栓受力作

31、用下單個螺栓受力(N(N1 1=?)=?)圖圖3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(c)(c)T1T2T12iiNNNrrr22T1T1rNNrT1T1iirNNr1T 12T 2T=iiT N rN rN r圖圖3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(c)(c)T1T1iirNNr2222121T2TiT1T1111=iirrrrT NNNNrrrr11T2iTrNr圖圖3.61(c)3.61(c)螺栓螺栓1 1所承受的力為：所承受的力為：111T222()iiiTrTrNrxy圖圖3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(c)(c)受力最大的螺栓受力最大的螺栓

32、1 1所承受的力為：所承受的力為：111T222()iiiTrTrNrxy其分力為：其分力為：1111Tx1T2221iiiyTyTyNNrrxy1111Ty1T2221iiixTxTxNNrrxyc) c) 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪: :b) b) 剪力剪力V V作用下：作用下：圖圖3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(b)(b)圖圖3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(d)(d)1TxN 螺栓群偏心受剪時螺栓群偏心受剪時, ,受力最大受力最大的螺栓的螺栓1 1所受的合力為所受的合力為: :1FFNnTyN1min21121)(bFTyTxNNNN圖圖3.64 3

33、.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(e)(e)圖圖3.64 3.64 螺栓群偏心受剪螺栓群偏心受剪(b)(b)1Tx0N11Ty2iTxNx1Ty0N11Tx2iTyNy(1)(1)當當x x 3 3y y時時, , y yi i=0=0(2)(2)當當y 3x時時, , xi i=0=0普通螺栓群普通螺栓群偏心受剪偏心受剪的計算流程的計算流程，按規定排列螺栓選定數目nbcbVbNNN，minminTV和到將偏心力向形心簡化得1找出受力最大的螺栓bcbVNN 、計算nVNVy122112211iiTyiiTxyxxTNyxyTN，bVyTyTxNNNNmin21121結束是否 例例 3.63

34、.6 設計圖設計圖3.62 3.62 所示的普通螺栓拼接。柱翼緣厚度為所示的普通螺栓拼接。柱翼緣厚度為10mm,10mm,連接板厚度為連接板厚度為8mm,8mm,鋼材為鋼材為Q235B,Q235B,荷載設計值為荷載設計值為F=150=150kN, ,偏心距為偏心距為e e=250mm, =250mm, 粗制螺栓粗制螺栓M22M22。圖圖3.65 3.65 例例3.63.6圖圖 解解 ：將力向形心簡化將力向形心簡化TFe150 0.25150kNVF37.5kN m2222221640)16484(610cmyxiikNyxyTNiixT6 .36164010165 .3722211kNyxxT

35、NiiyT7 .1316401065 .3722211扭矩作用下扭矩作用下1 1號螺栓受力號螺栓受力剪力作用下剪力作用下1 1號螺栓受力號螺栓受力kNnFNF15101501kNfdnNbvvbv2 .5314042214. 31422kNftdNbcbc7 .53305822kNNNNNTyFTx5 .46) 7 .1315(6 .3622211211kNNkNNb2 .535 .46min11 1號螺栓受力號螺栓受力承載力驗算承載力驗算二、二、普通螺栓的抗拉連接普通螺栓的抗拉連接圖圖3.66 3.66 受拉螺栓的撬力受拉螺栓的撬力圖圖3.67 T3.67 T形連接中螺栓受拉形連接中螺栓受拉

36、(a)(a)(b)(b)連接件剛度對螺栓抗拉承載力的影響：若與螺栓直接相連的翼緣板的剛度不是很大，由于翼緣的彎曲，使螺栓受到撬力的附加作用，桿力增加到：Nt=N+Q撬力的大小與翼緣板厚度、螺桿直徑、螺栓位置、連接總厚度等因素有關，準確求值非常困難我國規范將螺栓的抗拉強度設計值降低20%來簡化考慮撬力影響即: ftb0.8f一般來說，只要翼緣板厚度t20mm，且螺栓距離b不要過大，該簡化處理是可靠的。若翼緣板太薄，可采用加勁肋加強翼緣 btebtebtfdfAN42d de e螺栓的有效直徑；螺栓的有效直徑；btf 螺栓抗拉強度設計值螺栓抗拉強度設計值; ;有效有效直徑直徑凈直徑凈直徑平均平均直

37、徑直徑最大最大直徑直徑A Ae e螺栓的有效面積。螺栓的有效面積。1 1、單個普通螺栓的抗拉連接、單個普通螺栓的抗拉連接圖圖3.68 3.68 螺栓桿直徑螺栓桿直徑bttNnNNbtNNn n 螺栓數目。螺栓數目。2 2、普通螺栓群軸心受拉、普通螺栓群軸心受拉(a)(a)(b)(b)圖圖3.69 3.69 螺栓群承受軸心拉力螺栓群承受軸心拉力假設：螺栓受力與到旋轉中心距離成正比假設：螺栓受力與到旋轉中心距離成正比3 3、普通螺栓群彎矩受拉、普通螺栓群彎矩受拉(a)(a)(b)(b)(c)(c)(d)(d)圖圖3.70 3.70 普通螺栓彎矩受拉普通螺栓彎矩受拉nnyNyNyNM 2211nny

38、NyNyN 2211btiNyyMN211111212yyNNyyNNii12112112211211yyNyyNyyNyyNMin 圖圖3.70 3.70 普通螺栓彎矩受拉普通螺栓彎矩受拉(e)(e) 例例 3.73.7牛腿用牛腿用C C級普通螺栓以及承托與柱連接，如圖級普通螺栓以及承托與柱連接，如圖3.68 3.68 ，承受豎向荷載（設計值）承受豎向荷載（設計值）F=200=200kN，偏心距為，偏心距為e e=200mm=200mm。試設。試設計其螺栓連接。已知構件和螺栓均用計其螺栓連接。已知構件和螺栓均用Q235Q235鋼材，螺栓為鋼材，螺栓為M20M20，孔徑孔徑21.5mm21.5

39、mm。圖圖3.71 3.71 例例3.73.7圖圖 承托傳遞全部剪力承托傳遞全部剪力V,V,彎矩由螺栓連接傳遞彎矩由螺栓連接傳遞mkNVeMkNV442 . 0220220查表查表,M20,M20（Ae=245mmAe=245mm2 2）kNyyMNi7 .36)32024016080(2320104422223211單個螺栓最大拉力單個螺栓最大拉力 解解 ：bbtet1245 17041.7kN36.7kNNA fN單個螺栓的抗拉承載力設計值單個螺栓的抗拉承載力設計值滿足要求滿足要求. .大小偏心判別21min/iyNeynNN4 4、普通螺栓群偏心受拉、普通螺栓群偏心受拉根據偏心距的大小可

40、能出現小偏心受拉和大偏心受拉根據偏心距的大小可能出現小偏心受拉和大偏心受拉.圖圖3.72 3.72 螺栓群偏心受拉螺栓群偏心受拉、小偏心受拉（、小偏心受拉（以螺栓群形心為旋轉中心）以螺栓群形心為旋轉中心）)/(12nyyei1max2iM yNNnytmaxbNN021miniyNeynNN、大偏心受拉、大偏心受拉（以彎矩指向的最外排螺栓為旋轉中心）（以彎矩指向的最外排螺栓為旋轉中心）)/(12nyyeitmaxbNNtbiNyyeNN211 例例 3.83.8 設圖設圖3.703.70為一剛接屋架支座節點，豎向力由承托承為一剛接屋架支座節點，豎向力由承托承受。螺栓為受。螺栓為C C級，只承受

41、偏心拉力。設級，只承受偏心拉力。設N=250=250kN，e e=100mm=100mm。螺。螺栓布置如圖栓布置如圖3.70(a)3.70(a)所示。所示。圖圖3.73 3.73 例例3.83.8、例、例3.93.9圖圖螺栓有效截面的核心距：螺栓有效截面的核心距：即偏心力作用在核心距以內，屬小偏心受拉即偏心力作用在核心距以內，屬小偏心受拉 圖圖3.70(c).3.70(c).kNyyeNnNNi7 .3825015050425010025012250222121 解解 ：222214 (50150250 )116.7mm100mm12 250iyenyb32e1t/38.7 10 /17022

42、8mmANf需要的有效面積需要的有效面積：采用采用M20M20螺栓螺栓: :2e245mmA 例例3.93.9 同例同例3.83.8題，但取題，但取e e200mm200mm。 由于由于e e200mm200mm117mm117mm，應按大偏心受拉計算螺栓的，應按大偏心受拉計算螺栓的最大拉力。假設螺栓直徑為最大拉力。假設螺栓直徑為M22( M22( Ae=303mme=303mm2 2),),并假定中并假定中和軸在上面第一排螺栓處，則以下螺栓均為受拉螺栓和軸在上面第一排螺栓處，則以下螺栓均為受拉螺栓 圖圖3.70(d).3.70(d).kNyyNeNi1 .511002003004005002

43、50025020025022222211需要的螺栓有效面積：需要的螺栓有效面積：2234 .3036 .300170101 .51mmmmAe 解解 nVNV三、三、普通螺栓受剪力和拉力的聯合作用普通螺栓受剪力和拉力的聯合作用圖圖3.74 3.74 螺栓群受剪力和拉力聯合作用螺栓群受剪力和拉力聯合作用普通螺栓受剪力和拉力作用兩種可能破壞形式普通螺栓受剪力和拉力作用兩種可能破壞形式螺栓桿受剪受拉破壞；螺栓桿受剪受拉破壞；孔壁承壓破壞；孔壁承壓破壞；剪力和拉力無量綱化相關關系曲線得剪力和拉力無量綱化相關關系曲線得或或 1)22bttbvvNNNN（ 例例3.103.10設圖設圖3.723.72為短

44、橫梁與柱翼緣的連接，剪力為短橫梁與柱翼緣的連接，剪力V=250=250kN，e e=120mm=120mm，螺栓為，螺栓為C C級，梁端豎板下有承托。鋼材為級，梁端豎板下有承托。鋼材為Q235BQ235B，手，手工焊，焊條工焊，焊條E43E43型，試按考慮承托傳遞全部剪力型，試按考慮承托傳遞全部剪力V以及不承受剪以及不承受剪力力V兩種情況設計此連接。兩種情況設計此連接。圖圖3.75 3.75 例例3.1093.109圖圖1 1、承托傳遞全部剪力、承托傳遞全部剪力V, V, 螺栓群受彎矩作用螺栓群受彎矩作用設螺栓為設螺栓為M20M20（A Ae e=245mm=245mm2 2），），n=8n=

45、8（1 1）單個螺栓抗拉承載力）單個螺栓抗拉承載力（2 2）單個螺栓最大拉力）單個螺栓最大拉力（3 3）承托焊縫驗算）承托焊縫驗算 hf f =10mm=10mm 解解 ：250kNV 250 0.1230kN mMVebbtet245 17041.7kNNA f3b11t2222230 1040020kN41.7kN2 (100200300400 )tiMyNyNm y32few1.351.35 250 10150.7N/mm2 0.7 10 (1802 10)Vhl w2f160N/mmf（2 2）一個螺栓受力）一個螺栓受力（1 1）一個螺栓承載力）一個螺栓承載力2 2、不考慮承托傳遞剪力

46、、不考慮承托傳遞剪力V V（3 3）剪力和拉力聯合作用下）剪力和拉力聯合作用下22bbvvv3.14 20114044.0kN44dNnf bbcc20 20 305122kNNd t f bt41.7kNN t20kNN bvc25025kN122kN10VNNn2222vttbbvt20250.744144.041.7NNNN摩擦型：摩擦型：只靠摩擦阻力傳力只靠摩擦阻力傳力, ,以剪力達到接觸面的摩擦力作為以剪力達到接觸面的摩擦力作為 承載力極限狀態承載力極限狀態設計準則（設計準則（0 01 1） 承壓型：承壓型：以作用剪力達到栓桿抗剪或孔壁承壓破壞為承載力以作用剪力達到栓桿抗剪或孔壁承壓

47、破壞為承載力 極限狀態極限狀態設計準則（設計準則（0 04 4） 38 高強度螺栓連接的工作性能和計算高強度螺栓連接的工作性能和計算圖圖3.76 3.76 單個螺栓抗剪試驗結果單個螺栓抗剪試驗結果 高強度螺栓高強度螺栓 普通螺栓普通螺栓 一、一、高強度螺栓連接的工作性能高強度螺栓連接的工作性能N 高強螺栓高強螺栓:分大六角頭型和扭剪型兩種。分大六角頭型和扭剪型兩種。P1 1、高強度螺栓的預拉力、高強度螺栓的預拉力圖圖3.77 3.77 高強度螺栓高強度螺栓(a)(a)大六角頭型；大六角頭型；(b)(b)扭剪型扭剪型 扭矩法扭矩法 使用一種能直接顯示所施加扭矩大小的定扭扳手，上緊使用一種能直接顯

48、示所施加扭矩大小的定扭扳手，上緊螺栓分初擰和終擰兩個階段，初擰扭矩不得小于終擰扭矩的螺栓分初擰和終擰兩個階段，初擰扭矩不得小于終擰扭矩的3030。終擰扭矩由試驗測定。終擰扭矩由試驗測定。 轉角法轉角法 初擰后初擰后, , 用電動或風動扳手擰螺母用電動或風動扳手擰螺母1/31/32/32/3圈圈, , 終擰角終擰角度與板疊厚度和螺栓直徑等有關度與板疊厚度和螺栓直徑等有關, , 可測定。可測定。 扭斷螺栓尾部法扭斷螺栓尾部法 適用扭剪型高強度螺栓。用特制電動扳手的兩個套筒分適用扭剪型高強度螺栓。用特制電動扳手的兩個套筒分別套住螺母和螺栓尾部（正、反轉），由于螺栓尾部槽口深別套住螺母和螺栓尾部（正、

49、反轉），由于螺栓尾部槽口深度是按終擰扭矩和預拉力之間的關系確定，故所得預拉力值度是按終擰扭矩和預拉力之間的關系確定，故所得預拉力值能得到保證。能得到保證。（1 1）預拉力的控制方法）預拉力的控制方法euAfP2 .19 .09 .09 .0 Ae e 有效截面面積；有效截面面積；fu u-螺栓材料經熱處理后的抗拉強度。螺栓材料經熱處理后的抗拉強度。0.90.9、0.90.9、0.90.9材料不均勻性、彌補預拉力損失的超張拉、材料不均勻性、彌補預拉力損失的超張拉、 采用采用fu u作標準值等。作標準值等。1.21.2擰緊螺栓時產生的扭矩將降低栓桿的承載力。擰緊螺栓時產生的扭矩將降低栓桿的承載力。

50、（2 2）預拉力的確定）預拉力的確定表表3.4 3.4 一個高強度螺栓的設計預拉力值一個高強度螺栓的設計預拉力值（kN） 摩擦面的粗糙程度有關，即與構件接觸面的處理方摩擦面的粗糙程度有關，即與構件接觸面的處理方法和鋼號有關。法和鋼號有關。 抗滑移系數值有隨被連接構件接觸面的壓緊力減小抗滑移系數值有隨被連接構件接觸面的壓緊力減小而降低的現象而降低的現象。表表3.5 3.5 摩擦面的抗滑移系數值摩擦面的抗滑移系數值2 2、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（1 1）高強度螺栓摩擦型連接）高強度螺栓摩擦型連接單個螺栓承載力單個螺栓承載力式中式中 0.9 抗力分項系數抗力分項系數

51、的倒數，的倒數，R111. 19 . 0/ 1Rnf 傳力摩擦面數目：單剪傳力摩擦面數目：單剪nf f =1, =1, 雙剪雙剪nf f =2 . =2 . P 一個高強度螺栓的設計預拉力，按表一個高強度螺栓的設計預拉力，按表3.4 3.4 采用；采用；P3 3、高強度螺栓抗剪連接的工作性能、高強度螺栓抗剪連接的工作性能圖圖3.78 3.78 高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓摩擦型連接bvf0.9NnP 摩擦面抗滑移系數，按表摩擦面抗滑移系數，按表3.5 3.5 采用；采用；（2 2）高強度螺栓承壓型連接）高強度螺栓承壓型連接同普通螺栓的計算同普通螺栓的計算 受剪承載力設計值受剪承載力設計值bv

52、vbvfdnN42 承壓承載力設計值承壓承載力設計值bcbcftdN單個螺栓承載力設計值單個螺栓承載力設計值bcbvbNNN,minminbVeVbVfdnN42面積進行計算：應按螺紋處的有效，其受剪承載力設計值但當剪切面在螺紋處時圖圖3.79 3.79 高強度螺栓承壓型連接高強度螺栓承壓型連接受拉前：預拉受拉前：預拉力與接觸面上力與接觸面上的擠壓力相平的擠壓力相平衡衡 超張拉實驗：當外拉力超過超張拉實驗：當外拉力超過P P時，螺栓將發生松弛現時，螺栓將發生松弛現象，即栓桿中的預拉力減小，這對抗剪不利。象，即栓桿中的預拉力減小，這對抗剪不利。外拉力外拉力0.8P,0.8P,無松弛現象無松弛現象

53、4 4、高強度螺栓抗拉連接的工作性能、高強度螺栓抗拉連接的工作性能圖圖3.80 3.80 高強度螺栓受拉高強度螺栓受拉規范規范：施加于栓桿上的外拉力不得大于：施加于栓桿上的外拉力不得大于0.8P,0.8P,即即PNbt8 . 0抗拉承載力設計值抗拉承載力設計值N(b)(b)(a)(a)(c)(c)圖圖3.81 3.81 高強度螺栓群受拉高強度螺栓群受拉（1）高強度螺栓）高強度螺栓摩擦型連接摩擦型連接值為：螺栓的抗拉承載力設計一個摩擦型連接高強度PNbt8 . 0與普通螺栓相同：值的計算方法螺栓的抗拉承載力設計一個承壓型連接高強度（2）高強度螺栓）高強度螺栓承壓型連接承壓型連接btebtfdN4

54、25 5、高強度螺栓同時承受剪力和外拉力連接的工作性能、高強度螺栓同時承受剪力和外拉力連接的工作性能1螺栓的抗剪承載力設計值為螺栓的抗剪承載力設計值為tfNPn19 .0仍采用原抗滑移系數，仍采用原抗滑移系數，則適當增加則適當增加來彌補來彌補tN單個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力：單個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力：(1) (1) 高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓摩擦型連接受拉后，連接板間的擠壓力減小，受拉后，連接板間的擠壓力減小，PNNNPnNbtttfbtV8.025.19.0且，PNNNPnNbtttfbtV8.025.19.0且，除此之外，拉力應滿足除此之外，拉力應滿足以上公式是舊版以上公式是舊

55、版鋼結構設計規范鋼結構設計規范（GBJ1788)采用的形式，在新版采用的形式，在新版鋼結構設計規范鋼結構設計規范（GB50017-2003）中，其承載力采用直線相關公式表達：）中，其承載力采用直線相關公式表達：1bttbvvNNNNPNNPnNNNNbtbtfbvbv8 . 09 . 0tv載能力，單個高強度螺栓抗拉承載能力，單個高強度螺栓抗剪承的剪力和拉力某個高強度螺栓所承受、(2) (2) 高強度螺栓承壓型連接高強度螺栓承壓型連接同普通螺栓的計算同普通螺栓的計算22vtbbvt1NNNNbbcvc11.21.2NNd t f 圖圖3.82 3.82 高強度螺栓群受剪高強度螺栓群受剪 力和拉

56、力聯合作用力和拉力聯合作用1.21.2折減系數。由于外拉力將減折減系數。由于外拉力將減 小被連接構件間預壓力，因小被連接構件間預壓力，因 而構件材料的承壓強度設計而構件材料的承壓強度設計 值隨之降低。值隨之降低。剪拉受拉承壓型高強受剪剪拉受拉摩擦型高強受剪剪拉受拉普通螺栓受剪bfbcftdNbvvbvfdnN42btebtfAN1)()(22bttbvvNNNNbcVNN PnNfbV9 . 0PNbt8 . 0tfbvNPnN25. 19 . 0PNbt8 . 0bvvbvfdnN42bfbcftdNbtebtfAN 1)()(22bttbvvNNNN2 . 1/bcVNN 分析方法和計算公

57、式與分析方法和計算公式與同同普通螺栓普通螺栓，只需用高強度螺栓承載力，只需用高強度螺栓承載力代替普通螺栓承載力。代替普通螺栓承載力。二、二、 高強度螺栓群的抗剪計算高強度螺栓群的抗剪計算設，一側的螺栓數為設，一側的螺栓數為n n，平均受剪，承受外力，平均受剪，承受外力N N。+ + + + + + + + +NNl1 nNNv每個螺栓承受的剪力為：每個螺栓承受的剪力為：bvvNnNN單個螺栓承載力設計條件：單個螺栓承載力設計條件：bvNNn (1).(1).所需螺栓數：所需螺栓數：(2).(2).構件凈截面強度驗算構件凈截面強度驗算（摩擦型）（摩擦型） N N+ + + + + + + + +

58、NNANN孔前傳力分析孔前傳力分析fAN)nn5 . 01 (ANn1n 例例3.113.11試設計一雙蓋板拼接的鋼板連接。鋼材試設計一雙蓋板拼接的鋼板連接。鋼材Q235BQ235B，高，高強度螺栓為強度螺栓為8.88.8級的級的M20M20，連接處構件接觸面用噴砂處理，作，連接處構件接觸面用噴砂處理，作用在螺栓群形心處的軸心拉力設計值用在螺栓群形心處的軸心拉力設計值N=800kNN=800kN，試設計此連，試設計此連接。接。 解解 ： （1 1）采用摩擦型連接時）采用摩擦型連接時 查得查得8.88.8級，級，M2020高強螺栓高強螺栓P=125kN=125kN，=0.45=0.45 單個螺栓

59、承載力設計值：單個螺栓承載力設計值：bvf0.90.9 2 0.45 125101.3kNNnP 一側所需螺栓數一側所需螺栓數n: :bv8007.9101.3NnN取取9 9個，見圖個，見圖3.833.83右邊所示。右邊所示。圖圖3.83 3.83 例例3.113.11圖圖（2 2）采用承壓型連接時）采用承壓型連接時單個螺栓承載力設計值：單個螺栓承載力設計值：22bbvvv3.14 202250157kN44dNnfbbccNd t f bmin8005.1157NnN一側所需螺栓數一側所需螺栓數n: :20 20 470188kN取取6 6個，見圖個，見圖3.783.78左邊所示。左邊所示

60、。例題例題3-12如圖示，截面為如圖示，截面為30016的軸心受拉鋼板，用雙蓋板和摩擦的軸心受拉鋼板，用雙蓋板和摩擦型高強螺栓連接，已知鋼材為型高強螺栓連接，已知鋼材為Q345鋼，螺栓為鋼，螺栓為10.9級級M20，接觸面噴，接觸面噴砂后涂無機富鋅漆，承受軸力砂后涂無機富鋅漆，承受軸力N=1200KN，試驗算連接的強度。，試驗算連接的強度。KN6 .1111554 . 029 . 0Pn9 . 0Nf fb bV V解解（1）驗算螺栓連接的強度）驗算螺栓連接的強度實際單個螺栓承受的內力為：實際單個螺栓承受的內力為：滿滿足足要要求求）(kN6 .111NkN100kN121200nNbV（2）驗