同济钢结构课程之连接的构造和计算.pptx

第第3章章 钢结构的连接钢结构的连接本章导学（本章导学（1）钢结构钢结构连接连接钢结构钢结构是一种由预制材料（钢材）是一种由预制材料（钢材）制作制作，通过工厂加工成，通过工厂加工成构件，再经工地现场拼装而形成的结构，因此，构件与构件之间的连构件，再经工地现场拼装而形成的结构，因此，构件与构件之间的连接节点是形成钢结构接节点是形成钢结构并保证结构安全正常工作并保证结构安全正常工作的重要组成部分。的重要组成部分。设计钢结构连接的基本原则设计钢结构连接的基本原则 合理设计连接，合理设计连接，保证节点具有足够的承载能力和适当的节点刚度，保证节点具有足够的承载能力和适当的节点刚度，以实现在节点处传递内力。以实现在节点处传递内力。具体设计时应根据荷载设计值所产生的结构或构件内力响应进行具体设计时应根据荷载设计值所产生的结构或构件内力响应进行连接节点的计算。连接节点的计算。正确计算节点正确计算节点所承受（或传递）的内力是保证节点安全传力的前所承受（或传递）的内力是保证节点安全传力的前提，而根据节点连接的提，而根据节点连接的传力机理传力机理选择适当选择适当连接方式连接方式以及以及连接件的布置连接件的布置则取决于结构或构件所承受的则取决于结构或构件所承受的荷载特征荷载特征、连接处的构件截面形状连接处的构件截面形状、构构件尺寸件尺寸、连接区的尺度连接区的尺度、节点刚度要求节点刚度要求、不同连接方式的、不同连接方式的构造要求构造要求、施工的可能性施工的可能性等诸多因素。等诸多因素。本章导读（本章导读（2）本章的学习内容有：本章的学习内容有：1 1、钢结构的连接方式、钢结构的连接方式 2 2、焊接连接的特性、焊接连接的特性 3 3、焊接应力与焊接变形对接焊缝的构造和计算、焊接应力与焊接变形对接焊缝的构造和计算 4 4、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算 5 5、角焊缝的构造和计算、角焊缝的构造和计算 6 6、普通螺栓连接的构造和计算、普通螺栓连接的构造和计算 7 7、高强度螺栓连接的构造和计算、高强度螺栓连接的构造和计算本章导读（本章导读（3）本章的学习重点是：本章的学习重点是：1 1、各种连接方式的、各种连接方式的构造要求构造要求 2 2、各种连接方式的、各种连接方式的传力机理传力机理 3 3、典型焊接连接节点的、典型焊接连接节点的计算方法计算方法 4 4、典型螺栓连接节点的、典型螺栓连接节点的计算方法计算方法本章导读（本章导读（4）本章的学习方法是：本章的学习方法是：1 1、认识实践作先导、认识实践作先导实物、图片、现场参观等实物、图片、现场参观等 2 2、基本概念为基础、基本概念为基础传力机理、连接特性等传力机理、连接特性等 3 3、强化对构造要求的理解、强化对构造要求的理解构造要求量多面广构造要求量多面广 4 4、典型连接例题、习题训练、典型连接例题、习题训练 适用环境、参数计算、设计和验算步骤、计算方法等适用环境、参数计算、设计和验算步骤、计算方法等 5 5、相关工程规范学习、相关工程规范学习 钢结构设计原理钢结构设计原理 建筑钢结构焊接技术规程建筑钢结构焊接技术规程等。等。本章导读（本章导读（5）本章的知识点分布：本章的知识点分布：1 1、钢结构的基本连接方式、钢结构的基本连接方式 2 2、焊接连接形式与焊接连接特性、焊接连接形式与焊接连接特性 3 3、焊接应力与焊接变形、焊接应力与焊接变形 4 4、对接焊缝的构造、对接焊缝的构造 5 5、对接焊接的计算、对接焊接的计算 6 6、角焊缝的构造、角焊缝的构造 7 7、角焊缝的受力特点、角焊缝的受力特点 8 8、角焊缝的计算、角焊缝的计算 9 9、普通螺栓连接的构造、普通螺栓连接的构造1010、普通螺栓的受力特点和设计承载力、普通螺栓的受力特点和设计承载力1111、普通螺栓连接的计算、普通螺栓连接的计算1212、高强度螺栓连接的构造、高强度螺栓连接的构造1313、高强度螺栓连接的计算、高强度螺栓连接的计算钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式(1)1)铆钉连接铆钉连接 螺栓连接螺栓连接 焊缝连接焊缝连接 1.1 钢结构的基本连接方式钢结构的基本连接方式钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式(2)2)1.焊接连接焊接连接（冶金式）（冶金式）使金属高温融化后形成整体使金属高温融化后形成整体采用焊接材料：采用焊接材料：电弧焊、气焊、电渣焊电弧焊、气焊、电渣焊不采用焊接材料：不采用焊接材料：电阻焊电阻焊2.紧固件连接紧固件连接（机械式）（机械式）3.其他其他（化学式）（化学式）螺栓：螺栓：普通螺栓：精制螺栓普通螺栓：精制螺栓(A(A、B B级级)粗制螺栓粗制螺栓(C(C级级)高强度螺栓：高强度螺栓：铆钉：铆钉：钉连接：钉连接：(射钉、自攻螺钉、焊钉射钉、自攻螺钉、焊钉)强力胶：直接粘合零件强力胶：直接粘合零件化学浆锚螺栓：通过结构胶将锚栓与锚固基础结化学浆锚螺栓：通过结构胶将锚栓与锚固基础结合成一个整体，用于钢构件与混凝土构件的连接合成一个整体，用于钢构件与混凝土构件的连接1.1 钢结构的基本连接方式钢结构的基本连接方式钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式(3)3)材质易变脆材质易变脆产生残余应力、残余变形、焊接缺陷产生残余应力、残余变形、焊接缺陷对钢结构疲劳、稳定有不利影响对钢结构疲劳、稳定有不利影响较多地依赖焊工的技能水平较多地依赖焊工的技能水平质量检验要求较高时检验工作量较大质量检验要求较高时检验工作量较大缺点缺点 现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛优点优点构造简单构造简单 任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件省工省料省工省料 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面施工快速施工快速 可自动化操作可自动化操作连接的密闭性好，刚度大，整体性好连接的密闭性好，刚度大，整体性好1.2 焊接的特点焊接的特点钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式(4)4)工厂构件焊接、工地节点螺栓连接工厂构件焊接、工地节点螺栓连接钢结构发展方向钢结构发展方向优点优点施工简单，装拆方便，对安装工的要求高施工简单，装拆方便，对安装工的要求高 摩擦型高强度螺栓连接动力性能好摩擦型高强度螺栓连接动力性能好耐疲劳，易阻止裂纹扩展耐疲劳，易阻止裂纹扩展缺点缺点费料、开孔截面削弱费料、开孔截面削弱螺栓孔加工精度要求螺栓孔加工精度要求高高1.3 螺栓连接的特点螺栓连接的特点钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式(5)5)优点优点塑性、韧性好，动力性能塑性、韧性好，动力性能好好缺点缺点费料、加热铆合过程极其费工费料、加热铆合过程极其费工目前承重钢结构连接中已很少应用目前承重钢结构连接中已很少应用1.4 铆钉连接的特点铆钉连接的特点钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式(6)6)栓钉将钢板与混凝土板连接起来栓钉将钢板与混凝土板连接起来栓钉承受剪力栓钉承受剪力1.5 栓（焊）钉连接的特点栓（焊）钉连接的特点钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式(7)7)射射钉钉枪枪用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接可采用射枪、铆枪等专用工具安装可采用射枪、铆枪等专用工具安装1.6 射钉、自攻螺钉射钉、自攻螺钉的特点的特点钢结构连接的基本方式钢结构连接的基本方式(8)8)连接方法优 点缺 点焊 接对焊件几何形体适应性强，构造简单，省材省工，工效高，连接连续性强,可达到气密和水密要求，节点刚度大对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大,要求高;存在有焊接缺陷的可能，产生焊接应力和焊接变形，导致材料脆化，对构件的疲劳强度和稳定性产生影响;一旦开裂则裂缝开展较快,对焊工技术等级要求较高铆 接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力性能好费钢、费工，开孔对构件截面有一定削弱普通螺栓连 接装拆便利，设备简单粗制螺栓不宜受剪，精制螺栓加工和安装难度较大，开孔对构件截面有一定削弱高强螺栓连 接加工方便，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好摩擦面处理及安装工艺略为复杂，造价略高，对构件截面削弱相对较小，质量检验要求高射钉、自攻螺栓连接灵活，安装方便，构件无须预先处理，适用于轻钢、薄板结构不能承受较大集中力1.7 基本连接方式对比基本连接方式对比2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（1 1）1.电弧焊电弧焊2.气体保护焊气体保护焊3.电渣焊电渣焊4.气焊气焊5.电阻焊电阻焊（1）手工电弧焊手工电弧焊（2）自动埋弧焊）自动埋弧焊（3）半自动埋弧焊）半自动埋弧焊2.1 焊接工艺焊接工艺2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（2 2）电弧焊电弧焊气焊气焊电阻焊电阻焊电渣焊电渣焊利用通电后焊接材料（焊条或焊丝）和焊件之间产生电弧，熔化焊接材利用通电后焊接材料（焊条或焊丝）和焊件之间产生电弧，熔化焊接材料形成焊缝，需要使用焊条：料形成焊缝，需要使用焊条：手工电弧焊：手工电弧焊：Q235E43系列，系列，Q345E50系列系列Q390E55系列系列 不同钢种连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条不同钢种连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条 质量不易保证，用于现场焊质量不易保证，用于现场焊自动（半自动）埋弧焊：自动（半自动）埋弧焊：Q235H08、H08A、H08MnA焊丝，焊丝，Q345、Q390 H08A、H08E、H10Mn2 质量均匀，塑性、冲击韧性好，用于规则构件的工厂焊质量均匀，塑性、冲击韧性好，用于规则构件的工厂焊利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰融化焊条形成焊缝用于薄钢板和利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰融化焊条形成焊缝用于薄钢板和小型结构焊接小型结构焊接利用电流通过待连接焊件的表面产生的热量融化金属、通过压力使之熔利用电流通过待连接焊件的表面产生的热量融化金属、通过压力使之熔合用于厚度不超过合用于厚度不超过12mm钢板和薄壁型钢焊接钢板和薄壁型钢焊接利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化填充金属和母材，凝固后形成连利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化填充金属和母材，凝固后形成连接接气体保护焊气体保护焊采用采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝气体（代替焊剂）、焊丝，电弧使焊丝熔化形成焊缝电弧使焊丝熔化形成焊缝CO2气体保护被焊金属与空气接触气体保护被焊金属与空气接触2.1 焊接工艺焊接工艺 2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（3 3）采用涂有焊药的焊条采用涂有焊药的焊条通电后，焊条与焊件之间产生电弧通电后，焊条与焊件之间产生电弧高热量使焊条熔化而形成焊缝高热量使焊条熔化而形成焊缝设备简单，适应性强，设备简单，适应性强，应用最广泛应用最广泛质量波动大，生产率质量波动大，生产率低，劳动强度大低，劳动强度大导线导线2.1 焊接工艺手工电弧焊焊接工艺手工电弧焊 2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（4 4）采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下 通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上半半自自动动埋埋弧弧焊焊焊缝质量好，生产效率高焊缝质量好，生产效率高需专用焊接设备，成本高需专用焊接设备，成本高全全自自动动埋埋弧弧焊焊2.1 焊接工艺自动、半自动焊接工艺自动、半自动电弧焊电弧焊 2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（5 5）焊接速度快，熔化深度大焊接速度快，熔化深度大可手工焊，也可自动化操作可手工焊，也可自动化操作目前工厂很常用的焊接方法目前工厂很常用的焊接方法室外施焊要有避风措施，防止气孔、焊坑缺陷室外施焊要有避风措施，防止气孔、焊坑缺陷采用采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝气体（代替焊剂）、焊丝电弧使焊丝熔化形成焊缝电弧使焊丝熔化形成焊缝CO2气体保护被焊金属与空气接触气体保护被焊金属与空气接触焊丝焊丝2.1 焊接工艺气体保护焊焊接工艺气体保护焊 2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（6 6）非消耗非消耗 熔嘴式熔嘴式采用管状焊条采用管状焊条(熔嘴熔嘴),焊丝从管内进入焊丝从管内进入电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝形成焊缝电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝形成焊缝常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分消耗熔嘴式消耗熔嘴式 2.1 焊接工艺电渣焊焊接工艺电渣焊2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（7 7）采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备2.1 焊接工艺气焊焊接工艺气焊2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（8 8）不采用焊接材料不采用焊接材料电流通过焊件表面电流通过焊件表面的电阻，产生热量的电阻，产生热量熔化金属，再加压熔化金属，再加压力而焊合力而焊合适宜板厚不大于适宜板厚不大于12 mm的焊接的焊接冷弯薄壁型钢连接冷弯薄壁型钢连接常采用此焊接方法常采用此焊接方法2.1 焊接工艺电阻焊焊接工艺电阻焊2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（9 9）根据焊件相对位置根据焊件相对位置根据焊缝构造根据焊缝构造根据焊缝连续性根据焊缝连续性根据施焊位置根据施焊位置平接平接搭接搭接顶接顶接对接焊缝（直缝和斜缝）对接焊缝（直缝和斜缝）角焊缝（侧缝和端缝）角焊缝（侧缝和端缝）组合形式组合形式连续焊连续焊间断焊间断焊俯焊俯焊立焊立焊横焊横焊仰焊仰焊平接平接（对接焊（对接焊缝）缝）搭接搭接（角焊缝）（角焊缝）顶接顶接（T T型连接）型连接）对接对接焊缝焊缝角焊缝角焊缝角接角接对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝2.2 焊缝形式焊缝的不同分类焊缝形式焊缝的不同分类2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（9 9）用料经济，传力平稳，动力性能好用料经济，传力平稳，动力性能好较厚的板需开剖口，费工较厚的板需开剖口，费工施工简便施工简便传力不均，应力集中严重，搭接时费料传力不均，应力集中严重，搭接时费料对接焊缝对接焊缝直焊缝直焊缝斜焊缝斜焊缝角焊缝角焊缝侧焊缝侧焊缝（与力平行）（与力平行）端焊缝端焊缝（与力垂直）（与力垂直）2.2 焊缝形式对接焊缝与角焊缝焊缝形式对接焊缝与角焊缝2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（9 9）间断焊缝间断焊缝连续焊缝连续焊缝不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接2.2 焊缝形式连续焊缝与间断焊缝焊缝形式连续焊缝与间断焊缝2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（9 9）俯焊俯焊横焊横焊 立焊立焊 仰焊仰焊 质量好质量好质量一般质量一般质量差质量差2.2 焊缝形式施焊方位焊缝形式施焊方位2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（9 9）热裂纹热裂纹 冷裂纹冷裂纹气孔气孔 烧烧 穿穿 夹夹 渣渣 根部未焊透根部未焊透边缘未熔合边缘未熔合 焊缝层间未熔合焊缝层间未熔合 咬咬 边边 焊瘤焊瘤 2.3 焊缝缺陷焊缝缺陷2 2 焊接连接形式及特性（焊接连接形式及特性（9 9）检检验验标标准准三三 级级肉眼外观检查肉眼外观检查二级二级 肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波用于有较大拉应力的较重要连接用于有较大拉应力的较重要连接不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷一级一级 肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波 X X射线射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接用于抗动力、疲劳荷载的重要连接不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷用于一般连接用于一般连接所有焊缝均应作外观检验，不允许有可见裂纹等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求；超声波超声波检测设备检测设备2.4 焊缝质量检验焊缝质量检验无损检测：一级焊缝全数检验，无损检测：一级焊缝全数检验，二级焊缝抽检二级焊缝抽检2020以上以上焊缝周围温度场焊缝周围温度场3 3 焊接应力与焊接变形（焊接应力与焊接变形（1 1）产生原因产生原因焊接残余变形焊接残余变形 由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起焊接残余应力焊接残余应力 由焊缝冷却收缩受到阻碍引起由焊缝冷却收缩受到阻碍引起压住压住内应力内应力 焊焊 缝缝变变 形形3.1 焊接应力焊接应力3 3 焊接应力与焊接变形（焊接应力与焊接变形（2 2）1.纵向焊接应力沿焊缝方向纵向焊接应力沿焊缝方向 两板焊接两板焊接 焊缝区受拉、两侧受压焊缝区受拉、两侧受压 焊接工字钢腹板中央受压，两端受拉焊接工字钢腹板中央受压，两端受拉 翼缘中央受拉，两端受压翼缘中央受拉，两端受压2.横向焊接应力垂直焊缝方向横向焊接应力垂直焊缝方向 A.焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲中间横向受拉，两端受压焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲中间横向受拉，两端受压 B.施焊先后不同，则冷却时间不同，导致后焊部分收缩受拉，先冷施焊先后不同，则冷却时间不同，导致后焊部分收缩受拉，先冷 部分受杠杆作用也受拉，中间部分受压部分受杠杆作用也受拉，中间部分受压 A和和B两种作用叠加两种作用叠加3.厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力表面受压，中央受拉表面受压，中央受拉4.焊接应力的影响焊接应力的影响 A.由于承载时可扩展塑性区，常温下受静载不影响强度，但会影响刚度由于承载时可扩展塑性区，常温下受静载不影响强度，但会影响刚度 B.焊缝中的三向应力阻碍塑性变形的发展，导致开裂，降低疲劳强度焊缝中的三向应力阻碍塑性变形的发展，导致开裂，降低疲劳强度 C.降低构件稳定性，和使构件提前进入塑性工作阶段降低构件稳定性，和使构件提前进入塑性工作阶段 3.1 焊接应力焊接应力3 3 焊接应力与焊接变形（焊接应力与焊接变形（3 3）X(横向焊接应力横向焊接应力)Y(纵向焊接应力纵向焊接应力)Z(厚度方向厚度方向焊接应力焊接应力)焊缝焊缝纵向焊接应力纵向焊接应力平平 板板 工字形截面工字形截面3.1 焊接应力焊接应力3 3 焊接应力与焊接变形（焊接应力与焊接变形（4 4）第一部分第一部分 施焊施焊方向方向收缩收缩横向焊接应力横向焊接应力应力分布应力分布 第二部分第二部分 厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力=合成合成 应力应力3.1 焊接应力焊接应力3 3 焊接应力与焊接变形（焊接应力与焊接变形（5 5）与焊接应力同时产生，由焊区收缩变形导致与焊接应力同时产生，由焊区收缩变形导致3.2 焊接变形焊接变形波浪变形波浪变形纵向收缩纵向收缩横向收缩横向收缩弯曲弯曲角变形角变形波浪变形波浪变形扭曲变形扭曲变形3 3 焊接应力与焊接变形（焊接应力与焊接变形（6 6）3.3 降低焊接应力和焊接变形的措施降低焊接应力和焊接变形的措施1.1.选择合理的施焊顺序选择合理的施焊顺序(分段、分层、分块等分段、分层、分块等)；2 2采用合理的焊缝设计：采用合理的焊缝设计：（1 1）尽量避免三向焊缝汇交；）尽量避免三向焊缝汇交；（2 2）控制焊缝厚度不要过大；）控制焊缝厚度不要过大；（3 3）尽量对称布置焊缝；）尽量对称布置焊缝；（4 4）不宜单独使用端缝。）不宜单独使用端缝。3 3施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形；施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形；4 4对对小小尺尺寸寸构构件件可可在在焊焊前前预预热热，或或在在焊焊后后回回火火加加热热至至600600左左右右，然然后后缓缓慢慢冷却；冷却；5 5采用机械方法校正焊接变形。采用机械方法校正焊接变形。3 3 焊接应力与焊接变形（焊接应力与焊接变形（7 7）设计措施设计措施合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错差差好好差差好好差差好好加劲板开孔，让主要焊缝加劲板开孔，让主要焊缝通过，次要焊缝中断通过，次要焊缝中断3.3 降低焊接应力和焊接变形的措施降低焊接应力和焊接变形的措施3 3 焊接应力与焊接变形（焊接应力与焊接变形（8 8）加工措施加工措施合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。施焊前，预加反向变形。施焊前，预加反向变形。焊接次序交替进行焊接次序交替进行 分多道焊缝分多道焊缝 预加反变形预加反变形3.3 降低焊接应力和焊接变形的措施降低焊接应力和焊接变形的措施4 对接焊缝对接焊缝的构造（的构造（1）直边缝直边缝单边单边V形缝形缝双边双边V形缝形缝板厚板厚 t 20 mm4.1 坡口形式坡口形式4 对接焊缝对接焊缝的构造（的构造（2）不同宽度不同宽度不同厚度不同厚度可不设斜坡可不设斜坡引弧板引弧板4.2 其它构造其它构造4 对接焊缝对接焊缝的构造（的构造（3）4.3 焊缝截面焊缝截面焊缝截面厚度焊缝所连接板件的较薄厚度；焊缝截面厚度焊缝所连接板件的较薄厚度；焊缝截面计算长度焊缝截面计算长度 采用引弧板时，焊缝全长有效；采用引弧板时，焊缝全长有效；未采用引弧板时，计算焊缝长度未采用引弧板时，计算焊缝长度=焊缝长度减去焊缝长度减去2 2t t4.4 传力特性传力特性（1 1）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力（2 2）力线没有转折（或基本没有转折）力线没有转折（或基本没有转折）4 对接焊缝对接焊缝的构造（的构造（4）4.5 焊缝强度设计值焊缝强度设计值5 5 对接焊缝对接焊缝的计算（的计算（1 1）1.1.确定计算截面上的内力（荷载效应）确定计算截面上的内力（荷载效应）注意点：防止内力漏项注意点：防止内力漏项2.2.确定焊缝质量检验等级确定焊缝质量检验等级 根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等对接焊缝一般均有全熔透要求，境以及应力状态等对接焊缝一般均有全熔透要求，等级为二级或一级等级为二级或一级 3.3.确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值 抗拉强度抗拉强度 抗压强度抗压强度 抗剪强度抗剪强度 4.4.计算焊缝截面特性计算焊缝截面特性 截面面积截面面积A A、惯性矩、惯性矩I I、截面模量、截面模量W W、面积矩、面积矩S S等等5.5.应力计算应力计算6.6.强度校核强度校核5.1 计算步骤计算步骤5 5 对接焊缝对接焊缝的计算（的计算（2 2）直直焊焊缝缝引弧板引弧板N 轴心拉力或压力轴心拉力或压力tw 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）lw 焊缝计算长度，焊缝计算长度，有引弧板有引弧板lwL，无引弧板无引弧板lwL2t（较小板厚）（较小板厚）对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度焊缝应力验算焊缝应力验算式中：式中：5.2 典型节点（典型节点（1）焊缝轴心受力直缝）焊缝轴心受力直缝直缝直缝5 5 对接焊缝对接焊缝的计算（的计算（3 3）斜斜焊焊缝缝焊缝应力焊缝应力简化验算简化验算lw 斜焊缝计算长度，斜焊缝计算长度，对接焊缝抗剪设计强度强度对接焊缝抗剪设计强度强度规范规定规范规定当当 ，可不验算。，可不验算。斜缝斜缝5.2 典型节点（典型节点（1）焊缝轴心受力斜缝）焊缝轴心受力斜缝5 5 对接焊缝对接焊缝的计算（的计算（4 4）弯矩弯矩 M剪力剪力 V平板梁平板梁 工字形梁工字形梁应力分布应力分布应力分布应力分布弯矩弯矩 M剪力剪力 V轴力轴力 N应力分应力分布布5.3 典型节点（典型节点（2）梁的拼接弯矩、剪力、轴力作用）梁的拼接弯矩、剪力、轴力作用5 5 对接焊缝对接焊缝的计算（的计算（5 5）弯矩弯矩 M 剪力剪力 V梁柱连接处梁柱连接处柱牛腿处柱牛腿处atw焊缝截焊缝截面面应力分应力分布布与一般梁中连接计算不同：与一般梁中连接计算不同：剪力仅由梁或牛腿腹板承受剪力仅由梁或牛腿腹板承受 5.4 典型节点（典型节点（3）牛腿焊接弯矩、剪力作用）牛腿焊接弯矩、剪力作用5 5 对接焊缝对接焊缝的计算（的计算（6 6）焊缝有效抗剪面积，整个焊缝截面的面积；5.5 典型节点（典型节点（4）牛腿焊接弯矩、剪力、轴力作用）牛腿焊接弯矩、剪力、轴力作用6 角焊缝角焊缝的的构造构造（1）直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝6.1 角焊缝截面角焊缝截面（1）按）按两焊角边夹角划分两焊角边夹角划分 除钢管结构外除钢管结构外,对于对于135o或或6mm 6mm时，时，h hf,maxf,max t t-(12)mm-(12)mm；钢管构件除外钢管构件除外 对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的圆孔直径或槽孔短径的1/31/36 6 角焊缝角焊缝的的构造构造（5 5）（3）最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸hf,minhf,min6.2 角焊缝截面尺寸角焊缝截面尺寸式中式中:t t2 2-较厚焊件厚度。较厚焊件厚度。当当t24mm时时,hf,min=t2另另:对于自动埋弧焊对于自动埋弧焊h hf,minf,min可减去可减去1mm;1mm;对于对于T T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm;1mm;6 6 角焊缝角焊缝的的构造构造（6 6）（4）侧缝的最大计算长度侧缝的最大计算长度6.2 角焊缝截面尺寸角焊缝截面尺寸当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。（5）角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！6 6 角焊缝角焊缝的的构造构造（7 7）（6）搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求6.2 角焊缝截面尺寸角焊缝截面尺寸板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：A A、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：B B、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！bt1t26 6 角焊缝角焊缝的的构造构造（8 8）（6）搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求6.2 角焊缝截面尺寸角焊缝截面尺寸C C、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2 2hfhf的绕角焊，且的绕角焊，且转角处必须连续施焊。转角处必须连续施焊。D D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5 5倍，倍，且不得小于且不得小于25mm25mm。b2hft1t26 6 角焊缝角焊缝的的构造构造（9 9）（7）构造要求汇总构造要求汇总6.2 角焊缝截面尺寸角焊缝截面尺寸7 7 角焊缝角焊缝的受力特点（的受力特点（1 1）7.1侧缝的应力状态侧缝的应力状态主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，焊缝越长应力不均匀程度越高焊缝越长应力不均匀程度越高强度相对较低，塑性较好强度相对较低，塑性较好破坏常发生在近似破坏常发生在近似4545斜平面上斜平面上7 7 角焊缝角焊缝的受力特点（的受力特点（2 2）角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂正、剪应力都有，且分布很不均匀正、剪应力都有，且分布很不均匀根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点焊缝破坏强度高，但塑性差焊缝破坏强度高，但塑性差端焊缝应力端焊缝应力分布分布ABCD7.2端缝应力状态端缝应力状态破坏模式7 7 角焊缝角焊缝的受力特点（的受力特点（3 3）90侧焊缝侧焊缝0端焊缝端焊缝荷载变形曲线荷载变形曲线7.3 端缝与侧缝的比较端缝与侧缝的比较端焊缝端焊缝侧焊缝侧焊缝 7 7 角焊缝角焊缝的受力特点（的受力特点（4 4）计算截面计算截面 均取均取焊缝焊缝45喉部为有效截面喉部为有效截面（假定破坏截面）（假定破坏截面）有效焊缝高度有效焊缝高度 h e 0.7 h f(焊缝高度焊缝高度)h fh fh e有效截面有效截面计算焊缝长度计算焊缝长度lw 每条连续焊缝的长度每条连续焊缝的长度2h f（每端扣（每端扣h f）7.4 角焊缝的计算截面角焊缝的计算截面hfhehfh1h2deh-h-焊缝厚度、焊缝厚度、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7 7 角焊缝角焊缝的受力特点（的受力特点（5 5）破坏面破坏面试验公式试验公式 7.5 角焊缝的计算应力角焊缝的计算应力NyNx=fh he elw w45O45Oh hf f7 7 角焊缝角焊缝的受力特点（的受力特点（6 6）简化公式简化公式 f 端焊缝强度增大系数端焊缝强度增大系数 f直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝 1.01.22 静载、静载、间接动载间接动载 1.0 直接动载直接动载 f当当 0 时 0 时式中：式中：平行平行焊缝长度方向的计算应力焊缝长度方向的计算应力 垂直垂直焊缝长度方向的计算应力焊缝长度方向的计算应力 角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值 危险点危险点7.5 角焊缝的计算应力角焊缝的计算应力 7 7 角焊缝角焊缝的受力特点（的受力特点（7 7）7.6 角角焊缝强度设计值焊缝强度设计值8 8 角焊缝角焊缝的计算（的计算（1 1）8.1 计算步骤计算步骤轴力、剪力及联合作用轴力、剪力及联合作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用焊缝群截面特性计算焊缝群截面特性计算计算长度：非连续焊缝计算长度计算长度：非连续焊缝计算长度Lw=L-nhf 连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除hf焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等 应力计算应力计算强度校核强度校核确定确定焊缝（焊缝群）内力分析焊缝（焊缝群）内力分析8 8 角焊缝角焊缝的计算（的计算（2 2）两边侧焊两边侧焊两边端焊两边端焊验算验算 端焊缝强度提高系数端焊缝强度提高系数验算验算认为焊缝有效截面上应力均匀分布认为焊缝有效截面上应力均匀分布一条单独的焊缝，每端扣除一条单独的焊缝，每端扣除hf8.2 典型节点（典型节点（1）拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用8 8 角焊缝角焊缝的计算（的计算（3 3）验算验算四周围焊四周围焊当焊缝受直接动力荷载时当焊缝受直接动力荷载时：由端焊缝由端焊缝1N1122再验算侧焊缝再验算侧焊缝N1lw1N2，lw2减小拼接板减小拼接板角部应力集中角部应力集中四周菱形围焊四周菱形围焊简化验算简化验算 无论静载、动载无论静载、动载8.2 典型节点（典型节点（1）拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用8 8 角焊缝角焊缝的计算（的计算（4 4）肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝blw2lw1两边侧焊两边侧焊由平衡条件由平衡条件N1、N2 不均匀分配不均匀分配8.3 典型节点（典型节点（2）角钢与）角钢与拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用8 8 角焊缝角焊缝的计算（的计算（5 5）角钢类型角钢类型连接形式连接形式内力分配系数内力分配系数肢背肢背K1肢尖肢尖K2等肢角钢等肢角钢0.700.30不等肢角钢不等肢角钢短肢连接短肢连接0.750.25不等肢角钢不等肢角钢长肢连接长肢连接0.650.358.3 典型节点（典型节点（2）角钢与）角钢与拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用8 8 角焊缝角焊缝的计算（的计算（6 6）blw2lw1三面围焊三面围焊由端焊缝强度验算确定由端焊缝强度验算确定由平衡由平衡8.3 典型节点（典型节点（2）角钢与）角钢与拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用8 8 角焊缝角焊缝的计算（的计算（7 7）梁柱连接梁柱连接受弯矩受弯矩M、剪力剪力V、轴力轴力N 作用作用危险点危险点 a：验算验算危险点危险点 b：仅腹板仅腹板焊缝截面焊缝截面梁柱连接梁柱连接 整个焊缝截面整个焊缝截面 焊缝应力分布焊缝应力分布 弯矩弯矩 轴力轴力 剪力剪力 加劲肋加劲肋整个截面整个截面Aw,Iw问题：若柱上无加劲肋，以上计算是否需调整？问题：若柱上无加劲肋，以上计算是否需调整？8.4 典型节点（典型节点（3）梁柱）梁柱连接连接 弯矩、剪力、轴力作用弯矩、剪力、轴力作用焊缝截面焊缝截面 V(a+e)8 8 角焊缝角焊缝的计算（的计算（8 8）轴力轴力N产生产生A点的应力点的应力剪力剪力V产生的产生的A点应力点应力X方向合应力：方向合应力：Y方向合应力：方向合应力：验算：验算：扭矩扭矩T产生的应力：产生的应力：焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心 o 旋转旋转A A点：点：极惯性矩极惯性矩 Izw=Ixw+Iyw8.5 典型节点（典型节点（4）牛腿焊接）牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用扭矩、剪力、轴力作用9 9 普通螺栓连接普通螺栓连接的的构造构造(1)1)9.1 普通螺栓的分类普通螺栓的分类9 9 普通螺栓连接普通螺栓连接的的构造构造(1)1)A级级B级区别：级区别：仅尺寸不同，仅尺寸不同，A级级d24，L 150mm；B级级d24，L150mm分类分类钢材钢材强度强度等级等级孔径孔径d0与与栓径栓径d之差之差(mm)加工加工受力受力特点特点安装安装应用应用C级级粗制粗制螺栓螺栓普通普通碳素钢碳素钢Q2354.64.81.0 1.5粗糙粗糙尺寸不准尺寸不准成本低成本低抗剪差抗剪差抗拉好抗拉好方便方便承拉承拉应用多应用多临时固定临时固定A级级B级级精制精制螺栓螺栓优质优质碳素钢碳素钢45号钢号钢35号钢号钢8.80.30.5精度高精度高尺寸准确尺寸准确成本高成本高抗剪抗剪抗拉抗拉均好均好精度精度要求高要求高目前目前应用应用减少减少 I 类孔：类孔：孔壁粗糙度小，孔径偏差允许孔壁粗糙度小，孔径偏差允许+0.25mm，对应，对应A、B级螺栓级螺栓II类孔：类孔：孔壁粗糙度大，孔径偏差允许孔壁粗糙度大，孔径偏差允许+1mm，对应，对应C级螺栓级螺栓9.1 普通螺栓的分类普通螺栓的分类9 9 普通螺栓连接普通螺栓连接的的构造构造(2)2)钢板上螺栓排列钢板上螺栓排列角钢上螺栓排列角钢上螺栓排列并列螺栓并列螺栓错列螺栓错列螺栓螺栓容许间距螺栓容许间距9.2 螺栓群的排列螺栓群的排列9 9 普通螺栓连接普通螺栓连接的的构造构造(3)3)受力要求受力要求 螺距过小：钢板剪坏。螺距过小：钢板剪坏。螺距过大：受压时钢板张开。螺距过大：受压时钢板张开。构造要求构造要求 螺距过大：连接不紧密，潮气侵入腐蚀。螺距过大：连接不紧密，潮气侵入腐蚀。施工要求施工要求 螺距过小：施工时转动扳手困难。螺距过小：施工时转动扳手困难。螺栓螺栓间距间距布置布置要求要求9.2 螺栓群的排列螺栓群的排列9 9 普通螺栓连接普通螺栓连接的的构造构造(4)4)螺栓最大和最小容许间距螺栓最大和最小容许间距9.2 螺栓群的排列螺栓群的排列10 10 普通螺栓受力特点和设计承载力（普通螺栓受力特点和设计承载力（1 1）剪力螺栓剪力螺栓 受力垂直螺杆，螺杆承剪、孔壁承压。受力垂直螺杆，螺杆承剪、孔壁承压。连接件有错动趋势连接件有错动趋势拉力螺栓拉力螺栓 受力平行螺杆，螺杆承拉。受力平行螺杆，螺杆承拉。连接件有脱开趋势。连接件有脱开趋势。依据依据受力受力方式方式剪剪力力螺螺栓栓拉拉力力螺螺栓栓10.1 普通螺栓的受力普通螺栓的受力10 10 普通螺栓受力特点和设计承载力（普通螺栓受力特点和设计承载力（2 2）（1）螺栓剪断螺栓剪断（板较厚，螺栓较细）（板较厚，螺栓较细）（2）钢板孔壁挤压破坏钢板孔壁挤压破坏（板较薄，螺栓较粗）（板较薄，螺栓较粗）10.2 普通受剪螺栓的传力机理普通受剪螺栓的传力机理 螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件相对滑动，螺栓安装拧紧后，在工作荷载的作用下，被夹紧的板件相对滑动，在