钢结构的连接课件

第三章第三章 连连 接接焊缝连接焊缝连接螺栓连接螺栓连接钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章 连 接焊缝连接螺栓连接钢结构设计原理 D1钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接连接的方式连接的方式焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接连接的原则连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材 图图3.1.1 3.1.1 连接的方式连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接焊接连接焊接连接钢结构设计原理 Design Principles 2钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections3.1.1 3.1.1 焊缝连接焊缝连接1.1.钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。（1 1）手工电弧焊）手工电弧焊原理：原理：利用电弧产生热量熔化焊条利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。和母材形成焊缝。图图3.1.2 3.1.2 手工电弧焊手工电弧焊 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优点：优点：方便，适用于任意空间位置的方便，适用于任意空间位置的焊接，特别适用于在高空和野外作业，焊接，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接。小型焊接。缺点：缺点：质量波动大，要求焊工等级高，质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，生产效率低。劳动强度大，生产效率低。焊接焊接动画演示动画演示钢结构设计原理 Design Principles 3钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3ConnectionsA A、焊条的选择：、焊条的选择：焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-E5518)(E5500-E5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条 (E5001-E5048)(E5001-E5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E E焊条焊条(Electrode)(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mmkgf/mm2 2)第第3 3、4 4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。表示适用焊接位置、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。钢结构设计原理 Design Principles 4钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（2 2）埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。、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图图3.1.3埋弧自动焊埋弧自动焊优点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：缺点：设备投资大，施工位置受限。设备投资大，施工位置受限。焊丝的选择应与焊件等强度。焊丝的选择应与焊件等强度。钢结构设计原理 Design Principles 5钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（3 3）气体保护焊）气体保护焊 利用焊枪喷出的利用焊枪喷出的COCO2 2或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体的侵入。的侵入。优点：优点：没有熔渣，焊接速没有熔渣，焊接速度快，焊接质量好。度快，焊接质量好。缺点：缺点：施工条件受限制，施工条件受限制，不适用于在风较大的地方不适用于在风较大的地方施焊。施焊。（4 4）电阻焊）电阻焊 利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化金属，利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化金属，再通过压力使其焊合。适用于板叠厚度不大于再通过压力使其焊合。适用于板叠厚度不大于1212的焊接。的焊接。钢结构设计原理 Design Principles 6钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections*构造简单，任何形式的构件都可直接相连；构造简单，任何形式的构件都可直接相连；*用料经济，不削弱截面；用料经济，不削弱截面；*制作加工方便，可实现自动化操作；制作加工方便，可实现自动化操作；*连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。焊接的缺点焊接的缺点*焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改变，导致焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改变，导致 局部材质变脆；局部材质变脆；*焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏、降低压杆稳定焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏、降低压杆稳定 的临界荷载，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；的临界荷载，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；*焊接裂缝一经发生，便容易扩展到整体；焊接裂缝一经发生，便容易扩展到整体；*低温冷脆问题较为突出。低温冷脆问题较为突出。焊接的优点焊接的优点钢结构设计原理 Design Principles 7钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections2.2.焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式（1 1）焊缝连接形式：分为）焊缝连接形式：分为对接、搭接、对接、搭接、T T形连接形连接和和角部连接角部连接。钢结构设计原理 Design Principles 8钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（2 2）焊缝形式：分为）焊缝形式：分为对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝。对接焊缝按受力与焊缝方向分：对接焊缝按受力与焊缝方向分：1 1）正对接焊缝）正对接焊缝(a a)：作用力方向与焊缝方向正交。：作用力方向与焊缝方向正交。2 2）斜对接焊缝）斜对接焊缝(b b)：作用力方向与焊缝方向斜交。：作用力方向与焊缝方向斜交。角焊缝按受力与焊缝方向分：角焊缝按受力与焊缝方向分：1 1）正面角焊缝）正面角焊缝(c c)：作用力方向与焊缝长度方向垂直。：作用力方向与焊缝长度方向垂直。2 2）侧面角焊缝）侧面角焊缝(c c)：作用力方向与焊缝长度方向平行。：作用力方向与焊缝长度方向平行。3 3）斜焊缝（）斜焊缝（c c）：作用力方向与焊缝方向斜交。）：作用力方向与焊缝方向斜交。图图3.1.5 3.1.5 焊缝形式焊缝形式钢结构设计原理 Design Principles 9钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections1 1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝T T型对接焊缝型对接焊缝 斜对接焊缝斜对接焊缝2 2）角焊缝）角焊缝钢结构设计原理 Design Principles 10钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections角焊缝沿长度方向的布置角焊缝沿长度方向的布置1 1）连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。）连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。2 2）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊、立焊、横焊和仰焊。焊缝按施工位置分为：焊缝按施工位置分为：图图3.1.6 3.1.6 施焊位置施焊位置a)焊条焊条平焊平焊d)仰焊仰焊b)立焊立焊c)横焊横焊钢结构设计原理 Design Principles 11钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections3.3.焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验（1 1）焊缝缺陷）焊缝缺陷 焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。部的缺陷。常见的缺陷有常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透未焊透等；以及等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。等。钢结构设计原理 Design Principles 12钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（2 2）焊缝质量检验：）焊缝质量检验：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。（超声波检验、检验内部缺陷。（超声波检验、X X射线或射线或r r射射线透照或拍片）线透照或拍片）钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001GB50205-2001规定焊缝按其规定焊缝按其检验方法和质量要求分为检验方法和质量要求分为一级、二级一级、二级和和三级三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。并应符合国家相应质量标准的要求。钢结构设计原理 Design Principles 13钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（3 3）焊缝质量等级及选用）焊缝质量等级及选用 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝质量等级）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：的选用有如下规定：1 1）需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受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。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应拉时应为一级，受压时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。为二级。2 2）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。缝应不低于二级；受压时宜为二级。3 3）重级工作制和起重量重级工作制和起重量50t50t的中级工作制吊车梁的腹板与上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与节点板之间的形接头焊透的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，质量不应低于二级。对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。4 4）角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量和起重量Q Q50t50t的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。钢结构设计原理 Design Principles 14钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（4 4）焊缝代号焊缝代号钢结构设计原理 Design Principles 15钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代号代号A A级和级和B B级级C C级级强度等级强度等级5.65.6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级加工方式加工方式车床上经过切削而成车床上经过切削而成单个零件上一次冲成单个零件上一次冲成加工精度加工精度螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为0.250.250.5mm0.5mm螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为1.51.53mm3mm抗剪性能抗剪性能好好较差较差经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构（机械构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采用用沿螺栓杆轴受拉的连接；次要沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时固定的抗剪连接；安装的临时固定3.1.2 3.1.2 螺栓连接螺栓连接1.1.普通螺栓连接普通螺栓连接钢结构设计原理 Design Principles 16钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections2.2.高强度螺栓连接高强度螺栓连接 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢经过热处理加工而成。钢经过热处理加工而成。4545号号8.88.8级；级；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9级级（a）大六角头螺栓）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓钢结构设计原理 Design Principles 17钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接传力机理传力机理利用预拉力把被连接的部利用预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递力通过摩擦力来传递允许接触面滑移，依靠螺栓杆允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承压来传力和螺孔之间的承压来传力栓孔直径栓孔直径螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.5+1.52.0mm2.0mm螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.0+1.01.5mm1.5mm特点特点剪切变形小，弹性性能好，剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动力荷载特别适用于承受动力荷载的结构的结构连接紧凑，但剪切变形大，不连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构得用于承受动力荷载的结构高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较钢结构设计原理 Design Principles 18钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections连接方法连接方法优优 点点缺缺 点点焊焊 接接对几何形体适应性强，构对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于造简单，省材省工，易于自动化，工效高自动化，工效高 。焊接残余应力大且不易控制，焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大。对材质要求高，焊接变形大。对材质要求高，质量检验工作量大。质量检验工作量大。铆铆 接接传力可靠，韧性和塑性好，传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷质量易于检查，抗动力荷载好。载好。费钢、费工费钢、费工 。目前很少采用目前很少采用普通螺栓普通螺栓连接连接装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度栓精度高时加工和安装难度较大较大 。高强螺栓高强螺栓连接连接 加工方便，对结构削弱少，加工方便，对结构削弱少，能承受动力荷载，耐疲劳，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好塑性、韧性好 。摩擦面处理，安装工艺略为摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高复杂，造价略高 主要连接方法及优缺点主要连接方法及优缺点钢结构设计原理 Design Principles 19钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算3.2.1 3.2.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造1.1.对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。图图3.2.1对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式a a）直边缝：适合板厚）直边缝：适合板厚t t 10mm 10mm b b）单边）单边V V形、形、c c）双边）双边V V形：适合板厚形：适合板厚t t 101020mm 20mm d d）U U形、形、e e）K K形、形、f f）X X形：适合板厚形：适合板厚t t 20mm 20mm 钢结构设计原理 Design Principles 20钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections2.2.对接焊缝的优缺点对接焊缝的优缺点 优点：优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。利于承受动力荷载。缺点：缺点：需剖口，焊件长度要求精确。需剖口，焊件长度要求精确。3.3.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理垫板垫板垫板垫板垫板垫板图图3.2.2 3.2.2 根部加垫板根部加垫板图图3.2.3 3.2.3 对接焊缝的引弧板对接焊缝的引弧板引弧板引弧板钢结构设计原理 Design Principles 21钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections1 1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。2 2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。弧板和引出板，焊后将它们割除。3 3）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm4mm以上以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.51:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。图图3.2.4不同厚度或宽度的钢板拼接不同厚度或宽度的钢板拼接a)改变厚度改变厚度b)改变宽度改变宽度1:2.51:2.5钢结构设计原理 Design Principles 22钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections4.4.对接焊缝的强度对接焊缝的强度 1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。2）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的抗拉强度为母材强度的85%。3）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。材强度相等。钢结构设计原理 Design Principles 23钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections3.2.2 3.2.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1.1.轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝图图3.2.5直对接焊缝连接直对接焊缝连接（3.2.1）lw焊缝计算长度，焊缝计算长度，t连接件的较小厚度，对连接件的较小厚度，对T T形接头为腹板的厚度形接头为腹板的厚度;ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（P382P382表表1.31.3）；）；（1 1）对）对lw的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。；有引弧板时，取实际长度。（2 2）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。（3 3）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况。）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况。a)a)没有引弧板时需要计没有引弧板时需要计算。算。b)b)受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。钢结构设计原理 Design Principles 24图图3.2.6斜对接焊缝斜对接焊缝b（3.2.2）（3.2.3）钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections斜向受力的对接焊缝斜向受力的对接焊缝对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈 夹角，其计算公式为：夹角，其计算公式为：lw斜焊缝计算长度。加引弧板时，斜焊缝计算长度。加引弧板时，lwb/sin；不加引弧板时，；不加引弧板时，lwb/sin 2t。fvw对接焊缝抗剪设计强度。（对接焊缝抗剪设计强度。（P382P382表表1.31.3）规范规定，当斜焊缝倾角规范规定，当斜焊缝倾角 56.3，即，即tan 1.5时，可认为对接斜时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。焊缝与母材等强，不用计算。图3.2.6 斜对接焊缝b（3.2.2）（3.2.3）钢结25钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections2.2.承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝 焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。（3.2.5）（3.2.4）图图3.2.7a弯矩和剪力共同作弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝用下的对接焊缝M焊缝承受的弯矩；焊缝承受的弯矩；Ww焊缝截面模量。焊缝截面模量。V焊缝承受的剪力；焊缝承受的剪力；Iw焊缝计算截面惯性矩；焊缝计算截面惯性矩；Sw计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。钢结构设计原理 Design Principles 26钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections 对于工字形或对于工字形或T T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力:（3.2.6）式中式中 :1 1、1 1为腹板与翼缘为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。交接处的正应力和剪应力。1.11.1为考虑到最大折算应力只为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。当提高系数。图图3.2.7b弯矩和剪力联合作弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝用下的对接焊缝工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。钢结构设计原理 Design Principles 27钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections3.3.受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其计算公式为：力，其计算公式为：（3.2.4*）（3.2.5*）同同样样对对于于工工字字形形、箱箱形形截截面面，还还要要计计算算腹腹板板与与翼翼缘缘交交界界处处的的折折算算应应力力，其公式为其公式为 ：（3.2.6*）式中式中钢结构设计原理 Design Principles 28钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪应力均对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪应力均匀分布，其计算公式为：匀分布，其计算公式为：Aw牛腿处腹板牛腿处腹板的焊缝计算面积。的焊缝计算面积。（3.2.5*）对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。全相同。钢结构设计原理 Design Principles 291.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算3.3.1角焊缝的构造角焊缝的构造角焊缝按截面形式（两焊脚边的角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为夹角）可分为直角角焊缝直角角焊缝和和斜角斜角角焊缝。角焊缝。（a）（b）（c）图图3.3.1直角角焊缝截面直角角焊缝截面（1 1）直角角焊缝）直角角焊缝通常做成表面微凸的等通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（腰直角三角形截面（a a）。）。对承受动力荷载的结构对承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面中，正面角焊缝的截面通常采用（通常采用（b b）的形式，）的形式，侧面角焊缝的截面则做侧面角焊缝的截面则做成凹面式（成凹面式（c c）。）。1.角焊缝的形式和强度钢结构设计原理 Design 30钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝两焊边的夹角两焊边的夹角a90a90或或a90a135135o o或或6012mm）或）或200mm（t12mm）；）；a)a)构件端部仅有两边侧缝连接时：构件端部仅有两边侧缝连接时：试验结果表明，连接的承载力与试验结果表明，连接的承载力与b/lw有关有关。为了避免应力传递为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，每条侧缝长度的过分弯折而使构件中应力不均，每条侧缝长度b/lw 1；b为两侧缝之间的距离；为两侧缝之间的距离；lw为焊缝长度；为焊缝长度；t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。钢结构设计原理 Design Principles 38钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connectionsc)c)直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：或凹形，焊脚尺寸的比例：正面角焊缝正面角焊缝宜为宜为1:1.51:1.5，长边与内，长边与内力方向一致力方向一致 ；侧面角焊缝侧面角焊缝可用直角焊缝为可用直角焊缝为1:1 1:1。b)b)仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的件较小厚度的5 5倍或倍或25mm25mm。d)d)当焊缝端部在焊件转当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊转角加焊2 2h hf f。避开起落弧发。避开起落弧发生在转角处的应力集中。生在转角处的应力集中。b)2hfa)2hf2hf图图3.3.6绕角焊缝绕角焊缝钢结构设计原理 Design Principles 39钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connectionse)e)在次要构件或次要焊接连接中，可采用在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角焊缝断续角焊缝。断。断续角焊缝的长度不得小于续角焊缝的长度不得小于1010h hf f 或或50mm50mm，断续角焊缝之间的净，断续角焊缝之间的净距，不应大于距，不应大于1515t t（对受压构件）或（对受压构件）或3030t t（对受拉构件），（对受拉构件），t t为为较薄焊件的厚度。以防板件局部凸曲鼓起，而对受力不利或较薄焊件的厚度。以防板件局部凸曲鼓起，而对受力不利或潮气易于侵入而引起锈蚀。潮气易于侵入而引起锈蚀。图图3.3.7断续角焊缝断续角焊缝钢结构设计原理 Design Principles 40钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections焊角尺寸：焊角尺寸：hfd c b adcbahe ehfhf1 1）焊缝的破坏面）焊缝的破坏面3.3.2直角焊缝的基本计算公式直角焊缝的基本计算公式试验表明，直角角焊缝的破坏常试验表明，直角角焊缝的破坏常沿有效厚度方向发生。沿有效厚度方向发生。图图3.3.8直角角焊缝截面直角角焊缝截面有效厚度：有效厚度：he（0.7hf）焊缝厚度：焊缝厚度：有效厚度有效厚度+熔深熔深+凸度凸度有效截面：有效截面：有效厚度有效厚度计算长度计算长度计算时假定有效截面上应力均匀计算时假定有效截面上应力均匀分布。分布。钢结构设计原理 Design Principles 41钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections2 2）有效截面上的应力状态）有效截面上的应力状态图图3.3.9角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力国际标准化组织（国际标准化组织（ISOISO）推荐）推荐用式（用式（3.3.13.3.1）确定角焊缝的）确定角焊缝的极限强度极限强度d a dacche e 在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：正应力，与焊缝长度方向（面外垂直）正应力，与焊缝长度方向（面外垂直）剪应力，与焊缝长度方向（面内平行）剪应力，与焊缝长度方向（面内平行）剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直）剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直）上式相当于国产上式相当于国产Q235Q235钢提出，其它钢种公式左边系数（钢提出，其它钢种公式左边系数（1.71.73.03.0）式中：式中：fuw-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度钢结构设计原理 Design Principles 42钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（3.3.3）ffw角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值我国我国规范规范采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后得角焊缝计算公式为：得角焊缝计算公式为：出于偏于安全考虑，且与母材的能量强度理论的折算出于偏于安全考虑，且与母材的能量强度理论的折算应力公式一致，欧洲钢结构协会（应力公式一致，欧洲钢结构协会（ECCSECCS），将（），将（3.3.13.3.1）的的1.81.8改为改为3 3即：即：ffw由角焊缝抗剪条件确定，所以公式右边相当于角焊由角焊缝抗剪条件确定，所以公式右边相当于角焊缝抗拉强度设计值。缝抗拉强度设计值。钢结构设计原理 Design Principles 43钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections图图3.3.10直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算如图所示承受互相垂直的如图所示承受互相垂直的Ny、Nx两个轴心力作用的直角两个轴心力作用的直角角焊缝，角焊缝，Ny垂直于焊缝长度方向产生平均应力垂直于焊缝长度方向产生平均应力 f，其在有效，其在有效截面上引起的应力值为：截面上引起的应力值为：（3.3.4）f对于有效截面既不是正应力也对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，但可分解为不是剪应力，但可分解为 和和 。对直角角焊缝对直角角焊缝 ：3 3）实用计算方法）实用计算方法钢结构设计原理 Design Principles 44钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections图图3.3.10直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算沿焊缝长度方向的力沿焊缝长度方向的力Nx，在有效截面上引起平行于焊，在有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力缝长度方向的剪应力 f。（3.3.5）钢结构设计原理 Design Principles 45钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：（3.3.3）（3.3.6）f 正面角焊缝的强度设计值增大正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时系数。静载时 f 1.22，对直接承受，对直接承受动力荷载的结构，动力荷载的结构，f 1.0。钢结构设计原理 Design Principles 46钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections正面角焊缝正面角焊缝 f0，力力N与焊缝长度方向垂直。与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝侧面角焊缝 f0，力力N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。（3.3.7）（3.3.8）以上各式中：以上各式中：he=0.7hf；lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。钢结构设计原理 Design Principles 47钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections3.3.3 3.3.3 角焊缝的计算角焊缝的计算1.1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。焊缝的应力可认为是均匀分布的。(1(1）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接NNlw wS Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和钢结构设计原理 Design Principles 48钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3ConnectionsB B、采用三面围焊连接、采用三面围焊连接NNlw wlw w先计算正面角焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力S Slw连接一侧的正面角焊连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和缝计算长度的总和再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度S Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和钢结构设计原理 Design Principles 49钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections(2(2）承受斜向轴心力的角焊缝）承受斜向轴心力的角焊缝NNxNy f f图图3.3.12轴心力轴心力作用下的角焊缝作用下的角焊缝平行于焊缝长度方向的分力平行于焊缝长度方向的分力Ncos 垂直于焊缝长度方向的分力垂直于焊缝长度方向的分力Nsin （3.3.9a）（3.3.9b）外力外力N和焊缝长度方向斜交，焊缝受到的力和焊缝长度方向斜交，焊缝受到的力N被分解为：被分解为：代入（代入（3.3.63.3.6），得焊缝计算公式：），得焊缝计算公式：钢结构设计原理 Design Principles 50钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（3.3.10）取取得：得：令：令：则斜焊缝的计算公式为：则斜焊缝的计算公式为：02030405060708090 f 1.001.021.041.081.121.141.201.22将将 f f（斜焊缝强度增大系数）作成表格（斜焊缝强度增大系数）作成表格钢结构设计原理 Design Principles 51钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections（3 3）承受轴心力的角钢端部连接）承受轴心力的角钢端部连接在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L L形围焊（如图所示）形围焊（如图所示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。图图3.3.13桁架腹杆节点板的连接桁架腹杆节点板的连接钢结构设计原理 Design Principles 52钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3ConnectionsNN1N2eb角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接 a)a)仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接解上式得肢背和肢尖的受力为：解上式得肢背和肢尖的受力为：（3.3.14）（3.3.15）（3.3.16）在在N1、N2作用下，侧缝的作用下，侧缝的计算长度为：计算长度为：（3.3.17）由平衡条件得：由平衡条件得：肢背肢背肢尖肢尖K1角钢肢背焊缝的内力分配系数角钢肢背焊缝的内力分配系数K2角钢肢尖焊缝的内力分配系数角钢肢尖焊缝的内力分配系数钢结构设计原理 Design Principles 53钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections表表3.3.1角钢角焊缝内力分配系数角钢角焊缝内力分配系数K钢结构设计原理 Design Principles 54钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connectionsb)b)角钢用三面围焊时角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸面角焊缝的焊脚尺寸hf3，并算出它所能承受的内力，并算出它所能承受的内力N3：（3.3.11）（3.3.12）通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为:（3.3.13）角钢角焊缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw1在在N1、N2作用下，侧焊缝的长作用下，侧焊缝的长度用公式度用公式（3.3.16、3.3.17）。）。钢结构设计原理 Design Principles 55钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connectionsc)c)当采用当采用L L形围焊时形围焊时，令，令N20，得：，得：L L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角焊缝计算公式为：（3.3.19）若求出得若求出得hf3大于大于hfmax,则不能采用则不能采用L L形围焊。形围焊。（3.3.18）（3.3.20）钢结构设计原理 Design Principles 56钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections例题例题3.23.2 试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B270mm，厚度，厚度t1=28mm，拼接盖板的厚度，拼接盖板的厚度t2=16mm。该连。该连接承受的静态轴心力接承受的静态轴心力N1400kN（设计值），钢材为（设计值），钢材为Q235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43型型钢结构设计原理 Design Principles 57钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections分析分析方法一：方法一：假定焊脚尺寸假定焊脚尺寸-焊缝长度焊缝长度-拼接盖板尺寸拼接盖板尺寸步骤步骤1：假定焊脚尺寸（：假定焊脚尺寸（hf）角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。最大焊脚尺寸：规范规定，当最大焊脚尺寸：规范规定，当t6mm时，时，hft-(12)mm，t为为较薄焊件的厚度较薄焊件的厚度hfmax=1415mm取取hf=10mm最小焊脚尺寸：规范规定，最小焊脚尺寸：规范规定，hf1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度为较厚焊件的厚度hfmin=7.9mm钢结构设计原理 Design Principles 58钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections步骤步骤2：计算焊缝长度（：计算焊缝长度（lw）假设采用两面侧焊缝，拼接盖板采用上下两块。假设采用两面侧焊缝，拼接盖板采用上下两块。根据公式（根据公式（3.3.8）式算得连接一侧所需焊缝的的总长度）式算得连接一侧所需焊缝的的总长度S Slw=1250mm拼接盖板的长度拼接盖板的长度L=676mm,取取680mm由于该连接采用了上下两块拼接盖板，在连接一侧有由于该连接采用了上下两块拼接盖板，在连接一侧有4条侧焊缝，一条侧焊缝，一条侧焊缝的实际长度条侧焊缝的实际长度lw=333mm验算验算lwminlwlwmax钢结构设计原理 Design Principles 59钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections步骤步骤3：确定拼接盖板的宽度（：确定拼接盖板的宽度（b）虽然沿拼接盖板的宽度方向没有施焊，但也应该根据强度条件和虽然沿拼接盖板的宽度方向没有施焊，但也应该根据强度条件和构造要求确定其宽度。构造要求确定其宽度。强度条件：假设强度条件：假设b=240mm,则拼接盖板的横截面积则拼接盖板的横截面积A=3840mm2,根根据静态轴力计算的强度值据静态轴力计算的强度值=182.3N/mm2f=215N/mm2选用拼接盖板的尺寸为选用拼接盖板的尺寸为680mm240mm16mm构造要求：当板件端部只有两条侧面角焊缝连接时，要求构造要求：当板件端部只有两条侧面角焊缝连接时，要求b/lw12mm时，时，b16t,t为较薄焊件的厚度为较薄焊件的厚度钢结构设计原理 Design Principles 60钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections方法二：方法二：假定焊脚尺寸和拼接盖板尺寸假定焊脚尺寸和拼接盖板尺寸-验算焊缝承载力验算焊缝承载力（如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊（如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊脚尺寸，再进行验算）脚尺寸，再进行验算）步骤步骤1：假定焊脚尺寸（：假定焊脚尺寸（hf=10mm)步骤步骤2：假定拼接盖板尺寸：假定拼接盖板尺寸采用菱形拼接盖板，拼接盖板上下两块采用菱形拼接盖板，拼接盖板上下两块钢结构设计原理 Design Principles 61钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3Connections步骤步骤3：计算各部分焊缝的承载力：计算各部分焊缝的承载力a)正面角焊缝正面角焊缝N1=109.3kNb)侧面角焊缝侧面角焊缝N2=448.0kNc)斜焊缝斜焊缝N3=854.8kN步骤步骤4：作用力设计值与承载力比较：作用力设计值与承载力比较N=1400kNN=N1+N2+N3=1412kN满足要求满足要求钢结构设计原理 Design Principles 62钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第三章第三章 连连 接接Chapter3ConnectionsNeNx xNy yMANxNxM MNyNyh he eh he et t（1）受弯矩）