第八章 钢结构的连接计算

第八章钢结构的连接计算连接设计应符合安全可靠、节省钢材、构造简单、制造安装方便等原则。

钢结构的连接方法有：焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接。

我们主要讲焊缝连接、普通螺栓连接、摩擦型高强度螺栓连接。

第一节焊接连接
焊缝连接的优点是构造简单，节省钢材，制造方便，易于自动化操作，生产效率高。

缺点是焊缝附近的部位材质变脆，产生焊接残余应力和残余变形，焊缝连接的韧性和塑性较差，脆性较大，疲劳确定较低。

焊接方法有：电弧焊、电渣焊、电阻焊，钢结构常用的是电弧焊。

电弧焊又分手工电弧焊、自动焊或半自动焊。

对接焊缝可使传力直接、构造简单、节省盖板和焊缝钢材，但要求尺寸精确，通常要求在板件边缘开坡口。

角焊缝位于板件边缘，受力情况复杂，引起应力集中和受力不均匀，但下料和装配时不用对板件开坡口，尺寸要求稍低，使用灵活，制造方便。

焊缝连接也有缺陷如裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、加渣、咬边、未熔合、未焊透等，焊缝质量分三级：一级、二级、三级。

三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查，符合三级质量标准，二级、一级焊缝还要求一定数量的超声波或射线、拍片检验并符合相应质量级别的质量标准。

I形、V形、U形、X形、单边V形、单边
U 形、K 形等，分别根据钢板厚度而定。

对接焊缝应在两端设置引弧板。

无法放置引弧板时，对接焊缝计算长度应按实际长度减去10mm （一端5mm ）。

对接焊缝承受轴心力应按公式(8－1)计算强度
w c w t w f f t l N ,)/(≤=σ (8-1)
其中：l w －焊缝计算长度，当有引弧板时取板件宽度b ，当无引弧板时，取b －10mm ；
t －在对接接头中为被连接钢板中的较小厚度，在T 形或角接接头中为对接焊缝所在钢板的厚度；
w t f 、w c f －对接焊缝的抗拉强度设计值、抗压强度设计值。

对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心拉力；
w t w w w w f t
l N
t l M A N W M ≤+=+=
26σ (8-2) w v w w w f t
l V
t I VS ≤==
5.1τ (8-3) 对称工字形截面构件的直焊缝连接，当承受弯矩。

剪力和轴心拉力时，应按下式计算其强度（翼缘焊缝τσ,和腹板焊缝eq στσ,,11）
w
t eq w
v w w w t w w w
v w w
w t w w f f t I VS f A N
I h M f t I VS f A N W M 1.13)2/(21210
1
1010
≤+=≤=
≤+=≤=
≤+=τσστστσ (8-4) 注意：未用引弧板时，焊缝长度应减去10mm 。

角焊缝可用于对接、搭接、T 形及角接接头中，我们研究的角焊
缝为等边、凸形的。

焊脚尺寸称为h f ，最小截面在450
方向，且不计凸出部分的高度时
角焊缝按其受力方向和位置可分：平行于受力方向的侧焊缝、垂
直于受力方向的正焊缝、倾斜于受力方向的斜焊缝。

侧焊缝主要受剪力，截面中为剪应力，计算时可按全长均匀受力
考虑。

其剪切破坏一般发生在450
方向的有效厚度处最小截面。

正焊缝在450
方向的有效厚度处最小截面上有复杂的正应力和剪应力，若令w e f
l h N /=σ，试验表明正焊缝的破坏强度约比侧焊缝的高
1/3倍。

斜
焊缝可以认为是侧焊缝与正焊缝的总和。

围焊缝一般用于两板的搭接上，沿搭接板件都焊上，每条围焊缝
应沿全长连续施焊。

当角焊缝在构件的转角处时，可能要求绕角焊>2h f ，以避免起弧灭弧的弧坑等缺陷落在应力集中较大的转角处，从而改善转角处的应力分布。

角焊缝的连接计算：
侧焊缝受轴心力时：
∑∑≥≤=)7.0/(,)7.0/(w f w f w f w f f f N l h f l h N τ (8-5)
正焊缝受轴心力时：
∑∑≥≤=)7.0/(,)7.0/(w f f w f w f w f f f f N l h f l h N ββτ (8-6)
斜焊缝受轴心力时：
∑∑≥≤=)7.0/(,)7.0/(w f f w f w f w f f f f N l h f l h N θθββτ (8-7)
其中，
3/sin 1/1,22.12θββθ-==f f (8-8)
围焊缝受轴心力时：
∑∑≥≤=)7.0/(,)7.0/(w f w f f w f w f f f f N l h f l h N ββτ (8-9)
22.1=f β的由来：
w f f x x w f x w f x f f x f x f f f f ≤=∴≤∴≤=
+==βσσσστσστσσ/5.1/2/3/323;2/;2/22承受轴心力的角钢的角焊缝连接计算：
侧焊缝连接：角钢背处内力N 1=(e 2/b)N=k 1N (8-10)
角钢尖处内力N 2=(e 1/b)N=k 2N (8-11)
当为双角钢相连时，角钢背焊缝：)7.02/(111w f w f f N k l h ⨯= (8-12) 角钢尖焊缝：)7.02/(222w f w f f N k l h ⨯= (8-13)
当为单角钢相连时，角钢背焊缝：)85.07.0/(111w f w f f N k l h ⨯= (8-14) 角钢尖焊缝：)85.07.0/(222w f w f f N k l h ⨯= (8-15) 三面围焊缝：
)7.02/(2/1311w f f f w f f N k b h l h ⨯=+β (8-16) )7.02/(2/2322w f f f w f f N k b h l h ⨯=+β (8-17)
L 形角焊缝连接：
)7.02/(2/23w f f f f N k b h ⨯=β (8-18)
)7.02/(2/1311w f f f w f f N k b h l h ⨯=+β (8-19)
承受弯矩、剪力、轴心力的角焊缝计算：
w f
V fwy f M fDz N fz w f V fwy f M fCz N fz w f
f M fBz N fz w f f M fAz N fz fw V fwy f N fz f D M
fDz f c M fCz f B M fBz f A M fAz f f f f A V A N I My I My I My I My ≤++≤++≤+≤+====-==2222
22/)(/)(/)(/)(/;//;/;/,/τβσστβσσβσσβσστσσσσσ (8-20)
承受扭矩和剪力的角焊缝连接
w f
f F
fy T fAy F fx T fAx f
y F fy f x F fx fp
A T fAy fp A T fAx f A F A F I Tx I Ty y
x y
x
≤+++====222/)()(/;//;/βττττττττ (8-21)
角焊缝尺寸的构造要求： 最小焊脚尺寸max max ,5
.1)(t t mm h f ≥为较厚板件厚度（mm ）
，对自动焊h f 可
减小1mm ，当t max <4mm 时，采用h f >t max ;
最大焊脚尺寸h f <1.2t min ，t min 为较薄板件的厚度； 最小计算长度l w >80h f 及40mm(常用50mm)；
最大计算长度l w <60h f (承受静力或间接动力荷载时)or 40h f （承受直接
动力荷载时）
焊接残余应力不影响结构静力强度；
焊接残余应力使结构变形增大，刚度下降；焊接残余应力降低结构的稳定性；
焊接残余应力降低结构的疲劳强度；。