钢结构第三章
钢结构课件-第三章钢结构的连接d高强
3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数μ 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（P）和板 件间的抗滑移系数μ ；
板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢
Nt Pf P A p Ab 1
当板件即将被拉开时： Cf=0，有Pf=Nt，因此：
Pf P Pf A p Ab 1 ( 3 70)
Nt
C-△C=Cf P+△P=Pf
一般板件间的挤压面面积比 栓杆截面面积大的多，近似 取AP/Ab=10，得：
Pf P Pf 10 1 ( 3 71)
N
3 1 2 3
4
4
高强度 螺栓
普通螺栓
承载力计算方法与普通螺栓相同。
O
2 1
抗剪承载力： 承压承载力：
N vb nv
d e2
4
δ
f vb
( 3 64)
b Nc d t f cb
(3 65)
b b b 单栓抗剪承载力： N min min N v ，N c
( 3 66)
( 3 78)
N 1Ty
T r1
2 2 x y i i i 1 i 1 n n
T x1
2 2 x y i i i 1 i 1 n n
( 3 79)
由此可得螺栓1的强度验算公式为:
摩擦型连接：
承压型连接：
N
N
2 1Tx
N
1Ty
N 1F
钢结构第三章
第三章习题参考答案注意：①要求学生尽量图示；②若无特别说明，焊缝计算长度可不考虑起弧、落弧的影响。
③题中“（考虑荷载分项系数后）”的意思为荷载设计值，时刻提醒学生别忘了结构可靠度理论。
3.1 解：①对接焊缝：3125010208.318550012w t w N MPa f MPa l t σ⨯===>=⨯，不满足要求，改用斜对接焊缝，取切割斜度为1.5:l ，即5.1tan =θ、o 56=θ。
②围角焊缝、双拼接板：设盖板宽2460b mm =，注意拼接板截面面积必须验算：2246050012t ⨯≥⨯，取28t mm =（常用的板厚以偶数居多）。
角焊缝的焊脚尺寸h f 应根据板件厚度确定：由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度t 2=8mm>6mm ，t 2< t 1，则()()max 21~281~26~7f h t mm mm =-=-=min 5f h mm ===取角焊缝的焊脚尺寸h f ＝6mm ，角焊缝的强度设计值2/160mm N f wf =，则()f e w f e w f f h l h f b h f N -=-422β代入数据，注意围焊缝只有一个起弧点和一个落弧点，有()31250102 1.221600.7646041600.766l ⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯-解、取整得 l ＝195mm上、下各一块拼接板的长度为 2l 10219510400mm L =+=⨯+= 最后选定的上、下拼接板的尺寸为2—460×8×400。
3.2 解：注意仅腹板在此拼接、翼缘在此无拼接，即翼缘处无焊缝、当然也无需验算，但截面依然是工字形的，不少同学仅按腹板矩形截面计算是完全错误的。
焊缝处1026.375M kN m =⋅、172.5V kN =3394112801032(2808)1000 2.979101212x I mm =⨯⨯-⨯-⨯=⨯ 63x S 280165085008250 3.27610mm =⨯⨯+⨯⨯=⨯ 63x1S 28016508 2.27610mm =⨯⨯=⨯最大剪应力为：3622max9172.510 3.2761023.7N/mm 125N/mm 2.979108w x v x VS f I t τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯ 上翼缘和腹板交接处“l ”点的正应力：621191026.37510500172.3N/mm 2.97910x My I σ⨯⨯===⨯ 剪应力：362119172.510 2.2761016.5N/mm 2.979108x x VS I t τ⨯⨯⨯===⨯⨯ 由于“1”点同时受有较大的正应力和剪应力(无需单独验算)，故应验算折算应力：22174.7/ 1.1185204/N mm N mm =<⨯=均满足要求。
钢结构第3章(螺栓连接计算)
e4
+
+ + +
+
+2 1 e2
+
+
+
+
6e1 e4
+
N
+
+
+
+
+
+
除对1-1截面 （绿线）验算外，还 N 应对2-2截面（粉红） 进行比较验算。因此， 在进行该连接的净截 面强度计算时，其中 Ani应取An1和An2中的 较小值。 2-2分红线总长： 扣除螺孔直径后：
1 + + + +2 1 e2 2 + + + + + + +
202
4
140 44kN
90 80 90
90 80 90
50 56 34
b 单个螺栓的最大承载能力：N max min N cb , N cb 36.6kN
b Nc d tfcb 20 6 305 36.6kN
（2）需要螺栓数目 n = 175/36.6=4.8个，取不少于5个。 螺栓布置按错列布置，布置图见上。 同时给出角钢的展开形状及螺栓孔布置，见右图
e4
+
+ + + + + + +
6e1 e4
+ + +
N
2e4 ( n2 1) e12 e2 2
2e4 (n2 1) e12 e2 2 n2 d 0
n2——粉红线截面上的螺孔数
钢结构第三章简答题
1. 简述大跨度屋盖结构的形式。
平面结构体系：梁式结构（平面桁架、空间桁架），平面钢架和拱式结构；空间结构体系：平面网架结构、网壳结构，大部分悬索结构，斜拉结构，张拉整体结构等。
2.网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。
双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图1)，是最常用的网架形式。
而双层网架的常用形式主要如下：（图2）1）两向正交正放网架：适用于在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于边界。
（图3）2）两向正交斜放网架：适用于两个方向网格尺寸不同的情况。
（图4）3）三向网架：三个方向的平面桁架相互交角60°。
比两向网架刚度大，适合大跨度，适用于正三角形，正六三角形平面。
（图5）4）正放四角锥网架：正放四角锥网架空间刚度较好，但杆件数量较多，用钢量偏大。
适用于接近方形的中小跨度网架，宜采用周边支承。
（图6）5）正放抽空四角锥网架：将正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆，如每隔一个网格抽去斜腹杆和下弦杆，使下弦网格的宽度等于上弦网格的二倍，从而减小杆件数量，降低了用钢量。
（图7）6）棋盘形四角锥网架：保持正放四角锥网架周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。
克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的缺点。
（图8）7）斜放四角锥网架：上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。
网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。
适用于中小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面。
（图9）8）星形四角锥网架：星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。
竖杆受压，内力等于节点荷载。
星形网架一般用于中小跨度周边支承情况。
（图10）9）三角锥网架:受力均匀、整体性和抗扭刚度好，适用于平面为多边形的大中跨度建筑。
（图11）10）抽空三角锥网架：保持三角锥网架的上弦网格不变，按一定规律抽去部分腹杆和下弦杆，可得到抽空三角锥网架。
抽杆后，网架空间刚度受到削弱。
下弦杆数量减少，内力较大。
钢结构第三章习题课后答案
钢结构第三章习题课后答案钢结构第三章习题课后答案钢结构是一门重要的工程学科，它涉及到建筑、桥梁、机械等领域。
在学习钢结构的过程中，习题是不可或缺的一部分。
通过解答习题，我们可以加深对知识点的理解，提高解决实际问题的能力。
下面是钢结构第三章习题的答案，希望对学习者有所帮助。
1. 钢结构的设计原则是什么？钢结构的设计原则主要包括以下几点：- 安全性：钢结构在设计中必须满足一定的安全系数，以确保结构在正常使用和极限状态下的安全性。
- 经济性：在满足安全性的前提下，设计应尽可能节约材料和成本，提高结构的经济性。
- 实用性：设计应考虑结构的施工性、可维护性和可拆卸性，以便于施工和后期维护。
- 美观性：设计应注重结构的外观和形象，使其与周围环境相协调。
2. 钢结构的设计方法有哪些？钢结构的设计方法主要包括以下几种：- 强度设计法：根据结构的承载能力和荷载要求，确定结构的截面尺寸和材料强度，以满足结构的强度要求。
- 稳定性设计法：根据结构的稳定性要求，确定结构的稳定性系数，以保证结构的稳定性。
- 构造设计法：根据结构的构造形式和连接方式，确定结构的构造方案和连接方式，以保证结构的完整性和可靠性。
- 疲劳设计法：根据结构的工作环境和使用要求，确定结构的疲劳寿命和疲劳极限，以保证结构的疲劳安全性。
3. 钢结构的连接方式有哪些？钢结构的连接方式主要包括以下几种：- 焊接连接：通过焊接将钢构件连接在一起，具有连接强度高、刚度大的特点，适用于大型和重要的结构。
- 螺栓连接：通过螺栓将钢构件连接在一起，具有连接方便、可拆卸的特点，适用于较小和较简单的结构。
- 铆接连接：通过铆钉将钢构件连接在一起，具有连接牢固、工艺简单的特点，适用于一些特殊的结构。
- 槽钢连接：通过槽钢将钢构件连接在一起，具有连接简单、刚度大的特点，适用于某些特殊的结构。
4. 钢结构的抗震设计原则是什么？钢结构的抗震设计原则主要包括以下几点：- 强度原则：结构的抗震能力应满足设计地震作用下的强度要求，以保证结构在地震中不发生破坏。
(钢结构设计原理)第三章钢结构的连接
按工作性质分：强度焊缝（只作为传递内力）、密强焊缝 （除传递内力外，还须保证不使气体或液体渗漏）。
按施焊位置分：俯焊(平焊)、立焊、横焊和仰焊。应尽量避 免采用仰焊焊缝。
焊缝(hàn fénɡ)连接形式
第二十四页，共一百五十七页。
焊缝 形式 (hàn fénɡ)
对接焊缝连接(liánjiē)形式
钢结构的实际连接图片 第二页，共一百五十七页。
钢结构的连接(liánjiē)方法
焊缝(hàn fénɡ)连接
第三页，共一百五十七页。
焊缝(hàn 连接 fénɡ)
20世纪初开始在工程结构上较广泛应用。焊接是现代钢结构 最主要的连接(liánjiē)方法之一。
优点
*构造简单，任何形式的构件都可直接相连(xiānɡ lián)；
第三十三页，共一百五十七页。
焊缝 代 (hàn fénɡ) 号
对接焊缝连接的构造(gòuzào)要求
第三十四页，共一百五十七页。
对接焊缝连接的构造要求
对接(duì jiē)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(hòudù)有关。
对接焊缝的坡口形式
a）直边缝：适合(shìhé)板厚t 10mm b）单边V形、c）双边V形：适合板厚t ＝10～20mm
缺点：施工条件受限制，不
适用于在风较大(jiào dà)的 地方施焊。
电阻焊
第二十二页，共一百五十七页。
电阻 焊 (diànzǔ)
焊缝(hàn fénɡ)类型
第二十三页，共一百五十七页。
焊缝(hàn 类型 fénɡ)
按被连接构件间的相对(xiāngduì)位置分为对接、搭接 、T形连 接和角接四种。
11钢结构基本原理(3-构件强度09)
轴心受拉构件强度计算公式 N f An
An 构件净截面面积 f 抗拉强度设计值
轴心受压构件的强度计算---与受拉构件强度计算完全相同， 仍采用以上公式
注意：轴心受压构件的破坏形式有强度破坏、整体失稳破坏和 局部失稳破坏(设计方法后述)。
——强度计算往往不是起控制作用？
轴心压杆（柱）的设计和计算内容—概述 1． 截面选择
最优截面改变处是离支座1/6跨度处。
b'
≤１：４
M' M1
b
M' M
M
a=l/6 l
1
按强度条件选择梁截面
h
a=l/6
多层翼缘板的梁，可用切断外层板的方法来改变梁的截面。
双层翼缘焊接梁
梁截面一般只改变一次，对于跨度较小的组合梁，不宜改变截面。
四、拉弯、压弯构件的应用和强度计算
压弯（拉弯）构件——同时承受轴向力和弯矩的构件 弯矩的产生
塑性阶 段
弯曲正应力的特点是什么?
受弯构件（梁）的强度
1、正应力—抗弯强度
三种强度准则： 1）按边缘屈服准则
(对需计算疲劳的)
Mx f Wnx
2）按全截面塑性准则
Mx f W pnx
3）按有限塑性准则(规范用公式)
(对一般受弯构件)
Mx f xWnx
梁的抗弯强度计算公式---应用和注意
h he
梁的建筑高度要求决定了梁的最大高度hmax ； 梁的刚度要求决定了最小高度： hmin f l ＝ ； l 1.34 10 6 vT
1
梁的经济条件决定了梁的经济高度：he 7Wx 3 30(cm)
b. 腹板厚度
抗剪要求
钢结构第三章-习题答案
3.3 影响焊接残余应力的因素主要有哪些？减少焊接应力和变形的措施有哪些？答：在焊接过程中，由于不均匀的加热，在焊接区域产生了热塑性压缩变形，当冷却时焊接区要在纵向和横向收缩，势必导致构件产生局部鼓曲、弯曲、歪和扭转等。
焊接残余变形包括纵、横向的收缩，弯曲变形，角变形和扭曲变形等。
为了减少焊接残余应力和变形可以采取以下措施：1）合理的焊缝设计，包括合理的选择焊缝尺寸和形式；尽可能的减少不必要的焊缝、合理的安排焊缝的位置、尽量避免焊缝的过分集中和交叉；尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。
2）合理的工艺措施，包括采用合理的焊接顺序和方向；采用反变形法减少焊接变形或焊接应力；锤击或碾压焊缝；对于小尺寸焊接构件可进行提前预热，然后慢慢冷却以消除焊接应力和焊接变形。
3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）。
轴心拉力N=1500 kN，钢材Q345A，焊条E50型，手工焊，焊缝质量Ⅲ级。
解：直缝连接其计算长度：l w=500-2×10=480mm焊缝的正应力为：σ=Nl w t =1500×1000480×10=312.5N/mm2＞f t w=265N/mm2不满足要求，改用斜对接焊缝，取截割斜度为1.5：1，即56°焊缝长度l=500sin56°=603mm计算长度l w=603−2×10=583mm 故此时焊缝的正应力为：σ=Nsin θl w t=1500×1000×sin56°583×10=213N mm2⁄＜f t w=265N mm2⁄剪应力为：τ=Ncos θl w t=1500×1000×cos56°583×10=144N mm2⁄＜f v w=180N mm2⁄满足要求。
故设计斜焊缝，如图所示。
3.10 有一支托角钢，两边用角焊缝与柱相连，如图所示，钢材为Q345A，焊条为E50型，手工焊，已知柱翼缘厚20mm，外力N=400kN。
钢结构（第三版）戴国欣主编__课后习题答案
第三章 钢结构的连接3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。
钢材为Q235B ，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。
解：（1）三面围焊 2160/wf f N m m = 123α= 213α= 确定焊脚尺寸：,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=，,min 5.2f h mm ≥==， 8f h mm =内力分配：30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-=焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。
22196.691100.720.78160w wf fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取120mm 。
（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取18f h mm =， 26f h m m = 内力分配：22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算：116673720.720.78160w wf fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑，则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+='，取390mm 。
223332480.720.76160w wf fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060260262481=⨯=<=⨯+='，取260mm 。
高等钢结构理论-第三章
N
3.2.2
理想轴心压杆的弹性失稳
两端铰接的，理想的等截面笔直杆件
y=f(x)是杆件挠度的函数
d2y M i EI EI 2 dx
N
1. 弹性弯曲屈曲
解微分方程，得： c
y Asin kx B cos kx
N 由简支的边界条件： 当x=0和x=l时，y=0 分别带入通解得B=0，Asinkl=0 N
14
3.1.3
端部部分连接杆件的有效截面
N f A
图（c）中，工形截面拉杆端部只有翼缘边缘用侧焊缝和节点板 连接，相当于两个T型钢， η取0.9 。如果只有腹板和节点板连接 ， η取0.7。
(a) 平板拉杆
(b) T形截面拉杆
(c) 工字形截面拉杆
端部部分连接的杆件
3.1轴力构件的强度及截面选择
An：毛截面面积（net area）
（注： 0.7fu =fu / Ru）
fu：钢材极限强度标准值（characteristic value of tensile strength） γRu：钢材极限强度对应的抗力分项系数， γRu =1.1×1.3=1.43
1 3.1 Strength and section select of axially loaded members 0
3.1轴力构件的强度及截面选择
3.1 Strength and section select of axially loaded members
4
3.1.1
轴力构件的应用和截面形式
截面形式（Sections）
Steel bar
Round HSS (hollow steel section) or Pipe
钢结构第三章 钢结构的连接(螺栓)
排列因素：
受力要求：钢板端部剪断，端距不应小于2d0；受拉时，栓
距和线距不应过小；受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大。 构造要求：栓距和线距不宜过大 施工要求：有一定的施工空间
3.6螺栓的构造
3.6.2 螺栓的排列
螺栓排列和最小距离：
3.6螺栓的构造
3.6.2 螺栓的排列
螺栓排列最大距离： 对于角钢、工字钢和 槽钢的螺栓排列见附 录四（型钢的螺栓准 线表）
3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算
普通螺栓连接按其受力方式分类：
抗剪螺栓 抗拉螺栓 同时抗剪抗拉螺栓
3.7.1普通螺栓的抗剪连接
3.7.1.1抗剪连接工作性能
抗剪螺栓连接的受力性能：静摩擦力阶段、相对滑移阶段、螺杆与 孔壁挤压传力的弹塑性阶段、破坏阶段。
3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算
3.7.1普通螺栓的抗剪连接
4x100=400 50 30 50
M Fe 280 0.21 58.8kN m
2. 单个螺栓的抗拉承载力：
N tb Ae f t b 244 .8 170 41620 N 41.62 kN
3.螺栓群强度验算 由前述可知1号螺栓受力最大，为设计控制点， 则对其进行强度验算：
3）. 螺栓群同时承受剪力和弯矩（轴心拉力） 的计算
螺栓群同时承受剪力和拉力
3.7 普通螺栓连接的构造和强度计算
3.7.2普通螺栓的抗拉连接
3）. 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算 支托仅起安装作用：螺栓群承受弯矩M和剪力V
N t N1M My1
m y
2 i
Nv V n
螺栓不发生拉剪破坏
20 12 305 73200 N 73.2 kN
钢结构基本原理第三章 构件截面承载力 强度
第三章 构件截面承载力--强度钢结构承载能力分3个层次截面承载力：材料强度、应力性质及其在截面上分布属强度问题。
构件承载力：构件最大截面未到强度极限之前因丧失稳定而失稳，取决于构件整体刚度，指稳定承载力。
结构承载力：与失稳有关。
3.1 轴心受力构件的强度及截面选择3.1.1 轴心受力构件的应用及截面形式主要用于承重钢结构，如平面、空间桁架和网架等。
轴心受力截面形式：1）热轧型钢截面2）冷弯薄壁型钢截面3）型钢和钢板连接而成的组合截面（实腹式、格构式）（P48页）对截面形式要求：1）提供强度所需截面积2）制作简单3）与相邻构件便于连接4）截面开展而壁厚较薄，满足刚度要求（截面积决定了稳定承载力，面积大整体刚度大，构件稳定性好）。
3.1.2 轴心受拉构件强度由εσ-关系可得：承载极限是截面平均应力达到抗拉强度u f ，但缺少安全储备，且y f 后变形过大，不符合继续承载能力，因此以平均应力y f ≤为准则，以孔洞为例。
规范：轴心受力构件强度计算：规定净截面平均应力不应超过钢材强度设计值f A N n ≤=/σN ：轴心拉力设计值； An ：构件净截面面积；R y f f γ/=: 钢材抗拉强度设计值 R γ:构件抗力分项系数Q235钢078.1=R γ，Q345，Q390，Q420111.1=R γ49页孔洞理解见书例题P493.1.3 轴心受压构件强度原则上与受拉构件没有区别，但一般情况下，轴心受压构件的承载力由稳定性决定，具体见4章。
3.1.4 索的受力性能和强度计算钢索广泛用于悬索结构，张拉结构，桅杆和预应力结构，一般为高强钢丝组成的平行钢丝束，钢绞线，钢丝绳等。
索是一种柔性构件，内力不仅与荷载有关，而且与变形有关，具有很强几何非线性，但我们通常采用下面的假设：1）理想柔性，不能受压，也不能抗弯。
2）材料符合虎克定理。
在此假设下内力与位移按弹性阶段进行计算。
加载初期（0-1）存在少量松弛变形，主要部分（1-2）线性关系，接近强度极限（2-3）明显曲线性质（图见下）实际工程对钢索预拉张，形成虚线应力—应变关系，很大范围是线性的高强度钢丝组成钢索初次拉伸时应力—应变曲线钢索强度计算采用容许应力法：k f A N k k //maxk N ：钢索最大拉力标准值 A ：钢索有效截面积k f :材料强度标准值 k ：安全系数2.5-3.03.2 梁的类型和强度3.2.1 梁类型按制作方法：型钢梁：热轧型钢梁（工字梁、槽钢、H 型钢）。
第三章 钢结构的破坏形式及计算方法
使得净截面承载力不足以承受外力作用时，构件突然断裂， 发生疲劳破坏。 疲劳破坏一般经历裂纹形成、裂纹缓慢扩展 和最后迅速断裂三个阶段。
重庆大学城市科技学院钢结构课件
Streel Stucture
第 三 章
二、疲劳计算 反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。
失稳，又称屈曲。
重庆大学城市科技学院钢结构课件
Streel Stucture
第 三 章
第三章 钢结构的破坏形式及计算方法
第一节 钢结构的可能破坏形 式
三、板件局部失稳破坏
某些情况下，组成构件结构的板件的局部丧失稳定 会先于整体失稳出现。局部失稳的发生可能最终促成或 导致结构或构件的整体失稳，造成破坏。
Pf =P (z<0) Ps=P(z≥0)=1- Pf
设计使用年限分类
类别 1 2 3
4
设计使用年限 5 25 50
100
示例 临时性结构 易于替换的结构构件 普通房屋和构筑物
纪念性建筑和特别重要的结构
Streel Stucture
重庆大学城市科技学院钢结构课件
第 三 章
三．设计表达式：
R
0
RK
0 R
GSGK
QSQK
RK
R
SSK
《钢结构设计规范(GB50017)》设计方法
R 0S
对于承载能力极限状态 采用应力表达式
n
0 ( GGK Q1 Q1K ci QiQiK ) f i2
正常使用极限状态
n
W WGK WQ1K W ci QiK [W ] i2
➢ 在完全压应力（不出现拉应力）循环中，由于压应力不会 使裂纹继续扩展，故规范规定此种情况可不进行疲劳计算。
第三章 钢结构的连接
第三章：钢结构的连接本章知识点：§3.1 钢结构的连接方法§3.2 对接焊缝的构造与计算§3.3 角焊缝的构造与计算§3.4 焊缝应力和焊接变形§3.5 普通螺栓连接§3.6 高强螺栓连接本章重点难点：1．钢材的屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性。
2．化学成分碳、硫、磷对钢材性能的影响。
3．钢材疲劳破坏的概念和疲劳强度验算。
4．钢结构常用钢材的钢种和钢号。
本章学习目标：1．掌握钢结构的连接方法及各方法的适用条件。
2．掌握角焊缝、对接焊缝（焊透和部分焊透）的构造和计算。
4．了解焊接应力和焊接变形产生的原因以及对构件承载力的影响。
3．掌握普通螺栓连接和高强度螺栓连（摩擦型连接和承压型连接）的构造和计算。
本章小结：通过本章学习，掌握钢结构的连接方法及各方法的适用条件，掌握角焊缝、对接焊缝（焊透和部分焊透）的构造和计算，了解焊接应力和焊接变形产生的原因以及对构件承载力的影响，掌握普通螺栓连接和高强度螺栓连（摩擦型连接和承压型连接）的构造和计算。
第一节：钢结构的连接方法一．连接形式：平接（对接），搭接，垂直连接二．连接方法1．焊接连接优点：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。
（1）手工焊原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。
原则：焊缝和母材等强度。
优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；焊条：E43××（T42××）——适用于Q235（A3）E50××（T50××）——适用于16Mn，16MnqE55××（T55××）——适用于15MnV，15MnVqkg；其中43，50，55——最小抗拉强度，单位为2mm××——电流种类，药皮及不同焊接位置。
缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。
钢结构第三章 钢结构的连接
钢结构第三章钢结构的连接钢结构的连接1. 引言钢结构的连接是钢结构设计的关键环节之一。
连接的质量直接影响到整个钢结构的稳定性和安全性。
本章将详细介绍钢结构连接的相关知识，包括连接的分类、连接的选择原则、常用连接方式等。
2. 钢结构连接的分类钢结构连接可以按连接方式、连接部位、连接形式等多种方式进行分类。
常见的连接方式包括焊接连接、螺栓连接、连接件连接等。
根据连接部位可分为梁柱连接、梁梁连接、柱柱连接等。
根据连接形式可分为刚性连接和半刚性连接。
3. 焊接连接焊接连接是最常用的连接方式之一。
本节将详细介绍焊接连接的原理、方法、注意事项等。
焊接连接具有连接刚性好、承载能力高等优点，但需要注意焊接质量、焊接工艺等因素。
4. 螺栓连接螺栓连接是另一种常见的连接方式。
本节将介绍螺栓连接的原理、选型、设计要点等。
螺栓连接具有拆卸方便、适应性广等优点，但也有一些需注意的问题，如螺栓预紧力、螺栓材料等。
5. 连接件连接连接件连接是一种常用的连接方式，合用于一些特殊场合。
本节将介绍连接件连接的原理、选择、设计要点等。
连接件连接具有连接方便、适应性强等优点，但在设计过程中需要注意连接件的选择和尺寸等。
6. 钢结构连接的设计原则钢结构连接的设计原则包括强度原则、刚度原则、稳定性原则等。
本节将详细介绍这些设计原则的具体内容和应用方法，匡助读者更好地进行连接设计。
7. 钢结构连接的验算钢结构连接的验算是保证连接质量的重要环节。
本节将介绍常用的连接验算方法，如焊缝验算、螺栓验算等。
同时还将介绍一些相关的计算公式和实例，匡助读者理解和应用。
8. 钢结构连接的质量控制钢结构连接的质量控制是确保连接质量的关键。
本节将讲解常用的连接质量控制方法，如焊接质量控制、螺栓预紧控制等。
同时还将介绍一些连接质量控制的经验和技巧。
9. 钢结构连接的维护与检测钢结构连接的维护与检测是保证连接安全可靠的重要手段。
本节将介绍常用的连接维护与检测方法，如焊缝检测、螺栓松动检测等。
钢结构第三章螺栓连接
需验算 正交截 面和折 线截面 的强度
An t[2e4 (n2 1) e12 e22 n2d0 ]
例题3-14
设计两角钢用C级普通螺栓的拼接，已知角 钢型号为∟90×6，所承受的轴心拉力的设计 值为N=160KN，采用拼接角钢的型号与构件 的相同，钢材为Q235A，螺栓直径d=20mm， 孔径为21.5mm。
Nn yn
y2 n
N Myi
i
y2
i
要求：受力最大的最外排螺栓的拉力不超过一 个螺栓的抗拉承载力设计值，即：
N My1 N b
1
y2
i
t
4. 弯矩和拉力共同作用的普通螺栓群计算
根据偏心距的大小可能出现小偏心受拉和大偏 心受拉两种情况
（1）小偏心受拉：全部螺栓均为受拉
轴心力：由各螺栓均匀承受；
验算螺栓受力以及净截面强度
1、拼接板尺寸：长、宽、厚度
600mm
厚度的确定原则：拼接板的截面面积大于被 连接钢板的截面面积。
被连接钢板的截面面积：18×600
拼接板的截面面积：2×600×t
取10mm
长度的确定：与螺栓的布置间距有关
布置螺栓
2、螺栓布置：水平距离和竖向距离
距离的选取原则：在容许距离范围之内，水 平距离取较小值；竖向距离取较大值。
de2
4
ftb
2. 轴心拉力作用普通螺拴群的计算
螺栓群在轴心力作用下的抗拉连接，通常假定每 个螺栓平均受力，则连接所需螺栓数为：
n
N N tb
3.弯矩作用的普通螺栓群计算
中和轴
受拉区 受压区
由螺栓承担 由整个受压板承担
近似地取最下排螺栓中心处
钢结构课件-第三章钢结构的连接c普栓
b1 拼接板宽度； m 危险截面上的螺栓数； t1 拼接板厚度。
B、螺栓采用错列排列时: 主板的危险截面为1--1和
c1
1 1’
t1 t
1’--1’截面:
N f An
N
b c4 c3 c2
N
对于1 1截面：An b m d 0 t ;
1 1’
2 2 对于1’ 1’ 截面：An 2c4 m 1 c1 c2 m d0 t; 式中：f 钢材强度设计值； d 0 螺栓孔直径；
N f An ,1 An ,1 b m d 0 t ;
b1
b
1 2
f 钢材强度设计值 ; d 0 螺栓孔直径；
m 危险截面上的螺栓数； b 主板宽度；t 主板厚度。
拼接板的危险截面为2-2截面:
0.5 N f An , 2
An , 2 b1 m d 0 t1 ; f 钢材强度设计值 ; d 0 螺栓孔直径；
显然，T作用下‘1’号螺 栓所受剪力最大（r1最大）。
由力的平衡条件得：
T N 1T r1 N 2T r2 N nT rn (3 38)
y
1 N1Tx r1
x
N1T N1Ty
T
由假定‘(2)’得 N nT N 1T N 2T N 3T r1 r2 r3 rn
( 3 39)
l1
平均值 螺栓的内力分布
N/2
N/2
N n b N min
当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状 态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀， 端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的 抗剪强度折减系数η与l1/d0的关系曲线。
钢结构第三章课后答案
《钢结构设计原理》作业答案 3. 连接3.8 试设计如图所示的对接连接 （直缝或斜缝） 。
轴力拉力设计值 N=1500kN， 钢材 Q345-A，焊条 E50 型，手工焊，焊缝质量三级。
解： 三级焊缝 查附表 1.3： f t w 265N/mm2 ， f vw 180N/mm2 不采用引弧板： l w b 2t 500 2 10 480mmN 1500 103 312.5N/mm2 f t w 265N/mm2 ，不可。
lw t 480 10改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度： (b / sin ) 2t (500/ sin 56) 20 (500/ 0.829) 20 583mm lwN sin 1500 103 0.829 213N/mm2 f t w 265N/mm2 t lw 583 10N cos 1500 103 0.559 144N/mm2 fvw 180N/mm2 t lw 583 10设计满足要求。
方法二：以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。
此时设置引弧板求解 方便些。
3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。
解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。
10500NN查附表 1.3： f fw 200N/mm2 试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。
设盖板宽 b=460mm，为 保证盖板与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。
所需盖板厚度： t2 A1 500 10 5.4mm ，取 t2=6mm。
2b 2 460由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母材等强，则盖板厚则不小于 14mm。
钢结构第3章作业参考答案
2138 . 39 cm
4
I p I x I y 22321 . 69 cm
4
Tx
T 250 IP
，
F
Ty
T 163 IP
F 5096
Vy
F
h e lw
910 0 . 7 8
Ty Vy f
2
Tx
xi
2
y i 8 6 4 ( 6 . 5 19 . 5 ) 1978 cm
lw 2
193 . 35 10
32 0 . 7 Fra bibliotek 8 160
＝108 mm
60 h f 480 mm ( 满 足 ) 8 h f 64 mm 且 40 mm ( 满 足 )
l1 298 8 308 mm ； l 2 108 8 116 mm 取肢背 l1 310 mm ， 肢尖 l 2 120 mm
w 解： 查表得 f t 185 Mpa ， w
fv
125 Mpa
注意：此题中腹板仍受弯剪。
I 2 28 1 . 4 50 . 7
2
0 . 8 100 12
3
268193 . 1cm
4
(1)焊缝最大正应力在腹板和翼缘交界处
max
M I
h 2
1122 10
374 10
3
焊缝最大剪应力满足要
求
(3)腹板和翼缘交界处
'
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N = 0.9nf µP
b v
抗力分项系数的倒数， 式中 0.9——抗力分项系数的倒数，即取 抗力分项系数的倒数 0.9==1/γR=1/1.111； ； nf——传力摩擦面数目，单剪时，nf=1；双剪时， 传力摩擦面数目， 传力摩擦面数目 单剪时， ；双剪时， nf=2；四剪时，nv=4；见图 ；四剪时， ；
2. 高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数(表3.9) 对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈 对于摩擦型连接，对摩擦面抗滑移系数有要求 3. 高强度螺栓的排列 要求同普通螺栓，同样要考虑连接长度对承载力的不利 影响。
3.8.2 高强度螺栓的抗剪承载力设计值
1. 高强度螺栓摩擦型连接
b N v = 0.9nf µP
板不发生承压破坏
Nv ≤ N
b c
式中 Nv，Nt—— 一个螺栓承受的剪力和拉力设计值 Nvb，Ntb vb， tb—— 一个螺栓的承剪和抗拉承载力设计值。 一个螺栓的承剪和抗拉承载力设计值。
支托承受剪力： 支托承受剪力：螺栓群只承受弯矩M
N t = N 1M = M y1
m ∑ y i2 ) ≤ N tb (
图7-82 高强度螺栓受拉
撬力的影响：限制抗拉承载力在0.8P以内
高强度螺栓拉力变化
2. 高强度螺栓抗拉连接计算 抗拉承载力： 轴心拉力的螺栓数： 弯矩作用时
N = 0.8 P
b t
n=N N
b t
图3-73 高强度螺栓受弯连接
承载力极限状态 板不被拉开时，中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轴在螺栓群形心处； 板可被拉开时，与普通螺栓一样，中和轴在最外排 螺栓形心处。
扭矩作用时，及扭矩、剪力、 2. 扭矩作用时，及扭矩、剪力、轴心力共同作用时 螺栓群受扭矩T、剪力V和轴心力N共同作用的高强度螺栓 连接的抗剪计算与普通螺栓相同， 连接的抗剪计算与普通螺栓相同，只是用高强度螺栓的 承载力设计值。
3.8.5 高强度螺栓的抗拉连接 1. 高强度螺栓的抗拉连接性能
规范规定每个摩擦型高强度螺栓的抗拉设计承载力不得大于0.8P，螺 栓杆内原预拉力基本不变。
N ≤ N 1.2
式中: 高强度螺栓所承受的剪力和拉力设计值； 式中 Nv,Nt——高强度螺栓所承受的剪力和拉力设计值； 高强度螺栓所承受的剪力和拉力设计值 Nvb、Ncb 、Ntb——单个高强度螺栓的抗剪、承压、 单个高强度螺栓的抗剪、 、 单个高强度螺栓的抗剪 承压、 抗拉承载力设计值. 抗拉承载力设计值
N1 =
(N
N 1x
+ N ) + (N
T 1x 2
V 1y
+ N
T 1y
) ≤ N
2
b m in
支托仅起安装作用： 支托仅起安装作用：螺栓群承受弯矩M和剪力V
Nt = N
M 1
= My1
(m∑ y ) N v = V n
2 i
螺栓不发生拉剪破坏
Nv 2 Nt 2 ( b) + ( b) ≤1 Nv Nt
受压
N = My1 ( m∑ y ) ≤ 0.8P
M 1 2 i
3.8.5同时受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算 3.8.5同时受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算
1. 高强度螺栓摩擦型连接 由于外拉力的作用，板件间的挤压力降低 每个螺栓的抗剪承载力也随之减少 抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低
Nv Nt + b ≤1 b Nv Nt
3.8.1 高强度螺栓连接的工作性能
3.8.1.1. 高强度螺栓的预拉力 施加方法：扭矩法、 施加方法：扭矩法、转角法和扭剪法 预拉力设计值： 预拉力设计值： 0.9 × 0.9 × 0.9
P= 1.2
f u Ae = 0.6075 f u Ae
高强度螺栓预拉力设计值按材料强度和螺栓有效截面积 确定,上式中的几个系数分别考虑了几个影响因素 确定 上式中的几个系数分别考虑了几个影响因素 表3-8 一个高强度螺栓的预拉力设计值P（ 一个高强度螺栓的预拉力设计值 （kN）取值时考虑： ）取值时考虑：
Nv ≤ N
b c
3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算 3.8.1高强度螺栓连接的工作性能 3.8.1高强度螺栓连接的工作性能
栓孔： 栓孔：钻成孔 按受力特征分类：摩擦型连接、 按受力特征分类：摩擦型连接、承压型连接和承受拉力的 连接 级别： 级和8.8级 级别：10.9级和 级 级和 影响承载力的因素：栓杆预拉力、 影响承载力的因素：栓杆预拉力、连接表面抗滑移系数和 钢材种类 高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别在于： 高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别在于：高 主要区别在于 强度螺栓连接除了材料强度高之外，而且在拧紧螺帽时， 强度螺栓连接除了材料强度高之外，而且在拧紧螺帽时， 螺栓内施加了很大的预拉力，连接件间的挤压力就很大， 螺栓内施加了很大的预拉力，连接件间的挤压力就很大， 因而接触面的摩擦力就很大， 因而接触面的摩擦力就很大，这种预拉力和摩擦力对高 强度螺栓传递外力的机制产生了很大的影响。 强度螺栓传递外力的机制产生了很大的影响。
3.8 高强度螺栓连接的 工作性能和计算
教学目与要求
了解高强螺栓连接构造 了解高强螺栓连接受力特点 掌握高强螺栓连接计算
教学内容
高强度螺栓的工作性能和螺栓群的计算——重点 重点 高强度螺栓的工作性能和螺栓群的计算 高强度螺栓连接的构造和计算（2）——难点 高强度螺栓连接的构造和计算（ 难点 螺栓连接的构造和计算
N
e
在扭矩作用下，螺栓 受力 受力： 在扭矩作用下，螺栓1受力：
y1 N =N r1
T 1x T 1
x1 N =N r1
T 1y T 1
在剪力V和轴心力 作用下 螺栓均匀受力： 在剪力 和轴心力N作用下，螺栓均匀受力： 和轴心力 作用下，
N =V n
V 1y
N1N = N n x
则螺栓1承受的最大剪力 应满足： 则螺栓 承受的最大剪力N1应满足： 承受的最大剪力
3.7 螺栓连接的工作性能和计算
螺杆受剪兼受拉破坏 螺杆受剪兼受拉破坏
Nv b N v
Nt + b ≤1 N t
2
2
V Nv = n
当连接板件过薄时， 当连接板件过薄时，可 能因承压强度不足而破 坏，需按下列公式计算 螺栓的承压承载力： 螺栓的承压承载力：
3.8.3 高强度螺栓群的抗剪计算 1. 轴心力作用时
螺栓数：
b n = N Nmin
πd 2 b N = nv fv 4
b v
N cb = d ∑ t f cb
对于承压型连接Nbmin按式 按式3-32和式 和式3-33计算，取较小值，只 计算， 对于承压型连接 按式 和式 计算 取较小值， 是其中的fvb 、fcb要用高强度螺栓的强度设计值。当剪切面在 要用高强度螺栓的强度设计值。 是其中的 要用高强度螺栓的强度设计值 螺纹处时式3-32中的 改为 。 中的d改为 螺纹处时式 中的 改为de。
0.9——抗力分项系数的倒数，即0.9==1/γR=1/1.111； 抗力分项系数的倒数， 抗力分项系数的倒数 ； nf——传力摩擦面数目，单剪时，nf=1；双剪时，nf=2； 传力摩擦面数目， 传力摩擦面数目 单剪时， ；双剪时， ； 四剪时， 四剪时，nv=4；见图 ； ；见图3-7； P——一个高强度螺栓的预拉力设计值，见表 ； 一个高强度螺栓的预拉力设计值， 一个高强度螺栓的预拉力设计值 见表3-8； µ——摩擦面的抗滑移系数，见表 。 摩擦面的抗滑移系数， 摩擦面的抗滑移系数 见表3-9。 2. 高强度螺栓承压型连接 破坏状态同普通螺栓， 破坏状态同普通螺栓，极限承载力由杆身抗剪和孔 壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动作用， 壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动作用，计算方法 和普通螺栓相同。 和普通螺栓相同。
支托和柱翼缘的角焊缝验算
τ f = αV ( he ∑lw ) ≤ f fw
偏心对角焊缝的影响， 为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响，α 取1.25~1.35
例题
3.17、 例 3.17、3.18
小节
1、高强度螺栓连接的构造要求 2、理解高强度受剪螺栓连接的受力性能 3、掌握高强度受剪螺栓连接计算方法
作业
1.习题3.8 1.习题3.8 习题
2. 高强度螺栓承压型连接 当发生螺杆受剪和受拉破坏时，应按下式验算承载力： 当发生螺杆受剪和受拉破坏时，应按下式验算承载力：
N v Nt b + b ≤1 N v Nt
2
2
当螺杆与孔壁挤压时， 当螺杆与孔壁挤压时，由于连接件较薄会发生孔壁挤 压破坏时， 压破坏时，尚应按下式验算承载力： b v c
一个受外拉力作用的摩擦型连接高强度螺栓的抗剪承载力 设计值为： 设计值为：
N = 0.9nf µ(P − 1.25 N t )
b v
式中
Nt≤0.8P
《规范》规定的其承载力的另一种计算公式： 规范》规定的其承载力的另一种计算公式：
Nv Nt + b ≤1 b Nv Nt
N = 0.9nf µP
b v
3.8.1.2.高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数 试验研究表明，高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数的大 小与构件的种类和连接处构件接触面的处理方法有关。 高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数μ的大小见表3-9 对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈 对于摩擦型连接，对摩擦面抗滑移系数有要求
3.8.1.3 高强度螺栓的抗剪连接的工作性能
3.8.1.4 高强度螺栓抗拉连接的工作性能
一个摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值取为： 一个摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力设计值取为：
N = 0 .8 P
b t