7.1-3钢结构可能的破坏形式及连接

高强螺栓的预拉力是通过扭紧螺母实现的。 普通高强螺栓一般采用力矩法或转角法控制预拉 力。 扭剪型高强螺栓采用扭断螺栓尾部来控制预拉力。 力矩法是用可直接显示扭矩的特制扳手，利用事 先测定的扭矩与螺栓拉力之间的关系施加扭矩， 并计入超张拉值。 转角法分初拧和终拧两步。初拧是用普通扳手使 被连接构件相互紧密贴合；终拧是用强有力的扳 手旋转螺母，拧至按螺栓直径和板层厚度所确定 的终拧角度，螺栓拉力即达到预拉力数值。
helw
2. 侧面角焊缝
N f f fw helw
3. 在各种应力综合作用下
f f
2 f fw f
2
2hf
各种受力状态下直角角焊缝连接的计算
承受轴心力作用时角焊缝连接计算
1. 用盖板的对接连接承受轴心力（拉力、压力 或剪力）时
a. 只有侧面角焊缝时


4.
lw ≤60 hf（承受静力或间接动力荷载）或40 hf （直接承受动力荷载）。
若内力沿侧面角焊缝全长分布，则计算长度不受此限。（焊接梁翼缘 和腹板的连接焊缝，屋架中弦杆和节点板的连接焊缝，以及梁的支承 肋和腹板的连接焊缝等）
• 角 角焊缝的最小计算长度
lw ≥8 hf或40mm（常用大于50mm）
2. 承受斜向轴心力的角焊缝连接计算
f
N si n ， he l w
2 f
N cos he l w
f f
2 f fw f
w f
N
h f l w f f
1 1 sin 3
2
f
3. 承受轴向力的角钢角焊缝计算
整体失稳
局部失稳
强度破坏
连接破坏
钢结构连接必要性
1. 只有通过连接才能形 成整体结构
2. 连接设计应符合安全 可靠、节省钢材、构 造简单、制作安装方 便等。
掌握钢结构的连接方法，各自的特点和适用 情况 掌握对接焊缝的强度计算和构造要求 掌握角焊缝连接的强度计算和构造要求 掌握普通螺栓连接的计算方法

搭接连接的构造要求 仅有两条侧面角焊缝连接时，焊缝计算长度和间距的要求 搭接长度不得小于5t和25mm。 次要连接或次要构件中的断续角焊缝的构造。 焊段长度不小于10hf或50mm，净距不应大于15t（受压 构件）；30t（受拉构件）。
e≤30 tmin
直角角焊缝强度计算的基本公式
1. 正面角焊缝 N f w f f f
2.
最小焊脚尺寸

最小焊脚尺寸hf （mm） ≥1.5 t ，t为较厚焊件的厚度（mm）； 对自动焊hf可减小1mm，对T形连接的单面角焊缝应增加1mm。但当 t≤4mm时，采用hf =tmax 。（避免影响承载力，防止冷却过快产生裂 纹）
3.
角焊缝长度不宜过小，过小会使杆件局部加热严重，且起弧 和弧坑相距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可 靠。 侧面角焊缝的长度不宜过大，由于角焊缝的应力沿长度分布 不均匀，焊缝越长差别越大。

按所用焊缝本 身的构造分：
对接焊缝 角焊缝
对接焊缝
角焊缝

按施焊时焊缝在焊件之间的相对位置分
焊缝符号说明见P.271 表7.3.1
一、对接焊缝的型式和构造 构造简单，传力直接，用料经济，当保证焊缝质量时，其 强度与主体金属强度相当；传力平顺均匀，没有明显的应力集 中，对于承受动力荷载作用的结构最有有利。
F — 沸腾，b — 半镇静
2、低合金钢： Q295、 Q345 、Q390、Q420、Q460：含Mn、 V等合金元素
选用钢材的原则： 结构重要性 荷载特性 连接方法 工作温度 钢材厚度
• 钢材和连接的强度设计值：表7-1～7-4
• 钢材规格
1、钢板：
厚钢板：厚4～60mm, 宽600～3000mm 薄钢板：厚0.35～4mm, 宽500～1500mm 扁钢： 厚3～60mm, 宽100～200mm
2、型钢：
角钢： 等边 L100 × 8 不等边 L140 × 90 × 8 工字钢 ： Ⅰ20a、 Ⅰ20b H型钢和T型钢 槽钢 ： [ 30a [ 25b 钢管： Φ102 × 5＝ Φ外径 × 壁厚
整体失稳 局部失稳 强度破坏 连接破坏
• 弯曲失稳 • 扭转失稳 • 弯扭失稳
普通螺栓连接；高强度螺栓连接
一、钢结构的焊接方法
通常采用电弧焊 特点 ： 手工电弧焊
设备简单、操作灵 活，适用性和可达 性强度；生产效率 比自动、半自动焊 低，质量稍低并且 变异性大，施焊时 电弧光较强。
3）二氧化碳气体保护自动或半自动焊
错误
正确

按被连接钢材 的相互位置分
平接、搭接、顶 接 （T接）
C
粗制 螺栓
4.6级或 4.8级
12
螺杆公称直径（mm）
螺栓孔公称直径（mm） 13.5
普通螺栓连接依靠杆身承压和抗剪来传递剪力，扭紧螺母时 所产生的预拉力很小，不予以考虑。 高强螺栓是有意给螺栓施加很大的预拉力，使被连接件接触 面之间产生挤压力，因而垂直于螺杆方向有很大摩擦力，依 靠这种摩擦力来传递连接剪力。 摩擦型高强螺栓连接依靠被连接件之间的摩擦阻力传力，剪 力等于摩擦力时，即为设计极限荷载。 承压型高强螺栓的传力特征是剪力超过摩擦力时，杆件间发 生相互滑动，螺栓杆身与孔壁接触，由摩擦力和杆身的剪切、 承压共同传力；至构件间产生较大的塑性变形或接近破坏时， 荷载主要由杆身承担。 承压型高强螺栓连接的承载力远高于摩擦型高强螺栓，但变 形大，不宜用于承受动力荷载的连接。
N3 N N1 N 2 1400 109 .3 448 .0 842 .7kN
f f
Nx 842700 cos33.7 114 ( N / mm 2 ) 0.7h f 4lw3 f 0.7 4 10 180 1.22 Ny 842700 sin 33.7 92.77 ( N / mm 2 ) 0.7 4 10 180
0.7h f 4lw3
2 2 114 2 92 .77 2 147 ( N / mm 2 ) 160 ( N / mm 2 ) f f
普通螺栓连接
螺栓 级别 A级
精制 螺栓 B 5.6级或 8.8级 名称
材料性 能等级
加工程度、受力特点、适用范围
螺栓杆身是由毛坯在车床上经过加工精制而成，表面光滑， 尺寸准确，螺杆直径与螺栓孔径相同，对成孔质量要求高， 故螺栓孔在装配好的构件上钻成或钻扩成。螺栓直径与螺 孔直径相差0.3-0.5mm。 由于有较高的安装精度，因而受剪性能好，受力和抗疲劳 性能好，连接变形小 但制造和安装复杂，造价高，在一般钢结构中较少采用， 主要用于直接承受动力荷载的重要结构的受剪安装。

钢结构材料 破坏形式 钢结构的连接 轴心受力构件 受弯构件
强度高而自重轻 塑性和韧性好

材质均匀，可靠性好 制造方便，工业化程度高 密闭性能好

耐腐蚀性差 耐火性差

在低温条件下，可能发生脆性断裂

钢的种类和代号
结构用钢： 普通碳素钢（低碳C≤ 0.25 ﹪) 合金钢（低合金，合金元素<5 ﹪) 1、碳素结构钢 主要五种：Q195、Q215、Q235、Q265、Q275 钢号表示方法举例： Q235－A ·F Q235－B ·b Q235－C Q235－D Q — 屈服点，235 —表示fy=235 N / mm2 A — 无冲击要求 B — 20 ℃冲击功 ＝27J C — 0 ℃冲击功 ＝27J D— -20 ℃冲击功 ＝27J

f
N 0.7 h f l w f fw


b. 只有正面角焊缝时 f N 0.7 f h f l w f fw c. 采用三面围焊时
N ' 0.7 f f fw h f l w
f ( N N ' ) 0.7 h f l w f fw

焊接连接 螺栓连接：普通螺栓连接和高强螺栓连接 铆钉连接

1.
2.
3.
焊缝连接：对钢材从任何方位、角度和形状相交都能方便适用， 一般不需要附加连接板、连接角钢等零件，也不需要在钢材上 开孔，不使截面受削弱，因而构造简单，节省钢材，制作方便， 并易于 采用自动化操作，生产效率高；焊缝连接的刚度大，密 封性好。塑性和韧性较差，脆性较大，疲劳强度低，另外，焊 缝质量缺陷也是影响连接质量的不利因素。 铆钉连接：塑性、韧性和整体性好，连接变形小，传力可靠， 疲劳性能好，质量也便于检查，特别适用于重型和直接承受动 力荷载的结构。铆钉的连接的构造复杂，用钢量大，施工麻烦， 打铆时噪声大，劳动条件差。 螺栓连接：安装方便，特别适于工地安装连接；也便于拆卸， 适用于需要装卸结构的连接和临时性连接。但需要在板件上开 孔和拼装时对孔
侧面角焊缝主要受 剪，因两端应力集 中，剪应力分布不 均匀。
3.
正面角焊缝的受力性能及破坏形态
有效面
正面角焊缝有效面上受有正应力和剪应力作用，分 布不均匀。 通常正焊缝的强度是侧焊缝的1.35~1.55倍。
1.
最大焊脚尺寸
若 t2<t1 焊角尺寸不宜过大，以避免焊缝冷却收缩而产生较大的焊接残余 变形，且热影响扩大，容易产生脆裂，较薄焊件容易烧穿。 焊角尺寸不宜过小，以保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因 冷却过快而产生裂纹。
由未经加工的圆钢压制而成，螺栓表面粗糙。螺栓孔的直 径比螺栓杆大1.5~3mm。受剪力作用时，会产生较大的 剪切滑移，连接变形大。但由于安装方便，且能有效传递 拉力，故一般可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，及次要结 构的抗剪连接和安装时的临时固定。 16 17.5 20 22 （22） （24） 24 26 （27） （30） 30 33