钢结构焊接、螺栓连接计算及实例
连接件受力经验计算公式
连接件受力经验计算公式
1. 螺栓连接受力计算公式
- 轴向受力: F = π/4 * d^2 * σb
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
其中, d为螺栓直径, σb为螺栓材料的抗拉强度, τ为螺栓材料的剪切强度。
2. 焊缝受力计算公式
- 焊缝长度受力: F = a * l * σw
- 焊缝面积受力: F = a * σw
其中, a为焊缝面积或长度, l为焊缝长度, σw为焊缝材料的极限强度。
3. 键连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * l * p
其中, d为键直径, l为键长度, τ为键材料的剪切强度, p为键与轴承的接触压力。
4. 铰链连接受力计算公式
- 剪切受力: F = π/4 * d^2 * τ
- 压力受力: F = d * b * p
其中, d为铰链直径, b为铰链宽度, τ为铰链材料的剪切强度, p为铰链与轴承的接触压力。
以上公式是基于理想工况下的简化计算方法,实际应用中还需考虑安全系数、应力集中等影响因素进行修正。
此外,对于复杂的连接形式,可能需要采用有限元分析等数值计算方法。
建筑结构 第九章 钢结构的连接_OK
侧面焊缝
主要受剪 力，应力状态 单纯，但焊缝 剪应力沿长度 分布不均匀， 两头大，中间 小，破坏起点 在两端。
37
角焊缝按其截面形式可分为普通型、平坦型和凹 面型三种。
38
有效截面： 试验证明，角焊缝常在沿45°左右方向的截面破坏，故计算时以45°方 向的最小截面为危险截面，称为角焊缝的计算截面或有效截面。
mm2
33
剪应力
V AW W
280103 29.6 102
95 N
mm2
fV w
125 N
mm2
“1”点的折算应力
1
115 380 109 N 400
mm2
2 1
3 2
1092 3 952 197 N mm2 1.1 ft w
1.1185 204 N mm 2
34
9.4 角焊缝的构造和计算
44
7）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较 小厚度的5倍，并不得小于25㎜，以减小因焊 缝收缩产生的残余应力及因偏心产生的附加弯 矩。
8）当角焊缝的端部在构件转角处时，为避免 起落弧的缺陷发生在此应力集中较大部位，宜 作长度为2f的绕角焊，且转角处必须连续施焊， 不能断弧。
45
9.4.2 角焊缝的计算
N3
2 0.7hf 3b f
f
w f
肢背和肢尖分担的
内力为
N1
b z0 b
N
N3 2
1N
N3 2
N2
z0 b
N
N3 2
2N
N3 2
53
③ 角钢用L形围焊
令N3=0，即得
N3 22 N
N1 N N3
54
按上述求出各条焊缝分担的内力后，假定角钢肢 背和肢尖焊缝的焊脚尺寸,即可分别求其所需的焊 缝计算长度
钢结构焊接和计算
4.3.1.2 对接焊缝的计算
(2) 同时受弯 、受剪的对接焊缝计算公式
2）工字形截面
max
M Ww
ftw
max
VSw I w t
f
w v
2 1
3 12
1.1 ftw
例1：设计500×14钢板的对接焊缝连接。钢 板承受轴向拉力，其中恒荷载和活荷载标准 值引起的轴心拉力值分别为700kN和400kN， 相应的荷载分项系数为1.2和1.4。已知钢材为 Q235-B.F （ A3F ） ， 采 用 E43 型 焊 条 手 工 电 弧焊，三级质量标准，施焊时未用引弧板。
解 思路： 效应S < 抗力R
（ 即 S= N <
lwt
R ftw ）
1．焊缝承受的轴心拉力设计值为：
N 7001.2 4001.4 1400kN
2．三级对接焊缝抗拉强度设计值
ftw 185N / mm 2
3．先考虑用直焊缝验算其强度
N / lwt 1400103 /[(500 10) 14]
4.3.2 角焊缝的构造和计算
4.3.2.1、 角焊缝的构造
①自动焊： hf=hfmin-1(mm)； ②T形连接的单面角焊缝：hf=hfmin+1(mm)； ③当t <4mm时，hfmin= t (mm)；
④当t ≤6mm时，hfmax ≤t (mm)； 当t >6mm
时，hfmax= t-(1~2) (mm)；
( 1 )轴心受力的对接焊缝计算公式：
4.3.1.2 对接焊缝的计算
( 1 )轴心受力的对接焊缝计算公式：
N lwt
f
t
钢结构的连接(焊接,螺栓连接)
F N
.
50
三、普通螺栓抗剪连接
（一）工作性能和破坏形式
N
1.工作性能
对图示螺栓连接做抗剪试验,即可 N/2 得到板件上a、b两点相对位移δ 和作用力N的关系曲线,该曲线清 N/2 a
楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个 N 阶段,即：
(1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)
直线段—连接处于弹性状态； 该阶段较短—摩擦力较小。
端距 中距
边距 中距 边距
A 并列
B 错列
.
46
3.螺栓排列的要求
（1）受力要求:
垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截 面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能 太小；
顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不 能太小；
对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能 太大。
（2）构造要求；
Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)
B、焊条的表示方法：
E—焊条(Electrode)
第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)
第3、4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。
C、优、缺点
优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；
第三章
3.1 钢结构的连接方法 一、焊缝连接 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。
对接焊缝连接
.
角焊缝连接
2
二、铆钉连接
优点：连接刚度大，传力可靠； 缺点：对施工技术要求很高，劳动 强度大，施工条件差， 施工速度慢。
三、螺栓连接
分为： 普通螺栓连接 高强度螺栓连接
钢结构计算题(焊接、螺栓连接、稳定性)
Q235用。
由于翼缘处的剪应力很小，假定剪力全部由腹板的竖向焊缝均匀承受，而弯矩由整个T 形焊缝截面承受。
分别计算a 点与b 点的弯矩应力、腹板焊缝的剪应力及b 点的折算应力，按照各自应满足的强度条件，可以得到相应情况下焊缝能承受的力F i ，最后，取其最小的F 值即为所求。
1．确定对接焊缝计算截面的几何特性 (1)确定中和轴的位置()()()()8010102401020160)10115(1010240510201601≈⨯-+⨯-+⨯⨯-+⨯⨯-=ymm160802402=-=y mm(2)焊缝计算截面的几何特性()623231068.22)160115(230101014012151602301014023010121mm I x ⨯=-⨯⨯+⨯⨯++-⨯⨯+⨯⨯=腹板焊缝计算截面的面积：230010230=⨯=w A mm 22．确定焊缝所能承受的最大荷载设计值F 。
将力F 向焊缝截面形心简化得：F Fe M 160==（KN·mm） F V =（KN ）查表得：215=w c f N/mm 2，185=w t f N/mm 2，125=wv f N/mm 2点a 的拉应力M a σ，且要求M a σ≤wt f 18552.01022688010160431===⨯⨯⨯==w t x M af F F I My σ N/mm 2 解得：278≈F KN点b 的压应力Mb σ，且要求Mb σ≤wc f 215129.110226816010160432===⨯⨯⨯==wc x Mbf F F I My σ N/mm 2 解得：5.190≈F KN由F V =产生的剪应力V τ，且要求V τ≤wV f125435.010231023===⨯⨯=wV V f F F τ N/mm 2 解得：7.290≈F KN点b 的折算应力，且要求起步大于1.1wt f ()()()w t V M bf F F 1.1435.03129.132222=⨯+=+τσ解得：168≈F KN缝的距离不相等，肢尖焊缝的受力小于肢背焊缝的受力，又题中给出了肢背、肢尖焊缝相同的长度和焊脚尺寸，所以，只要验算肢背焊缝的强度，若能满足，肢尖焊缝的强度就能肯定满足。
第八章(焊缝、螺栓连接)--钢结构习题参考解答
8.4 有一工字形钢梁，采用I50a （Q235钢），承受荷载如图8-83所示。
F=125kN ，因长度不够而用对接坡口焊缝连接。
焊条采用E43型，手工焊，焊缝质量属Ⅱ级，对接焊缝抗拉强度设计值2205/w t f N mm =，抗剪强度设计值2120/w v f N mm =。
验算此焊缝受力时是否安全。
图8-83 习题8.4解：依题意知焊缝截面特性：A=119.25cm 2，Wx ＝1858.9cm 3,Ix=46472cm 4,Sx=1084.1cm 3,截面高度h=50cm ，截面宽度b=158mm ，翼缘厚t=20mm ，腹板厚tw=12.0mm 。
假定忽略腹板与翼缘的圆角，计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S 1=20×158×（250－10）=7.584×105mm 3。
对接焊缝受力：125V F kN ==；2250M F kN m =⨯=⋅ 焊缝应力验算：最大正应力：622325010134.5/205/1858.910w t x M N mm f N mm W σ⨯===<=⨯ 最大剪应力：33224125101084.11024.3/120/464721012w x v x w VS N mm f N mm I t τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯ 折算应力：22127.2/205/w zs t N mm f N mm σ=<= 故焊缝满足要求。
8.5 图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。
钢材为Q235钢，焊条用E43型，手工焊，角焊缝强度设计值2f 160/w f N mm =。
T=350kN ，验算焊缝的受力。
图8-84 习题8.5 图8-84-1 焊缝截面计算简图解：（注：焊缝上下翼缘长度114mm 有些问题，应取2130210110l tmm -=-⨯=，黄钜枝06年6月19日）如图8-84-1，截面特性计算如下：2(11425242882)0.75667.2f A h mm =⨯+⨯+⨯⨯= 228820.73225.6w f A h mm =⨯⨯=32741288288[2882114(16)252()4]0.77.913101222f f I h mm =⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=⨯焊缝受力：247.52N kN ==；247.52V kN ==； 49.5M V e kN m =⋅=⋅ 应力验算：危险点为a 、b 两点，下面分别验算： 对a 点： 32247.51043.67/5667.2N aN N mm A σ⨯===62749.510160100.09/7.91310M a af My N mm I σ⨯⨯===⨯ 2243.67100.09143.76/195.2/N Mw a a f f N mm f N mm σσβ+=+=<=对b 点：32247.51076.73/3225.6V bw V N mm A τ⨯=== 243.67/N Nb a N mm σσ==62749.51014490.16/7.91310M b bf My N mm I σ⨯⨯===⨯22133.87/160/w f N mm f N mm =<=故焊缝强度满足要求。
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
钢结构焊接、螺栓连接计算及实例
第一节钢结构的连接方法钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成基本构件，如梁、柱、桁架等；再通过一定的安装连结装配成空间整体结构，如屋盖、厂房、钢闸门、钢桥等。
可见，连接的构造和计算是钢结构设计的重要组成部分。
好的连接应当符合安全可靠、节约钢材、构造简单和施工方便等原则。
钢结构的连接方法可分为焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种(详见附图十三)。
一、焊缝连接焊接是现代钢结构最主要的连接方法。
其优点是不削弱构件截面（不必钻孔），构造简单，节约钢材，加工方便，在一定条件下还可以采用自动化操作，生产效率高。
此外，焊缝连接的刚度较大密封性能好。
焊缝连接的缺点是焊缝附近钢材因焊接的高温作用而形成热影响区，热影响区由高温降到常温冷却速度快，会使钢材脆性加大，同时由于热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力及残余变形，甚至可能造成裂纹，导致脆性破坏。
焊接结构低温冷脆问题也比较突出。
二、铆钉连接铆接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查和保证，可用于承受动载的重型结构。
但是，由于铆接工艺复杂、用钢量多，因此，费钢又费工。
现已很少采用。
三、螺栓连接螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。
普通螺栓通常用Q235钢制成，而高强度螺栓则用高强度钢材制成并经热处理。
高强度螺栓因其连接紧密，耐疲劳，承受动载可靠，成本也不太高，目前在一些重要的永久性结构的安装连接中，已成为代替铆接的优良连接方法。
螺栓连接的优点是安装方便，特别适用于工地安装连接，也便于拆卸，适用于需要装拆结构和临时性连接。
其缺点是需要在板件上开孔和拼装时对孔，增加制造工作量；螺栓孔还使构件截面削弱，且被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角钢等连接件，因而比焊接连接多费钢材。
第二节 焊接方法、焊缝类型和质量级别一、钢结构中常用的焊接方法焊接方法很多，钢结构中主要采用电弧焊，薄钢板（mm t 3 ）的连接有时也可以采用电阻焊或气焊。
1．电弧焊电弧焊是利用焊条或焊丝与焊件间产生的电弧热，将金属加热并熔化的焊接方法。
钢结构钢结构的连接课件.ppt
f
w f
f
he
N lw
f
w f
(
f
f
)2
2 f
f
w f
钢结构钢结构的连接课件
钢结构钢结构的连接课件
请 回 答
1、对接焊缝与角焊缝在计算方法上有何区别? 2、侧面焊、三面围焊哪种做法较为经济?
(在同样荷载下) 3、焊接残余应力与变形对结构的性能有何影
响?采取哪些措施?
钢结构钢结构的连接课件
3-6 普通螺栓连接构造和计算
f
N he
lw
f
w f
f
f he钢N结构l钢w结构的f连f接w 课件
四、偏心力作用
1、弯矩M: f
M Ww
6M he lw2Biblioteka ffw f
2、扭矩T:
计算假定:(1)被连接件是绝对刚性的,角焊缝是弹性
(2)被连接件绕角焊缝有效截面形心o旋转,角焊缝上任
一点应力方向垂直该点与形心连线,应力大小与其
(3 23)
(2)承压承载力设计值
N
b C
d
tf
b C
(3 24)
当构件节点处或 拼接缝一側 螺栓较多,沿受力方向连接长
Nb min
minN NV Cbb
度: l1
l115d0 l160d0
1.1 l1
15d00
0.7 d0螺 栓 孔 径
钢结构钢结构的连接课件
图3-59 抗剪螺栓连接 图3-60 螺栓钢承结构压钢结的构的应连力接课分件 布
钢结构钢结构的连接课件
y1
y2
e
e
e'
y '1
y '2
y2
钢结构的连接习题及答案
钢结构的连接习题及答案例 3.1 试验算图3-21所示钢板的对接焊缝的强度。
钢板宽度为200mm ，板厚为14mm ，轴心拉力设计值为N=490kN ，钢材为Q235 ，手工焊，焊条为E43型，焊缝质量标准为三级，施焊时不加引弧板。
（a ） （b ）图3-21 例题3-1 （a ）正缝；（b ）斜缝解：焊缝计算长度 mm l w172142200=⨯-=焊缝正应力为223/185/5.2031417210490mm N f mm N w t =>=⨯⨯=σ不满足要求，改为斜对接焊缝。
取焊缝斜度为1.5：1，相应的倾角056=θ,焊缝长度mm l w 2.21314256sin 200'=⨯-=此时焊缝正应力为2203'/185/1.136142.21356sin 10490sin mm N f mm N tl N w f w =<=⨯⨯⨯==θσ剪应力为2203'/125/80.91142.21356cos 10490cos mm N f mm N tl N w v w =<=⨯⨯⨯==θτ 斜焊缝满足要求。
48.1560=tg ，这也说明当5.1≤θtg 时，焊缝强度能够保证，可不必计算。
例 3.2 计算图3-22所示T 形截面牛腿与柱翼缘连接的对接焊缝。
牛腿翼缘板宽130mm ，厚12mm ，腹板高200mm ，厚10mm 。
牛腿承受竖向荷载设计值V=100kN ，力作用点到焊缝截面距离e=200mm 。
钢材为Q345，焊条E50型，焊缝质量标准为三级，施焊时不加引弧板。
解：将力V 移到焊缝形心，可知焊缝受剪力V=100kN ，弯矩 m kN Ve M ⋅=⨯==202.0100翼缘焊缝计算长度为mm 106122130=⨯-腹板焊缝计算长度为mm 19010200=-（a ） （b ）图3-22 例题3-2（a ）T 形牛腿对接焊缝连接；（b ）焊缝有效截面焊缝的有效截面如图3-22b 所示，焊缝有效截面形心轴x x -的位置cm y 65.60.1192.16.107.100.1196.02.16.101=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=cm y 55.1365.62.1192=-+=焊缝有效截面惯性矩4223134905.62.16.1005.411919121cm I x =⨯⨯+⨯⨯+⨯=翼缘上边缘产生最大拉应力，其值为22461/265/59.981013491065.61020mm N f mm N I My w t x t =<=⨯⨯⨯⨯==σ 腹板下边缘压应力最大，其值为22462/310/89.2001013491055.131020mm N f mm N I My w c x a =<=⨯⨯⨯⨯==σ 为简化计算，认为剪力由腹板焊缝承受，并沿焊缝均匀分布223/180/63.521019010100mm N f mm N A V w v w =<=⨯⨯==τ腹板下边缘正应力和剪应力都存在，验算该点折算应力222222/5.2912651.11.1/6.22063.5239.2003mmN f mm N w t a =⨯=<=⨯+=+=τσσ焊缝强度满足要求。
钢构焊缝计算(受力)
钢结构的焊接连接钢结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。
焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。
它的优点是：〔1〕焊件间可直接相连，构造简单，制作加工方便；〔2〕不削弱截面，用料经济；〔3〕连接的密闭性好，结构刚度大；〔4〕可实现自动化操作，提高焊接结构的质量。
缺点是：〔1〕在焊缝附近的热影响区内，钢材的材质变脆；〔2〕焊接残余应力和变形使受压构件承载力降低；〔3〕焊接结构对裂纹很敏感，低温时冷脆的问题较为突出。
一、焊缝的形式1．角焊缝图 1 直角角焊缝截面图 2 斜角角焊缝截面角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。
两焊脚边的夹角为90°的焊缝称为直角角焊缝，直角边边长h f 称为角焊缝的焊脚尺寸，h e h f 为直角角焊缝的计算厚度。
斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。
对于夹角大于135°或小于60°的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝〔钢管结构除外〕。
2．对接焊缝对接焊缝的焊件常需加工成坡口，故又叫坡口焊缝。
焊缝金属填充在坡口内，所以对接焊缝是被连接件的组成部分。
坡口形式与焊件厚度有关。
当焊件厚度很小〔手工焊≤t 6mm ，埋弧焊≤t 10mm 〕时，可用直边缝。
对于一般厚度〔t=10～20mm 〕的焊件可采用具有斜坡口的单边V 形或V 形焊缝。
斜坡口和离缝c 共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；钝边p 有托住熔化金属的作用。
对于较厚的焊件〔t＞20mm〕，则采用U形、K形和X形坡口。
对于V形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。
对接焊缝坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准《建筑结构焊接规程》的要求进行。
凡T形，十字形或角接接头的对接焊缝称之为对接与角接组合焊缝。
图3 对接焊缝的坡口形式3．焊缝质量检验《钢结构工程施工质量验收标准》规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。
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；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。
钢结构连接计算公式总汇
钢结构连接计算公式总汇1：钢结构连接计算公式总汇本旨在提供钢结构连接计算公式的总汇，以便工程师在进行钢结构计算设计时能够准确、高效地进行连接设计。
以下是各类常用的钢结构连接计算公式详细细化。
1. 强度计算公式1.1 焊缝强度计算公式在焊缝连接设计中，可以使用以下强度计算公式：σ = k1 × k2 × k3 × α × A其中，σ为焊缝的强度；k1为材料强度的修正系数；k2为焊缝形状的修正系数；k3为焊缝质量的修正系数；α为焊缝强度的系数；A为焊缝的有效截面积。
1.2 螺栓强度计算公式在螺栓连接设计中，可以使用以下强度计算公式：σ = k1 × k2 × α × A其中，σ为螺栓的强度；k1为材料强度的修正系数；k2为螺栓形状的修正系数；α为螺栓强度的系数；A为螺栓的有效截面积。
2. 刚度计算公式2.1 焊缝刚度计算公式焊缝连接的刚度计算可以使用以下公式：k = k1 × k2 × k3 × α × E × I / L 其中，k为焊缝的刚度；k1为材料刚度的修正系数；k2为焊缝形状的修正系数；k3为焊缝质量的修正系数；α为焊缝刚度的系数；E为材料的弹性模量；I为焊缝截面惯性矩；L为焊缝的长度。
2.2 螺栓刚度计算公式螺栓连接的刚度计算可以使用以下公式：k = k1 × k2 × α × E × A / L其中，k为螺栓的刚度；k1为材料刚度的修正系数；k2为螺栓形状的修正系数；α为螺栓刚度的系数；E为材料的弹性模量；A为螺栓的截面积；L为螺栓的长度。
附件：1. 强度计算公式表格2. 刚度计算公式表格法律名词及注释：1. 材料强度的修正系数：根据不同材料的特性，经过实验和理论分析得出的修正系数，用于修正材料在实际工程中的强度。
2. 焊缝形状的修正系数：根据焊缝的形状特征，经过实验和理论分析得出的修正系数，用于修正焊缝在实际工程中的强度。
钢结构螺栓连接计算例题
b ——截面宽
ni ——截面上的螺栓数
d0 ——螺孔直径
t ——板厚
1
2 +
+ e4 +
+
② 螺栓为错列排列 N
+
+
+
+
+
+
N
时的验算
+
6e1 +
+
+
+
+
+
+
+2
1 e2
+ e4 +
+
1
除对1-1截面（绿
2 +
+ e4 +
+
线）验算外，还应对 N
+
+
+
+
+
+
N
2-2截面（粉红）进
4
抗压： Ncb d tfcb 208305 48800N
Nb min
min
Nvb , Ncb
48.8kN
3、设计
21
需螺栓数：
n
N Nb
min
325 48.8
6.7个
N
螺栓数可以≥6.7即可，所以取7个 螺栓布置如图所示。
N 21
净截面强度
在1-1断面： An (B n1d0 )t (360 2 21.5) 8 2536mm2 在2-2断面：An (280 4 802 502 5 21.5)8 3439mm2 所以，1-1断面起控制作用： N 325103 128.2N / mm2
++
钢结构螺栓连接计算例题
290
225
190
155
100
10.9
280
230
175
150
125
80
8.8
M30
M27
M24
M22
M20
M16
螺 栓 公 称 直 径（mm）
螺栓的性能 等 级
一个高强螺栓设计预拉力P值（kN）
表3-10
4、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数
连接板接触面之间摩擦力的大小与摩擦系数有关，称为抗滑移系数，与表面处理方式有关。
图示连接受偏拉及剪力作用，由于没有支托板，剪力由螺栓本身承担即要承担拉力，同时要承担剪力，即螺栓受剪和拉。
或
对于螺栓受拉剪同时作用的承载能力，按实验结果可用相关关系计算：
或者，螺栓的破坏是拉和剪共同作用下的破坏。另外螺栓的对孔壁的挤压破坏同时可能出现。
解： （1）承托承受全部剪力
先计算单个螺栓所能承受的拉力设计值。
查p276附表8和p249附表1-3：Ae=245mm2，ftb=170N/mm2
V
e
4×100
50
50
1
5
180
M
N1
N2
N3
N5
N4
y1
y2
y3
y4
这时，螺栓群只承受剪力所产生的弯矩 M=Ve=250×0.14=35kNm。 这时应当按螺栓的抵抗弯矩绕最下边一排螺栓转动。设螺栓为M20,螺栓为5排2列，共10个。
在式中各个系数的含义：使螺栓中的拉应力接近于所用材料的屈服点（f0.2）,考虑材料不均匀系数0.9、超张拉系数0.9和剪应力（拧螺母时产生）引起的承载力降低系数1.2,按5kN的模数，予拉力计算列表
钢结构焊缝和螺栓计算算书
8.3.3钢结构焊缝连接计算书钢结构连接计算书一、连接件类别焊缝连接中的对接焊缝强度。
二、计算公式1、在对接和T 形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝强度，可按下式计算：σ=γsin tW l N ≤w t f 或w c fτ=γcos tW l N ≤w t f 或w c f2、在对接和T 形接头中，承受弯矩和前力共同作用的对接焊缝，其正应力和剪应力分别进行计算。
在同时受有较大正应力和剪应力处，应按下式计算折算力：223τσ+≤1.1w t f式中σ——对接焊缝强度;N ——构件轴心拉力或轴心压力，取N ＝100N ； l W ——对接焊缝或角焊缝的计算长度，取l W =50 mm ； γ——作用力与焊缝方向的角度γ＝900；t ——在对接接头中为连接件的最小厚度；在T 形接头中为腹板的厚度，取t ＝15mm ； τ——剪应力值；w t f 、w c f ——对接焊缝的抗拉强度设计值，取10N/mm 2。
三、计算结算1、正应力σ＝N ×sin(γ×pI/180)/( l W ×t)=100×sin(1.571)/(50×15)=0.13N/mm 22、剪应力τ＝cos(γ×pI/180)/( l W ×t)=100×cos(1.571)/(50×15)=0.00N/mm 23、综合应力（a 2+3τ2）1/2=0.13N/mm 2结论：计算得出的正应力小于或等于对接焊缝的抗拉抗压强度设计值w t f =10N/mm 2,所以满足要求！8.3.4钢结构普通螺栓、锚固、铆钉连接计算书钢结构连接计算书一、连接件类别杆件连接中的普通螺栓连接。
二、计算公式1、普通螺栓受剪连接时，每个普通螺栓的承载力设计值，应取抗剪和承压载力设计值中的较小者。
受剪承载力设计值应按下式计算：b vfb vN d vn 42π= 承压承载力设计值应近按下式计算：∑=b c tf d bcN2、普通螺栓杆轴方向受拉连接时，每个普通螺栓的承载力设计值应按下式计算：b tf b t N e d 42π= 3、普通螺栓同时受剪和受拉连接时，每个普通螺栓同时承受剪力和杆轴方向拉力应签合下式要求：22⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+b t N t N b v N v N ≤1N v ≤b t N式中d ——螺栓杆直径，取d=18mm ；d e ——普通螺栓在螺纹处的有效直径，取d e =16；Σt ——在同一受力方向的承压构件的较小总厚度，取Σt=60mm ； n v ——受剪面数目，取n v =5；b v f ——螺栓的抗剪强度设计值，取bv f =130（N/mm2）；b c f ——普通螺栓的抗压强度设计值，取b c f =170（N/mm2）；b t f ——普通螺栓的抗压强度设计值，取bt f =170（N/mm2）；N v ——普通螺栓所承受的剪力，取N v =40（N ）； N t ——普通螺栓所承受的拉力，取N t =50（N ）。
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第一节 钢结构的连接方法钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成基本构件，如梁、柱、桁架等；再通过一定的安装连结装配成空间整体结构，如屋盖、厂房、钢闸门、钢桥等。
可见，连接的构造和计算是钢结构设计的重要组成部分。
好的连接应当符合安全可靠、节约钢材、构造简单和施工方便等原则。
钢结构的连接方法可分为焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种(详见附图十三)。
一、焊缝连接焊接是现代钢结构最主要的连接方法。
其优点是不削弱构件截面（不必钻孔），构造简单，节约钢材，加工方便，在一定条件下还可以采用自动化操作，生产效率高。
此外，焊缝连接的刚度较大密封性能好。
焊缝连接的缺点是焊缝附近钢材因焊接的高温作用而形成热影响区，热影响区由高温降到常温冷却速度快，会使钢材脆性加大，同时由于热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力及残余变形，甚至可能造成裂纹，导致脆性破坏。
焊接结构低温冷脆问题也比较突出。
二、铆钉连接铆接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查和保证，可用于承受动载的重型结构。
但是，由于铆接工艺复杂、用钢量多，因此，费钢又费工。
现已很少采用。
三、螺栓连接螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。
普通螺栓通常用Q235钢制成，而高强度螺栓则用高强度钢材制成并经热处理。
高强度螺栓因其连接紧密，耐疲劳，承受动载可靠，成本也不太高，目前在一些重要的永久性结构的安装连接中，已成为代替铆接的优良连接方法。
螺栓连接的优点是安装方便，特别适用于工地安装连接，也便于拆卸，适用于需要装拆结构和临时性连接。
其缺点是需要在板件上开孔和拼装时对孔，增加制造工作量；螺栓孔还使构件截面削弱，且被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角钢等连接件，因而比焊接连接多费钢材。
第二节 焊接方法、焊缝类型和质量级别一、钢结构中常用的焊接方法焊接方法很多，钢结构中主要采用电弧焊，薄钢板（mm t 3 ）的连接有时也可以采用电阻焊或气焊。
1．电弧焊电弧焊是利用焊条或焊丝与焊件间产生的电弧热，将金属加热并熔化的焊接方法。
其原理是采用低电压（一般为50～70V）、大电流（几十到几百安）引燃电弧，使焊件与焊条或焊丝之间产生很大热量和强烈的弧光，利用电弧热来熔化焊件的边缘金属和焊条（丝）进行焊接。
根据操作的自动化程度和焊接时用以保护熔化金属的物质种类，电弧焊可分为手工电弧焊，自动和半自动埋弧焊及CO2气体保护焊等。
(1)手工电弧焊是钢结构制造中最常用的焊接方法，设备简单，操作灵活，适用性和可达性强，对各种施焊位置和分散或曲折短焊缝均适用。
缺点是生产效率比自动、半自动焊低，质量稍低并且变异性大，施焊时电弧光较强(详见附图十四)。
手工焊所采用的焊条，其表面都敷有一层1～1.5mm厚度的药皮。
药皮的作用：稳定电弧；施焊时产生气体保护熔融金属与大气隔离，以防止空气中氧氮侵入而使焊缝变脆；造成熔渣(清理焊缝时铲除)覆盖于熔成焊缝表面，使与大气隔离，并使焊缝冷却缓慢以便混入熔融金属中的气体和有害杂质溢出表面；另外，药皮中的合金成份还可以改善焊缝性能。
焊条选用应和焊件钢材的强度和性能相适应。
在手工焊时，对Q235钢用E43型焊条（E4300～E4316）Q345钢(16Mn钢)用E50型焊条(E5000～E5018)，Q390(15MnV)钢和Q420钢均用E55型焊条(E5500～E5518)。
其中E表示焊条；前两位数字表示焊缝熔敷金属或对接焊缝的抗拉强度分别为420N/mm2，490N/mm2，540N/mm2，(折合43kgf/mm2，50kgf/mm2，55kgf/mm2)；第3位数字表示适用的焊接位置，0和1表示适用于人与全位置施焊(平、横、立、仰)，2表示适用于平焊及水平角焊，4表示适用于向下立焊；第3位和第4位数字组合表示药皮类型和适用的电流种类(交、直流电源)。
第3位和第4位数字为15、16、18的焊条为低氢型焊条，其所得焊缝具有较好的塑性、韧性和抗裂性，故直接承受动力荷载的重要结构以及处于低温条件下工作的结构，一般指定采用上述型号。
而非低氢型焊条，可用于其他结构。
当不同强度的钢材连接时，可采用低强度钢材相适应的焊接材料。
(2)焊剂层下自动或半自动埋弧焊焊剂层下自动或半自动埋弧焊是焊接过程机械化的一种主要方法。
它所采用的是盘状连续的光焊丝在散粒状焊剂下燃弧焊接，散粒状焊剂的作用与手工焊焊条的药皮相同。
自动焊的引弧、焊丝送下、焊剂堆落和焊丝沿焊缝方向的移动都是自动的。
而半自动焊的焊接前进方式仍是依靠手持焊枪移动(详见附图十五)。
埋弧焊的优点是与大气隔离保护效果好，且无金属飞溅，弧光不外露；可采用较大电流使熔深加大，相应可减小对接焊件间隙和坡口角度；节省焊丝和电能，劳动条件好，生产效率高；焊缝质量稳定可靠，塑性和韧性比较好。
其缺点是焊前装配要求严格，施焊位置受限制，较适用于长直的水平俯焊缝或倾角不大的斜面焊缝，不如手工焊灵活。
埋弧焊所采用的焊丝和焊剂应与焊件钢材相匹配，焊丝一般采用专用的焊接用钢丝。
对Q235钢，可采用H08A、H08MnA、H08E等焊丝，相应的焊剂分别为HJ431、HJ430和SJ401。
对低合金高强度结构钢尚应根据坡口情况相应选用。
对Q345钢，不开坡口的对接焊缝，可用H08A焊丝，中厚板开坡口对接可用H08MnA、H10Mn2和H10MnSi焊丝，焊剂可用HJ350。
对Q390钢和Q420钢，不开坡口的对接焊缝用H08A、H08MnA焊丝，中厚板开坡口对接时用H10Mn2、H10MnSi；焊剂用HJ430或HJ431；而厚板深坡口对接时常用H08MnMoA焊丝，焊剂为HJ350或HJ250。
2.电阻焊电阻焊是利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。
冷弯薄壁型钢的焊接，常用电阻点焊，板叠总厚度一般不超过12mm，焊点应主要承受剪力，其抗拉（撕裂）能力较差。
二、焊缝连接形式及焊缝类型焊缝连接形式按被连接构件间的相对位置分为对接、搭接、T形连接和角接四种(详见附图十六)。
所采用的焊缝按其构造来分，主要有对接焊缝和角焊缝两种类型。
T形连接和角连接根据板厚、焊接方法、焊缝受力情况，可采用角焊缝或开坡口的对接焊缝。
焊缝按其工作性质来分有强度焊缝和密强焊缝两种。
强度焊缝只作为传递内力之用，密强焊缝除传递内力外，还须保证不使气体或液体渗漏。
焊缝按施焊位置分，有俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊四种(详见附图十七)。
俯焊的施焊工作方便，质量好，效率高；立焊和横焊是在立面上施焊的竖向和水平焊缝，生产效率和焊接质量比俯焊的差一些；仰焊是仰望向上施焊，操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽量避免采用仰焊焊缝。
三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别1.焊缝缺陷焊缝缺陷是指焊接过程中，产生于焊缝金属或邻近热影响区钢材表面或内部的缺陷。
常见的缺陷有：①焊缝尺寸偏差；②咬边，如焊缝与母材交界处形成凹坑；③弧坑，起弧或落弧处焊缝所形成的凹坑；④未熔合，指焊条熔融金属与母材之间局部未熔合；⑤母材被烧穿；⑥气孔；⑦非金属夹渣；⑧裂纹。
以上这些缺陷，一般都会引起应力集中削弱焊缝有效截面，降低承载能力，尤其裂纹对焊缝受力的危害最大。
它会产生严重的应力集中，并易于扩展引起断裂，按规定是不允许发生裂纹的。
因此，若发现焊缝有裂纹，应彻底铲除后补焊。
2.焊缝质量检验和焊缝级别根据结构类型和重要性，《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）将焊缝质量检验级别为三级。
Ⅲ级检验项目规定只对全部焊缝做外观检查，即检验焊缝实际尺寸是否符合要求和有无看得见的裂纹、咬边和气孔等缺陷；Ⅰ级焊缝超声波和射线探伤的比例均为100%，Ⅱ级焊缝超声波和射线探伤的比例均为20%，且均不小于200mm。
当焊缝长度小于200mm时，应对整条焊缝探伤。
探伤应符合《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结构分级法》GB11345或《钢熔化焊对接接头射线照像和质量分级》GB3323的规定。
钢结构中一般采用Ⅲ级焊缝，可满足通常的强度要求，但其对接焊缝的抗拉强度有较大的变异性，《钢结构设计规范》（GB50017-）送审稿规定，其设计值仅为主体钢材的85%左右。
因而对有较大拉应力的对接焊缝，以及直接承受动力荷载构件的较重要的焊缝，可部分采用Ⅱ级焊缝，对动力和疲劳性能有较高要求处可采用Ⅰ级焊缝。
四、焊缝符号及标注方法在钢结构施工图上缝应采用焊缝符号表示，焊缝符号及标注方法应按《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001）和《焊缝符号表示法》（GB324-88）执行。
焊缝符号由指引线和两条相互平行的基本符号组成，必要时还可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。
(1)指引线一般由单箭头的指引和两条相互平行的基准线所组成。
一条基准线为实线，另一条为虚线，均为细线，(详见附图十八)。
虚线的基准线可以画在实线基准线的上侧或下侧。
基准线一般应与图纸的底边相平行，但在特殊条件下也与底边相垂直。
为引线的方便，允许箭头弯折一次。
(2)基本符号用以表示焊缝的形状。
下表中摘录了一些常用的焊缝基本符号。
基本符号与基准线的相对位置应按下列规则表示：③当为双面对称焊缝时，基准线可只画实线一条；④当为单面的对接焊缝如V形焊缝、U形焊缝，则箭头线应指向有坡口一侧。
- 24 -(3)辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，如对接焊缝表面余高的部分需加 工，使其与焊件表面齐平，则可在对接焊缝符号上加一短画，此短画即为辅助符号。
(4)当焊缝分面比较复杂时，在标准焊缝代号的同时，可在图形边的焊缝处加粗线、栅线等强调焊缝的重要性(详见附图十九)。
第三节 焊接残余应力和焊接残余变形焊接构件在未受荷载时，由于施焊时在焊件上产生局部高温所形成的不均匀温度 场而引起的内应力和变形，称为焊接应力和焊接变形。
它会直接影响到焊接结构的制造质量、正常使用，并且是形成各种焊接裂纹的因素之一，应在设计、制造和焊接过程中加以控制和重视。
一、焊接残余应力的种类和产生的原因焊接应力有暂时应力与残余应力之分。
暂时应力只在焊接过程中一定的温度条件 下存在，当焊件冷却至常温时，暂时应力即行消失。
焊接残余应力是指焊件冷却后残留在焊件内的应力。
从结构的使用要求来看，焊接残余应力有着重要意义。
残余应力按其方向可分为纵向、横向和沿厚度方向的应力三种。
1.纵向焊接残余应力焊接过程一个不均匀加热和冷却的过程。
在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场， 焊缝及附近温度最高，可达1600℃以上，其邻近区域则温度急剧下降。
不均匀的温度场将产生不均匀的膨胀。
焊缝及附近高温处的钢材膨胀最大，由于受到两侧温度较低，膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。
焊缝冷压时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到焊缝两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉应力。