第七章 钢结构的连接和节点构造

f N (he
lw)
f
fHale Waihona Puke Baidu
w f
(7 10)
f
f
2

2 f

f
w f
(7 11)
(7-7)、(7-10)和(7-11)各式就是角焊缝计算基本公式。
阅读P209 文字说明
三 常用连接方式的角焊缝计算
（一）受轴心力焊件的拼接板连接
1。侧面角焊缝连接
f N (he
用焊缝代号标明焊缝型式、尺寸和辅助要求
焊缝符号由指引线和表示焊缝截面形状的基本符号组成， 必要时可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。
辅助符号表示焊缝表面形状特征 补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号
当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在 标注焊缝代号时，可在图形上加栅线表示(图7－12)
3、角焊缝的尺寸限制
(1)、承受动力荷载结构中正面角焊缝采用 平坡焊缝或深熔焊缝，侧焊缝可采用普通 焊缝。
（2）、焊脚尺寸hf
hfmin P205
hfmax P206
(4)、焊缝计算长度lw P206 lw 焊缝长度－ 2hf lwmin 8hf 和40mm lwmax 60 h f
若内力沿侧面角焊缝全长均匀分布，lwmax不受限制
12 312 1.1 ftw
(7 4)
（三）轴力、弯矩、剪力共同作用
最大正应力为轴力和弯矩引起的应力之和 剪应力按（7－3）验算 折算应力按（7－4）验算
三 部分焊透的对接焊缝
板较厚，受力较 小——用不焊透对 接焊缝
（一）受力特点
1。垂直焊缝长度受力，未 焊透处产生应力集中，不宜 直接承受动力荷载，平行焊 缝长度受力影响较小。

f
w f
he
N
lw

f
w f
(7 12)
4。菱形拼接板围焊连接
he
N
lw

f
w f
(7 12)
（二）受轴心力角钢连接
1。侧面角焊缝连接
N1

e2 e1 e2
N

K1N
N2

e1 e1 e2
N

K2N
(7 13) (7 14)
K1、K2－角钢肢背、 肢尖内力分配系数
2采用三面围焊
2、构造要求——限制最大距离
3、施工要求——限制最小距离 规范规定的限制是多少？ P231 表7－5～表7－8
图 7－62
P231 表7－5
P231 表7－6 P229 表7－7、表7－8
二 普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能
抗剪螺栓连接 抗拉螺栓连接
(一) 抗剪螺栓连接
1。抗剪螺栓工作阶段及极限状态 （1）弹性工作阶段 （2）滑移阶段 （3）弹塑性工作阶段
A、B级：栓杆45号钢或35号钢，8.8级，加工粗糙尺寸 准确 d0＝d+(0.3-0.5)mm, I类孔
2.高强螺栓 栓杆分10.9, 8.8级两种 8.8级意义 分摩擦型和承压型两种
摩擦型：接触面间摩擦力来传力，变形小，疲劳性能好。 孔径d0＝d＋(1.5-2.0)mm
承压型：前期靠摩擦力来传力，后期靠栓杆抗剪和承压 传力。孔径d0＝d＋(1.0-1.5)mm
纵向和横向缩短 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形
四 减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法 （一）采用合理的施焊次序
（二）施焊前给构件以一个和焊接变形相反的预变形
（三）对小尺寸焊件，在焊前预热，或焊后回火，可 消除焊接残余应力。可局部加热消除焊接变形
五 合理的焊缝设计 （一）焊接位置合理，焊缝布置对称于构件重心。 （二）焊缝尺寸适当，在构造要求范围内，采用较小的焊 脚尺寸，并加大焊缝长度。
（三）焊缝不宜过分集中
（四）尽量避免三向焊缝相交
（五）要考虑钢板分层问题
此外，要考虑以下问题： （一）施焊时焊条易于到达 （二）构造尽可能避免仰焊
第六节 普通螺栓连接的构造和计算
一 螺栓的排列和构造要求 （一）排列方式 （a）并列；（b）错列
（二）排列要求 1、受力要求 端距、受拉构件、受压构件
（一）轴心受力对接焊缝：P200

N
lwt
f
t
w或
f
w c
(7 1)
N—轴心拉力或压力的设计值； lw—焊缝计算长度，采用引弧板施焊，取焊缝实际长度；
当未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去2t； t—连接件的较小厚度，不考虑焊缝余高，
在T形连接中为腹板厚度； ftw、fcw—对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值，抗压焊缝
lw)
f
w f
(7 7)
2。正面角焊缝连接
f N (he
lw) f
f
w f
(7 10)
3。矩形拼接板三面围焊 ➢静力荷载或间接动力荷载作用
先计算正面角焊缝承担荷载N1 N1 f he
lw1
f
w f
再验算侧面角焊缝 ➢直接动力荷载作用
N
he
N1 lw
（三）焊缝质量检验 三级焊缝：外观检验
二级焊缝：外观检验＋20％长度超声波检验 一级焊缝：外观检验＋全部超声波检验，
必要时：＋射线探伤
高空施焊质量不可靠，强度×0.9
四 焊缝连接型式及焊缝型式
连接型式
按被连构件间相对位置分： 平接、搭接、T形连接和角接
焊缝型式 焊缝沿长度方向分布
按施焊位置分
五 焊缝代号
2。自动（半自动）焊 埋弧焊，焊丝与焊剂分开 半自动焊——移动由人工操作
（二）电渣焊
电流通过熔渣所产生的电阻来熔化金属， 焊丝作为电极伸入并穿过渣池，使渣池 产生电阻热将焊件金属及焊丝熔化，沉 积于熔池中，形成焊缝。
管状焊条作为熔嘴，焊丝从管内递进。
（三）气体保护焊
用焊枪中喷出的惰性气体代替焊剂，保护熔化 金属不与空气接触。 CO2气体保护焊。
2


2 //
)

3
f
w f
(7 5)
平衡方程：
Ae N fx 2 N fy 2 fx A 2 fy Ae 2 fx 2 fy 2 同理 fy 2－ fx 2 代入（7－5）得
// fz
fx
2。受力性质类似于角焊缝
（二）计算
角焊缝计算公式：
f N (he
lw)
f
w f
f N (he
lw)
f
f
w f
f
f
2

2 f

f
w f
he取值见P202
阅读P203－204例7－1
(7 7) (7 10) (7 12)
第四节 角焊缝的构造和计算
（四）电阻点焊 用于薄钢结构，适用于板厚12mm的钢 板焊接。
二 焊接连接的优缺点：P192 三 焊缝缺陷： P193
（一）缺陷种类
1。裂纹、气孔、烧穿、未焊透 2。夹渣、咬边、焊瘤
(二) 焊接缺陷的影响P194 削弱焊缝受力面积，在焊缝处形成应力集中，裂纹往 往先从那里开始，并扩展开裂，成为连接破坏的根源。
一 角焊缝的构造和强度 （一）角焊缝的应力分布
1、角焊缝截面
直角角焊缝 （a）普通焊缝 （b）平坡焊缝 （c）深熔焊缝
斜角角焊缝 （e）锐角角焊缝 （f、g）钝角角焊缝
2、应力状态
正面角焊缝：力作用 方向焊缝长度方向
侧面角焊缝：力作用 方向焊缝长度方向
图2－24侧面角焊缝应力分布
正面角焊缝比侧面角焊缝强度高，但塑性差。
第五节 焊接残余应力和焊接残余变形
一 焊接残余应力的分类和产生原因 （一）纵向残余应力
2。横向残余应力
3。沿焊缝厚度方向的残余应力
4。约束状态下的焊接残余应力
二 焊接残余应力的影响 （一）对静力强度的影响 残余应力是自相平衡的，考虑到塑性内力重分布，残余应 力对结构静力强度没有影响。
静力强度：hfy 增加应力：abca+defd 残余应力自相平衡
对于L形的角焊缝，同理求得N3后，可得
N1 N N3
(7 16)
求得N1、N2后，再按(7-7)式计算侧面角焊缝
（三）弯矩作用下角焊缝的计算
f
M
Ww
f
f
w f
(7 17)
(四) 扭矩作用下角焊缝计算
1。焊缝群受扭
计算假定： （1）。被连接件在扭矩作用下绕焊 缝有效截面的形心O旋转 （2）。焊缝有效截面上任一点的应 力方向垂直于该点与形心O的连线， 应力大小与其到形心距离r成正比。
N
b m
in

(
N
b v
,
N
b c
)
m
in
式中：nv—螺栓受剪面数 d —螺栓杆直径，对铆接取孔径d0 t—同一方向承压的构件较小总厚度 fvb、fcb—螺栓的抗剪、承压强度设计值。
防止“解钮扣”现 象 连接长度l1过长时，端部螺栓因 受力过大而首先破坏，随后依次 向内发展逐个破坏。
规范规定：
当l1>15d0时，螺栓承载力乘以折 减系数 ＝1.1-l1/(150d0)， 当l1>60d0时，＝0.7 d0—螺栓孔径
f N (he
lw)
f
w f
(7 7)
2。fx或fy＝0且fz＝0，正面角焊缝
f N (he
lw
)

1.22
f
w f
(7 8)
3。fx＝0或fy＝0，//、焊缝长度力共同作用
f
1.22
2

2 f

f
w f
(7 9)
用f代替1.22, 则(7-8)式和(7-9)式为
2 fy
2 2 3 fy
2 fx
2
2

2 fz

3
f
w f
整理后得到：
2
3
2 fx


2 fy

fx
fy


2 fx

f
w f
(7 6)
2
3

2 fx

2 fy

fx
fy


2 fx

f
w f
(7 6)
几种情况讨论：
1。fx＝fy＝0，侧面角焊缝
和一、二级抗拉焊缝同母材，三级抗拉焊缝为
母材的85%,由附表12查得。
正缝连接不满足要求时，改用斜缝，当tg1.5，不必 计算焊缝强度。
（二）受弯、受剪

M Ww

ftw



VSw I wt

f
w v
(3 2) (3 3)
公式符号说明见P201
工字形、箱形、T形等构件在翼腹交界处，应验算折算应力
第二节 焊接连接的特性（P191）
一 常用焊接方法
常用的焊接方法有电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。 （一）电弧焊
1。手工电弧焊 i。原理
焊条和焊件熔化焊缝
焊条药皮熔化熔渣和气体覆盖熔池， 隔离O2、N2，补充焊缝合金元素。
ii。焊条
Q235 Q345 E43型 E50型
Q390 E43焊缝金属抗拉强度 E55型 43kgf/mm2
4、角焊缝其它构造要求 P207
lw b b 16t (t 12mm) b 200mm(t 12mm) t为较薄焊件厚度，不满足时应加
正面角焊缝、槽焊或电铆钉
二 角焊缝计算的基本公式
假定角焊缝是在有效截面上的剪切破坏，设计强度为ffw
适用第四强度理论
zs

2

3(
第三节 对接焊缝的构造和计算
一 对接焊缝的构造要求 （一）坡口形式
I型 t 10mm V t 10 20mm U K X t 20mm （二）不同宽（厚）度钢板连接
（三）起落弧缺陷及引弧板 （四）焊透的T型连接焊缝
（五）钢板拼接
二 计算
对于一级、二级焊缝，并采用引弧板，焊缝与构件等强， 不必计算。
第七章 钢结构的连接和节点构造
第一节 钢结构对连接的要求及连接方法
一 连接的要求P189 二 连接的方法：P189
焊接、铆接、普通螺栓连接和高强螺栓连接
了解优缺点、材料、构造和应用情况
（一） 焊接连接
（二）铆钉连接
（三）螺栓连接
1。普通螺栓连接 优点：施工简单，拆装方便
C级：栓杆Q235， 4.6级，加工粗糙尺寸不准， d0＝d+(1.5-2.0)mm, II类孔
aa’c’a+ed’e’e=c’cdd’
（二）对结构刚度的影响
残余应力使截面提前进入弹塑性状态，降低结构刚度 （三）对压杆稳定的影响
残余应力降低压杆稳定承载力
（四）对低温冷脆的影响
形成三向残余应力场，加剧低温冷脆倾向 （五）对疲劳强度的影响
焊缝附近存在高额残余拉应力，降低结构疲劳强度。
三 焊接残余变形
先确定正面角焊缝的焊脚尺寸
hf，算出它所能承担的内力
N3 0.7hf
lw3 f
f
w f
通过平衡关系，解得：
N1 e2N (e1 e2 ) N3 2 K1N N3 2
N2 e1N (e1 e2 ) N3 2 K2N N3 2
(7 15a) (7 15b)
2。普通螺栓抗剪连接破坏的五种可能 （1）栓杆被剪断（a） （2）孔壁挤压破坏（b） （3）连接件净截面强度破坏（c） （4）连接件端部被剪断（d） e32d0 （5）栓杆弯曲（e） 板叠厚度5d
(e)
3。一个抗剪螺栓设计承载力
N
b v

nv
d 2
4
f
b v
(7 27)
Ncb d tfcb (7 28)