钢结构基本原理第7章 钢结构的连接和节点构造

第7章钢结构的连接和节点构造
7.1 钢结构对连接的要求及连接方法
钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件,连接部位应有足够的强度、刚度及延性。

合理地连接方式及节点的细部构造要求外还要满足8点，见书188页。

钢结构的连接方法 (α)焊缝连接;(b)铆钉连接;(c)普通（高强）螺栓连接。

焊缝连接优点是构造简单、不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密封性好、刚度大。

缺点是焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响,焊接结构的低温冷脆问题也比较突出，除少数直接承受动载结构外可广泛应用
铆钉连接的优点是塑性和韧性较好,传力可靠,质量易于检查,适用于直接承是动载结构的连接。

缺点是构造复杂,用钢量多。

普通螺栓连接的优点是施工简单、拆装方便。

缺点是用钢量多。

适用于安装连接和需要经常拆装的结构。

普通螺栓又分为C级螺栓和A级、B级螺栓。

（A、B级螺栓一般用45号钢和35号钢,尺寸准确,加工精度高，要求I类孔，用于承受较大剪力、压力连接；C级螺栓一般用Q235钢(用于螺栓时也称为4.6级)制成。

要求Ⅱ类孔，加工粗糙,尺寸不够准确，用于承受拉力的安装连接。

I类孔的精度要求为连接板组装时,孔口精确对准,孔壁平滑,孔轴线与板面垂直。

Ⅱ类孔质量达不到I类孔要求的都为Ⅱ类孔。

高强度螺栓，当螺栓（受拉）时，螺栓预拉力增加不多，外拉力是靠板件间夹紧力的减少来承受，但板件间始终保持夹紧状态；当（受剪力）时，按设计受力要求不同分摩擦型连接和承压型连接。

摩擦型：受剪设计时外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力（使板件压紧）所提供的可能最大摩擦力为极限状态，亦即保证连接在整个使用期间外剪力不超过最大摩擦力。

承压型：受剪设计时，保证在正常使用荷载下，外剪力一般不会超过最大摩擦力，受力性能与摩擦型同，但如果荷载超过标准值（正常使用情况下荷载），剪力可能超过最大摩擦力，被连接板件间将发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁一侧接触，此后靠螺栓杆身剪切和孔壁承压及杆件接触面间摩擦共同传力最后以杆身剪切或孔壁承压破坏，达到连接最大承载力，作为连接受剪极限状态。

7.2 焊接连接的特性
7.2.1 常用焊接方法
采用的焊接方法有电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等
电弧焊的质量比较可靠,是钢结构最常用的焊接方法。

手工电弧焊是通电后在涂有焊药的焊条与焊件间产生电弧,由电弧提供热源,使焊条熔化,滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中,并与焊件熔化部分结成焊缝。

药皮：由焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖熔池,防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化的液体金属接触而形成脆性易裂的化合物。

手工电弧焊焊条应与焊件金属强度相适应,对Q235钢焊件用E43系列型焊条,Q345钢焊件用E50系列型焊条,Q390钢焊件用E55系列型焊条。

自动或半自动埋弧焊是将光焊丝埋在焊剂层下,通电后,由电弧的作用使焊丝和焊剂熔化。

熔化后的焊剂浮在熔化金属表面保护熔化金属,使之不与外界空气接触,有时焊剂还可供给焊缝必要的合金元素,以改善焊缝质量。

P190-197
7.3 对接焊缝的构造和计算
7.3.1 对接焊缝的构造要求
对接焊缝按坡口形式分为P197
适用范围：工形缝：厚度mm t 10≤
有斜坡口带钝边单边v 形缝、y 形缝，一般厚度t=10-20mm
带钝边u 形缝或带钝边双单边v 形缝或双y 形缝：较厚焊件>20mm 。

在钢板宽度或厚度有变化连接中，为减少应力集中，应以板一侧或2侧做成 坡度不大于1：2.5（1：4疲劳计算）斜坡，如板厚差不大于4mm ，可不做斜坡。

焊缝计算厚度取较薄板厚度。

对接焊缝起弧落弧点，因不能熔透而出现焊口，形成类裂纹和应力集中，为消除焊口影响，可增加引弧板，焊后将引弧板切除，用砂轮磨平。

P798图7-15
7.3.2 对接焊缝的计算
1 轴心受力的对接焊缝
w c w t w 或f f t l N ≤=/σ
N:轴心拉力或压力的设计值
lw:焊缝计算长度,当采用引弧板施焊时,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,在T 形连接中为腹板厚度
w c w t f f ,:对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值,附表12（抗压焊缝和一、二级抗拉焊缝同母材,三级抗拉焊缝为母材的85%,）
当正缝连接的强度低于焊件的强度时, 改用斜缝, 当斜缝和作用力间夹角θ符合5.1≤θtg 时可不计算焊缝强度。

2 受弯受剪的对接焊缝计算
()w c w t w f f W M ≤=/σ w v w W f t I VS ≤=/τ
w W :焊缝截面截面模量； w I :焊缝截面对中和轴惯性矩
w S :焊缝截面计算剪力处以上部分对中和轴面积矩；w v f :焊缝抗剪强度设计值 工字形，箱形，T 形等构件在腹板与翼缘相交处，会有较大正应力和剪应力，此时除分别验算外，还要算折算应力
w t f 1.132121≤+τσ
21,σσ验算点处焊缝截面正应力和剪应力
3 轴力，弯矩，剪力共同作用时，也按上折算
7.3.3 部分焊透的对接焊缝（见书）
例7-1 P201
7.4 角焊缝的构造和计算
1 角焊缝应力分布
角焊缝焊角尺寸P202页图7-23
角焊缝应力分布特点：
侧面角焊缝：主要承受剪力作用，在弹性阶段,应力沿焊缝长度方向分布不均匀,两端大而中间小，焊缝越长剪应力分布越不均匀，但由于侧面角焊缝的塑性较好,出现塑性变形,产生应力重分布,应力分布可趋于均匀。

正面角焊缝其破坏强度比侧面角焊缝的要高,但塑性变形要差。

在外力作用下应力曲线，焊缝跟部应力集中最为严重，首先出现裂缝,然后扩展至整个截面，AB 和BC 上都有正应力和剪应力,且分布不均匀,但沿焊缝长度的应力分布则比较均匀。

有效截面（计算截面）：等边角焊缝的最小截面和两边焊脚成α/2角 (直角角焊缝为45˙)。

实验证明,多数角焊缝破坏都发生在这一截面。

计算时假定有效截面上应力均匀分布,并且不分抗拉、抗压或抗剪都采用同一强度设计值，w f f 角焊缝强度设计值 2 角焊缝的尺寸限制
对于受动力荷载的结构中,为了减缓应力集中,角焊缝表面应做成直线形或凹形焊缝直角边的比例:对正面角焊缝宜为1:1.5(长边顺内力方向),侧面角焊缝可为1:1
为保证焊缝最小承载能力及防止焊缝冷却过快产生裂纹，最小焊脚尺寸
t h f 5.1≥（t 较厚焊件厚度）mm ；自动焊最小f h 可减小1mm ；T 型连接单面角焊缝，增加1mm ；焊件厚度小于4mm ，取与焊件厚度相同。

防止焊缝出现脆裂，焊件被烧现象，焊缝不易太厚t h f 2.1≤（t 较薄焊件厚度）钢管除外，板件厚度为t
边缘焊缝最大f h ：mm t 6≤时t h f ≤
mm t 6> ()mm t h f 21--≤
角焊缝长度：f w h l 8≥和40mm( 焊缝厚而短时，起落点太近，会出现局部加热严重，加上一些缺陷，焊缝不可靠)；前讲侧角焊缝应力分布不均匀，且越长，分布越不均匀f w h l 60≤∴如超过，多余部分计算中不考虑（内力若沿侧面角焊缝全长分布,其计算长度不受此限。

例如,梁及柱的翼缘与腹板的连接焊缝,屋架中弦杆与节点板的连接焊缝,梁的支承加劲胁与腹板的连接焊缝）。

3 角焊缝的其他构造要求P205
7.4.2 角焊缝计算的基本公式
BDEF 上应力用∠⊥⊥ττσ，，表示⊥⊥τσ，为垂直焊缝长度方向∠τ与焊缝长度方向平行
角焊缝在复杂应力下强度条件可表示为()w f f 332//22≤++⊥⊥
ττσ (a) w f f 是角焊缝的强度设计值,看作是剪切强度3⨯∴
有效截面积为e A
e fx fx A N σ= e fy fy A V σ= e fz fz A V τ=
⊥σσ:fx 方向 2/fx σ ⊥σσ:fy 2/fy σ
⊥τ方向 2/fx σ ⊥τ 2/fy σ
2/2/fy fx σσσ+=⊥ ； 2/2/fx fy σστ-=⊥； fz ττ=//
代入a) 化简()w f fz fy fx fy fx f ≤+-+222
2τσσσσ
1当0==fy fx σσ只有平行于焊缝长度方向的轴心力作用,为侧面角焊缝受力情
况。

其设计公式为:()w f w e f f l h N ≤=∑/τ
2当0)(==fz fx fx τσσ 只有垂直于焊缝长度方向的轴心力作用,为正面角焊缝受力：()w f w e f f l h N 22.1/≤=∑σ
3 当0)(=fy fx σσ 具有平行和垂直于焊缝长度的轴心力同时作用于焊缝的情况 设计公式 ()w f f f f ≤+2
2
22.1/τσ 若用f β代替1.22，上式变为()w f f w e f f l h N βσ≤=∑/ 正面角焊缝 ()w f f f f f ≤+2
2/τβσ 各符号意义见208页
7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算
1 受轴心力焊件的拼接板连接
1）矩形拼接板与焊件用侧面角焊缝连接，外力与焊缝长度方向平行
∑≤=w f w e f f l h N )/(τ
w f f ：角焊缝的强度设计值,见附表12； e h ：角焊缝的有效厚度（见书） ∑w l 连接一侧角焊缝的计算长度之和。

2）拼接板与焊缝用正面角焊缝连接，此时外力与焊缝方向垂直
∑≤=∴w f f w e f f l h N βσ/
3）拼接板三面围焊连接，先按2）计算正面角焊缝所承担的内力1N ,再由1N N -
按1）计算侧面角焊缝。

三面围焊受动载1=f β，两者可以合并，用
∑≤w f w e f l h N /
4）菱形拼接板围焊连接，克服矩形拼接板转角处的应力集中，忽略正面角焊缝
及斜焊缝的f β增大系数,统一用上式计算
2 受轴心力角钢的连接
1）用侧面角焊缝连接角钢
轴心力通过角钢截面形心,但肢背与肢尖焊缝到形心的距离不等，受力大小不同
()N K e e Ne N Ne e e N 121212211)/(=+=⇒=+
()N K e e Ne N Ne e e N 221121212)/(=+=⇒=+
21,K K ：角钢肢背、肢尖焊缝内力分配系数P210表
肢背、肢尖焊缝强度: ∑≤w f w e f l h N 111/ ∑≤w f w e f l h N 222/
21,e e h h ：分别为肢背、肢尖焊缝有效厚度
∑∑21w w l l ，：分别为肢背、肢尖焊缝计算长度之和。

2）采用三面围焊
先算正面角焊缝承受力∑=w f f w f f l h N β337.0 e f h h =7.0
∑3w l 正面角焊缝计算长度之和
()()2/2/)/(2/31321212213211N N K N e e Ne N Ne e e N e e N -=-+=⇒=+++ ()()2/2/)/(2/32321121213212N N K N e e Ne N Ne e e N e e N -=-+=⇒=+++ 再同上方法计算
3 弯矩作用下角焊缝计算
当力矩作用平面与焊缝群所在平面垂直时,焊缝受弯如图，弯矩产生应力和焊缝长度方向垂直,呈三角形分布，焊缝有效截面计算公式：
w f f w f f W M βσ≤=/ 角焊缝设计强度
w W ：角焊缝有效截面的截面模量 f β：角焊缝强度增大系数
4 扭矩作用下角焊缝计算
1）焊缝群受扭
当力矩作用平面与焊缝群所在平面平行时,焊缝受扭计算时采取下述假定: a 被连接件在扭矩作用下绕焊缝有效截面的形心O 旋转；b 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,与其到形心距离成正比。

可见距形心最远点应力最大,
为J Tr A /=τ
y x I I J +=焊缝有效截面绕形心O 的极惯性矩
y x I I ,：焊缝有效截面绕x,y 轴的惯性矩
J Tr Jr Trr y y A T
A /)/(cos ===ϕττ J Tr x T A /=σ
前面有当焊缝受垂直和平行焊缝方向力时 ()w f f f f f ≤+22/τβσ
把T A T A f f τστσ,,,用代入 2） 环焊缝受扭
扭矩作用下只有剪应力沿切线方向布置
计算公式为w f f f J TD ≤=2/τ
J ：焊缝环形有效截面极惯性矩 ()
32/4241d d -π D h e 1.0<时 325.0D h J e π≈ D ：管的外径
5 弯矩、剪力、轴力共同作用下角焊缝计算
水平力N ，垂直力V ，将它们移到焊缝群形心
弯矩Ve M =：垂直焊缝长度方向W M A W M /=σ（有效截面截面模量）
剪力V ：平行焊缝长度方向∑=w e V
A l h V /τ
水平力N ：垂直焊缝长度方向∑=w e N A l h N /σ 焊缝计算公式：w f V A f N A M A f ≤+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+22
τβσσ 6 扭矩、剪力、轴力共同作用下角焊缝计算 计算步骤如下
:
①求出焊缝有效截面的形心∑∑S Sa /1
②将V 平移到形心O ,得扭矩()e a V T +=
扭矩T ：J T y T
A /γτ= J T x T A /γσ=
剪力V ：)/(∑=w e V
A l h V σ 轴力N ：)/(∑=w e N A l h N τ
合力作用下危险点焊缝强度()w f N A T A f V A T A f ≤+++22]/)[(ττβσσ
7 塞焊计算
计算公式：w f f d N ≤)/(42ηπ
w
f：焊缝强度设计值 n：塞焊点数 d：孔径
f
例题见书213页。

7.5 焊接残余应力和焊接残余变形
7.5.1 焊接残余应力的分类和产生的原因
焊接残余应力分为：纵向焊接残余应力，横向残余应力，沿焊缝厚度方向残余应力，约束状态下产生焊接残余应力,下面分别介绍：
1纵向焊接残余应力：（焊缝长度方向为纵向）
作用于与焊缝长度方向相垂直的平面，力方向与焊缝长度方向相同，由焊接过程不均匀加热和冷却造成的。

温度不同产生不同的膨胀变形，温度高，膨胀大，但受到温度膨胀小钢材限制，产生热状态塑性压缩，而焊缝冷却时，被塑性压缩区趋向于缩得比原始长度稍短,这种缩短变形受到两侧钢材的限制,产生纵向拉应力。

在低碳钢和低合金钢中,拉应力经常达到钢材的屈服强度。

残余应力是一种没有荷载作用下的内应力,会自相平衡。

距焊缝稍远区段内产生压应力。

2横向残余应力：（与焊缝长度相垂直方向为横向）
横向为垂直于焊缝长度方向，作用在与焊缝长度相平行平面，
产生原因：a 是由于焊缝纵向收缩,两块钢板形成反方向的弯曲变形,但焊缝将两块钢板连成整体,中部产生横向拉应力,而在两端产生横向压应力。

b 是焊缝在施焊过程中,冷却的时间不同,先焊已经凝固,会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，发生横向塑性压缩变形。

焊缝全长不同时焊接使横向收缩不同时产生应力。

冷却时，横向塑性压缩变形部分而产生横向拉应力，先焊部分产生横向压应力。

3 沿焊缝厚度方向残余应力
厚钢板连接时，焊缝要多层施焊，所以沿厚度方向冷却不均匀会产生沿厚度 ，当三力同号时会降低结构连接塑性.
方向残余应力
z
形状改变能量理论：
屈服时单元体形状改变能：][31313221232221σσσσσσσσσμ---+++=E
U =（231232221)()()(σσσσσσ-+-+-）**2/2
[]y f E
U 31μ+= []U U <：弹性状态；[]U U =：极限状态；[]U U >：塑性状态
4 约束状态下焊接应力
构件横向膨胀收缩受限制，产生横向塑性压缩，冷却后，收缩受约束产生约束应力。

ef ：有约束，截面全部受拉。

约束作用等于ef 切断后cd 横向残余应力 实际cd 面横向残余应力为上面二者的总和。

7.5.2 焊接残余应力的影响
1 对结构静力强度影响
以2块对焊板件纵向残余应力来分析，随N 增加，已达y f 区域应力不增大，N 由弹性区域承担，受压区应力也逐渐变为受拉，最后达y f
板所受外力()t efde abca N +=
由于焊接残余应力自相平衡
()d cd c d e e c a a ''=''+'∴ ()y hf defd abca =+∴=无残余应力情况
所以残余应力不影响静力强度
2 对结构刚度影响
N 增加，a 增加，m 下降，m<h 拉力增加产生应变ε∆，t :板厚
)/()/()/(htE N mtE N EA N ∆>∆=∆=∆ε
所以残余应力使变形增大，刚度降低
3 对压杆稳定的影响
焊接残余应力使压杆的挠曲刚度减小,从而必定降低其稳定承载能力
2
32/y
cry Ek λπσ= 22/x crx Ek λπσ= 4 对低温冷脆的影响
（厚板或三向交叉焊缝的情况）：三向焊接残余应力,阻碍塑性变形,在低温下使裂纹容易发生和发展,加速构件的脆性破坏。

5 对疲劳强度的影响
焊接残余拉应力对疲劳强度有不利的影响，残余压应力,有利于疲劳强度提高。

7.5.3-7.5.4 见P225页
7.6 普通螺栓连接的构造和计算
7.6.1 螺栓的排列和构造要求 P228
7.6.2 普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能
普通螺栓连接按螺栓传力方式,可分为抗剪螺栓和抗拉螺栓连接。

螺栓1为抗剪螺栓
螺栓2在下面设有支托为抗拉螺栓。

不设支托,则兼承拉力和剪力。

C 级螺栓一般不抗剪，1应该用焊缝或高强度螺栓代替。

1 抗剪螺栓连接
受力：先摩擦力抵抗外力，摩擦力很小,构件出现滑移,螺栓杆和螺栓孔壁发生接触,使螺栓杆受剪,同时螺栓杆和孔壁互相接触挤压，螺栓连接有五种可能破坏情况。

1）螺栓杆被剪断2）孔壁，栓杆被压坏3）板拉断
4）钢板剪断：限制端距032d e ≥
5）螺栓杆弯曲破坏：限制板叠厚度不超过5d
弹性阶段时,螺栓群受力不等,两端大而中间小，超过弹性阶段出现塑性变形后,因内力重分布使各螺栓受力趋于均匀，当拼接缝的一侧螺栓很多,且沿受力方向的连接长度1l 过大时, 端部的螺栓会首先破坏,随后依次向内逐个破坏，规范规定还是当成螺栓均匀受力，但对螺栓的承载力乘以折减系数β
当0115d l > )150/(1.101d l -=β 0d 螺栓孔径
0160d l > 7.0=β
抗剪螺栓的设计承载能力按下面两式计算:
抗剪承载力设计值 4/2b v v b V f d n N π=
承压承载力设计值 ∑=b c b c tf d V
抗剪螺栓承载力取二者小值。

v n ：螺栓受剪面数,单剪v n =1,双剪v n =2,四剪面v n =4 d ：螺栓杆直径
∑t ：在同一方向承压的构件较小总厚度
b c b v f f ,：螺栓的抗剪、承压强度设计值，铆接取T c T v f f ,。

2 抗拉螺栓连接
抗拉螺栓的承载力设计值:4/2b t e b t f d N π=
e d :普通螺栓或锚栓螺纹处的有效直径,附表7,对铆钉连接取孔径0d
b t f 普通螺栓或锚栓的抗拉强度设计值,对铆接取T t f
当T 形连接采用螺栓,必须借助附件(角钢)才能实现.通常角钢的刚度不大,受拉后,垂直于拉力作用方向的角钢肢会发生变形,在该肢外侧端部产生撬力Q. 螺栓实际所受拉力为Q N p f +=， 确定Q 力比较复杂, 规范规定的普通螺栓抗拉强度设计值b t f 是取同样钢号钢材抗拉强度设计值f 的0.8倍(b t f =0.8f), 以考虑Q 力的影响
在构造上设置加劲肋加强角钢刚度,来减小Q 力影响.
7.6.3 螺栓群的计算
1 螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算
当外力通过螺栓群形心时,假定诸螺栓平均分担剪力,图中接头一边所需要
的螺栓数目b N N n min /= N:作用于螺栓群的轴心力的设计值
拼接板在不同部位承受力是不同的, 拼接板力通过螺栓传来,见图
由于螺栓孔削弱了板件的截面,为防止板件在净截面上被拉断,需要验算净截面的强度
f A N n ≤=/σ n A ：净截面面积
以上图所示的并列螺栓排列,以左半部分来看:截面1-1,2-2,3-3的净截面面积均相同,但受力不同,1-1受力N,2-2为n N n N /1-,3-3为()n N n n N /21+-
1-1受力最大,有()01d n b t A n -=
对于拼接板,3-3受力最大,净截面()0312d n b t A n -=
n 为左半部分螺栓总数,1n 、2n 、3n 分别为截面1-1,2-2,3-3上螺栓总数
对于交错排列螺栓除考虑上述截面外,还要考虑(折线截面)破坏的可能。

()[]
022*******d n e e n e t A n -+-+= 2n : 折线截面上螺栓数
例题见书。

2 螺栓群在扭矩作用下抗剪计算
计算时假定:a 被连接构件是刚性的,螺栓是弹性的
b 各螺栓绕螺栓群形心o 旋转,力大小与甚至螺栓群形心O 距
离成正比,方向与其和螺栓群形心O 连线相垂直
根据力平衡条件,各螺栓剪力对形心0力矩总和=T
T r N r N i T i T =++∴ 11
又因为螺栓受力与其到0点距离成正比
1112122211/////r r N N r r N N r N r N r N i T T i T T i T i T T =⇒=⇒===∴
代入有()
∑=++=1211222211//r r N r r r r N T i T n T ()∑∑∑+==∴221211//i i i T y x Tr r Tr N
当螺栓狭长布置时,112121113y r y x x y →<<>时
上式简化∑=211/i T y Ty N
设计时,受力最大螺栓所承受设计剪力应不大于螺栓抗剪承载力设计值
b T N N min
1≤(7-27,7-28中小者) 3 螺栓群在扭矩、剪力、轴心力共同作用下的抗剪计算
扭矩:()∑∑+=2211/i i T y x Tr N
()()
∑∑∑∑+=+⨯==2212211111///cos i i i i T T x y x Ty y x Tr r y N N θ ()
∑∑+=2211/i i T y y x Tx N
剪力V:n V N V y
/1=轴力N:n N N N x /1= 螺栓合力()()b V y T y N x T x N N N N N N min
2112111≤+++=
例题见书。

4 螺栓群在轴心力作用下抗拉计算
当设计拉力N 通过螺栓群形心时,所需要的螺栓数目为b t N N n /=
5 螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算
中和轴位置的计算比较复杂。

通常近似地假定在最下边一排螺栓轴线上,并且忽略压力所提供的力矩(因力臂很小).
()
i M i m y N y N m M ++=∴ 11
力分布见图距离成正比,所以螺栓最大内力 b t i M N y m My N ∑≤=)/(211
m:螺栓排列的纵列数 图中m=2 6 螺栓群同时承受剪力和拉力的计算
a 支托起临时支承作用. 此时螺栓受弯Ve M =，剪力V
M:()∑==211/i M t y m My N N
V:n V N v /=
合力下满足：()()1//22
≤+b t t b V V N N N N
当板件薄时会发生压坏，所以还要验算b c V N N ≤
t V N N ,：螺栓受剪力和拉力；b t b c b v N N N ,,：螺栓抗剪，承压和抗拉承载力设计值 b 假定剪力V 由支托承受.螺栓承受弯矩同上M,力b t N <
支托和柱翼缘的连接,用角焊缝连接
()w t w e f f l h V ≤=∑/ατ
α为考虑V 对焊缝偏心影响取1.25-1.35
例题见书。

7.7 高强螺栓连接性能和计算
高强螺栓分为10.9级（20MnTiB(锰、钛)钢，35VB （钒）钢）
和8.8级（40B 钢，45号钢，35号钢）45号、40B ，用于直径小于24mm
10.9：10螺栓处理后最低抗拉强度1000N/mm 2
9屈强比（屈服强度f y /抗拉强度f u ）
高强螺栓螺帽，垫圈：45号钢，35号钢制成。

栓孔用钻成孔（摩擦型：孔径比公称直径大1.5-2mm ；承压型：大1.0-1.5mm ） 前面介绍过摩擦型、承压型受力特征，下面看受拉力的高强度螺栓受力性能：由于预拉力作用,构件间在受荷前被压紧,受拉后，拉力首先抵消这种挤压力。

构件被拉开后,高强度螺栓的受拉力情况就和普通螺栓受拉相同。

这种连接的变形小。

构件未被拉开前,可以减少锈蚀危害,改善连接的疲劳性能。

1 高强度螺栓的预拉力
高强度螺栓的预拉力是通过扭紧螺帽实现的，有三种方法。

1） 扭矩法：用可直接显示扭矩的特制搬手,根据事先测定的扭矩和螺栓拉力之间的关系式施加扭矩,并计入必要的超张拉值。

扭矩和拉力间的关系Kdp T =表示
K ：扭矩系数，先测定，d 螺栓直径，P 设计时规定预拉力
2）转角法:分2步：a 初拧：用普通扳手使被连接件紧密贴合；b 终拧：以初拧位置为起点，根据螺栓直径和板叠厚度，所确定终拧角度，使螺母到确定的角度，拉力达到预定值。

3） 扭剪法：扭掉螺栓梅花头切口处截面来控制预拉力。

（242页） 高强螺栓预拉力与材料强度，螺栓有效截面有关，且
1）螺栓拧紧时产生剪力会降低螺栓抗拉能力，抗拉强度除1.2；
2）施工时为补偿预拉力松弛时螺栓超张拉5-10%，所以乘0.9；
3）材料抗力变异影响乘0.9，另外再引进一附加安全系数0.9。

所以预拉力设计值，e e A f A f P μμ698.02.1/9.09.09.0=⨯⨯⨯=
μf ：高强螺栓抗拉强度
e A ：高强螺栓有效截面积附表7 （P242表7-10 预拉值表）
2 高强度螺栓连接的摩擦面抗滑移系数
摩擦型高强螺栓连接靠被连接构件间的摩擦阻力传力,而摩擦阻力的大小除了螺栓的预拉力外,与摩擦面抗滑移系数μ有关。

μ见243页表，构件摩擦面涂红丹或在潮湿或淋雨状态下进行拼装,会降低μ值。

3 高强度螺栓的排列（和普通螺栓相同，见228页）
7.7.2 高强螺栓抗剪承载力设计值
1 摩擦型：
设计准则是外力不超过摩擦阻力，另外考虑各螺栓受力不均匀，引入系数R α
所以高强螺栓抗剪承载设计值：P n N f R b v μα=
f n ：一个螺栓的传力摩擦面数目；μ：摩擦面的抗滑移系数
P ：高强度螺栓预拉力；
R α：抗力分项系数的倒数,一般取0.9,最小板厚t 小于6mm 的冷弯薄壁型钢结构取0.80
2 承压型：
计算方法和普通螺栓相同，摩擦力很小只起延缓滑动的作用
抗剪：4/2b v v b v f d n N π= 承压：∑=b c b c tf d N
v n ：抗剪面数 b v f ：高强抗剪设计值 d ：直径
t ；同方向较小总厚度 b c f ：高强抗压设计值
7.7.3 高强度螺栓群的抗剪计算
1 轴心力作用时
a 螺栓数:认为诸螺栓平担剪力
v N N n /=∴ v N 分摩擦，承压2种情况分取上面公式
b 构件净截面强度验算:
对承压型连接,构件净截面强度验算和普通螺栓连接的相同。

(233) 对摩擦型连接,一部分剪力由孔前接触面传递，规范规定,孔前传力占螺栓传力的50%。

所以净截面传力为()n n N N /5.011-='
1n ：计算截面上的螺栓数 n ：连接一侧的螺栓总数
有了N '后，其余同普通螺栓 f A N ≤'/(钢抗压强度设计值) 2 受扭及受扭、剪、轴拉力作用（同普通螺栓） 例题见书244。

7.7.4 高强度螺栓的抗拉连接
1 抗拉连接性能
图示高强度螺栓预拉力P,它与T 形件翼缘接触面的挤压力C 相平衡C P = 当外力2t N 作用后，f P P →增加）(，f C C →（减小）
,由力平衡f t f C N P += 假设螺栓与被连构件保持弹性性能，板叠厚度δ，外力与变形关系为：
()b EA P P b f ∆=-）（/δ b A 螺栓杆截面面积
()p EA C C p f ∆=-）（/δ p A
构件挤压面面积 外力下，螺栓杆伸长量等于压缩量p b ∆=∆ ()()p f b f A C C A P P //-=- 又P C = f t f C N P +=代入
()1//++=b P t f A A N P P a) 通常螺栓孔周围的挤压面积比螺栓杆截面面积大得多,取10/=b p A A 当构件刚好被拉开时，t f N P =，代入上式P P f 1.1=
为了避免当外力大于螺栓预拉力时,卸荷后松弛现象产生,应使板件接触面间始终被挤压很紧。

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 。

将其代入a)式P P f 07.1=⇒拉力增加7%。

（可认为螺栓杆原预拉力不变）。

P247页，图7-83
2 高强度螺栓抗拉连接计算
a 在外拉力N(设计值)作用下,高强度螺栓受拉，一个抗拉高强度螺栓的承载力设计值 P N
b t 8.0=； 所需螺栓数：P N N N n b t 8.0//==
b 在弯矩M 作用下
当受力最大的高强度螺栓的拉力没有达到使板被拉开状态，我们认为被连接构件的接触面一直保持紧密贴合，中和轴在螺栓群形心轴线上，以板不被拉开为承载能力的极限状态，
∑≤=P y m My N i 8.0)/(211
对于受静载连接，板件拉开后，螺栓还可象普通螺栓一样受力P238页， 动载时受力同上页图。

7.7.5 同时承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
随着外力的增大,板件间的挤压力由P 减至 P-Nt 。

每个螺栓的抗滑移承载力也随之减小。

抗滑移系数也降低。

对同时承受剪力和拉力的高强度螺栓摩擦型连接,每个螺栓的承载力
1//≤+b t t b v v N N N N μ仍用原值
t v N N ,：一个高强度螺栓所承受的剪力和拉力
b t b v N N ,：单个高强度螺栓的受剪、受拉承载力设计值
2 对高强度螺栓承压型连接。