焊缝螺栓连接计算
结构连接强度计算公式
结构连接强度计算公式在工程结构设计中，连接强度是一个非常重要的参数。
连接强度的大小直接影响着整个结构的安全性和稳定性。
因此，准确计算结构连接强度是非常重要的。
在本文中，我们将介绍结构连接强度的计算公式，并对其进行详细解析。
结构连接强度的计算公式通常由材料的强度和连接方式的特点决定。
一般来说，结构连接强度的计算公式可以分为以下几种类型，焊接连接、螺栓连接和胶合连接。
下面我们分别来介绍这几种连接方式的计算公式。
焊接连接的计算公式通常包括焊接接头的计算和焊缝的计算两部分。
焊接接头的计算公式一般为，P = σw × A，其中P为焊接接头的承载能力，σw为焊缝的抗拉强度，A为焊缝的有效截面积。
焊缝的计算公式一般为，σw = 0.7 ×σw0，其中σw0为焊材的抗拉强度。
通过这两个公式可以计算出焊接接头的承载能力。
螺栓连接的计算公式通常包括螺栓的拉伸计算和剪切计算两部分。
螺栓的拉伸计算公式一般为，P = σb × A，其中P为螺栓的承载能力，σb为螺栓的抗拉强度，A为螺栓的有效截面积。
螺栓的剪切计算公式一般为，P = τ× A，其中P为螺栓的承载能力，τ为螺栓的抗剪强度，A为螺栓的有效截面积。
通过这两个公式可以计算出螺栓的承载能力。
胶合连接的计算公式通常为，P = τ× A，其中P为胶合接头的承载能力，τ为胶合材料的剪切强度，A为胶合接头的有效截面积。
通过这个公式可以计算出胶合接头的承载能力。
除了以上介绍的几种连接方式外，还有一些特殊的连接方式，其计算公式也各有特点。
在实际工程中，我们需要根据具体的连接方式和材料的特性来选择合适的计算公式，并进行准确的计算。
在进行结构连接强度计算时，我们还需要考虑一些特殊因素，如温度、湿度、腐蚀等。
这些因素都会对连接强度产生影响，因此在计算时需要进行合理的考虑和修正。
总之，结构连接强度的计算公式是工程设计中非常重要的一部分。
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。
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
金属结构的连接汇总
建筑工程机械金属结构最常用的焊接方法主要是电弧 焊。 我国目前常用的电弧焊方法有：手工电弧焊、CO2气 体保护焊和埋弧焊。
焊接材料
1. 手工电弧焊
手工电弧焊焊条应与焊接的金属强度相适应，即等强原则。
Q235钢——E43型系列焊条
Q345钢——E50型系列焊条 Q390钢——E55型系列焊条 注: E表示焊条；43表示焊缝抗拉强度最小值为43kgf/mm2
y
h0
h
x
t
b
面积矩和形心坐标之间的关系：
y
Sx yA S y xA
工焊件串联成整体主要 承担载荷的作用。焊缝一旦断裂，钢结构就立即受到 严重破坏。 联系焊缝(又称非承载焊缝) ：焊缝与两个或两个以上 的焊件并联成整体(即连接作用)，焊缝不直接承担载荷，
工作中受力很小，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效。
焊缝符号标注
2. 螺栓连接
优点：装配便利、迅速，可用于结构安装连接 或可拆卸式结构中。 缺点：是构件截面削弱，易松动。 分类：分为普通螺栓和高强度螺栓连接两种 普通螺栓又分粗制螺栓和精制螺栓。
3. 铆钉连接
优点：塑性和韧性较好，便于质量检查，故经常用于
承受动力载荷的结构中。 缺点：制造费工、用料多，钉孔削弱构件截面，因此 目前在机械制造中已逐步由焊接所取代。
4.销轴连接
能满足两个构件之间的相对运动的需要，或便于结构 件的现场安装。如起重机臂架根部的连接以及拉杆或
撑杆的连接等。
§4-2 焊缝连接
一、焊接接头的型式和焊缝种类
1. 焊接接头的型式主要有四种：对接、搭接、T型接和 角接。
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。
焊缝及螺栓强度计算
例 题
验算钢板对接焊缝强度，轴心拉力设计值 验算钢板对接焊缝强度，轴心拉力设计值N=710KN， Q235 ， 焊条， 钢、E43焊条，l=500mm，焊缝质量等级为三级。 焊条 ，焊缝质量等级为三级。 验算钢板承载力： 【解】1)验算钢板承载力： 验算钢板承载力 l•t•f=500×8×215N/mm2=860000N=860KN＞710KN × × ＞ 查表得三级对接焊缝抗拉强度设计值=185N/mm2 查表得三级对接焊缝抗拉强度设计值 2)验算焊缝应力： 验算焊缝应力： 验算焊缝应力
受拉螺栓连接计算
抗拉承载力设计值为： 抗拉承载力设计值为：
b Nt 2 πd e
= Ae f t =
b
4
ft
b
当外力N作用于螺栓群中心时， 当外力 作用于螺栓群中心时，假定每个螺 作用于螺栓群中心时 栓所受拉力相等，则所需螺栓数为： 栓所受拉力相等，则所需螺栓数为： N n = b Nt
N = d Σt ⋅ f
b c
b c
螺栓个数确定
当外力通过螺栓群中心时，则所需的螺栓为： 当外力通过螺栓群中心时，则连接件净截面强度验算
N σ= ≤ f An
式中： 式中： f——钢材的抗拉强度设计值； 钢材的抗拉强度设计值； 钢材的抗拉强度设计值 An——构件或连接板的净截面面 构件或连接板的净截面面 积。
对接焊缝的计算
垂直于轴心受力的对接焊缝
N σ = ≤ ft w或f cw l wt
焊缝长度， 式中 lw——焊缝长度，当采用引弧板施焊 焊缝长度 取焊缝实际长度；当不采用引弧板时， 时，取焊缝实际长度；当不采用引弧板时， 每条焊缝长度应减去2t; 每条焊缝长度应减去 t——在对接接头中为连接件的较小厚度， 在对接接头中为连接件的较小厚度， 在对接接头中为连接件的较小厚度 形接头中为腹板的厚度； 在T形接头中为腹板的厚度； 形接头中为腹板的厚度 f t w 、 f cw ——对接焊缝的抗拉、抗压强度设 对接焊缝的抗拉、 对接焊缝的抗拉 计值。 计值。
焊缝连接和螺栓连接
焊接连接（土木0802高雄彪）6. 3. 1如图所示连接，尺寸为mm,受静载拉力P二130kN, 1“二10mm, 钢材为Q23-5BF, E43焊条，手工焊无引弧形板，第二160N/mn?。
试验算焊缝强度，并指出焊缝最危险点的位置。
如仅将P变为压力，最不利点位置和应力人小有无变化？解：将外力P向焊缝截面的形心简化，得:N二P二130kNM = Pe = 130xl0 =1300 ldST mil由N作用在焊缝中产生的平均应力和M作用在焊缝中产生的最人应力分别为:习题6. 3. 1图A 点应力最人，为两者叠加，即:% =杆=929 + 55.7 = 1486N/mnr因为r f =0,将最危险点A 点的应力代入强度条件:bf <1.22f ；v即 148. 6N/mm 2<l. 22X 160N/mm 2=19-5. 2N/mm 2,满足强度要求。
当P 变为压力时，为A 点最不利，且应力数值不变，仅仅改变了方向。
6. 3. 2图示连接受集中静力荷载P 二lOOkN 的作用。
被连接构件由Q235 钢材制成，焊条为E43型。
已知焊脚尺寸h f =8mm, f f w =160N/mm 2,试 验算连接焊缝的强度能否满足要求。
施焊时不用弓弧板。
习题6.3.2图N _=130X103=92.9N/mnr2x0.7x10x(110-10)_ 6M _ 6x1300x10? ~ 2x0.7h f l w 2 - 2x0.7x10x(110-IO)?= 55.7N/mnr解：将外力P向焊缝形心简化，得V二P二lOOkNM=P • e=30000kN • mm 由V在焊缝中产生的剪应力为：V 100X103…m r= -------------- = --------------------------- = 219N / m nrf 2x0.71』2x0.7x8x(400-10)由M在焊缝中产生的正应力为:6M 6x3xl07 -> = ------------ = = --------------------------- * = 105.7N / m nr2x0.71i f l ； 2x0.7x8x(400-10)-代入强度条件：低）5 彳（罟）‘+2沙=89.6N 皿 < 璋=160N/m ^强度满足要求。
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栓连接 韧性好
杂，造价略高
第二节 焊缝连接形式
一、焊接方法
➢ 分类：电弧焊、气焊和电阻焊等 ➢ 原理：利用电弧产生的热能使连接处的焊件钢材局部熔 化，并添加焊接时由焊条或焊丝熔化的钢液，冷却后共同 形成焊缝使两焊件连成一体。 ➢ 焊缝与空气的隔离：焊接过程中如果焊缝直接与空气接 触，那么空气中的氧、氮等气体会进入焊缝而使焊缝变脆。
a) 普通焊缝 b）平坡焊缝 c）深熔焊缝
➢ 有效截面、有效厚度
（四）应力分布
1、侧面角焊缝：应力分布不均匀，两端大中间小，焊缝越长， 不均匀分布越显著；由于塑性变形，破坏前趋于均匀。
2、正面角焊缝：截面受力状态较为复杂；
3、正面角焊缝与侧面角焊缝力学性能比较
（1）正面角焊缝强度和刚 度都高于侧面角焊缝；
（2）侧面角焊缝塑性性能 较正面角焊缝好。
（五）角焊缝构造要求
1、焊脚尺寸hf 最小焊脚尺寸：对手工焊，hf应不小于 1.5 tmax ， tmax为较厚焊件的厚度；对自动焊，可减小1mm；
最大焊脚尺寸：不大于较薄焊件厚度的1.2倍。
板件边缘的焊缝，当t ≤6mm 时，hf ≤t；当t>6mm时，hf ＝t －(1～2)mm。
（一）角焊缝强度计算公式
角焊缝承受三个方向力：Nfx fx Ae, Vfy fy Ae, Vfz fz Ae
2）引弧板的设置： 消除焊口引起的应力集中现象； 3）厚度或者宽度不同时：一定坡度使截面平缓过渡；
二、角焊缝
（一） 特点：无需坡口，构造较对接焊缝简单 （二）按受力与焊缝方向分：
1）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 2）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行
（三）截面形式: 直角角焊缝 斜角角焊缝
第三章 连 接
第一节 钢结构的连接方法
➢ 连接要求 力学方面：安全可靠，具有足够强度、刚度和延性； 施工方面：构造简单，制造方便 ➢ 连接方法：焊接、铆接和螺栓连接
（a）焊接连接；（b）铆钉连接；（c）螺栓连接
表1 三种连接方法优缺点
连接方法
优点
缺点
焊接
（1）对几何形体适应性强；（2） （1）热影响区，材质劣化；（2）
不同强度钢材焊接的焊条选择？
2、自动（半自动）埋弧焊：
特点：效率高，熔化深度大、质量好，塑性韧性好， 焊接变形小，热影响区范围小；适用于长而直的焊缝
焊剂层：
图 7-2 手工电弧焊
1— 电 源 ； 2— 导 线 ； 3— 夹 具 ； 4— 焊 条 ； 5— 药 皮 ； 6— 焊 件
图 7-3 自动埋弧焊
2、焊缝长度 lw
太短：使焊缝起弧点和落弧点太近， 焊缝端部易坍塌；
不宜小于8hf或40 mm
太长：侧面角焊缝沿长度方向应力分布不均，两端大中 间小，过长则可能使两端先破坏；
不宜大于60hf
3、其他构造要求：P42-43
第四节 焊缝强度计算 角焊缝强度计算 对接焊缝强度计算
一、角焊缝强度计算
构造简单，省材省工；（3）易于 残余应力和残余变形；（3）缺
自动化，工效高；（4）密封性好， 陷、裂纹，易产生应力集中；
刚度和整体性好
铆接
传力可靠，韧性和塑性好，质量 构造复杂、费钢费工
易于检查，抗动力荷载好
普通螺栓 装卸便利，设备简单
连接
螺栓精度低时不宜受剪；螺栓精 度高时加工和安装难度较大
高 强 度 螺 能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、 摩擦面处理，安装工艺略为复
1— 焊 丝 转 盘 ； 2— 转 动 焊 丝 的 电 动 机 ； 3— 焊 剂 漏 斗 ； 4— 电 源 ； 5—熔 化 的 焊 剂 ； 6— 焊 缝 金 属 ； 7— 焊 件 ； 8— 移 动 方 向
3、气体保护焊： 原理同埋弧焊，只是改用利用CO2作为保护介质； 速度快，焊件熔深大、焊接质量好； 周围风速不能太大。
常用焊缝基本符号
第三节 焊缝类别及其构造要求
对接焊缝 焊缝类别
角焊缝
一、对接焊缝：
（一）特点：传力直接、焊缝受力明确，不产生应力集中； （二）分类：
1）直缝：作用力方向与焊缝方向正交 2）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交
（三）构造要求
1）坡口形式：根据板厚和施工条件选择
板厚 （1）t<=10mm：I形; （2）t=10～20mm：单边V、V形； （3）t>20mm：U、K、X形；
工位复
杂，形状 复杂之焊
比自动焊略差
缝
长而简单 质量均匀、塑性韧
的焊缝 性好，效率高
连续焊 半自动焊
丝
人工操作
质量均匀、塑性、
焊剂
简单焊缝
前进
韧性
无
薄板点焊 用作构造焊缝
压、机械
气体焊
连续焊 CO2 等 手工、自
质量均匀、塑性、
简单焊缝
丝
气体
动
韧性好，效率高
二、焊缝连接形式 ➢ 连接形式：按照被连接焊件的相互位置：
（a）I形缝； （b）带钝边单边V形缝； （c）V形缝
（d）U形；
（e）K形缝；
（f）X形缝
施工条件： 为保证施工质量，当一侧施焊完毕后，常需翻过来在反
面清除根部后进行一次补焊，如无条件，则应在正面施焊时 在焊缝的根部加设临时垫板；
g）加垫板的I形缝 h）加垫板的带钝边单边V形缝 i）加垫板的V形缝
平接（对接）
搭接 T形连接 角部连接
三、焊接位置
根据所持焊条与焊缝的相对位置： a）俯焊（平焊）、b)立焊、c)横焊、d）仰焊；
其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好； 仰焊最难操作、质量不易保证；
四、焊缝符号
➢ 作用：表明焊缝形式、尺寸和辅助要求
➢ 表示方法：指引线、基本符号，必要时加上辅助符号、 补充符号和焊缝尺寸； 指引线：基准线（一实一虚）和箭头线； 基本符号：表示焊缝的形状
4、电阻焊： 原理：利用电流通过焊件接触点表面的电阻产生的热量 来熔化金属，再通过压力使其熔合。 焊接厚度<12mm
表2 各种焊接方法的特点
焊接方法
焊 条 焊 剂 操作方式 适应范围
质量状况
手工焊
电 弧 焊 自动焊
短焊条 附于焊 (350－ 条之药 400mm) 皮
连续焊 丝
焊剂
全手动 全自动
1、手工电弧焊：
原理： 特点：适用于各种焊接位置
图 7-2 手工电弧焊
1— 电 源 ； 2— 导 线 ； 3— 夹 具 ； 4— 焊 条 ； 5— 药 皮 ； 6— 焊 件
药皮：
焊条型号与焊件母材钢号的匹配：
Q235（E43型焊条）
Q345（E50型焊条）
Q390和Q420（E55型焊条）；