钢结构-3-4

(3)对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火加热至 600℃左 右，然后缓慢冷却，可以消除焊接应力和焊接变形。也可采用刚 性固定法将构件加以固定来限制焊接变形，但却增加了焊接残余 应力。
3.7 螺栓的排列和构造要求
3.7.1 螺栓的种类
1 普通螺栓
按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。 A、B级---精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级; 5或8表示fu≥500或800N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6 或0.8；Ⅰ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝0.3～0.5mm。 C级---粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级； 4表示fu≥400N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；
由于螺栓的设计承压应力分布情况难以确定，为简 化计算，假定螺栓承压应力分布于螺栓的直径平面上， 而且假定该承压面上的应力分布均匀
2.单个普通螺栓的抗剪承载力
则单个普通螺栓的承压承载力设计值为：
N d tf
b c
b c
（3-39）
式中：
t —在同一受力方向的承压构件的较小总厚度
f —螺栓承压强度设计值，按附表1-3采用。
l1>60d0 时， 0.7
平均值 长连接螺栓的内力分布
普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行
板件的净截面验算。
n1 根据传力情况，1-1截面内力 N ，2-2截面内力 N ， N n n n 1 2 3-3截面的内力为 N N n
1-1截面为危险截面，其净截面面积为 An t ( B n1d0 )
3.6 焊接应力和焊接变形
3.6.1焊接应力的分类和产生的原因 3 厚度方向的焊接应力
在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有
纵向和横向焊接应力 σx、σy 外，还存在着沿钢板厚度方向的焊 接应力σz 。这三种应力形成同号三向应力，将大大降低连接的 塑性。
3.6 焊接应力和焊接变形
3.6.2 焊接残余应力对结构性能的影响 1对结构静力强度的影响（不影响结构的静力强度）
《钢结构设计原理》
3.5
对接焊缝的构造与计算
3.5.2 对接焊缝的计算 2.部分焊透对接焊缝
受力很小，焊缝起联系作用；受力较大，采用焊透的对 接焊缝不能充分发挥强度。
部分焊透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的形式和 尺寸。
坡口形式分V形、单边V形、U形和J形。
3.6 焊接应力和焊接变形
3.6.1焊接应力的分类和产生的原因
(1)螺栓杆被剪断 栓杆较细而板件较厚时
N/2
N
N/2
(2)板件被挤坏（螺栓的承压破坏）
栓杆较粗而板件较薄时
N
N
(3)板件被拉断
截面削弱过多时
N
N
以上破坏形式予以计算解决。
3.8 螺栓连接的工作性能和计算
3.8.1 普通螺栓的抗剪连接 螺栓抗剪破坏的形式：
(4)端距范围内的板件冲剪破坏 端矩过小时；端矩不应小于2d0
N N f An t ( B n1d 0 )
式中：t—主板厚度 B—主板宽度 n1—截面1-1处的螺栓数 d0—螺栓孔径
拼接板的危险截面为3-3截面，其截面内力 N
其净截面面积为 An 2t1 ( B n3d0 ) 其净截面强度验算式为：
N N f An 2t1 ( B n3d 0 )
b v
d 2
4
f
b v
（3-38）
式中：nv —受剪面数目 d —螺栓杆的直径（公称直径）
f vb—螺栓抗剪强度设计值，按附表1-3采用。
2.单个普通螺栓的抗剪承载力
剪切面数目nv
N
N
单剪：nv 1
N/3 N/3 N/3
N/2 N/2
N
双剪：nv 2
N/2个普通螺栓的抗剪承载力
N
N
(5)栓杆弯曲破坏
螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d
N/2
N
N/2
以上破坏形式通过构造解决。
3.8.1 普通螺栓的抗剪连接
2.单个普通螺栓的抗剪承载力 普通螺栓连接的抗剪承载力，应考虑螺栓杆受剪和 孔壁承压两种情况，假定螺栓受剪面上剪应力是均匀分 布的，故单个普通螺栓抗剪承载力设计值为：
N nv
N nv
b v
d 2
2 3 . 14 20 b 3 f v 1 14010 44.0(kN ) 4 4
一个螺栓的承压承载力设计值
N d tf 20 6 30510 36.6(kN)
b c b c 3
受剪连接中一个螺栓承载力设计值
N
b min
36.6(kN)
3.7 螺栓的排列和构造要求
3.7.3 螺栓、栓孔图例
3.7.3 螺栓在连接的构造要求
(1)为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少 于两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；
(2)直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防 螺帽松动； (3)C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连 接： 1、承受静载或间接动载的次要连接； 2、承受静载的可拆卸结构连接； 3、临时固定构件的安装连接。 (4)型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用 钢板而不能采用型钢作为拼接件；
2 对结构刚度的影响（降低结构的刚度）
3 对受压构件承载力的影响（稳定承载力降低）
4 对低温冷脆的影响（低温脆断可能性增大）
5 对疲劳强度的影响（有明显不利影响）
3.6 焊接应力和焊接变形
3.6.3 焊接变形
3.6 焊接应力和焊接变形
3.6.4 减少焊接应力和焊接变形的措施 设计措施
(1)尽可能使焊缝对称于构件截面的中性轴，以减小焊接变形。(2) 采用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度。(3)焊缝不宜过分集中 。(4)应 尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉 。(5)尽量避免在母材厚度方 向的收缩应力。
【例3-14】
（1）计算螺栓数量
连接一边所需螺栓数
N 175 n b 4.8(个)，取5个 N min 36.6
连接构造如图所示
【例3-14】
（2）构件净截面强度验算
角钢的毛截面面积 A 10.64cm2 将角钢按中线展开，截面Ⅰ-Ⅰ（正交截面）净面积
A n1d0t 10.64 1 2.15 0.6 9.4(cm2 ) An
1.普通螺栓抗剪连接的工作性能
(3)弹塑性阶段(2~4段)
N
N
达到“3” 后，即使给荷载以很小的 增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连 N/2 接破坏。 N/2 “4”点（曲线的最高点）即为普通螺 栓抗剪连接的极限承载力Nu。 N
a
b
N
4 3 1
2
δ
O
3.8.1 普通螺栓的抗剪连接 螺栓抗剪破坏的形式：
式中：t1—单块拼接板厚度 B—拼接板宽度 n3—截面3-3处的螺栓数 d0—螺栓孔径
3.轴心剪力作用的普通螺栓群计算
如果所示错列螺栓排列，对于板件不仅需要考虑沿截
面1-1（正交截面）破坏的可能，还需要考虑沿截面2-2破
坏的可能
2 An t[2e4 (n2 1) e12 e2 n2 d 0 )
式中：N—作用于螺栓群的轴心力设计值
当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即 使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏, 然后依次破坏。为防止端部螺栓提前破坏，螺栓的承载力设计 值应乘以折减系数η
N 故，连接所需栓数： n b N min l1 当15d0 <l1 ≤60d0 时， 1.1 150d 0
(1) 受力要求:
垂直受力方向： 对于受拉构件，各排螺栓的中距及边距不能过 小，以免使螺栓周围应力集中相互影响，同时
使得截面削弱过多而降低承载力；
顺力作用方向：为了使钢板端部不致被螺栓冲剪破坏，端距不 应小于2d0；
端距 中距 中距 边距 边距
A 并列
3.7 螺栓的排列和构造要求
3.7.2 螺栓在构件上的排列要求
热变形 焊件在焊接时产生的变形
焊接残余变形 焊件冷却后产生的变形，这时焊件中的应力称为 焊接残余应力
纵向焊接应力 沿焊缝长度方向 焊接残余应力 横向焊接应力 垂直于焊缝长度方向。 厚度方向的焊接应力
3.6 焊接应力和焊接变形
3.6.1焊接应力的分类和产生的原因
1 纵向焊接应力 沿焊缝长度方向
施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝及其附近温度可达
（3-45）
式中：n2—折线截面2-2处的螺栓数
【例3-14】
设计两角钢用C级普通螺栓的拼接，已知角钢型号为∟90 ×6， 所承受轴心拉力设计值为 N=175kN，采用拼接角钢型号与构件 的相同，钢材为Q235A，螺栓直径d=20mm，孔径d0=21.5mm。 【解】
（1）计算螺栓数量 一个螺栓的抗剪承载力设计值
3.6 焊接应力和焊接变形
3.6.4 减少焊接应力和焊接变形的措施
2 工艺措施 (1)采取合理的施焊次序 ，工字形截面按对角跳焊。 采用分段退焊，厚焊缝采用分层焊
3.6 焊接应力和焊接变形
3.6.4 减少焊接应力和焊接变形的措施
2 工艺措施 (2)采用反变形 施焊前给构件以一个与焊接变形反方向的预 变形，使之与焊接所引起的变形相抵消，从而达到减小焊接变形 的目的。
b c
b b b 单栓的承载力设计值取 N v和 N c的较小值 N min
3.轴心剪力作用的普通螺栓群计算 当l1≤15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新 分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N由各螺栓均担。
N