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结构设计新手需读
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钢结构工具锚栓计算

5  焊缝连接
5.1  适用范围
连接形式:基本并常用的对接和角接焊缝连接,可参阅《建筑钢结构设计手册(上)》表4-2-11与表4-2-12。

计算内容:轴力,剪力,弯矩,扭矩作用下的焊缝强度验算。

5.2  限制条件
计算焊缝有效长度时,引弧焊的影响,本软件采取了默认的计算方法,用户若有不同见解,暂不允许改动。

5.3  对接焊缝的计算
注意:lw为焊缝计算长度(m),算法因焊缝连接类型而异,具体计算见表5.4.2,以下各节不做注释。

5.3.1  轴心拉力或轴心压力的正焊缝(ID=00)
5.3.1.1  拉应力


               (5.3.1-1)

式中:

N
 ——
 设计荷载作用产生的拉力(kN);
 
t
 ——
 较薄焊件的厚度(mm);
 
fwt
 ——
 焊缝抗拉强度(N/mm2)。
 

5.3.1.2  压应力


                (5.3.1-2)

式中:

N
 ——
 设计荷载作用产生的压力(kN);
 
 
 
 其它参数含义同5.3.1.1节。
 

5.3.2  轴心拉力或轴心压力的斜焊缝(ID=01)
5.3.2.1  拉应力


               (5.3.2-1)

式中:

θ
 ——
 焊缝与拉力方向的夹角;
 
 
 
 其它参数同5.3.1.1节。
 

5.3.2.2  压应力


              (5.3.2-2)

式中:

N
 ——
 设计荷载作用产生的压力(kN);
 
fcw
 ——
 焊缝抗压强度(N/mm2);
 
θ
 ——
 焊缝与压力方向的夹角;
 
 
 
 其它参数同5.3.2.1节。
 

5.3.2.3  剪应力


                (5.3.2-3)

式中:

N
 ——
 设计荷载作用产生的拉力或压力(kN);
 
fvw
 ——
 焊缝抗剪强度(N/mm2);
 
θ
 ——
 焊缝与拉力或压力方向的夹角;
 
 
 
 其它参数同5.3.2.1节。
 

5.3.3  弯矩和剪力共同作用下的正焊缝(ID=02)
5.3.3.1  正应力


              (5.3.3-1)

式中:

M
 ——
 设计荷载作用产生的弯矩(kN.m);
 
ftw
 ——
 焊缝抗拉强度(N/mm2);
 
fcw
 ——
 焊缝抗压强度(N/mm2);
 
 
 
 其它参数同5.3.1.1节。
 

5.3.3.2  剪应力


               (5.3.3-2)

式中:

V
 ——
 设计荷载作用产生的剪力(kN);
 
t
 ——
 较薄焊件的厚度(mm);
 
fvw
 ——
 焊缝抗剪强度(N/mm2)。
 

5.3.4  轴心力、弯矩和剪力共同作用的工字形焊缝(ID=03)
5.3.4.1  正应力


           (5.3.4-1)

式中:

M
 ——
 设计荷载作用产生的弯矩(kN.m);
 
N
 ——
 设计荷载作用产生的拉力或压力(kN);
 
Aw
 ——
 焊缝计算面积(cm2);
 
Ww
 ——
 焊缝计算截面的截面抵抗矩(cm3);
 
ftw
 ——
 焊缝抗拉强度(N/mm2);
 
fcw
 ——
 焊缝抗压强度(N/mm2)。
 

5.3.4.2  剪应力


                (5.3.4-2)

式中:

V
 ——
 设计荷载作用产生的剪力(kN);
 
Sw
 ——
 焊缝计算截面的毛面积抵抗矩(cm3);
 
Iw
 ——
 焊缝计算截面的惯性矩(cm4);
 
tw
 ——
 腹板的厚度(mm);
 
fvw
 ——
 焊缝抗剪强度(N/mm2)。
 

5.3.4.3  折算应力


             (5.3.4-3)

 

                   (5.3.4-4)

 

                    (5.3.4-5)

式中:

σ1
 ——
 腹板顶部(底部)的正应力(N/mm2);
 
h0
 ——
 焊缝截面的腹板高度(mm);
 
h
 ——
 焊缝截面高度(mm);
 
τ1
 ——
 腹板顶部(底部)的剪应力(N/mm2);
 
Sw1
 ——
 焊缝计算截面在腹板顶部(底部)的截面面积矩(cm3);
 
Iw、tw、fvw
 ——
 参数含义同5.3.4.2节。
 

5.4  角焊缝的计算


               (5.4-1)

式中:

N
 ——
 设计荷载作用产生的拉力或压力(kN);
 
hei
 ——
 各角焊缝的有效宽度(mm);
 
βfi
 ——
 正面角焊缝的强度设计值增大系数1.22;
 
lwi
 ——
 各角焊缝的计算长度(mm);
 
ffw
 ——
 焊缝设计强度(N/mm2)。
 

 

注意:公式(5.4-1)为角焊缝计算的基本公式;参数lwi、βfi的具体计算因连接方式而不同,见以下计算。

5.4.1  轴心拉力或压力作用下的平接连接(ID=04)


         (5.4.1-1)

式中:

hf1
 ——
 端焊缝焊角尺寸(mm);
 
hf2
 ——
 侧焊缝焊角尺寸(mm);
 
b
 ——
 拼接板宽度(mm);
 
 
 
 其它参数含义同公式5.4-1的参数解释。
 

5.4.2  轴心拉力或压力作用下的搭接连接(ID=05)


        (5.4.2-1)

式中:

hf1
 ——
 角焊缝一的焊角尺寸(mm);
 
hf2
 ——
 角焊缝二的焊角尺寸(mm);
 
 
 
 其它参数含义同5.4.1节。
 

5.4.3  弯矩、轴力、剪力共同作用下的T形连接(ID=06)


 

(5.4.3-1)

式中:

M
 ——
 设计荷载作用产生的弯矩(kN.m),取绝对值;
 
N
 ——
 设计荷载作用产生的拉力或压力(kN),取绝对值;
 
V
 ——
 设计荷载作用产生的剪力(kN);
 
hf
 ——
 焊缝焊角尺寸(mm);
 
 
 
 其它参数含义同5.4.1节。
 

5.4.4  扭矩作用下的T形连接(圆钢截面)(ID=07)


               (5.4.4-1)

式中:

T
 ——
 设计荷载作用产生的弯矩(kN.m);
 
D
 ——
 圆钢直径(mm);
 
 
 
 其它参数含义同5.4.3节。
 

5.4.5  弯矩、轴力、剪力共同作用下的T形连接(钢管截面)(ID=08)
5.4.5.1  a点焊缝


            (5.4.5-1)

5.4.5.2  b点焊缝


         (5.4.5-2)

其中:

 

              (5.4.5-3)

 

          (5.4.5-4)

 

               (5.4.5-5)

式中:

D
 ——
 圆钢直径(mm);
 
βf
 ——
 正焊缝强度增大系数,βf =1.22;
 
 
 
 其它参数含义同5.4.3节。
 

 

注意:考虑到b点为圆环上一点,软件对σfM不做βf =1.22的提高处理。

5.4.6  扭矩、轴力、剪力共同作用下的搭接连接(三面围焊)(ID=09)


        (5.4.6-1)

其中:

 

                (5.4.6-2)

 

                (5.4.6-3)

 

                (5.4.6-4)

 

                (5.4.6-5)

 

                (5.4.6-6)

式中:

Ix
 ——
 焊缝有效截面对x-x轴的惯性矩(cm4);
 
Iy
 ——
 焊缝有效截面对y-y轴的惯性矩(cm4);
 
r
 ——
 焊缝最外一点A至焊缝形心的距离(mm);
 
rx
 ——
 r的x向分量(mm);
 
ry
 ——
 r的y向分量(mm);
 
he
 ——
 焊缝截面有效宽度(mm);
 
 
 
 其它参数同5.4.5.2节。
 

 

注意:

1. rx是矢量,当延x轴分解后,其方向与轴力N的正向一致,则为正;反之为负;

2. ry是矢量,当延y轴分解后,其方向与剪力V的正向一致,则为正;反之为负;

3. 软件取了A、B两点,作为计算控制点。取结果较大的作为最终的结果;

4. 计算τN及τV时,若与N、V相垂直的焊缝长度大于相平行的焊缝长度,则应对相垂直焊缝中的τN及τV的分量计入增大系数βf。

5.4.7  弯矩、轴力、剪力共同作用下的工字形连接(ID=10)
5.4.7.1  翼缘边缘焊缝验算


           (5.4.7-1)

5.4.7.2  腹板最高点焊缝验算


              (5.4.7-2)

 

               (5.4.7-3)

 

            (5.4.7-4)

式中:

Wf
 ——
 焊缝有效截面对x-x轴的抵抗矩(cm3);
 
Af
 ——
 焊缝有效截面的面积(cm2);
 
h0
 ——
 截面腹板高度(mm);
 
H
 ——
 截面高度(mm);
 
hf2
 ——
 腹板焊缝焊接尺寸(mm);
 
 
 
 其它参数含义5.4.3节。
 

5.4.8  弯矩、剪力共同作用下的T形连接(ID=11)
5.4.8.1  A1点焊缝验算


              (5.4.8-1)

5.4.8.2  A2点焊缝验算


               (5.4.8-2)

 

                (5.4.8-3)

 

            (5.4.8-4)

5.4.8.3  A3点焊缝强度验算


             (5.4.8-5)

 

               (5.4.8-6)

式中:

y1、y2、y3
 ——
 分别为计算点A1、A2、A3到形心轴的距离(mm);
 
Iwx
 ——
 全截面焊缝关于X轴的惯性矩(cm4);
 
Iwy
 ——
 全截面焊缝关于Y轴的惯性矩(cm4);
 
 
 
 其它参数含义5.4.7节。
 

5.4.9  轴力作用下的半T形搭接连接(侧面焊)(ID=12、13、14)


          (5.4.9-1)

 

          (5.4.9-2)

式中:

N
 ——
 设计荷载作用产生的拉力或压力(kN);
 
K1
 ——
 角钢背棱的分配系数,取值见表5.1;
 
K2
 ——
 角钢肢尖的分配系数,取值见表5.1;
 
Lw1
 ——
 角钢背棱的有效焊缝长度(mm);
 
Lw2
 ——
 角钢肢尖的有效焊缝长度(mm);
 
hf1
 ——
 角钢背棱的焊缝焊角尺寸(mm);
 
hf2
 ——
 角钢肢尖的焊缝焊角尺寸(mm);
 
ffw
 ——
 焊缝设计强度(N/mm2)。
 

 

 
 角钢分配系数表
 表5.4.1
 
 
 K1
 K2
 
等边角钢
 0.70
 0.30
 
不等边角钢
 短肢相连
 0.75
 0.25
 
长肢相连
 0.65
 0.35
 
     

5.4.10  轴力作用下的T搭接连接(三面围焊)(ID=15、16、17)


          (5.4.10-1)

 

         (5.4.10-2)

 

        (5.4.10-3)

 

             (5.4.10-4)

 

             (5.4.10-5)

式中:

b
 ——
 角钢肢端宽度(mm);
 
hf3
 ——
 角钢肢端的焊缝焊角尺寸(mm);
 
N1、N2、N3

 
 ——
 分别为分配到肢背焊缝、肢尖焊缝及肢端焊缝的力(kN);
 
 
 
 其它参数含义同5.4.9节。
 

 

注意:此类连接不考虑0.85系数。

5.4.11  轴力作用下的半T形搭接连接(L型焊)(ID=18、19、20)


               (5.4.11-1)

 

              (5.4.11-2)

 

         (5.4.11-3)

 

          (5.4.11-4)

参数含义同5.4.10节。

 

注意:N1、N3的分配关系是根据力的平衡原理得出的。(参见教材《钢结构》浙江大学出版社夏志斌、姚谏  编著)

5.4.12  轴力作用下的搭接连接(塞焊)(ID=21)


             (5.4.12-1)

式中:

N
 ——
 设计荷载作用产生的拉力或压力(kN);
 
d
 ——
 焊孔直径(m);
 
n
 ——
 焊孔个数;
 
ffw
 ——
 焊缝设计强度(kN/m2)。
 

5.4.13  轴力作用下的搭接连接(槽焊+侧焊)(ID=22)


          (5.4.13-1)

参数含义同5.4.10节。

 

注意:

1. 此类计算采用的是简化计算,βf可取1.0;

2. ∑lw为分段施焊时,各段焊缝的有效长度之和。

5.4.14  轴力作用下的搭接连接(槽焊+侧焊+端焊)(ID=23)
计算方法同5.4.13节。

 

注意:∑lw为连续施焊时,焊缝的有效长度之和。

5.4.15  轴力作用下的搭接连接(塞焊+侧焊)(ID=24)
计算方法同5.4.13节。

 
 表5.4.2
 
截面类型对应的ID
 lw的计算公式
 备  注
 
0
 引弧焊:  lw = b

非引弧焊:lw = b – 2t
 lw为总的有效焊缝长
 
1
 引弧焊:  lw = b/sinθ

非引弧焊:lw = b/sinθ – 2t
 
2
 同ID=0
 
3
 引弧焊:  lw = w

非引弧焊:lw = w – 2t
 lw为单侧翼缘的有效长度
 
4
 引弧焊:  la = a

非引弧焊:la = a – hf
 la为有效搭接长度,转角处连续施焊
 
5
 引弧焊:  lw = b

非引弧焊:lw = b – 2hf
 lw为总的有效焊缝长
 
6
 引弧焊:  lw = h

非引弧焊:lw = h – 2hf
 
7
 
 沿圆周施焊无须计算有效焊缝长
 
8
 
 
9
 引弧焊:  lw = L

非引弧焊:lw = L – hf
 lw为一条侧焊缝的有效长度
 
10
 引弧焊:  lw = w

非引弧焊:lw = w – 2hf
 lw为单侧翼缘的有效长度
 
11
 引弧焊: lw = w

lw1 = h – t

非引弧焊:lw = w – 2hf

lw1 = h – t – hf
 lw为单侧翼缘的有效长度;lw1为腹板的有效长度
 
12、13、14
 引弧焊:  lw1 = l1 – hf

lw2 = l2 – hf

非引弧焊:lw1 = l1 – 2hf

lw2 = l2 – 2hf
 lw1、lw2为角钢背棱(肢尖)的单侧有效焊缝长度
 
15、16、17
 引弧焊:  lw1 = l1

lw2 = l2

非引弧焊:lw1 = l1 – hf

lw2 = l2 – hf
 
18、19、20
 引弧焊:  lw1 = l1

lw2 = b;

非引弧焊:lw1 = l1 – hf

lw2 = b – hf
 lw1、lw2为角钢背棱(肢端)的有效焊缝长度
 
21
 
 无须计算有效焊缝长度
 
22
 引弧焊:  lw1 = l1 – hf

lw2 = l2 – hf

非引弧焊:lw1 = l1 – 2hf

lw2 = l2 – hf
 
 
23
 引弧焊:  lw1 = l1

lw2 = l2

非引弧焊:lw1 = l1 – hf

lw2 = l2
 
 
24
 引弧焊:  lw = l1 – hf

非引弧焊:lw = l1 – 2hf
 
 
注:1. 表中各项均取单位:(m);

2. 本软件中角焊缝也可采用引弧板,且角焊缝的有效长度按默认为表中的公式的计算结果;

3. 表中没有给出公式部分的焊缝有效长度值,软件直接采用参数值(见钢结构工具箱附图);

4. 表中各公式涉及的参数含义见钢结构工具箱附图焊缝部分的对应图形及附表中的参数解释。
 

 

6  普通螺栓
6.1  适用范围
连接形式:基本并常用的平接、搭接及T形连接等螺栓连接,可参阅《钢结构设计手册》(第三版)表4-14。

计算内容:轴力,剪力,弯矩,扭矩作用下的螺栓强度验算;螺栓的布置。

6.2  限制条件
软件对平接、搭接连接形式不能计算螺栓交错排列布置的情况。

6.3  拼接板平接连接
单个螺栓总抗剪承载力公式基本形式如下:

 

              (6.3-1)

式中:

d
 ——
 螺栓直径(mm);
 
fvb
 ——
 螺栓抗剪强度(N/mm2);
 
Nvb
 ——
 单个螺栓的抗剪承载力(kN);
 
k
 ——
 抗剪面面数,其值因连接形式而异,具体见表6.1。
 

6.3.1  双面拼接板平接连接(ID=00)
6.3.1.1  单个螺栓总抗剪承载力
计算公式形式同(6.3-1),k值按表6.1对应类型取。

6.3.1.2  单个螺栓总局部承压承载力


          (6.3.1-1)

式中:

t1
 ——
 连接件厚度(mm);
 
t2
 ——
 拼接板厚度(mm);
 
d
 ——
 螺栓直径(mm);
 
fcb
 ——
 螺栓局部承压强度(N/mm2);
 
Ncb
 ——
 单个螺栓的总局部承压承载力(kN)。
 

6.3.1.3  各螺栓所受剪力的计算与强度验算
当h/b ≤ 3时:

 

 

(6.3.1-2)

当h/b>3时:

 

      (6.3.1-3)

式中:

n
 ——
 承受作用力的螺栓总数;
 
B、h
 ——
 最外排螺栓之间的横向或竖向距离(mm);
 
x1、y1
 ——
 所验算螺栓到螺栓群形心的水平和竖向距离(mm);
 
xi、yi
 ——
 任意一个螺栓到螺栓群形心的水平和竖向距离(mm);
 
Nminb
 ——
 每个螺栓受剪和承压承载力设计值中的较小值。
 

 

注意:此公式按《钢结构设计手册》(第三版)表4-14第2项次考虑。

6.3.2  单面拼接板平接连接(ID=01)
6.3.2.1  单个螺栓总抗剪承载力
计算公式形式同(6.3-1),k值按表6.1对应类型取。

6.3.2.2  单个螺栓总局部承压承载力


            (6.3.1-4)

参数含义同6.3.1.2节。

6.3.2.3  各螺栓所受剪力的计算与强度验算
计算公式同6.3.1.3节。

6.3.3  带填板的双面拼接板平接连接(ID=02)
计算公式与类型ID=00完全相同,见6.3.1节,只是对以下注释加以注意:

厚度不同的杆件拼接,须增加填板,并应延伸至拼接板外,用螺栓将填板与杆件连接,同时连接填板的螺栓数量,应按计算值增加10%。

6.4  搭接连接
6.4.1  单层搭接连接(ID=03)
计算公式与类型ID=01完全相同,设置此类型的目的是方便用户。

6.4.2  多层搭接连接(ID=04)
6.4.2.1  按整个螺栓考虑
1. 单个螺栓总抗剪承载力

计算公式形式同公式(5-3-1),值按表6.1对应类型取。

 

2. 单个螺栓总局部承压承载力

 

      (6.4.2-1)

p
 ——
 层叠次数。
 
 
 
 其它参数含义见6.3.1.2节。
 

 

3. 单个螺栓所受剪力

 

  (6.4.2-2)

Xi、Yi
 ——
 螺栓到排列中心的坐标(mm)。
 

 

4. 单个螺栓的强度验算

 

             (6.4.2-3)

6.4.2.2  按最外层考虑
1. 一个剪切面的抗剪承载力

计算公式形式同公式(5-3-1),k值按表6.1对应类型取。

 

2. 最外层的局部承压承载力

 

            (6.4.2-4)

3. 最外层所受剪力

 

    (6.4.2-5)

4. 最外层强度验算

 

             (6.4.2-6)

各参数含义同6.4.2.1节。

6.5  受弯矩、剪力与轴心拉力的连接
6.5.1  单个螺栓承载力计算(ID=05)
6.5.1.1  单个螺栓抗拉承载力


               (6.5.1-1)

6.5.1.2  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=01完全相同。

6.5.1.3  单个螺栓局部承压承载力


             (6.5.1-2)

式中:

t1
 ——
 连接件一的厚度(mm);
 
t2
 ——
 连接件二的厚度(mm);
 
d
 ——
 螺栓直径(mm);
 
de
 ——
 螺栓有效直径(mm);
 
fcb
 ——
 螺栓局部承压强度(N/mm2);
 
fvb
 ——
 螺栓抗剪强度(N/mm2);
 
ftb
 ——
 螺栓抗拉强度(N/mm2)。
 

6.5.2  各螺栓所受剪力的计算与强度验算
1. 计算轴力:

当N/h-My1/∑y i 2≥0时:

 

           (6.5.1-3)

当N/h-My1/∑y i 2﹤0时:

 

          (6.5.1-4)

2. 计算剪力:

 

                 (6.5.1-5)

3. 强度验算:

 

         (6.5.1-6)

 

               (6.5.1-7)

式中:

y1’

 
 ——

 
 所验算螺栓到弯矩绕最外排螺栓旋转时的竖向距离(mm);
 
yi’

 
 ——

 
 任意一个螺栓到弯矩绕最外排螺栓旋转时的竖向距离(mm);
 
e
 ——
 拉力到弯矩所绕最外排螺栓的竖向距离(mm);
 
 
 
 其它参数含义见6.3节。
 

 

注意:此公式按《钢结构设计手册》(第三版)表4-14第4、5项次考虑。

6.6  角钢构成的抗剪连接
6.6.1  等肢角钢构成的抗剪连接(ID=06)
6.6.1.1  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=00完全相同,见6.3.1节。

6.6.1.2  单个螺栓局部承压承载力


           (6.6.1-1)

式中:

t1
 ——
 连接件一的厚度(mm);
 
t2
 ——
 角钢肢厚(mm);
 
d
 ——
 螺栓直径(mm);
 
fcb
 ——
 螺栓局部承压强度(N/mm2);
 
fvb
 ——
 螺栓抗剪强度(N/mm2)。
 

6.6.1.3  各螺栓所受剪力


                  (6.6.1-2)

n
 ——
 螺栓个数。
 

6.6.1.4  强度验算


             (6.6.1-3)

6.6.2  长肢(短肢)相连角钢构成的抗剪连接(ID=07、08)
计算公式同6.6.1节。

6.7  角钢构成的T形连接
计算分为两部分:

第一部分:受扭矩、剪力、轴力的作用;

第二部分:受弯矩、剪力、轴力的作用。

适用范围:等肢,不等肢角钢构成的T形连接(ID=09、10、11)

6.7.1  第一部分
6.7.1.1  单个螺栓抗拉承载力
计算公式与类型ID=05完全相同,见6.5.1.1节。

6.7.1.2  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=00完全相同,见6.3.1节。

6.7.1.3  单个螺栓局部承压承载力


             (6.7.1-1)

式中:

t2
 ——
 连接件一的厚度(mm);
 
t3
 ——
 角钢肢厚(mm);
 
 
 
 其它参数同6.5.1.3节。
 

6.7.1.4  剪力计算与强度验算
各螺栓所受剪力计算与强度验算同类型ID=00,见6.3.1.3节。

6.7.2  第二部分
6.7.2.1  单个螺栓抗拉、抗剪承载力
计算公式与类型ID=05完全相同,见6.5.1.1节和6.5.1.2节。

6.7.2.2  单个螺栓局部承压承载力


           (6.7.2-1)

式中:

t1
 ——
 连接件二的厚度(mm);
 
t3
 ——
 角钢肢厚(mm);
 
 
 
 其它参数同6.5.1.3节。
 

6.7.2.3  剪力计算与强度验算
各螺栓所受剪力计算与强度验算同类型ID=05,见6.5.1.4节。

6.8  轴力作用角钢T形、单L形连接
6.8.1  角钢单T形连接(ID=12、13、14)
6.8.1.1  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=01完全相同,见6.3.2.1节。

6.8.1.2  单个螺栓局部承压承载力
计算公式与类型ID=01完全相同,见6.3.2.2节。

式中:

t1
 ——
 连接件厚度(mm);
 
t2
 ——
 角钢肢厚(mm);
 
 
 
 其它参数同6.3.2.2节。
 

6.8.1.3  所需螺栓数量


              (6.8.1-1)

 

注意:螺栓的构造要求、布置及其简图见软件的计算输出部分。

6.8.2  角钢单L形连接(ID=18、19、20)
计算同6.8.1节,仅是连接形式不同。

6.9  轴力作用角钢十字形、双L形连接
6.9.1  角钢十字形连接(ID=15、16、17)
6.9.1.1  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=00完全相同,见6.3.1.1节。

6.9.1.2  单个螺栓局部承压承载力
计算公式与类型ID=00完全相同,见6.3.1.2节。

式中:

t1
 ——
 连接件厚度(mm);
 
t2
 ——
 角钢肢厚(mm);
 
 
 
 其它参数同6.3.1.2节。
 

6.9.1.3  所需螺栓数量
同6.8.1.3节。

6.9.2  角钢双L形连接(ID=21、22、23)
计算同6.9.1节,仅是连接形式不同。

 
 表6.1
 
连接类型ID
 抗剪面面数k取值
 备  注
 
0
 2
 
 
1
 1
 
 
2
 2
 
 
3
 1
 
 
4
 按整个螺栓考虑:2p

按最外层考虑:   1
 p为层叠次数
 
5
 1
 
 
6、7、8
 2
 
 
9、10、11
 第一部分:2

第二部分:1
 
 
12、13、14
 1
 
 
15、16、17
 1
 
 
18、19、20
 1
 
 
21、22、23
 
 
 
   

 

7  铆钉连接
铆钉计算所用的直径是指铆合后的直径,即钉孔直径。

普通螺栓的承压、抗剪承载力计算采用螺栓直径d;抗拉计算采用有效直径de。

 

8  摩擦型高强螺栓
8.1  适用范围
同普通螺栓。

8.2  限制条件
同普通螺栓。

8.3  拼接板平接连接
单个摩擦型高强度螺栓抗剪承载力设计值公式基本形式如下:

 

             (8.3-1)

式中:

nf
 ——
 传力摩擦面数目,不同的连接类型,nf不同;
 
μ
 ——
 摩擦面的抗滑移系数,取值见表8.1,依据现行《钢结构设计手册》(第三版)P64表4-11;
 
k1
 ——
 温度调整系数;
 
k2
 ——
 采用放大孔时,承载力设计值的折减系数;
 
P
 ——
 设计预拉力(kN),取值见表8.2,依据现行《钢结构设计手册》(第三版)P65表4-12。
 

8.3.1  双面拼接板平接连接(ID=00)
8.3.1.1  单个螺栓总抗剪承载力
计算公式形式同(8.3-1),值按表6.1对应类型取。

8.3.1.2  各螺栓所受剪力的计算与强度验算
同普通螺栓对应类型的计算,见6.3.1.3节。

8.3.2  单面拼接板平接连接(ID=01)
8.3.2.1  单个螺栓总抗剪承载力
计算公式形式同(8.3-1),k值按表6.1对应类型取。

8.3.2.2  各螺栓所受剪力的计算与强度验算
计算公式同8.3.1.2节。

8.3.3  带填板的双面拼接板平接连接(ID=02)
计算公式与类型ID=00完全相同,见8.3.1节。,

 

注意:厚度不同的杆件拼接,须增加填板,并应延伸至拼接板外,用螺栓将填板与杆件连接,同时连接填板的螺栓数量,应按计算值增加10%。

8.4  搭接连接
8.4.1  单层搭接连接(ID=03)
计算公式与类型ID=01完全相同,设置此类型的目的是方便用户。

8.4.2  多层搭接连接(ID=04)
8.4.2.1  按整个螺栓考虑
⑴ 单个螺栓总抗剪承载力

计算公式形式同公式(8.3-1),k值按表8.1对应类型取。

 

⑵ 单个螺栓所受剪力

同普通螺栓对应类型的计算,见6.4.2.1节的公式(6.4.2-2)。

 

⑶ 单个螺栓的强度验算

 

                  (8.4.1-1)

8.4.2.2  按最外层考虑
⑴ 一个剪切面的抗剪承载力

计算公式形式同公式(8.3-1),k值按表8.1对应类型取。

 

⑵ 最外层所受剪力

同普通螺栓对应类型的计算,见6.4.2.2节的公式(6.4.2-5)。

 

⑶ 最外层强度验算

 

                  (8.4.2-1)

8.5  受弯矩、剪力与轴心拉力的连接
8.5.1  单个螺栓承载力(ID=05)
8.5.1.1  单个螺栓抗拉承载力


                  (8.5.1-1)

式中:

Ntb
 ——
 单个螺栓受拉承载力设计值(kN);
 
P

 
 ——

 
 设计预拉力(kN),取值见表8.2,依据现行《钢结构设计手册》(第三版)P65表4-12。
 

8.5.1.2  单个螺栓抗剪承载力(ID=5,ID=9,10,11)


               (8.5.1-2)

Nv 、Nt
 ——
 某个高强螺栓所承受的剪力和拉力;
 
Nvb、Ntb
 ——
 一个高强螺栓的承载力设计值。
 

 

注意:公式(8.5.1-2)为高强螺栓摩擦型连接同时承受剪力和螺栓杆轴方向拉力时的计算公式。

8.5.2  各螺栓所受内力的计算与强度验算
⑴ 计算轴力:

当绕排列中心转动时:

 

           (8.5.1-3)

当绕受压区最外排转动时:

 

          (8.5.1-4)

⑵ 计算剪力:

 

                 (8.5.1-5)

⑶ 强度验算:

 

            (8.5.1-6)

 

                (8.5.1-7)

式中:

y1’
 ——
 所验算螺栓到弯矩绕最外排螺栓旋转时的竖向距离(mm);
 
yi’

 
 ——
 任意一个螺栓到弯矩绕最外排螺栓旋转时的竖向距离(mm);
 
e
 ——
 拉力到弯矩所绕最外排螺栓的竖向距离(mm);
 
 
 
 其它参数含义见8.3节。
 

 

注意:此公式按《钢结构设计手册》(第三版)表4-14第4、5项次考虑。

8.6  角钢构成的抗剪连接
8.6.1  等肢角钢构成的抗剪连接(ID=06)
8.6.1.1  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=00完全相同,见8.3.1节。

8.6.1.2  各螺栓所受剪力


                   (8.6.1-1)

n
 ——
 为螺栓个数。
 

8.6.1.3  强度验算


                   (8.6.1-2)

8.6.2  长肢(短肢)相连角钢构成的抗剪连接(ID=07、08)
计算公式同8.6.1节。

8.7  角钢构成的T形连接
计算分为两部分:

第一部分:受扭矩、剪力、轴力的作用;

第二部分:受弯矩、剪力、轴力的作用。

适用范围:等肢,不等肢角钢构成的T形连接(ID=09、10、11)

8.7.1  第一部分
8.7.1.1  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=00完全相同,见8.3.1节。

8.7.1.2  剪力计算与强度验算
各螺栓所受剪力计算与强度验算同类型ID=00,见8.3.1节。

8.7.2  第二部分
8.7.2.1  单个螺栓抗拉、抗剪承载力
计算公式与类型ID=05完全相同,见8.5.1.1节和8.5.1.2节。

8.7.2.2  剪力计算与强度验算
各螺栓所受剪力计算与强度验算同类型ID=05,见8.5.1.3节。

8.8  轴力作用角钢T形、单L形连接
8.8.1  角钢单T形连接(ID=12、13、14)
8.8.1.1  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=01完全相同,见8.3.2.1节。

8.8.1.2  所需螺栓数量


                 (8.8.1-1)

注意:螺栓的构造要求、布置及其简图见软件的计算输出部分。

8.8.2  角钢单L形连接(ID=18、19、20)
计算同8.8.1节,仅是连接形式不同。

8.9  轴力作用角钢十字形、双L形连接
8.9.1  角钢十字形连接(ID=15、16、17)
8.9.1.1  单个螺栓抗剪承载力
计算公式与类型ID=00完全相同,见8.3.1.1节。

8.9.1.2  所需螺栓数量
同8.8.1.2节。

8.9.2  角钢双L形连接(ID=21、22、23)
计算同8.9.1节,仅是连接形式不同。

 
 摩擦面的抗滑移系数μ
 表8.1
 
在连接处构件接触面的处理方法
 构 件 的 钢 号
 
Q235钢
 Q345钢、Q390钢
 Q420钢
 
喷砂
 0.45
 0.50
 0.50
 
喷砂后涂无机富锌漆
 0.35
 0.4
 0.4
 
喷砂后生赤锈
 0.45
 0.50
 0.50
 
钢丝刷清除浮锈或未经处理的干净轧制表面
 0.3
 0.35
 0.40
 
     

 

 
 一个高强度螺栓的预拉力P(kN)
 表8.2
 
螺栓的性能等级
 螺栓公称直径(mm)
 
M16
 M20
 M22
 M24
 M27
 M30
 
8.8级
 80
 125
 150
 175
 230
 280
 
10.9级
 100
 155
 190
 225
 290
 355
 
       

 

9  承压型高强螺栓
9.1  适用范围
同普通螺栓。

9.2  限制条件
同普通螺栓。

9.3  受弯矩、剪力与轴心拉力的连接
9.3.1  单个螺栓承载力(ID=05)
9.3.1.1  单个螺栓抗拉承载力


                  (9.3.1-1)

式中:

Ntb
 ——
 每个锚栓的抗拉承载力设计值(kN);
 
de
 ——
 锚栓有效直径(mm);
 
ftb
 ——
 螺栓抗拉强度(N/mm2)。
 

9.3.1.2  单个螺栓抗剪、局部承压承载力
同普通螺栓ID=05,见6.5.1节。

9.3.2  各螺栓所受内力的计算与强度验算
9.3.2.1  内力计算
同普通螺栓ID=05,见6.5.2节。

9.3.2.2  强度验算
需同时满足以下三个公式:

 

            (9.3.1-2)

 

                 (9.3.1-3)

 

             (9.3.1-4)

式中:

1.3
 ——
 是活荷载和恒荷载分项系数的平均值;
 
Nbv摩擦型

 
 ——

 
 见摩擦型高强螺栓对应类型(ID号相同)的抗剪承载力设计值的计算方法;
 
 
 
 其它参数含义同6.5.1节。
 

9.4  角钢构成的T形连接
计算分为两部分:

第一部分:受扭矩、剪力、轴力的作用;

第二部分:受弯矩、剪力、轴力的作用;

适用范围:等肢,不等肢角钢构成的T形连接(ID=09、10、11)

9.4.1  第一部分
9.4.1.1  单个螺栓抗剪、局部承压承载力
按6.7.1.2节和6.7.1.3节计算;

9.4.1.2  剪力计算与强度验算
按6.7.1.4节计算,同时需满足公式(9.3.1-4);

9.4.2  第二部分
9.4.2.1  单个螺栓抗拉承载力
见9.3.1.1节;

9.4.2.2  单个螺栓抗剪、局部承压承载力
见6.7.2.1节和6.7.2.2节;

9.4.2.3  各螺栓所受内力的计算
见6.7.2.3节;

9.4.2.4  强度验算
同9.3.1.4节;

 

注意:

对于其它未做说明的承压型高强度螺栓连接类型,应互注意以下几点:

1. 内力计算与普通螺栓的对应类型(ID号相同)的公式完全相同,见第五章;

2. 抗剪、局部承压承载力设计值的计算以及强度验算采用对应类型(ID号相同)的普通螺栓的方法;

3. 抗剪连接中,当螺杆剪切面在螺纹处时,其受剪承载力设计值应按螺纹处的螺栓有效面积Ae计算;

4. 强度验算除按普通螺栓的方法进行外,还需满足公式(9.3.1-4)。

 

10  锚栓连接
10.1  适用范围
排列形式:矩形排列、圆形排列;

计算内容:轴力、剪力、弯矩及扭矩产生的内力;每个锚栓的抗拉承载力设计值,抗剪承载力设计值,局部承压承载力设计值;锚栓强度验算;

10.2  基本规定
矩形、圆形排列均采用以下规定:

⑴ 右手坐标系;

⑵ 各锚栓中心连线为等边多边形;锚栓逆时针编号;

⑶ 锚栓中心与排列中心距离为R;和排列中心连线与x轴夹角为α,角度逆时针为正,顺时针为负;

⑷ 弯矩Mx与x轴同向为正,反向为负;弯矩My与y轴同向为正,反向为负;扭矩T逆时针为正,顺时针为负;

⑸ 转动轴为过受压区某个锚栓中心且垂直于弯矩,距排列中心最远的直线。

10.3  矩形排列计算
10.3.1  各锚栓内力计算
10.3.1.1  轴力产生的内力


                  (10.3.1-1)

式中:

N
 ——
 轴向压力设计值(kN);
 
n
 ——
 锚栓个数。
 

10.3.1.2  剪力产生的内力


                  (10.3.1-2)

 

                  (10.3.1-3)

式中:

Vx
 ——
 剪力的x分量(kN);
 
Vy
 ——
 剪力的y分量(kN);
 
n
 ——
 锚栓个数。
 

10.3.1.3  弯矩产生的内力
Mx引起的轴力

 

                (10.3.1-4)

My引起的轴力

 

              (10.3.1-5)

 

图10.1

式中:

Xi
 ——
 第i个锚栓到受压区底边(与y轴平行)的距离(mm);
 
Yi
 ——
 第i个锚栓到受压区底边(与x轴平行)的距离(mm);
 
Mx
 ——
 弯矩的x分量(kN.m);
 
My
 ——
 弯矩的y分量(kN.m);
 
n
 ——
 锚栓个数;
 

10.3.1.4  扭矩产生的内力


                (10.3.1-6)

 

                (10.3.1-7)

式中:

T
 ——
 扭矩(kN.m);
 
xi
 ——
 第i个锚栓的x坐标(mm);
 
yi
 ——
 第i个锚栓的y坐标(mm);
 
ri
 ——
 第i个锚栓到坐标原点的距离(mm);
 
Vix
 ——
 扭矩产生的剪力的x分量,方向与x轴正方向同向为正;
 
Vi y
 ——
 扭矩产生的剪力的y分量,方向与y轴正方向同向为正。
 

10.3.2  锚栓设计承载力
10.3.2.1  Q235和Q345钢锚栓
按《钢结构设计手册》(第三版)中表10-6查。

10.3.2.2  其它类型
按材料强度计算,计算公式如下:

抗拉承载力设计值:

 

               (10.3.2-1)

抗剪承载力设计值:

 

             (10.3.2-2)

局部承压承载力设计值:

 

              (10.3.2-3)

式中:

de
 ——
 锚栓有效直径(mm);
 
d
 ——
 锚栓直径(mm);
 
t
 ——
 垫板厚度(mm)。
 

10.3.2.3  锚栓强度验算
按《钢结构设计手册》(第三版)中表4-14之4项处理。

10.3.3  合力系数计算


           (10.3.3-1)

式中:

Nvb
 ——
 每个锚栓的抗剪承载力设计值(kN);
 
Ntb
 ——
 每个锚栓的抗拉承载力设计值(kN)。
 

10.4  圆形排列计算
10.4.1  各锚栓内力计算
10.4.1.1  轴力产生的内力


                (10.4.1-1)

参数含义同10.3.1.1节。

10.4.1.2  剪力产生的内力


                (10.4.1-2)

 

                (10.4.1-3)

参数含义同10.3.1.2节。

10.4.1.3  弯矩产生的内力
当  时:

 

               (10.4.1-4)

当  时:

 

             (10.4.1-5)

计算简图:

 

图10.2

式中:

Yi

 
 ——

 
 第i个锚栓到弯矩矢量的距离(mm),受拉区为正,受压区为负;
 
Ymax
 ——
 受压区各锚栓到弯矩矢量的距离最大值(mm);
 
di
 ——
 第i个锚栓到转动轴的距离(mm);
 
M
 ——
 弯矩(kN.m);
 
N
 ——
 锚栓个数。
 

10.4.1.4  扭矩产生的内力


              (10.4.1-6)

 

               (10.4.1-7)

R
 ——
 锚栓排列圆的半径(mm);
 
 
 
 其它参数含义同10.3.1.4节。
 

10.4.2  锚栓设计承载力
10.4.2.1  Q235和Q345钢锚栓
按《钢结构设计手册》(第三版)中表10-7查。

10.4.2.2  其它类型
按材料强度计算,具体方法同10.3.2.2节;

10.4.2.3  锚栓强度验算
按《钢结构设计手册》(第三版)中表4-14之4项处理。

10.4.3  合力系数计算
同10.3.3节;

 

注意:应先按国际单位制统一单位,再按文档所提供的公式进行计算

 

 
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