第三章 钢结构的连接
第一节 钢结构的连接方法
一、结构的连接方法
钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成基本构
件，再通过一定的安装连结装配成空间整体结构。连
接的构造和计算是钢结构设计的重要组成部分。
1、焊缝连接 20世纪初开始在工程结构上较广泛应
用。焊接是现代钢结构最主要的连接方法之一。
优点：不削弱构件截面，构造简单，节约钢材，加工
方便，可采用自动化操作，生产效率高。刚度较大、密
封性能好。
缺点：焊缝附近存在热影响区，由高温快速降到常温，
使钢材脆性加大；存在焊接残余应力及残余变形；焊接
结构低温冷脆问题也比较突出。
2、铆钉连接
? 19世纪 20～ 30年代出现铆钉连接。把铆钉加热到 1000～
1500oC，用铆钉枪铆合。
? 优点：塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查和保
证，可用于承受动载的重型结构。
? 缺点：工艺复杂、噪音大、劳动条件差，用钢量大，现
已很少采用。
3、螺栓连接
1）．普通螺栓连接
（ 1） C级螺栓连接：用圆钢制成，杆身粗糙，尺寸不很
准确。主要用于受拉连接和安装螺栓。
（ 2） A,B级螺栓连接：螺杆机加工制成，尺寸准确，
孔加工精度高。制造安装费工。 A级,d≤24mm，
l≤150mm 和 10d,B级,d>24mm,l>150mm 和 10d。
2),高强度螺栓连接 20世纪中钢结构开始采用。
高强度螺栓则用高强度钢材制成并经热处理。拧
紧螺栓使板件接触面产生很大摩擦力，依靠摩擦
力传力。连接紧密，耐疲劳，承受动载可靠。是
现代钢结构最主要的连接方法之一。
第二节 焊接方法、焊缝类型和质量级别
? 一、钢结构中常用的焊接方法
1．电弧焊 焊条或焊丝与焊件间产生的电弧热，使焊
条和焊件熔化，二者凝结成焊缝。
(1)手工电弧焊 设备简单，操作灵活，适用性和可达性
强，适用各种焊缝。生产效率较低，质量变异性大，施
焊时弧光外露，电弧光较强。
手工焊采用的是焊条,
焊条应和焊件的强度和性能
相适应。 Q235钢用 E43型焊条
(E4300一 E4316),Q345钢用
E50型焊条 (E5000～ E5018),
Q390和 Q420钢用 E55型焊条
(E5500～ E5518)。 E（ Electrode）表示焊条。
(2)自动或半自动埋弧焊
? 属于机械化焊接，电弧埋在焊剂层下。
? 采用盘状连续的光焊丝 在散粒状焊剂
? 下燃弧焊接，散粒状焊剂的作用与手
? 工焊焊条的药皮相同。自动焊的引弧,
? 焊丝送下、焊剂堆落和焊丝沿焊缝方
? 向的移动都是自动的。埋弧焊节省焊
? 丝和电能，劳动条件好，生产效率高；
? 焊缝质量稳定可靠，塑性和韧性也较
? 好，但不如手工焊灵活。
? 埋弧焊所采用的焊丝和焊剂应与焊件钢材相匹配。对
Q235钢常用 H08A等焊丝，对 Q345钢和 Q390和 Q420钢常
用 H08MnA,H10Mn2等焊丝。选择焊丝时，尚需同时选
用相应的焊剂。焊剂有无锰型及高、中、低锰型焊剂。
(3)二氧化碳气体保护焊
? 利用 CO2气体作为保护气体，使焊缝金属不与空
气接触，电弧加热集中，焊接速度快，熔化深
度大，焊缝强度高，塑性好。 CO2气体保护焊采
用高锰高硅型焊丝，具有较强的抗锈能力。
2．电阻焊
电阻焊是利用电流通过焊件接触点表面的电阻所
产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。冷
弯薄壁型钢的焊接，常用电阻点焊，板叠总厚度一
般不超过 12mm，焊点应主要承受剪力，其抗拉 (撕
裂 )能力较差。
二、焊缝连接形式及焊缝类型
? 焊缝连接形式按被连接构件间的相对位臵分为
对接、搭接,T形连接和角接四种。
? 焊缝按其构造来分，可分为 对接焊缝和角焊缝
两种类型。
? 焊缝若按其工作性质来分有 强度焊缝和密
强焊缝 两种。强度焊缝只作为传递内力之
用，密强焊缝除传递内力外，还须保证不
使气体或液体渗漏。
? 焊缝按其施焊位臵分为 俯焊 (平焊 )、立焊、
横焊和仰焊 。设计和施工时应尽量避免采
用仰焊焊缝
三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别
? 1．焊缝缺陷 主要有 外观缺陷, ①焊缝尺寸偏
差；②咬边；③弧坑，起弧或落弧处焊缝所形成
的凹坑； 内部缺陷,④未熔合；⑤母材被烧穿；
⑥气孔；⑦非金属夹渣；⑧裂纹等缺陷，均会引
起应力集中削弱焊缝有效截面，降低承载能力。
若发现焊缝有裂纹，应彻底铲除后补焊。
? 2．焊缝质量检验和焊缝级别 焊缝质量检验 分
为三级。 III级只对全部焊缝做外观检查； Ⅱ 级除
对全部焊缝做外观检查外，还要用超声波抽查焊
缝长度的 50％； I级除全部做外观检查外，还须
按要求用超声波检查，并用 X射线抽查焊缝长度
的 2％，且部分拍片。各级焊缝的应用见规范要
求。
四、焊缝符号及标注方法
按, 建筑结构制图标准, (GB/T50105-2001)和
,焊缝符号表示法, (GB324-88)执行。
第三节 对接焊缝连接的构造和计算
对接焊缝传力直接、平顺、没有显著的应力集
中现象，受力性能良好。但质量要求高，焊件间施
焊间隙要求严,一般多用于工厂制造的连接中。
一、对接焊缝连接的构造要求
⑴坡口加工：应对板件边缘加工成适当型式和
尺寸的坡口 (图 3-7)，以便焊接时有焊条运转的必要
空间。对于手工焊，当板厚超过 10mm时，就应开
坡口；而对自动焊，则当板厚超过 16mm时，开 V
形坡口即可。
⑵ 对于不同截面尺寸构件的拼接，应采用平缓
过度的连接方式（图 3-8），以减小应力集中。
二、对接焊缝的强度计算
1．对接直焊缝承受轴心力 N
或
式中 l w— 焊缝的计算长度，当未采用引弧板时，
每条焊缝取实际长度减去 2t，当采用引弧板时，
取焊缝实际长度,t— 为焊缝的计算厚度。
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w
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2．对接焊缝承受剪力和弯矩
? 对接焊缝承受弯矩 M和剪力 V作用 (图 3-10b)时，
按下式验算其焊缝强度
? 在正应力和剪应力都较大之处，还应按下
式验算该点的折算应力,
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3．工字形截面对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力
共同作用时（图 3-10c），应按下列各式验算焊缝
强度,w
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第四节 角焊缝连接的构造和计算
角焊缝为沿两直交或斜交焊件的交线焊接的焊
缝，可用于对接、搭接以及直角或斜角相交的 T形
和角接接头中。角焊缝施焊时板边不需要加工坡口，
施焊较方便 。
一、受力情况和构造要求
1、角焊缝的形式和受力情况
侧焊缝 ----长度方向与作用力
方向平行的角焊缝称为侧焊缝
端焊缝 ----长度方向与作用力
方向垂直的角焊缝称为端焊缝。
角焊缝两焊脚边的夹角 α一般为 90。 （直角角焊缝），
若该夹角大于或小于 90。 ；则称为斜角角焊缝（图 3-14）
? 侧焊缝主要承受剪力作用 。
在弹性阶段，应力沿焊缝长
度分布不均，但由于其塑性
较好，在出现塑性变形后，
将产生应力重分布,在规范
规定的焊缝长度范围内,应
力分布可趋于均匀。
? 端焊缝的应力状态较复杂，
其破坏强度比侧焊缝的高
（约高 22%左右），但塑性
变形要差一些。
? 侧焊缝和端焊缝的受力情况
和可能的破坏情况分别如图
3-15和图 3-16所示。
2、角焊缝的构造要求
1）焊脚尺寸,如图 3-14,称角焊缝截面直角边的尺
寸 hf为角焊缝的焊脚尺寸。若 hf过小，热量小，易被
周围金属快速吸收，从而冷却过快而产生淬硬组织，使金
属变脆，容易形成裂纹。 hf过大，易使焊件过烧，改变金
相组织，且易烧穿较薄焊件。所以 hf 不能过大或过小，一
般应满足, 当焊缝位于板边时，应 hf ≤t 。
2）焊缝长度 lw 当 hf大而 lw过小时，易使焊件局部受热
严重，且焊缝起灭弧的弧坑相距太近，起灭弧区段占比例
高，加上可能出现的其他缺陷，也使焊缝不够可靠。 lw过
大，侧面角焊缝沿长度方向的剪应力分布很不均匀，焊缝
两端已达破坏应力，而中部应力还较小。故侧焊缝长度应
满足,8hf≤ lw≤60 hf（承受静力荷载或间接受动力荷载）
8hf≤ lw ≤40 hf（直接承受动力荷载）
mi nma x 2.15.1 tht f ??
3．计算截面
二、角焊缝的强度计算
? 角焊缝的计算方法：不同的, 规范, 有不同的计算方
法。
? 折算应力法 — 考虑焊缝有效截面的应力状态，按第四
强度理论计算（ GB50017— 采用的方法）；
? 单一应力法 — 不考虑焊缝有效截面的实际应力状态，
均按单一剪应力计算（ SL74-95钢闸门规范采用）
? 1、角焊缝计算的基本公式
? 如图 3-19所示，角焊缝有效截面上同时存在正应力
和剪应力，则可按第四强度理论计算其等效应力为,
? 对于比较简单的受力情况，该计算公式可简化为,
w
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(2) 轴向力垂直于焊缝长度方向作用时（ 轴
向力作用的正面角焊缝 ）强度可提高 22%。
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fwef flhN 22.1)/( ?? ??
(3) 平行于焊缝长度方向的应力 τf和垂直于焊缝长
度方向的应力 σf共同作用时
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(1)轴向力沿焊缝长度方向作用时
（ 轴向力作用的侧面角焊缝 ）
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(4) 上述公式适用条件
? 适用于非直接动力荷载作用。当直接动力荷载作用时，
考虑正面角焊缝塑性性能较差，取它和侧面角焊缝的
强度相同，把式中 1.22变为 1。
? 按容许应力法计算焊接连接时，强度均取角焊缝的容
许剪应力，应力根据荷载标准值求得。
3.轴心力作用（轴心力通过连接角焊缝群的中心）
时的角焊缝计算：取应力是均匀分布的。
（ 1）只采用侧面角焊缝和只采用正面角焊缝时
分别按上述公式（ 3-9）和（ 3-10）计算。
（ 2）三面围焊时 先取 hf 值，求出正面角焊缝所
能承担的内力 N3，再由 N- N3，再计算侧面角焊缝。
(3) 当用侧面角焊缝连接钢板与角钢时 应使焊缝
受力合力通过角钢轴线。通过调节焊缝面积来实现。
依 ∑ X=0, ∑ M=0 得
NkN
bb
bN
1
21
2
1 ??? NkN
bb
bN
2
21
1
2 ???
焊缝内力 N1和 N2求得后，再根据构造要求和
强度计算确定肢背和肢尖的焊脚尺寸和长度。
为使连接紧凑，可采用围焊缝。先选定正面
角焊缝的 hf，其承载力 N3 =0.7hf∑1.22lw3× 1.22,
肢背和肢尖焊缝的内力,N1 =k1N - N3/2 N2 =k2N
- N3/2 然后按侧焊缝确定肢背和肢尖焊缝尺寸。
当受力较小而采用 L形焊缝时，由 N2=0,可得
N3=2 k2N，及 N1=N-N3，然后可确定各焊缝尺寸。
肢背和肢尖可采用不同的焊脚尺寸 hf，这样
可使肢背和肢尖的焊缝长度 lw接近相等。
wff
4．弯矩、剪力和轴心力共同作用时 T
形接头的角焊缝计算
把荷载向焊缝中心平移，确定受力最大的应力
点，依应力性质组合，验算最危险点的强度。
w
fVA
NAMA f??? 22 )()
22.1( ?
??
5．扭矩 T作用 (T平面 ‖ 焊缝平面 )
扭矩 T作用 (T平面 ‖ 焊缝平面 )假定（ 1）被
连接件是刚性的，焊缝是弹性的； (2) 被连接件
绕焊缝形心 O点转动，焊缝上任一点应力与该点
与焊缝中心距离 r的大小成正比，方向与 r垂直。
按, 材力, 理论，可得该点应力沿 x,y方向的分
量为,
式中,rx,ry—— 分别为 r在 x和 y方向上的分量。
因此，在扭矩 T作用下，距焊缝形心最远的强度
验算公式为,
P
y
Ax I
Tr??
P
x
Ay I
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w
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22.1( ?
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6.扭矩、剪力和轴力共同作用下搭接
连接的角焊缝计算
? 把荷载向焊缝中心平移，确定受力最大的应
力点，依应力性质组合，验算最危险点的强
度。
w
fTxNx
TyVy f???? 22 )()
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第五节 焊接残余应力和焊接残余变形
1、纵向残余应力（ 应力方向 ‖ 焊缝长度方向 ）
构件产生纵向残余应力的三个充分必要条件,
⑴构件上存在不均匀的温度场；
⑵构件进入了热塑性状态；
⑶组成构件的各个纵向纤维不能自由纵向变形。
在同时满足上述三个条件的情况下，构件将产生纵向
残余应力。构件在 焊接、热轧、热切割等热处理 时
将会同时满足上述三个充分必要条件；因此将会产
生纵向残余应力。
一、焊接残余应力的种类和产生的原因
焊接残余应力是指焊件冷却后残留在焊件内的
应力。
? 纵向残余应力的分布规律,
构件的纵向残余应力为自相平衡的内应力（合力为
零）,其分布表现为温度高的焊缝附近区域为拉应
力，而远离焊缝区温度较低的区域为压应力 。 拉压
应力的合力为零。纵向残余应力的分布如下图所示。
2．横向残余应力
横向残余应力产生的原因有两方面,
⑴焊后 焊缝纵向收缩,两块钢板趋向于弯成弓形，但由
于焊缝将两块钢板连成整体，于是在焊缝中部和两端
分别产生横向拉应力和横向压应力如图（ 3-10a,b）。
⑵施焊时先焊的焊缝先冷却凝固，具有一定的强度，会
阻止后焊 焊缝在横向的 自由变形，从而产生横向应力。
3．沿焊缝厚度方向的残余应力
外边先冷却而受压，中间冷却慢而受拉。
这三种应力可能形成比较严
重的同号三轴应力；会大大降低
结构连接的塑性。这就是焊接结
构易发生脆性破坏的原因之一。
二,焊接残余变形
焊接过程中的局部加热和不均匀的冷却收缩，
使焊件在产生残余应力的同时还将伴随产生焊接
残余变形，如纵向和横向收缩、弯曲变形、角变
形、波浪变形和扭曲变形等。
三、焊接残余应力和残余变形的影响
1．焊接残余应力对结构性能的影响
(1)强度方面,残余应力是自平衡力系，不影响
结构的强度。
(2)刚度方面,残余应力与荷载应力相加以后，
部分材料将提前进入屈服阶段，继续增加的外力
将仅由弹性区承担，因此构件变形将加快，刚度
降低。
(3)构件的稳定性,荷载引起的压应力与截面残
余压应力叠加时，会使部分截面屈服，降低抗弯
刚度 EI，将降低构件的整体稳定性。
(4)疲劳和低温冷脆,残余应力为三向同号应力
状态时，材料易转向脆性，使裂纹容易产生和开
展，导致疲劳强度降低，易导致低温脆性断裂。
2．焊接残余变形对结构的影响
? 影响结构的尺寸，使装配困难，影响使用
质量 ;
? 过大的变形将显著降低结构的承载能力，
甚至使结构不能使用。
四、减小焊接残余应力和残余变形的方法 。
1.合理设计,hf不宜过大；焊缝不宜过分集中和
三向交叉。
2.合理制造：合理的焊接工艺。
3.矫正。
第六节 普通螺栓连接的构造和计算
? 一、普通螺栓的种类和特性
1.表示方法,普通螺栓为粗牙大六角头型，代号用字母
M与公称直径 (毫米 )表示,如 M18,M20,M22,M24。
2,按制作精度分类, 分为 A,B,C级螺栓。 C级采用
4.6,4.8级（小数点前的数字代表抗拉强度，单位为 MPa，
小数部分代表屈强比 )材料制作，只要求 Ⅱ 类孔 (在单个
零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔 )，栓径
比孔径小（ 1.5～ 3.0） mm。 A,B级螺栓采用 8.8级材料
（ 45号和 35号钢）制作，要求 Ⅰ 类孔（用钻模钻成或在
装配好后钻成或扩钻止设计孔径），栓径比孔径小
（ 0.3～～ 0.5） mm。常用的孔、螺栓表示方法见图 3-36。
二、普通螺栓连接的构造要求
1,螺栓的直径
在同一结构连接中，为便于钻孔及螺栓安装并方便计
算，宜采用同一直径的螺栓。其直径大小有受力和构
件尺寸综合确定。常用直径为 M18,M20,M22,M24
等。
2、螺栓的排列和间距
螺栓的排列应简单、统一而紧凑，既要满足受力要求，
又要构造合理便于安装。
三、普通螺栓连接受力性能和强度计算
1．分类 按螺栓受力方式可分为 受剪螺栓连接、受拉
螺栓连接和拉剪螺栓连接。
2,受剪螺栓连接
（ 1）受力性能：靠栓杆受剪和孔壁承压传力。
（ 2）破坏形式,a.栓杆剪断； b.孔壁挤压坏； c.钢板拉断；
d.端部钢板剪断； e.栓杆受弯破坏。
前三种通过计算来防止。后两种通过限制端距和螺栓
的夹紧长度不超过 5d来防止。
（ 3）单个螺栓承载力计算
a.单个螺栓抗剪承载力设计值
b,承压承载力设计值
单个螺栓承载力应为 a和 b承载力中的较小值,
即,
b
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b
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4
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c
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(4) 螺栓群受轴心力 N作用时的连接计算
① 确定所需螺栓数目 n n =N/ N bmin 。
当沿受力方向的螺栓连接长度 l1过大时，各螺栓的受力
将很不均匀，易发生解扣破坏。需将螺栓的承载力设计值
乘以折减系数给予降低。
②净截面强度验算 σ=N/An≤f
选择构件或连接板内力大或净截面小的截面。
（ 5）受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群计算
计算假定,①被连接钢板是刚性的，螺栓是弹性
的；②钢板绕螺栓群中心 O点转动，螺栓的剪切变
形与它到中心 O的距离成正比，螺栓所受的剪切力
或钢板所受的反作用力与 r成正比，方向与 r垂直。
? 根据扭矩平衡条件和计算假定得在 T作用下螺栓
所受的最大剪力为
其水平和竖直分力为
V由螺栓平均分担，每个螺栓承受
T和 V共同作用时，受力最大的螺栓 1应满足
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2.受拉螺栓连接
（ 1）单个受拉螺栓的承载力设计值
破坏形式是在被螺纹削弱的截面处栓杆被拉断。
普通螺栓（ bolt）
锚 栓（ anchor bolt）
（ 2）螺栓群的受拉连接计算
a,轴心力 N作用时 n =N/ Ntb
然后按实际确定的螺栓数目 n进行布臵排列。
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b
t
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a
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b.螺栓群在弯矩 M作用下的抗拉计算 上部螺栓受拉
，压力产生于牛腿和柱的接触面上，精确确定中和
轴的位臵的计算比较复杂。通常近似地取中和轴在
最下边一排螺栓轴线上，并且忽略压力区所产生的
弯矩（因力臂很小）。
可得螺栓所受最大拉力为,
式中 m为螺栓的列数。
b
t
i
N
ym
My
N ??
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1
1
3.拉剪螺栓连接（ M,V共同作用）
(1)无支托或不考虑支托受力时,螺栓既受拉又受
剪，应同时满足
(2)考虑支托承受剪力
M由螺栓承受,V由支托承受。支托与柱
之间的焊缝引入偏心系数 （ 1.25～ 1.35） 。
b
cv
b
t
t
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v
v
NN
N
N
N
N
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?? 1)()( 22
四、普通螺栓连接问题解法
1．验算型问题
(1) 特点 已知尺寸和荷载，问是否满足设计要求。
(2) 解法 ①验算是否满足构造条件；②确定荷载作用方式
和螺栓受力特征（受剪、受拉、拉剪）及受力最大螺
栓；③按相应公式验算。
2.设计型问题
(1) 特点 已知荷载和连接构造，需完成连接设计。
(2) 解法,I．抗剪型
i,N作用 ① 初选 d，求出 Nbmin ；② 求 n；③ 按构造要求
排列；④ 净截面验算，依结果调整 d或排列，直至满
足要求。
ii．其它荷载作用 ① 初选 d,n和排列；② 考虑荷载种类，
确定受力最大螺栓；③ 按相应公式验算；④ 调整（ d、
n或排列）验算，直至满足要求。
II．拉力型
i,N作用 ① 初选 d，求出 Nbt ；② 求 n；③ 按构
造要求排列。
ii,M作用 ①初选 d,n和排列；② 确定受力最大
螺栓；③ 调整（ d,n或排列）验算，直至满足
要求。
III．拉剪型
i,无支托或不考虑支托受力 ① 初选 d,n和排列；
② 确定受力最大螺栓；③ 调整（ d,n或排列）
验算，直至满足要求。
ii．考虑支托受力 ① 螺栓按拉力型 M作用设计；
②支托与柱之间的焊缝按角焊缝设计。
第七节 高强度螺栓连接的性能和计算
一、高强度螺栓连接的性能
1,材料,螺栓采用 8,8级和 10,9级两种强度性能等
级的材料制成。
2,工作特点：高强度螺栓连接是通过拧紧螺母，靠
接触面间的摩擦阻力来承受荷载。普通螺栓连接
的拧紧力很小，靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。
3.分类：分为高强度螺栓 摩擦型连接和承压型连接 。
摩擦型连接受剪时，以剪力达到板件间的最大摩
擦阻力为极限状态；当超过摩擦阻力时，认为连
接已失效。承压型连接在受剪时，允许剪力超过
摩擦力，以螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极
限状态。 两种形式螺栓在受拉时没有区别 。
2,高强度螺栓的预拉力
(1)紧固方法,有扭矩法、转角法或扭剪法。
(2) 预拉力的大小,拧至 fy 以 获得最大承载力。但设计取
值要考虑：①在拧紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪力对
材料屈服强度的影响 (根据试验结果，除以 1.2)；②施工
要超张拉来弥补拧螺栓先后造成的松弛影响 (乘以 0.9)；
③材料抗力的变异影响 (乘以 0.9)。预拉力设计值 P由下
式计算,
P= fy*Ae*0.9*0.9/1.2=0.675 fy*Ae
设计预拉力 P的取值如表 3-2所示。
3,摩擦面抗滑移系数 μ 主要与构件材料和表面处理方法有
关，见表 3-3。
4．螺栓的排列及间距要求 同普通螺栓。
二、高强度螺栓连接的抗剪承载力
1.摩擦型连接 一个螺栓的抗剪承载力设计值
NVb =nfμP/rR=0.9nfμP
式中 0.9— 抗力分项系数 rR的倒数（ 1/1.111）。
2,承压型连接 摩擦力只起延缓滑移作用，要求在
荷载标准值作用时，不产生滑移，近似取荷载系
数为 1.3，单个螺栓应有,NV=N设 /1.3≤ 0.9nfμP 。
极限承载力的确定同普通螺栓 。
三、高强度螺栓群的抗剪计算
1．轴心力 N作用
1)被连接构件接缝一侧所需螺栓数 n=N/Nbmin
式中 Nbmin— 摩擦型为 NVb ;承压型为 NVb和 Ncb中小者,
在确定所需 n后,按构造要求布臵、排列螺栓。
2)构件净截面强度验算
(1)摩擦型, 净截面内力要考虑孔前传力。
N ’=N-0.5Nn1/n =(1-0.5n1/n) N。 应 N ’/An≤f
0.5— 考虑螺栓所分担剪力的 50％由螺孔前构件接
触面传递到被连接的另一构件中。
此外，尚应验算构件的毛截面强度。
(2) 承压型, 同普通螺栓。
2,受扭矩 T作用，或扭矩 T、剪力 V、轴心力
N共同作用
计算方法与普通螺栓连接相同，区别在于应采用高
强度螺栓的抗剪承载力设计值 0.9nfμP 。
四．受拉螺栓连接计算
1.单个高强度螺栓的抗拉承载力设计值 Ntb
由试验知，当 Nt >P时，在卸荷后预拉力降低 (松弛 )。
若 Nt <0.9P，则不出现松弛现象。考虑安全储备，取
Ntb=0.8P。适用于摩擦型和承压型。
2.轴心力 N作用 计算 n= N/Ntb,然后进行布置、排列。
3.弯矩 M作用 预拉力使被连接构件的接触面保持
紧密贴合，中和轴可始终保持在螺栓群形心轴线
上。最外面的螺栓所受拉力 Nt1最大,应满足
P
ym
MyN
i
M 8.0
2
1
1 ?? ?
五．拉剪高强度螺栓连接的强度计算
(一 ) 摩擦型,
1.单个拉剪高强度螺栓的抗剪承载力
当高强度螺栓承受沿杆轴方向的外拉力 Nt作用
时,构件摩擦面间的压紧力将由 P减至 P-Nt；且摩擦
面抗滑移系数 μ亦随之降低。为计算简便，对 μ取值
不变，但对 Nt加大 25％，作为补偿。
Nvb=0.9nfμ(P-1.25Nt）
式中,Nt应满足 Nt≤0.8 P
2,拉剪高强度螺栓连接计算,应同时满足
Nv ≤Nvb= 0.9nfμ(P-1.25Nt） 和 Nt≤0.8 P
3.在 M和 V共同作用下
根据考虑问题的方式不同，有下列两种处理方式
（ 1）仅验算承受最大拉力 Nt1 的螺栓抗剪承载力设计
值不小于其所承受的剪力来决定该连接是否安全。
虽然保守，但较简单。对于受拉力最大的螺栓应
同时满足下列两式,
(2) 考虑其他各排螺栓承受的拉力递减 (对中和轴和受压
区均按 Nti=0处理 )，计算全部螺栓抗剪承载力设计值
的总和是否不小于连接所承受的总剪力 V。计算虽
繁，但经济。计算公式为,
且应满足 Nti≤0.8P
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(二 )高强度螺栓承压型连接
式中 1.2— 折减系数，系考虑螺栓受到外拉力后，
接触面间的压紧力减小，承载力降低的影响。
还应控制在正常使用状态时使连接不产生滑移。
Nv ≤1.3× 0.9nfμ（ P-1.25Nt ）
小结 本章主要讲述了焊接和螺栓连接的特点、计
算方法、构造要求。应掌握各种连接的特点，可
能的破坏方式，设计方法和构造要求。了解残余
应力和变形对结构的影响。
2.1/1)()( 22 bcVb
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t
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N
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第一节 钢结构的连接方法
一、结构的连接方法
钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成基本构
件，再通过一定的安装连结装配成空间整体结构。连
接的构造和计算是钢结构设计的重要组成部分。
1、焊缝连接 20世纪初开始在工程结构上较广泛应
用。焊接是现代钢结构最主要的连接方法之一。
优点：不削弱构件截面，构造简单，节约钢材，加工
方便，可采用自动化操作，生产效率高。刚度较大、密
封性能好。
缺点：焊缝附近存在热影响区，由高温快速降到常温，
使钢材脆性加大；存在焊接残余应力及残余变形；焊接
结构低温冷脆问题也比较突出。
2、铆钉连接
? 19世纪 20～ 30年代出现铆钉连接。把铆钉加热到 1000～
1500oC，用铆钉枪铆合。
? 优点：塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查和保
证，可用于承受动载的重型结构。
? 缺点：工艺复杂、噪音大、劳动条件差，用钢量大，现
已很少采用。
3、螺栓连接
1）．普通螺栓连接
（ 1） C级螺栓连接：用圆钢制成，杆身粗糙，尺寸不很
准确。主要用于受拉连接和安装螺栓。
（ 2） A,B级螺栓连接：螺杆机加工制成，尺寸准确，
孔加工精度高。制造安装费工。 A级,d≤24mm，
l≤150mm 和 10d,B级,d>24mm,l>150mm 和 10d。
2),高强度螺栓连接 20世纪中钢结构开始采用。
高强度螺栓则用高强度钢材制成并经热处理。拧
紧螺栓使板件接触面产生很大摩擦力，依靠摩擦
力传力。连接紧密，耐疲劳，承受动载可靠。是
现代钢结构最主要的连接方法之一。
第二节 焊接方法、焊缝类型和质量级别
? 一、钢结构中常用的焊接方法
1．电弧焊 焊条或焊丝与焊件间产生的电弧热，使焊
条和焊件熔化，二者凝结成焊缝。
(1)手工电弧焊 设备简单，操作灵活，适用性和可达性
强，适用各种焊缝。生产效率较低，质量变异性大，施
焊时弧光外露，电弧光较强。
手工焊采用的是焊条,
焊条应和焊件的强度和性能
相适应。 Q235钢用 E43型焊条
(E4300一 E4316),Q345钢用
E50型焊条 (E5000～ E5018),
Q390和 Q420钢用 E55型焊条
(E5500～ E5518)。 E（ Electrode）表示焊条。
(2)自动或半自动埋弧焊
? 属于机械化焊接，电弧埋在焊剂层下。
? 采用盘状连续的光焊丝 在散粒状焊剂
? 下燃弧焊接，散粒状焊剂的作用与手
? 工焊焊条的药皮相同。自动焊的引弧,
? 焊丝送下、焊剂堆落和焊丝沿焊缝方
? 向的移动都是自动的。埋弧焊节省焊
? 丝和电能，劳动条件好，生产效率高；
? 焊缝质量稳定可靠，塑性和韧性也较
? 好，但不如手工焊灵活。
? 埋弧焊所采用的焊丝和焊剂应与焊件钢材相匹配。对
Q235钢常用 H08A等焊丝，对 Q345钢和 Q390和 Q420钢常
用 H08MnA,H10Mn2等焊丝。选择焊丝时，尚需同时选
用相应的焊剂。焊剂有无锰型及高、中、低锰型焊剂。
(3)二氧化碳气体保护焊
? 利用 CO2气体作为保护气体，使焊缝金属不与空
气接触，电弧加热集中，焊接速度快，熔化深
度大，焊缝强度高，塑性好。 CO2气体保护焊采
用高锰高硅型焊丝，具有较强的抗锈能力。
2．电阻焊
电阻焊是利用电流通过焊件接触点表面的电阻所
产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。冷
弯薄壁型钢的焊接，常用电阻点焊，板叠总厚度一
般不超过 12mm，焊点应主要承受剪力，其抗拉 (撕
裂 )能力较差。
二、焊缝连接形式及焊缝类型
? 焊缝连接形式按被连接构件间的相对位臵分为
对接、搭接,T形连接和角接四种。
? 焊缝按其构造来分，可分为 对接焊缝和角焊缝
两种类型。
? 焊缝若按其工作性质来分有 强度焊缝和密
强焊缝 两种。强度焊缝只作为传递内力之
用，密强焊缝除传递内力外，还须保证不
使气体或液体渗漏。
? 焊缝按其施焊位臵分为 俯焊 (平焊 )、立焊、
横焊和仰焊 。设计和施工时应尽量避免采
用仰焊焊缝
三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别
? 1．焊缝缺陷 主要有 外观缺陷, ①焊缝尺寸偏
差；②咬边；③弧坑，起弧或落弧处焊缝所形成
的凹坑； 内部缺陷,④未熔合；⑤母材被烧穿；
⑥气孔；⑦非金属夹渣；⑧裂纹等缺陷，均会引
起应力集中削弱焊缝有效截面，降低承载能力。
若发现焊缝有裂纹，应彻底铲除后补焊。
? 2．焊缝质量检验和焊缝级别 焊缝质量检验 分
为三级。 III级只对全部焊缝做外观检查； Ⅱ 级除
对全部焊缝做外观检查外，还要用超声波抽查焊
缝长度的 50％； I级除全部做外观检查外，还须
按要求用超声波检查，并用 X射线抽查焊缝长度
的 2％，且部分拍片。各级焊缝的应用见规范要
求。
四、焊缝符号及标注方法
按, 建筑结构制图标准, (GB/T50105-2001)和
,焊缝符号表示法, (GB324-88)执行。
第三节 对接焊缝连接的构造和计算
对接焊缝传力直接、平顺、没有显著的应力集
中现象，受力性能良好。但质量要求高，焊件间施
焊间隙要求严,一般多用于工厂制造的连接中。
一、对接焊缝连接的构造要求
⑴坡口加工：应对板件边缘加工成适当型式和
尺寸的坡口 (图 3-7)，以便焊接时有焊条运转的必要
空间。对于手工焊，当板厚超过 10mm时，就应开
坡口；而对自动焊，则当板厚超过 16mm时，开 V
形坡口即可。
⑵ 对于不同截面尺寸构件的拼接，应采用平缓
过度的连接方式（图 3-8），以减小应力集中。
二、对接焊缝的强度计算
1．对接直焊缝承受轴心力 N
或
式中 l w— 焊缝的计算长度，当未采用引弧板时，
每条焊缝取实际长度减去 2t，当采用引弧板时，
取焊缝实际长度,t— 为焊缝的计算厚度。
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2．对接焊缝承受剪力和弯矩
? 对接焊缝承受弯矩 M和剪力 V作用 (图 3-10b)时，
按下式验算其焊缝强度
? 在正应力和剪应力都较大之处，还应按下
式验算该点的折算应力,
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3．工字形截面对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力
共同作用时（图 3-10c），应按下列各式验算焊缝
强度,w
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第四节 角焊缝连接的构造和计算
角焊缝为沿两直交或斜交焊件的交线焊接的焊
缝，可用于对接、搭接以及直角或斜角相交的 T形
和角接接头中。角焊缝施焊时板边不需要加工坡口，
施焊较方便 。
一、受力情况和构造要求
1、角焊缝的形式和受力情况
侧焊缝 ----长度方向与作用力
方向平行的角焊缝称为侧焊缝
端焊缝 ----长度方向与作用力
方向垂直的角焊缝称为端焊缝。
角焊缝两焊脚边的夹角 α一般为 90。 （直角角焊缝），
若该夹角大于或小于 90。 ；则称为斜角角焊缝（图 3-14）
? 侧焊缝主要承受剪力作用 。
在弹性阶段，应力沿焊缝长
度分布不均，但由于其塑性
较好，在出现塑性变形后，
将产生应力重分布,在规范
规定的焊缝长度范围内,应
力分布可趋于均匀。
? 端焊缝的应力状态较复杂，
其破坏强度比侧焊缝的高
（约高 22%左右），但塑性
变形要差一些。
? 侧焊缝和端焊缝的受力情况
和可能的破坏情况分别如图
3-15和图 3-16所示。
2、角焊缝的构造要求
1）焊脚尺寸,如图 3-14,称角焊缝截面直角边的尺
寸 hf为角焊缝的焊脚尺寸。若 hf过小，热量小，易被
周围金属快速吸收，从而冷却过快而产生淬硬组织，使金
属变脆，容易形成裂纹。 hf过大，易使焊件过烧，改变金
相组织，且易烧穿较薄焊件。所以 hf 不能过大或过小，一
般应满足, 当焊缝位于板边时，应 hf ≤t 。
2）焊缝长度 lw 当 hf大而 lw过小时，易使焊件局部受热
严重，且焊缝起灭弧的弧坑相距太近，起灭弧区段占比例
高，加上可能出现的其他缺陷，也使焊缝不够可靠。 lw过
大，侧面角焊缝沿长度方向的剪应力分布很不均匀，焊缝
两端已达破坏应力，而中部应力还较小。故侧焊缝长度应
满足,8hf≤ lw≤60 hf（承受静力荷载或间接受动力荷载）
8hf≤ lw ≤40 hf（直接承受动力荷载）
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3．计算截面
二、角焊缝的强度计算
? 角焊缝的计算方法：不同的, 规范, 有不同的计算方
法。
? 折算应力法 — 考虑焊缝有效截面的应力状态，按第四
强度理论计算（ GB50017— 采用的方法）；
? 单一应力法 — 不考虑焊缝有效截面的实际应力状态，
均按单一剪应力计算（ SL74-95钢闸门规范采用）
? 1、角焊缝计算的基本公式
? 如图 3-19所示，角焊缝有效截面上同时存在正应力
和剪应力，则可按第四强度理论计算其等效应力为,
? 对于比较简单的受力情况，该计算公式可简化为,
w
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(2) 轴向力垂直于焊缝长度方向作用时（ 轴
向力作用的正面角焊缝 ）强度可提高 22%。
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(3) 平行于焊缝长度方向的应力 τf和垂直于焊缝长
度方向的应力 σf共同作用时
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(1)轴向力沿焊缝长度方向作用时
（ 轴向力作用的侧面角焊缝 ）
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(4) 上述公式适用条件
? 适用于非直接动力荷载作用。当直接动力荷载作用时，
考虑正面角焊缝塑性性能较差，取它和侧面角焊缝的
强度相同，把式中 1.22变为 1。
? 按容许应力法计算焊接连接时，强度均取角焊缝的容
许剪应力，应力根据荷载标准值求得。
3.轴心力作用（轴心力通过连接角焊缝群的中心）
时的角焊缝计算：取应力是均匀分布的。
（ 1）只采用侧面角焊缝和只采用正面角焊缝时
分别按上述公式（ 3-9）和（ 3-10）计算。
（ 2）三面围焊时 先取 hf 值，求出正面角焊缝所
能承担的内力 N3，再由 N- N3，再计算侧面角焊缝。
(3) 当用侧面角焊缝连接钢板与角钢时 应使焊缝
受力合力通过角钢轴线。通过调节焊缝面积来实现。
依 ∑ X=0, ∑ M=0 得
NkN
bb
bN
1
21
2
1 ??? NkN
bb
bN
2
21
1
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焊缝内力 N1和 N2求得后，再根据构造要求和
强度计算确定肢背和肢尖的焊脚尺寸和长度。
为使连接紧凑，可采用围焊缝。先选定正面
角焊缝的 hf，其承载力 N3 =0.7hf∑1.22lw3× 1.22,
肢背和肢尖焊缝的内力,N1 =k1N - N3/2 N2 =k2N
- N3/2 然后按侧焊缝确定肢背和肢尖焊缝尺寸。
当受力较小而采用 L形焊缝时，由 N2=0,可得
N3=2 k2N，及 N1=N-N3，然后可确定各焊缝尺寸。
肢背和肢尖可采用不同的焊脚尺寸 hf，这样
可使肢背和肢尖的焊缝长度 lw接近相等。
wff
4．弯矩、剪力和轴心力共同作用时 T
形接头的角焊缝计算
把荷载向焊缝中心平移，确定受力最大的应力
点，依应力性质组合，验算最危险点的强度。
w
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5．扭矩 T作用 (T平面 ‖ 焊缝平面 )
扭矩 T作用 (T平面 ‖ 焊缝平面 )假定（ 1）被
连接件是刚性的，焊缝是弹性的； (2) 被连接件
绕焊缝形心 O点转动，焊缝上任一点应力与该点
与焊缝中心距离 r的大小成正比，方向与 r垂直。
按, 材力, 理论，可得该点应力沿 x,y方向的分
量为,
式中,rx,ry—— 分别为 r在 x和 y方向上的分量。
因此，在扭矩 T作用下，距焊缝形心最远的强度
验算公式为,
P
y
Ax I
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6.扭矩、剪力和轴力共同作用下搭接
连接的角焊缝计算
? 把荷载向焊缝中心平移，确定受力最大的应
力点，依应力性质组合，验算最危险点的强
度。
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第五节 焊接残余应力和焊接残余变形
1、纵向残余应力（ 应力方向 ‖ 焊缝长度方向 ）
构件产生纵向残余应力的三个充分必要条件,
⑴构件上存在不均匀的温度场；
⑵构件进入了热塑性状态；
⑶组成构件的各个纵向纤维不能自由纵向变形。
在同时满足上述三个条件的情况下，构件将产生纵向
残余应力。构件在 焊接、热轧、热切割等热处理 时
将会同时满足上述三个充分必要条件；因此将会产
生纵向残余应力。
一、焊接残余应力的种类和产生的原因
焊接残余应力是指焊件冷却后残留在焊件内的
应力。
? 纵向残余应力的分布规律,
构件的纵向残余应力为自相平衡的内应力（合力为
零）,其分布表现为温度高的焊缝附近区域为拉应
力，而远离焊缝区温度较低的区域为压应力 。 拉压
应力的合力为零。纵向残余应力的分布如下图所示。
2．横向残余应力
横向残余应力产生的原因有两方面,
⑴焊后 焊缝纵向收缩,两块钢板趋向于弯成弓形，但由
于焊缝将两块钢板连成整体，于是在焊缝中部和两端
分别产生横向拉应力和横向压应力如图（ 3-10a,b）。
⑵施焊时先焊的焊缝先冷却凝固，具有一定的强度，会
阻止后焊 焊缝在横向的 自由变形，从而产生横向应力。
3．沿焊缝厚度方向的残余应力
外边先冷却而受压，中间冷却慢而受拉。
这三种应力可能形成比较严
重的同号三轴应力；会大大降低
结构连接的塑性。这就是焊接结
构易发生脆性破坏的原因之一。
二,焊接残余变形
焊接过程中的局部加热和不均匀的冷却收缩，
使焊件在产生残余应力的同时还将伴随产生焊接
残余变形，如纵向和横向收缩、弯曲变形、角变
形、波浪变形和扭曲变形等。
三、焊接残余应力和残余变形的影响
1．焊接残余应力对结构性能的影响
(1)强度方面,残余应力是自平衡力系，不影响
结构的强度。
(2)刚度方面,残余应力与荷载应力相加以后，
部分材料将提前进入屈服阶段，继续增加的外力
将仅由弹性区承担，因此构件变形将加快，刚度
降低。
(3)构件的稳定性,荷载引起的压应力与截面残
余压应力叠加时，会使部分截面屈服，降低抗弯
刚度 EI，将降低构件的整体稳定性。
(4)疲劳和低温冷脆,残余应力为三向同号应力
状态时，材料易转向脆性，使裂纹容易产生和开
展，导致疲劳强度降低，易导致低温脆性断裂。
2．焊接残余变形对结构的影响
? 影响结构的尺寸，使装配困难，影响使用
质量 ;
? 过大的变形将显著降低结构的承载能力，
甚至使结构不能使用。
四、减小焊接残余应力和残余变形的方法 。
1.合理设计,hf不宜过大；焊缝不宜过分集中和
三向交叉。
2.合理制造：合理的焊接工艺。
3.矫正。
第六节 普通螺栓连接的构造和计算
? 一、普通螺栓的种类和特性
1.表示方法,普通螺栓为粗牙大六角头型，代号用字母
M与公称直径 (毫米 )表示,如 M18,M20,M22,M24。
2,按制作精度分类, 分为 A,B,C级螺栓。 C级采用
4.6,4.8级（小数点前的数字代表抗拉强度，单位为 MPa，
小数部分代表屈强比 )材料制作，只要求 Ⅱ 类孔 (在单个
零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔 )，栓径
比孔径小（ 1.5～ 3.0） mm。 A,B级螺栓采用 8.8级材料
（ 45号和 35号钢）制作，要求 Ⅰ 类孔（用钻模钻成或在
装配好后钻成或扩钻止设计孔径），栓径比孔径小
（ 0.3～～ 0.5） mm。常用的孔、螺栓表示方法见图 3-36。
二、普通螺栓连接的构造要求
1,螺栓的直径
在同一结构连接中，为便于钻孔及螺栓安装并方便计
算，宜采用同一直径的螺栓。其直径大小有受力和构
件尺寸综合确定。常用直径为 M18,M20,M22,M24
等。
2、螺栓的排列和间距
螺栓的排列应简单、统一而紧凑，既要满足受力要求，
又要构造合理便于安装。
三、普通螺栓连接受力性能和强度计算
1．分类 按螺栓受力方式可分为 受剪螺栓连接、受拉
螺栓连接和拉剪螺栓连接。
2,受剪螺栓连接
（ 1）受力性能：靠栓杆受剪和孔壁承压传力。
（ 2）破坏形式,a.栓杆剪断； b.孔壁挤压坏； c.钢板拉断；
d.端部钢板剪断； e.栓杆受弯破坏。
前三种通过计算来防止。后两种通过限制端距和螺栓
的夹紧长度不超过 5d来防止。
（ 3）单个螺栓承载力计算
a.单个螺栓抗剪承载力设计值
b,承压承载力设计值
单个螺栓承载力应为 a和 b承载力中的较小值,
即,
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(4) 螺栓群受轴心力 N作用时的连接计算
① 确定所需螺栓数目 n n =N/ N bmin 。
当沿受力方向的螺栓连接长度 l1过大时，各螺栓的受力
将很不均匀，易发生解扣破坏。需将螺栓的承载力设计值
乘以折减系数给予降低。
②净截面强度验算 σ=N/An≤f
选择构件或连接板内力大或净截面小的截面。
（ 5）受扭矩和剪力作用的抗剪螺栓群计算
计算假定,①被连接钢板是刚性的，螺栓是弹性
的；②钢板绕螺栓群中心 O点转动，螺栓的剪切变
形与它到中心 O的距离成正比，螺栓所受的剪切力
或钢板所受的反作用力与 r成正比，方向与 r垂直。
? 根据扭矩平衡条件和计算假定得在 T作用下螺栓
所受的最大剪力为
其水平和竖直分力为
V由螺栓平均分担，每个螺栓承受
T和 V共同作用时，受力最大的螺栓 1应满足
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2.受拉螺栓连接
（ 1）单个受拉螺栓的承载力设计值
破坏形式是在被螺纹削弱的截面处栓杆被拉断。
普通螺栓（ bolt）
锚 栓（ anchor bolt）
（ 2）螺栓群的受拉连接计算
a,轴心力 N作用时 n =N/ Ntb
然后按实际确定的螺栓数目 n进行布臵排列。
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b.螺栓群在弯矩 M作用下的抗拉计算 上部螺栓受拉
，压力产生于牛腿和柱的接触面上，精确确定中和
轴的位臵的计算比较复杂。通常近似地取中和轴在
最下边一排螺栓轴线上，并且忽略压力区所产生的
弯矩（因力臂很小）。
可得螺栓所受最大拉力为,
式中 m为螺栓的列数。
b
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1
1
3.拉剪螺栓连接（ M,V共同作用）
(1)无支托或不考虑支托受力时,螺栓既受拉又受
剪，应同时满足
(2)考虑支托承受剪力
M由螺栓承受,V由支托承受。支托与柱
之间的焊缝引入偏心系数 （ 1.25～ 1.35） 。
b
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b
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四、普通螺栓连接问题解法
1．验算型问题
(1) 特点 已知尺寸和荷载，问是否满足设计要求。
(2) 解法 ①验算是否满足构造条件；②确定荷载作用方式
和螺栓受力特征（受剪、受拉、拉剪）及受力最大螺
栓；③按相应公式验算。
2.设计型问题
(1) 特点 已知荷载和连接构造，需完成连接设计。
(2) 解法,I．抗剪型
i,N作用 ① 初选 d，求出 Nbmin ；② 求 n；③ 按构造要求
排列；④ 净截面验算，依结果调整 d或排列，直至满
足要求。
ii．其它荷载作用 ① 初选 d,n和排列；② 考虑荷载种类，
确定受力最大螺栓；③ 按相应公式验算；④ 调整（ d、
n或排列）验算，直至满足要求。
II．拉力型
i,N作用 ① 初选 d，求出 Nbt ；② 求 n；③ 按构
造要求排列。
ii,M作用 ①初选 d,n和排列；② 确定受力最大
螺栓；③ 调整（ d,n或排列）验算，直至满足
要求。
III．拉剪型
i,无支托或不考虑支托受力 ① 初选 d,n和排列；
② 确定受力最大螺栓；③ 调整（ d,n或排列）
验算，直至满足要求。
ii．考虑支托受力 ① 螺栓按拉力型 M作用设计；
②支托与柱之间的焊缝按角焊缝设计。
第七节 高强度螺栓连接的性能和计算
一、高强度螺栓连接的性能
1,材料,螺栓采用 8,8级和 10,9级两种强度性能等
级的材料制成。
2,工作特点：高强度螺栓连接是通过拧紧螺母，靠
接触面间的摩擦阻力来承受荷载。普通螺栓连接
的拧紧力很小，靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。
3.分类：分为高强度螺栓 摩擦型连接和承压型连接 。
摩擦型连接受剪时，以剪力达到板件间的最大摩
擦阻力为极限状态；当超过摩擦阻力时，认为连
接已失效。承压型连接在受剪时，允许剪力超过
摩擦力，以螺杆剪切或孔壁承压的最终破坏为极
限状态。 两种形式螺栓在受拉时没有区别 。
2,高强度螺栓的预拉力
(1)紧固方法,有扭矩法、转角法或扭剪法。
(2) 预拉力的大小,拧至 fy 以 获得最大承载力。但设计取
值要考虑：①在拧紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪力对
材料屈服强度的影响 (根据试验结果，除以 1.2)；②施工
要超张拉来弥补拧螺栓先后造成的松弛影响 (乘以 0.9)；
③材料抗力的变异影响 (乘以 0.9)。预拉力设计值 P由下
式计算,
P= fy*Ae*0.9*0.9/1.2=0.675 fy*Ae
设计预拉力 P的取值如表 3-2所示。
3,摩擦面抗滑移系数 μ 主要与构件材料和表面处理方法有
关，见表 3-3。
4．螺栓的排列及间距要求 同普通螺栓。
二、高强度螺栓连接的抗剪承载力
1.摩擦型连接 一个螺栓的抗剪承载力设计值
NVb =nfμP/rR=0.9nfμP
式中 0.9— 抗力分项系数 rR的倒数（ 1/1.111）。
2,承压型连接 摩擦力只起延缓滑移作用，要求在
荷载标准值作用时，不产生滑移，近似取荷载系
数为 1.3，单个螺栓应有,NV=N设 /1.3≤ 0.9nfμP 。
极限承载力的确定同普通螺栓 。
三、高强度螺栓群的抗剪计算
1．轴心力 N作用
1)被连接构件接缝一侧所需螺栓数 n=N/Nbmin
式中 Nbmin— 摩擦型为 NVb ;承压型为 NVb和 Ncb中小者,
在确定所需 n后,按构造要求布臵、排列螺栓。
2)构件净截面强度验算
(1)摩擦型, 净截面内力要考虑孔前传力。
N ’=N-0.5Nn1/n =(1-0.5n1/n) N。 应 N ’/An≤f
0.5— 考虑螺栓所分担剪力的 50％由螺孔前构件接
触面传递到被连接的另一构件中。
此外，尚应验算构件的毛截面强度。
(2) 承压型, 同普通螺栓。
2,受扭矩 T作用，或扭矩 T、剪力 V、轴心力
N共同作用
计算方法与普通螺栓连接相同，区别在于应采用高
强度螺栓的抗剪承载力设计值 0.9nfμP 。
四．受拉螺栓连接计算
1.单个高强度螺栓的抗拉承载力设计值 Ntb
由试验知，当 Nt >P时，在卸荷后预拉力降低 (松弛 )。
若 Nt <0.9P，则不出现松弛现象。考虑安全储备，取
Ntb=0.8P。适用于摩擦型和承压型。
2.轴心力 N作用 计算 n= N/Ntb,然后进行布置、排列。
3.弯矩 M作用 预拉力使被连接构件的接触面保持
紧密贴合，中和轴可始终保持在螺栓群形心轴线
上。最外面的螺栓所受拉力 Nt1最大,应满足
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五．拉剪高强度螺栓连接的强度计算
(一 ) 摩擦型,
1.单个拉剪高强度螺栓的抗剪承载力
当高强度螺栓承受沿杆轴方向的外拉力 Nt作用
时,构件摩擦面间的压紧力将由 P减至 P-Nt；且摩擦
面抗滑移系数 μ亦随之降低。为计算简便，对 μ取值
不变，但对 Nt加大 25％，作为补偿。
Nvb=0.9nfμ(P-1.25Nt）
式中,Nt应满足 Nt≤0.8 P
2,拉剪高强度螺栓连接计算,应同时满足
Nv ≤Nvb= 0.9nfμ(P-1.25Nt） 和 Nt≤0.8 P
3.在 M和 V共同作用下
根据考虑问题的方式不同，有下列两种处理方式
（ 1）仅验算承受最大拉力 Nt1 的螺栓抗剪承载力设计
值不小于其所承受的剪力来决定该连接是否安全。
虽然保守，但较简单。对于受拉力最大的螺栓应
同时满足下列两式,
(2) 考虑其他各排螺栓承受的拉力递减 (对中和轴和受压
区均按 Nti=0处理 )，计算全部螺栓抗剪承载力设计值
的总和是否不小于连接所承受的总剪力 V。计算虽
繁，但经济。计算公式为,
且应满足 Nti≤0.8P
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(二 )高强度螺栓承压型连接
式中 1.2— 折减系数，系考虑螺栓受到外拉力后，
接触面间的压紧力减小，承载力降低的影响。
还应控制在正常使用状态时使连接不产生滑移。
Nv ≤1.3× 0.9nfμ（ P-1.25Nt ）
小结 本章主要讲述了焊接和螺栓连接的特点、计
算方法、构造要求。应掌握各种连接的特点，可
能的破坏方式，设计方法和构造要求。了解残余
应力和变形对结构的影响。
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