《结构工程设计原理》课件（钢结构连接性能-李建华）

结构工程设计原理钢结构连接性能欢迎各位参加《结构工程设计原理》课程中的钢结构连接性能专题讲座本课程由李建华教授主讲，旨在帮助结构工程专业学生及工程师深入理解钢结构连接的设计原理与实践应用钢结构连接是整个钢结构系统中的关键环节，其性能直接影响结构的安全性、耐久性和经济性通过本课程的学习，您将系统掌握钢结构连接的基本理论、设计方法和实际应用，为今后的工程实践奠定坚实基础让我们一起探索钢结构连接这一领域，理解其中的工程智慧fascinating与技术魅力课程目标掌握基本设计原则深入理解钢结构连接的基本设计原则和方法，包括强度、刚度、稳定性和耐久性等关键要素，为今后的工程实践打下坚实的理论基础理解不同连接特点全面了解螺栓连接、焊接连接等不同连接方式的特点、优缺点及适用范围，能够根据工程需求选择最合适的连接形式进行设计计算与分析熟练掌握钢结构连接的设计计算方法，能够独立完成连接节点的设计和验算，确保结构安全可靠了解最新研究进展掌握钢结构连接技术的最新研究成果和发展趋势，拓展专业视野，提升创新能力课程内容概要基础知识•钢结构连接概述•连接的基本形式与类型•连接设计的基本原则主要连接方式•螺栓连接性能•高强度螺栓连接•焊接连接性能性能与设计•连接节点的疲劳性能•连接的可靠性设计•连接的施工与维护前沿与应用•连接新技术的应用•设计实例分析•未来发展趋势本课程内容丰富全面，从基础理论到实际应用，从传统技术到前沿发展，系统介绍钢结构连接的各个方面，帮助学习者全面掌握钢结构连接性能钢结构连接概述重要性与作用基本形式钢结构连接是钢结构系统中至关重要螺栓连接安装简便，可拆卸，•的组成部分，它确保结构各构件之间适用于现场安装的有效衔接和力的传递，直接影响整焊接连接整体性好，美观，适•个结构的安全性和使用性能良好的用于工厂制作连接设计能够确保结构在各种荷载下铆钉连接传统连接方式，现已•安全可靠地工作较少使用设计基本要求强度确保连接能够承受设计荷载•刚度控制变形，保证结构整体刚度•稳定性防止局部失稳•耐久性满足结构设计使用年限要求•作为钢结构系统中的关节，连接节点的性能直接决定了整个结构的行为和安全性因此，深入理解和掌握钢结构连接的基本知识对于结构工程师至关重要钢结构连接的类型对接连接搭接连接型连接与角连接T对接连接是将两个构件的端部直接连接在搭接连接是将两个构件的端部重叠在一起型连接是一个构件垂直连接到另一个构T一起的连接方式这种连接方式通常用于进行连接的方式这种连接方式施工简件上形成字形的连接方式；角连接是两T传递轴向力，构件横截面的连接位于同一便，适用范围广，常用于次要构件的连个构件以一定角度（通常为）相交的90°平面内对接连接可采用全焊透的焊接或接搭接连接可以采用焊接或螺栓连接，连接这两种连接方式广泛应用于梁柱节通过盖板连接，特点是连接简洁，传力直但需注意偏心效应带来的附加弯矩点、支撑连接等处，需重点考虑节点处的接应力集中问题连接设计的基本原则保证连接的强度能够承受设计荷载下的内力保证连接的刚度控制变形，确保结构功能保证连接的延性具有适当的变形能力考虑经济性满足功能前提下的成本控制连接设计应当首先确保强度满足要求，能够安全传递各种内力，避免过早破坏同时，连接的刚度需满足整体结构变形控制的要求，防止过大变形影响结构功能和使用舒适性良好的连接设计应具有适当的延性，在极端荷载作用下能够通过塑性变形耗散能量，防止脆性破坏此外，设计中还需考虑连接的经济性，包括材料成本、加工成本和安装成本等，在满足技术要求的前提下追求经济合理连接设计规范设计钢结构连接时，必须严格遵循相关的设计规范要求中国的《钢结构设计标准》是我国钢结构设计的基本规范，其中对各GB50017-2017类连接的设计要求有详细规定该规范基于极限状态设计理论，规定了连接设计的基本原则、计算方法和构造要求美国钢结构学会的规范是国际上广泛采用的钢结构设计规范之一，其中包含了丰富AISC360Specification forStructural SteelBuildings的连接设计指南和实例欧洲的（）则详细规定了钢结构节点设计的方法和要求，特别是对半刚性连接的设计有独特Eurocode3EN1993-1-8的规定工程设计中，设计师需要熟悉并正确应用相应的设计规范，确保设计满足安全性、适用性和耐久性要求螺栓连接概述螺栓连接的优点螺栓连接的缺点螺栓布置原则安装拆卸方便，适合现场连接需要钻孔，减弱了构件截面螺栓的布置应当遵循以下基本原则••施工简便，不需要特殊设备连接处易产生应力集中••满足最小和最大间距要求

1.质量容易控制和检查螺栓松动可能引起连接失效••避免应力集中

2.适用于临时结构和需要调整的结构构件需要额外的连接边缘，增加材••方便施工安装

3.料用量受力性能可靠，设计计算方法成熟•考虑荷载传递路径

4.在动力荷载下可能出现疲劳问题•合理分配内力

5.螺栓的类型普通螺栓普通螺栓是最常见的螺栓类型，强度等级通常为级、级和级它们

4.

44.

85.6主要用于承受静力荷载的次要连接，如檩条连接、围护结构连接等普通螺栓连接主要依靠螺栓的抗剪能力和承压能力来传递荷载高强度螺栓高强度螺栓的强度等级通常为级、级和级，材料强度和硬度显著

8.

810.

912.9高于普通螺栓高强度螺栓连接可分为摩擦型和承压型两种，前者主要依靠预紧力产生的摩擦力传递荷载，适用于主要承重结构和受动力荷载的结构锚栓锚栓主要用于钢结构与混凝土基础或其他混凝土构件的连接常见的锚栓类型包括预埋锚栓、后置锚栓、化学锚栓等锚栓设计需要考虑混凝土的锥形破坏、劈裂破坏等特殊破坏模式，设计方法也有所不同螺栓的强度等级规范强度等级屈服强度抗拉强度常见用途MPa MPaGB/T

3098.

14.4级240400次要连接

4.8级320400一般连接

5.6级300500一般连接GB/T

12288.8级640800主要连接

10.9级9001000重要连接

12.9级10801200特殊连接螺栓的强度等级表示形式为A.B，其中A表示螺栓材料的抗拉强度的1/100（MPa），B表示屈服比（屈服强度与抗拉强度之比）的10倍例如，

8.8级螺栓的抗拉强度约为800MPa，屈服比约为

0.8，即屈服强度约为640MPa设计中，应根据连接的重要性和受力状况选择合适强度等级的螺栓对于主要承重结构，尤其是受动力荷载的结构，应优先选用高强度螺栓；对于次要结构或静力荷载为主的结构，可以选用普通螺栓以降低成本螺栓连接的受力分析螺栓的拉力垂直于连接面的拉力作用螺栓的剪力平行于连接面的剪切作用螺栓与连接板的承压接触面之间的挤压作用螺栓连接在荷载作用下，会产生复杂的内力分布当外力垂直于连接面作用时，螺栓主要承受拉力，其抗拉能力取决于螺栓的有效截面积和材料强度拉力作用会导致螺栓伸长，连接板分离，设计时需确保螺栓的抗拉承载力满足要求当外力平行于连接面作用时，螺栓主要承受剪力，剪力通过螺栓杆的抗剪能力传递同时，螺栓与连接板孔壁之间产生承压作用，连接板可能因承压过大而发生局部屈服或破坏设计中，需要同时验算螺栓的抗剪强度和连接板的承压强度在实际工程中，螺栓连接常常同时受到拉力和剪力的组合作用，此时需要进行拉剪组合作用下的强度验算，确保连接安全可靠螺栓连接的强度计算确定计算模型计算内力分布分析连接形式和受力状况确定每个螺栓承受的拉力和剪力验算连接板强度验算螺栓强度验算承压、拉伸、剪切和局部屈曲强度分别验算抗拉、抗剪和组合强度螺栓连接的强度计算是确保连接安全可靠的关键环节计算首先需要建立合理的计算模型，明确连接的实际受力状况和约束条件然后根据外力作用，计算出每个螺栓承受的拉力、剪力或组合力在验算螺栓强度时，需要分别计算螺栓的抗拉承载力、抗剪承载力，以及在拉剪组合作用下的承载力同时，还需要验算连接板在螺栓孔处的承压强度、净截面的抗拉强度和抗剪强度等钢结构连接设计的一个重要原则是强节点弱构件，即连接应具有比相连构件更高的承载能力，确保结构在极限状态下不会因连接失效而导致整体破坏螺栓抗拉强度计算公式基本公式有效截面积抗拉强度设计值N_t=A_s×f_t对于带螺纹的区域，A_s取为螺栓的螺纹应力f_t=f_tb/γ_m面积对于光杆部分，A_s取为螺栓的名义截其中N_t为螺栓的抗拉承载力，A_s为螺栓的其中f_tb为螺栓材料的抗拉强度标准值，面积有效截面积，f_t为螺栓的抗拉强度设计值γ_m为螺栓材料的分项系数，通常取螺纹应力面积可通过查表获得，也可按下列公

1.25~

1.5式计算A_s=

0.7854×d-

0.9382/n²，其中d为螺栓直径，n为每英寸螺纹数螺栓的抗拉强度计算是螺栓连接设计中的基本内容当螺栓受拉时，破坏通常发生在螺纹部分，因此计算中应使用螺纹截面积抗拉强度设计值应根据螺栓的强度等级确定，并考虑适当的安全系数螺栓抗剪强度计算公式基本公式有效抗剪面积V=n×A_v×f_v当剪切面通过螺纹时，A_v取为螺栓的螺纹应力面积当剪切面通过光杆时，A_v其中V为螺栓的抗剪承载力，n为剪切取为螺栓的名义截面积面个数，A_v为螺栓的有效抗剪面积，f_v为螺栓的抗剪强度设计值在设计中，通常建议使剪切面通过光杆以提高连接强度但在计算时，为了安全起见，除非能确保剪切面位置，否则通常按剪切面通过螺纹计算抗剪强度设计值f_v=f_vb/γ_m其中f_vb为螺栓材料的抗剪强度标准值，通常取为抗拉强度标准值的

0.6倍；γ_m为螺栓材料的分项系数，通常取

1.25~

1.5螺栓抗剪强度的计算需要考虑剪切面的数量和位置单剪螺栓有一个剪切面，双剪螺栓有两个剪切面，多剪螺栓可能有更多剪切面剪切面通过螺纹区域时，抗剪承载力会降低，设计时应予以注意连接板承压强度计算公式连接板厚度mm承压承载力kN螺栓连接的设计步骤验算连接的强度与刚度计算螺栓的数量根据最终的连接设计方案，全面验选择螺栓的类型与规格根据连接传递的内力大小和选用螺算连接的强度和刚度是否满足要确定连接的类型根据连接的受力情况和重要性，选栓的承载力，计算所需的螺栓数求，包括螺栓的强度、连接板的强根据结构需求和施工条件，确定采择合适强度等级的螺栓，并确定螺量在计算中需考虑螺栓的抗拉、度、连接的整体稳定性等确保连用普通螺栓连接还是高强度螺栓连栓的规格尺寸对于主要承重结抗剪和连接板的承压等多种强度要接在各种荷载工况下安全可靠接，是摩擦型连接还是承压型连构，通常选用高强度螺栓；对于次求，并取最不利情况确定最终数接不同类型的连接适用于不同的要结构，可选用普通螺栓以降低成量工程情况，选择合适的连接类型是本设计的第一步螺栓连接的构造要求螺栓的间距螺栓的边距螺栓的端距螺栓之间的间距直接影响连接的强度和刚螺栓到连接板边缘的距离称为边距边距螺栓到连接板端部的距离称为端距端距度间距过小会导致连接板的削弱和应力过小会导致连接板边缘破坏，边距过大则对连接的抗剪能力有重要影响，尤其是当集中，间距过大则会导致连接板局部屈会导致材料浪费和连接板局部屈曲规范剪力与端距方向一致时规范规定的最小曲规范规定的最小间距通常为螺栓直径规定的最小边距通常为螺栓直径的端距通常为螺栓直径的倍，受拉方

1.5~

21.5~2的倍，最大间距不大于连接板厚度倍，最大边距不大于连接板厚度的倍向不小于倍螺栓直径，受压方向不小于

2.5~3122的倍或或倍螺栓直径17200mm150mm

1.5螺栓连接的安装螺栓的拧紧力矩螺栓的防松措施螺栓的拧紧力矩直接影响高强度螺栓连接的性能，尤其是摩擦在动力荷载或振动环境下，螺栓可能出现松动，导致连接失型连接拧紧力矩与螺栓产生的预紧力有关，预紧力的大小决效为防止螺栓松动，常采用以下措施定了摩擦型连接的抗滑移能力使用弹簧垫圈增加摩擦力•螺栓拧紧力矩的计算公式为采用双螺母锁紧技术•使用自锁螺母或尼龙嵌入式螺母•M=k×d×P应用螺纹锁固剂•其中为拧紧力矩，为力矩系数（通常取），为螺栓M k

0.2d采用点焊防松方法•直径，为螺栓预紧力P选择合适的防松措施应考虑结构的重要性、使用环境和维护条件等因素螺栓连接的安装质量直接影响连接的性能和安全性高强度螺栓的安装尤其重要，需要按照规范要求进行预紧和拧紧，确保达到设计要求的预紧力安装过程中需要使用扭矩扳手或其他专用工具，确保拧紧力矩达到规定值螺栓连接的质量检验100%检验覆盖率所有关键连接必须全部检验±10%力矩允许偏差高强螺栓拧紧力矩的允许偏差范围2mm位置允许偏差螺栓孔位置的最大允许偏差°15板面不平行度连接板面之间最大允许的不平行角度螺栓连接的质量检验主要包括两个方面螺栓的紧固程度和螺栓的布置位置对于普通螺栓连接，主要检查螺栓是否拧紧到位，通常采用手动检查或目视检查的方法对于高强度螺栓连接，则需要采用扭矩扳手、超声波或磁力等方法检测预紧力是否达到设计要求螺栓布置位置的检验主要包括螺栓间距、边距和端距是否符合设计要求，以及螺栓孔的尺寸和位置是否准确这些几何参数直接影响连接的受力性能，必须严格控制此外，还需检查连接板的平整度和对齐情况，确保连接质量焊接连接概述焊接连接的优点焊接连接的缺点焊接材料选择原则连接整体性好，传力直接焊接热影响区材质变化焊接材料的选择应遵循以下原则••节约材料，不需要额外连接板焊接残余应力影响性能••焊接材料的强度应与母材相匹配

1.密封性好，适用于液体容器容易产生焊接变形••化学成分应与母材相容

2.美观，表面平整质量检测难度大••焊接工艺性能应满足施工要求

3.适应性强，可连接复杂形状要求较高的工艺和技术水平••考虑使用环境和服役条件

4.经济合理，便于施工

5.焊接连接是钢结构中最为常用的永久性连接方式，通过熔化母材和填充金属形成冶金结合焊接连接具有良好的整体性和力学性能，广泛应用于各类钢结构工程然而，焊接过程中产生的热量会导致材料性能变化和结构变形，需要采取适当的措施进行控制焊接的类型对接焊角焊塞焊对接焊是将两个构件的端部或边缘对齐，角焊是在两个相交构件之间形成的三角形塞焊是通过在上层构件上开设孔洞，将焊通过焊缝连接在一起的焊接方式对接焊截面焊缝角焊是最常用的焊接类型，施料填充在孔内与下层构件焊接的方式塞可以是全焊透的，也可以是部分焊透的，工方便，适用范围广角焊的受力主要为焊通常与角焊配合使用，用于增强搭接连取决于设计要求和受力情况全焊透对接剪力，但也可以承受一定的拉力和压力接的抗剪能力，防止连接板分离塞焊孔焊接可以完全传递轴向力和弯矩，是最常角焊的尺寸由焊脚尺寸表示，通常不大于可以是圆形、椭圆形或槽形，孔径通常不用的主要受力连接较薄构件厚度的倍小于构件厚度的倍

0.72焊接方法手工电弧焊手工电弧焊是最传统的焊接方法，通过焊条与工件之间产生的电弧熔化金属进行焊接这种方法设备简单，成本低，适应性强，可以在各种位置进行焊接但焊接质量和效率较大程度上依赖于焊工的技术水平，且焊接速度较慢气体保护焊气体保护焊包括氩弧焊（TIG）和二氧化碳焊（CO₂焊）等，通过保护气体隔离空气，防止焊缝氧化这种方法焊接质量高，焊缝美观，几乎不产生焊渣特别适用于薄板和需要高质量焊缝的场合但设备成本较高，对环境条件要求较高埋弧焊埋弧焊是在焊接区域覆盖一层焊剂，电弧在焊剂下燃烧进行焊接的方法这种方法焊接效率高，焊缝质量好，适合自动化生产主要用于工厂条件下的平焊和水平焊，特别适用于厚板的对接焊和角焊但设备庞大，只能在水平位置焊接选择合适的焊接方法是确保焊接质量的重要因素在工程实践中，应根据构件的材质、厚度、连接形式、施工条件和质量要求等因素综合考虑，选择最适合的焊接方法对于重要的受力构件，通常采用气体保护焊或埋弧焊等高质量焊接方法；对于次要构件或现场条件受限的情况，可采用手工电弧焊焊接材料焊条焊丝•手工电弧焊的主要焊接材料•气体保护焊和埋弧焊的主要焊接材料•由芯丝和药皮组成•实心焊丝和药芯焊丝两种类型•按用途分为碳钢焊条、低合金钢焊条等•直径范围通常为

0.8~

1.6mm•按药皮性质分为酸性焊条、碱性焊条等•材质应与母材相匹配•选用原则是焊条强度略高于母材•需根据焊接方法和母材厚度选择合适直径焊剂•主要用于埋弧焊•保护熔池，稳定电弧，净化焊缝•按化学组成分为酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂•需与焊丝和母材配套使用•使用前需烘干，避免吸湿焊接材料的正确选择对确保焊接质量至关重要焊接材料的强度通常应略高于母材强度，但不宜过高，以避免焊缝区域过于硬脆同时，焊接材料的化学成分应与母材相容，以确保良好的冶金结合性能在实际工程中，焊接材料的选择还需考虑环境条件、构件厚度、焊接位置和服役条件等因素例如，在低温环境下服役的结构，应选择具有良好低温韧性的焊接材料；在厚板焊接中，应选择能够提供足够焊接热输入的焊接材料焊接连接的受力分析焊缝的拉力垂直于焊缝轴线方向的拉力作用，主要依靠焊缝的抗拉强度承担对接焊缝的抗拉强度通常与母材相当；角焊缝在拉力作用下容易产生根部开裂焊缝的剪力平行于焊缝轴线方向的剪切力作用，主要依靠焊缝的抗剪强度承担角焊缝主要承受剪力作用，其抗剪强度取决于焊缝的有效尺寸和焊缝金属的强度焊缝的弯矩使焊缝产生弯曲变形的力矩作用，会导致焊缝产生复杂的应力状态弯矩作用下的焊缝同时承受拉力和剪力，需要进行组合应力验算，特别是对角焊缝母材的受力焊接连接中，母材同样承受复杂的内力作用特别需要关注的是热影响区的强度降低问题和应力集中现象，这些因素可能导致母材在焊缝附近失效焊接连接的受力分析是设计中的重要环节实际工程中，焊缝常常同时承受多种内力的组合作用，导致复杂的应力状态此时，需要采用合适的强度理论进行组合应力验算，确保焊缝强度满足要求焊接连接的强度计算确定计算模型计算内力分布分析焊缝类型和受力状况确定焊缝各部分承受的内力验算母材强度验算焊缝强度验算热影响区强度和应力集中3验算抗拉、抗剪和组合强度焊接连接的强度计算首先需要建立合理的计算模型对于对接焊缝，通常按照完全传递母材强度进行设计；对于角焊缝，则需要根据实际受力情况进行分析计算在确定计算模型后，需要计算出焊缝各部分承受的内力分布，然后进行相应的强度验算对于角焊缝，通常采用有效截面法进行强度计算即将角焊缝的有效截面面积与焊缝金属的强度设计值相乘，得到焊缝的承载力当焊缝同时承受多种内力作用时，需要采用合适的强度理论进行组合应力验算此外，还需要验算母材的强度，特别是热影响区的强度和应力集中区域的强度这些区域通常是焊接连接的薄弱环节，容易发生破坏焊缝抗拉强度计算公式对接焊缝角焊缝N_w=l_w×t_w×f_tw对于垂直于焊缝轴线的拉力其中N_w为焊缝的抗拉承载力，l_w为N_w=l_w×t_w×f_tw/√2焊缝的有效长度，t_w为焊缝的有效厚度其中t_w为焊脚尺寸，焊缝抗拉强度需（对全焊透对接焊而言，等于母材厚考虑45°角的应力分解，故除以√2度），f_tw为焊缝的抗拉强度设计值抗拉强度设计值f_tw=f_wt/γ_m其中f_wt为焊缝金属的抗拉强度标准值，通常不低于母材的抗拉强度；γ_m为焊缝材料的分项系数，通常取

1.25~

1.5焊缝的抗拉强度计算是确保焊接连接安全可靠的基础对于对接焊缝，当实现全焊透时，其抗拉强度可以达到与母材相当的水平；而对于角焊缝，其在垂直于焊缝轴线方向的拉力作用下，抗拉能力相对较弱，需要特别注意在实际设计中，还需要考虑焊缝的有效长度焊缝的起止端通常存在缺陷，不能充分发挥强度，因此在计算时需要扣除一定的无效长度对于长度小于40倍焊脚尺寸的角焊缝，通常不考虑长度效应；对于更长的焊缝，则需要通过降低强度设计值来考虑长度效应焊缝抗剪强度计算公式对接焊缝角焊缝抗剪强度设计值对于平行于焊缝轴线的剪力V_w=l_w×t_w×f_vw f_vw=f_wv/γ_m其中V_w为焊缝的抗剪承载力，l_w为焊缝的V_w=l_w×t_w×f_vw其中f_wv为焊缝金属的抗剪强度标准值，通常有效长度，t_w为焊缝的有效厚度，f_vw为焊缝取为抗拉强度标准值的

0.6倍；γ_m为焊缝材料其中t_w为焊脚尺寸，f_vw为焊缝金属的抗剪的抗剪强度设计值对接焊缝在剪力作用下通常的分项系数，通常取

1.25~

1.5强度设计值角焊缝主要承受剪力作用不是临界状态焊缝的抗剪强度计算对于角焊缝尤为重要，因为角焊缝在工程中主要承受剪力作用在计算角焊缝抗剪强度时，焊脚尺寸是关键参数，它决定了焊缝的有效截面积焊脚尺寸的选择应符合规范要求，既不能过小导致强度不足，也不应过大造成浪费和可能的焊接变形当焊缝同时承受拉力和剪力的组合作用时，需要按照合适的强度理论进行组合应力验算常用的方法是采用Von Mises强度理论，即当等效应力不超过焊缝金属的抗拉强度设计值时，焊缝强度满足要求焊接连接的设计步骤确定连接的类型根据结构需求和施工条件，确定采用对接焊、角焊或其他特殊类型焊接不同类型的焊接适用于不同的工程情况，选择合适的焊接类型是设计的第一步对主要受力构件通常采用全焊透对接焊；对次要构件或受剪为主的连接可采用角焊选择焊接方法与材料根据连接的重要性、构件厚度、施工条件等因素，选择合适的焊接方法和焊接材料对于重要的受力构件，应选择质量可靠的焊接方法，如气体保护焊或埋弧焊；对于现场施工条件受限的情况，可选择手工电弧焊焊接材料的强度应与母材相匹配计算焊缝的尺寸根据连接传递的内力大小和选用焊接方法的特性，计算所需的焊缝尺寸对于对接焊，主要确定焊透深度；对于角焊，主要确定焊脚尺寸和焊缝长度计算中需考虑焊缝的抗拉、抗剪等多种强度要求，并取最不利情况确定最终尺寸验算连接的强度与刚度根据最终的焊接设计方案，全面验算连接的强度和刚度是否满足要求，包括焊缝的强度、母材热影响区的强度、连接的整体稳定性等特别需要关注的是应力集中区域和可能的疲劳问题确保连接在各种荷载工况下安全可靠焊接连接的构造要求焊缝的最小尺寸焊缝的最大尺寸焊缝尺寸过小会导致强度不足，且容易焊缝尺寸过大会增加焊接热输入，导致产生焊接缺陷规范规定的最小尺寸通较大的焊接变形和残余应力，且浪费材常与母材厚度相关，对于角焊缝，最小料对于角焊缝，最大焊脚尺寸一般不焊脚尺寸一般不小于3mm或较薄母材厚大于较薄母材厚度的

0.7倍；对于邻近自度的

0.3倍对于对接焊缝，通常要求全由边缘的角焊缝，最大焊脚尺寸通常受焊透或达到规定的焊透深度到更严格的限制，以防止熔化过多的边缘材料焊缝的布置原则焊缝布置应考虑力的传递路径，避免应力集中对于双侧角焊缝，两侧焊缝应对称布置以避免偏心效应焊缝不应布置在应力集中区域，如突变转角处多道焊缝的焊接顺序应合理安排，以减小焊接变形和残余应力对于长焊缝，可采用分段跳焊或后退焊等工艺措施合理的焊接构造是保证焊接质量的重要环节在设计中，不仅需要满足强度要求，还需要考虑焊接工艺的可行性和结构的整体性能例如，焊缝应尽量避开应力集中区域；焊缝的始终端应采取措施避免缺陷；交叉焊缝处需要特别处理以保证焊接质量此外，焊接设计还需考虑焊接收缩变形的影响焊接收缩会导致构件变形，甚至产生附加应力设计中应通过合理的焊缝布置和施工工艺控制变形，必要时应预留变形余量或采取矫正措施焊接连接的施工焊接前的准备焊接前需要做好充分的准备工作，包括清理焊接区域的油污、锈蚀和其他杂质，确保焊接表面的清洁度对于重要连接，可能需要进行预热处理，以减少焊接热影响和防止冷裂纹焊接材料也需要按规定进行烘干处理，防止焊缝中的氢致裂纹焊接过程的控制焊接过程中需要严格控制焊接参数，包括电流、电压、焊接速度等，确保焊接质量对于多层多道焊缝，需要控制层间温度，并及时清除焊渣焊接顺序的安排也非常重要，应采用合理的焊接顺序减小焊接变形和残余应力重要焊缝应由具有相应资质的焊工完成焊接后的处理焊接完成后，需要对焊缝进行检查和必要的后处理表面处理包括清除飞溅物、打磨焊缝表面等，以改善外观和减少应力集中对于重要的焊接连接，可能需要进行应力消除退火处理，以减少焊接残余应力对于出现缺陷的焊缝，需要按照规定进行修补焊接施工的质量直接影响着钢结构的整体性能和安全性良好的焊接工艺和严格的质量控制是确保焊接质量的关键在实际工程中，应编制详细的焊接工艺规程，明确各环节的技术要求和质量控制措施特别需要注意的是，不同钢材的焊接特性有所不同高强度钢、耐候钢等特殊钢材的焊接需要采用专门的工艺和材料，并进行严格的质量控制随着钢材品种的不断增加和焊接技术的不断发展，焊接施工工艺也在不断改进和完善焊接连接的质量检验焊缝的外观检查焊缝的无损检测焊缝的力学性能检验外观检查是最基本的焊缝质量检验方法，无损检测用于发现焊缝内部缺陷，常用的对于特别重要的焊接连接，可能需要进行主要检查焊缝的尺寸、形状、表面质量和方法包括超声波检测、射线检测、磁粉检力学性能检验，包括拉伸试验、弯曲试缺陷等常见的外观缺陷包括焊瘤、咬测和渗透检测等超声波检测适用于检测验、冲击韧性试验等这些试验通常通过边、气孔、裂纹和焊缝不饱满等外观检各种内部缺陷，特别是裂纹类缺陷；射线制作试样进行，可以全面评价焊缝的强查通常采用目视检查，辅以卡尺、焊缝规检测可直观显示缺陷位置和形状；磁粉检度、塑性、韧性等力学性能力学性能检等简单工具进行测量虽然方法简单，但测主要用于发现表面和近表面的裂纹；渗验是破坏性检验，通常只在样板试验或特可以发现大部分表面缺陷，是不可忽视的透检测则适用于检测表面开口缺陷殊要求的情况下进行重要检验手段高强度螺栓连接高强度螺栓的特点摩擦型连接承压型连接高强度螺栓是采用高强度钢材制造的螺摩擦型连接是高强度螺栓连接的主要形承压型连接是当外力超过摩擦力导致连栓，强度等级通常为级、级或式，其工作原理是通过螺栓预紧力在连接板发生滑移后，由螺栓杆与连接板孔

8.

810.9级与普通螺栓相比，高强度螺栓接板之间产生足够的摩擦力来传递剪壁之间的承压作用来传递剪力的连接方

12.9具有更高的强度和更好的力学性能，能力摩擦型连接具有良好的抗滑移性能式虽然承压型连接也采用高强度螺够承受更大的预紧力，从而实现更可靠和疲劳性能，适用于需要高可靠性的主栓，但其工作原理与普通螺栓连接类的连接要承重连接和受动力荷载的连接似，主要依靠螺栓的抗剪强度和连接板的承压强度高强度螺栓连接的关键在于通过拧紧螺摩擦型连接的设计关键是确定适当的摩栓产生足够大的预紧力，使连接板之间擦系数和螺栓预紧力，以确保在使用荷承压型连接适用于荷载变化不大的静力产生足够的摩擦力，从而依靠摩擦力传载下不发生滑移接触面的处理对摩擦连接，其计算方法与普通螺栓连接相递剪力，而不是依靠螺栓的抗剪强度系数有重要影响，常见的处理方法包括似，但由于采用高强度螺栓，其承载能喷砂、喷丸和涂刷防锈漆等力更高在设计中，有时会考虑摩擦力和承压作用的共同作用，以提高连接的可靠性摩擦型连接的设计承压型连接的设计

1.5安全系数承压型连接设计的安全系数

2.5mm孔径增大标准孔比螺栓直径增大的值4d最小边距边缘螺栓中心到板边的最小距离8d最大间距相邻螺栓中心之间的最大距离承压型连接的设计与普通螺栓连接类似，主要考虑螺栓的抗剪强度和连接板的承压强度高强度螺栓的抗剪强度计算公式为V=n×A_v×f_v，其中n为剪切面个数，A_v为螺栓的有效抗剪面积，f_v为螺栓的抗剪强度设计值连接板的承压强度计算公式为N_c=d×t×f_c，其中d为螺栓直径，t为连接板厚度，f_c为连接板的承压强度设计值在设计中，需要同时验算螺栓的抗剪强度和连接板的承压强度，取较小值作为连接的承载力承压型连接的螺栓数量计算公式为n=V/minV_b,N_c，其中V为连接传递的剪力，V_b为单个螺栓的抗剪承载力，N_c为单个螺栓对应的连接板承压承载力计算得到的螺栓数量应向上取整，并考虑螺栓的构造要求进行布置连接节点的疲劳性能疲劳破坏的机理循环载荷下的裂纹扩展影响因素应力幅、平均应力、构造细节等疲劳强度计算S-N曲线和累积损伤理论提高疲劳性能措施4优化构造、控制应力集中和残余应力钢结构连接节点的疲劳破坏是由于循环载荷作用下，在应力集中部位产生微小裂纹，并在持续的循环载荷作用下逐渐扩展，最终导致结构破坏疲劳破坏通常发生在应力远低于材料静态强度的情况下，属于一种危险的破坏形式影响连接节点疲劳性能的因素很多，包括应力幅值、应力比、循环次数、构造细节、焊接质量、表面处理等其中，构造细节是最关键的因素，不同的构造细节对应不同的疲劳强度等级规范中通常通过疲劳细节分类和对应的S-N曲线来评估连接的疲劳寿命在设计中，对于受循环载荷作用的结构，如桥梁、起重机等，必须进行疲劳强度验算，确保结构在设计使用寿命内不会发生疲劳破坏针对不同类型的连接，需采取相应的措施提高疲劳性能提高疲劳性能的措施提高连接的表面质量减小应力集中连接表面的质量对疲劳性能有显著影响应力集中是导致疲劳破坏的主要原因在提高表面光洁度，消除表面划痕、凹坑等设计中，应避免急剧的截面变化，采用圆缺陷，可以有效减少应力集中，提高疲劳滑过渡；避免焊缝端部与主应力方向垂强度对于焊接连接，焊缝表面的处理尤直；避免焊缝交叉和焊缝密集等不良构为重要，可采用打磨、喷丸等方法改善焊造对于螺栓连接，应控制孔径与螺栓直缝表面质量，消除焊瘤、咬边等缺陷径的配合间隙，减小孔边应力集中采用合理的连接形式不同的连接形式具有不同的疲劳性能摩擦型高强度螺栓连接具有优良的疲劳性能，适用于受循环载荷作用的主要承重连接；全焊透的对接焊缝疲劳性能优于角焊缝；连续焊缝优于断续焊缝在设计中，应根据受力情况选择合适的连接形式除上述措施外，控制焊接残余应力也是提高疲劳性能的重要途径焊接残余拉应力与外部循环应力叠加，会加速疲劳裂纹的形成和扩展可采用焊后热处理、超声冲击处理、喷丸强化等方法减小或改变残余应力分布，提高疲劳性能对于已经服役的结构，如发现疲劳裂纹，应立即采取修复措施常用的修复方法包括钻止裂孔、填充焊接、安装加强板等修复后的结构应进行详细检查和必要的强化处理，以确保疲劳性能的恢复和提高在疲劳敏感区域，应加强定期检查，及时发现并处理潜在问题连接的可靠性设计理解可靠性基本概念建立极限状态方程结构可靠性是指结构在规定条件下和规定极限状态方程是描述结构从安全状态向失时间内完成规定功能的能力连接的可靠效状态转变临界条件的数学表达式对于性直接影响整个结构系统的安全可靠性连接设计，常见的极限状态包括强度极限设计的核心是考虑各种不确定性因素，包状态（如螺栓断裂、焊缝开裂）和使用极括材料强度、荷载作用、几何尺寸和计算限状态（如连接过大变形、滑移）极限模型等的随机性，通过概率统计方法进行状态方程通常表示为抗力与效应的差值分析和设计Z=R-S，当Z0时结构安全，Z0时结构失效计算可靠指标可靠指标β是衡量结构可靠性水平的无量纲参数，代表极限状态函数均值与标准差之比β值越大，结构越可靠通常采用一阶二阶矩方法（FOSM）或一阶可靠度方法（FORM）等进行计算规范推荐的目标可靠指标通常为

3.0~

4.5，取决于结构的重要性和失效后果连接的可靠性设计是现代结构设计的重要组成部分传统的确定性设计方法采用单一安全系数，无法全面反映各种不确定性因素的影响而可靠性设计方法则通过概率统计理论，综合考虑各种随机因素，能够更加合理地评估结构安全性在实际工程中，通常采用基于可靠性理论的分项系数设计方法这种方法将总体安全系数分解为荷载分项系数和材料分项系数，并通过可靠性理论确定各分项系数的取值，既考虑了不确定性因素，又保持了设计计算的简便性，是目前最常用的设计方法连接的施工与维护施工过程中的质量控制维护过程中的检查连接节点的加固连接施工质量控制是确保连接性能的关键连接节点是钢结构的薄弱环节，需要定期当连接节点出现损伤或强度不足时，需要环节对于螺栓连接，需要控制孔径精检查和维护检查内容包括螺栓的松动情进行加固处理常用的加固方法包括增加度、螺栓拧紧力矩和防松措施等；对于焊况、焊缝的裂纹、连接区域的锈蚀等对加劲板、更换高强度螺栓、增加焊缝、粘接连接，需要控制焊接工艺参数、焊接顺于重要结构，还应采用无损检测方法进行贴碳纤维等加固设计应基于详细的检查序和焊后处理等施工过程中应严格执行深入检查检查频率应根据结构重要性、结果和结构分析，确保加固后的连接能够技术规范要求，编制详细的施工方案和质使用环境和荷载情况确定，通常每年进满足使用要求加固施工应在专业人员指1-5量控制措施，并进行必要的试验验证行一次全面检查导下进行，并进行必要的质量验收连接新技术的应用自冲铆连接胶接连接混合连接自冲铆连接是一种新型的机械连接技术，胶接连接是利用结构胶粘剂将构件粘合在混合连接是指在同一连接节点同时采用两它结合了冲孔和铆接两个工序，在不需要一起的连接方式与传统连接相比，胶接种或多种连接方式的技术，如焊接螺栓混-预先钻孔的情况下完成连接这种技术施连接能够均匀分布应力，减少应力集中，合连接、高强螺栓普通螺栓混合连接等-工速度快，连接质量稳定，且不产生噪音提高疲劳性能同时，胶接还具有密封性混合连接能够结合不同连接方式的优点，和烟尘，环保效果好自冲铆连接主要用好、减震隔音、防腐蚀等优点在钢结构提高连接性能例如，焊接螺栓混合连接-于薄壁钢结构，如轻钢龙骨、冷弯薄壁型中，胶接通常与机械连接（如螺栓、铆中，焊接提供良好的整体性和刚度，螺栓钢等的连接，在建筑、汽车、电子等领域钉）结合使用，形成复合连接，提高连接则提供额外的安全冗余和便于现场安装的有广泛应用可靠性和耐久性特点钢结构连接的有限元分析有限元模型的建立精确模拟连接几何和材料特性边界条件的施加合理模拟连接的约束和荷载计算结果的分析评估应力分布和变形特性有限元分析是研究钢结构连接性能的强大工具，可以模拟复杂连接的应力分布、变形特性和失效模式在建立有限元模型时，需要准确模拟连接的几何形状、材料特性和接触条件对于螺栓连接，需要模拟螺栓预紧力和接触面摩擦；对于焊接连接，需要考虑焊缝的几何形状和材料特性变化边界条件的施加是有限元分析的关键环节边界条件应尽可能接近实际连接的约束状态和荷载情况对于大型结构的局部连接分析，可采用子结构技术或多尺度分析方法，将整体结构的影响转化为连接模型的边界条件荷载施加应考虑实际工况，必要时进行多种工况组合分析计算结果分析需要关注连接的应力分布、变形特性和潜在的失效模式特别需要关注应力集中区域，如螺栓孔边缘、焊缝根部等通过分析不同设计方案的计算结果，可以优化连接设计，提高连接性能有限元分析结果应与试验结果或理论计算进行对比验证，确保分析的准确性连接设计实例一梁柱连接设计条件设计步骤钢框架结构梁柱刚性连接选择连接形式，计算内力，验算强度施工要点计算结果控制焊接顺序，确保节点质量确定最终连接构造与尺寸梁柱连接是钢结构中最常见的连接之一，其设计直接影响框架结构的整体性能本实例考虑一个典型的钢框架结构中的梁柱刚性连接，梁为H400×200×8×13的H型钢，柱为H400×400×13×21的H型钢，钢材材质为Q345B，连接需要传递600kN的弯矩和200kN的剪力设计选用端板连接形式，通过高强螺栓将梁端焊接的端板与柱翼缘连接计算过程包括确定端板厚度（取25mm）；计算抗弯螺栓数量（选用8个M

2410.9级高强螺栓）；设计梁腹板抗剪连接（采用双侧角钢焊接连接）；验算端板和螺栓的强度计算结果表明，所设计的连接能够安全传递设计荷载施工中需要特别注意端板与梁的焊接质量，采用全焊透的焊缝；高强螺栓的安装需要按照规范要求控制拧紧力矩；焊接顺序应合理安排，减小焊接变形连接完成后应进行质量检查，确保满足设计要求连接设计实例二支撑连接迭接式节点板式直接连接式其他形式连接设计实例三屋架连接节点设计分析节点受力，选择连接形式强度计算验算焊缝强度，检查腹杆局部稳定性构造设计确定节点构造细节，绘制节点详图施工指导编制施工方案，确保施工质量屋架连接是钢结构屋盖系统中的关键节点本实例考虑一个跨度为30m的三角形钢屋架，弦杆采用2L100×10的双角钢，腹杆采用L80×8的单角钢，钢材材质为Q345B，需要设计弦杆与腹杆的连接节点设计选用节点板连接形式，通过焊接将腹杆角钢与节点板连接，再将节点板与弦杆连接设计过程包括分析节点受力（考虑弦杆轴力、腹杆轴力和节点弯矩）；确定节点板厚度（取10mm）；设计腹杆与节点板的焊接连接（采用角焊缝，焊脚尺寸6mm）；设计节点板与弦杆的连接（采用全焊透焊缝）；验算焊缝强度和节点板强度屋架节点设计需要特别注意腹杆的偏心连接问题由于角钢腹杆的重心与节点板不在同一平面，会产生偏心弯矩设计中应通过合理的节点构造减小偏心，或在强度验算中考虑偏心效应此外，还需要检查腹杆在连接处的局部稳定性，避免腹杆在压力作用下发生局部屈曲案例分析一桥梁钢结构连接失效分析工程概况失效原因分析某钢桁架桥，建成于1990年代，跨度通过现场检查和实验室分析，确定裂纹120米，主桁架采用Q345钢材，连接主起源于节点板与斜腹杆焊缝的止端，属要采用高强度螺栓连接和现场焊接相结于典型的疲劳裂纹进一步分析表明，合的方式该桥在服役15年后，在例行主要失效原因包括节点板厚度不足，检查中发现主桁架下弦杆与斜腹杆连接导致局部应力过大；焊缝质量不佳，存节点出现裂纹，需要进行紧急加固处在未焊透和焊瘤等缺陷；节点设计未充理分考虑疲劳荷载效应；桥梁实际交通荷载超过设计预期，加速了疲劳破坏改进措施针对发现的问题，采取以下改进措施更换更厚的节点板，并优化其形状，减小应力集中；重新设计焊接细节，采用渐变过渡和改进的焊接工艺；对所有类似节点进行全面检查和必要的加固；安装结构健康监测系统，实时监控关键节点的应力状态和变形；制定严格的载重控制措施，防止超载本案例揭示了钢结构连接设计中需要充分考虑疲劳效应的重要性，特别是对于承受循环荷载的桥梁结构设计中应当避免急剧的几何变化和应力集中，选择合适的连接形式和构造细节，并确保焊接质量同时，对于重要结构，应建立健全的检查维护制度和监测系统，及时发现并处理潜在问题案例分析二高层建筑钢结构连接失效分析工程概况失效原因分析某28层钢框架结构办公楼，建筑高度120通过现场检查和施工记录分析，确定失效原米，结构采用Q345B钢材，梁柱连接采用高因主要包括高强度螺栓预紧力不足，未达强度螺栓端板连接在结构完工后的验收检到设计要求；端板与柱翼缘接触面平整度不查中，发现部分梁柱连接的高强度螺栓出现佳，存在局部间隙；部分螺栓孔径超差，影松动，端板与柱翼缘之间存在明显间隙，需响了螺栓的受力性能；施工过程中没有严格要进行紧急处理按照扭矩控制法进行螺栓拧紧；质量检查不严格，未能及时发现问题改进措施针对发现的问题，采取以下改进措施重新拧紧所有高强度螺栓，严格控制拧紧力矩，并采用定角法进行复检；对于接触面不平整的连接，采用垫片或注浆处理，确保接触面的平整度；更换超差螺栓孔处的螺栓，必要时重新加工孔径；加强施工质量控制，制定详细的螺栓安装操作规程；建立更完善的质量检查制度，确保每个连接节点都经过专业检查本案例强调了高强度螺栓连接施工质量控制的重要性高强度螺栓连接的性能在很大程度上依赖于正确的安装和足够的预紧力在设计中，应考虑施工条件和质量控制的可行性；在施工中，应严格按照规范要求进行操作，尤其是螺栓的拧紧和检查；在验收中，应采用可靠的方法检验螺栓预紧力是否达到要求未来发展趋势智能化连接新材料连接可持续连接随着物联网和传感器技术的发展，智能化新型高性能钢材的应用将推动连接技术的在可持续发展理念下，可拆卸、可重复使连接将成为未来趋势通过在关键连接节创新高强钢、耐候钢、耐火钢等特种钢用的连接方式将受到更多关注这类连接点嵌入传感器，实时监测连接的应力状材对连接提出了新的要求同时，复合材便于结构的拆除和重组，有利于钢材的循态、变形和损伤情况，可以实现结构健康料、纳米材料在连接中的应用也在不断探环利用，减少资源浪费和环境影响干式的远程监控和预警此外，自适应连接技索例如，碳纤维增强聚合物与钢连接技术，如免焊接的机械连接、预制装CFRP术也在研发中，这种连接能够根据外部荷的混合连接、纳米改性焊接材料等，有望配式连接等，不仅环保而且能提高施工效载的变化自动调整刚度和阻尼特性，提高提高连接的强度、耐久性和抗疲劳性能率，将是未来发展的重要方向结构的抗震性能课程总结连接是结构的关键直接影响整体结构性能与安全理论与实践并重掌握基本原理，重视工程应用多种连接方式选择3根据实际需求选择最优方案安全可靠是核心4确保连接在各种荷载下安全可靠通过本课程的学习，我们系统地介绍了钢结构连接的基本理论、设计方法和实际应用钢结构连接是结构系统中的关键环节，其性能直接影响整个结构的安全性、耐久性和经济性无论是螺栓连接还是焊接连接，都有其特定的适用范围和设计要点连接设计应遵循强节点弱构件的原则，确保在极限状态下结构的破坏不是由连接引起的同时，设计中还需考虑施工的可行性、经济性和维护的便利性随着材料科学和计算技术的发展，钢结构连接技术也在不断创新和完善，为工程实践提供了更多选择工程实践是检验理论的唯一标准在实际工程中，应结合具体情况，灵活运用所学知识，设计出安全可靠、经济合理的连接方案同时，要重视施工质量控制和后期维护，确保连接在整个使用寿命期内保持良好性能思考题与练习题理论分析题分析高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接的工作机理区别，并讨论各自的适用范围当连接同时承受拉力和剪力时，两种连接形式的性能表现有何不同？请结合实例进行分析计算设计题2设计一个H型钢梁（H400×200×8×13，Q345B）与H型钢柱（H400×400×13×21，Q345B）的连接连接需要传递500kN·m的弯矩和150kN的剪力请选择合适的连接形式，进行详细设计计算，并绘制节点详图讨论不同连接方案的优缺点案例分析题收集一个实际工程中钢结构连接失效的案例，分析失效原因，并提出改进措施讨论在类似工程中如何避免此类问题，包括设计、施工和维护各环节应采取的措施创新设计题针对一个特定的工程需求（如大跨度钢结构、高层建筑或抗震结构），设计一种创新的连接方式，讨论其工作原理、性能特点和应用前景可以借鉴国内外最新研究成果，但需要有自己的创新点以上思考题和练习题旨在帮助学习者巩固所学知识，提升分析问题和解决问题的能力建议结合课堂所学内容和参考资料，认真思考并尝试解答可以组成小组进行讨论，交流不同的见解和解决方案，促进相互学习和知识共享参考文献国内参考文献国际参考文献学术期刊与论文•薛素铎.《钢结构设计原理》.中国建筑工业出版•American Instituteof SteelConstruction.•Journal ofConstructional SteelResearch社,

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1993.以上参考文献提供了钢结构连接设计和研究的重要资源国内文献主要介绍了符合中国规范和工程实践的设计方法；国际文献则提供了更广泛的视角和先进的研究成果；学术期刊则包含了最新的研究进展和创新观点建议学习者根据自己的兴趣和需求，选择合适的参考文献进行深入学习对于初学者，可以先阅读教科书和设计规范，掌握基本概念和方法；对于有一定基础的学习者，可以通过阅读专著和学术论文，了解特定领域的深入知识和最新研究成果感谢您的参与！30+课时系统学习钢结构连接知识100+实例涵盖各类钢结构连接设计10+年经验李建华教授钢结构研究经验24/7技术支持随时解答您的专业疑问感谢各位学员参与《结构工程设计原理》课程中的钢结构连接性能专题学习！希望通过这门课程的学习，您已经系统掌握了钢结构连接的基本理论、设计方法和实际应用，能够在今后的工程实践中灵活运用这些知识，设计出安全可靠、经济合理的钢结构连接方案学习是一个持续的过程，钢结构连接技术也在不断发展和创新希望各位在今后的工作和学习中继续关注本领域的最新研究成果和工程实践经验，不断提升自己的专业能力和技术水平如果您在学习或工作中有任何疑问，欢迎随时与我联系交流李建华教授联系方式leejianhuas@example.edu.cn祝愿各位在结构工程领域取得更大的成就！。