钢结构连接：从计算模型到单个连接件的计算与设计

4.4 钢结构连接

连接和连接件的计算模型需与连接的实际受力性能相契合。应分别按承载力极限状态和正常使用极限状态来计算单个连接件，同时也要对单个连接件进行设计。

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钢结构焊缝和螺栓连接通常处于复杂应力状态。精确地计算连接的应力以及破坏过程是很困难的。世界各国的规范在规定钢结构连接计算方法时，都引入了各种假定，通过简化方法来计算连接的承载力。所以要强调计算方法和设计假定尽量与连接的实际工作状况相符合，以此来保证计算结果的合理性。本条规定是保证钢结构连接满足安全性和适用性的前提条件。

普通螺栓连接、铆钉连接、高强度螺栓连接时，需计算螺栓（铆钉）的受剪承载力、受拉承载力、拉剪联合承载力，还要计算连接板的承压承载力。同时，要考虑螺栓孔削弱以及连接板撬力对连接承载力所产生的影响。

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本条规定明确限定了钢结构螺栓连接可采用的三种形式。同时规定了影响螺栓连接承载力的受力状态和计算范围。这样就能确保在进行螺栓连接设计时，覆盖了影响螺栓连接的可能破坏模式。

影响螺栓连接承载力的因素有两方面：一是螺栓承载力，二是连接板承载力。螺栓的破坏模式包含螺杆受剪破坏、螺杆受拉破坏以及螺杆拉剪联合作用破坏。连接板的破坏模式包括在有螺栓孔截面处的净截面受拉破坏、净截面受剪破坏以及螺栓孔壁承压破坏。当螺栓连接受拉时，连接板变形会在连接板和螺栓内产生附加撬力，在计算连接承载力时必须将其考虑在内。当剪切面处于螺纹处时，高强度螺栓承压型连接的受剪承载力设计值应依据螺栓螺纹处的有效面积来进行计算。

螺栓孔加工需有精度，高强度螺栓要施加预拉力，高强度螺栓摩擦型连接的连接板摩擦面处理工艺要能保证螺栓连接的可靠性；已经施加过预拉力的高强度螺栓，在拆卸后不能当作受力螺栓再次循环使用。

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只有满足本条规定构造要求的螺栓连接，才能保证计算的连接承载力与实际受力状态相符。

焊接材料需与母材相匹配。焊缝应运用特定的坡口形式与构造措施，以减少垂直于厚度方向的焊接收缩应力。

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本条规定了焊缝形状构造要求，要与计算假定相匹配。焊缝连接的计算结果可靠性，与焊缝的实际构造形式有直接关系。本条规定提出的构造要求，是实现计算结果与实际受力状态相符合的前提条件。只有满足本条构造的焊缝连接，才能够通过计算确定连接的安全性。

焊缝尺寸也会影响主体金属抗层状撕裂性能。

角焊缝的焊脚尺寸会影响焊缝的破坏模式，其长度也会影响焊缝的安装质量和可靠性。所以需要控制最小角焊缝的焊脚尺寸，同时要计算其长度，这样就能避免角焊缝的缺陷对焊缝承载力产生过大的影响。

不同厚度的钢板焊缝连接时，需要做过渡斜坡；不同宽度的钢板焊缝连接时，也需要做过渡斜坡，这样可以避免应力集中对焊缝承载力产生过大影响。

钢结构设计时，焊缝质量等级的确定需要考虑应力状态。

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焊缝质量等级对结构的承载安全有重要影响，同时也对建造成本有重要影响。本条的目的是强调焊缝质量等级要求必须由设计文件明确，这样既能确保结构安全，又能兼顾经济合理。结合我国钢结构的应用实践，并且参照美国、日本等国家的相关标准规定，提出了钢结构设计时的焊接质量等级要求。

当钢结构承受动荷载并且需要进行疲劳验算时，气电立焊这种焊接接头是严禁被使用的。

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