高强度螺栓和焊接承受同一作用力的栓焊并用连接方式

在一些改、扩建工程中作为加固补强措施中，有时也有采用摩擦型高强度螺栓与焊接承受同一作用力的栓焊并用连接方式（图 3.79）。在既有结构中，由高强度螺栓摩擦型连接的节点在长期受到剪切荷载的作用下，会受到一定的损伤，可能导致承载力不足甚至破坏。这种情况下，可以采用焊缝补强的形式对节点进行加固。我国现行《钢结构设计标准》只规定：同一连接部位中不得采用普通螺栓或承压型高强度螺栓与焊接共用的连接方式。但栓焊并用连接方式的承载力计算并没有给出具体的公式。

图3.79　栓焊并用连接方式

国内外规范以及一些学者提出，由于端焊缝的延性较差，其受力性能复杂，连接刚度与螺栓连接刚度相差较大，不宜考虑摩擦型高强螺栓连接与单独端焊缝的并用连接，应考虑螺栓与侧焊缝的并用连接方式为宜。

我国《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ 82—2011）规定了并用连接的构造措施：

（1）平行于受力方向的侧焊缝端部起弧点距板边不小于fh，且与最外端的螺栓距离应不小于01.5d，同时侧焊缝末端应连续绕角焊不小于f2h长度。

（2）栓焊并用连接的连接板边缘与焊件边缘距离不应小于 30 mm。

（3）栓焊并用连接的施工顺序为先高强度螺栓紧固，后实施焊接。高强度螺栓直径和焊缝尺寸应按螺栓、焊缝各自受剪承载力设计值相差不超过 3 倍的要求进行匹配。

（4）在焊接 24 h 后对离焊缝 100 mm 范围内的高强螺栓补拧，补拧扭矩应为施工终拧扭矩值，以消除焊接高温对高强螺栓预拉力造成的损失。

相关试验表明：当栓焊强度相对比值较大时，焊缝的承载性能可以基本发挥而螺栓的承载性能不能完全发挥，最后的破坏模式应该由焊缝的屈服导致；当栓焊强度相对比值相当时，焊缝和螺栓的承载性能均能得到较好的发挥，高强螺栓的滑移与焊缝屈服几乎同时发生；当栓焊强度相对比值较小时，高强螺栓的抗滑移承载性能可以基本发挥而焊缝的承载性能不能完全发挥，最后的破坏模式由螺栓滑移引起。对于栓焊并用连接方式，承载能力可通过荷载变形曲线揭示，其荷载-位移曲线可分为3个阶段（图 3.80）：

第 1 阶段为线性阶段，此时荷载由高强螺栓的抗滑移承载力与焊缝共同承担。偏安全考虑，线性阶段的最高点可作为并用连接的承载力设计值。第 2 阶段为线性强化阶段，当达到焊缝的屈服强度或者螺栓的抗滑移承载力后，此时未达到承载力的连接（高强螺栓或焊缝）可继续单独承载，荷载-位移曲线仍近似表现为上升的斜直线，斜率略有降低。线性强化阶段的长度取决于高强螺栓和焊缝之间的强度差值，当二者强度越接近时，长度越短。线性强化阶段的最高点即并用连接节点的承载力极限状态。第 3 阶段为屈服阶段，当荷载继续增加，并用节点的荷载-位移曲线近似表现为水平的直线。(www.xing528.com)

图3.80　栓焊并用连接荷载-位移曲线

相关研究结果对于并用连接节点的设计承载力公式，均采用焊缝的设计强度和螺栓的抗滑移承载力和的形式给出，只是两者之间的承载力的折减系数不同。为便于工程应用，我国《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ82—2011）给出了并用连接承载力的设计公式和计算模式。采用栓焊并用连接时，摩擦型高强度螺栓和角焊缝应分别承担加固焊接补强前的荷载和加固焊接补强后所增加的荷载。当加固前对结构进行卸载或加固焊接补强前的荷载小于摩擦型高强度螺栓连接承载力设计值 25% 时，均可按以下方式进行并用连接的设计。

高强度螺栓与侧面角焊缝并用连接节点抗剪承载力设计值的计算公式为：

式中　Nfs——侧焊缝受剪承载力设计值；

Nbv——摩擦型高强度螺栓的受剪承载力设计值。

高强度螺栓与侧面角焊缝及端焊缝并用连接节点抗剪承载力设计值的计算公式为：

式中　Nfe——端焊缝受剪承载力设计值。

在实际工程应用中，除上述的栓焊并用连接方式外，还有一种栓焊混用连接方式，常用于框架梁柱的现场连接与构件拼接。具体连接措施为翼缘板采用熔透的焊缝连接，腹板采用高强螺栓连接。此时按等强方法计算拼接接头时，腹板应考虑锁口孔的折减影响，施工顺序宜在高强度螺栓初拧后进行翼缘的焊接，然后再进行高强度螺栓的终拧。当采用先终拧高强螺栓再进行翼缘板的焊接的施工顺序时，腹板拼接高强度螺栓应采取补拧措施或增加 10% 的螺栓数量，以消除焊接高温对高强螺栓预拉力造成的损失。