3鋼結(jié)構(gòu)的連接

1、第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接 基本要求：1要了解鋼結(jié)構(gòu)采用的焊縫連接和螺栓連接兩種常用的連接方法及其特點(diǎn)；2理解對(duì)接焊縫及角焊縫的工作性能，掌握各種內(nèi)力作用下，焊接連接的構(gòu)造和計(jì)算方法；3了解焊接應(yīng)力和焊接變形的種類(lèi)、產(chǎn)生原因、影響以及減小和消除的方法；4理解普通螺栓和高強(qiáng)螺栓的工作性能和破壞形式，5掌握螺栓連接在傳遞各種內(nèi)力時(shí)連接的構(gòu)造和計(jì)算方法，熟悉螺栓排列方式和構(gòu)造要求。§31鋼結(jié)構(gòu)的連接連接類(lèi)型：焊接連接、螺栓連接、鉚釘連接一焊接連接優(yōu)點(diǎn)：不削弱截面，方便施工，連接剛度大；缺點(diǎn)：材質(zhì)易脆，存在殘余應(yīng)力，對(duì)裂紋敏感。1焊接方法（1）手工焊原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。原則

2、：焊縫和母材等強(qiáng)度。 優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接； 焊條：E43××（T42××）適用于Q235（A3） E50××（T50××）適用于16Mn，16Mnq E55××（T55××）適用于15MnV，15MnVq 其中43，50，55最小抗拉強(qiáng)度，單位為； ××電流種類(lèi)，藥皮及不同焊接位置。缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。 （2）自動(dòng)（半自動(dòng)）埋弧焊焊絲： H08A Q235（A3） H08MnA H08MnA 16M

3、n，16Mnq H10MnSi H10MnSi 15MnV，15MnVq H08Mn2Si焊劑：431型2焊縫的形式（1）連接形式：平接（對(duì)接），搭接，垂直連接（2）對(duì)接連接的形式 I型（垂直坡口），V型，單面V型，U型，單面U型，X型，K型；直焊縫(圖a)，斜焊縫(圖b)。（3）角焊縫的截面形式（4）施焊位置橫焊、平焊、立焊、仰焊4、角焊縫的標(biāo)注方法2鉚釘連接 孔比釘直徑大1mm，加熱9001000，鉚釘槍打鉚。連接剛度大，傳力可靠，但是，對(duì)施工技術(shù)要求很高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工條件惡劣，施工速度慢，將逐步被高強(qiáng)螺栓所取代。3螺栓連接I類(lèi)孔：孔精確對(duì)準(zhǔn)，內(nèi)壁光滑，孔軸垂直于被連接板。 0.30.

4、5 mmII類(lèi)孔：達(dá)不到I類(lèi)孔要求的，為II類(lèi)孔。 12mm。（1）普通螺栓粗制螺栓（C級(jí)螺栓）：用未加工的圓鋼制成，尺寸不夠精確，、只需II類(lèi)孔。 精制螺栓（A、B級(jí)）：栓桿由車(chē)床加工而成，表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，用I類(lèi)孔。 A級(jí)：d24mm，l150mm和10d B級(jí)：d24mm，l150mm和10d（2）高強(qiáng)螺栓按材料等級(jí)分兩種類(lèi)型： 8.8級(jí) （） 10.9級(jí) （）按計(jì)算、設(shè)計(jì)方法分兩種類(lèi)型：摩擦型只靠擠壓力產(chǎn)生的摩擦阻力傳遞剪力，摩擦阻力被克服即為破壞， 只要求II類(lèi)孔； 承壓型在摩擦阻力被克服后繼續(xù)靠栓桿承擔(dān)荷載，連接變形比摩擦型大， 只能用于承受靜荷，要求用I類(lèi)孔。§32對(duì)

5、接焊縫及其連接的計(jì)算一 焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算1軸心受拉（壓） or 對(duì)接連接中較小的厚度，忽略焊縫起鼓；對(duì)接焊縫抗拉強(qiáng)度；對(duì)接焊縫抗壓強(qiáng)度；焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度（板寬減去10mm），若加引弧板（如下圖）則焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度即為板寬。 關(guān)于焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：一、 二級(jí)檢驗(yàn)通過(guò)外觀檢查、X或射線及超聲波探傷； 三級(jí)檢驗(yàn)僅通過(guò)外觀檢查。 因此通過(guò)一、二級(jí)檢驗(yàn)的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度可以認(rèn)為與母材等強(qiáng)度，連接不必驗(yàn)算；而僅通過(guò)三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫，=0.85,需要如上驗(yàn)算。若經(jīng)驗(yàn)算強(qiáng)度不夠，可采用斜焊縫；當(dāng)a/b1.5時(shí)，可以不算。2彎剪共同作用受拉區(qū)腹板與翼緣的交界處 1.1§33直角角焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算一 定

6、義側(cè)焊縫焊縫軸線平行于力線；端焊縫焊縫軸線垂直于力線；斜焊縫焊縫軸線傾斜于力線。二 直角角焊縫應(yīng)力分析試驗(yàn)證明：1側(cè)焊縫以45°“咽喉截面”破壞居多；2端焊縫的強(qiáng)度是側(cè)焊縫強(qiáng)度的1.351.55倍。規(guī)范規(guī)定：在焊縫計(jì)算時(shí)以側(cè)焊縫強(qiáng)度為基準(zhǔn)（）,端焊縫強(qiáng)度為1.22，斜焊縫強(qiáng)度為 三 直角角焊縫的構(gòu)造1最小焊縫高度：=，較厚板件的厚度；2最大焊縫高度：，較薄板件的厚度； 對(duì)于貼邊焊 當(dāng)t6mm時(shí)，= t； 當(dāng)t>6mm時(shí)，= t（12）mm 要求： 3最大焊縫長(zhǎng)度： =60 （靜荷） =40 （動(dòng)荷） 若內(nèi)力沿角焊縫全長(zhǎng)分布，則計(jì)算長(zhǎng)度不受此限；4最小焊縫長(zhǎng)度： = 8 40mm

7、 要求：四 直角角焊縫的計(jì)算1所有角焊縫只承受剪應(yīng)力，只區(qū)分側(cè)焊縫和端焊縫；2焊縫計(jì)算截面為45°“咽喉截面”，面積為0.7(10mm)；3在靜力條件下，考慮端焊縫強(qiáng)度提高22%；動(dòng)力荷載下，不考慮其強(qiáng)度的提高；4計(jì)算公式： 其中： 端焊縫受力總和； 側(cè)焊縫受力總和； 焊縫強(qiáng)度提高因數(shù)，動(dòng)力荷載時(shí)為1.0，靜力荷載時(shí)為1.22。 斜焊縫為5計(jì)算步驟（1）求出同一平面焊縫群的形心；（2）將荷載向形心簡(jiǎn)化，找出最不利位置；（3）分別求出各荷載分量在最不利位置產(chǎn)生的應(yīng)力；（4）區(qū)分側(cè)焊縫受力與端焊縫受力，視荷載種類(lèi)（靜荷或動(dòng)荷）代入公式，進(jìn)行計(jì) 算。6幾種典型的焊縫受力分析（1）焊縫受軸心

8、拉力（端焊縫）（2）焊縫受軸心剪力（側(cè)焊縫）（3）焊縫受軸心拉力和軸心剪力共同作用，（4）焊縫受彎矩作用（5）焊縫偏心受剪，（6）焊縫受N，M，V聯(lián)合作用，（7）焊縫受扭矩作用 ，（8）圍焊縫受偏心剪力扭矩剪力（9）角鋼連接焊縫的計(jì)算0.70.650.750.30.350.25雙面焊接：三面圍焊：§34焊接殘余應(yīng)力和殘余變形一成因及特點(diǎn)1假定焊件由纖維組成，但各纖維之間相互約束（變形時(shí)保持平面）。2當(dāng)溫度 t500時(shí)，彈性模量E= con. t 600時(shí)，E0； 500t600時(shí)，E按線性變化。 不均勻分布的溫度場(chǎng)，同時(shí)存在局部高溫，加上纖維間的相互約束，便產(chǎn)生了焊接殘余應(yīng)力。由于約

9、束程度不同，一部分殘余應(yīng)力會(huì)以殘余變形的形式釋放出來(lái)。 特點(diǎn)：自相平衡力系。二焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件工作的影響1對(duì)強(qiáng)度無(wú)影響2降低構(gòu)件的剛度3降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力 由于剛度降低，有效截面減小，過(guò)早地進(jìn)入彈塑性區(qū)，彈性模量降低，所以穩(wěn)定承載力降低（因?yàn)椋?降低構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度 殘余應(yīng)力的存在，加快了疲勞裂紋的開(kāi)展速度（雙向或三向拉力場(chǎng)），因此，疲勞強(qiáng)度降低。5加劇低溫冷脆材料在低溫下呈脆性，焊接殘余應(yīng)力的同號(hào)拉力場(chǎng)會(huì)阻礙材料塑性的發(fā)展，加重了脆性因素。三 焊接殘余變形對(duì)構(gòu)件工作的影響1構(gòu)件不平整，安裝困難，且產(chǎn)生附加應(yīng)力；2變軸心受壓構(gòu)件為偏心受壓構(gòu)件。四 保證焊接質(zhì)量及減小焊接殘余應(yīng)力的措施1設(shè)計(jì)方

10、面（1）采用細(xì)長(zhǎng)，不采用短粗的焊縫；（2）對(duì)稱(chēng)布置焊縫，減小變形；（3）不等高連接加不大于1/4的斜坡，減小應(yīng)力集中；（4）盡量防止銳角連接；（5）焊縫不宜過(guò)于集中，不要出現(xiàn)三向交叉焊縫；（6）注意施焊方便，以保證焊接質(zhì)量。2制造方面（1）焊件預(yù)熱法；（2）錘擊法； 減小殘余應(yīng)力（3）退火法；（4）反變形法；（5）合理施焊次序； 減小殘余變形（6）局部加熱法。§35普通螺栓和鉚釘連接的構(gòu)造和計(jì)算抗剪連接板件之間有相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的趨勢(shì)；抗拉連接板件之間有相互脫開(kāi)的趨勢(shì)。一普通螺栓（鉚釘）的計(jì)算1抗剪螺栓（鉚釘）的計(jì)算（1）單個(gè)螺栓（鉚釘）的受剪工作性能 1）彈性段（01）：板件間相互擠壓，靠

11、摩擦阻力傳力； 2）相對(duì)滑移段（12）：摩擦阻力被克服后，板件間產(chǎn)生滑移，栓（釘）桿與孔壁 相接觸，滑移量取決于栓（釘）桿與孔的間距； 3）彈塑性工作階段（23）：螺栓桿既受剪又受彎直到破壞為止。 （2）對(duì)一組螺栓連接，有五種可能的破壞形式 1）栓桿被剪斷； 2）被連接板被擠壓破壞； 3）被連接板被拉（壓）破壞； 4）被連接板被剪破壞拉豁； 5）栓桿受彎破壞。（3）針對(duì)如上情況，應(yīng)避免所有破壞的可能性 1）栓（釘）桿長(zhǎng)度（）防止受彎破壞； 2），栓距避免拉豁； 3）通過(guò)計(jì)算保證螺栓（鉚釘）抗剪； 4）通過(guò)計(jì)算保證螺栓（鉚釘）抗擠壓； 5）通過(guò)計(jì)算保證被連接構(gòu)件具有足夠的拉壓強(qiáng)度。（4）螺栓群受

12、剪計(jì)算 1）軸心受力 基本假定：螺栓群均勻受力。 一個(gè)螺栓的抗剪承載能力：剪切面數(shù)；螺栓直徑；螺栓抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。 一個(gè)螺栓抗擠壓承載能力：螺栓直徑；被連接板中受力一側(cè)的總厚度的較小值；螺栓承壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度。 當(dāng)受力一邊螺栓分布長(zhǎng)度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的傳力不均勻現(xiàn)象，故采用強(qiáng)度折減系數(shù)對(duì)螺栓的承載能力進(jìn)行折減： 當(dāng)時(shí)， 取 這樣，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對(duì)受力最大的螺栓進(jìn)行驗(yàn)算： 2）螺栓群受扭基本假定：被連接板是剛性的； 螺栓是彈性的；在扭矩作用下，繞螺栓群中心旋轉(zhuǎn)，每個(gè)螺栓受力大小與其到形心的 距離成正比，方向垂直于矢徑。根據(jù)平衡條件，得 為方便計(jì)算，將其分解則 例： P將荷載向螺栓群形心簡(jiǎn)化；確定受力最不利

13、螺栓；計(jì)算該螺栓的受力合成、比較2抗拉螺栓的計(jì)算（1）受拉螺栓的工作特點(diǎn)杠桿效應(yīng)由于被連接件的剛度不夠，在螺栓中產(chǎn)生附加應(yīng)力。規(guī)范中考慮杠桿效應(yīng)，降低了螺栓的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)要求設(shè)計(jì)中應(yīng)采取構(gòu)造措施以減少不利影響。（2）螺栓抗拉計(jì)算 一個(gè)螺栓的抗拉承載能力螺栓的有效面積，可查表；螺栓受拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度（已考慮杠桿效應(yīng)的不利影響）。（3）螺栓群受彎計(jì)算基本假定：1）在彎矩作用下，板件繞最邊緣的螺栓旋轉(zhuǎn) 2）每個(gè)螺栓受力大小與其到旋轉(zhuǎn)中心的距離成正比。假定有m列螺栓，則1個(gè)“1”號(hào)螺栓在彎矩M作用下產(chǎn)生的拉力；第個(gè)螺栓距旋轉(zhuǎn)中心的距離。當(dāng)偏心受拉時(shí)：以形心為旋轉(zhuǎn)中心，每個(gè)螺栓到中心的距離。有兩種可能性：1

14、）當(dāng)0時(shí)，按小偏心計(jì)算，結(jié)果正確。2）當(dāng)0時(shí)，應(yīng)按大偏心計(jì)算，此時(shí)，應(yīng)繞邊緣螺栓“”點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，力臂及螺栓位置均應(yīng)以該點(diǎn)為基準(zhǔn)。螺栓到“”點(diǎn)的距離。（4）螺栓受拉剪聯(lián)合作用1 且 判別條件（經(jīng)驗(yàn)公式） 最危險(xiǎn)螺栓所受剪力和拉力；螺栓的抗剪和抗拉承載能力。 通常做法不讓螺栓受拉時(shí)受剪，用承托，則剪力由承托承擔(dān)，螺栓只受拉力。二 螺栓（鉚釘）的排列和構(gòu)造要求1受力要求：如邊距2等；2構(gòu)造要求：間距不能太大，避免壓不緊潮氣進(jìn)入腐蝕；3施工要求：螺栓間距不能太近，滿足凈空要求，便于安裝。§37 高強(qiáng)螺栓連接的計(jì)算一預(yù)拉力的建立1轉(zhuǎn)角法：通過(guò)工藝試驗(yàn)，確定滿足預(yù)拉力要求所需角度，在實(shí)際工程中采用固

15、定 轉(zhuǎn)角，不精確；2 扭矩法：通過(guò)工藝試驗(yàn)，確定滿足預(yù)拉力要求所需扭矩，制做特殊扳手，如機(jī)械 扳手，光電扳手等等；3扭矩螺栓：一種特制螺栓，用特殊扳手，擰斷為止預(yù)拉力建立完成。0.9考慮材料不均勻程度的系數(shù)；0.9超張拉5%10%；1.2擰緊螺栓時(shí)產(chǎn)生剪力降低栓桿的承拉能力；屈強(qiáng)比； 最低抗拉強(qiáng)度。 目前采用的螺栓只有8.8級(jí)和10.9級(jí)。二摩擦型高強(qiáng)螺栓的計(jì)算1 摩擦型高強(qiáng)螺栓的抗剪計(jì)算 一個(gè)螺栓的抗剪承載能力： 對(duì)受力最不利螺栓，要求：2摩擦型高強(qiáng)螺栓的抗拉計(jì)算（1）摩擦型高強(qiáng)螺栓的受力分析 連接受力之前，根據(jù)平衡條件得： 連接受拉之后，螺栓伸長(zhǎng)，被連接板壓縮量恢復(fù)，此時(shí)，螺栓內(nèi)拉力從增加為，而被連接板間的壓力從減小為，假定外加拉力為，根據(jù)平衡條件得： 根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件 設(shè)螺栓和被連接板的彈性模量皆為E，面積分別為和，則： 代入等式： 將除以平均荷載分項(xiàng)系數(shù)1.3，則 若，即當(dāng)外拉力達(dá)到P時(shí)，螺栓內(nèi)拉力只增加7%，幾乎接近5%。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超過(guò)0.8P時(shí)，螺栓將產(chǎn)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象預(yù)拉力變小。當(dāng)時(shí)，無(wú)松弛現(xiàn)象，故規(guī)范規(guī)定一個(gè)螺栓的抗拉承載能力為： 對(duì)受力最不利螺栓，要求： 3摩擦型高強(qiáng)螺栓群的抗彎計(jì)算 旋轉(zhuǎn)中心在形心。4摩擦型高強(qiáng)螺栓受拉剪聯(lián)合作用 且