金屬結(jié)構(gòu)的連接匯總課件

1、第四章 金屬結(jié)構(gòu)的連接 本章主要內(nèi)容4-1 連接類型 4-2 焊縫連接 4-3 普通螺栓連接 4-4 高強(qiáng)螺栓計(jì)算4-1 連接類型 焊接連接是目前金屬結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。優(yōu)點(diǎn): 構(gòu)造簡(jiǎn)單、省材料、易加工，易采用自動(dòng)化作業(yè)，可用于復(fù)雜形狀構(gòu)件的連接等 。缺點(diǎn): 質(zhì)量檢驗(yàn)費(fèi)事，連接剛度大，會(huì)引起結(jié)構(gòu)的變形和產(chǎn)生殘余應(yīng)力。 1.焊接優(yōu)點(diǎn)：裝配便利、迅速，可用于結(jié)構(gòu)安裝連接或可拆卸式結(jié)構(gòu)中。缺點(diǎn)：是構(gòu)件截面削弱，易松動(dòng)。分類：分為普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接兩種普通螺栓又分粗制螺栓和精制螺栓。2. 螺栓連接優(yōu)點(diǎn)：塑性和韌性較好，便于質(zhì)量檢查，故經(jīng)常用于承受動(dòng)力載荷的結(jié)構(gòu)中。缺點(diǎn)：制造費(fèi)工、用料多，釘孔削

2、弱構(gòu)件截面，因此目前在機(jī)械制造中已逐步由焊接所取代。 3. 鉚釘連接4.銷軸連接能滿足兩個(gè)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的需要，或便于結(jié)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)安裝。如起重機(jī)臂架根部的連接以及拉桿或撐桿的連接等。4-2 焊縫連接 1. 焊接接頭的型式主要有四種：對(duì)接、搭接、T型接和 角接。一、焊接接頭的型式和焊縫種類對(duì)接接頭搭接接頭T形接頭角接接頭2. 焊縫種類 按不同分類方法焊縫可分為以下幾種形式：按空間位置可分為俯焊縫、橫焊縫、立焊縫及仰焊縫；按焊縫斷續(xù)情況可分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫；按結(jié)合方式可分為對(duì)接焊縫、角焊縫及塞焊縫；按承載方式可分為工作焊縫和聯(lián)系焊縫。 焊縫是構(gòu)成焊接接頭的主體部分，對(duì)接焊縫和角焊縫是焊縫的

3、基本形式。 (a)對(duì)接焊縫 (d)斜對(duì)接焊縫 （b) ( c ) (e) (f) 角焊縫工作焊縫和聯(lián)系焊縫工作焊縫(又稱承載焊縫)：焊縫與焊件串聯(lián)成整體主要承擔(dān)載荷的作用。焊縫一旦斷裂，鋼結(jié)構(gòu)就立即受到嚴(yán)重破壞。聯(lián)系焊縫(又稱非承載焊縫) ：焊縫與兩個(gè)或兩個(gè)以上的焊件并聯(lián)成整體(即連接作用)，焊縫不直接承擔(dān)載荷，工作中受力很小，焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)不會(huì)立即失效。焊縫符號(hào)標(biāo)注焊縫符號(hào):在圖紙上標(biāo)注出焊縫形式、焊縫尺寸和焊接方 法的符號(hào)。焊縫符號(hào)主要由基本符號(hào)、輔助符號(hào)、補(bǔ)充符號(hào)、焊縫 尺寸符號(hào)和指引線等組成。指引線基本符號(hào)輔助符號(hào)補(bǔ)充符號(hào)焊縫尺寸符號(hào)焊縫基本符號(hào)是表示焊縫橫截面形狀的符號(hào)，共有13

4、個(gè)。焊縫基本符號(hào)相對(duì)基準(zhǔn)線的方位是固定的，它不隨焊縫圖形方位的變化而改變其方位。 （1）焊縫基本符號(hào)（1）焊縫基本符號(hào)（1）焊縫基本符號(hào)輔助符號(hào)是表示焊縫表面形狀特征的符號(hào), 有3個(gè)。 輔助符號(hào)配置在基本符號(hào)固定位置。（2）輔助符號(hào)（2）輔助符號(hào)補(bǔ)充符號(hào)是為了補(bǔ)充說明焊縫某些特征的符號(hào)，共5個(gè)。（3）補(bǔ)充符號(hào)（3）補(bǔ)充符號(hào)應(yīng)用示例 二、焊接方法、材料和焊縫許用應(yīng)力 1. 焊接方法和材料建筑工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)最常用的焊接方法主要是電弧焊。我國(guó)目前常用的電弧焊方法有：手工電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊和埋弧焊。焊接材料手工電弧焊焊條應(yīng)與焊接的金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)，即等強(qiáng)原則。Q235鋼E43型系列焊條Q345鋼

5、E50型系列焊條Q390鋼E55型系列焊條注: E表示焊條；43表示焊縫抗拉強(qiáng)度最小值為43kgf/mm2 1. 手工電弧焊2. CO2氣體保護(hù)焊焊絲：最常用H08Mn2SiA保護(hù)氣體:CO23. 埋弧焊Q235鋼焊絲：H08、H08A、H08MnA; 焊劑：高錳高硅型Q345鋼H08A、H08E焊絲高錳型焊劑 H08Mn、H08MnA焊絲中錳型焊劑焊縫的許用應(yīng)力 三、對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 坡口加工：手工焊時(shí)，若焊件厚度 t8mm，可不開坡口；焊接厚度 t=825mm，可開單面坡口，其夾角=60；若t25mm，可用開雙面坡口的X焊縫，或開U型坡口。CO2氣體保護(hù)焊或埋弧焊參考有關(guān)規(guī)定。 1.對(duì)

6、接焊縫的構(gòu)造要求 坡口形式對(duì)接焊縫連接不同厚度或不同寬度的鋼板時(shí)，應(yīng)將板的一側(cè)或兩側(cè)加工成坡度不大于1:4的坡度，形成平緩過渡。不等厚板焊接焊縫的起弧和落弧點(diǎn)，焊接時(shí)可將焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)延伸至引弧板上。待焊完后再將引弧板切除。引弧板2. 對(duì)接焊縫的計(jì)算與構(gòu)件同（1）在軸心力N作用下當(dāng)未采用引弧板施焊時(shí)，總長(zhǎng)度中每條焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減去10mm； 連接構(gòu)件中較薄的焊件厚度,mm； 注意單位 斜對(duì)接焊縫的計(jì)算一般取=45（2）在剪力Q和彎矩M共同作用下對(duì)于工字形截面，剪力主要由腹板承受，有時(shí)簡(jiǎn)化為：（3）在軸心力N、剪力Q和彎矩M共同作用下213例題4-1 某主梁采用焊縫拼接(圖3-10，圖中尺寸為

7、焊縫尺寸)，已知拼接截面處的內(nèi)力 ，鋼材為Q235，焊條E43型，手工焊接且用普通方法檢查焊縫質(zhì)量。試驗(yàn)算對(duì)接焊縫強(qiáng)度。 解：已知：M、Q需求：W、Sf、IxyoOxyhb慣性矩的計(jì)算xybhh0t面積矩和形心坐標(biāo)之間的關(guān)系：xybhh0t翼緣面積矩中性軸以上面積對(duì)中性軸的面積矩工字形截面的面積矩1. 截面的幾何特征計(jì)算慣性矩 抗彎模量 面積矩 3. 最大剪應(yīng)力計(jì)算2. 最大拉應(yīng)力驗(yàn)算3. 折算應(yīng)力驗(yàn)算（翼緣與腹板連接處）所以焊縫強(qiáng)度滿足。四、角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算1. 角焊縫的構(gòu)造特點(diǎn)根據(jù)焊縫與作用力的方向，角焊縫可分為側(cè)焊縫、端焊縫以及圍焊縫。焊縫方向與作用力方向相一致的稱為側(cè)焊縫；焊縫方向與

8、作用力相垂直的稱為端焊縫；圍焊縫包括側(cè)焊縫和端焊縫。 端焊縫側(cè)焊縫圍焊縫角焊縫按其截面型式可分為普通式、坦式和凹面式三種。通常把角焊縫截面的直角較小邊稱為角焊縫的焊角尺寸，以hf表示。 角焊縫的焊腳尺寸： 最大焊腳尺寸一般 hf1.2min當(dāng)最小焊腳尺寸一般不小于4mm焊縫計(jì)算長(zhǎng)度角焊縫最小計(jì)算長(zhǎng)度：8hf側(cè)角焊縫最大計(jì)算長(zhǎng)度： lf60hf（承受靜載荷）或40hf（承受動(dòng)載荷）(3)搭接長(zhǎng)度和連接板連接要求 (4)當(dāng)連接截面不對(duì)稱構(gòu)件時(shí)側(cè)縫的分布要求角鋼搭接連接焊縫的分配比例 角焊縫計(jì)算假定角焊縫無論是側(cè)焊縫還是端焊縫，也無論受哪種外力，焊縫中的應(yīng)力都統(tǒng)一按受剪計(jì)算，計(jì)算厚度均取0.7hf

9、(2) 角焊縫在剪力Q和彎矩M共同作用下的計(jì)算(1) 角焊縫在軸心力N作用下的計(jì)算（N可以垂直于焊縫長(zhǎng)度也可以平行于焊縫長(zhǎng)度）對(duì)于工字型或T型接頭可簡(jiǎn)化為（3）角焊縫在軸心力N、剪力Q和彎矩M共同作用下的計(jì)算 NP(4) 貼角焊縫在扭矩Mk和剪力Q共同作用下的計(jì)算 假定焊縫為彈性體，連接體為絕對(duì)剛性體。在扭矩作用下，被連接件繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)，焊縫群上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與O點(diǎn)的連線，其大小與此連線的長(zhǎng)短成正比例，則在外力P作用下，焊縫受到(P對(duì)焊縫形心的偏心矩Mk=P e)和Q(即為P)的共同作用。 PkxkyKA 在A點(diǎn)上由扭矩Mk=P e產(chǎn)生的剪應(yīng)力 在A點(diǎn)上由剪力Q產(chǎn)生的剪應(yīng)力 A

10、點(diǎn)的合應(yīng)力 kxky例題4-2 如圖3-19所示承受靜力載荷的桁架節(jié)點(diǎn)板用Q235，焊條型號(hào)為E43型。試計(jì)算連接焊縫。解：對(duì)焊縫A肢背上焊縫長(zhǎng)度：肢尖上焊縫長(zhǎng)度：例題4-3 圖3-20所示承受150KN載荷的柱與支托連接。結(jié)構(gòu)采用Q235，焊縫用E43型焊條，試驗(yàn)算其連接焊縫。 解：剪力 Q=150kN彎矩組合截面形心坐標(biāo)公式：水平焊縫的計(jì)算面積為:垂直焊縫的計(jì)算面積為:焊縫的全部計(jì)算面積為：焊縫重心位置為：焊縫的慣性矩和最小抗彎模量為:強(qiáng)度驗(yàn)算 補(bǔ)充例題：P已知：圖示角焊縫連接結(jié)構(gòu)，hf=10mm, 鋼材為Q345，焊條為E50型，P=100kN, 力P作用點(diǎn)距垂直焊縫的距離為350mm,

11、 水平焊縫長(zhǎng)度為l1=150mm, 垂直焊縫長(zhǎng)度l2=200mm, 試驗(yàn)算連接焊縫強(qiáng)度。 在A點(diǎn)上由扭矩Mk=P e產(chǎn)生的剪應(yīng)力 在A點(diǎn)上由剪力Q產(chǎn)生的剪應(yīng)力 A點(diǎn)的合應(yīng)力 kxky組合截面形心坐標(biāo)公式：4-3 普通螺栓連接一、普通螺栓的種類和連接特點(diǎn)粗制螺栓（C級(jí)螺栓），Q235鋼熱壓而成，螺孔直徑一般比螺栓直徑大12mm精度差，一般只能用作拉力螺栓，不宜用作剪力螺栓?？撞捎妙惪?。精制螺栓（A、B級(jí)螺栓），Q235或35號(hào)鋼車制而成，表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，螺孔直徑一般比螺桿直徑僅大0.20.3mm。常用作剪力螺栓。對(duì)螺孔制作要求很高，應(yīng)為I類孔。二、螺栓連接的型式和布置 按受力性質(zhì)，普通螺栓分

12、為剪力螺栓、拉力螺栓和拉剪螺栓。剪力螺栓拉力螺栓拉剪螺栓普通螺栓的布置：分為并列和錯(cuò)列。并列錯(cuò)列三、剪力螺栓連接的計(jì)算 1. 剪力螺栓連接的破壞形式螺栓桿被剪斷而破壞；構(gòu)件孔壁被螺栓桿擠壓而產(chǎn)生破壞；截面被拉斷而破壞 剪力螺栓連接計(jì)算中采用的假定：連接構(gòu)件為剛性的；不計(jì)構(gòu)件之間的摩擦力；螺栓桿受剪時(shí)截面上受到均布 剪應(yīng)力；孔壁上的承壓應(yīng)力認(rèn)為是均布的、并作用在螺栓直徑平面上，不考慮構(gòu)件孔邊的局部應(yīng)力等。2 單個(gè)受剪螺栓的承載力計(jì)算孔壁承壓：螺栓抗剪：最大承載力：3. 受軸心力作用的受剪螺栓連接計(jì)算 還應(yīng)按下式驗(yàn)算被接構(gòu)件的凈截面強(qiáng)度： 構(gòu)件扣除螺栓孔部分的凈截面積 4. 受軸心力N、Q和扭矩M

13、作用下的計(jì)算 扭矩M作用下N1xN1y軸力N及剪力Q作用下單個(gè)螺栓受力軸力、扭矩共同作用下最大受力螺栓4. 受軸心力N、Q和扭矩M作用下的計(jì)算 (續(xù)）例題4-4 驗(yàn)算圖3-28所示鋼板的螺栓連接。鋼板截面為360mm12mm，拼接鋼板厚為8mm。鋼材為Q235，承受內(nèi)力N=600KN，采用普通精制螺栓，螺栓直徑d=20mm，孔徑。 解：一個(gè)螺栓的抗剪許用承載力為 一個(gè)螺栓的承壓許用承載力為： 構(gòu)件一側(cè)所需螺栓數(shù)目為：1. 螺栓連接的計(jì)算 2. 構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算 構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算為：此連接的螺栓和構(gòu)件的強(qiáng)度均滿足要求。 構(gòu)件的凈截面積為：四、拉力螺栓連接的計(jì)算 1. 單個(gè)拉力螺栓連接的承載能

14、力計(jì)算 2. 受軸心拉力N的受拉螺栓連接計(jì)算 3. 受力矩M作用的受拉螺栓連接計(jì)算 旋轉(zhuǎn)軸4. 受軸心拉力N和力矩M同時(shí)作用的受拉螺栓連接計(jì)算 先假定構(gòu)件繞螺栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)說明螺栓受拉，構(gòu)件繞形心轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)對(duì)螺栓群中心取距，必須滿足： 時(shí)，說明連接下部受壓，構(gòu)件繞底排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)對(duì)底排螺栓取距，必須滿足： 例題4-6 有一結(jié)構(gòu)如圖3-30所示，采用M18普通螺栓（Q235）連接，螺栓布置如圖所示，分別計(jì)算校核F=130kN，M=10 kNm和F=160kN，M=10 kN m兩種載荷狀態(tài)下的螺栓強(qiáng)度。 先假定構(gòu)件繞螺栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng) 解：1、載荷為F=130KN，M=10 KN.m： 說明連接下部

15、受壓，構(gòu)件繞底排螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)底排螺栓取矩，按照單純受力矩作用來計(jì)算。（2）、計(jì)算最大螺栓拉力：（1）、計(jì)算螺栓最小拉力假設(shè)構(gòu)件繞形心轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算螺栓所受最小拉力（3）、計(jì)算M18普通螺栓的許用承載力：從相關(guān)手冊(cè)中查的螺紋的有效面積為192.5mm2符合使用要求。所以例題4-5驗(yàn)算圖示連接螺栓a-a列螺栓用精制螺栓，直徑d=18mm。b列螺栓為粗制螺栓，內(nèi)直徑d0=16.93mm。假定此列螺栓只承受拉力，剪力由緊貼于角鋼上端的支托 承受。鋼板承受內(nèi)力500KN。解： 驗(yàn)算鋼板與連接角鋼間的a-a列螺栓一個(gè)螺栓的抗剪承載能力為：一個(gè)螺栓的承壓能力為：最邊緣螺栓受力最大 2、載荷為F=160KN，M=

16、10 KN.m： （1）、計(jì)算螺栓最小拉力 說明螺栓全部受拉，構(gòu)件繞形心轉(zhuǎn)動(dòng)（2)、計(jì)算最大螺栓拉力：（3）、結(jié)論：符合使用要求。4-4 高強(qiáng)螺栓計(jì)算 一、高強(qiáng)螺栓連接的原理 摩擦型連接承壓型連接軸向受拉連接利用高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)大預(yù)拉力將連接構(gòu)件夾緊，依靠構(gòu)件接觸面間的摩擦阻力來傳遞構(gòu)件的內(nèi)力摩擦力、螺栓剪力和承壓力三者共同作用螺栓軸向受拉按力的傳遞方式二、高強(qiáng)螺栓連接的預(yù)拉力和摩擦系數(shù) 三、高強(qiáng)螺栓連接的承載能力1. 單個(gè)高強(qiáng)螺栓的抗剪許用承載能力2. 單個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪、抗拉的許用承載能力NNN0.7P3. 承受軸心力N作用時(shí)的計(jì)算4. 承受彎矩作用時(shí)的計(jì)算 5. 受軸心力N、Q和扭矩M作用下的計(jì)算 扭矩M作用下N1xN1y6. 構(gòu)件凈截面強(qiáng)度計(jì)算構(gòu)件凈截面強(qiáng)度 構(gòu)件凈截面所受力 構(gòu)件毛截面強(qiáng)度 例題 4-7構(gòu)件鋼板截面為360mm20mm，軸力為700kN，構(gòu)件材料為Q235，采用高強(qiáng)