鋼結(jié)構(gòu)的連接課件

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接§3.1連接的種類(lèi)和特點(diǎn)§3.2焊縫及其連接形式§3.3直角角焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算§3.4對(duì)接焊縫及其連接的計(jì)算§3.5焊接殘余應(yīng)力和殘余變形§3.6普通螺栓和鉚釘連接的構(gòu)造和計(jì)算§3.7高強(qiáng)螺栓連接的計(jì)算第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接§3.1連接的種類(lèi)和特點(diǎn)本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)1、了解鋼結(jié)構(gòu)的連接方法；2、了解焊縫符號(hào)的表示方法；3、掌握角焊縫和對(duì)接焊縫的構(gòu)造要求；4、熟練掌握角焊縫和對(duì)接焊縫的計(jì)算；5、了解焊縫缺陷、焊縫的殘余應(yīng)力及焊縫變形；6、掌握螺栓連接的構(gòu)造要求；7、熟練掌握普通螺栓連接的工作性能和計(jì)算；8、熟練掌握高強(qiáng)螺栓連接的工作性能和計(jì)算。本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)1、了解鋼結(jié)構(gòu)的連接方法；§3.1連接的種類(lèi)和特點(diǎn)一、連接形式：平接（對(duì)接），搭接，垂直連接二、連接方法1、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。§3.1連接的種類(lèi)和特點(diǎn)一、連接形式：（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：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，16MnqE55××（T55××）——適用于15MnV，15MnVq其中43，50，55——最小抗拉強(qiáng)度，單位為Mpa；××——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。（1）手工焊焊絲：H08AQ235（A3）H08MnAH08MnA

H10MnSi

焊劑：431型16Mn，16Mnq（2）自動(dòng)（半自動(dòng)）埋弧焊H10MnSiH08Mn2Si15MnV，15MnVq2．鉚釘連接孔比釘直徑大1mm，加熱900～1000℃，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。焊絲：H08AQ233、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。0.3～0.5mmII類(lèi)孔：達(dá)不到I類(lèi)孔要求的，為II類(lèi)孔。1～2mm。（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)：d≤24mm，l≤150mm和10dB級(jí)：d＞24mm，l＞150mm和10d3、螺栓連接（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。（2）高強(qiáng)螺栓§3.2焊縫及其連接形式一、焊縫的形式1、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)。

§3.2焊縫及其連接形式一、焊縫的形式

直焊縫(圖a)，2、角焊縫的截面形式

2、角焊縫的截面形式二、施焊位置橫焊、平焊、立焊、仰焊二、施焊位置橫焊、平焊、立焊、仰焊

三、角焊縫的標(biāo)注方法

三、角焊縫的標(biāo)注方法

焊縫焊縫搭接蓋板連接斜焊縫搭接蓋板連接斜焊縫搭接連接端焊縫受力搭接連接端焊縫受力對(duì)接焊縫連接對(duì)接焊縫連接對(duì)接連接引弧板對(duì)接連接引弧板角鋼與節(jié)點(diǎn)板連接雙面焊角鋼與節(jié)點(diǎn)板連接雙面焊角鋼與節(jié)點(diǎn)板三面圍焊角鋼與節(jié)點(diǎn)板三面圍焊3.3直角角焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算一、定義側(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1.35～1.55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

3.3直角角焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算一、定義1、最小焊縫高度：，—較厚板件的厚度；2、最大焊縫高度：，—較薄板件厚度；對(duì)于貼邊焊當(dāng)t≤6mm時(shí)，=t當(dāng)t>6mm時(shí)，=t－（1～2）mm要求：≤≤

三、直角角焊縫的構(gòu)造1、最小焊縫高度：，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且≮40mm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；3、最大焊縫長(zhǎng)度：=60（靜荷）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。4、計(jì)算公式：6、幾種典型的焊縫受力分析（1）焊縫受軸心拉力（端焊縫）≤

6、幾種典型的焊縫受力分析

（2）焊縫受軸心剪力（側(cè)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

≤

（3）焊縫受軸心拉力和軸心剪力共同作用

≤（4）焊縫受彎矩作（5）焊縫偏心受剪

≤（6）焊縫受N，M，V聯(lián)合作用≤

，（5）焊縫偏心受剪

，（7）焊縫受扭矩作用形心位置（面積矩除以面積）

≤（7）焊縫受扭矩作用

≤

（8）圍焊焊縫受偏心剪力——扭矩＋剪力

≤

（8）圍焊焊縫受偏心剪力——扭矩＋剪力

≤（9）角鋼連接焊縫的計(jì)算

0.70.650.750.30.350.25

（9）角鋼連接焊縫的計(jì)算

0.70.650.750.3雙面焊接：≤

≤雙面焊接：

≤三面圍焊：≤≤

三面圍焊：

§3.4對(duì)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——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?！獙?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；§3.4對(duì)接焊縫及其連接的計(jì)算一、焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算關(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γ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/b≤1.5時(shí)，可以不算。關(guān)于焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：因此通過(guò)一、二級(jí)檢驗(yàn)的2、對(duì)接斜焊縫的計(jì)算3、受剪力作用的對(duì)接焊縫計(jì)算對(duì)于梁柱節(jié)點(diǎn)處的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪力均為分布，其計(jì)算公式為：2、對(duì)接斜焊縫的計(jì)算3、受剪力作用的對(duì)接焊縫計(jì)算4、彎剪共同作用受拉區(qū)腹板與翼緣的交界處折算應(yīng)力:4、彎剪共同作用受拉區(qū)腹板與翼緣的交界處折算應(yīng)力:5、軸力、彎矩和剪力共同作用對(duì)工字形、箱形截面，需計(jì)算受拉區(qū)腹板與翼緣的交界處的折算應(yīng)力:5、軸力、彎矩和剪力共同作用對(duì)工字形、箱形截面，需計(jì)算受拉區(qū)§3.5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t≤500℃時(shí)，彈性模量E=con.t＞600℃時(shí)，E→0；500℃＜t＜600℃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?！?.5焊接殘余應(yīng)力和殘余變形一、成因及特點(diǎn)薄板焊接翹曲變形薄板焊接翹曲變形垂直連接焊接變形垂直連接焊接變形搭接連接構(gòu)件變形搭接連接構(gòu)件變形對(duì)接焊縫構(gòu)件變形對(duì)接焊縫構(gòu)件變形焊縫厚度方向收縮變形焊縫厚度方向收縮變形工字型截面焊接變形工字型截面焊接變形二、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┒?、焊接殘余?yīng)力對(duì)構(gòu)件工作的影響

由于剛度降低，有效4、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。4、降低構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度四、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；

四、保證焊接質(zhì)量及減小焊接殘余應(yīng)力的措施

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。

（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（4）盡量防止銳角連接；工字型截面焊接順序正確控制變形工字型截面焊接順序正確控制變形正確焊接順序正確焊接順序正確焊接順序正確焊接順序§3.6普通螺栓和鉚接的構(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)。1、抗剪螺栓（鉚釘）的計(jì)算

一、普通螺栓（鉚釘）的計(jì)算§3.6普通螺栓和鉚接的構(gòu)造和計(jì)算抗剪連接——板件之間有相（1）單個(gè)螺栓（鉚釘）的受剪工作性能1）彈性段（0～1）：板件間相互擠壓，靠摩擦阻力傳力；2）相對(duì)滑移段（1～2）：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（2～3）：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a）栓桿被剪斷；b）被連接板被擠壓破壞；c）被連接板被拉（壓）破壞；d）被連接板被剪破壞——拉豁；（1）單個(gè)螺栓（鉚釘）的受剪工作性能e）栓桿受彎破壞e）栓桿受彎破壞螺栓桿被剪斷破壞螺栓桿被剪斷破壞螺栓孔壁擠壓破壞螺栓孔壁擠壓破壞鋼板被拉壞鋼板被拉壞鋼板剪斷破壞鋼板剪斷破壞（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。（3）針對(duì)如上情況，應(yīng)避免所有破壞的可能性（4）螺栓群受剪計(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。（4）螺栓群受剪計(jì)算——螺栓直徑；

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：≤當(dāng)受力一邊螺栓分布長(zhǎng)度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較2）螺栓群受扭基本假定：①被連接板是剛性的；②螺栓是彈性的；③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≤2）螺栓群受扭例：P

①將荷載向螺栓群形心簡(jiǎn)化；②確定受力最不利螺栓；③計(jì)算該螺栓的受力④合成、比較≤例：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、抗拉螺栓的計(jì)算

規(guī)范中考慮杠桿效應(yīng)，降低了螺栓的

（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)（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

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?！?）每個(gè)螺栓受力大小與其到旋轉(zhuǎn)中心的距離成正比。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）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)。

當(dāng)偏心受拉時(shí)：

——螺栓到“”點(diǎn)的距離。

（4）螺栓受拉剪聯(lián)合作用

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。

≤1（4）螺栓受拉剪聯(lián)合作用

≤1螺栓受拉剪聯(lián)合作用螺栓受拉剪聯(lián)合作用

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。

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)，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。

二、螺栓（鉚釘）的排列和構(gòu)造要求§3.7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?！?.7高強(qiáng)螺栓連接的計(jì)算一、預(yù)拉力的建立高強(qiáng)螺栓施工工藝高強(qiáng)螺栓施工工藝

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：二、摩擦型高強(qiáng)螺栓的計(jì)算2、摩擦型高強(qiáng)螺栓的抗拉計(jì)算

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：

（1）摩擦型高強(qiáng)螺栓的受力分析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：

根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件代入等式：