第四章+鋼結(jié)構(gòu)的連接.ppt

,第四章,鋼結(jié)構(gòu)的連接,2012年3月1日星期四,大綱要求,1.了解鋼結(jié)構(gòu)連接的種類(lèi)及各自的特點(diǎn)；2.了解焊接連接的工作性能，掌握焊接連接的計(jì)算方法及構(gòu)造要求；3.了解焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因及其對(duì)結(jié)構(gòu)工作的影響；4.了解螺栓連接的工作性能，掌握螺栓連接的計(jì)算和構(gòu)造要求。,4.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,一、焊縫連接,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。,三、螺栓連接,優(yōu)點(diǎn)：連接剛度大，傳力可靠；,分為：普通螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接,二、鉚釘連接,缺點(diǎn)：對(duì)施工技術(shù)要求很高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工條件差，施工速度慢。,一、鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法,1.手工電弧焊,A、焊條的選擇：焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng)。,原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。,4.2焊接方法和焊接連接形式,Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500-5518),Q345鋼選擇E50型焊條(E5000-5048),B、焊條的表示方法：,E焊條(Electrode),第1、2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強(qiáng)度（kgf/mm2),第3、4適用焊接位置、電流及藥皮的類(lèi)型。,不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。,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。,優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；,Q235鋼選擇E43型焊條（E4300-E4328),C、優(yōu)、缺點(diǎn),2.埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）,A、焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強(qiáng)度。B、優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限等。,送絲器,機(jī)器,3.氣體保護(hù)焊,優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：施工條件受限制等。,二、焊接連接形式和焊縫形式,1.焊接連接形式,搭接,角部連接,T形連接,對(duì)接,2.焊縫形式,（1）對(duì)接焊縫,（2）角焊縫,3.焊縫位置,三、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查,1.焊縫缺陷,2.焊縫質(zhì)量檢查,外觀(guān)檢查：檢查外觀(guān)缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)：檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。,內(nèi)部檢驗(yàn)主要采用超聲波，有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn)熒光檢驗(yàn)等輔助檢驗(yàn)方法。還可以采用X射線(xiàn)或射線(xiàn)透照或拍片。,鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定：,焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。,三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀(guān)檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；,一、二級(jí)焊縫除外觀(guān)檢查外，尚要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）中，對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定：,(1)需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。,3.焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用,(2)在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的受拉對(duì)接焊縫應(yīng)不低于二級(jí)；受壓時(shí)宜為二級(jí)。,（）重級(jí)工作制和起重量的中級(jí)工作制吊車(chē)梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車(chē)桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，不應(yīng)低于二級(jí)。,（）角焊縫質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量的中級(jí)工作制吊車(chē)梁的角焊縫的外觀(guān)質(zhì)量應(yīng)符合二級(jí)。,4.焊縫代號(hào),1、對(duì)接焊縫的坡口形式:,一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造,4.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算,對(duì)接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和施工條件有關(guān)。,t-焊件厚度,(1)當(dāng):t135o或6mm時(shí)，hf,maxt-(12)mm；,2、最小焊腳尺寸hf,min,為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開(kāi)裂，hf,min應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:,式中:t2-較厚焊件厚度另:對(duì)于埋弧自動(dòng)焊hf,min可減去1mm;對(duì)于T型連接單面角焊縫hf,min應(yīng)加上1mm;當(dāng)t24mm時(shí),hf,min=t2,3.側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度,側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長(zhǎng)度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，應(yīng)力集中系數(shù)越大。如果焊縫長(zhǎng)度不是太大，焊縫兩端達(dá)到屈服強(qiáng)度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會(huì)漸趨均勻；當(dāng)焊縫長(zhǎng)度達(dá)到一定的長(zhǎng)度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：,注：1、當(dāng)實(shí)際長(zhǎng)度大于以上值時(shí)，計(jì)算時(shí)不與考慮；2、當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，不受上式限制。,4.側(cè)面角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度,對(duì)于焊腳尺寸大而長(zhǎng)度小的焊縫，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規(guī)范規(guī)定：,5.搭接連接的構(gòu)造要求,當(dāng)板件端部?jī)H采用兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)：A、為了避免應(yīng)力傳遞的過(guò)分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，規(guī)范規(guī)定：,B、為了避免焊縫橫向收縮時(shí)引起板件的拱曲太大，規(guī)范規(guī)定：,D.在搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍，且不得小于25mm。,C.當(dāng)角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)作2hf的繞角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。,三、直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式,1、試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，故通常將45o截面作為計(jì)算截面，作用在該截面上的應(yīng)力如下圖所示：,2、實(shí)際上計(jì)算截面的各應(yīng)力分量的計(jì)算比較繁難，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范假定：焊縫在有效截面處破壞，且各應(yīng)力分量滿(mǎn)足以下折算應(yīng)力公式:,3、由于我國(guó)規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，是根據(jù)抗剪條件確定的故上式又可表達(dá)為：,式中：,-焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度,4、直角角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算公式：,將33、34式，代入32式得：,式35即為，規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度計(jì)算通用公式f正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)；靜載時(shí)取1.22，動(dòng)載時(shí)取1.0。,對(duì)于正面角焊縫，f=0，由35式得：,對(duì)于側(cè)面角焊縫，f=0，由35式得：,以上各式中：he=0.7hf；lw角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其實(shí)際長(zhǎng)度減去2hf。,四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計(jì)算,1、軸心力作用下,(1)軸心力作用下的蓋板對(duì)接連接:,A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：,B、采用三面圍焊連接：,(2)作用力斜向于角焊縫連接,代入式3-5驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度，即:,(3)角鋼角焊縫連接,A、僅采用側(cè)面角焊縫連接,由力及力矩平衡得:,故:,對(duì)于校核問(wèn)題:,對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:,B、采用三面圍焊,由力及力矩平衡得:,余下的問(wèn)題同情況A，即:,對(duì)于校核問(wèn)題:,對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:,C、采用L形圍焊,代入下式3-20，3-21得:,對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:,2012年3月15日星期四,2、N、M、V共同作用下,(1)偏心軸力作用下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算,(2)V、M共同作用下焊縫強(qiáng)度計(jì)算,對(duì)于A點(diǎn)：,式中：Iw全部焊縫有效截面對(duì)中和軸的慣性矩；h1兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。,對(duì)于B點(diǎn)：,強(qiáng)度驗(yàn)算公式：,式中：h2、lw,2腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度；he,2腹板焊縫截面有效高度。,假定:A、被連接件絕對(duì)剛性，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；B、T作用下焊縫群上任意點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與焊縫形心的連線(xiàn)，且大小與r成正比；C、在V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。,3、T、V共同作用下,將F向焊縫群形心簡(jiǎn)化得:V=FT=F(e1+e2),故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為A點(diǎn)和A點(diǎn),T作用下A點(diǎn)應(yīng)力:,將其沿x軸和y軸分解:,剪力V作用下,A點(diǎn)應(yīng)力:,A點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為:,A點(diǎn)平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為:,強(qiáng)度驗(yàn)算公式：,思考:以上計(jì)算方法為近似計(jì)算，為什么?,五、斜角角焊縫的計(jì)算,1、由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范規(guī)定：對(duì)于兩焊腳邊夾角60o135o的斜T形連接，其斜角角焊縫采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式，且統(tǒng)一取f=1.0。,2、斜角角焊縫的計(jì)算厚度hei,由幾何關(guān)系得其通式為：,式中：b、b1和b25mm,說(shuō)明：A.b1和b21.5mm時(shí),可取b1、b2=0B.b1和b25mm時(shí),應(yīng)如圖“B”方式處理，且使b5mm。,47焊接應(yīng)力和焊接變形,一、焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi)及其產(chǎn)生的原因1、焊接殘余應(yīng)力的分類(lèi)A、縱向焊接殘余應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向;B、橫向焊接殘余應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向;C、沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力。2、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因（1）縱向焊接殘余應(yīng)力,焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻過(guò)程，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫處可達(dá)1600oC，而鄰近區(qū)域溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度低、膨脹小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時(shí)被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側(cè)鋼材的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，該拉應(yīng)力可以使鋼材達(dá)到屈服強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力是無(wú)荷載的內(nèi)應(yīng)力，故在焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力。,（2）橫向焊接殘余應(yīng)力,產(chǎn)生的原因:1、焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢(shì)，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；2、焊接時(shí)已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力；應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)。以上兩種應(yīng)力的組合即為，橫向焊接殘余應(yīng)力。,（3）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力,在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊，焊接時(shí)沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力x,y外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力z，這三種應(yīng)力形成同號(hào)(受拉)三向應(yīng)力，大大降低連接的塑性。,二、焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響,1、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響,因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故：,當(dāng)板件全截面達(dá)到fy，即N=Ny時(shí)：,2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響,A、當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，因截面的bt部分拉應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到fy，故該部分剛度為零（屈服），這時(shí)在N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋?因?yàn)锽-b2。,結(jié)論：焊接殘余應(yīng)力的存在增大了結(jié)構(gòu)的變形，即降低了結(jié)構(gòu)的剛度。,B、當(dāng)截面上沒(méi)有焊接殘余應(yīng)力時(shí)，在N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋?另外，對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力使其撓曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力（詳見(jiàn)第六章）。,對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力，限制了其塑性的發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。所以，降低或消除焊接殘余應(yīng)力是改善結(jié)構(gòu)低溫冷脆性能的重要措施。,3、對(duì)低溫冷脆的影響,4、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響,在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感區(qū)域。因此焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響。,三、焊接變形,焊接變形包括：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。,四、減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的措施（自學(xué)）,1、設(shè)計(jì)上的措施；（1）焊接位置的合理安排（2）焊縫尺寸要適當(dāng)（3）焊縫數(shù)量要少，且不宜過(guò)分集中（4）應(yīng)盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉（5）應(yīng)盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力2、加工工藝上的措施（1）采用合理的施焊順序（2）采用反變形處理（3）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理,2011年3月22日星期三,48螺栓連接的構(gòu)造,一、螺栓的種類(lèi),1.普通螺栓,C級(jí)-粗制螺栓，性能等級(jí)為4.6或4.8級(jí)；4表示fu400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；類(lèi)孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)1.53mm。,A、B級(jí)-精制螺栓，性能等級(jí)為5.6或8.8級(jí);5或8表示fu500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；類(lèi)孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)0.30.5mm。,按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為:A、B、C三個(gè)級(jí)別。,2.高強(qiáng)度螺栓,由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過(guò)熱處理,45號(hào)8.8級(jí)；40B和20MnTiB10.9級(jí),（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓,扭剪型高強(qiáng)度螺栓,二、螺栓的排列,1.并列簡(jiǎn)單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu)件截面削弱大；,2.錯(cuò)列排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截面削弱小；,3.螺栓排列的要求,（1）受力要求:垂直受力方向：為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、截面削弱過(guò)多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不能太?。豁樍ψ饔梅较颍簽榱朔乐拱寮焕瓟嗷蚣魤?，端距不能太??；對(duì)于受壓構(gòu)件：為防止連接板件發(fā)生鼓曲，中距不能太大。（2）構(gòu)造要求；螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。,（3）施工要求,為了便于扳手?jǐn)Q緊螺母，螺栓中距應(yīng)不小于3do。根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。,三、螺栓連接的構(gòu)造要求,為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于兩個(gè)永久螺栓，但組合構(gòu)件的綴條除外；直接承受動(dòng)荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺母，或其他措施以防螺母松動(dòng)；C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接：1、承受靜載或間接動(dòng)載的次要連接；2、承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接；3、臨時(shí)固定構(gòu)件的安裝連接。型鋼構(gòu)件拼接采用高強(qiáng)螺栓連接時(shí)，為保證接觸面緊密，應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件；,37普通螺栓連接計(jì)算,一、螺栓連接的受力形式,A只受剪力,B只受拉力,C剪力和拉力共同作用,二、普通螺栓抗剪連接,（一）工作性能和破壞形式1.工作性能對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn),即可得到板件上a、b兩點(diǎn)相對(duì)位移和作用力N的關(guān)系曲線(xiàn),該曲線(xiàn)清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段,即：(1)摩擦傳力的彈性階段(01段)直線(xiàn)段連接處于彈性狀態(tài)；該階段較短摩擦力較小。,(2)滑移階段(12段)克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的距離，表現(xiàn)在曲線(xiàn)上為水平段。,(3)栓桿傳力的彈性階段(23段)該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導(dǎo)致的板件間摩擦力的增大，N-關(guān)系以曲線(xiàn)狀態(tài)上升。,(4)彈塑性階段(34段)達(dá)到3后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。4點(diǎn)（曲線(xiàn)的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。,2.破壞形式,（1）螺栓桿被剪壞栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí)（2）孔壁的擠壓破壞栓桿較粗而板件較薄時(shí)（3）板件被拉斷截面削弱過(guò)多時(shí)以上破壞形式予以計(jì)算解決。,（4）板件端部被剪壞(拉豁)端矩過(guò)小時(shí)；端矩不應(yīng)小于2dO,（5）栓桿彎曲破壞螺栓桿過(guò)長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于5d,（二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計(jì)值,由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:,nv剪切面數(shù)目；d螺栓桿直徑；fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；t連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。,單栓抗剪承載力：,抗剪承載力：,承壓承載力：,剪切面數(shù)目nv,（三）普通螺栓群抗剪連接計(jì)算,1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算,試驗(yàn)證明,栓群在軸力作用下各個(gè)螺栓的內(nèi)力沿栓群長(zhǎng)度方向不均勻，兩端大,中間小。,當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個(gè)螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計(jì)時(shí)假定N有各螺栓均擔(dān)。,所以，連接所需螺栓數(shù)為：,當(dāng)l115d0(d0為孔徑)時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布,各個(gè)螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞,然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)與l1/d0的關(guān)系曲線(xiàn)。,故，連接所需栓數(shù)：,普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應(yīng)進(jìn)行板件的凈截面驗(yàn)算。,拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2截面:,A、螺栓采用并列排列時(shí):,主板的危險(xiǎn)截面為1-1截面:,2012.3.29星期四,B、螺栓采用錯(cuò)列排列時(shí):,主板的危險(xiǎn)截面為1-1和1-1截面:,拼接板的危險(xiǎn)截面為2-2和2-2截面:,2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪計(jì)算,F作用下每個(gè)螺栓受力：,T作用下連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：（1）連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性；（2）T作用下連接板件繞栓群形心轉(zhuǎn)動(dòng)，各螺栓剪力與其至形心距離呈線(xiàn)形關(guān)系，方向與ri垂直。,顯然，T作用下1號(hào)螺栓所受剪力最大（r1最大）。,由假定(2)得,由式3-39得:,由力的平衡條件得：,將式3-40代入式3-38得:,將N1T沿坐標(biāo)軸分解得:,由此可得螺栓1的強(qiáng)度驗(yàn)算公式為:,另外,當(dāng)螺栓布置比較狹長(zhǎng)(如y13x1)時(shí),可進(jìn)行如下簡(jiǎn)化計(jì)算：令:xi=0，則N1Ty=0,（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能,三、普通螺栓的抗拉連接,抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有脫開(kāi)趨勢(shì)，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉斷為其破壞形式。,（二）單個(gè)普通螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值,式中：Ae-螺栓的有效截面面積；de-螺栓的有效直徑；ftb-螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,公式的兩點(diǎn)說(shuō)明：,（1）螺栓的有效截面面積因栓桿上的螺紋為斜方向的，所以公式取的是有效直徑de而不是凈直徑dn，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?。?(2）螺栓垂直連接件的剛度對(duì)螺栓抗拉承載力的影響,A、螺栓受拉時(shí)，一般是通過(guò)與螺桿垂直的板件傳遞，即螺桿并非軸心受拉，當(dāng)連接板件發(fā)生變形時(shí)，螺栓有被撬開(kāi)的趨勢(shì)（杠桿作用），使螺桿中的拉力增加（撬力Q）并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。連接件剛度越小撬力越大。試驗(yàn)證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，取ftb=0.8f（f螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）來(lái)考慮其影響。,B、在構(gòu)造上可以通過(guò)加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來(lái)減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋，可以減小甚至消除撬力的影響。,(三）普通螺栓群的軸拉設(shè)計(jì),一般假定每個(gè)螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：,(四）普通螺栓群在彎矩作用下,M作用下螺栓連接按彈性設(shè)計(jì)，其假定為：（1）連接板件絕對(duì)剛性，螺栓為彈性；（2）螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。,顯然1號(hào)螺栓在M作用下所受拉力最大,由力學(xué)及假定可得：,由式3-52得:,將式3-54代入式3-53得:,因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要滿(mǎn)足下式，即可：,(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下,偏心力作用下普通螺栓連接，可采用偏于安全的設(shè)計(jì)方法，即疊加法。,四、普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用,因此：,2、由試驗(yàn)可知，兼受剪力和拉力的螺桿，其承載力無(wú)量綱關(guān)系曲線(xiàn)近似為一“四分之一圓”。,1、普通螺栓在拉力和剪力的共同作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形式：螺桿受剪兼受拉破壞、孔壁的承壓破壞；,3、計(jì)算時(shí)，假定剪力由螺栓群均勻承擔(dān)，拉力由受力情況確定。,規(guī)范規(guī)定：普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用為了防止螺桿受剪兼受拉破壞，應(yīng)滿(mǎn)足：,為了防止孔壁的承壓破壞，應(yīng)滿(mǎn)足：,另外，拉力和剪力共同作用下的普通螺栓連接，當(dāng)有承托承擔(dān)全部剪力時(shí)，螺栓群按受拉連接計(jì)算。,承托與柱翼緣的連接角焊縫按下式計(jì)算：,式中：考慮剪力對(duì)角焊縫偏心影響的增大系數(shù)，一般取=1.251.35；其余符號(hào)同前。,48高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接計(jì)算,一、高強(qiáng)度螺栓的工作性能及單栓承載力按受力特征的不同高強(qiáng)度螺栓分為兩類(lèi)：摩擦型高強(qiáng)度螺栓通過(guò)板件間摩擦力傳遞內(nèi)力，破壞準(zhǔn)則為克服摩擦力；承壓型高強(qiáng)度螺栓受力特征與普通螺栓類(lèi)似。1、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的建立方法通過(guò)擰緊螺帽的方法，螺帽的緊固方法：A、轉(zhuǎn)角法施工方法：初擰用普通扳手?jǐn)Q至不動(dòng)，使板件貼緊密；,終擰初擰基礎(chǔ)上用長(zhǎng)扳手或電動(dòng)扳手再擰過(guò)一定的角度，一般為120o180o完成終擰。,特點(diǎn)：預(yù)拉力的建立簡(jiǎn)單、有效，但要防止欠擰、漏擰和超擰；B、扭矩法施工方法：初擰用力矩扳手?jǐn)Q至終擰力矩的30%50%，使板件貼緊密；終擰初擰基礎(chǔ)上，按100%設(shè)計(jì)終擰力矩?cái)Q緊。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、易實(shí)施，但得到的預(yù)拉力誤差較大。,C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強(qiáng)度螺栓）,施工方法：初擰擰至終擰力矩的60%80%；終擰初擰基礎(chǔ)上，以扭斷螺栓桿尾部為準(zhǔn)。特點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單、技術(shù)要求低易實(shí)施、質(zhì)量易保證等高強(qiáng)度螺栓的施工要求：由于高強(qiáng)度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預(yù)拉力，因此施工要求較嚴(yán)格：1）終擰力矩偏差不應(yīng)大于10%；2）如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應(yīng)更換；3）擰固順序先主后次，且當(dāng)天安裝，當(dāng)天終擰完。如工字型梁為：上翼緣下翼緣腹板。,2、高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力的確定,高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強(qiáng)度確定的，并考慮了以下修正系數(shù)：考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.9；為防止施工時(shí)超張拉導(dǎo)致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9；考慮擰緊螺帽時(shí)，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對(duì)抗拉強(qiáng)度的降低除以系數(shù)1.2。附加安全系數(shù)0.9。因此，預(yù)拉力：,Ae螺紋處有效截面積；fu螺栓熱處理后的最抵抗拉強(qiáng)度；8.8級(jí)，取fu=830N/mm2，10.9級(jí)，取fu=1040N/mm2,3、高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù),摩擦型高強(qiáng)度螺栓是通過(guò)板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而摩擦力的大小取決于板件間的擠壓力（P）和板件間的抗滑移系數(shù)；板件間的抗滑移系數(shù)與接觸面的處理方法和構(gòu)件鋼號(hào)有關(guān)，其大小隨板件間的擠壓力的減小而減??；,規(guī)范給出了不同鋼材在不同接觸面的處理方法下的抗滑移系數(shù),如下表,4、高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的工作性能和單栓承載力,(1)抗剪連接工作性能受力過(guò)程與普通螺栓相似，分為四個(gè)階段：摩擦傳力的彈性階段、滑移階段、栓桿傳力的彈性階段、彈塑性階段。但比較兩條N曲線(xiàn)可知，由于高強(qiáng)度螺栓因連接件間存在很大的摩擦力，故其第一個(gè)階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通螺栓。,A、對(duì)于高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接，其破壞準(zhǔn)則為板件發(fā)生相對(duì)滑移，因此其極限狀態(tài)為1點(diǎn)而不是4點(diǎn)，所以1點(diǎn)的承載力即為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的抗剪承