STRU-04-第四章起重運輸機金屬結構連接

1、第四章第四章 起重運輸機金屬結構的連接起重運輸機金屬結構的連接 第一節(jié) 焊接連接 第二節(jié) 螺栓連接 第四章 作業(yè)第四章第四章 起重運輸機金屬結構的連接起重運輸機金屬結構的連接 鋼板、型鋼等基本元件鋼板、型鋼等基本元件 連接連接 構件構件 連接連接 整體鋼結構整體鋼結構焊接焊接鉚接鉚接 螺栓連接螺栓連接 銷軸連接銷軸連接起重運輸機金屬結構常用的連接方式：起重運輸機金屬結構常用的連接方式：銷軸連接圖例銷軸連接圖例第一節(jié)第一節(jié) 焊接連接焊接連接 起重機金屬結構起重機金屬結構常用焊接方法：常用焊接方法：電焊電焊（電弧焊電弧焊、電阻焊、電渣焊）、電阻焊、電渣焊） 氣焊氣焊 手工焊手工焊 電弧焊電弧焊 自

2、動焊自動焊 半自動焊半自動焊 一、焊接接頭的型式一、焊接接頭的型式 頂接頂接對接對接搭接搭接二、焊縫的種類及構造二、焊縫的種類及構造 1對接焊縫對接焊縫：板邊開坡口的焊縫都稱為對接焊縫。：板邊開坡口的焊縫都稱為對接焊縫。 圖圖4-2 對接焊縫常用坡口型式及標注方法對接焊縫常用坡口型式及標注方法構造要求構造要求： 圖圖4-3 不同寬度或厚度的構件對接不同寬度或厚度的構件對接 2角焊縫：角焊縫：不開坡口的焊縫都稱為角焊縫。不開坡口的焊縫都稱為角焊縫。 角焊縫的兩個主要參數(shù)：角焊縫的兩個主要參數(shù)： 焊腳尺寸焊腳尺寸hf ：等腰直角三角形的腰長等腰直角三角形的腰長(亦稱焊高亦稱焊高)； 計算厚度計算厚

3、度he ：等腰直角三角形斜邊上的高等腰直角三角形斜邊上的高( (亦稱有效厚度亦稱有效厚度) )。 手工焊：手工焊：he = hf sin 45 = 0.7hf 自動焊：自動焊：he = hf he手工焊手工焊 自動焊自動焊 角焊縫的尺寸應符合下列要求：角焊縫的尺寸應符合下列要求： 最小焊腳尺寸最小焊腳尺寸 (mm)，當焊件當焊件厚度厚度tmax 4mm時，取時，取hf =tmax。 最大焊腳尺寸最大焊腳尺寸hf max 1.2tmin 。 角焊縫角焊縫最小計算長度最小計算長度f min 40mm及及8hf。 側焊縫最大計算長度側焊縫最大計算長度f max 60hf （承受靜載荷時）（承受靜載荷

4、時）或或40hf（承受動載荷時）。承受動載荷時）。maxmin5 . 1thf1 1對接焊縫對接焊縫 計算截面積計算截面積= =(焊縫計算厚度焊縫計算厚度) )f (焊縫計算長度焊縫計算長度) ) 計算假定計算假定：計算截面上，應力均勻分布。：計算截面上，應力均勻分布。 承受軸心拉力或壓力的對接焊縫計算承受軸心拉力或壓力的對接焊縫計算 hflN hfhflNlNcos sin 剪應力正應力對接斜焊縫對接斜焊縫對接正焊縫對接正焊縫三、焊縫計算三、焊縫計算 f焊縫計算長度，采用引弧板時，取焊縫實長，焊縫計算長度，采用引弧板時，取焊縫實長， 否則取焊縫實長減否則取焊縫實長減10mm。h、h對接焊縫的

5、許用正應力、剪應力，查表對接焊縫的許用正應力、剪應力，查表4-1。 表表4-1 焊縫的許用應力焊縫的許用應力 承受彎矩和剪力共同作用時的對接焊縫計算承受彎矩和剪力共同作用時的對接焊縫計算 hfWM1hffIQS0h22222 如工字鋼：如工字鋼： 最大正應力最大正應力（圖示計算點（圖示計算點1） 最大剪應力最大剪應力（圖示計算點（圖示計算點0） 折算應力折算應力（圖示計算點（圖示計算點2）2 2角焊縫角焊縫 側焊縫的破壞形式側焊縫的破壞形式 計算截面積計算截面積= = he f (焊縫計算長度之和焊縫計算長度之和) ) 計算假定計算假定：對角焊縫，無論其受何種力作用（軸向力、彎：對角焊縫，無論

6、其受何種力作用（軸向力、彎 矩、扭矩等），一律認為角焊縫的破壞形式是矩、扭矩等），一律認為角焊縫的破壞形式是 沿焊縫沿焊縫450分角面方向發(fā)生剪切破壞。分角面方向發(fā)生剪切破壞。 同時假定剪應力在計算截面上均勻分布。同時假定剪應力在計算截面上均勻分布。 承受軸向拉力（或壓力）的角焊縫計算承受軸向拉力（或壓力）的角焊縫計算 hfelhN受軸向力的角焊縫計算圖受軸向力的角焊縫計算圖剪應力沿側焊縫分布圖剪應力沿側焊縫分布圖 lf焊縫接頭一側，各段角焊縫計算長度之和。焊縫接頭一側，各段角焊縫計算長度之和。規(guī)定：規(guī)定：側焊縫側焊縫f max 60hf ( (靜載靜載) )或或40hf( (動載動載) )角

7、焊縫按下式驗算強度角焊縫按下式驗算強度不對稱構件搭接接頭處焊縫長度的分配：不對稱構件搭接接頭處焊縫長度的分配：肢背、肢尖焊縫所受剪應力：肢背、肢尖焊縫所受剪應力： 111lhNe222lhNe211212eellNN角鋼與節(jié)點板的搭接接頭角鋼與節(jié)點板的搭接接頭 N N1 1 e e1 1= =N N2 2 e e2 2對重心取矩：對重心取矩：若使若使1 =2則則l1肢背焊縫長度；肢背焊縫長度；l2肢尖焊縫長度。肢尖焊縫長度。 7 . 0:3 . 0:12ll75. 0:25. 0:12ll65. 0:35. 0:12ll 不對稱構件搭接接頭處焊縫長度的分配：不對稱構件搭接接頭處焊縫長度的分配：

8、等肢角鋼等肢角鋼不等肢角鋼并以短肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼并以短肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼并以長肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼并以長肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼以短肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼以短肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼以長肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼以長肢焊連節(jié)點板 承受扭矩和剪力共同作用時的角焊縫計算承受扭矩和剪力共同作用時的角焊縫計算偏心載荷偏心載荷P P計算假定：計算假定：軸力軸力P P扭矩扭矩Mn feplhPCr22yxr式中式中 C為比例常數(shù)，為比例常數(shù)，均布均布 連板件是絕對剛性的，而焊縫是彈性的。連板件是絕對剛性的，而焊縫是彈性的。P+Mn焊縫上任一微面積元傳遞的剪力為焊縫上任一微面積元傳遞的剪力為 剪力剪力d

9、N繞繞O點的力矩為點的力矩為全部焊縫傳遞的扭矩應與外扭矩全部焊縫傳遞的扭矩應與外扭矩Mn平衡平衡 由此求得比例常數(shù)由此求得比例常數(shù)式中式中I Ip p焊縫計算截面對形心焊縫計算截面對形心O O點的極慣性矩，按下式計算點的極慣性矩，按下式計算: :CrdAdAdNdACrrdNdMn2pnnCIdArCdMM2yxpIIdAyxdArI222pnIMC 因此焊縫上任一點處的剪應力為因此焊縫上任一點處的剪應力為剪應力剪應力 沿坐標軸方向的分量沿坐標軸方向的分量 x x及及 y y 為為 焊縫任一點處的總剪應力為焊縫任一點處的總剪應力為 pnIrMPnyPnxIxMrxIyMry hxyp22)(

10、承受彎矩和剪力共同作用時的角焊縫計算承受彎矩和剪力共同作用時的角焊縫計算 偏心載荷偏心載荷Q Q 剪力剪力Q Q + + 彎矩彎矩M M (Q(Qe e) )計算假定：計算假定：剪力剪力Q由腹板焊縫平均承受由腹板焊縫平均承受 彎矩彎矩M M由全部焊縫承受由全部焊縫承受 fQAQfMIMyhMQ22Q與與M的向量和為的向量和為四、焊接的疲勞強度四、焊接的疲勞強度 工作級別工作級別A6級級的焊接件應驗算疲勞強度的焊接件應驗算疲勞強度(見第三章見第三章)。提高焊接接頭疲勞強度的措施提高焊接接頭疲勞強度的措施 1.1.合理設計焊縫及焊接接頭型式合理設計焊縫及焊接接頭型式優(yōu)先采用對接平焊縫；優(yōu)先采用對接

11、平焊縫；避免焊縫立體交叉；避免焊縫立體交叉；使焊縫重心與構件重心重合。使焊縫重心與構件重心重合。 2.2.采用合理的焊接工藝采用合理的焊接工藝盡量采用自動焊；盡量采用自動焊；采用合理的焊接程序，盡量避免仰焊和立焊；采用合理的焊接程序，盡量避免仰焊和立焊；焊縫兩端采用引弧板；焊縫兩端采用引弧板； 不同寬、厚構件對接時不同寬、厚構件對接時, ,接頭處板的寬度或厚度應逐漸過渡。接頭處板的寬度或厚度應逐漸過渡。 第二節(jié)第二節(jié) 螺栓連接螺栓連接 第二節(jié)第二節(jié) 螺栓連接螺栓連接 一、概述一、概述1. 螺栓分類 普通螺栓普通螺栓：材料為：材料為35#、45#、Q235等；等；高強度螺栓高強度螺栓：材料：材料

12、40B或或45#經(jīng)熱處理。經(jīng)熱處理。精制：用于受拉或受剪的連接精制：用于受拉或受剪的連接。粗制：用于受拉的連接或臨時定位用粗制：用于受拉的連接或臨時定位用；螺栓螺栓普通螺栓高強度螺栓高強度螺栓受剪時受剪時，按設計準則分為：，按設計準則分為：高強度螺栓摩擦型摩擦型：外剪力摩擦力，用于受動載的連接；：外剪力摩擦力，用于受動載的連接；承壓型：承壓型：外剪力摩擦力，用于受靜力或間接外剪力摩擦力，用于受靜力或間接動載的連接動載的連接.承壓型螺栓連接普通螺栓連接普通螺栓連接: 靠螺栓的抗剪和承壓來傳遞外剪力?？柯菟ǖ目辜艉统袎簛韨鬟f外剪力。 高強度螺栓連接高強度螺栓連接 摩擦型高強度螺栓連接：摩擦型高強度

13、螺栓連接：僅靠構件間的僅靠構件間的摩擦力摩擦力 傳遞外剪力；傳遞外剪力； 承壓型高強度螺栓連接承壓型高強度螺栓連接：靠構件間的：靠構件間的摩擦力摩擦力和和 螺栓的螺栓的承壓承壓、剪切剪切共同傳遞外剪力共同傳遞外剪力。 2 2螺栓連接的工作原理螺栓連接的工作原理3 3承壓型螺栓連接的破壞形式承壓型螺栓連接的破壞形式圖圖 承壓型螺栓連接的破壞型式承壓型螺栓連接的破壞型式 (a)栓身剪壞；栓身剪壞；(b)板被剪壞；板被剪壞； (c)栓身壓壞；栓身壓壞； (d)板被壓壞；板被壓壞；(e)栓身彎曲破壞；栓身彎曲破壞；(f)栓身拉斷栓身拉斷二、螺栓連接的布置二、螺栓連接的布置1布置原則布置原則: 排列簡單

14、、緊湊，規(guī)格盡量統(tǒng)一，排列簡單、緊湊，規(guī)格盡量統(tǒng)一，結構合理，裝拆方便。結構合理，裝拆方便。2 2排列方式排列方式 圖圖 螺栓排列及其最小栓距螺栓排列及其最小栓距 （a）并列式；并列式； （b）錯列式。錯列式。 1 1單栓抗剪承載力單栓抗剪承載力 普通螺栓的單栓抗剪承載力普通螺栓的單栓抗剪承載力 計算假定計算假定：壓應力在栓孔直徑平面上均布；：壓應力在栓孔直徑平面上均布； 剪應力在栓身截面上均布。剪應力在栓身截面上均布。 根據(jù)承壓條件決定的單栓承載力為根據(jù)承壓條件決定的單栓承載力為根據(jù)抗剪條件決定的單栓承載力為根據(jù)抗剪條件決定的單栓承載力為單栓的抗剪承載力單栓的抗剪承載力取二者中較小者，即取二

15、者中較小者，即 ccdN 42dnNjj ),min(jcNNN (4-16a)(4-16b)(4-17)back三、受剪螺栓連接的計算三、受剪螺栓連接的計算式中式中d螺栓栓身直徑；螺栓栓身直徑； 同一方向承壓板件總厚度同一方向承壓板件總厚度,取兩個方向板件總厚度較小者；取兩個方向板件總厚度較小者； nj剪切面數(shù)目，單剪剪切面數(shù)目，單剪nj = 1，雙剪，雙剪nj = 2； = min( ， 1+ 2） 孔壁許用承壓應力孔壁許用承壓應力,對粗制螺栓對粗制螺栓, ,對精制螺栓對精制螺栓, 為被連接構件基材的許用正應力；為被連接構件基材的許用正應力； c 4 . 1c 8 . 1c 螺栓的許用剪應

16、力螺栓的許用剪應力,對粗制螺栓對粗制螺栓, ,對精制螺栓對精制螺栓, 為螺栓材料的許用正應力為螺栓材料的許用正應力. 6 . 0 8 . 0 摩擦型高強度螺栓的單栓抗剪承載力摩擦型高強度螺栓的單栓抗剪承載力 式中式中P P單栓的預緊力，見表單栓的預緊力，見表4-34-3；f f摩擦系數(shù)，見表摩擦系數(shù)，見表4-44-4；n nm傳力摩擦面數(shù)，單剪傳力摩擦面數(shù)，單剪n nm=1=1，雙剪雙剪n nm=2=2。 mmPfnKPfnN7.0(4-18)2 2軸心受剪螺栓連接的計算軸心受剪螺栓連接的計算 計算假定計算假定：各螺栓受力相等。各螺栓受力相等。 連接所需螺栓數(shù)連接所需螺栓數(shù) NNZ (4-19

17、)普通螺栓普通螺栓N按式（按式（4-17）計算）計算；摩擦型高強度螺栓摩擦型高強度螺栓N按式按式(4-18)計算。計算。 式中式中 N對接接頭對接接頭 搭接接頭搭接接頭被連接件強度驗算被連接件強度驗算 jAN)(ndbAj) 1(2221ndeaneAj(4-20) II II截面截面IIIIIIII截面截面A Aj j計算簡圖計算簡圖（a a）并列式；（并列式；（b b）錯列式；（錯列式；（c c）計算圖計算圖3 3偏心受剪螺栓連接的計算偏心受剪螺栓連接的計算zFNFiMirkN 扭矩扭矩M作用下作用下 剪力剪力F F 計算假定計算假定： 偏心載荷偏心載荷F F 軸力軸力F F + + 彎矩

18、彎矩M(FM(Fe e) ) 任一螺栓傳遞的扭矩為任一螺栓傳遞的扭矩為 Mi =NM iri =kri2)()(1122222ziziiiiiiyxkyxkrkM22iiyxMk22iiiiiMiyxMrrkN(4-22)由此求得比例常數(shù)為由此求得比例常數(shù)為根據(jù)平衡條件，所有螺栓傳遞的扭矩應等于外扭矩根據(jù)平衡條件，所有螺栓傳遞的扭矩應等于外扭矩任一螺栓所受剪力為任一螺栓所受剪力為 2222iiAMyAiiAMxAyxMxNyxMyN)(22NNNNNMyAFMxA普通螺栓普通螺栓N按式（按式（4-17）計算）計算；摩擦型高強度螺栓摩擦型高強度螺栓N按式按式(4-18)計算。計算。 式中式中 N

19、(4-23)(4-24)在軸力在軸力F F及扭矩及扭矩M M 共同作用，螺栓最大剪力為共同作用，螺栓最大剪力為back 8 . 0442121ddNtttNT 普通螺栓受力分析圖普通螺栓受力分析圖 I- I-螺栓螺栓；II-II-被連接件被連接件。校核式校核式1受拉螺栓的單栓承載力受拉螺栓的單栓承載力四、受拉螺栓連接的計算四、受拉螺栓連接的計算 普通螺栓單栓抗拉承載力普通螺栓單栓抗拉承載力高強度螺栓的單栓抗拉承載力高強度螺栓的單栓抗拉承載力 PNt7 . 0tNT 校核式：校核式：高強度螺栓受力分析圖高強度螺栓受力分析圖I- I-螺栓螺栓；II-II-被連接件被連接件。 2. 2. 彎矩使螺栓

20、受拉時螺栓連接的計算彎矩使螺栓受拉時螺栓連接的計算普通螺栓連接普通螺栓連接 剛性法蘭板繞邊緣傾覆；剛性法蘭板繞邊緣傾覆；中性軸位于中性軸位于y y0 0軸上；軸上；TiTi與與 成正比成正比: :ix iixkT普通螺栓受力圖計算假定計算假定 若第若第i i列螺栓數(shù)為列螺栓數(shù)為m mi i，則所有螺栓對則所有螺栓對y y0 0軸的合力矩軸的合力矩應與外力矩應與外力矩M M平衡：平衡： 2iiiiixmkxTmM2iixmMk2iiiiixmxMxkTmax xtiiNxmxMT2maxmax(4-29)距中性軸最遠點距中性軸最遠點 處，螺栓最大拉力驗算式處，螺栓最大拉力驗算式則比例常數(shù)則比例常

21、數(shù)距中性軸距中性軸y0距離為距離為xi的螺栓受力為的螺栓受力為高強度螺栓連接高強度螺栓連接 222iiiiixmkxTmM22iixmMk校核：校核：tiiNxmMxT2maxmax2(4-30)高強度螺栓受力圖 則則假定中性軸為假定中性軸為y軸軸iikxT 1. 1. 同時受拉、受剪螺栓連接的單栓承載力同時受拉、受剪螺栓連接的單栓承載力普通螺栓普通螺栓(4-32)122ctjNNNTNN 可能的破壞形式：可能的破壞形式： 螺栓桿受剪兼受拉破壞；孔壁承壓破壞。螺栓桿受剪兼受拉破壞；孔壁承壓破壞。校核校核五、同時受拉受剪螺栓連接的計算五、同時受拉受剪螺栓連接的計算摩擦型高強度螺栓摩擦型高強度螺栓

22、TPfnNmj4 . 17 . 0PTNNj7 .0(4-33)(4-34)校核校核有拉力有拉力T T作用時的單栓抗剪承載力為作用時的單栓抗剪承載力為2. 2. 同時受拉、受剪螺栓連接的計算同時受拉、受剪螺栓連接的計算螺栓最大拉力螺栓最大拉力 在剪力在剪力N N及扭矩及扭矩M Mn n作用下螺栓的計算作用下螺栓的計算, ,見式（見式（4-244-24）；）；在拉力和剪力共同作用下螺栓的計算在拉力和剪力共同作用下螺栓的計算, ,見式見式(4-32)(4-32)(4-34)(4-34)。 tiixiiyANzQymyMxmxMT2max2maxtiixiiyANzQymyMxmxMT2max2max22受拉又受剪之螺栓連接普通螺栓普通螺栓高強度螺栓高強度螺栓六、梁的拼接計算六、梁的拼接計算翼緣板拼接所需的螺栓數(shù)翼緣板拼接所需的螺栓數(shù) yyAN圖 梁的安裝拼接yyANNNny翼緣板拼接一側所需螺栓數(shù)翼緣板拼接一側所需螺栓數(shù) 按等強度條件計算的內(nèi)力按等強度條件計算的內(nèi)力(4-37)(4-38)(4-39) 翼緣板傳遞的內(nèi)力腹板的拼接設計腹板的拼接設計 計算假定計算假