鋼結(jié)構(gòu)連接與受力分析

1、鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 連接要求連接要求 足夠的強(qiáng)度、剛度和延性連接方法連接方法 焊接、鉚接和螺栓連接1 鋼結(jié)構(gòu)對連接的要求及連接方法（a）焊接連接；（b）鉚釘連接；（c）螺栓連接 2 焊接連接的特性焊接連接的特性 1 焊接方法 電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等2 焊接連接的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 省工省材 任何形狀的構(gòu)件均可直接連接 密封性好，剛度大缺點(diǎn) 材質(zhì)劣化 殘余應(yīng)力、殘余變形 一裂即壞、低溫冷脆3 焊縫缺陷 焊縫缺陷 裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、 焊瘤等(a) 熱裂紋；(b) 冷裂紋；(c) 氣孔；(d) 燒穿；(e) 夾渣(f) 根部未焊透；(g) 邊緣未熔合；(h) 層間未熔合

2、；(i) 咬邊；(j) 焊瘤 焊縫等級：鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50205）三級三級焊縫：外觀檢查二級焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無損檢驗(yàn)，用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫的20長度，且不小于200mm一級焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷 強(qiáng)度折減： 高空安裝焊縫，強(qiáng)度設(shè)計值乘以0.9 4 焊縫連接型式及焊縫型式連接型式 平接、搭接、T形連接和角接連接型式 對接焊縫和角焊縫正面角焊縫側(cè)面角焊縫連續(xù)角焊縫斷續(xù)角焊縫施焊位置 俯焊（平焊）、立焊、橫焊和仰焊5 焊縫代號作用 表明焊縫型式、尺寸和輔助要求表示方法 由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成3 對接焊縫

3、的構(gòu)造和計算對接焊縫的構(gòu)造和計算 1 構(gòu)造要求坡口形式 分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫（也叫Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫和雙Y形縫等（a）I形縫；（b）帶鈍邊單邊V形縫；（c）Y形縫（d）帶鈍邊U形縫；（e）帶鈍邊雙單邊V形縫；（f）雙Y形縫；（g）、（h）、（i）加墊板的I形縫、帶鈍邊單邊V形縫和Y形縫 2 對接焊縫的計算計算原則 用計算 焊件的方法。I、II級等強(qiáng)不計算，僅計算III級焊縫（1）軸心受力的對接焊縫 N（lwt）fwt或fwc（2）受彎、受剪的對接焊縫計算 MWw fwt VS（Iwt ） fwVwtzsf1 . 132B2B3 部分焊透的對

4、接焊縫計算原則：按角焊縫計算4 角焊縫的構(gòu)造和計算角焊縫的構(gòu)造和計算 1 構(gòu)造和強(qiáng)度截面形狀 應(yīng)力分布 側(cè)面角焊縫的應(yīng)力分布角焊縫的應(yīng)力位移曲線 正面角焊縫的應(yīng)力分布焊腳尺寸 hf 應(yīng)與焊件的厚度相適應(yīng)。 對手工焊，hf應(yīng)不小于 ，t為較厚焊件的厚度（mm），對自動焊，可減小1mm； hf應(yīng)不大于較薄焊件厚度的1.2倍。 t5.1 對于板件邊緣的焊縫，當(dāng)t 6mm時， hf t ；當(dāng)t 6mm時， hf t (12)mm。焊縫長度焊縫長度 lw也不應(yīng)太長或太短，其計算長度不宜小于8hf或40mm ，且不宜大于60hf2 角焊縫計算的基本公式wff3)( 32/22fxfxefyfyefzfze

5、, , NAVAVAefxfyfxefye/2+/2 /2/2ANNAAfxfy/2/2fyfx/fz/2/2, 則有22w2ffzfyfzfyfz33/2/2/2/2f可得角焊縫計算的基本公式為222wfxfyfxfyfzf2()3f僅有平行于焊縫長度方向的軸心力時wfewf/()Nhlf僅有垂直于焊縫長度方向的軸心力時wfewff/()Nhlf受各力綜合作用時22wffff/f3 常用連接方式的角焊縫計算1、受軸心力作用的拼接板連接僅側(cè)面角焊縫（圖a）wffewNfhl 僅正面角焊縫（圖b）wfffewNfhl 三面圍焊時（圖c） 先計算計算正面角焊縫受力N1，剩 余的N N1由側(cè)面角焊縫

6、承擔(dān)。菱形拼接板（圖d） 簡化計算不計正面及斜焊縫的f：wfewNfhl 2、受軸心力作用的角鋼連接當(dāng)用側(cè)面角焊縫連接時（圖a）肢背 N1=e2 N /（e1+e2）=K1 N 肢尖 N2=e1 N /（e1+e2）=K2 N 三面圍焊時（圖b）正面角焊縫承擔(dān)的力為 N3 =0.7hflw3f ffw側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力為 肢背 N1 =e2 N /（e1+e2）N3 /2=K1 NN3 /2 肢尖 N2 =e1 N /（e1+e2）N3 /2=K2NN3 /2 L形焊縫（圖c）正面角焊縫承擔(dān)的力為 N3 =0.7hflw3f ffw側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力為 N1 = N N33、彎矩作用下的焊縫w

7、fffwMfW4、扭矩作用下的焊縫焊縫群受扭：焊縫群受扭：假定 被連接構(gòu)件是絕對剛性的，而螺栓則是彈性的； 被連接板件繞角焊縫有效截面形心o旋轉(zhuǎn)，角焊縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心o的連線，應(yīng)力的大小與其距離r的大小成正比。 AAxy; T rJIIJAyTAxTrJTAxAyTrJ環(huán)焊縫受扭環(huán)焊縫受扭5、彎矩、剪力和軸心力共同作用MVNAAAwewew; ; MVNWhlhlMN2V2wAAAff()()f6、扭矩、剪力和軸心力共同作用yVNTTxAAAAewew; ; ; T rVNT rhlhlJJTV2TT2wAAAAff()()f7、塞焊計算1 焊接殘余應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因縱

8、向殘余應(yīng)力5 焊接殘余應(yīng)力和殘余變形焊接殘余應(yīng)力和殘余變形橫向殘余應(yīng)力厚度方向的殘余應(yīng)力約束狀態(tài)下的焊接應(yīng)力2 焊接殘余應(yīng)力的影響對結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響對結(jié)構(gòu)剛度的影響對壓桿穩(wěn)定的影響對低溫冷脆的影響對疲勞強(qiáng)度的影響3 焊接殘余變形殘余變形形式殘余變形形式4 減小焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法采取合理的施焊次序施焊前加相反的預(yù)變形（圖a、b）焊前預(yù)熱，焊后回火（圖c）5 合理的焊縫設(shè)計焊接位置要合理，布置應(yīng)盡量對稱于截面重心焊縫尺寸要適當(dāng)，采用較小的焊腳尺寸焊縫不宜過分集中（圖a）應(yīng)盡量避免三向焊縫交叉（圖b）考慮鋼板分層問題（圖c）焊條易達(dá)到（圖d）避免仰焊6 普通螺栓的構(gòu)造和計算普通螺栓的

9、構(gòu)造和計算 普通螺栓連接 A、B級螺栓5.6級和8.8級，d0-d=0.30.5mm，鉆成孔 C級螺栓4.6級和4.8級，d0-d=1.01.5mm，沖成孔 高強(qiáng)度螺栓連接 8.8級和10.9級， d0-d=1.01.5mm，鉆成孔 摩擦型連接，承壓型連接1 螺栓連接的排列和構(gòu)造要求 排列方式：并列或錯列 排列要求 受力要求： 鋼板端部剪斷，端距不應(yīng)小于2d0; 受拉時，栓距和線距不應(yīng)過??； 受壓時，沿作用力方向的栓距不宜過大 構(gòu)造要求 栓距和線距不宜過大 施工要求 有一定的施工空間 孔、螺栓圖例 2 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算 傳力方式：抗剪螺栓 抗拉螺栓 同時抗剪抗拉螺栓計算方法：螺栓承載力

10、計算 螺栓群中受力最大螺栓 1 單個螺栓的承載力設(shè)計值單個螺栓的承載力設(shè)計值 = 螺栓螺栓1的內(nèi)力的內(nèi)力 （1）單個螺栓的承載力設(shè)計值 （2）螺栓群內(nèi)力計算btbCVNNN、b1、抗剪螺栓連接、抗剪螺栓連接破壞形式：螺栓桿剪斷；孔壁壓壞；板被拉斷；板端被剪斷；螺栓桿彎曲 受力狀態(tài)：彈性時兩端大而中間小，進(jìn)入塑性階段后，因內(nèi)力重分布使各螺栓受力趨于均勻。 為防止“解紐扣”破壞，當(dāng)連接長度l1 較大時，應(yīng)將螺栓的承載力乘以折減系數(shù) ：當(dāng) l115d0 時， =1.0當(dāng) 15d0l160d0 時， =1.1l1/150d0 當(dāng) l160d0 時， =0.7 一個抗剪螺栓的設(shè)計承載力計算 抗剪抗剪承載

11、力設(shè)計值： bvvbvfdnN42 承壓承壓承載力設(shè)計值： bcbcftdN(a) 單剪 (b) 雙剪 (c) 四剪面一個抗剪螺栓的承載力設(shè)計值應(yīng)取上面兩式的較小值較小值。 2、抗拉螺栓連接、抗拉螺栓連接破壞形式：螺栓桿拉斷抗拉承載力設(shè)計值btebtebtfAfdN42為考慮撬力撬力的影響，規(guī)范規(guī)定普通螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計值ftb取同樣鋼號鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計值f的0.8倍(即ftb=0.8f ) 3、螺栓群的內(nèi)力計算a.螺栓在軸心力作用下的抗剪計算螺栓在軸心力作用下的抗剪計算 軸力通過螺栓群的形心，內(nèi)力均勻分布 螺栓數(shù)目bmin/nNN 板件凈截面強(qiáng)度 n/NAf 凈截面面積和受力 并列并列（圖a）

12、N1=N； N2 =N(n1/n) N ；N3 = N (n1+n2)/n N 對被連接板：An=t (bn1d0)對拼接板： An =2t1 (bn3d0)錯錯 列列（圖b） 除考慮1-1截面破壞外，還要考慮2-2截面的破壞，凈截面面積為 22n4212202(1)Ateneen db、螺栓群在扭矩作用下的抗剪計算、螺栓群在扭矩作用下的抗剪計算 基本假定 被連接構(gòu)件是絕對剛性的，而螺栓則是彈性的； 各螺栓繞螺栓群形心o旋轉(zhuǎn)，其受力大小與其至螺栓群形心o的距離r成正比，力的方向與其至螺栓群形心的連線相垂直。TTT1122nnTN rN rN r 平衡條件： 根據(jù)螺栓受力大小與其至形心o的距離r

13、成正比條件 TTT12n12nNNNrrr 則 TTn22221112n111()iiNNTrrrrrr 或 T111222iiiTrTrNrxyT11x22iiTyNxyT11y22iiTxNxybvTNN1驗(yàn)算 c、螺栓群在扭矩、剪力和軸心力作用下的抗剪計算、螺栓群在扭矩、剪力和軸心力作用下的抗剪計算在剪力V和軸力N作用下，螺栓均勻受力： V1y/NVnN1x/NNn則螺栓1受的最大剪力N1應(yīng)滿足： NT2VT2b11x1x1y1ymin()()NNNNNN在扭矩T作用下，螺栓1 受力為 d、螺栓群在軸心力作用下的抗拉計算、螺栓群在軸心力作用下的抗拉計算 軸力通過螺栓群的形心，內(nèi)力均勻分布

14、bt/nNNe、螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算、螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算假定：中和軸在 指向的第一排螺栓處 Mb11t2iMyNNmy則 M2iym指所有螺栓對中和軸之距平方和。 f、螺栓群同時受剪力和拉力的計算、螺栓群同時受剪力和拉力的計算支托僅起安裝作用： 螺栓群受力為M=Ve和剪力V，則M2t11/()iNNMymyv/NVn螺栓不發(fā)生拉剪破壞： 22vtbbvt()()1NNNN板不發(fā)生承壓破壞： bvcNN支托承受剪力： 螺栓群只承受彎矩M=Ve作用，則M2bt11t/()iNNMymyN支托和柱翼緣的角焊縫驗(yàn)算： wfewf()V hlf為考慮剪力V偏心對角焊縫的影響，取1.25

15、1.351 高強(qiáng)度螺栓連接的性能 級別：10.9級和8.8級 （小數(shù)點(diǎn)前為螺栓熱處理后的最低抗拉強(qiáng)度，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字是屈強(qiáng)比） 栓孔：鉆成孔 按受力特征分類：摩擦型連接、承壓型連接 影響承載力的因素： 栓桿預(yù)拉力、連接表面抗滑移系數(shù)和鋼材種類7 高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計算高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計算1、高強(qiáng)螺栓連接的預(yù)拉力、高強(qiáng)螺栓連接的預(yù)拉力 施加方法：施加方法：扭矩法、轉(zhuǎn)角法和扭剪法 預(yù)拉力設(shè)計值：預(yù)拉力設(shè)計值：高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力設(shè)計值按材料強(qiáng)度和螺栓有效截面積確定，取值時考慮：螺栓材料抗力的變異性，引入折減系數(shù)0.9；施加預(yù)應(yīng)力時為補(bǔ)償預(yù)拉力損失超張拉5%10%，引入折減系數(shù)0.9；在扭緊螺

16、栓時，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載力，引入折減系數(shù)1/1.2；鋼材由于以抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)，引入附加安全系數(shù)0.9。ueue/1.20.608PfAf A2、高強(qiáng)螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)、高強(qiáng)螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù) 對于承壓型連接，只要求清除油污及浮銹；對于摩擦型連接，要求見下表：3、高強(qiáng)螺栓的排列、高強(qiáng)螺栓的排列 要求同普通螺栓，同樣要考慮連接長度對承載力的不利影響。2 高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值1、高強(qiáng)螺栓摩擦型連接、高強(qiáng)螺栓摩擦型連接bvRfNnPR為抗力分項(xiàng)系數(shù)R的倒數(shù)，一般取0.9，最小板厚t6mm的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)取0.8 2、高強(qiáng)螺栓承壓型連接、高強(qiáng)螺

17、栓承壓型連接 破壞狀態(tài)同普通螺栓，極限承載力由桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動作用，計算方法和普通螺栓相同。3 高強(qiáng)度螺栓群的抗剪計算1、軸心力作用時（內(nèi)力均勻分布）、軸心力作用時（內(nèi)力均勻分布） 螺栓數(shù)： 構(gòu)件凈截面強(qiáng)度： 對于承壓型連接，驗(yàn)算與普通螺栓相同對于承壓型連接，驗(yàn)算與普通螺栓相同；對于摩擦型連接，要考慮孔前傳力的影響（占螺栓傳力的50%）bmin/nNN10.5(1)nNNn 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接的孔前傳力2、扭矩作用時，及扭矩、剪力和軸心力共同時、扭矩作用時，及扭矩、剪力和軸心力共同時 螺栓群受扭矩T、剪力V和軸心力N共同作用的高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪計算與普通螺栓相同，

18、只是用高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計值。4 高強(qiáng)度螺栓的抗拉計算1、高強(qiáng)度螺栓的抗拉連接性能、高強(qiáng)度螺栓的抗拉連接性能當(dāng)Nt=0.8P時，Pf=1.07P?？烧J(rèn)為螺栓中的預(yù)拉力基本不變。 撬力的影響：撬力的影響：限制抗拉承載力在0.8P以內(nèi)2、高強(qiáng)度螺栓的抗拉連接計算、高強(qiáng)度螺栓的抗拉連接計算 抗拉承載力bt0.8NP 軸心拉力的螺栓數(shù)：bt/ 0.8nNNNP 彎矩作用時：承載力極限狀態(tài)： 板不被拉開時，中和軸在螺栓群形心處； 板可被拉開時，與普通螺栓一樣，中和軸在M指向的 第一排螺栓處M211/()0.8iNMymyP5 同時承受剪力和拉力的高強(qiáng)度螺栓連接計算1、高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接、高強(qiáng)度螺栓摩

19、擦型連接由于外拉力的作用，板件間的擠壓力降低；每個螺栓的抗剪承載力也隨之減少；抗滑移系數(shù)隨板件間的擠壓力的減小而降低。 vtbbvt1NNNN2、高強(qiáng)度螺栓承壓型連接、高強(qiáng)度螺栓承壓型連接22vtbbvt()()1NNNNbvc/1.2NN且 當(dāng)剪切面在螺紋處時，取 b2bvev/ 4Ndf 疊放板材的彎曲變形8 焊接梁翼緣焊縫的計算焊接梁翼緣焊縫的計算 無局部壓應(yīng)力時的梁翼緣焊縫受力11x w/()VSI tH1w1x ww1x1/()/TtVSI ttVSI wfhe1fxf/(21)/(1.4)ThVSh Ifwf1fx/(1.4)hVSfI焊縫受力： 焊腳尺寸： 雙層翼緣板時的焊縫受力 有局部壓應(yīng)力時的梁翼緣焊縫受力vcwww zz11FFTttt ll vfef z211.4TFhh l22wffff/f則 221fwff zx11.4FVShflI焊腳尺寸為： 功能： 將柱子內(nèi)力可靠地傳給基礎(chǔ)； 和基礎(chǔ)有牢固連接； 盡可能符合計算簡圖。 連接方式： 鉸接：支承式 剛接：支承式(外露