鋼橋的連接方式分類及相應設計方法講解

1、授課老師：單擊此處添加標題文字鋼橋的連接方式分類及相應設計方法講解內容一、鋼橋的連接方式二、焊縫連接三、角焊縫的設計與計算四、高強螺栓連接一、鋼橋的連接方式鋼橋中部件的連接方式焊接螺栓連接鉚釘連接接焊接1優(yōu)點焊接剛度較大，密封性較好對鋼材從任何方位、角度和形狀相交都能方便使用1一般不需要附加連接板、連接角鋼等零件2一般不需要在鋼材上開孔，不使截面受削弱3缺點焊接塑性和韌性較差，脆性較大，疲勞強度較低焊接附近鋼材因焊接的高溫作用而形成熱影響區(qū)，其金相組織和機械性能發(fā)生變化，某些部位材質變脆1焊接過程中鋼材受到不均勻的高溫和冷卻，使結構產生焊接殘余應力和殘余變形，影響結構的承載力、剛度和使用性能2

2、焊接可能出現氣孔、夾渣、咬邊、弧坑裂紋、根部收縮、接頭不良等，影響結構疲勞強度3優(yōu)點缺點螺栓連接2連接類型擰緊方式傳力方式普通螺栓普通扳手通過 螺桿受剪力和桿件孔壁承受壓力 傳力或 螺桿受拉 傳力高強螺栓特制的、能控制扭矩或螺栓拉力的扳手通過 部件接觸間的摩擦力 傳力或 被連接板件間的預壓力 傳力優(yōu)點普通螺栓便于拆卸。適用于需要裝拆的結構連接和臨時性連接。高強螺栓強度高、對螺孔加工精度要求較低、連接構件間不宜產生滑動、剛度大。適合構件間的工地現場安裝連接。安裝方便，特別適用于工地安裝連接12缺點需要在板件上開孔和拼裝時對孔，增加制造工作量螺栓孔會削弱構件截面被連接板件需要互相搭接或另加角鋼或拼

3、接板等連接件，多費鋼材123（1）普通螺栓連接螺栓等級鋼材牌號尺寸優(yōu)點缺點使用范圍A級45號鋼或35號鋼直徑d24mm,長度l 150mm和10d加工精度高、尺寸準確和桿壁接觸緊密；可承受較大的剪力、拉力；抗疲勞性能較好；連接變形較小制造、安裝較費工，價格昂貴在鋼橋中很少采用B級直徑d24mm,長度l 150mm和10dC級Q235BF尺寸不很準確，孔徑比螺栓直徑大12mm結構裝配和螺栓裝拆方便，比較適用于承受拉力受剪性能較差，各個螺栓受力較不均勻承受拉力的安裝螺栓連接、次要結構和可拆卸結構的受剪性能、安裝時的臨時連接（2）高強螺栓連接螺栓類型尺寸抵抗外載方式設計強度標準優(yōu)點缺點摩擦型孔徑比螺

4、栓直徑大1.52mm螺栓擰緊力所提供的摩擦力。產生急劇變形（主滑動）時的荷載整體性和剛度好、變形小、受力可靠、耐疲勞螺栓的高強度沒被充分利用承壓型孔徑比螺栓直徑大11.5mm被連接板件間的預壓力桿身剪切或孔壁承壓破壞時的荷載作為連接受剪的極限承載力螺栓的高強度得到充分利用，設計承載力摩擦型整體性和剛度差，變形大根據高強螺栓的設計破壞判斷標準對高強螺栓進行分類鉚釘連接3預制鉚釘桿徑比孔徑小11.5mm。優(yōu)點：鉚釘連接的塑性、韌性和整體性好；連接變形小；傳力可靠；承受動力荷載時的疲勞性能好；缺點：鉚釘連接的構造復雜，用鋼量大，施工麻煩，打鉚時噪聲大。使用情況：早期鋼橋的主要連接形式，目前已很少采用

5、，已被焊接或高強螺栓連接取代。1二、焊 縫 連 接分類按焊體鋼材的連接方式進行分類對接接頭搭接接頭T形接頭角接接頭按焊縫本身的構造進行分類角焊縫全熔透坡口焊縫部分熔透坡口焊縫角焊縫的截面形式普通形（凸形）等邊凹形平坡凸形各種焊縫的特點、適用范圍角焊縫：主要用于應力方向平行于焊縫軸線（側焊縫）的情況全熔透焊縫：主要用于鋼板對接和焊縫受拉應力時部分熔透焊縫：在鋼橋中較少采用。在斜拉橋、懸索橋的鋼塔中， 板件全斷面受壓，并且板厚很大不宜完全焊透時采用坡口焊縫的各種形式直邊縫（形）V形K形單邊V形X形U形單邊U形按焊縫施焊時的姿態(tài)進行分類平焊橫焊立焊仰焊三、角 焊 縫 的 設 計 與 計 算1角焊縫的

6、布置和受力性能按受力方向對角焊縫進行分類側角焊縫端角焊縫（正面角焊縫）斜向角焊縫周圍角焊縫角焊縫垂直于受力方向角焊縫傾斜于受力方向幾個方向混合使用的角焊縫角焊縫平行于受力方向斜向角焊縫各類角焊縫的受力性能側角焊縫主要承受剪力，應力狀態(tài)比端角焊縫單純彈性受力階段塑性受力階段側角焊縫塑性較好，受力增大進入塑性狀態(tài)時，剪應力分布將漸趨均勻，破壞時可按全長均勻受力考慮側面角焊縫的剪切破壞位置端角焊縫（正面角焊縫）角焊縫垂直于受力方向沿焊縫長度的應力分布較均勻在兩個焊腳和有效厚度面上有復雜和不均勻的正應力和剪應力，應力集中嚴重在焊縫根部有很大的高峰正應力端角焊縫的破壞位置：焊腳或有效厚度面，屬于正應力和

7、剪應力的綜合破壞端角焊縫的剛度較大，變形較小，塑性較差，性質較脆，疲勞強度低，不適用于對疲勞要求較高的鋼橋連接。斜向角焊縫周圍角焊縫角焊縫傾斜于受力方向幾個方向混合使用的角焊縫常用在桿件傾斜相交的情況，受力方向和焊縫軸線成傾斜角度，應力情況復雜，受力性能介于側角焊縫和端角焊縫之間。把板件交搭處的所有交搭線盡可能多地加以焊接，成為開口或封閉的周圍角焊縫。封閉的周圍角焊縫2角焊縫尺寸的構造要求兩個主要尺寸實際長度焊腳尺寸：焊縫計算長度：板厚公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范角焊縫的焊腳尺寸：焊件邊緣的角焊縫：如果焊件邊緣的厚度為角焊縫兩焊腳的夾角一般為90，夾角120或60的斜角焊縫不宜用作受力焊縫鋼

8、結構設計規(guī)范的一些有關規(guī)定角焊縫的焊腳尺寸角焊縫的最小計算長度側面角焊縫的最大計算長度搭接連接中的搭接長度次要構件或次要焊縫連接中斷續(xù)角焊縫的應用及規(guī)定角焊縫連接的計算3按照鋼結構設計規(guī)范規(guī)定的角焊縫設計方法進行計算認為直角角焊縫的破壞總是沿其最小截面，即45方向的有效截面有效截面上的應力狀態(tài)：將三個應力近似采用折算應力表達焊縫熔敷金屬抗拉強度設計值四、高強螺栓連接高強螺栓連接的構造1螺栓的直徑與孔徑粗制、精制、高強螺栓等鋼種、直徑、孔徑等同一結構中同類型螺栓宜采用一種統一規(guī)格當結構螺栓數眾多且各部分桿件截面和受力相差較大時，可考慮用23種螺栓直徑標準螺栓直徑為M12、14、16、18、20、

9、22、24、27、30mm。常用考慮螺紋對螺栓桿截面的削弱，受拉時一般按螺紋處的有效截面面積螺栓的長度高強度螺栓的長度應為緊固連接板厚度加上一個螺母和螺栓連接副墊圈的厚度。按下式計算，并取5mm的整倍數連接板層總厚度附加長度。當高強螺栓公稱直徑確定后，可查表2-5-2高強度螺母公稱厚度墊圈個數高強度墊圈公稱厚度螺紋螺距螺栓的排列和間距端距中距邊距兩種情況切割邊或高強度螺栓普通螺栓或鉚釘、軋制邊并列錯列構件受壓力構件受拉力內排和有邊緣型鋼外排的中距外排中距邊距 端距高強螺栓的受力性能和承載力2摩擦型高強螺栓（1）抗剪性能和承載力需要計算一個螺栓的抗剪承載力設計值（2）抗拉性能和承載力需要計算一個

10、螺栓的抗拉承載力設計值（3）同時抗剪和抗拉的承載力需要計算一個螺栓同時承受拉力和剪力時的抗剪承載力設計值外拉力使構件接觸面的夾緊力降低，直接降低了摩擦力，因而高強螺栓的抗剪承載力降低受剪受拉承壓型高強螺栓（1）抗剪性能和承載力需要計算一個螺栓的抗剪承載力設計值（2）抗拉性能和承載力需要計算一個螺栓的抗拉承載力設計值，計算方法與摩擦型相同（3）同時抗剪和抗拉的承載力需要計算一個螺栓同時承受拉力和剪力時的承載力設計值規(guī)范規(guī)定，承壓型高強螺栓只適用于承受靜力或間接動力荷載結構中的連接高強螺栓連接的設計計算3螺栓的直徑和數量，根據接頭承載力的要求確定。根據接頭設計承載力的不同要求，有全承載力、最小承載

11、力、綜合承載力三種設計方法全承載力設計方法（全強設計法）要求接頭的設計承載力母材構件的承載力。受壓構件的連接，上述能滿足。受拉構件的連接，接頭的設計承載力母材構件的承載力。當母材構件的實際應力很小時，此法很不經濟。最小承載力設計方法要求接頭的設計承載力桿件實際承受的荷載大小。此法最為經濟。當母材構件的實際應力很小時，接頭承載力有可能與母材構件的承載力相差懸殊，接頭成為整體構件的薄弱點，對構件整體受力產生不利影響。綜合承載力設計方法既不使得接頭承載力降低過多，又不過分追求接頭承載力。此法同時考慮母材構件的承載力和構件的實際受力大小，綜合確定接頭承載力。美國AASHTO規(guī)定：構件實際受力構件承載力

12、的75%時，接頭承載力按母材構件承載力的75%設計；構件實際受力構件承載力的75%時，接頭承載力按母材構件承載力與實際受力的平均值設計。我國鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范規(guī)定（1）主桁桿件及板梁翼板用高強螺栓或鉚接時，其螺栓數量應按連接桿件的承載力計算，即：主桁桿件及板梁翼板的連接強度被連接桿件的承載力。全承載力設計方法（全強設計法）（2）桁梁腹桿，當內力較小、由構造要求的最小截面控制設計時，其螺栓數量可按1.1倍的桿件內力與75%的桿件凈截面積強度的較大值進行計算。綜合承載力設計方法（3）板梁腹板螺栓群的強度 拼接處腹板凈截面抗彎強度與該處最大剪力的組合強度。 即：對于彎矩來講，按腹板的全強設計；

13、對于剪力來講，按拼接所在位置的最大剪力考慮。鋼橋典型受力構件的摩擦型高強螺栓連接的設計計算（1）軸心受力構件的高強螺栓連接鋼橋中，代表性的軸心受力構件主要有：桁架桿件、主梁橫向聯系平聯構件、各種橫撐與斜撐構件、兩端鉸接的柱受力較大的鋼橋構件連接，通常需要采用多根螺栓的螺栓群；受力較小時，往往采用角鋼、T型鋼、槽鋼等型鋼結構。接頭設計必須考慮螺栓群各螺栓受力的不均勻性和接頭偏心的影響。123受力方向的連接長度為，高強螺栓承載力為：4，孔徑為00.250.50.751.020406080長連接抗剪螺栓的強度折減系數我國規(guī)范歐洲規(guī)范試驗曲線長接頭螺栓 假設桿件截面積為A，軸向應力為，母材的容許應力為

14、高強螺栓的根數m可按下式計算：5單根螺栓的單面摩擦承載力傳力摩擦面數目全承載力設計法：最小承載力設計法：（2）彎剪受力構件的高強螺栓連接彎剪受力構件的高強螺栓連接計算：鋼梁橋中較為典型的彎剪受力構件：主梁、橫梁12翼板的螺栓數量計算與拼接板厚與尺寸的設計腹板的螺栓數量計算與拼接板厚與尺寸的設計全承載力設計方法（全強設計法）板梁翼板的連接螺栓數量應按連接桿件的承載力計算，即：主桁桿件及板梁翼板的連接強度被連接桿件的承載力翼板連接的拼接板設計時，應該使得拼接板的凈面積比被拼接部分翼板凈面積大10%拼接板布置于翼板兩側（高強螺栓為雙面摩擦n=2），在有腹板或加勁肋的一側，拼接板可分為多塊，在翼板外側

15、通常做成與翼板同寬單塊拼接板全承載力設計法：最小承載力設計法：單根螺栓的單面摩擦承載力傳力摩擦面數目高強螺栓的根數m可按下式計算： 假設翼板的寬度厚度=，母材的容許應力為，彎曲應力為板梁腹板螺栓群的強度拼接處腹板凈截面抗彎強度與該處最大剪力的組合強度對于彎矩來講，按腹板的全強設計；對于剪力來講，按拼接所在位置的最大剪力考慮。拼接板應該對稱布置于腹板的兩側；拼接板的總厚度應大于被拼接腹板的厚度；拼接板的凈面積抵抗矩應該大于被拼接腹板的凈面積抵抗矩。腹板的螺栓數量計算與拼接板厚與尺寸的設計例題45205201234302400230052024012411159根據我國鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范規(guī)定：

16、板梁翼板用高強螺栓時，其螺栓數量應按連接件的承載力計算，即采用全承載力設計法，板梁腹板螺栓群的強度不得小于拼接處腹板凈截面抗彎剛度與該處最大剪力的組合強度。即對于彎矩來講，按腹板的全強設計；對于剪力，按拼接所在位置的最大剪力考慮。根據全承載力設計法，拼接板的截面面積要比翼緣板的截面面積大10%，即：上翼緣板：拼接板板厚選用：如圖所示，已知彎矩M=9170kN.m，剪力Q=1250kN。設計連接的拼接板及高強螺栓。容許彎曲壓應力下翼緣板：拼接板板厚選用：腹板拼接板板厚確定：由拼接板的抗彎慣性矩要大于腹板的抗彎慣性矩：拼接板板厚選用：計算全強設計時的彎矩主梁、腹板抗彎慣性矩：首先要計算主梁的中性軸：如題目中的圖所示。中性軸距下翼緣下邊緣的距離為：由：翼緣板和腹板各自承擔的彎矩：根據翼緣板和腹板的剛度分配進行計算；剪力假定完全由腹板上拼接板承受。根據內力確定連接板上的螺栓布置翼緣螺栓數量及其布置選取摩擦型高強螺栓為10.9級，規(guī)格為M22；梁拼接板用Q345，接觸面采用噴砂處理。由公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范第1.2.6條得：單個高強螺栓的容許承載力為：翼緣上分配的總內力N為：翼緣連