鋼結(jié)構(gòu)連接演示

第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接

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鋼結(jié)構(gòu)的連接本節(jié)內(nèi)容:（1）鋼結(jié)構(gòu)的連接方法（2）焊縫連接的特性（3）對接焊縫的構(gòu)造（4）角焊縫的構(gòu)造（5）焊接殘余應(yīng)力和殘余變形（6）普通螺栓連接的構(gòu)造和計算

（7）高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算

本章重點(diǎn)：角焊縫的構(gòu)造與計算，普通螺栓連接的計算，強(qiáng)度螺栓連接的計算本章難點(diǎn)：如何運(yùn)用相關(guān)公式進(jìn)行各種連接計算

本章導(dǎo)學(xué)鋼結(jié)構(gòu)連接－－鋼結(jié)構(gòu)是一種由預(yù)制材料（鋼材）制作，通過工廠加工成構(gòu)件，再經(jīng)工地現(xiàn)場拼裝而形成的結(jié)構(gòu)，因此，構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接節(jié)點(diǎn)是形成鋼結(jié)構(gòu)并保證結(jié)構(gòu)安全正常工作的重要組成部分。設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)連接的基本原則合理設(shè)計連接，保證節(jié)點(diǎn)具有足夠的承載能力和適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)剛度，以實現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)處傳遞內(nèi)力。

具體設(shè)計時應(yīng)根據(jù)荷載設(shè)計值所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)力響應(yīng)進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)的計算。

正確計算節(jié)點(diǎn)所承受（或傳遞）的內(nèi)力是保證節(jié)點(diǎn)安全傳力的前提，而根據(jù)節(jié)點(diǎn)連接的傳力機(jī)理選擇適當(dāng)連接方式以及連接件的布置則取決于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所承受的荷載特征、連接處的構(gòu)件截面形狀、構(gòu)件尺寸、連接區(qū)的尺度、節(jié)點(diǎn)剛度要求、不同連接方式的構(gòu)造要求、施工的可能性等諸多因素。

鉚釘連接螺栓連接焊縫連接3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

2、鉚接1、焊接

對接焊縫角焊縫

3、螺栓連接普通螺栓：靠螺栓桿承壓和受剪傳遞荷載高強(qiáng)螺栓

3.1.2連接特點(diǎn)一、焊縫連接構(gòu)造簡單

—任何形狀的構(gòu)件可直接連接，無需輔助零配件省工省料

—加工方便，不需打孔鉆眼，不削弱截面施工快速

—可自動化操作連接的密閉性好，剛度大，整體性好優(yōu)點(diǎn)材質(zhì)易變脆產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余變形、焊接缺陷對鋼結(jié)構(gòu)疲勞、穩(wěn)定有不利影響較多地依賴焊工的技能水平質(zhì)量檢驗要求較高時檢驗工作量較大缺點(diǎn)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式，應(yīng)用最廣泛。

工廠構(gòu)件焊接、工地節(jié)點(diǎn)螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展方向優(yōu)點(diǎn)施工簡單，裝拆方便，對安裝工的要求高摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接動力性能好耐疲勞，易阻止裂紋擴(kuò)展缺點(diǎn)費(fèi)料、開孔截面削弱螺栓孔加工精度要求高二、螺栓連接的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)塑性、韌性好，動力性能好缺點(diǎn)費(fèi)料、加熱鉚合過程極其費(fèi)工目前承重鋼結(jié)構(gòu)連接中已很少應(yīng)用三、鉚釘連接的特點(diǎn)

栓釘將鋼板與混凝土板連接起來栓釘承受剪力四、栓（焊）釘連接的特點(diǎn)

射釘槍用于薄壁構(gòu)件（壓型鋼板屋面板、墻板與梁、柱）的連接可采用射槍、鉚槍等專用工具安裝五、射釘、自攻螺釘?shù)奶攸c(diǎn)

連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接對焊件幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡單，省材省工，工效高，連接連續(xù)性強(qiáng),可達(dá)到氣密和水密要求，節(jié)點(diǎn)剛度大對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗工作量大,要求高;存在有焊接缺陷的可能，產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，導(dǎo)致材料脆化，對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響;一旦開裂則裂縫開展較快,對焊工技術(shù)等級要求較高鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力性能好費(fèi)鋼、費(fèi)工，開孔對構(gòu)件截面有一定削弱普通螺栓連接裝拆便利，設(shè)備簡單粗制螺栓不宜受剪，精制螺栓加工和安裝難度較大，開孔對構(gòu)件截面有一定削弱高強(qiáng)螺栓連接加工方便，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好摩擦面處理及安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高，對構(gòu)件截面削弱相對較小，質(zhì)量檢驗要求高射釘、自攻螺栓連接靈活，安裝方便，構(gòu)件無須預(yù)先處理，適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu)不能承受較大集中力

2鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法采用涂有焊藥的焊條通電后，焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧高熱量使焊條熔化而形成焊縫設(shè)備簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用最廣泛質(zhì)量波動大，生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度大導(dǎo)線2.1手工電弧焊

采用無涂層焊藥的焊絲，埋在焊劑下通電后電弧使焊絲、焊劑熔化形成焊縫熔化后的焊劑成為焊渣，浮在金屬面上半自動埋弧焊焊縫質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高需專用焊接設(shè)備，成本高全自動埋弧焊自動、半自動電弧焊

H型鋼柱上

的焊縫

焊接速度快，熔化深度大可手工焊，也可自動化操作目前工廠很常用的焊接方法室外施焊要有避風(fēng)措施，防止氣孔、焊坑缺陷采用CO2氣體（代替焊劑）、焊絲電弧使焊絲熔化形成焊縫CO2氣體保護(hù)被焊金屬與空氣接觸焊絲氣體保護(hù)焊

非消耗熔嘴式采用管狀焊條(熔嘴),焊絲從管內(nèi)進(jìn)入電流通過熔渣產(chǎn)生的電阻熱，熔化焊件和焊絲形成焊縫常用于高層建筑等箱形柱內(nèi)部的橫隔板焊接有消耗和非消耗熔嘴式電渣焊之分消耗熔嘴式電渣焊

采用乙炔在氧氣中燃燒的火焰來熔化焊條適用于鋼板厚度薄的連接，一般小廠家備用此焊接設(shè)備氣焊

不采用焊接材料電流通過焊件表面的電阻，產(chǎn)生熱量熔化金屬，再加壓力而焊合適宜板厚不大于12mm的焊接冷彎薄壁型鋼連接常采用此焊接方法電阻焊

（被連接鋼材的相互位置）對接連接搭接連接T型連接角部連接焊縫連接形式

2焊接接頭與焊縫形式（1）焊縫連接形式

(1)按焊縫的截面形式分對接焊縫角焊縫按受力方向劃分

正對接焊縫：焊縫垂直于力線對接焊縫

斜對接焊縫：焊縫傾斜于力線

正面角焊縫：焊縫垂直于力線

角焊縫側(cè)面角焊縫：焊縫平行于力線

斜角焊縫:焊縫傾斜于力線用料經(jīng)濟(jì)，傳力平穩(wěn)，動力性能好較厚的板需開剖口，費(fèi)工施工簡便傳力不均，應(yīng)力集中嚴(yán)重，搭接時費(fèi)料

（2）焊縫沿長度方向的布置注意:l不宜過長在受壓構(gòu)件中l(wèi)≤15t

在受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t

（t為較薄焊件的厚度）

不重要或受力小的構(gòu)件，可采用間斷焊縫連接

（3）焊縫的施焊方位平焊（俯焊）立焊橫焊

仰焊

質(zhì)量好質(zhì)量一般質(zhì)量差

3焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(1)焊縫缺陷：焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷

(2).焊縫質(zhì)量檢驗三級：只進(jìn)行外觀檢查（即檢查外觀缺陷和幾何尺寸）一、二級：除外觀檢查，超聲波抽檢(3).焊縫質(zhì)量等級的選用需要進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件，凡是對接焊縫均應(yīng)焊透。垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p或T形對接與角接組合焊縫受拉時應(yīng)為一級，受壓時應(yīng)為二級；作用力平行于焊縫長度方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級。

◎不需要進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件，凡要求與母材等強(qiáng)的對接焊縫應(yīng)焊透。母材等強(qiáng)的受拉對接焊縫應(yīng)不低于二級；受壓時宜為二級?！蛑丶壒ぷ髦坪推鹬亓縌≥500KN的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間，以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的T形接頭均要求焊透，質(zhì)量等級不應(yīng)低于二級?！虿灰蠛竿傅腡形接頭采用的角焊縫或部分焊透的對接與角接組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，一般僅要求外觀質(zhì)量檢查，具體規(guī)定如下：三級檢驗；承受動力荷載且需要驗算疲勞和Q≥500KN的中級吊車梁，二級。

hf3.2.4焊縫代號、螺栓及其孔眼圖例焊縫代號–--引出線、圖形符號、輔助符號角焊縫

3.2.4焊縫代號、螺栓及其孔眼圖例

焊縫分布不規(guī)則，在標(biāo)注焊縫符號的同時，可在圖形上加?xùn)啪€

三對接焊縫的構(gòu)造和計算1.對接焊縫的構(gòu)造要求（1）坡口型式：坡口型式：厚度很小，手工焊6mm，埋弧焊10mm時

直邊縫；

一般厚度，單邊V形或V形坡口

厚度較大，>20mm，U形、K形或X形坡口對接焊縫的坡口形式

（2）截面的改變

拼接處，當(dāng)焊件的寬度或厚度相差4mm以上時，從一側(cè)或兩側(cè)做坡度不大于1：2.5

（承受動力荷載且需要進(jìn)行疲勞計算的結(jié)構(gòu)不大于1：4）的斜角，平緩過渡。靜力荷載作用時允許不設(shè)。當(dāng)不設(shè)引弧板時，每條焊縫計算長度等于實際長度減2t（t為較薄焊件厚度）

（3）引弧板起落弧處,宜加引弧板(引出板)

2對接焊縫的計算焊縫強(qiáng)度與鋼材強(qiáng)度比較：--質(zhì)量檢驗為一、二級時,焊縫強(qiáng)度與鋼材強(qiáng)度相等；--質(zhì)量檢驗為三級時,

抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度與鋼材強(qiáng)度相等，抗拉強(qiáng)度等于0.85%的母材強(qiáng)度。

∴受拉連接,三級檢驗時,進(jìn)行焊縫強(qiáng)度驗算。對接焊縫的計算公式與構(gòu)件強(qiáng)度公式相同。①焊縫可視為構(gòu)件的組成部分；②焊縫中應(yīng)力分布基本同構(gòu)件。（1）焊透的對接焊縫的計算

(a)軸心受力對接焊縫時,強(qiáng)度可不進(jìn)行驗算。N—軸心拉力或壓力。lw

---焊縫的計算長度。未采用引弧板,實際長度減2t

。t---對接連接中,連接件較小厚度;T形連接中,腹板厚度。當(dāng)（b）承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算vMvMMv

截面剪應(yīng)力矩形截面截面正應(yīng)力Ww---焊縫截面模量Sw---焊縫截面面積矩Iw---焊縫截面慣性矩---焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計值tlwMV（2-4）（2-5）

四、角焊縫的構(gòu)造和計算1.角焊縫的形式和強(qiáng)度——角焊縫的焊腳尺寸——角焊縫的計算厚度，對直角角焊縫：角焊縫一般用直角角焊縫。夾角的斜角角焊縫，不宜用作受力焊縫（鋼管結(jié)構(gòu)除外）按截面形式劃分直角角焊縫角焊縫

斜角角焊縫hehfhf普通式hehf1.5hf平坦式hehfhf凹面式

側(cè)面角焊縫強(qiáng)度低、塑性好；應(yīng)力沿長度方向分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。側(cè)面角焊縫、正面角焊縫、斜焊縫側(cè)面角焊縫—平行于力的作用方向NNNNtbLLaN按受力方向劃分

正面角焊縫受力復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力；強(qiáng)度高，塑性差。正面角焊縫—垂直于力的作用方向（2）按角焊縫與作用力的關(guān)系分

2角焊縫構(gòu)造要求（1）最大焊腳尺寸要求對邊緣角焊縫①②為避免焊縫區(qū)基本金屬“過熱”，減少焊件的殘余應(yīng)力和殘余變形。焊腳尺寸過小，會在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織對自動焊:對T型連接的單面角焊縫：當(dāng)焊件厚度設(shè)計：（2）最小焊腳尺寸要求（3）側(cè)面角焊縫最大計算長度靜力荷載動力荷載側(cè)面角焊縫沿長度方向受力不均勻，兩端大中間小，所以一般均規(guī)定其最大計算長度。注：若內(nèi)力沿角焊縫全長分布，則計算長度不受此限注意：焊腳尺寸和焊縫計算長度取mm的整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)以后都進(jìn)為1。設(shè)計：(4)角焊縫的最小計算長度（防止局部加熱嚴(yán)重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，及其他缺陷，使得焊縫不可靠）1）在搭接連接中，搭接長度L≥5tmin且≥25mm。（5）搭接連接的構(gòu)造要求L≥5tmin且≥25mm。為了減少收縮應(yīng)力以及因偏心在鋼板與連接件中產(chǎn)生的次應(yīng)力

2）當(dāng)板件端部僅有兩側(cè)面角焊縫時，l

w≥b（兩側(cè)焊縫距離）同時（為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均勻）t1t2b（為了避免焊縫橫向收縮時引起板件的拱曲大）不能滿足時，應(yīng)加正面角焊縫。

3）圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。非圍焊時，可在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處作長度2hf的繞角焊，以避免起落弧的缺陷發(fā)生在此盈利幾種較大的部位。

3直角角焊縫受力特點(diǎn)（1）側(cè)面角焊縫的破壞大多在450截面；hfhe受力特點(diǎn)：

（3）正面角焊縫破壞強(qiáng)度高，剛度大，塑性差；（2）正面角焊縫應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，可能沿450截面破壞，也可能沿溶合邊破壞；

正面角焊縫：在軸心力N作用下，正面角焊縫中應(yīng)力沿焊縫長度方向分布比較均勻，兩端比中間略低，但應(yīng)力狀態(tài)比側(cè)面角焊縫復(fù)雜。每條焊縫的有效長度取其實際長度減去2hf(每端1hf以考慮起落弧缺陷)。

（作用力平行于焊縫方向）NN（3—8）1、側(cè)面角焊縫

2、正面角焊縫當(dāng)承受動力荷載時：NN---正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)，1.22。

五焊接應(yīng)力和焊接變形1焊接應(yīng)力的分類和形成原因焊接殘余應(yīng)力---由于焊接時產(chǎn)生不均勻溫度場，導(dǎo)致焊件不均勻脹縮，冷卻后引起的內(nèi)部殘存應(yīng)力。焊接殘余變形---焊接冷卻后引起的產(chǎn)生的變形。焊接應(yīng)力的分類：縱向、橫向和厚度方向具備條件：（2）、變形受到約束（3）、塑性變形（1）、不均勻溫度場

2焊接變形

3減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施

1、設(shè)計方面⑴尺寸適當(dāng)，宜采用細(xì)長焊縫。⑵位置合理，焊縫應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)對稱位置上。⑶焊縫數(shù)量宜少，不宜過分集中⑷應(yīng)盡量避免三向焊縫相交。2、工藝措施⑴選擇合理的施焊程序⑵反變形法

⑶焊件預(yù)熱法退火法

⑷錘擊法⑸局部加熱法

合理的施焊程序

規(guī)格：形式為大六角頭型，其代號用字母M與公稱直徑表示。常用M16、M20、M24、螺栓的排列：并列、錯列六、螺栓連接的構(gòu)造1螺栓的排列螺栓的排列要滿足以下三個方面的要求：

（1）受力要求：端距過小，端部撕裂；受壓，順內(nèi)力方向，中距過大，易產(chǎn)生鼓曲。（2）構(gòu)造要求：螺栓間距不能太大，避免壓不緊潮氣進(jìn)入導(dǎo)致腐蝕。（3）施工要求：螺栓間距不能太近，滿足凈空要求，便于安裝。

《規(guī)范》制定出螺栓排列最大、最小容許距離（表12-3），在型鋼上排列的螺栓還應(yīng)符合各自線距和最大孔徑的要求（附表23-8）。

1、每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不宜少于兩個；

2、直接承受動力荷載的普通螺栓受拉連接應(yīng)采用雙螺帽或其他防止螺帽松動的有效措施；

3、由于C級螺栓與孔壁有較大間隙，只宜用于沿其桿軸方向受拉的連接。承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時固定構(gòu)件用的安裝連接中，也可用C級螺栓受剪。

4、當(dāng)采用高強(qiáng)螺栓連接時，拼接件不能采用型鋼，只能采用鋼板。（型鋼抗彎剛度大，不能保證摩擦面緊密結(jié)合）

2螺栓連接的構(gòu)造要求

3.普通螺栓連接的工作性能

剪力螺栓（抗剪螺栓）：螺栓桿垂直于力線按受力情況分為拉力螺栓（抗拉螺栓）：螺栓桿平行于力線

既受剪又受拉的螺栓

抗剪連接——板件之間有相互錯動的趨勢抗拉連接——板件之間有相互脫開的趨勢

（1）受剪螺栓的破壞形式1）栓桿被剪斷2）鋼板被擠壓破壞（螺栓承壓破壞）

3）鋼板被拉斷

4）鋼板被剪壞5）栓桿彎曲變形過大

針對以上破壞形式，應(yīng)采取以下措施1）通過計算保證螺栓抗剪2）通過計算保證螺栓抗擠壓

3）通過計算保證板件有足夠的拉壓強(qiáng)度

4）螺栓端距≥——避免鋼板被拉豁5）限制板疊厚度，即以避免螺桿彎曲過大而破壞

七、高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能1高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能摩擦型：只靠摩擦阻力傳力,以剪力達(dá)到接觸面的摩擦力作為承載力極限狀態(tài)承壓型：以作用剪力達(dá)到栓桿抗剪或孔壁承壓破壞為承載力極限狀態(tài)P高強(qiáng)度螺栓給螺栓施加很大的預(yù)拉力，使被連接構(gòu)件的接觸面之間產(chǎn)生擠壓力，在垂直于螺栓桿方向有很大的摩擦力。預(yù)拉力、抗滑移系數(shù)和鋼材的種類都直接影響到高強(qiáng)度螺栓連接的承載力。高強(qiáng)螺栓:大六角頭型和扭剪型（1）.高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P

①扭矩法

使用一種能直接顯示所施加扭矩大