現(xiàn)代鋼橋鋼橋連接

現(xiàn)代鋼橋鋼橋連接第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日內(nèi)容一、鋼橋的連接方式二、焊縫連接三、角焊縫的設(shè)計與計算四、高強螺栓連接第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、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第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日焊接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(zhì)變脆1焊接過程中鋼材受到不均勻的高溫和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，影響結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能2焊接可能出現(xiàn)氣孔、夾渣、咬邊、弧坑裂紋、根部收縮、接頭不良等，影響結(jié)構(gòu)疲勞強度3優(yōu)點缺點第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日螺栓連接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(yù)壓力傳力優(yōu)點普通螺栓便于拆卸。適用于需要裝拆的結(jié)構(gòu)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(gòu)件間不宜產(chǎn)生滑動、剛度大。適合構(gòu)件間的工地現(xiàn)場安裝連接。安裝方便，特別適用于工地安裝連接12第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日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(gòu)件截面被連接板件需要互相搭接或另加角鋼或拼接板等連接件，多費鋼材123第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日（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d≤24mm,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d>24mm,長度l

>150mm和10dC級Q235BF尺寸不很準確，孔徑比螺栓直徑大1~2mm結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和可拆卸結(jié)構(gòu)的受剪性能、安裝時的臨時連接第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日（2）高強螺栓連接螺栓類型尺寸抵抗外載方式設(shè)計強度標準優(yōu)點缺點摩擦型孔徑比螺栓直徑大1.5~2mm螺栓擰緊力所提供的摩擦力。產(chǎn)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1~1.5mm被連接板件間的預(yù)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(shè)計承載力>摩擦型整體性和剛度差，變形大根據(jù)高強螺栓的設(shè)計破壞判斷標準對高強螺栓進行分類第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日鉚釘連接3預(yù)制鉚釘桿徑比孔徑小1~1.5mm。優(yōu)點：鉚釘連接的塑性、韌性和整體性好；連接變形??；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(gòu)造復(fù)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，已被焊接或高強螺栓連接取代。第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日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形接頭角接接頭第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日按焊縫本身的構(gòu)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）等邊凹形平坡凸形第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日各種焊縫的特點、適用范圍角焊縫：主要用于應(yīng)力方向平行于焊縫軸線（側(cè)焊縫）的情況全熔透焊縫：主要用于鋼板對接和焊縫受拉應(yīng)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（Ⅰ形）V形K形單邊V形X形U形單邊U形第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日按焊縫施焊時的姿態(tài)進行分類平焊橫焊立焊仰焊第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、角焊縫的設(shè)計與計算1角焊縫的布置和受力性能按受力方向?qū)呛缚p進行分類側(cè)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第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日斜向角焊縫第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日各類角焊縫的受力性能側(cè)角焊縫主要承受剪力，應(yīng)力狀態(tài)比端角焊縫單純彈性受力階段塑性受力階段側(cè)角焊縫塑性較好，受力增大進入塑性狀態(tài)時，剪應(yīng)力分布將漸趨均勻，破壞時可按全長均勻受力考慮側(cè)面角焊縫的剪切破壞位置第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日端角焊縫（正面角焊縫）角焊縫垂直于受力方向沿焊縫長度的應(yīng)力分布較均勻在兩個焊腳和有效厚度面上有復(fù)雜和不均勻的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，應(yīng)力集中嚴重在焊縫根部有很大的高峰正應(yīng)力端角焊縫的破壞位置：焊腳或有效厚度面，屬于正應(yīng)力和剪應(yīng)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(zhì)較脆，疲勞強度低，不適用于對疲勞要求較高的鋼橋連接。第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日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(yīng)力情況復(fù)雜，受力性能介于側(cè)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。封閉的周圍角焊縫第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日2角焊縫尺寸的構(gòu)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(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)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第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的一些有關(guān)規(guī)定角焊縫的焊腳尺寸角焊縫的最小計算長度側(cè)面角焊縫的最大計算長度搭接連接中的搭接長度次要構(gòu)件或次要焊縫連接中斷續(xù)角焊縫的應(yīng)用及規(guī)定第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日角焊縫連接的計算3按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的角焊縫設(shè)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(yīng)力狀態(tài)：第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日將三個應(yīng)力近似采用折算應(yīng)力表達焊縫熔敷金屬抗拉強度設(shè)計值第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日四、高強螺栓連接高強螺栓連接的構(gòu)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(jié)構(gòu)中同類型螺栓宜采用一種統(tǒng)一規(guī)格當結(jié)構(gòu)螺栓數(shù)眾多且各部分桿件截面和受力相差較大時，可考慮用2~3種螺栓直徑標準螺栓直徑為M12、14、16、18、20、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第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日螺栓的長度高強度螺栓的長度應(yīng)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(shù)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(shù)高強度墊圈公稱厚度螺紋螺距第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日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、軋制邊并列錯列第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日構(gòu)件受壓力構(gòu)件受拉力內(nèi)排和有邊緣型鋼外排的中距外排中距邊距端距第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日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(shè)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(shè)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(shè)計值外拉力使構(gòu)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第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日受剪受拉第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日承壓型高強螺栓（1）抗剪性能和承載力需要計算一個螺栓的抗剪承載力設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)中的連接第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日高強螺栓連接的設(shè)計計算3螺栓的直徑和數(shù)量，根據(jù)接頭承載力的要求確定。根據(jù)接頭設(shè)計承載力的不同要求，有全承載力、最小承載力、綜合承載力三種設(shè)計方法全承載力設(shè)計方法（全強設(shè)計法）要求接頭的設(shè)計承載力≥母材構(gòu)件的承載力。受壓構(gòu)件的連接，上述能滿足。受拉構(gòu)件的連接，接頭的設(shè)計承載力<母材構(gòu)件的承載力。當母材構(gòu)件的實際應(yīng)力很小時，此法很不經(jīng)濟。最小承載力設(shè)計方法要求接頭的設(shè)計承載力≥桿件實際承受的荷載大小。此法最為經(jīng)濟。當母材構(gòu)件的實際應(yīng)力很小時，接頭承載力有可能與母材構(gòu)件的承載力相差懸殊，接頭成為整體構(gòu)件的薄弱點，對構(gòu)件整體受力產(chǎn)生不利影響。第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日綜合承載力設(shè)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(gòu)件的承載力和構(gòu)件的實際受力大小，綜合確定接頭承載力。美國AASHTO規(guī)定：構(gòu)件實際受力<構(gòu)件承載力的75%時，接頭承載力按母材構(gòu)件承載力的75%設(shè)計；構(gòu)件實際受力≥構(gòu)件承載力的75%時，接頭承載力按母材構(gòu)件承載力與實際受力的平均值設(shè)計。第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日我國《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)量應(yīng)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(shè)計方法（全強設(shè)計法）（2）桁梁腹桿，當內(nèi)力較小、由構(gòu)造要求的最小截面控制設(shè)計時，其螺栓數(shù)量可按1.1倍的桿件內(nèi)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(shè)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(shè)計；對于剪力來講，按拼接所在位置的最大剪力考慮。第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日鋼橋典型受力構(gòu)件的摩擦型高強螺栓連接的設(shè)計計算（1）軸心受力構(gòu)件的高強螺栓連接鋼橋中，代表性的軸心受力構(gòu)件主要有：桁架桿件、主梁橫向聯(lián)系平聯(lián)構(gòu)件、各種橫撐與斜撐構(gòu)件、兩端鉸接的柱受力較大的鋼橋構(gòu)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(jié)構(gòu)。接頭設(shè)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，孔徑為第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日00.250.50.751.020406080長連接抗剪螺栓的強度折減系數(shù)我國規(guī)范歐洲規(guī)范試驗曲線長接頭螺栓第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日假設(shè)桿件截面積為A，軸向應(yīng)力為，母材的容許應(yīng)力為高強螺栓的根數(shù)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(shù)目全承載力設(shè)計法：最小承載力設(shè)計法：第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日（2）彎剪受力構(gòu)件的高強螺栓連接彎剪受力構(gòu)件的高強螺栓連接計算：鋼梁橋中較為典型的彎剪受力構(gòu)件：主梁、橫梁12翼板的螺栓數(shù)量計算與拼接板厚與尺寸的設(shè)計腹板的螺栓數(shù)量計算與拼接板厚與尺寸的設(shè)計全承載力設(shè)計方法（全強設(shè)計法）板梁翼板的連接螺栓數(shù)量應(yīng)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(shè)計時，應(yīng)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(cè)（高強螺栓為雙面摩擦n=2），在有腹板或加勁肋的一側(cè)，拼接板可分為多塊，在翼板外側(cè)通常做成與翼板同寬單塊拼接板第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日全承載力設(shè)計法：最小承載力設(shè)計法：單根螺栓的單面摩擦承載力傳力摩擦面數(shù)目高強螺栓的根數(shù)m可按下式計算：假設(shè)翼板的寬度×厚度=，母材的容許應(yīng)力為，彎曲應(yīng)力為第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日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(shè)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(yīng)該對稱布置于腹板的兩側(cè)；拼接板的總厚度應(yīng)大于被拼接腹板的厚度；拼接板的凈面積抵抗矩應(yīng)該大于被拼接腹板的凈面積抵抗矩。腹板的螺栓數(shù)量計算與拼接板厚與尺寸的設(shè)計第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日例題45205201234302400230052024012411159根據(jù)我國《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：板梁翼板用高強螺栓時，其螺栓數(shù)量應(yīng)按連接件的承載力計算，即采用全承載力設(shè)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(shè)計；對于剪力，按拼接所在位置的最大剪力考慮。根據(jù)全承載力設(shè)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(shè)計連接的拼接板及高強螺栓。容許彎曲壓應(yīng)力第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日下翼緣板：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