鋼結(jié)構(gòu)的連接課件

第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握連接的構(gòu)造設(shè)計(jì)，能熟練地進(jìn)行傳力分析及連接的計(jì)算；能嚴(yán)格區(qū)分：焊透的對(duì)接焊縫連接和直角角焊縫連接的工作狀態(tài)和計(jì)算方法的不同點(diǎn)；普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接的工作狀態(tài)和計(jì)算方法的不同點(diǎn)；了解各種連接的特點(diǎn)；了解焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的基本概念及其對(duì)結(jié)構(gòu)工作的影響。3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊接連接螺栓連接鉚釘連接二、鉚釘連接方法：孔比鉚釘直徑大1mm，釘桿加熱900～1000℃，插入釘孔，鉚釘槍打鉚。優(yōu)點(diǎn)：連接剛度大，傳力可靠。缺點(diǎn)：對(duì)施工技術(shù)要求很高，費(fèi)鋼費(fèi)工。應(yīng)用范圍：目前已逐步被高強(qiáng)螺栓所取代。

二、螺栓連接方法：通過(guò)螺栓產(chǎn)生緊固力，使被連接件連接成為一體。分類：普通螺栓連接

高強(qiáng)度螺栓連接A級(jí)、B級(jí)螺栓C級(jí)螺栓摩擦型承壓型10.9S、8.8S高強(qiáng)度螺栓熱處理后的屈強(qiáng)比的10倍熱處理后的抗拉強(qiáng)度的1％4.64.88.8N二、螺栓連接普通螺栓連接A級(jí)、B級(jí)螺栓C級(jí)螺栓（精制螺栓）（粗制螺栓）螺栓孔Ⅰ類孔Ⅱ類孔應(yīng)用范圍：直接受較大動(dòng)力荷載的重要結(jié)構(gòu)的安裝螺栓受拉安裝螺栓；次要結(jié)構(gòu)、可拆卸結(jié)構(gòu)的受剪連接；安裝時(shí)的臨時(shí)連接d0－d1.5mm~3.0mmd0－d0.3mm~0.5mm二、螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接承壓型傳力方法：先由摩擦傳力，滑移后依靠栓桿抗剪和承壓傳力。優(yōu)點(diǎn)：承載能力高。應(yīng)用范圍：承受靜力或間接動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：摩擦力被克服后變形較大。d0－d1.0mm～1.5mm3.2焊接連接的特性焊接方法焊縫連接形式一、焊接方法——電弧焊（1）手工電弧焊方法：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。優(yōu)點(diǎn)：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；焊條：E43××（T42××）——適用于Q235E50××（T50××）——適用于Q345E55××（T55××）——適用于Q390，Q420其中43，50，55——最小抗拉強(qiáng)度××——焊接位置及電流種類，藥皮。缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低。

焊機(jī)導(dǎo)線熔池焊條焊鉗保護(hù)氣體焊件電弧一、焊接方法——電弧焊（3）CO2氣體保護(hù)焊方法：CO2氣體作為電弧的保護(hù)介質(zhì)，使熔化金屬與空氣隔離，以保持焊接過(guò)程穩(wěn)定。優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快，強(qiáng)度高、塑性和抗腐性好。適用：厚或特厚鋼板的焊接。

焊接連接視頻演示二、焊接連接形式對(duì)接連接搭接連接T形連接角部連接三、焊縫形式對(duì)接焊縫焊透的對(duì)接焊縫部分焊透的對(duì)接焊縫按沿長(zhǎng)度方向的布置連續(xù)角焊縫斷續(xù)角焊縫正對(duì)接焊縫斜對(duì)接焊縫按外力方向側(cè)焊縫——焊縫軸線平行于力線；端焊縫——焊縫軸線垂直于力線；斜焊縫——焊縫軸線傾斜于力線。

角焊縫動(dòng)畫(huà)：側(cè)焊縫back動(dòng)畫(huà)：端焊縫back四、焊縫的施焊位置平焊立焊橫焊仰焊船形焊3.3對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算對(duì)接焊縫的構(gòu)造對(duì)接焊縫的強(qiáng)度對(duì)接焊縫的計(jì)算對(duì)接焊縫的構(gòu)造按焊件厚度不同，在焊件邊緣加工成不同形式的坡口連接不同寬度或厚度的鋼板時(shí)，應(yīng)從板的一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1：2.5的斜角，兩鋼板厚度<4mm時(shí)，直接用焊縫找坡；為消除焊口的缺陷，施焊時(shí)可在焊縫兩端設(shè)置引弧板，無(wú)法采用時(shí)，計(jì)算時(shí)每條焊縫的長(zhǎng)度各減去10mm。對(duì)接焊縫的計(jì)算原理對(duì)接焊縫的截面與被焊構(gòu)件的截面相同，焊縫中的應(yīng)力情況與被焊件截面中的基本相同，因而對(duì)接焊縫連接的計(jì)算方法與構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算相似。即：焊縫中最大正應(yīng)力、剪應(yīng)力、折算應(yīng)力等小于相應(yīng)的焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，則焊縫安全。（一）N作用的對(duì)接焊縫外力作用于焊縫的垂直方向，合力通過(guò)焊縫中心?；蛉艚?jīng)驗(yàn)算強(qiáng)度不夠，可采用斜焊縫；當(dāng)tgθ≤1.5時(shí)，可以不算。

（三）N、M和V共同作用的對(duì)接焊縫矩形截面（三）N、M和V共同作用的對(duì)接焊縫工字形截面翼緣與腹板相交處形心處3.4角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫的構(gòu)造角焊縫的受力特點(diǎn)和強(qiáng)度角焊縫的計(jì)算角焊縫的形式側(cè)焊縫端焊縫斜焊縫普通型、平坦型、凹面型按兩邊的夾角直角角焊縫斜角角焊縫角焊縫的構(gòu)造最小焊腳尺寸：對(duì)于貼邊焊當(dāng)t>6mm時(shí)，當(dāng)t≤6mm時(shí)，最大焊腳尺寸：角焊縫的構(gòu)造側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度：（靜力或間接動(dòng)力荷載）（動(dòng)力荷載）40mm角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度：桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，一般采用兩邊側(cè)焊縫、三面圍焊或L形焊縫。當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，作長(zhǎng)度為2hf的繞角焊，所有圍焊和繞角焊的轉(zhuǎn)角處，必須連接施焊。圍焊和繞角焊：角焊縫的構(gòu)造兩側(cè)焊縫連接的焊縫長(zhǎng)度及搭接寬度：200mm（tmin≤12mm）（tmin>12mm)t1t2端焊縫連接的搭接長(zhǎng)度：角焊縫的強(qiáng)度側(cè)面角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)簡(jiǎn)單；彈性階段；τ兩端大，中間??；破壞面：45度喉部截面。角焊縫的強(qiáng)度正面角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜；破壞面：AB、BC、BD截面。破壞強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫。塑性變形低于側(cè)面角焊縫。直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式NsinθNcosθNNsinθ直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)直接承受動(dòng)力荷載時(shí)：端焊縫：側(cè)焊縫：軸心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算用蓋板的對(duì)接連接1．正面角焊縫受力：2．側(cè)面角焊縫受力：3．三面圍焊縫受力：軸心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算斜向軸心力1．分力法：2．直接法：斜焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)直接承受動(dòng)力荷載時(shí)：軸心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算角鋼和節(jié)點(diǎn)板的連接——三面圍焊軸心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算角鋼和節(jié)點(diǎn)板的連接——兩面?zhèn)群篙S心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算角鋼和節(jié)點(diǎn)板的連接——L形焊M、N、V聯(lián)合作用矩形截面M、N、V聯(lián)合作用工字梁（或牛腿）與柱翼緣假定：腹板焊縫承受全部剪力，全部焊縫承受彎矩M、N、V聯(lián)合作用工字梁（或牛腿）與柱翼緣M、N、V聯(lián)合作用工字梁（或牛腿）與柱翼緣假定：腹板焊縫承受全部剪力，翼緣焊縫承受全部彎矩M、N、V聯(lián)合作用工字梁（或牛腿）與柱翼緣T、V、N聯(lián)合作用圍焊受T作用的計(jì)算假定（1）鋼板絕對(duì)剛性，焊縫在彈性范圍內(nèi)工作；（2）焊縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力，其方向與該點(diǎn)和焊縫形心點(diǎn)的連線垂直，其大小與連線的長(zhǎng)度成正比。T、V、N聯(lián)合作用圍焊受T、V、N作用ABT、V、N聯(lián)合作用圍焊受T、V、N作用T：V：N：3.5焊接應(yīng)力和焊接變形焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響焊接變形的產(chǎn)生和防止焊接應(yīng)力和變形鋼材焊接時(shí)在焊件上產(chǎn)生局部高溫的不均勻溫度場(chǎng)，導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內(nèi)部殘存應(yīng)力并引起變形。焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生原因縱向焊接應(yīng)力焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生原因橫向焊接應(yīng)力焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生原因厚度方向焊接應(yīng)力焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響對(duì)靜力強(qiáng)度無(wú)影響無(wú)焊接應(yīng)力：有焊接應(yīng)力：焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響降低構(gòu)件的剛度無(wú)焊接應(yīng)力：有焊接應(yīng)力：焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力

降低構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度

加劇低溫冷脆

焊接變形縱向和橫向收縮彎曲變形角變形波浪變形扭曲變形動(dòng)畫(huà)：焊接殘余變形－彎曲變形back動(dòng)畫(huà)：焊接殘余變形－角變形動(dòng)畫(huà)：焊接殘余變形－角變形back動(dòng)畫(huà)：焊接殘余變形－波浪變形動(dòng)畫(huà)：焊接殘余變形－波浪變形back動(dòng)畫(huà)：焊接殘余變形－扭曲變形（順序錯(cuò)誤）back焊接變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作的影響構(gòu)件不平整，安裝困難，且產(chǎn)生附加應(yīng)力；變軸心受壓構(gòu)件為偏心受壓構(gòu)件。減少焊接應(yīng)力和變形的措施設(shè)計(jì)方面

（1）對(duì)稱布置焊縫，減小變形；（2）采用細(xì)長(zhǎng)，不采用短粗的焊縫；

（3）不等高連接加不大于1/2.5的斜坡，減小應(yīng)力集中；

（4）焊縫不宜過(guò)于集中，不要出現(xiàn)三向交叉焊縫；

（5）避免厚度方向收縮應(yīng)力；（6）注意施焊方便，以保證焊接質(zhì)量。

減少焊接應(yīng)力和變形的方法工藝方面（3）焊件預(yù)熱、焊后回火、局部加熱法；（4）錘擊法；（2）反變形法；（1）合理施焊次序；動(dòng)畫(huà)：合理的施焊順序動(dòng)畫(huà)：合理的施焊順序（跳焊）動(dòng)畫(huà)：工字型截面焊接變形（順序正確）back3.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算普通螺栓的排列和構(gòu)造要求普通螺栓的工作性能螺栓群的計(jì)算螺栓的排列并列簡(jiǎn)單，但截面消弱較大錯(cuò)列可減小截面消弱，但排列較繁螺栓的排列受力施工構(gòu)造型鋼還應(yīng)符合線距和最大孔徑要求。排列原則按最小容許距離5mm倍數(shù)等距離布置連接分類抗剪螺栓連接抗拉螺栓連接拉剪螺栓連接受剪連接——板件之間有相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的趨勢(shì)；

受拉連接——板件之間有相互脫開(kāi)的趨勢(shì)。

受剪螺栓連接受力性能栓桿傳力彈性段（2～3）：靠螺栓與孔壁接觸傳力；

滑移段（1～2）：摩擦阻力被克服后，板件間產(chǎn)生滑移，栓（釘）桿與孔壁相接觸，滑移量取決于栓（釘）桿與孔的間距；

彈塑性階段（3～4）：剪切變形迅速加大，直到破壞為止。

彈性段（0～1）：板件間相互擠壓，靠摩擦阻力傳力；

受剪螺栓連接破壞形式栓桿剪斷

孔壁擠壓壞

鋼板拉斷

端部鋼板剪斷

栓桿受彎破壞

受剪螺栓連接計(jì)算（1）單個(gè)受剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值

一個(gè)螺栓的抗剪承載能力：

一個(gè)螺栓抗擠壓承載能力：

受剪螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群計(jì)算

基本假定：螺栓群均勻受力。

1）螺栓群受軸心力作用

所需螺栓數(shù)目受剪螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群計(jì)算

基本假定：①被連接板是剛性的,螺栓是彈性的；

②在扭矩作用下，繞螺栓群中心旋轉(zhuǎn)，每個(gè)螺栓受力大小與其到形心的距離成正比，方向垂直于矢徑。

2）螺栓群受偏心力作用（受扭）

受剪螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群計(jì)算

2）螺栓群受偏心力作用（受扭）

受拉螺栓連接受力性能構(gòu)件有分離趨勢(shì)，使螺栓沿桿軸方向受拉

杠桿效應(yīng)——由于被連接件的剛度不夠，在螺栓中產(chǎn)生附加應(yīng)力。

規(guī)范中考慮杠桿效應(yīng)，降低了螺栓的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)要求設(shè)計(jì)中應(yīng)采取構(gòu)造措施以減少不利影響。破壞形式：螺桿被拉斷。受拉螺栓連接計(jì)算（1）單個(gè)受拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值

受拉螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群的計(jì)算

1）螺栓群受軸心力作用基本假定：螺栓群均勻受力。

所需螺栓數(shù)目受拉螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群計(jì)算

基本假定：螺栓群繞最下排螺栓旋轉(zhuǎn)，各排螺栓受力大小與其到最下排的距離成正比。

2）螺栓群受彎矩作用

受拉螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群計(jì)算

2）螺栓群受彎矩作用受拉螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群計(jì)算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

受拉螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群計(jì)算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

A.小偏心情況偏心較小，承受拉力為主，螺栓群全部受拉，端部無(wú)受壓區(qū)。中和軸——形心軸O受拉螺栓連接計(jì)算（2）螺栓群計(jì)算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

B.大偏心情況偏心較大，承受彎矩為主，端部有受壓區(qū)。中和軸——最下排螺栓拉剪螺栓連接受力性能和計(jì)算拉力：Nt同前N1max剪力：相關(guān)方程：孔壁承壓破壞螺桿受剪兼受拉破壞3.7高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)度螺栓的排列和構(gòu)造要求高強(qiáng)度螺栓的工作性能螺栓群的計(jì)算高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能高強(qiáng)度螺栓的形式大六角頭型、扭剪型扭矩法大六角頭型扭掉螺栓尾部十二角體轉(zhuǎn)角法扭剪型高強(qiáng)度螺栓的緊固方法高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能預(yù)拉力的確定盡量高，但在螺栓擰緊過(guò)程中不能屈服或斷裂材料的不均勻性螺栓緊固后預(yù)拉力松弛施擰時(shí)產(chǎn)生剪應(yīng)力增加折算應(yīng)力以fu作為標(biāo)準(zhǔn)值的系數(shù)高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)影響因素：接觸面的處理方法、構(gòu)件的鋼號(hào)特點(diǎn)：隨接觸面間的壓緊力減小而降低高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能抗剪連接摩擦型承壓型依靠被連接構(gòu)件間的摩擦力傳遞外力

當(dāng)剪力超過(guò)摩擦力，構(gòu)件間產(chǎn)生相對(duì)滑移，由摩擦力和栓桿抗剪