钢结构连接的形式和方法.ppt

第三章 钢结构连接,1.了解连接的种类和特点；2.熟练掌握直角角焊缝构造及各种外力作用下的计算；3.掌握对接焊缝（焊透）的计算；4.了解焊接应力和焊接变形影响因素及保证焊接质量的措施;5.熟练掌握普通抗剪、抗拉螺栓构造和计算；6.了解高强度螺栓连接的计算。,第三章 钢结构连接,第一节 连接的形式和方法,一、连接的作用 制作加工钢板或型钢加工成构件；施工安装构件组成结构，钢结构与其它结构连接；设计要求安全可靠，构造简单，施工方便，经济可行；连接的重要性体现在以下几个方面：1）连接的受力比构件复杂；2）连接的破坏直接导致钢结构的破坏；3）连接的补强比构件困难。4）在钢结构中所占比例比较大。,第三章 钢结构连接,第一节 连接的形式和方法,二、主要连接方法(1)焊缝连接(2)螺栓连接(3)铆钉连接,补充P71图4-1,第三章 钢结构连接,第一节 连接的形式和方法,1、焊缝连接(1)电弧焊通过热溶并加填料的方法完成构件之间的连接，是现代钢结构连接的主要方式；(2)优点：构造简单、适应性强、自动化程度高、连接刚度大；(3)缺点：降低被焊钢材的塑性韧性、焊缝热影响区易出现微裂纹、焊渣等缺陷、产生较大的焊接残余应力，容易发生脆断和疲劳破坏。,车间焊接易于控制质量；现场焊接受施工条件、季 节影响大，质量 不易保证。,第三章 钢结构连接,第一节 连接的形式和方法,2、螺栓连接：普通螺栓连接：粗制(C级)、精制(A、B级)；高强度螺栓连接：摩擦型、承压型。,（1）普通螺栓连接：1)粗制(C级)普通螺栓:用圆钢锻压而成，精度较低，螺栓外径与栓孔内径公差较大。2)优点：成本低，拆装方便 3)缺点：承载力低，连接变形大，不宜做永久性结构连接。,第三章 钢结构连接,第一节 连接的形式和方法,（2）高强度螺栓连接：1)摩擦型：靠板间摩擦力传力,以剪力不超过接触面摩擦力为设计准则 工作原理：栓身预拉力板间预压力板间摩擦力 优点：改善被连接件的受力条件 连接变形比铆钉小 耐疲劳性能强,通过拧紧螺栓实现,第三章 钢结构连接,第一节 连接的形式和方法,2)承压型：允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则 工作原理：构造及施工与摩擦型相同 与摩擦型的区别：允许被连接件之间发生滑动。滑动后，依靠栓杆抗剪和承压径传递剪力,第三章 钢结构连接,第一节 连接的形式和方法,3、铆钉连接(1)铆接连接：是将半成品铆钉烧成红热状后填入钉孔，再用压铆机或铆钉枪实施铆合。由于铆合过程中钉身被压粗，钉身和钉孔之间的空隙被大部分填实，因此结构变形比普通螺栓连接小。(2)优点：塑性极好，稳妥可靠；(3)缺点：工艺复杂，造价高，施工噪音大,第三章 钢结构连接,第一节 连接的形式和方法,4、不同连接的适用范围(1)焊接连接：适于静力结构对接焊缝适用于承受各种荷载的 永久性结构；(2)普通螺栓：内力较小，次要结构，临时结构，安装连接；(3)摩擦型高强度螺栓：内力较大的永久性结构，直接承受动 载的结构；(4)承压型高强度螺栓：内力较大的永久性结构，间接承受动 载的结构。(5)铆钉连接：内力较大，承受各种荷载的永久性结构,第三章 钢结构连接,第二节 焊接工艺和质量要求,一、焊接方法 主要为电弧焊，少量采用电阻焊、电渣焊等；1、电弧焊利用焊条或焊丝与焊件间产生的电弧热将金属加热并熔化的焊接方法。手工电弧焊、(自动或半自动)二氧化碳保护焊和埋弧焊等。,第三章 钢结构连接,第二节 焊接工艺和质量要求,(1)手工电弧焊药皮焊条、焊枪，高温电弧熔融焊缝附近金属，焊药形成焊渣和保护气体。灵活方便，高空作业，焊后清渣，质量离散性大。(2)埋弧焊自动和半自动，光焊丝和焊剂，焊嘴内送丝，熔深大、质量均匀、效率高，用于车间构件成型，需专用设备。(3)气体保护焊药芯焊丝、焊枪，CO2或惰性保护气体。灵活方便，焊渣少，质量稳定，需专用设备和纯度气体。,第三章 钢结构连接,第二节 焊接工艺和质量要求,2、焊接材料(熔敷金属)焊条和焊丝焊条、焊丝必须与焊接方法和钢材品种匹配；(1)手工焊条Q235钢采用E43焊条，Q345钢采用E50焊条；(2)埋弧焊Q235钢采用H08A焊丝，Q345钢采用H08MnA焊丝；(3)CO2气体保护焊H10MnSi、H08MnSi焊丝；,第三章 钢结构连接,第二节 焊接工艺和质量要求,二、焊缝连接形式1、焊接接头(1)对接接头(2)搭接接头(3)T形接头(4)角接接头2、焊缝(1)对接焊缝(2)角焊缝,补充P78图4-7,第三章 钢结构连接,第二节 焊接工艺和质量要求,3、焊接方位平焊、俯焊质量易保证，车间构件成形常采用船形焊；横焊和立焊不易施焊操作，质量不易保证；仰焊难操作，应避免；,补充P78图4-7,第三章 钢结构连接,第二节 焊接工艺和质量要求,三、焊接质量控制1、焊工资质持证上岗，合格焊位；2、焊接工艺焊接材料烘干、防潮，清理焊面，焊件定位，焊前焊后热处理，焊接环境温湿度、防风蔽雨，施焊过程温度控制；3、焊缝质量检验焊接表面质量，无损探伤检验；,第三章 钢结构连接,第二节 焊接工艺和质量要求,3、焊缝质量检验焊接表面质量，无损探伤检验；(1)焊缝缺馅裂缝、夹渣、咬边、气孔、咬边、未焊透；,补充P78图4-8,第三章 钢结构连接,第二节 焊接工艺和质量要求,(2)焊缝质量等级三级焊缝只需外观检查合格，一级和二级焊缝必须经无损检查合格；1)外观检查尺寸偏差、表面缺陷；2)无损检查射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤；钢结构工程施工及验收规范焊缝质量检查标准分三级：三级：外观检查，即焊缝实际尺寸是否符合设计要求；有无看得见的 裂纹、咬边等缺陷。二级：外观基础上加无损检验。超声波检验焊缝20%的长度。一级：超声波检验每条焊缝的全长，以揭示焊缝内部缺陷。注：设计图纸中必须标明焊缝的质量级别。承受动载的重要构件焊缝：射线探伤。,第三章 钢结构连接,4、焊缝符号标注焊脚尺寸，焊缝长度，焊缝位置，焊缝形式(单面、双面、围焊)，现场焊;三角形在横线之上表示箭头指处为焊缝，三角形在横线之下表示箭头指处背面为焊缝；,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,详细焊缝符号表示：,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,第三节 角接焊缝连接,一、焊缝形式和构造要求1、角焊缝特征(1)应用钢板搭接、T形接、角接、构件组装、加劲肋、铰接节点，施工简单；,(2)焊缝形式焊缝形状凸型，凹型，等边，不等边，直角焊缝，斜角焊缝，塞焊，点焊，槽焊。焊缝方向侧焊缝，端焊缝，围焊缝,第三章 钢结构连接,(3)受力方向侧面角焊缝:作用力与焊缝平行，受剪应力为主，两端大中间小，端部先破坏；正面角焊缝:作用力与焊缝垂直，应力复杂，焊缝根部应力集中引起开裂；斜向角焊缝:作用力与焊缝斜交，应力复杂，界于侧面和正面之间;周围角焊缝:增加焊缝长度，开口或闭口周围全焊。,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,周围角焊缝的其他形式。,第三节 角接焊缝连接,(4)应力状态,a 侧缝的应力状态,主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，焊缝越长应力不均匀程度越高强度相对较低，塑性较好破坏常发生在近似45斜平面上,角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂正、剪应力都有，且分布很不均匀根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点焊缝破坏强度高，但塑性差,b 端缝应力状态,破坏模式,第三章 钢结构连接,2、构造要求(1)焊缝尺寸焊脚尺寸hf焊缝直边尺寸，设计标注尺寸有效厚度he焊缝破坏面尺寸焊缝计算长度lw有效受力长度，起灭弧处减hf，一般lw=l-2hf,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(2)最大最小焊脚尺寸hf过小时，焊接效果差，缺陷影响大;hf过大时，热量集中，对主体金属不利，焊接应力和变形大;被连接件厚度为t1，t2时，(a)最小尺寸：常用hf45mm(b)最大尺寸：对板件厚度(t1)边缘hf t1(t1 6mm时)或hf t1-(12)mm(t1 6mm时),第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(3)最大最小计算长度lwlw过短时，焊接效果不可靠，不予考虑;lw过长时，应力分布不均匀，端部过早破坏，过长部分不予考虑;(a)最小计算长度：lw40mm和8 hf(b)最大计算长度：侧面角焊缝lw 60 hf，过长部分不予考虑；若应力分布均匀，最大计算长度不受限制(c)最小搭接长度 5 tmin和25mm,第三节 角接焊缝连接,构造要求汇总,二、焊缝计算,计算焊缝长度,lw 每条连续焊缝的长度2h f（每端扣h f）,角焊缝的计算截面,h-焊缝厚度、h1熔深h2凸度、d焊趾、e焊根,破坏面,试验公式,1 角焊缝的计算应力,=f,he,lw,45O,45O,hf,第三章 钢结构连接,第三节 角接焊缝连接,二、焊缝计算,简化公式,f,危险点,角焊缝的计算应力,第三章 钢结构连接,2、侧面角焊缝计算作用力平行于焊缝(1)假设沿45有效截面剪切破坏，破坏面有效面积：,(2)假设剪应力均匀分布，平均剪应力：,(3)设计要求:,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,3、正面角焊缝计算作用力垂直于焊缝(1)假设沿45有效截面破坏,破坏面上平均名义应力,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(2)作用力N分成与破坏面垂直分量和平行分量,(3)破坏面上正应力和剪应力,(4)折算应力,(5)设计要求,第三节 角接焊缝连接,f=1.5=1.22-正面角焊缝强度增大系数,第三章 钢结构连接,4、斜向角焊缝,(1)作用力N分成与焊缝垂直分量和平行分量,(2)平行分量剪应力：,(3)垂直分量应力：,(4)设计要求：,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,三、角焊缝连接计算1、轴力作用下,(1)侧面角焊缝：,第三节 角接焊缝连接,(2)正面角焊缝：,(3)斜向面角焊缝：,(4)周围角焊缝：,第三章 钢结构连接,特例：盖板拼接1)三面围焊缝，hf相同,2)焊缝承载力,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,2、角钢连接(1)角钢桁架结构杆件与节点板连接，双角钢(2)计算内容连接强度验算，连接设计(3)连接设计选择焊缝布置(双边、三边、L形)，按构造要求假设焊脚尺寸(角钢背hf1角钢尖hf2)，计算焊缝长度(4)连接验算已知焊缝布置和尺寸，计算承载力(5)轴力分配角钢背，角钢尖，角钢端,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(a)双边侧焊缝角钢背焊缝传力N1=Nb2/b=k1N角钢尖焊缝传力N2=Nb1/b=k2N角钢背焊缝传力大(b2b1)近似计算：等边角钢k1=0.7，k2=0.3不等边角钢长肢焊k1=0.65，k2=0.35 不等边角钢短肢焊k1=0.75，k2=0.25,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(b)三边围焊缝端焊缝传力N3角钢背焊缝传力N1=(Nb2-N3b/2)/b=k1N-N3/2角钢尖焊缝传力N2=(Nb1-N3b/2)/b=k2N-N3/2,(c)L焊缝角钢尖N2=0端焊缝 N3=2k2N 角钢背N1=N-N3=(1-2k2)N,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(6)连接计算(a)双边侧焊缝(双角钢)角钢背lw1，hf1，N1 角钢尖lw2，hf2，N2,验算,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(b)三面围焊缝(双角钢)角钢端lw3=b，hf3，角钢背lw1，hf1，N1=k1N-N3/2角钢尖lw2，hf2，N2=k2N-N3/2,验算,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,验算,(c)L焊缝(双角钢)端焊缝角钢端lw3，hf3 角钢背lw1，hf1，N1,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,3、受弯连接（同时有M、N或V作用）(1)耳板与柱连接:梁柱连接焊缝受弯矩、轴力和剪力(2)计算内容:连接强度验算，连接设计，先假设焊缝尺寸，后验算焊缝强度,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(3)耳板与柱连接,焊缝受弯矩M=Pe、剪力V=P和轴力N作用,弯矩M产生的最大正应力,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,验算最不利位置,轴力N产生的平均正应力,假设剪应力均匀分布,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(4)梁柱连接,假设剪力由腹板焊缝均匀承受，弯矩由全部焊缝承受，验算翼缘最大正应力：,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,验算腹板边缘,正应力,剪应力,验算,第三节 角接焊缝连接,第三章 钢结构连接,4、受扭作用(1)受力简图：,第三节 角接焊缝连接,(2)焊缝任意点分应力：,(3)最不利点A、B点：,第三章 钢结构连接,5、扭剪作用(1)受力简图：,第三节 角接焊缝连接,(2)最不利点A点：,第三章 钢结构连接,第四节 对接焊缝连接,一、焊缝形式和构造要求1、焊缝形式(1)对接焊缝应用钢板拼接(splice)、构件组装、等强度连接(full strength connection)，吊车梁(crane girder)、牛腿(bracket)、刚接节点(rigid joint)，强度高，施工复杂；(2)接头形式对接(butt joint)和T形连接(T joint)；(3)焊缝形式坡口焊，全溶透焊(full penetration)，部分溶透焊(partial penetration)；,第三章 钢结构连接,2、构造要求(1)做坡口(edge preparation)保证焊透 I形薄板(t6mm)无需切边;V形;U形厚板;单边坡口部分焊透或中厚板(t=620mm);双边坡口厚板(t=2040mm);(2)加垫板(backing strip)单面焊，焊根容易焊透；(3)引弧板(run-on tab)避免焊口缺陷，保证等强度；,第四节 对接焊缝连接,补充P79图4-9和P80图4-11,第三章 钢结构连接,(4)切斜坡不同宽度，或厚度相差4mm以上，1:2.5斜坡，减小应力集中；3、焊缝符号(welding symbol)标明坡口形式、构造要求、现场焊；,第四节 对接焊缝连接,第三章 钢结构连接,4、分类(1)直焊缝布置在与构件最大正应力受力方向或长度方向相垂直；(2)斜焊缝布置在倾斜方向；,第四节 对接焊缝连接,补充P80图4-10,第三章 钢结构连接,第四节 对接焊缝连接,二、对接焊缝计算计算原则：(1)等截面连接，焊缝截面应力与构件相同，计算公式相同；(2)一、二级和没有拉应力的三级焊缝只验算构件即可；(3)只对受拉的三级直焊缝，进行焊缝抗拉强度计算；(4)计算不满足时把直焊缝移到拉应力较小的部位；不便移动时改二级直焊缝或三级斜焊缝。,第三章 钢结构连接,1、直焊缝受轴力N作用(1)焊缝计算长度lw有引弧板时取几何长度lw=l，无引弧板时取几何长度减去焊口影响lw=l-2t（t为较薄焊件的厚度）。(2)应力计算：,t为连接板厚度三级焊缝抗拉强度低于母材(parent metal),第四节 对接焊缝连接,第三章 钢结构连接,2、直焊缝受剪力V作用应力计算：,Iw和Sw为由焊缝尺寸计算的截面特性,第四节 对接焊缝连接,3、直焊缝受弯矩M作用应力计算：,Ww为由焊缝尺寸计算的截面抵抗矩,第三章 钢结构连接,4、斜焊缝计算(1)直焊缝不满足强度要求时，应改用斜焊缝，(2)作用力分解成 法向分量Ns=Nsinq 切向分量Nt=Ncosq,第四节 对接焊缝连接,第三章 钢结构连接,(3)焊缝剪应力,(4)焊缝正应力,(5)三级焊缝tgq1.5时无需计算,第四节 对接焊缝连接,第三章 钢结构连接,5、弯矩、剪力和轴力同时作用,(1)最大正应力,(2)最大剪应力,(3)正应力和剪应力都较大处折算应力,第三节 对接焊缝连接,第三章 钢结构连接,一、焊接应力的产生焊接不均匀加热和冷却过程，自平衡应力,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,1、纵向焊接应力 焊接高温焊缝周围产生塑性压缩，冷却时收缩受到限制，焊缝附近区受拉，焊缝区以外受压，,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,2、横向焊接应力 纵向收缩产生反向变形中间受拉，两端受压 先焊接限制后焊接变形中间受压，两端受拉 应力叠加,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,3、Z向焊接应力 表面先冷却限制内部收缩，内部受拉，表面受压,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,二、焊接应力的影响1、结构构件静力强度 自平衡应力，内外应力叠加，有焊接应力处先屈服，内力重分布，最终全截面屈服无影响,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,2、结构构件刚度 先屈服区刚度为零，应变增加，变形增大有影响；3、结构构件稳定 使受压区应力叠加，过早屈服有影响；4、结构构件疲劳 使循环应力最大值增大，裂缝易形成有影响；5、结构构件断裂 使受拉区实际拉应力增大，易形成裂缝和扩展有影响。,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,三、焊接变形 不均匀收缩产生,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,四、控制焊接应力和变形1、设计措施(1)尽量减少焊缝数量和尺寸；(2)避免焊缝过分集中或多方向焊缝相交于一点；(3)焊缝尽可能对称，避免应力集中；(4)保证搭接长度5tmin及25mm；(5)易施焊，尽可能避免仰焊。2、焊接工艺措施(1)采用合理的焊接顺序和方向；(2)先焊收缩量大和短焊缝；(3)先焊受力大焊缝，后焊受力小焊缝；,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,(4)焊后校直反变形；(5)焊前预热、焊后热处理；(6)高温回火；(7)带圆头小锤敲击；(8)钢板不易过薄t4mm；,第五节 焊接应力与变形,第三章 钢结构连接,第六节 普通螺栓连接,一、普通螺栓1、螺栓类型(1)A级、B级和C级三种(2)A级和B级为精制螺栓，螺杆、螺孔加工精度高，制作安装复杂，螺栓等级为8.8级。很少用，已被高强度螺栓代替。,第三章 钢结构连接,(4)小数点前为材料抗拉强度，小数点后为屈强比，刻在螺杆头上。例4.8级表示抗拉强度400N/mm2，屈服强度320N/mm2。(5)常用螺栓直径为d=16，20，24mm，用M表示，如M16,(3)C级为粗制螺栓，螺杆表面粗糙，螺孔直径比螺杆大1.52mm(II类孔)，制作安装方便，螺栓等级为4.6级和4.8级。C级螺栓变形大，多用于围护结构或次要结构连接。,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(6)普通螺栓的有效截面面积Ae=d2e/4，见下表：,第六节 普通螺栓连接,补充P109表4-1,第三章 钢结构连接,2、螺栓符号(1)普通螺栓，安装螺栓，高强度螺栓(2)孔径do=d+1.53，用f表示，如孔径f22(3)设计说明：螺栓类型，等级，直径，孔径,第六节 普通螺栓连接,补充P109图4-49,第三章 钢结构连接,3、螺栓排布(1)并列和错列：规则、统一、紧凑(2)排布参数：端距，边距，间距(3)排布尺寸要求：考虑安装，受力和使用(4)至少要有两个受力螺栓,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,4、最大、最小尺寸要求(1)保证安装要求：用扳手拧紧螺帽最小间距，节省连接板最大间距和边(端)距(2)保证受力要求：不过多削弱截面，最小间距和边(端)距(3)保证使用要求：避免锈蚀和变形最大间距和边(端)距,第六节 普通螺栓连接,补充P109图4-49,第三章 钢结构连接,(4)型钢上的线距表，见下表：,第六节 普通螺栓连接,补充P111表4-2,4-2,4-4,第三章 钢结构连接,5、螺栓连接受力(1)连接可传递弯矩、剪力和轴力，单个螺栓只能受拉或受剪(2)受剪螺栓作用力与螺杆垂直，受拉螺栓作用力与螺杆平行,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,二、普通螺栓受剪性能1、单个螺栓受剪破坏试验摩擦传力，滑移，螺杆传力，弹塑性破坏,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(1)螺栓直径小，连接板厚，螺杆剪切破坏(2)螺栓直径大，连接板薄，孔壁积压破坏(3)螺栓孔径大，连接板削弱多，连接板受拉破坏(4)连接板端距小，冲切破坏(5)连接板厚，螺杆长，螺杆弯曲破坏,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,2、单个螺栓抗剪承载力(1)单剪、双剪(2)螺杆剪切破坏：假设剪应力均匀分布，计算平均剪应力,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)螺杆抗剪承载力,单剪,双剪,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(4)孔壁挤压破坏：假设压应力沿直径均匀分布，计算平均压应力,(5)孔壁挤压承载力,同一方向承压板较小总厚度,板件承压强度,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,3、螺栓群拼接(1)螺栓群受拉，单个螺栓受剪(2)螺栓非均匀受剪，连接较长时端部先破坏,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)假设l115do时，剪力均匀分布，螺栓群抗剪承载力,(4)假设l115do时，剪力非均匀分布，螺栓群抗剪承载力下降,h为折减系数,要求 NNb,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(1)开孔处受拉破坏面(I，II，III),4、净截面抗拉强度计算,(2)净截面积计算,螺栓并列排布：直线面积(截面1),第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,螺栓错列排布：锯齿净面积(截面1，截面2),计算净截面强度,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,5、螺栓群牛腿（扭矩和剪力共同作用）(1)螺栓群受扭(扭矩T=Pe)、受剪(剪力N=P)，单个螺栓受剪(2)假设扭矩使连接板绕螺栓群形心o转动，扭矩产生的剪力NTi与螺栓至形心距ri成正比,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(2)扭矩平衡,扭矩产生螺栓剪力,分量,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)P在螺栓群中均匀分配,单个螺栓剪力合成,计算受剪力最大的螺栓,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,三、普通螺栓受拉性能1、单个螺栓受拉破坏试验螺杆受拉，连接板脱开，螺纹处拉断或连接板屈服,螺杆拉力Nt=N+Q,Q称为撬力，与连接板厚度和螺栓位置有关,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,增加连接板厚度或设加劲肋可减小撬力,计算螺纹处有效截面应力,螺栓抗拉强度,螺栓抗拉承载力,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,2、螺栓群受拉拉力均匀分布，螺栓个数,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,3、螺栓群受弯螺栓受拉，连接板受压，受拉区连接板脱开，螺栓面积小，拉压平衡，受压区高度小。假设转动中和轴在最下排螺栓处。,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,假设螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比,弯矩平衡,弯矩产生螺栓拉力,计算受力最大的螺栓(最外排),第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,4、同时螺栓受拉和受弯螺栓所受拉力N和弯矩M取决于偏心距e=M/N的大小,(1)当e较小时(图b，以O点计),第六节 普通螺栓连接,补充P120图4-64,补充P120公式4-47a,4-47b,(2)当e较大时(图c，以O点计),补充P120公式4-48,第三章 钢结构连接,5、同时螺栓受拉受剪螺栓螺栓所受拉力Nt和剪力Nv，试验得破坏近似相关方程,螺栓计算,孔壁挤压计算,第六节 普通螺栓连接,第三章 钢结构连接,第七节 高强度螺栓连接,一、高强度螺栓1、螺栓类型(1)高强度钢材制成。(2)按材料强度分成8.8级和10.9级(3)按传剪力方式分成摩擦型和承压型,(4)按施工方式分成大六角头和扭剪型,第三章 钢结构连接,2、受力机理(1)高强度螺栓可以传递剪力和拉力(2)高强度螺栓通过施加预拉力使连接板之间产生预压力，接触面上有摩擦力，依靠摩擦力传递剪力,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)摩擦型连接在承载能力极限状态最大剪力不能超过板件间摩擦力。(4)承压型连接在承载能力极限状态允许滑动，但最大剪力不能超过螺栓的抗剪承载力和孔壁的承压强度。,(5)高强度螺栓承载力高，变形小，传力可靠，多用于主承重受力构件连接。(6)高强度螺栓的排布要求与普通螺栓相同，摩擦型螺孔直径比螺杆直径大1.52mm，也用M表示。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,3、紧固方法与预拉力P(1)紧固方法高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。扭矩法，转角法和扭剪法，分成初拧和终拧两步完成，保证拉力均匀。(2)扭矩法专用扭矩板手，标定预拉力和扭矩之间的关系，通过施加一定扭矩达到预拉力，大六角螺栓。(3)转角法手动扳手初拧后，再转动一定角度达到预拉力，不准确性较大，每天标定扳手，大六角螺栓。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,(4)扭剪法扭剪型螺栓，特制电动扳手，以扭断梅花头为标志，准确可靠，易检查，成本高。,第七节 高强度螺栓连接,补充P125图4-67,第三章 钢结构连接,(5)螺栓预拉力越大，摩擦力越高，连接传力性能越好，但要避免在拧紧阶段发生破坏，还要保留螺栓具有一定的抗拉承载力。我国预拉力定为,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,4、抗滑移系数m(1)连接板接触面之间摩擦力的大小与摩擦系数有关，称为抗滑移系数，与表面处理方式有关。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,二、高强度螺栓抗剪计算1、单个螺栓抗剪承载力单个螺栓周围接触面上的摩擦力为mP，考虑安全系数1.11，单个螺栓抗剪承载力取,nf为摩擦面数，单剪nf=1，双剪nf=2,第七节 高强度螺栓连接,补充P126图4-68,第三章 钢结构连接,2、摩擦型螺栓抗剪计算(1)单个螺栓传递的最大剪力Nv，要求,(2)螺栓群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪，要求螺栓数,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,(3)净截面计算,每个螺栓均匀传力，孔前传力系数0.5,净截面拉应力,净截面拉力,第七节 高强度螺栓连接,补充P127图4-70,第三章 钢结构连接,3、承压型螺栓抗剪计算(1)单个螺栓承载力计算方法与普通螺栓相同,n为受剪面，单剪n=1，双剪n=2,高强度螺栓抗剪强度,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,(2)螺栓群受轴力作用时，每个螺栓均匀受剪，要求螺栓数,(3)净截面计算也可偏安全取与普通螺栓相同,高强度螺栓连接时板件承压强度,实际上摩擦力仍然传递部分剪力，承压型螺栓承载力高，破坏时变形大,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,三、高强度螺栓抗拉计算1、单个螺栓抗拉承载力由于螺栓预拉力P的存在，接触面产生初始压力C=P，连接板沿厚度方向压缩。外拉力Nt使接触面压力减为C-DC，螺栓拉力增加至P+DP，既要保证螺栓不被拉断，既要保证接触面压力不减为零。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,根据平衡条件：C-DC+Nt=P+DP或：DP=Nt-DC，外拉力Nt并非全部传给螺栓,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,假设螺栓面积为Ab，受压接触面积为Ap,外拉力Nt使连接板厚度回弹量为,外拉力Nt使螺栓伸长量为,变形协调,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,代入前式得,由试验和分析知Ap(10 20)Ab，近似取Ap 10 Ab,外拉力Nt只有很小部分直接传给螺栓,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,假设控制剩余接触面压力C-DC不低于初始值的1/4，即,设计取高强度度螺栓的抗拉承载力为,应控制外拉力Nt,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,2、摩擦型螺栓抗拉计算(1)单个螺栓传递的最大拉力Ntb，要求,(2)螺栓群受拉作用时，每个螺栓均匀受拉，要求螺栓数,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,三、高强度螺栓同时受拉受剪1、摩擦型螺栓同时抗剪和抗拉承载力计算,用线性相关方程近似表示破坏模式,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,设计要求,或,即,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,2、对于承压型螺栓,用椭圆方程表示破坏模式,设计要求,同时,即,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,同时受拉受剪，一个方向压力减小，板件局部承压强度降低，取,高强度螺栓只受剪时，孔壁三向受压，板件局部承压强度，高。,则,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,四、摩擦型螺栓群受弯连接,1、抗弯连接计算 弯矩使螺栓受力呈三角形分布，中和轴在螺栓群形心O处。最大螺栓1受力为：,第七节 高强度螺栓连接,补充P129图4-72,补充P129公式4-58,第三章 钢结构连接,2、同时抗拉和抗剪连接计算 假设剪力均匀分布，弯矩使中和轴以上连接板间压力减小，中和轴以下连接板间压力增大，但连接板间不分离。中和轴在螺栓群形心O处。,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,假设螺栓拉力三角形分布，大小与距转动中和轴距离成正比,弯矩产生螺栓拉力,第七节 高强度螺栓连接,第三章 钢结构连接,计算抗拉承载力(最外排螺栓),计算抗剪承载力(最外排螺栓),或，计算全部螺栓承载力,中和轴以下取Nti=0,第七节 高强度螺栓连接,