钢结构的连接(一).ppt

《钢结构的连接(一).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构的连接(一).ppt（91页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、7 钢结构的连接,7 钢结构的连接,7.1 焊缝连接的基本知识7.2 角焊缝连接的设计7.3 对接焊缝连接的设计7.4 焊接应力和焊接变形,7.5 螺栓连接的基本知识7.6 普通螺栓连接的设计7.7 高强度螺栓连接的设计,7.1 焊缝连接的基本知识,优点构造简单用料经济制作方便密闭性好，刚度大缺点焊缝区局部变脆残余应力、残余变形使压杆承载力下降对裂纹敏感，低温冷脆突出,1、焊缝连接的特点,角焊缝,对接焊缝,角焊缝按截面形式,2、焊缝连接的形式角焊缝、对接焊缝,直角角焊缝,斜角角焊缝,角焊缝按作用力与焊缝之间位置关系,对接焊缝按是否焊透,焊透的对接焊缝,部分焊透的对接焊缝,对接焊缝按作用力与焊缝

2、之间位置关系,（a）正对接焊缝（b）斜对接焊缝,3、焊缝符号表示,（a）正面焊缝；（b）背面焊缝；（c）安装焊缝,4、焊缝施焊的位置,（a）平焊（b）横焊(c)立焊（d）仰焊,5、焊缝施焊的方法,手工电弧焊,在高温作用下，电弧周围的焊件金属变成液态形成熔池；同时焊条中的焊丝熔化滴落入熔池中，与焊件的熔融金属相互结合，冷却后即形成焊缝。焊条药皮则在焊接过程中产生气体，保护电弧和熔化金属，并形成熔渣覆盖着焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化金属接触而形成易脆的化合物。,焊条与焊件的组配同一钢种Q235 E43型（E43）Q345 E50型（E50）Q390、Q420 E55型（E55）不同钢种

3、（低组配方案）,埋弧焊电弧在焊剂层下燃烧,埋弧自动电弧焊（焊丝送进自动、电弧移动自动）埋弧半自动电弧焊（焊丝送进自动、电弧移动人工）,气体保护焊CO2或惰性气体作保护介质,6、焊缝缺陷及检验,(a)裂纹(b)焊瘤(c)烧穿(d)弧坑(e)气孔(f)夹渣(g)咬边(h)未熔合(i)未焊透,检验方法：外观检查 外观缺陷、几何尺寸无损检验 内部缺陷 超声波检验 磁粉检验、荧光检验射线射线透照或拍片,焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。,7.2 角焊缝连接

4、的设计,侧面角焊缝：主要受剪力；塑性较好，强度较低；力线弯折，应力分布不均，但在届临塑性时，由于应 力重分布，不均趋缓和。,1、角焊缝的工作性能,正面角焊缝：受力复杂，截面中各面均有、，焊根处应力集中严重；强度侧面角焊缝，塑性侧面角焊缝；,斜焊缝：受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间；,有效厚度he=0.7hf有效截面helw=0.7hflw（或计算截面）,2、直角角焊缝强度计算的基本公式,h焊缝厚度 hf焊脚尺寸 he焊缝有效厚度（焊喉部位）h1熔深 h2凸度 d焊趾 e焊根,试验表明角焊缝的破坏常发生在焊喉。,焊缝有效截面的应力 垂直焊缝有效截面的正应力 垂直焊缝长度方向的剪应力

5、 沿焊缝长度方向的剪应力,代入,f=1.22正面角焊缝强度增大系数；但对直接承受动载结构，取f=1.0,对正面角焊缝，f=0,对侧面角焊缝，f=0,计算时不考虑焊缝方向，取f=1.0,3、斜角角焊缝的计算（假定焊缝在所成夹角的最小斜面上破坏）,根部间隙1.5mm，根部间隙1.5mm，根部间隙5mm，改变作法（图b）,由于角焊缝的内部质量不易探测，故规定其质量等级一般为三级，只对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量Q50t的中级工作制吊车梁才规定角焊缝的外观质量应符合二级。,4、角焊缝的等级要求,（1）最大焊脚尺寸,5、角焊缝的构造要求,（2）最小焊脚尺寸,对自动焊，1对T形连接的单面角焊缝，

6、1当 取,（3）侧面角焊缝的最大计算长度,一般情况：lw60hf 超限部分计算不考虑 当内力沿全长分布，lw可不受限,（4）角焊缝的最小计算长度,lw8hf 和 40mm,（5）搭接连接的构造要求,仅两条侧面角焊缝 b lw b 16t(t12mm)或190mm(t12mm)仅正面角焊缝 搭接长度l 5tmin且l 25mm 三面围焊的转角应连续施焊，非围焊可连续作2hf的绕角焊,（1）承受轴心力作用,6、直角角焊缝连接的应用举例,仅侧面角焊缝：仅正面角焊缝：三面围焊：计算正面角焊缝所承受内力 由（N-N）计算侧面角焊缝,三面围焊：先假设正面角焊缝的hf3,（原则：焊缝群传递的合力作用线应与角

7、钢杆件的轴线重合）,由N1、N2，假定hf1、hf2 lw1、lw2 lw1=lw1+hf1、lw2=lw2+hf2,由M0,两面围焊：N3=0,未绕角焊 lw1=lw1+2hf1、lw2=lw2+2hf2 绕角焊 lw1=lw1+hf1、lw2=lw2+hf2,L形围焊：N2=0,（假设hf1）,（2）承受弯矩、剪力或轴力作用,A点处,翼缘焊缝：,方法一：假设腹板焊缝承全部剪力,弯矩由全部焊缝承受,腹板焊缝：,翼缘焊缝：,方法二：假设腹板焊缝承全部剪力,翼缘焊缝承全部弯矩,腹板焊缝：,（3）承受承受扭矩与剪力作用,被连接件绝对刚性，有绕焊缝形心O转动的趋势，而角焊缝为弹性；角焊缝群上任一点的

8、应力方向垂直于该点与形心 的连线，且应力大小与r成正比。设计控制点,V作用下：焊缝平均受力,T作用下：,T作用下A（或A）点：,V作用下A（或A）点：,注：计算方法上的近似性,7.3 对接焊缝连接的设计,三级检验的对接焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度取为母材强度的85%；一、二级检验的对接焊缝其抗拉强度可认为与母材强度相等。,1、焊透的对接焊缝连接设计,（a）改变宽度；（b）改变厚度,用引弧板和引出板焊接,焊透的对接焊缝其计算方法与构件的强度计算一样。只是在计算三级焊缝的抗拉连接时，其强度设计值为母材强度的85%。,2、焊透的对接焊缝连接应用举例,（1）承受轴心力作用,lw对接焊缝的计算长

9、度，当未采用引弧（出）板时，取实际长度减去2tmin；,直缝形式不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝。,正应力：,剪应力：,当夹角满足tan1.5（即56）时，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不再进行验算。,（2）承受弯矩、剪力或轴力作用,3、部分焊透的对接焊缝连接设计,可视为在坡口内焊接的角焊缝，故其强度计算方法与直角角焊缝相同，但偏安全地取f=1.0。,焊缝熔合线上的强度略低，而(b)、(d)、(e)熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离s，故设计强度取为0.9。,7.4 焊接应力和焊接变形,焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。施焊时，高温部分受低温部分所限制，产生热态塑性压缩。焊缝冷却

10、时，被塑性压缩的焊缝区趋于缩短，但受到周围钢材限制而产生拉应力。焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区段内产生压应力。,1、焊接应力的分类,纵向焊接应力是由焊缝的纵向收缩引起的。一般情况下，焊缝区及近缝两侧的纵向应力为拉应力区，远离焊缝的两侧为压应力区。,（1）纵向焊接应力,先焊焊缝已经凝固，阻止后焊焊缝横向自由膨胀，并使其发生横向塑性压缩变形。当后焊焊缝冷却时，其收缩受到先焊焊缝限制而产生横向拉应力，而先焊部分则产生横向压应力。因应力自相平衡，更远处的另一端焊缝则受拉应力。,（2）横向焊接应力,焊缝纵向收缩，使两块板趋于形成反方向的弯曲变形，于是

11、板中间产生横向拉应力，两端产生压应力；,（3）厚度方向的焊接应力,在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。因此除有纵向和横向焊接应力x、y外，还存在着沿钢板厚度方向的焊接应力z。这三种应力形成三向拉应力场，将大大降低连接的塑性。,（1）结构静力强度,2、焊接应力的影响,常温、静载下具一定塑性的钢材，对静力强度无影响。,（2）结构刚度,降低结构的刚度，降低压杆稳定承载力。,（3）低温冷脆,三向焊接拉应力，阻碍塑性变形的发展，增加钢材在低温下的脆断倾向。,（4）疲劳强度,在焊缝及其附近的主体金属焊接拉应力通常达到钢材的屈服点，因此焊接应力对结构的疲劳强度有明显不利影响。,（a）纵、横收缩；（b）弯

12、曲变形；（c）角变形；（d）波浪变形；（e）扭曲变形,3、焊接变形的形式,4、减少焊接应力和焊接变形的方法,焊接位置安排要合理；焊缝尺寸要适当；焊缝不宜过分集中；避免焊缝垂直交叉；避免板厚方向的焊接应力。,设计上,采取合理的施焊次序；采用反变形；焊前预热或焊后回火。,工艺上,(a)分段退焊；(b)沿厚度分层焊；(c)对角跳焊；(d)钢板分块拼接,7.5 螺栓连接的基本知识,（1）普通螺栓连接 C级螺栓（粗制螺栓）等级：4.6级，4.8级孔：类孔 孔径杆径1.53mm特点：杆孔间隙较大，剪切滑移大；安装方便，可有效传递拉力。,1、螺栓连接的形式及特点,A、B级螺栓（精制螺栓）等级：5.6级，8.

13、8级孔：类孔 孔径(允许正公差)杆径(允许负公差)特点：受剪性能好；制作、安装复杂，价格高。,摩擦型,（2）高强度螺栓连接,根据外形分：大六角头型和扭剪型栓连接,只靠摩擦力传力设计准则,等级：8.8级，10.9级孔：一般为类孔 孔径特点：,摩擦型：孔径杆径1.52.0mm承压型：孔径杆径1.01.5mm,摩擦型：剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，特别适于动载结构承压型：承载力高，连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承动载结构,2、螺栓的排列要求,并列 简单整齐，节点板尺寸较小；螺孔对截面削弱大,错列 不如并列紧凑，节点板尺寸较大；螺孔对截面削弱小,构造要求 中距、边距不宜过大施工要求 中距3d0,受

14、力要求,受力方向:,受力方向:,对受拉构件，中距和边距不能过小,端距2d0受压构件的中距不宜过大,螺栓的最大、最小容许距离,型钢的螺栓排列,（1）节点上或拼接接头一端，螺栓一般不宜少于两个；（2）直接承动载的普通螺栓连接，应采用双螺帽或防松 动措施；（3）C级螺栓，只宜于沿杆轴方向受拉或次要连接；（4）型钢构件的高强螺栓连接，拼接板宜采用钢板；,3、螺栓连接的构造要求,4、螺栓的符号表示,7.6 普通螺栓连接的设计,1、螺栓抗剪的工作性能,摩擦传力的弹性阶段滑移阶段栓杆直接传力的弹性阶段弹塑性阶段,2、普通螺栓的抗剪连接,栓杆剪坏（d小，t大）计算保证板件压坏（d大，t小）计算保证“孔壁承压破

15、坏”，亦称“螺栓承压破坏”板件拉断（孔削弱截面过多）构件强度计算保证板件冲剪破坏（端距过小）构造保证，端距2d0,（1）螺栓杆受剪承载力,受剪面数目 杆公称直径 螺栓抗剪强度设计值,假定：螺栓受剪面上的剪应力均匀分布,（2）孔壁承压承载力,杆公称直径 同一受力方向的承压构件的较小总厚度 螺栓承压强度设计值,假定：螺栓承压应力均布于螺栓直径平面上,单个普通螺栓抗剪连接的承载力设计值:,注：长接头螺栓的强度折减系数,当 l115d0连接进入弹塑性阶段后，内力重分布，使受力趋于接近；,当 l115d0连接进入弹塑性阶段后，各杆受力也不 易均匀，破坏时由外向里依次破坏。,考虑：强度折减系数,3、普通螺

16、栓的抗拉连接,抗拉螺栓连接的破坏形式表现为螺栓杆被拉断。,螺栓在螺纹处的有效截面积 螺栓在螺纹处的有效直径 螺栓抗拉强度设计值,注：撬力对螺栓抗拉承载力的影响,撬力的大小与连接件的刚度有关；同时也与螺栓直径和螺栓所在位置等因素有关。,考虑杠杆作用，螺杆的轴力为：,取螺栓设计强度为 构造上采取措施减小或消除Q,（f 螺栓钢材抗拉强度设计值）,考虑Q,4、普通螺栓受拉剪共同作用,螺杆受剪兼受拉破坏,孔壁承压破坏,5、普通螺栓连接计算的应用举例,（1）普通螺栓群承受轴心剪力作用,（2）普通螺栓群承受偏心剪力作用,轴心力F作用下，每个螺栓平均受力：扭矩T=Fe作用下，每个螺栓都受剪。,T作用下剪力计算

17、：按弹性设计法计算,连接板件为绝对刚性，螺栓为弹性体；连接板件绕螺栓群形心旋转，各螺栓所受剪力大小与该螺栓至形心距离ri成正比，其方向与连线ri垂直。,设计控制点：螺栓1 距O最远，所受剪力N1T最大,如：y13x1（狭长带），可取xi=0，则有简化式：,（3）普通螺栓群轴心受拉,每个螺栓平均受力,（4）普通螺栓群弯矩受拉,弹性设计法,连接板件为绝对刚性，螺栓为弹性体；连接变形绕O处转动，拉力与y成正比。,实际中和轴：M指向一侧最外排螺栓附近；计算中和轴：近似取位于最下排螺栓处。,列弯矩平衡方程求验算公式,只考虑受拉螺栓部位的力矩,（5）普通螺栓群偏心受拉,小偏心受拉 e较小，螺栓均受拉，端板

18、与柱翼缘分离；大偏心受拉 e较大，端板底部出现受压区。,小偏心受拉：,M：引起以栓群形心O处水平轴为中和轴的 三角形应力分布；N：各螺栓均匀承受。,（判别式）,（注：yi均自O处算起）,大偏心受拉：,（判别式）,（注：e、yi均自O处算起）,（注：yi均自O处算起）,（6）普通螺栓群受拉剪共同作用,螺杆受剪兼受拉破坏,孔壁承压破坏,按抗拉连接计算,7.7 高强度螺栓连接的设计,1、高强度螺栓的预拉力及抗滑移系数,（1）高强度螺栓的设计预拉力,Ae 螺栓的有效截面面积；fu 螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度；1.2 考虑拧紧螺栓时力矩对螺杆的不利影响；0.9 考虑施工时为预拉力设计值的1/0.9

19、的超张拉，弥补P的松弛损失；0.9 考虑螺栓材质的不均匀性，故降低P；0.9 考虑用fu而非fy作为标准值。,（2）高强度螺栓的抗滑移系数,影响因素：连接处构件接触面处理方法；构件钢号；连接处构件接触面间的压紧力。区别“摩擦系数”,2、高强度螺栓的抗剪连接,（1）高强度螺栓摩擦型连接：,承载力极限状态：“1”板件间出现滑移,低温对 无明显影响；t100150时，P产生温度损失，t 150 时，采取隔热措施。,0.9 抗力分项系数R的倒数，nf 传力摩擦面数目,（2）高强度螺栓承压型连接：,承载力极限状态：“4”连接达到破坏,（当剪切面在螺纹处时，取de）,受力原理同普通螺栓 连接破坏时，杆伸长

20、，P几乎全部消失,3、高强度螺栓的抗拉连接,计算表明：当外拉力Nt=0.8P时，P很小，即P PP,试验表明：当NtP时，卸荷后P“松弛”当Nt0.8P时，无松弛现象,高强度螺栓摩擦型连接：,当外拉力N0.5P时，不出现Q N0.5P时，出现Q，Nt开始 Nu 设计如不计算Q：应使N0.5P 或增加T形翼板刚度 直接承动载结构，要求更严格,高强度螺栓承压型连接：,其值与0.8P相差不大,撬力影响：,4、高强度螺栓受拉剪共同作用,（1）高强度螺栓摩擦型连接：,外拉力对抗剪承载力的影响：,Nt使板层间压力减小至PNt Nt使抗滑移系数降至，且Nt，,1.125 考虑值降低的不利影响1.111 抗力

21、分项系数R,（2）高强度螺栓承压型连接：,计算方法类似普通螺栓,1.2考虑外拉力Nt的存在，对承压强度 予以降低,计算式也可采用,当剪切面在螺纹处时,取 与 中较小值,单个螺栓承载力设计值公式汇总,5、高强度螺栓连接计算的应用举例,（1）高强度螺栓群承受轴心剪力作用,（当剪切面在螺纹处时，取de）,摩擦型：,承压型：,注意：高强度螺栓的孔前传力,n 连接一侧的高强度螺栓总数；n1 计算截面（最外列螺栓处）上的高强度螺栓数；0.5 孔前传力系数。,验算净截面强度：,验算毛截面强度：,A 构件的毛截面面积,（2）高强度螺栓群承受扭矩作用或扭矩、剪力共同作用,方法同普通螺栓，但用高强度螺栓承载力设计值,（3）高强度螺栓群承受轴心拉力作用,摩擦型,承压型,（4）高强度螺栓群弯矩受拉,被连接构件的接触面始终保持贴合；中和轴在螺栓群形心轴上，最外排螺栓受力最大。,计算方法同普通螺栓小偏拉中M使螺栓产生最大拉力的情况：,（5）高强度螺栓群偏心受拉,计算方法同普通螺栓小偏拉,（6）高强度螺栓群受拉弯剪共同作用,摩擦型：,推导：一个螺栓：V0.9nf(P1.25Nt)所有螺栓：Vn0 0.9nf P 0.9nf(P1.25Nt1)(P1.25Nt2)V0.9nf(nP1.25Nti),外拉力弯矩 Nti0.8P 剪力 V0.9nf(nP1.25Nti),承压型：,