第3章钢结构的连接

1目录第3章钢结构的连接..............................................23．1钢结构的连接.............................................23．2对接焊缝的构造和计算.....................................53.3角焊缝的构造和计算........................................63.5普通螺栓的构造和计算......................................93.6高强螺栓连接的构造和计算.................................132第3章钢结构的连接3．1钢结构的连接钢结构：连接安装连接型钢、钢板————构件————结构连接原则：安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便、节约刚材。连接方法：焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接、紧固件连接3．1．1焊缝连接1、焊缝连接的特点现代钢结构最主要的连接方法。优点：构造简单，施工方便，用料经济，连接密闭性好，结构刚度大。缺点：热影响区内，金相组织改变，局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；局部裂纹易扩展，低温冷脆问题突出。2、钢结构常用的焊接方法（1）手工电弧焊常用的。焊条与主体金属相适应。钢材不同时，低组配方案。（2）自动或半自动埋弧焊自动化程度高。质量好。（3）气体保护焊（4）电阻焊板叠厚度不大于12mm。3、焊接连接形式及焊缝形式（1）焊缝连接形式见P53图。3（2）焊缝形式焊缝连接形式对接——厚度相同或相近的构件。传力均匀，用料省。搭接——厚度不同的构件。传力不均匀，费料。构造。T形连接——省工省料。截面突变，应力集中，疲劳。角部连接1、受力方向分对接焊缝角焊缝正对接焊缝斜对接焊缝正面角焊缝侧面角焊缝斜焊缝2、长度方向分连续角焊缝——受力性能好间断角焊缝——易应力集中。压L=1.5t；拉l=30t44、焊缝缺陷及质量检验（1）焊缝缺陷裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不合要求、焊缝成形不良等。（2）焊缝质量检验外观检查——观外缺陷和几何尺寸内部无损检验——内部缺陷—超声波法按检验方法和质量要求分为一级、二级、三级。3．1．2铆钉和螺栓连接1、铆钉连接构造复杂，少用，塑性、韧性好。2、螺栓连接（1）普通螺栓连接A、B、C三级。A、B级为精制螺栓，较少用。C级为粗制螺栓。4.6级或5.8级。（2）高强度螺栓连接8.8和10.9级。高强度螺栓摩擦型连接和高强度螺栓承压型连接3、施焊位置平焊立焊横焊仰焊——尽量避免53．1．3轻钢结构的紧固件连接3.1.4焊缝代号、螺栓图例见P58图。3．2对接焊缝的构造和计算3．2．1以接焊缝的构造坡口焊缝。（见P59图）坡口形式：直边缝、单边V形坡口、V形坡口、U形坡口、K形坡口、X形坡口。对接焊缝，宽度不同或厚度差4mm以上，做坡，不大于1:2.5。起灭弧处，引弧板。lw=l-2t.3.2.2对接焊缝的计算三级焊缝强度为85%，一、二级与母材相等。1、轴心受力的正对接焊缝wcwtwfftlN或紧固件连接自攻螺钉钢拉铆钉：铝、钢两种，电化学反应，钢。射钉自攻螺钉自钻自攻螺钉6对接焊缝，引弧板，wl取实际长度。轴心受力的斜对接焊缝wvwwtwftlNftlNcossinθ≤56.3°，即tanθ≤1.5时，与母材等强，不用计算。2、承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝公式见书P62。3、承受轴心力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝正应力叠加。3.3角焊缝的构造和计算3.3.1角焊缝的构造1、角焊缝的形式和强度hf——焊角尺寸he——计算厚度对于夹角a135°或a60°的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。侧面角焊缝主要承受剪应力。塑性好，弹性模量低，强度也较低。应力分布不均匀，两端大中间小。塑性工作阶段，应力重分布。按其截面形式分直角角焊缝斜角角焊缝按其与作用力的关系分正面角焊缝侧面角焊缝斜焊缝73.3.2直角角焊缝的基本计算公式he=0.7hflw=实际长度-2hf（考虑起灭弧）直角角焊缝在各种应力综合作用下计算公式：wfffff22f——正面角焊缝的强度增大系数，1.22。仅对正面角焊缝，wffwefflhN仅对侧面角焊缝，wfwefflhN3.3.3角焊缝的计算1、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算（1）用盖板的对接连接正面角焊缝承担内力wewfflhfN'侧面角焊缝承担内力wfwefflhNN'（2）承受斜向轴心力的角焊缝wfwefflhNf——斜焊缝强度增大系数（3）承受轴力的角钢端部连接三面围焊8wffffbhN337.022311NNKN2322NNKN两面侧焊NKN11NKN22L形围焊NKN23231NNNhe=0.7hflw=实际长度-2hf（考虑起灭弧）2、复杂受力时角焊缝连接计算（1）承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时角焊缝的计算工字梁与钢柱翼缘的角焊缝连接翼缘板的抗剪能力极差。计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。翼缘焊缝最外侧wffWffhIM211设计控制点——翼缘与腹板的焊缝交点处222hIMWf)(22EEflhV腹板焊缝的端点应按下式验算强度：9wfffff222假设腹板受剪，翼缘受弯。水平力1/hMH翼缘焊缝的强度计算公式：wffwefflhH11腹板焊缝的强度计算公式：wfwefflhV222（2）三面围焊承受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算扭矩T=F*e在A点产生的应力pyTITrpxfITr轴心力F产生的应力均匀分布)(weFlhN在A点的综合验算式wfTfFff223.5普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求1、螺栓的排列并列和错列10螺栓排列应满足要求：受力要求：端距过小，剪断或撕裂。受拉构件，中距太小，沿折线或直线破坏。受压构件，栓距过大，鼓曲或张口。构造要求：中距不宜过大，板间不紧密贴合，潮气入侵，锈蚀。施工要求：保证一定空间。3.5.2普通螺栓的受剪连接1、工作性能受剪连接的破坏形式：○1栓杆剪断；○2螺栓承压破坏；○3端部冲剪破坏；○4板件拉断；○5螺栓弯曲。2、单个螺栓受剪计算普通螺栓的受剪承载力主要由栓杆受剪和孔壁承压两种破坏模式控制。计算假定：○1栓杆受剪计算时，螺栓受剪面上的剪应力均匀分布。○2孔壁承压计算时，挤压力沿栓杆直径平面均匀分布。受剪承载力设计值bVVbVfdnN42（3。5。1）端距中距线距中距栓距螺栓连接按受力情况分只承受剪力只承受拉力承受拉力和剪力的共同作用边距11承压承载力设计值bcbcftdN（3。5。2）3、普通螺栓群受剪连接计算（1）轴心受剪连接长度0115dl时bNNnmin（3。5。3）连接长度0115dl时，解钮扣现象。bNNnmin（3。5。5）（2）偏心受剪轴心力作用下nFNF1（3。5。6）2211iiTxyxTyN（3。5。7）2211iiTyyxTxN（3。5。8）受力最大螺栓所受合力N1的计算式：bFTyTxNNNNNmin211211)(（3。5。9）3.5.3普通螺栓的受拉连接1、普通螺栓受拉的工作性能撬力附加，杆力增大。2、单个普通螺栓的受拉承载力单个螺栓受拉承载力的设计值：btebtebtfdfAN42（3。5。11）有效直径123、普通螺栓群受拉（1）轴心受拉btNNn（3。5。13）（2）栓群承受弯矩作用中和轴通常在受压一侧最外排螺栓附近的某个位置。实际计算时可近似地取中和轴位于最下排螺栓O处。离中和轴越远的螺栓所受拉力越大。螺栓拉力与O点算起的纵坐标y成正比。2iiiyMyN（3。5。14）（3）栓群偏心受拉判别：12nyyei为小偏心。核心距○1小偏心受拉btiNyNeynNN21min（3。5。15a）○2大偏心受拉btiNyyNeN211'''（3。5。15a）3.5.4普通螺栓受剪力和拉力的联合作用破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。验算剪——拉作用：122bttbVVNNNN（3。5。17）验算孔壁承压：bcVNN（3。5。18）133.6高强螺栓连接的构造和计算3.6.1高强度螺栓连接的工作性能和构造要求1、高强度螺栓连接的工作性能抗剪性能：高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接抗拉性能：外加拉力小于螺杆预拉力的80%时，无松驰现象发生。未考虑撬力影响。当外拉力PNt5.0时，不出现撬力。2、高强度螺栓连接的构造要求（1）高强度螺栓预拉力的建立方法○A力矩法电动扭矩扳手。施工预拉力为设计预拉力的1.1倍。50%初拧，100%终拧。○B转角法普通扳手初拧，长扳手或风动扳手终拧。C扭剪法扭剪型高强度螺栓。50%初拧，100%终拧。（2）预拉力值的确定uefAP2.19.0*9.0*9.01.2——扭矩对螺杆的不利影响系数。0.9——超张拉系数0.9——螺栓材质的不定性系数0.9——式中以钢材抗拉强度为准，引入的附加安全系数（3）摩擦面抗滑移系数构件接触面的处理方法、构件钢号有关。随压紧力减小而降低。钢材强度、硬度越高，产生滑移的力就越大。严禁在摩擦面上涂刷红丹。保证干燥。3.6.2高强度螺栓摩擦型连接计算1、受剪连接承载力PnNfbv9.0（3。6。4）2、受拉连接承载力14PNbt8.0（3。6。5）3、同时承受剪力和拉力连接的承载力1bttbvvNNNN（3。6。6）3.6.3高强度螺栓承压型连接计算1、受剪连接承载力bNmin受剪承载力设计值螺栓杆剪断bVeVbVfdnN42（3。5。1）承压承载力设计值孔壁承压bcbcftdN（3。5。2）2、受拉连接承载力btebtebtfdfAN42（3。5。11）3、同时承受剪力和拉力连接的承载力验算剪——拉作用：122bttbVVNNNN（3。5。17）、（3。6。7）验算孔壁承压：2.1/bcVNN（3。6。8）1.2——拉力导致板材承压强度降低。153.6.4高强度螺栓群的计算1、高强度螺栓群受剪（1）轴心受剪摩擦型连接——PnNfbv9.0（3。6。4）承压型连接——受剪承载力设计值（螺栓杆剪断）bVeVbVfdnN42（3。5。1）承压承载力设计值（孔壁承压）bcbcftdN（3。5。2）（2）偏心受剪——计算与普通螺栓同，螺栓承载力设计值采用高强度螺栓的。2、高强度螺栓群受拉（1）轴心受拉bNNnminbNmin——高强度螺栓摩擦型连接PNbt8.0（3。6。5）高强度螺栓承压型连接btebtebtfdfAN42（3。5。11）（2）高强度螺栓群受弯矩作用外拉力小于预拉力P，接触面紧贴，中和轴在形心轴上。最外排螺栓受力最大。211iyMyN（3。6。9）偏心受拉小偏心受拉btiNyNeynNN211（3。6。10）（3。5。15a）受拉力、剪力、弯矩共同作用（1）摩擦型连接的计算弯矩——拉力作用下162iitiyMynNN（3。6。12）剪力V应满足：)25.1(9.01nitifNnPnV（3。6。13）螺栓最大拉力应满足：bttiNN（2）承压型连接的计算验算剪——拉作用：122bttbVVNNNN（3。5。17）、（3。6。7）验算孔壁承压：2.1/bcVNN（3。6。8）1.2——承压强度设计值降低系数。