钢结构连接概要

《钢结构连接概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构连接概要（186页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、钢结构基本原理,土木工程学院,3 钢结构的连接,本章内容: （1）钢结构的连接方法 （2）焊接方法和焊缝连接形式 （3）角焊缝的构造与计算 （4）对接焊缝的构造与计算 （5）焊接应力和焊接变形 （6）螺栓连接的构造 （7）普通螺栓连接的工作性能和计算 （8）高强度螺栓连接的工作性能和计算 本章重点：角焊缝的构造与计算，普通螺栓连接的计算，强度螺栓连接的计算 本章难点：如何运用相关公式进行各种连接计算,3.1 钢结构的连接方法,2、铆接,1、焊接,对接焊缝,角 焊 缝,3. 1. 1 钢结构连接种类 焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接,3.1 钢结构的连接方法,3. 1. 2 连接特点,优点（1）构造

2、简单，制造省工； （2）不削弱截面，经济； （3）连接刚度大，密闭性能好； （4）易采用自动化作业，生产效率高。,缺点（1）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆； （2）产生焊接残余应力和残余应变； （3）裂缝易扩展，低温下易脆断。,一、焊缝连接,优点：安装拆卸方便。 缺点：构造复杂，削弱截面，不经济。,二、螺栓连接,1、普通螺栓连接 由235钢制成，根据加工精度分A、B、C三级. A B级精制螺栓,类孔，孔径比杆径大0.3-0.5mm， 抗剪性能好, 制造安装费工，少用。 C级粗制螺栓,类孔，孔径比杆径大1.5-2.0mm，抗剪性能差，但传递拉力性能好，性能等级为4.6级或4.8级 。,3. 1

3、. 2 连接特点,2、高强螺栓连接,（1）性能等级 高强钢材制成：优质碳素钢：35号、45号； 合 金 钢：20MnTiB、40B、35VB。 性能等级：8.8级、10.9级。 小数点前8、10螺栓材料经热加工后的最低抗拉强度为830、1040N/mm2； 小数点后0.8、0.9屈强比,3. 1. 2 连接特点,摩擦型：只靠摩擦阻力传力,以剪力达到接触面的摩擦力作为承载力极限状态设计准则,（2）按抗剪性能分,承压型：以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏为承载力极限状态设计准则,摩擦型螺栓连接：变形小，弹性性能好，耐疲劳，施工较简单，适用于承受动力荷载的结构。,承压型螺栓连接：承载力高于摩擦型连

4、接，连接紧凑，剪切变形大，不能用于承受动力荷载的结构。,3. 1. 2 连接特点,3.2 焊接方法和焊缝连接形式,3. 2. 1 钢结构常用焊接方法,1.手工电弧焊 打火引弧-电弧周围的金属液化(熔池)焊条熔化滴入熔池与焊件的熔融金属结和冷却即形成焊缝。,电弧焊： 手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。,优点：方便，特别在高空和野外作业； 缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。,焊条: 焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。 Q235E43焊条； Q345E50焊条 Q390（Q420）E55焊条 E焊条；型号由四部分组成 E 前两位数 焊缝金属最小抗拉强度(43kg/m

5、m2)； 后两位数 焊接位置、电流及药皮类型。 不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条,3. 2. 1 钢结构常用的焊接方法,1. 手工电弧焊,3.2 焊接方法和连接形式,2. 自动（半自动）埋弧焊 电弧在焊剂层下燃烧的一种方法。 优点：质量好，效率高； 缺点：需要专用设备。,3. 气体保护焊 利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为保护介质的一种方法。 优点：质量好； 缺点：对环境要求高。（结束）,3. 2. 1 钢结构常用的焊接方法,（ 被连接钢材的相互位置）,对接连接,搭接连接,T型连接,角部连接,焊缝连接形式,3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式,1.焊缝连接形式,1.焊缝连

6、接形式,(1)按焊缝的截面形式分,对接焊缝,角 焊 缝,2.焊缝形式,按受力方向划分,（2）焊缝沿长度方向的布置,注意: 在受压构件中 L15t L不宜过长 在受拉构件中 L30t （t为较薄焊件的厚度）,2.焊缝形式,（3）焊缝的施焊方位,平焊（俯焊）,立焊,横焊,仰焊,2.焊缝形式,3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验,1、焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热 影响区钢材表面或内部的缺陷,3.2 焊接方法和连接形式,2.焊缝质量检验,三级：只进行外观检查（即检查外观缺陷和几何尺寸） 二级：除外观检查，超声波抽检 一级：同二级,3.焊缝质量等级的选用,（1）需要进行疲劳计算的构件，凡是对

7、接焊缝均应焊透。其中垂直于作用力方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级；作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。,3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验,3.2 焊接方法和连接形式,（2）不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母材等强的对接焊缝应焊透。母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 （3）重级工作制和起重量Q500KN的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头均要求焊透，质量等级不应低于二级。 （4）不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，一般仅要求外

8、观质量检查，具体规定如下：三级检验；承受动力荷载且需要验算疲劳和Q 500KN的中级吊车梁，二级。,hf,3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例,3.2 焊接方法和连接形式,焊缝代号-引出线、图形符号、辅助符号,角焊缝,3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例,焊缝代号-引出线、图形符号、辅助符号,焊缝分布不规则，在标注焊缝符号的同时，可在图形上加栅线,（结束）,3. 3 角焊缝的构造和计算,3.3.1 角焊缝的形式和强度,角焊缝一般用直角角焊缝。夹角 的斜角 角焊缝，不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）,按截面形式划分,侧面角焊缝强度低、塑性好；应力沿长度方向分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。,

9、侧面角焊缝、正面角焊缝、斜焊缝,侧面角焊缝平行于力的作用方向,N,按受力方向划分,正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力；强度高，塑性差。,正面角焊缝垂直于力的作用方向,（2）按角焊缝与作用力的关系分,3. 3. 2 角焊缝构造要求,（1）最大焊脚尺寸要求,为避免焊缝区基本金属“过热”，减少焊件的残余应力和残余变形。,焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织,对自动焊:,对T型连接的单面角焊缝：,当焊件厚度,设计：,（2）最小焊脚尺寸要求,（3）侧面角焊缝最大计算长度,静力荷载,动力荷载,侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀，两端大中间小，所以一般均规定其最大计算长度。

10、,注：若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限,注意：焊脚尺寸和焊缝计算长度取mm的整数，小数点以后都进为1。,设计：,(4)角焊缝的最小计算长度,（防止局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，及其他缺陷，使得焊缝不可靠）,1）在搭接连接中，搭接长度L5t min 且25mm。,（5） 搭接连接的构造要求,L5tmin 且25mm。,为了减少收缩应力以及因偏心在钢板与连接件中产生的次应力,3）围焊的转角处必须连续施焊。非围焊时，可在构件转角处作长度2h f 的绕角焊,（为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲大）,2）当板件端部仅有两侧面角焊缝时，l wb（两侧焊缝距离）,同时,（5） 搭

11、接连接的构造要求,190,190,（为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均匀）,焊缝实际长度 取为5mm的倍数，如192mm取为195mm， 196mm取为200mm。,3. 3. 3 直角角焊缝强度计算的基本公式,（1）侧面角焊缝的破坏大多在450截面；,hf,he,受力特点：,（3）正面角焊缝破坏强度高，刚度大，塑性差 ；,（2）正面角焊缝应力状态复杂，可能沿450截面破坏，也可能沿溶合边破坏；,受力特点：,当用应力分量表示时：,当用主应力表示时：,在普通梁中，一般只存在正应力和剪应力：,2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件,（1）当三个主应力同号且数值接近时，即使很大，但钢材很难屈

12、服，发生脆性破坏。 （2）有异号应力，且同号两个应力差较大，即使 ，但 可能大于 ，发生塑性破坏。,纯剪：,讨论：,2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件,3. 3. 3 直角角焊缝强度计算的基本公式,教材第33-34页,（作用力平行于焊缝方向）,N,N,（38）,1、侧面角焊缝,（结束）,2、正面角焊缝,当承受动力荷载时：,N,N,-正面角焊缝强度增大系数，1.22 。,3 .斜向角焊缝,N,Ny= Ncos ,Nx=Nsin,计算步骤,（1）求出同一平面焊缝群的形心,（2）将荷载向形心简化，找出最不利位置,（3）分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力,（4）区分正面角焊缝受力和侧面角焊缝受

13、力，视荷载种类（静荷或动荷）代入角焊缝的基本计算公 式进行计算。 （5）验算是否满足构造要求。,(两面侧焊）,(由构造确定hf ),(1) 连接盖板,1 .轴心受力角焊缝连接计算,3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算,盖板长度：,由,得,(三面围焊）,（a)端面角焊缝承担,(b)侧面角焊缝承担的力,(由构造确定hf ),(1) 连接盖板,N,(三面围焊）,由,得,（结束）,(c)焊缝长度计算,盖板长度：,N,N,N,N,由,N1,得,解： 查附表1.2, 例3.2 试设计用拼接盖板的对接连接(图3.24)。 已知钢板 宽B270mm，厚度,，拼接盖板厚度,。该连接,(设计值)，钢材为,

14、工焊，焊条为E43型。,承受的静态轴心为,，手,(1) 两面侧焊, 盖板长度：, 一条焊缝的实际长度,取680mm, 焊缝总长度,（a)端面角焊缝承担,侧面角焊缝承担的力,N,(2)三面围焊,(b) 焊缝长度计算,(c) 一条焊缝长度,(d) 盖板长度,盖板为：370mm240mm16mm,（2）角钢角焊缝连接(桁架的杆件,计算焊缝长度),（a ） 三面围焊,1 .轴心受力角焊缝连接计算,3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接计算,N1,N3,N2,N= N1+ N2+ N3,肢背、肢尖焊缝承担的力,端面焊缝承担的力,N1,N3,N2,由,令：,-肢背、肢尖内力分配系数，近似取2/3，1/3,N1,N3,N2,由：,b,肢尖、肢背所需焊缝长度 l1、l 2,（B）两面侧焊,例 3.3 试确定图3.25所示承受静态轴心力作用的三,（2）肢背焊缝承担的力N1,（1）端部焊缝承担的力N3, 解 ：,（3）焊缝连接承担的力N,（5）肢尖焊缝长度,（4）肢尖焊缝承担的力N2,（结束）,作业：P72习题3.1 3月17日（周二）交,2. 承受弯矩、剪力和轴力共同作用的角焊缝,已知：M、 V 、 N、问题：验算焊缝强度或设计,（1）应力计算,3. 3 角焊缝的构造和计算,3.3.4 各种受力状态下