钢结构_何敏娟_第三章连接的构造和计算

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1、第3章 钢结构的连接,本章导学（1）,钢结构连接钢结构是一种由预制材料（钢材）制作，通过工厂加工成构件，再经工地现场拼装而形成的结构，因此，构件与构件之间的连接节点是形成钢结构并保证结构安全正常工作的重要组成部分。 设计钢结构连接的基本原则 合理设计连接，保证节点具有足够的承载能力和适当的节点刚度，以实现在节点处传递内力。 具体设计时应根据荷载设计值所产生的结构或构件内力响应进行连接节点的计算。 正确计算节点所承受（或传递）的内力是保证节点安全传力的前提，而根据节点连接的传力机理选择适当连接方式以及连接件的布置则取决于结构或构件所承受的荷载特征、连接处的构件截面形状、构件尺寸、连接区的尺度、节

2、点刚度要求、不同连接方式的构造要求、施工的可能性等诸多因素。,本章导读（2）,本章的学习内容有： 1、钢结构的连接方式 2、焊接连接的特性 3、焊接应力与焊接变形对接焊缝的构造和计算 4、对接焊缝的构造和计算 5、角焊缝的构造和计算 6、普通螺栓连接的构造和计算 7、高强度螺栓连接的构造和计算,本章导读（3）,本章的学习重点是： 1、各种连接方式的构造要求 2、各种连接方式的传力机理 3、典型焊接连接节点的计算方法 4、典型螺栓连接节点的计算方法,本章导读（4）,本章的学习方法是： 1、认识实践作先导实物、图片、现场参观等 2、基本概念为基础传力机理、连接特性等 3、强化对构造要求的理解构造要

3、求量多面广 4、典型连接例题、习题训练 适用环境、参数计算、设计和验算步骤、计算方法等 5、相关工程规范学习 钢结构设计原理 建筑钢结构焊接技术规程等。,本章导读（5）,本章的知识点分布： 1、钢结构的基本连接方式 2、焊接连接形式与焊接连接特性 3、焊接应力与焊接变形 4、对接焊缝的构造 5、对接焊接的计算 6、角焊缝的构造 7、角焊缝的受力特点 8、角焊缝的计算 9、普通螺栓连接的构造 10、普通螺栓的受力特点和设计承载力 11、普通螺栓连接的计算 12、高强度螺栓连接的构造 13、高强度螺栓连接的计算,钢结构连接的基本方式(1),铆钉连接,螺栓连接,焊缝连接,1.1 钢结构的基本连接方式

4、,钢结构连接的基本方式(2),1.1 钢结构的基本连接方式,钢结构连接的基本方式(3),现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛,优点,构造简单 任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件 省工省料 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面 施工快速 可自动化操作 连接的密闭性好，刚度大，整体性好,1.2 焊接的特点,钢结构连接的基本方式(4),1.3 螺栓连接的特点,钢结构连接的基本方式(5),优点,塑性、韧性好，动力性能好,缺点,费料、加热铆合过程极其费工,1.4 铆钉连接的特点,钢结构连接的基本方式(6),栓钉将钢板与混凝土板连接起来 栓钉承受剪力,1.5 栓（焊）钉连接的特点,钢结构连接的基本方

5、式(7),射 钉 枪,用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接 可采用射枪、铆枪等专用工具安装,1.6 射钉、自攻螺钉的特点,钢结构连接的基本方式(8),1.7 基本连接方式对比,2 焊接连接形式及特性（1）,电弧焊 2. 气体保护焊 3. 电渣焊 4. 气焊 5. 电阻焊,2.1 焊接工艺,2 焊接连接形式及特性（2）,2.1 焊接工艺,2 焊接连接形式及特性（3）,采用涂有焊药的焊条 通电后，焊条与焊件之间产生电弧 高热量使焊条熔化而形成焊缝,设备简单，适应性强，应用最广泛 质量波动大，生产率低，劳动强度大,2.1 焊接工艺手工电弧焊,2 焊接连接形式及特性（4）,采用无涂层焊药

6、的焊丝，埋在焊剂下 通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝 熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上,半自动埋弧焊,焊缝质量好，生产效率高 需专用焊接设备，成本高,全自动埋弧焊,2.1 焊接工艺自动、半自动电弧焊,2 焊接连接形式及特性（5）,焊接速度快，熔化深度大 可手工焊，也可自动化操作 目前工厂很常用的焊接方法 室外施焊要有避风措施，防止气孔、焊坑缺陷,采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝 电弧使焊丝熔化形成焊缝 CO2气体保护被焊金属与空气接触,焊丝,2.1 焊接工艺气体保护焊,2 焊接连接形式及特性（6）,非消耗 熔嘴式,采用管状焊条(熔嘴),焊丝从管内进入 电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊

7、丝形成焊缝 常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接 有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分,消耗熔嘴式,2.1 焊接工艺电渣焊,2 焊接连接形式及特性（7）,采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条 适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备,2.1 焊接工艺气焊,2 焊接连接形式及特性（8）,不采用焊接材料 电流通过焊件表面的电阻，产生热量 熔化金属，再加压力而焊合 适宜板厚不大于12 mm的焊接 冷弯薄壁型钢连接常采用此焊接方法,2.1 焊接工艺电阻焊,2 焊接连接形式及特性（9）,根据焊件相对位置 根据焊缝构造 根据焊缝连续性 根据施焊位置,平接 搭接 顶接 对接焊缝（直缝和斜缝） 角焊缝（侧

8、缝和端缝） 组合形式 连续焊 间断焊 俯焊 立焊 横焊 仰焊,平接（对接焊缝）,搭接（角焊缝）,顶接 （T型连接）,对接焊缝,角焊缝,2.2 焊缝形式焊缝的不同分类,2 焊接连接形式及特性（9）,用料经济，传力平稳，动力性能好 较厚的板需开剖口，费工,施工简便 传力不均，应力集中严重，搭接时费料,2.2 焊缝形式对接焊缝与角焊缝,2 焊接连接形式及特性（9）,间断焊缝,连续焊缝,不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接,2.2 焊缝形式连续焊缝与间断焊缝,2 焊接连接形式及特性（9）,2.2 焊缝形式施焊方位,2 焊接连接形式及特性（9）,热裂纹,冷裂纹,气孔,烧 穿,夹 渣,根部未焊透,边缘

9、未熔合,焊缝层间未熔合,咬 边,焊瘤,2.3 焊缝缺陷,2 焊接连接形式及特性（9）,检 验 标 准,二级,肉眼外观检查 超声波 用于有较大拉应力的较重要连接不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷,一级,肉眼外观检查 超声波 X射线 用于抗动力、疲劳荷载的重要连接不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷,用于一般连接所有焊缝均应作外观检验，不允许有可见裂纹等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求；,超声波 检测设备,2.4 焊缝质量检验,无损检测：一级焊缝全数检验， 二级焊缝抽检20以上,焊缝周围温度场,3 焊接应力与焊接变形（1）,产生原因,焊接残

10、余变形 由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起 焊接残余应力 由焊缝冷却收缩受到阻碍引起,3.1 焊接应力,3 焊接应力与焊接变形（2）,1.纵向焊接应力沿焊缝方向 两板焊接 焊缝区受拉、两侧受压 焊接工字钢腹板中央受压，两端受拉 翼缘中央受拉，两端受压 2.横向焊接应力垂直焊缝方向 A. 焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲中间横向受拉，两端受压 B. 施焊先后不同，则冷却时间不同，导致后焊部分收缩受拉，先冷 部分受杠杆作用也受拉，中间部分受压 A和B两种作用叠加 3.厚度方向焊接应力表面受压，中央受拉 4.焊接应力的影响 A. 由于承载时可扩展塑性区，常温下受静载不影响强度，但会影响刚度 B. 焊缝中

11、的三向应力阻碍塑性变形的发展，导致开裂，降低疲劳强度 C. 降低构件稳定性，和使构件提前进入塑性工作阶段,3.1 焊接应力,3 焊接应力与焊接变形（3）,工字形截面,3.1 焊接应力,3 焊接应力与焊接变形（4）,横向焊接应力,应力分布,第二部分,厚度方向焊接应力,3.1 焊接应力,3 焊接应力与焊接变形（5）,与焊接应力同时产生，由焊区收缩变形导致,3.2 焊接变形,波浪变形,纵向收缩 横向收缩 弯曲 角变形 波浪变形 扭曲变形,3 焊接应力与焊接变形（6）,3.3 降低焊接应力和焊接变形的措施,选择合理的施焊顺序(分段、分层、分块等)； 2采用合理的焊缝设计： （1）尽量避免三向焊缝汇交；

12、 （2）控制焊缝厚度不要过大； （3）尽量对称布置焊缝； （4）不宜单独使用端缝。 3施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形； 4对小尺寸构件可在焊前预热，或在焊后回火加热至600左右，然后缓慢冷却； 5采用机械方法校正焊接变形。,3 焊接应力与焊接变形（7）,设计措施,合理安排焊缝位置 焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错,加劲板开孔，让主要焊缝 通过，次要焊缝中断,3.3 降低焊接应力和焊接变形的措施,3 焊接应力与焊接变形（8）,加工措施,合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。 施焊前，预加反向变形。,焊接次序交替进行,分多道焊缝,预加反变形,3.3 降低焊接应力和焊接变形的措施,4 对接焊缝

13、的构造（1）,4.1 坡口形式,4 对接焊缝的构造（2）,不同宽度,不同厚度,可不设斜坡,引弧板,4.2 其它构造,4 对接焊缝的构造（3）,4.3 焊缝截面,焊缝截面厚度焊缝所连接板件的较薄厚度； 焊缝截面计算长度 采用引弧板时，焊缝全长有效； 未采用引弧板时，计算焊缝长度=焊缝长度减去2t,4.4 传力特性,（1）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力 （2）力线没有转折（或基本没有转折）,4 对接焊缝的构造（4）,4.5 焊缝强度设计值,5 对接焊缝的计算（1）,确定计算截面上的内力（荷载效应） 注意点：防止内力漏项 2. 确定焊缝质量检验等级 根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以

14、及应力状态等对接焊缝一般均有全熔透要求，等级为二级或一级 3. 确定焊缝强度设计值 抗拉强度 抗压强度 抗剪强度 4. 计算焊缝截面特性 截面面积A、惯性矩I、截面模量W、面积矩S等 5. 应力计算 6. 强度校核,5.1 计算步骤,5 对接焊缝的计算（2）,N 轴心拉力或压力 tw 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚） lw 焊缝计算长度，有引弧板lwL， 无引弧板lwL2t（较小板厚） 对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度,焊缝应力验算,式中：,5.2 典型节点（1）焊缝轴心受力直缝,直缝,5 对接焊缝的计算（3）,焊缝应力 简化验算,规范规定 当 ，可不验算。,斜缝,5.2 典型节点（1）焊缝轴

15、心受力斜缝,5 对接焊缝的计算（4）,应力分布,应力分布,5.3 典型节点（2）梁的拼接弯矩、剪力、轴力作用,5 对接焊缝的计算（5）,5.4 典型节点（3）牛腿焊接弯矩、剪力作用,5 对接焊缝的计算（6）,焊缝有效抗剪面积，,整个焊缝截面的面积；,5.5 典型节点（4）牛腿焊接弯矩、剪力、轴力作用,6 角焊缝的构造（1）,6.1 角焊缝截面,（1）按两焊角边夹角划分,除钢管结构外, 对于135o或60o斜角角焊缝, 不宜用作受力焊缝。,6 角焊缝的构造（2）,普通型,深熔型,平坡型,6.1 角焊缝截面,（2）按焊缝截面形式划分,在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝宜采用平坦型，且长边沿内力方向；,6 角焊缝的构造（3）,不应太小 否则不能焊透，导致实际承载力不足 焊缝冷却太快容易开裂,（1）角焊缝焊脚尺寸 hf,不应太大 否则焊缝冷却后产生较大变形 较薄焊件容易烧穿,6.2 角焊缝截面尺寸,焊脚尺寸