钢结构连接第3章教学文案

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1、2020/7/12,1,第3章 钢结构的连接,钢结构的连接方法 焊接方法和焊缝连接型式 角焊接的构造和计算 对接焊缝的构造和计算 焊接残余应力和焊接残余变形 普通螺栓连接的构造和计算 高强度螺栓连接的性能和计算,主要内容：,2020/7/12,2,第3章 钢结构的连接,掌握焊接连接的特性和计算 普通螺栓连接、高强度螺栓连接的性能和计算,重点：,2020/7/12,3,3.1 钢结构的连接方法,连接的要求：足够的强度、刚度和延性 连接方法：焊接、铆接和螺栓连接,钢结构的连接方法,2020/7/12,4,Welded connection构造简单，用料经济，不削弱截面，加工方便，连接的密封性好，结

2、构刚度大；有焊接残余应力和焊接残余变形，易发生脆性破坏。 Bolted connection普通螺栓和高强度螺栓。 Riveted connection很少采用（构造复杂，费工费料） 普通螺栓C级，Q235钢，4.6级和4.8级。II类孔，孔径大杆径1.5-3mm，一般用于次要结构的受剪连接，以及受拉连接。 高强度螺栓高强度钢材，8.8级和10.9级，孔径大杆径1.0-2mm，分为摩擦型和承压型,2020/7/12,6,优点：省工省材，任何形状的构件均可直接连接，密封性好，刚度大 缺点：材质劣化，残余应力、残余变形，一裂即坏、低温冷脆,3.2.2 焊缝连接的优缺点,2020/7/12,7,焊缝

3、缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等,3.2.3 焊缝缺陷,2020/7/12,8,焊缝等级：钢结构工程施工质量验收规范分三级 三级焊缝：外观检查； 二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，用超声波检验每条焊缝的20长度，且不小于200mm； 一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷。 什么焊缝用一级、二级、三级，GB 50017有规定，如在需验算疲劳的对接焊缝，作用力垂直于焊缝长度时受拉为一级，受压为二级 强度折减：高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9,3.2.3 焊缝缺陷,2020/7/12,9,焊缝连接型式：对接、搭接、T形连接和角接,

4、3.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式,焊缝连接型式,2020/7/12,10,焊缝型式：对接焊缝和角焊缝,焊缝型式,对接焊缝按受力与焊缝方向分： 1）正对接焊缝(a)：作用力方向与焊缝方向正交。 2）斜对接焊缝(b)：作用力方向与焊缝方向斜交。,角焊缝按受力与焊缝方向分： 1）正面角焊缝(c) ：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2）侧面角焊缝(c) ：作用力方向与焊缝长度方向平行。 3）斜焊缝（c）：作用力方向与焊缝方向斜交。,2020/7/12,11,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第三章 连 接,Chapter 3 Connectio

5、ns,1）对接焊缝,2）角焊缝,2020/7/12,12,施焊位置：俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊,焊缝施焊位置,2020/7/12,13,作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求 表示方法：由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成,3.2.5 焊缝代号,2020/7/12,14,3.3 角焊缝的构造和计算,截面形状,3.3.1 角焊缝的构造和强度,角焊缝截面图,2020/7/12,15,应力分布,侧面角焊缝应力分布,角焊缝应力-位移曲线,2020/7/12,16,正面角焊缝应力分布,2020/7/12,17,角焊缝构造要求,t,t1,t2,2020/7/12,18,欧洲钢结构协会推荐公式,有效截面,

6、垂直于焊缝有效截面的正应力 垂直于焊缝长度方向的剪应力 平行于焊缝长度方向的剪应力,3.3.2 角焊缝计算的基本公式,我国规范公式,2020/7/12,19,Ny: 垂直于焊缝长度方向的轴心力,Nx: 平行于焊缝长度方向的轴心力,lw:焊缝计算长度，实际长度减去2 hf,he:焊缝有效厚度，等于0.7hf,Ny在焊缝有效截面上引起的垂直于焊缝一个直角边的应力，它既不是正应力，也不是剪应力，而是以下两个应力的合应力； Nx在焊缝有效截面上引起的平行于焊缝长度的应力；,实用计算方法,2020/7/12,20,侧面角焊缝,正面角焊缝,综合作用,正面角焊缝强度增大系数，直接承受动力荷载时为1.0,仅有

7、平行于焊缝长度方向的轴心力时 仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时 同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时,2020/7/12,21,1. 受轴心力焊件的拼接板连接 仅侧面角焊缝： 仅正面角焊缝：,3.3.3 常用连接方式的角焊缝计算,轴心力作用下角焊缝连接,2020/7/12,22,三面围焊时：先计算正面角焊缝N1，剩余的N-N1由侧面角焊缝承担。 菱形拼接板：简化计算不计正面及斜焊缝的f,2020/7/12,23,2. 受轴心力角钢的连接 当采用侧面角焊缝连接时 肢背： 肢尖：,角钢角焊缝上受力分配两面侧焊,2020/7/12,25,当采用三面围焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担

8、的力： 肢背 肢尖,角钢角焊缝上受力分配三面围焊,2020/7/12,26,当采用L形焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担的力：,角钢角焊缝上受力分配L形焊,2020/7/12,27,例题3.2 试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B270mm，厚度t1=28mm，拼接盖板的厚度t2=16mm。该连接承受的静态轴心力N1400kN（设计值），钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型,2020/7/12,28,分析,方法一： 假定焊脚尺寸-焊缝长度-拼接盖板尺寸,步骤1：假定焊脚尺寸（hf）,角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。,最大焊脚尺寸：规范规定，当t6mm时，hft-(12)

9、mm，t为较薄焊件的厚度 hfmax =1415mm,取hf=10mm,最小焊脚尺寸：规范规定，hf1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度 hfmin = 7.9mm,2020/7/12,29,步骤2：计算焊缝长度（lw）,假设采用两面侧焊缝，拼接盖板采用上下两块。,根据公式（3.8）式算得连接一侧所需焊缝的的总长度 Slw =1250mm,拼接盖板的长度 L=676mm, 取680mm,由于该连接采用了上下两块拼接盖板，在连接一侧有4条侧焊缝，一条侧焊缝的实际长度 lw = 333mm 验算lwminlwlwmax,2020/7/12,30,步骤3：确定拼接盖板的宽度（b）,虽然沿拼接盖板的

10、宽度方向没有施焊，但也应该根据强度条件和构造要求确定其宽度。,强度条件：假设b=240mm,则拼接盖板的横截面积A=3840mm2, 根据静态轴力计算的强度值 s=182.3 N/mm2f=215 N/mm2,选用拼接盖板的尺寸为680mm240mm16mm,构造要求：当板件端部只有两条侧面角焊缝连接时，要求b/lw12mm时，b16t, t为较薄焊件的厚度,2020/7/12,31,方法二： 假定焊脚尺寸和拼接盖板尺寸-验算焊缝承载力 （如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊脚尺寸，再进行验算）,步骤1：假定焊脚尺寸（hf=10mm),步骤2：假定拼接盖板尺寸 采用菱形拼接盖板，

11、拼接盖板上下两块,2020/7/12,32,步骤3：计算各部分焊缝的承载力,a)正面角焊缝N1=109.3kN,b)侧面角焊缝N2=448.0kN,c)斜焊缝N3=854.8kN,步骤4：作用力设计值与承载力比较,N=1400kN N=N1+N2+N3=1412kN 满足要求,2020/7/12,33,例3.3 设计如图所示双面不等边角钢和节点板间的连接角焊缝。受动力荷载N=575kN。钢材Q235，手工焊，焊条E43型。,分析,目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）,方法：假定焊脚尺寸-焊缝长度,2020/7/12,34,步骤1：确定焊缝强度设计值（ffw） ffw =160N/mm2,步

12、骤2：假定焊脚尺寸（hf）,角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。,最大焊脚尺寸：规范规定，当t6mm时，hft-(12)mm，t为较薄焊件的厚度 hfmax =89mm,取hf=6mm,最小焊脚尺寸：规范规定，hf1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度 hfmin = 5.6mm,2020/7/12,35,步骤3：计算角钢肢背和肢尖上侧缝分担的轴力（N1 ,N2）,查得焊缝内力分配系数K1=0.65, K2=0.35,肢背角焊缝所承受的内力N1=373.75kN,肢尖角焊缝所承受的内力N2=201.25kN,2020/7/12,36,步骤4：计算角钢肢背和肢尖上侧缝长度（lw1 ,lw2）,肢

13、背角焊缝侧缝长度lw1=278mm,考虑到起灭弧的影响，肢背和肢尖角焊缝实际长度,肢尖角焊缝侧缝长度lw2=150mm,lw2=lw2+2hf=162mm,lw1=lw1+2hf=290mm,2020/7/12,37,（1）受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算,由轴心拉力Nx产生的应力：,由弯矩M产生的最大应力：,3.受偏心力时角焊缝连接计算,2020/7/12,38,A点产生的剪应力：,A点控制应力最大为控制设计点,A点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩M产生的正应力。直接叠加得：,代入角焊缝实用计算公式（3.6）：,2020/7/12,39,（2 ）V、M共同作用下

14、焊缝强度计算,对于1点：,式中：Iw全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩； h1两翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离,假设：腹板焊缝承受全部剪力，全部焊缝承受弯矩,2020/7/12,40,对于2点：,强度验算公式：,h2 腹板焊缝的实际长度；lw2腹板焊缝的计算长度； he2腹板焊缝截面有效高度。,2020/7/12,41,工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是使焊缝传递应力近似与材料所承受应力相协调，即假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为一对水平力H=M/h。,腹板焊缝的强度计算式：,翼缘焊缝的强度计算式：,V,2020/7/12,42,（3）三面围焊受扭

15、矩、剪力联合作用时角焊缝的计算,承受偏心力的三面围焊,将F向焊缝群形心简化得: 轴心力 VF扭矩 T=Fe,故：该连接的设计控制点为A点和A点,计算时按弹性理论假定: 被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。 扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。 在轴心力V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。,2020/7/12,43,T作用下A点应力:,sT,Ip为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy焊缝计算截面对x、y轴的惯性矩； rx、ry为焊缝形心到焊缝验算点在x、y方向的距离。,2020/7/12,4

16、4,轴力F产生的应力按均匀分布计算，A点应力:,A点垂直于焊缝长度方向的应力为: f，F， 平行于焊缝长度方向的应力为: T,强度验算公式：,2020/7/12,45,3.4 对接焊缝的构造和计算,坡口形式：I形缝、V形缝、带钝边单边V形缝、带钝边V形缝（Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边双单边V形缝和双Y形缝等,3.4.1 对接焊缝的构造要求,对接焊缝坡口形式,2020/7/12,46,不同宽度或厚度的钢板拼接,不同宽度或厚度的钢板拼接,2020/7/12,47,其他构造要求,1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。,2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。,2020/7/12,48,（1）轴心受力的对接焊缝,3.4.2 对接焊缝的计算,轴心力作用下对接焊缝连