钢结构基础第七章

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1、第7章 钢结构的连接和节点构造,第7章 钢结构的连接和节点构造,钢结构对连接的要求及连接方法 对接焊缝的构造和计算 角焊接连接的特性和计算 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 焊接梁翼缘焊缝的计算 构件的拼接 柱脚的设计,主要内容：,第7章 钢结构的连接和节点构造,第7章 钢结构的连接和节点构造,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：,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.1 钢结构对连接的要求和连接方法,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,图7-1 钢结构的连接方法,第7章 钢结构

2、的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等,7.2.1 常用焊接方法,图7-3 手工电弧焊,图7-4 自动埋弧焊,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,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,7.2.2 焊缝连接的优缺点,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等,7.2.3 焊缝缺陷,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,7.2.3 焊缝缺陷,图7-6 焊缝缺陷,第7章 钢结构

3、的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,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。 强度折减：高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9,7.2.3 焊缝缺陷,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,焊缝连接型式：平接、搭接、T形连接和角接,7.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式,图7-7 焊缝连接型式,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,焊缝型式：对接焊缝和角焊缝,7.

4、2.4 焊缝连接型式及焊缝型式,图7-8 焊缝型式,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,施焊位置：俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊,7.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式,图7-10 焊缝施焊位置,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,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,7.2.5 焊缝代号,图7-11 单面焊缝的标注方法,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.2 焊接连接的特性,7.2.5 焊缝代号,图7-12 双面焊缝的标注方法,图7-13 栅线表示,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.3 对接焊缝的构造和计算

5、,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,7.3.1 对接焊缝的构造要求,图7-14 对接焊缝坡口形式,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.3 对接焊缝的构造和计算,不同宽度或厚度的钢板拼接,7.3.1 对接焊缝的构造要求,图7-15 不同宽度或厚度的钢板拼接,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.3 对接焊缝的构造和计算,其他构造要求,7.3.1 对接焊缝的构造要求,图7-16 引弧板,图7-17 焊透的T形连接焊缝,图7-18 钢板拼接焊缝示意,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.3 对接焊缝的构造和计算,计算原则：I

6、、II级等强不计算，仅计算III级焊缝 （1）轴心受力的对接焊缝,7.3.2 对接焊缝的计算,图7-19 轴心力作用下对接焊缝连接,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.3 对接焊缝的构造和计算,（2）受弯受剪的对接焊缝,7.3.2 对接焊缝的计算,图7-20 受弯受剪的对接连接,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.3 对接焊缝的构造和计算,（2）受弯受剪的对接焊缝,7.3.2 对接焊缝的计算,图7-21 受弯、剪的工形截面对接焊缝,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.3 对接焊缝的构造和计算,计算原则：按角焊缝进行计算,7.3.3 部分焊透的对接焊缝,图7-22 部分焊透的对接焊缝,第7章 钢

7、结构的连接和节点构造,7.4 角焊缝的构造和计算,截面形状,7.4.1 角焊缝的构造和强度,图7-24 角焊缝截面图,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.4 角焊缝的构造和计算,应力分布,7.4.1 角焊缝的构造和强度,图7-25 侧面角焊缝应力分布,图7-26 角焊缝应力-位移曲线,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.4 角焊缝的构造和计算,应力分布,7.4.1 角焊缝的构造和强度,图7-27 正面角焊缝应力分布,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.4 角焊缝的构造和计算,焊脚尺寸应与焊件的厚度相适应。对手工焊，hf应不小于 ，t为较厚焊件的厚度（mm），对自动焊，可减小1mm；hf应不大于

8、较薄焊件厚度的1.2倍。,7.4.1 角焊缝的构造和强度,图7-28 角焊缝焊脚尺寸,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.4 角焊缝的构造和计算,对于板件边缘的焊缝，当t6mm时，hft；当t 6mm时，hft(12)mm。,7.4.1 角焊缝的构造和强度,图7-29 角焊缝最大hf,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.4 角焊缝的构造和计算,焊缝长度lw也不应太长或太短，其计算长度不宜小于8hf或40mm ，且不宜大于60hf。 其他构造要求,7.4.1 角焊缝的构造和强度,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.4 角焊缝的构造和计算,角焊缝应力分析 角焊缝计算的基本公式,7.4.2 角焊缝计

9、算的基本公式,图7-32 角焊缝应力分析,第7章 钢结构的连接和节点构造,仅有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恶轴心力时,7.4.2 角焊缝计算的基本公式,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,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：,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-32 轴心力作用下角焊缝连接,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,1. 受轴心力焊件的拼接板连接 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

10、计正面及斜焊缝的f,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,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：,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-35(a) 角钢角焊缝上受力分配两面侧焊,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,2. 受轴心力角钢的连接 当采用三面围焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担的力： 肢背 肢尖,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-35(b) 角钢角焊缝上受力分配三面围焊,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,2. 受轴心力角钢的

11、连接 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：,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-35(c) 角钢角焊缝上受力分配L形焊,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,3. 弯矩作用下角焊缝计算,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-36 弯矩作用时角焊缝应力,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,4. 扭矩作用下角焊缝计算 计算假定：被连接件绕焊缝有效截面形心o旋转，焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心o的连线，应力大小与其到形心距离r成正比。,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-37 扭矩作用时角焊缝应力,

12、7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,4. 扭矩作用下角焊缝计算 环焊缝受扭,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-38 环形焊缝受扭,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,5. 弯矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-39 受弯、受剪、受轴心力的角焊缝应力,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,6. 扭矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-40 受扭、受剪、受轴心力的角焊缝应力,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构

13、造,7. 塞焊计算,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,图7-41 塞焊,7.4 角焊缝的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,纵向残余应力,7.5.1 焊接残余应力的分类和产生的原因,图7-51 施焊时焊缝及附近的温度场和焊接残余应力,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,横向残余应力,7.5.1 焊接残余应力的分类和产生的原因,图7-52 横向残余应力产生的原因,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,厚度方向的残余应力 约束状态下的焊接应力,7.5.1 焊接残余应力的分类和产生的原因,图7-53 厚度方向的焊接应力,图7-

14、54 约束焊接接头中的残余应力分布,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,对结构静力强度的影响,7.5.2 焊接残余应力的影响,图7-55 残余应力对静力强度的影响,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,对结构刚度的影响,7.5.2 焊接残余应力的影响,图7-56 有残余应力时的应力与应变,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,对压杆稳定的影响 对低温冷脆的影响 对疲劳强度的影响,7.5.2 焊接残余应力的影响,图7-56 三轴焊接残余应力,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构

15、造,残余变形形式,7.5.3 焊接残余变形,图7-58 焊接变形的基本形式,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,采取合理的施焊次序 施焊前加相反的预变形 焊前预热，焊后回火,7.5.4 减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法,图7-59 合理的施焊次序,图7-60 反变形及局部加热,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,焊接位置要合理，布置应尽量对称于截面重心 焊缝尺寸要适当，采用较小的焊脚尺寸 焊缝不宜过分集中 应尽量避免三向焊缝交叉 考虑钢板分层问题 焊条易达到 避免仰焊,7.5.5 合理的焊缝设计,7.5 焊接残余应力和焊接残余

16、变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,7.5.5 合理的焊缝设计,图7-61 合理的焊缝设计,7.5 焊接残余应力和焊接残余变形,第7章 钢结构的连接和节点构造,排列方式：并列或错列,7.6.1 螺栓的排列和构造要求,图7-63 钢板和角钢上的螺栓排列,7.6 普通螺栓连接的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,排列要求 受力要求：钢板端部剪断，端距不应小于2d0；受拉时，栓距和线距不应过小；受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大。 构造要求：栓距和线距不宜过大 施工要求：有一定的施工空间,7.6.1 螺栓的排列和构造要求,7.6 普通螺栓连接的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,传力方式： 抗剪螺栓和抗拉螺栓,7.6.2 普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能,图7-65 抗剪螺栓和抗拉螺栓,7.6 普通螺栓连接的构造和计算,第7章 钢结构的连接和节点构造,1. 抗剪螺栓连接 破坏形式：螺栓杆剪断；孔壁压坏；板被拉断；板端被剪断；螺栓杆弯曲。,7.6.2 普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能,图7-66 螺栓连接的破坏情况,7.6 普通螺栓