《建筑结构(CD) 教学课件 ppt 作者 钏芳林 马丹丁 第九章 钢结构的连接》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构(CD) 教学课件 ppt 作者 钏芳林 马丹丁 第九章 钢结构的连接（154页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 钢结构的连接,邯郸职业技术学院建工系,连接 通过一定的手段将板材或型钢组合成构件，或将若干构件组合成整体结构，以保证其共同工作。 对连接的要求 安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便、节约钢材,9.1 钢结构的连接方法,钢结构的连接方法可分为焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。,9.1.1 焊接连接 焊缝连接是采用高温融化金属填满被焊件间的空隙，以达到连接的目的。是目前钢结构最主要的连接方法。,焊接连接的特点 构造简单，可焊任何形状；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连续密闭性好，结构钢度大。 在焊缝附近的热影响区，局部材质变脆；焊接残余应力和变形使受压构件承载力降低
2、；焊接结构对裂缝敏感，并且低温冷脆问题较为突出。,铆钉连接是将一端有预制钉头的铆钉加热后，放入构件预先制好的铆钉孔中，立即用铆钉枪将另一端打成和预制钉头同样形状的封闭钉头，铆钉冷却后收缩，在钉杆中产生一定拉力，将被连接的钢板压紧。,9.1.2 铆钉连接,9.1.3 螺栓连接 普通螺栓连接 粗制（C级） 精制（A、B级） 高强螺栓连接 摩擦型：只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接 触面摩擦力作为设计准则， 承压型：允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限 承载力作为设计准则，,9.2.1 钢结构常见焊接方法 手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊,9.2 焊接方法和焊接连接形式,9.2.2 焊缝及焊接连接形
3、式 按构件的相对位置分 对接、搭接、T形连接、角部连接,按构造分 对接焊缝（正对接焊缝、斜对接焊缝） 角焊缝（正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝）,按施焊位置分,平焊、横焊、立焊及仰焊,沿长度方向的布置分 连续角焊缝、断续角焊缝,9.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验 1.焊缝缺陷 裂缝、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未溶合、未焊透；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成型不良,2焊缝质量检验 焊缝质量检验可用外观检查及无损检验，前者检查外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。 钢结构工程施工及验收规范规定焊缝按其检验方法和质量要求可分为一级、二级和三级。,钢结构中一般采用三级焊缝，可满足通常的强度要求；
4、但其对接焊缝的抗拉强度有较大的变异性，钢结构设计规范规定其设计值只为主体钢材的85%左右。因而对有较大拉应力的对接焊缝以及直接承受动力荷载构件的较重要的对接焊缝，宜采用二级焊缝；对抗动力和疲劳性能有较高要求处可采用一级焊缝。,9.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例 钢结构施工图上要用焊缝代号表明焊缝形式、尺寸和辅助要求。 按焊缝符号表示法规定：焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。,当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加粗线或栅线表示 。,9.3 对接焊缝的构造与计算,9.3.1 对接焊缝的构造 直边缝（t10mm） 单边V形、双边V形（
5、t=1020mm） U形、K形、X形（t20mm）,保证焊接质量的措施 在焊缝的起灭弧处，常常不亦焊透而出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，为消除焊口的缺陷，焊接时一般应设置引弧板，焊后将它割除，对受静力荷载的结构设置引弧板有困难时，允许不设置引弧板，此时，可令焊缝计算长度等于实际长度减2t（此处t为较薄焊件厚度）。,在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4以上时，应分别在宽度方向和厚度方向从一侧或两侧作成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，构件传力均匀，减小应力集中。,9.3.2 对接焊缝的计算,1. 轴心受力的对接焊缝,N轴心拉力或压力； lw焊缝的计算长度。当未采
6、用引弧板时，取 实际长度减去2t； t在对接接头中连接件的较小厚度；在T形接 头中为腹板厚度； ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。,试验表明，焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。由于三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的85%，而一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材相等。 由于一、二级检验的焊缝与母材强度相等，故只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。,当计算不能满足强度要求时，可考虑将直焊缝移到拉应力较小处，也可采用斜对接焊缝。 计算证明，焊缝与作用力间的夹角满足tan1.5时
7、，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不再进行验算。,2. 承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 焊缝截面是矩形，正应力和剪应力图形分别为三角形与抛物线，其最大值分别满足下列强度条件： ,工字形截面梁的接头，采用对接焊缝，除应分别验算最大正应力和剪应力外，对于同时受有较大正应力和较大剪应力处，例如腹板与翼缘的交接点，还应按下式验算折算应力： 1.1,3. 承受弯、剪、轴力共同作用的对接焊缝 1）矩形截面。,2）对称工字形截面。,【例9-1】 试计算图9-15所示牛腿与钢柱连接的对接焊缝。已知F=280KN(设计值)，钢材Q235，焊条E43系列，手工焊，无引弧板，焊缝质量三级。,图9-15 例9-1图,
8、【解】 焊缝承受由力向焊缝截面上简化后产生的弯矩e和剪力，由于翼缘的竖向刚度较小，不能承受剪力，可认为全部剪力均由腹板的竖向焊缝承受，而弯矩由整个形截面焊缝承受。 1焊缝有效截面的几何特性 焊缝的截面与牛腿的相等，因未采用引弧板，故每条焊缝的计算长度为焊缝实际长度两端各减去一个板件厚度。,2 焊缝强度计算 最大正应力,剪应力 “1”点的折算应力,9.4 角焊缝的构造和计算,9.4.1 角焊缝的构造 1.角焊缝的形式 角焊缝按其长度方向和外力作用方向的不同可分为平行于力作用方向的侧面角焊缝，垂直于力作用方向的正面角焊缝和与力作用方向呈斜交的斜向角焊缝。,正面角焊缝 连接中传力路线有剧烈弯折，应力
9、状态复杂，应力集中明显，在焊缝根部形成应力集中，易开裂，塑性较差。,侧面焊缝 主要受剪力，应力状态单纯，但焊缝剪应力沿长度分布不均匀，两头大，中间小，破坏起点在两端。,角焊缝按其截面形式可分为普通型、平坦型和凹面型三种。,有效截面： 试验证明，角焊缝常在沿45左右方向的截面破坏，故计算时以45方向的最小截面为危险截面，称为角焊缝的计算截面或有效截面。,2.角焊缝的尺寸要求 1）最小焊角尺寸。,2）最大焊角尺寸。,3）不等焊脚尺寸。 当两焊件厚度相差较大时，用等焊脚尺寸无法满足最大最小焊脚尺寸的要求时，规范推荐采用不等焊脚尺寸，即与较薄焊件接触的焊脚边应符合式（14-7）的要求，与较厚焊件接触的
10、焊脚边应符合式（14-6）的要求。,4）角焊缝最小计算长度。 5）侧面角焊缝最大计算长度。,6）当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，为了避免应力传递过分弯折而使构件中应力过分不均匀，应使每条侧面角焊缝长度大于它们之间的距离，即lb。再为了避免焊缝横向收缩时引起的板件的拱曲过大，还宜使b16t（当t12）或190（t12）。当不满足此规定时，则应加正面角焊缝。,7）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25，以减小因焊缝收缩产生的残余应力及因偏心产生的附加弯矩。 8）当角焊缝的端部在构件转角处时，为避免起落弧的缺陷发生在此应力集中较大部位，宜作长度为2f的绕角焊，且转角处必
11、须连续施焊，不能断弧。,9.4.2 角焊缝的计算,1轴心力作用时的角焊缝计算 （1）侧面角焊缝的计算 式中： lw角焊缝总计算长度，对每条焊缝取其实际长度每端减去2hf； ffw角焊缝的强度设计值，按附表选用。,（2）正面角焊缝的计算 式中： 正面角焊缝的强度设计值增大系数， 对承受静力荷载或间接承受动力荷载 的结构，取 =1.22；对直接承受动 力荷载的结构，取 =1.0。,（3）斜向角焊缝的计算 作用力N与焊缝长度方向呈 角,可先将N分解为平行和垂直于焊缝长度方向的分力和 ，其分别产生的焊缝应力为,将 除以 后作矢量叠加计算: ,若取f=1.22代入上式并简化之，可得 式中： f斜向角焊缝
12、的强度设计值增大系 数（其值在11.22之间），对 直接承受动力荷载的结构，取 f=1.0。 f=,（4）角钢角焊缝计算 采用两面侧焊时设N1、N2分别为角钢肢背，肢尖承受的内力: 式中 b角钢肢宽； z0角钢形心距； 1、2角钢肢背和肢尖焊缝内力分配系数，可按表9-4的近似值取用。,表9.4 角钢侧面角焊缝内力分配系数, 角钢用三面围焊时 可先选取正截面角焊缝的焊脚尺寸，并计算其所能承受的内力 肢背和肢尖分担的内力为, 角钢用L形围焊 令N3=0，即得,按上述求出各条焊缝分担的内力后，假定角钢肢背和肢尖焊缝的焊脚尺寸,即可分别求其所需的焊缝计算长度 角钢肢背焊缝 角钢肢尖焊缝,【例9-2】试
13、设计一用拼接盖板的对接连接（图9-23）。已知钢板宽B=310mm，厚度t1=24mm，拼接盖板厚度t2=14mm。该连接承受的静态轴心力N=1200kN（设计值），钢材为Q235，手工焊，焊条为E43型。,图9-23 例9-2图,【解】 设计拼接盖板的对接连接有两种方法。一种方法是假定焊脚尺寸求焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸；另一种方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝的承载力。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，再行验算，直到满足承载力要求为止。,首先确定角焊缝的焊脚尺寸：由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度t2=14mm6mm，t2t1
14、，则 取hf=8mm，查附表得角焊缝强度设计值,确定连接方式：拼接盖板的宽度b就是两条侧面角焊缝之间的距离，应根据强度条件和构造要求确定。根据强度条件，在钢材种类相同的情况下，拼接盖板的截面积 应等于或大于被连接钢板的截面积。 选定拼接盖板宽度b=270mm，则 满足强度要求。 根据构造要求，应满足： 但实际取b=270mm224mm，为防止因仅用侧面角焊缝引起板件拱曲过大，应采用三面围焊。,（1）采用三面围焊时 采用三面围焊可减小两面侧焊缝的长度，从而减小拼接盖板的长度，已知正面角焊缝的长度 ，则正面角焊缝所能承受的内力 所需连接一侧侧面角焊缝的总长度为,连接一侧共有4条侧面角焊缝，则一条侧
15、面角焊缝的长度为 ，采用180mm 拼接盖板的长度为 （2）采用菱形拼接盖板时 当拼接板宽度较大时，采用菱形拼接盖板可减小角部的应力集中，从而使连接的工作性能得以改善。菱形拼接盖板的连接焊缝由正面角,焊缝、侧面角焊缝和斜面角焊缝等组成。设计时，一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算。拼接盖板尺寸如图（9-23b）所示，则各部分焊缝的承载力分别为： 正面角焊缝： 侧面角焊缝：,斜面角焊缝：此焊缝与作用力夹角 ，可得 ，故有 连接一侧焊缝所能承受的内力为 满足要求,【9-3】试设计角钢与节点板的连接角焊缝图9-24。轴心力设计值N=450kN（静力荷载）。角钢为 ，长肢相连，连接板厚度t=10mm，钢材Q235，
