铁塔设计 - 钢结构基本连接方式

1、连接方式优点缺点焊接对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于自动化，工效高对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大铆接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好费工普通螺栓连 接装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大高强螺栓连 接加工方便，对结构削弱少，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高射钉、自攻螺钉连接灵活，安装方便，构件无需预先处理，适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力焊接方法焊条焊剂操作方式适应范围质量状况电弧焊手工焊短焊条（350400mm）附于焊条之药皮全手动工位复杂，形状复杂之焊缝；短焊缝低于自

2、动焊自动焊连续焊丝粉状焊剂全自动长而简单的焊缝质量均匀，塑性、韧性好，抗腐蚀性好半自动焊连续焊丝CO2气体保护人工操作进行任意焊缝同自动焊电阻焊无无通电、加压、机械薄板点焊一般用作构造焊缝气焊短、光焊条无（乙炔还原）手工薄板、小型、不同材质结构一般用作构造焊缝 ）按相对位置分：平接、搭接、顶接（角焊缝、K型对接焊缝）按构造分对接焊缝（直缝、斜缝）（分等级）角焊缝（侧缝、端缝）、（连续焊缝、断续焊缝）（不分等级）按受力转换）按施焊位置分：俯焊、立焊、横焊、仰焊序号名称简图适应板厚范围优缺点图示1直边缝t 6mm无需坡口，不宜焊透2V形缝6 t 40mm便于加工坡口，焊后易变形3K形缝6 t40m

3、m熔敷金属量小，焊后内应力、变形小，可翻转时用4X形缝12 t 60mm同上 ）优点：用料经济，传力平顺，无明显应力集中，利于 承受动力荷载 ）缺点：需要坡口加工；焊件长度须精确（无调整余地）。 ）利用引弧板保证焊缝起点、终点的质量，以免应力集中；不用引弧 板时焊缝长度减去10mm，引弧板要割除； ）不同厚度钢板对接焊时，在板的一面或两面刨成坡度不大于1：4的 斜面； ）不同宽度钢板对接焊时，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的 斜边。 对接焊缝轴向受力计算： tNlWlwl 有引弧板时l10 无引弧板时式中：lw为焊缝长度；t为较薄焊件厚。部位项目构造要求备注焊脚尺寸hf上限t1为较薄焊件

4、厚下限t为较厚焊件厚，对自动焊可减1mm；对单面T型焊应加1mm焊缝长度lw上限内力沿侧缝全长均匀分布者不限下限双侧焊缝长度lw距离l0t为较薄焊件厚端部转角转角处焊缝须连续施焊对肢背：hf 1.2t1； 对板边t1 6，hf t1t16，hf t11hf1.5 ；当t 4时，hftt40hf（受动力荷载）；60hf（其他情况）8hf或40mmlw l0l0 16t（t 12mm时）；l0 200（t 12mm时）两面侧缝时，转角处加焊一段长度2hf或用三面围焊wfffff22其中：端缝强度增大系数 （动力荷载）一般）0 .1(22.1f端缝应力： weyflhN侧缝应力: weflhV）计算

5、原则 焊缝形心与构件形心基本一致； 求单独外力作用下焊缝应力，并区分端缝受力f和侧缝受力f； 确定若干危险点，将危险点上同种应力叠加，再检验。）在轴力作用下，在焊缝有效截面上产生均匀应力；fNfNfAN其中：NfNf为由轴力N在端（侧）缝中产生的应力；为焊缝有效截面面积。fA）平面焊缝群受剪 根据被连接件的刚度（相对于受力方向）判断哪一部分受剪力作用；在受剪焊缝上，fVfVfAV为受剪焊缝有效面积fA类别强度等级加工精度抗剪性能成本适用范围A、B级8.8高高高构件精度很高的结构，机械结构； 连接点仅用一个螺栓或有模具套钻的多个螺栓连接的可调节杆件C级4.6，4.8，5.6，8.8（抗拉）较低（

6、隙缝11.5mm）较低低抗拉连接； 静力荷载下抗剪连接；加放松措施后受风振作用抗剪；可拆卸连接；安装螺栓；与抗剪支托配合抗拉剪联合作用 ）受力要求：端距限制防止孔端钢板剪断，2d0。 螺孔中距限制下限：防止孔间板破裂， 3d0 。 ）构造要求：防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中距 最 大值。 非受力方向端距）施工要求：为便于拧紧螺栓，留适当间距（不同的工具有不同要求）。1.5d0（切割边）1.2d0（轧制边） 螺栓连接受力较小时：构件A 构件B 螺栓连接受力较大时：构件A 螺栓抗剪 构件B摩擦传力A孔壁承压B孔壁承压 螺杆剪切破坏； 钢板孔壁挤压破坏； 钢板由于螺孔削弱而净截面拉断； 钢板

7、因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏； 钢板因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏。 ）一个剪力螺栓的承载力 抗剪切强度： 孔壁承压强度： 注：上式中nv为剪面数；d为螺杆直径；t为同向板厚之和，取 小值。 受剪面须在螺杆处，不得在螺纹处。bVVbVfdnN42bcbcftdN）一个拉力螺栓的承载力btebtfdN42式中：de为螺栓有效直径。）剪力螺栓群受力通过形心时所需螺栓数bVNNn（抗剪）其中：60601515010101dldldl当7 . 01501 . 10 . 11dll1为螺栓沿受力方向的连接长度； bVN为单个螺栓抗剪承载力和承压承载力中较小值净截面强度验算：fANn（ 为连接

8、板材料设计强度） f123摩擦型高强螺栓承压型高强螺栓C级螺栓0(MPa)(mm)：斜向直线段-摩擦抗剪：滑移段：螺栓剪切-承压变形段12单个螺栓应力应变曲线eyeyAfAfP675. 02 . 19 . 09 . 0其中：第一个0.9因扭剪降低抗拉而乘的折减系数； 第二个0.9因超张拉而引起的预应力损失； 1.2材料抗力变异。 Nbv其中：0.9 抗力分项系数之倒数； nf 摩擦面数； 抗滑移系数。项目公式，单位M16M20M24M30单独螺栓设计抗剪承载力Q适应角钢肢宽B螺栓中距b螺栓端距a角钢最小厚度螺栓中心至角钢肢背距离ef)4d(Q226.1（35.4）40.8（55.4）58.8（

9、79.8）91.9（124.7）mm7590100125 140160 180200)mm(d3b053657795)mm(d2a035435163mm6（8）8（10）10（12）12（15）)mm(d5 . 0B4 . 0e项目公式，单位M12M16M20M24M30单独螺栓设计抗剪承载力Q适应角钢肢宽B螺栓中距b螺栓端距a角钢最小厚度t1螺栓中心至角钢肢背距离e节点板厚度t285. 0f)4d(Q212.5（17.0）22.2（30.1）34.9（47.4）50（67.9）78.1（106.0）mm4556638090110 125140 160200)mm(d3b04153657795

10、)mm(d2a02735435163mm5（6）6（8）8（10）10（12） 12（14）)mm(d5 . 0B4 . 0emm6（8）8（10）10（12）12（14） 14（16）所连杆件截面形式节点及连接形式和编号受力要求压拉剪弯扭静力间接动力动力和疲劳静力间接动力动力和疲劳钢管圆管（1）对焊（2）相贯线焊（3）普通法兰（4）端面磨平顶紧法兰（5）插板双剪（8）螺栓球节点（9）空心焊接球节点受力大（1）（4）、（9）受力小（5）（8）（1）（2）（3）（5）（8）（9）（1）（2）（3）（8）（9）（1）（2）（3）（9）（1）（2）（3）（5）（9）同拉（1）（2）（3）（9）矩形管

11、（1）对焊（2）相贯线焊（3）法兰（4）断面磨平顶紧法兰（6）双剪拼接焊（7）双剪高强螺栓拼接（1）（2）（3）（4）（6）（7）（1）（2）（3）（6）（7）（1）（2）（3）（7）（1）（2）（3）（7）（1）（2）（3）（6）（7）同拉（1）（2）（3）（6）（7）相贯线焊缝的分区及坡口形式： ）对于t6mm钢管，周边角焊缝hf 1.2t ）对于t8mm钢管，一般采用三分区方法。 ）对于t 8mm钢管，受力很大者（如桁架的支座腹杆，或直接承受动力荷载 的杆件）用四分法 A区详图D区详图B区详图详图A区B区C区D区使用范围180o150o150o75o75o37.5o37.5o20o坡口角

12、度45o37.5o 60o /2，最大37.5o /2C区详图Tl（ 见下表）1.501.702.00180o 70o70o 40o40o 20o 法兰连接的优点：便于连接，刚度 大，承载力大法兰连接的缺点：用钢量大，易发 生焊接变形 （1）按抗拉选择螺栓直径d和个数n。（同时顾及 受压的均 衡性） 公式： Nn 其中 为螺栓的受拉承载力设计值。 （2）选择螺栓中心圆直径r2。 螺栓离管壁距离要超过最大操作距离加焊脚尺寸。 螺栓环向中距要大于最小操作距离加加劲板厚L 。 （3）选择螺栓中心到法兰板边的距离。 使r1r21.2(d+1.5mm) 使加劲板端焊缝能满足承压要求。（与环焊缝共同 受力

13、） NbtNbt（4）焊缝计算： 压力（或绝对值大于压力的拉力）由法兰上下两条环形焊缝和 加劲板的端焊缝共同承担，按有效截面分担。 公式： 若用坡口熔透焊，则可将 换为 （对接焊缝抗压强度） 将加劲板所承担的压力按比例取出，作用在加劲板端焊缝的 中心，按弯、剪复合验算加劲板竖焊缝。 公式：端缝： 侧缝： 注：lf焊缝实际长度10mmfhlNwfiei31ifiamfwfi为角焊缝强度fwfifwci)7 . 062/(ePlh2fff)7 . 02/(Plhfff（5） 法兰盘厚度计算： 按最大平均压应力作用在三边支承的近似矩形平板上 （一边由管壁，二边由加劲板支撑），查钢结构设计手 册计算得

14、到板中最大弯矩Mmax（单位板宽） 。 求板厚： （6） 若是水平梁受弯。则以钢管受压外边缘为转动中心，螺 栓拉力与其离转动中心的距离成正比，选择螺栓。 公式： 然后按拉力最大区域或压力最大区域求法兰板厚（同5）， 若有剪力则用相关公式复算在拉、剪复合作用下螺栓承载 力。 f5tMmaxyyN2iibtiM（7） 若是受压型法兰无拉力，则用端面承压传递压力，但 螺栓抗剪之合力须满足下式： （8） 在设计工作中，为了减少计算工作量，对于空间管桁 架中受拉、压轴向力的钢管的法兰连接，可以按表3求 得法兰的各种设计参数。表中所列为一个8.8级螺栓所 对应的抗拉(压)承载力。使用时可将杆件实际受拉(压

15、 力除以表中适当)螺栓的Nt或Na值，求得螺栓数量，再 用钢管直径加上表中e值求螺栓中心圆，求出螺栓间距 看其满足与否。若llmin，则直接取用表中参数即可， 若llmin1.2以上，则重新计算f 。85AfnNNbvv螺栓管壁厚t（mm）最小间距lmin（mm）e（mm）k（mm） f（mm） L（mm）H1（mm）抗拉承载力Nt（KN）抗拉承载力Na（KN）M166，84622222061005673562222206100568410，12522626208100569452262620810056109M208，1058272722812088144682727248120881601

16、2，14583131228120881536831312481208816916，18653535241012088229803535281012088248M2410，12，1464343422814012416978343426814012419016，18，207040402610140124273804040321014012431822，24764444301214012436910244443612140124441M3014，168041413010160200302954141341016020033618，20804545301016020032710045453410160

17、20037422，24834949321216020043111049494012160200508M3620，2288494932101802883711104949381018028842422，24945353321218028842210053534010180288493 在钢管结构中相对次要的杆件连接时，可采用双剪连接的形 式，见下图。 双剪连接标准图螺栓布置2M122M162M202M242M304M164M204M244M30所连支管最小管径min（mm）7395114140180121152219245抗剪承载力设计值（KN）58.56104.55163.36234.34329.4209.1326.73468.48658.8“U”形板厚度156881068810中间夹板厚度281214161812161618加劲板厚度3446684668螺栓中心距板边距离a243240486032404860螺栓中心距管端距离b303846546638465466螺栓中心到加劲板边距c182430364524303645扳手S182430364424303644“U”形板嵌入长度l374956768488102141158节点根据拉杆直径在表中直接读取参数。标准图：销同杆径d162024303642485054607280双剪板厚t1466881012141