金属结构的连接汇总课件

1、第四章 金属结构的连接 本章主要内容4-1 连接类型 4-2 焊缝连接 4-3 普通螺栓连接 4-4 高强螺栓计算4-1 连接类型 焊接连接是目前金属结构最主要的连接方法。优点: 构造简单、省材料、易加工，易采用自动化作业，可用于复杂形状构件的连接等 。缺点: 质量检验费事，连接刚度大，会引起结构的变形和产生残余应力。 1.焊接优点：装配便利、迅速，可用于结构安装连接或可拆卸式结构中。缺点：是构件截面削弱，易松动。分类：分为普通螺栓和高强度螺栓连接两种普通螺栓又分粗制螺栓和精制螺栓。2. 螺栓连接优点：塑性和韧性较好，便于质量检查，故经常用于承受动力载荷的结构中。缺点：制造费工、用料多，钉孔削

2、弱构件截面，因此目前在机械制造中已逐步由焊接所取代。 3. 铆钉连接4.销轴连接能满足两个构件之间的相对运动的需要，或便于结构件的现场安装。如起重机臂架根部的连接以及拉杆或撑杆的连接等。4-2 焊缝连接 1. 焊接接头的型式主要有四种：对接、搭接、T型接和 角接。一、焊接接头的型式和焊缝种类对接接头搭接接头T形接头角接接头2. 焊缝种类 按不同分类方法焊缝可分为以下几种形式：按空间位置可分为俯焊缝、横焊缝、立焊缝及仰焊缝；按焊缝断续情况可分为连续焊缝和断续焊缝；按结合方式可分为对接焊缝、角焊缝及塞焊缝；按承载方式可分为工作焊缝和联系焊缝。 焊缝是构成焊接接头的主体部分，对接焊缝和角焊缝是焊缝的

3、基本形式。 (a)对接焊缝 (d)斜对接焊缝 （b) ( c ) (e) (f) 角焊缝工作焊缝和联系焊缝工作焊缝(又称承载焊缝)：焊缝与焊件串联成整体主要承担载荷的作用。焊缝一旦断裂，钢结构就立即受到严重破坏。联系焊缝(又称非承载焊缝) ：焊缝与两个或两个以上的焊件并联成整体(即连接作用)，焊缝不直接承担载荷，工作中受力很小，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效。焊缝符号标注焊缝符号:在图纸上标注出焊缝形式、焊缝尺寸和焊接方 法的符号。焊缝符号主要由基本符号、辅助符号、补充符号、焊缝 尺寸符号和指引线等组成。指引线基本符号辅助符号补充符号焊缝尺寸符号焊缝基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，共有13

4、个。焊缝基本符号相对基准线的方位是固定的，它不随焊缝图形方位的变化而改变其方位。 （1）焊缝基本符号（1）焊缝基本符号（1）焊缝基本符号辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号, 有3个。 辅助符号配置在基本符号固定位置。（2）辅助符号（2）辅助符号补充符号是为了补充说明焊缝某些特征的符号，共5个。（3）补充符号（3）补充符号应用示例 二、焊接方法、材料和焊缝许用应力 1. 焊接方法和材料建筑工程机械金属结构最常用的焊接方法主要是电弧焊。我国目前常用的电弧焊方法有：手工电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧焊。焊接材料手工电弧焊焊条应与焊接的金属强度相适应，即等强原则。Q235钢E43型系列焊条Q345钢

5、E50型系列焊条Q390钢E55型系列焊条注: E表示焊条；43表示焊缝抗拉强度最小值为43kgf/mm2 1. 手工电弧焊2. CO2气体保护焊焊丝：最常用H08Mn2SiA保护气体:CO23. 埋弧焊Q235钢焊丝：H08、H08A、H08MnA; 焊剂：高锰高硅型Q345钢H08A、H08E焊丝高锰型焊剂 H08Mn、H08MnA焊丝中锰型焊剂焊缝的许用应力 三、对接焊缝的构造和计算 坡口加工：手工焊时，若焊件厚度 t8mm，可不开坡口；焊接厚度 t=825mm，可开单面坡口，其夹角=60；若t25mm，可用开双面坡口的X焊缝，或开U型坡口。CO2气体保护焊或埋弧焊参考有关规定。 1.对

6、接焊缝的构造要求 坡口形式对接焊缝连接不同厚度或不同宽度的钢板时，应将板的一侧或两侧加工成坡度不大于1:4的坡度，形成平缓过渡。不等厚板焊接焊缝的起弧和落弧点，焊接时可将焊缝的起点和终点延伸至引弧板上。待焊完后再将引弧板切除。引弧板2. 对接焊缝的计算与构件同（1）在轴心力N作用下当未采用引弧板施焊时，总长度中每条焊缝取实际长度减去10mm； 连接构件中较薄的焊件厚度,mm； 注意单位 斜对接焊缝的计算一般取=45（2）在剪力Q和弯矩M共同作用下对于工字形截面，剪力主要由腹板承受，有时简化为：（3）在轴心力N、剪力Q和弯矩M共同作用下213例题4-1 某主梁采用焊缝拼接(图3-10，图中尺寸为

7、焊缝尺寸)，已知拼接截面处的内力 ，钢材为Q235，焊条E43型，手工焊接且用普通方法检查焊缝质量。试验算对接焊缝强度。 解：已知：M、Q需求：W、Sf、IxyoOxyhb惯性矩的计算xybhh0t面积矩和形心坐标之间的关系：xybhh0t翼缘面积矩中性轴以上面积对中性轴的面积矩工字形截面的面积矩1. 截面的几何特征计算惯性矩 抗弯模量 面积矩 3. 最大剪应力计算2. 最大拉应力验算3. 折算应力验算（翼缘与腹板连接处）所以焊缝强度满足。四、角焊缝的构造和计算1. 角焊缝的构造特点根据焊缝与作用力的方向，角焊缝可分为侧焊缝、端焊缝以及围焊缝。焊缝方向与作用力方向相一致的称为侧焊缝；焊缝方向与

8、作用力相垂直的称为端焊缝；围焊缝包括侧焊缝和端焊缝。 端焊缝侧焊缝围焊缝角焊缝按其截面型式可分为普通式、坦式和凹面式三种。通常把角焊缝截面的直角较小边称为角焊缝的焊角尺寸，以hf表示。 角焊缝的焊脚尺寸： 最大焊脚尺寸一般 hf1.2min当最小焊脚尺寸一般不小于4mm焊缝计算长度角焊缝最小计算长度：8hf侧角焊缝最大计算长度： lf60hf（承受静载荷）或40hf（承受动载荷）(3)搭接长度和连接板连接要求 (4)当连接截面不对称构件时侧缝的分布要求角钢搭接连接焊缝的分配比例 角焊缝计算假定角焊缝无论是侧焊缝还是端焊缝，也无论受哪种外力，焊缝中的应力都统一按受剪计算，计算厚度均取0.7hf

9、(2) 角焊缝在剪力Q和弯矩M共同作用下的计算(1) 角焊缝在轴心力N作用下的计算（N可以垂直于焊缝长度也可以平行于焊缝长度）对于工字型或T型接头可简化为（3）角焊缝在轴心力N、剪力Q和弯矩M共同作用下的计算 NP(4) 贴角焊缝在扭矩Mk和剪力Q共同作用下的计算 假定焊缝为弹性体，连接体为绝对刚性体。在扭矩作用下，被连接件绕焊缝形心O旋转，焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与O点的连线，其大小与此连线的长短成正比例，则在外力P作用下，焊缝受到(P对焊缝形心的偏心矩Mk=P e)和Q(即为P)的共同作用。 PkxkyKA 在A点上由扭矩Mk=P e产生的剪应力 在A点上由剪力Q产生的剪应力 A

10、点的合应力 kxky例题4-2 如图3-19所示承受静力载荷的桁架节点板用Q235，焊条型号为E43型。试计算连接焊缝。解：对焊缝A肢背上焊缝长度：肢尖上焊缝长度：例题4-3 图3-20所示承受150KN载荷的柱与支托连接。结构采用Q235，焊缝用E43型焊条，试验算其连接焊缝。 解：剪力 Q=150kN弯矩组合截面形心坐标公式：水平焊缝的计算面积为:垂直焊缝的计算面积为:焊缝的全部计算面积为：焊缝重心位置为：焊缝的惯性矩和最小抗弯模量为:强度验算 补充例题：P已知：图示角焊缝连接结构，hf=10mm, 钢材为Q345，焊条为E50型，P=100kN, 力P作用点距垂直焊缝的距离为350mm,

11、 水平焊缝长度为l1=150mm, 垂直焊缝长度l2=200mm, 试验算连接焊缝强度。 在A点上由扭矩Mk=P e产生的剪应力 在A点上由剪力Q产生的剪应力 A点的合应力 kxky组合截面形心坐标公式：4-3 普通螺栓连接一、普通螺栓的种类和连接特点粗制螺栓（C级螺栓），Q235钢热压而成，螺孔直径一般比螺栓直径大12mm精度差，一般只能用作拉力螺栓，不宜用作剪力螺栓。孔采用类孔。精制螺栓（A、B级螺栓），Q235或35号钢车制而成，表面光滑，尺寸准确，螺孔直径一般比螺杆直径仅大0.20.3mm。常用作剪力螺栓。对螺孔制作要求很高，应为I类孔。二、螺栓连接的型式和布置 按受力性质，普通螺栓分

12、为剪力螺栓、拉力螺栓和拉剪螺栓。剪力螺栓拉力螺栓拉剪螺栓普通螺栓的布置：分为并列和错列。并列错列三、剪力螺栓连接的计算 1. 剪力螺栓连接的破坏形式螺栓杆被剪断而破坏；构件孔壁被螺栓杆挤压而产生破坏；截面被拉断而破坏 剪力螺栓连接计算中采用的假定：连接构件为刚性的；不计构件之间的摩擦力；螺栓杆受剪时截面上受到均布 剪应力；孔壁上的承压应力认为是均布的、并作用在螺栓直径平面上，不考虑构件孔边的局部应力等。2 单个受剪螺栓的承载力计算孔壁承压：螺栓抗剪：最大承载力：3. 受轴心力作用的受剪螺栓连接计算 还应按下式验算被接构件的净截面强度： 构件扣除螺栓孔部分的净截面积 4. 受轴心力N、Q和扭矩M

13、作用下的计算 扭矩M作用下N1xN1y轴力N及剪力Q作用下单个螺栓受力轴力、扭矩共同作用下最大受力螺栓4. 受轴心力N、Q和扭矩M作用下的计算 (续）例题4-4 验算图3-28所示钢板的螺栓连接。钢板截面为360mm12mm，拼接钢板厚为8mm。钢材为Q235，承受内力N=600KN，采用普通精制螺栓，螺栓直径d=20mm，孔径。 解：一个螺栓的抗剪许用承载力为 一个螺栓的承压许用承载力为： 构件一侧所需螺栓数目为：1. 螺栓连接的计算 2. 构件净截面强度验算 构件净截面强度验算为：此连接的螺栓和构件的强度均满足要求。 构件的净截面积为：四、拉力螺栓连接的计算 1. 单个拉力螺栓连接的承载能

14、力计算 2. 受轴心拉力N的受拉螺栓连接计算 3. 受力矩M作用的受拉螺栓连接计算 旋转轴4. 受轴心拉力N和力矩M同时作用的受拉螺栓连接计算 先假定构件绕螺栓群形心转动 时说明螺栓受拉，构件绕形心转动，应对螺栓群中心取距，必须满足： 时，说明连接下部受压，构件绕底排螺栓转动，应对底排螺栓取距，必须满足： 例题4-6 有一结构如图3-30所示，采用M18普通螺栓（Q235）连接，螺栓布置如图所示，分别计算校核F=130kN，M=10 kNm和F=160kN，M=10 kN m两种载荷状态下的螺栓强度。 先假定构件绕螺栓群形心转动 解：1、载荷为F=130KN，M=10 KN.m： 说明连接下部

15、受压，构件绕底排螺栓转动，对底排螺栓取矩，按照单纯受力矩作用来计算。（2）、计算最大螺栓拉力：（1）、计算螺栓最小拉力假设构件绕形心转动，计算螺栓所受最小拉力（3）、计算M18普通螺栓的许用承载力：从相关手册中查的螺纹的有效面积为192.5mm2符合使用要求。所以例题4-5验算图示连接螺栓a-a列螺栓用精制螺栓，直径d=18mm。b列螺栓为粗制螺栓，内直径d0=16.93mm。假定此列螺栓只承受拉力，剪力由紧贴于角钢上端的支托 承受。钢板承受内力500KN。解： 验算钢板与连接角钢间的a-a列螺栓一个螺栓的抗剪承载能力为：一个螺栓的承压能力为：最边缘螺栓受力最大 2、载荷为F=160KN，M=

16、10 KN.m： （1）、计算螺栓最小拉力 说明螺栓全部受拉，构件绕形心转动（2)、计算最大螺栓拉力：（3）、结论：符合使用要求。4-4 高强螺栓计算 一、高强螺栓连接的原理 摩擦型连接承压型连接轴向受拉连接利用高强度螺栓的强大预拉力将连接构件夹紧，依靠构件接触面间的摩擦阻力来传递构件的内力摩擦力、螺栓剪力和承压力三者共同作用螺栓轴向受拉按力的传递方式二、高强螺栓连接的预拉力和摩擦系数 三、高强螺栓连接的承载能力1. 单个高强螺栓的抗剪许用承载能力2. 单个高强螺栓抗剪、抗拉的许用承载能力NNN0.7P3. 承受轴心力N作用时的计算4. 承受弯矩作用时的计算 5. 受轴心力N、Q和扭矩M作用下的计算 扭矩M作用下N1xN1y6. 构件净截面强度计算构件净截面强度 构件净截面所受力 构件毛截面强度 例题 4-7构件钢板截面为360mm20mm，轴力为700kN，构件材料为Q235，采用高强