钢结构连接计算及构造

钢结构连接接计算及构构造钢结构连接接计算及构构造3.1钢结构的连连接方法、、形式、表3.2对接焊缝计算3.3角焊缝计算3.4焊接残余应力及残余变形3.5螺栓连接3.6普通螺栓连接3.7高强螺栓连接3.1钢结构的连连接方法、、形式、表表示及特点点钢材→构件→整体结构钢结构的连连接方法选选择的原则则：传力明确简简捷、强度度可靠、保保证安全，，同时还须须构造简单单、材料节节约、施工工简便、造造价降低。。常用的连接接方法一般般采用焊接、栓接和铆接。(a)焊缝连接；；(b)铆钉连接；；(c)螺栓连接；；(d)紧固件连接接钢结构的连连接方法连接方法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，抗动力荷载好费钢、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，可拆换，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、自攻螺栓连接灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力焊接优点：任何形式的的构件一般般都可直接接相连，不不削弱构件件截面，用用料经济，，构造简单单，加工方方便，连接接刚度大，，密封性能能好，可采采用全自动动或半自动动作业，生生产效率高高。缺点：焊缝附近钢钢材，在高高温作用下下形成热影影响区，其其金相组织织和力学性性能发生变变化，导致致局部材质质变脆；焊焊接过程中中钢材受到到不均匀的的加温和冷冷却，使结结构产生焊焊接残余应应力和残余余变形，对对结构的承承载力、刚刚度和使用用性能有一一定的影响响。常用的连接接方法一般般采用焊接、栓接和铆铆接。焊接原理钢结构常用用的焊接方方法是电弧焊,包括手工电弧焊焊、自动或半自动埋埋弧焊及气体保护焊焊等。手工电弧焊焊电路由焊手工电弧焊焊直流手工电电弧焊—氩弧焊多功功能焊机直流手工电电弧焊施焊焊适于任意空间位位置的焊接，特特别适于焊焊接短焊缝所采用的焊焊条型号应应与主体金金属相适应P26当不同强度度钢材焊接接时应选用用与强度较低钢钢材相适应应的焊条。自动或半自自动埋弧焊焊自动或半自自动埋弧焊焊主要设备备是自动电电焊机，沿沿轨道按设设定速度移移动，通电电引弧后，，使埋于焊焊剂下的焊焊丝和附近近的焊剂熔熔化，熔渣渣浮在熔化化的焊缝金金属上面，，使融化金金属不与空空气接触，，并供给焊焊缝金属以以必要的合合金元素，，随焊机的的移动，颗颗粒状焊剂剂不断从料料斗漏下，，电弧完全全被埋在焊焊剂之内，，同时焊丝丝自动地边边熔化边下下降，称为为自动埋弧弧焊。(沿轨道推移移过程由人人工控制时时，称为半半自动埋弧弧焊)手工电弧弧直流/直流脉冲冲氩弧焊焊两用机机1—焊丝转盘盘；2—转动焊丝丝的电动动机；3—焊剂漏斗斗；4—电源；5—熔化的焊焊剂；6—焊缝金属属；7—焊件；8—焊剂；9—移动方向向埋弧自动动电弧焊焊原理图图门式全自动动埋弧焊机机H型钢柱上上

的焊焊缝气体保护护焊设备来自自上海怡怡宾机气体保护护焊是利利用惰性气体体或二氧氧化碳气体作二氧化碳碳气体保保护焊塑性和抗抗腐蚀性性好，适适用于全全位置的的焊接。。但不适适用于在在风较大大的地方方施焊气体保护护焊现场场西湖国际际大厦施施工现场场采用二氧氧化碳气气体保护护施焊杭州广播播电视新新楼施工工现场采用二氧氧化碳气气体保护护施焊电阻焊电阻焊是是利用电电流通过过焊件接接触点表表面电阻阻所产生生的热来来熔化金金属，再再通过加加压使其其焊合。。电阻焊焊只适用用于板叠叠厚度不不大于12mm的焊接。。对冷弯弯薄壁型型钢构件件，电阻阻焊可用用来缀合气焊焊缝的形形式与构构造1.按构件件的相相对位位置分分：对接连连接、、搭接连连接、、Ｔ形连连接、、角接连连接四四种对接焊焊缝直缝斜缝角焊缝缝端缝侧缝斜焊缝缝2.按焊缝缝的种种类分分3.按施焊焊位置置分俯焊立焊横焊仰焊(a)对接连连接；；(b)用拼接接盖板板的对对接连连接；；(c)搭接连连接；；(d)、(e)T型连接接；(f)、(g)角部连连接焊缝连连接的的形式式焊缝的的表示示在钢结结构施施工图图中的的焊缝缝，应应遵照焊缝符号:主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。图形符号:表示焊缝截面的基本形式。引出线:由横线、斜线及箭头组成，而横线由两条平行的实线与虚线组成，可在实线侧或虚线侧标注符号，斜线和箭头则将整个焊缝符号指向图形的有关焊缝处。

连续角角焊缝缝和间间断角角焊缝缝<=30t<=15t(受压)t当焊缝缝分布布不规规则时时，在在标注注焊缝缝符号号的同同时，，宜在在焊缝缝处加加粗线线（表表示可可见焊焊缝））或栅栅线（（表示示不可可见焊焊缝）），工工地安安装焊焊缝加加×号号，如如图下图。(a)可见焊焊缝(b)不可见见焊缝缝(c)工地安安装焊焊缝焊缝标标注方方法见教材材P43焊缝缺缺陷(a)裂纹；；(b)焊瘤；；(c)烧穿；；(d)弧坑；；(e)气孔；；(f)夹渣；；(g)咬边；；(h)未熔合合；(i)未焊透透焊缝缺缺陷焊缝质质量检检验《钢结构构工程程施工工质量量验收收规范范》（GB钢结构构中一般采采用三三级焊焊缝，可满满足通通常的的强度度要求求，但但其中中对接接焊缝缝的抗拉强强度有有较大大的变异异性，，其设设计值值仅为为主体体钢材材的85%左右。。因而而对有有较大大拉应应力的的对接接焊缝缝，以以及直直接承承受动动力荷荷载的的重要要焊缝缝，可可部分分采用二二级焊螺栓连连接优点：：施工工工艺简简单，，安装装方便便，特特别适适用于于工地地安装缺点：因开孔对构件截面有一定的削弱，且被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角钢等连接件，因而比焊接连接用材较多，构造也较繁。常用的的连接接方法法一般般采用用焊接接、栓接和铆接接。铆钉连连接常用的的连接接方法法一般般采用用焊接接、栓栓接和和铆接。对接焊焊缝的的计算算对接焊焊缝的的焊件件常需需做成成坡口，故对于一般厚度（6~20mm）的焊件可采用具有斜坡口的单边V形或V形焊缝。斜坡口和根部间隙c（离缝）共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；对于较厚的焊件（t>20mm），则采用U形、K形和X形坡口。(a)直边缝缝；(b)单边V形坡口口；(c)V形坡口口；(d)U形坡口口；(e)K形坡口口；(f)X形坡口口对接焊焊缝的的坡口口形式式在对接接焊缝缝的拼拼接处处，当当焊件件的宽宽度不不同或或厚度度相差差4mm以上时时，应应分别别在宽宽度方方向或或厚度度方向向从一一侧或或两侧侧做成成坡度度不大大于1:2.5的斜角角（图图3.11），以以使截截面过过渡和和缓，，减小小应力力集中中。（a）改变变宽度度；（（b）改变变厚度度用引弧弧和引引出板板焊接接钢板拼拼接对接焊焊缝的的强度度与所所用钢钢材的的牌号号、焊焊条型型号及及焊缝缝质量量的检检验标抗压、抗剪强度:与母材强度相同。抗拉强度: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强度相等。1、轴心心受力力的对对接焊焊缝的的计算算式中lw—焊缝计算长度；

t—连接件的较小厚度，对T形接头为腹板厚度； 、—对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。当加引引弧板板较为为困难难而未未加时时，焊焊缝长长度应应减去去2t。因此此，在一般般加引引弧板板施焊焊的情情况下下，所所有受受压、、受剪剪的对对接焊焊缝以以及受受拉的的一、、二级级焊缝缝，均均与母母材等等强，，不用计算算，只有受受拉的的三级级焊缝缝才需需要进进行计计算。2、斜向受力力的对接的的焊接接分别别验证证正应应力、、剪应应力，，有一一定的的近似似性式中lw—焊缝的计算长度；加引弧板时，；不加引弧板时，；

—对接焊缝抗剪强度设计值。例3-1P46GOGO3、承受受弯矩矩和剪剪力联联合作作用的的对接接焊缝缝对接接接头受受弯矩矩和剪剪力的的联合合作用用，由由于焊焊缝截截面是是矩形形，正正应力力与剪剪应力力图形形分别别为三三角形形与抛抛物线线形，，其最最大值值应分分别满满足下下列强强度条条件。。对接焊焊缝受受弯矩矩和剪剪力联联合作作用

(3.2)

(3.3)式中，，WW—焊缝截截面模模量；；SW—焊缝截截面面面积矩矩；IW—焊缝截截面惯惯性矩矩。工字形形截面面梁的的接头头，采采用对对接焊焊缝，，除应应分别别验算算最大大正应应力和和剪应应力外外，对对于同同时受受有较较大正（3-4）例3-2P474.承受弯、剪、、轴力共同作作用的对接焊焊缝对称工字形截截面当工字型钢梁梁同时承担弯弯矩、剪力、、轴力共同作作用时：弯矩、轴力由由全截面共同同承担，剪力由腹板承承担一、角焊缝的的形式直角角焊缝普通型深熔直角焊缝缝平坡凸形斜角角焊缝斜锐焊缝斜钝焊缝斜凹角焊缝大量试验结果果表明，侧面面角焊缝主要要承受剪应力力。塑性较好好，弹性模量量低（N/mm²），强度也较较低。正面角角焊缝的静力力强度高于侧侧面角焊缝，，但塑性差。。二、最小焊角角尺寸三、最大焊角角尺寸四、角焊缝最最小计算长度度五、侧面角焊焊缝最大计算算长度每条侧焊缝的的长度不宜小于两侧侧面角焊缝之之间的距离。两侧面角焊焊缝之间的距距离b也不宜大于16t(t＞12mm)或190mm（t≤12mm）,t为较薄焊件的的厚度。在搭接连接中中，当仅采用用正面角焊缝时，其搭接长长度不得小于焊件件较小厚度的的5倍，也不得小于于25mm。焊缝长度及两两侧焊缝间距距搭接连接杆件与节点板板的焊缝连接接(a)两面侧焊（（b）三面围焊（（c）L形围焊角焊缝的计算算单焊缝的三种种破坏形式焊缝剪坏焊缝拉坏焊缝断裂直角角焊缝：计算截面为450斜截面普通形平平坡凸形等等边凹形斜角角角焊缝缝1、当平平行于于焊缝缝长度度方向向时，，（侧侧面焊焊缝））2、当垂垂直于于焊缝缝长度度方向向时，，(正面焊焊缝)3、在其其它力力和各各种力力综合合作用用时例：3-3P514.承受轴轴心力力角钢钢的角角焊接接连接接（1）侧面面焊接接连接接时设N1N2分别为为角钢钢肢背背，肢尖承承受的的内力力（2）角钢钢用三三面围围焊时时N3作用在在正面面角焊焊缝的的中间间，所所以N1、N2个分一一半（3）角钢钢用L形围焊焊5、弯矩矩、轴轴力、、剪力力共同同作用用顶接连连接角角焊缝缝计算算3.4焊接残残余应应力和和焊接接变形形(a）、(b）纵横横向收收缩；；(c)面内弯弯曲变变形；；(d)角变形形；(e)变曲变变形；；(f)扭曲变变形；；(g)薄板失失稳翘翘曲变变形图3.27焊接残残余变变形类类别示示意图图焊接残残余应应力和和焊接接变形形的危危害1、焊接接应力力的影影响对结构构静力力强度度无影影响降低结结构的对低温冷脆的影响是决定性的对结构的疲劳强度有明显不利影响2、焊接变形的影响焊接变形不但影响结构的尺寸和外形美观，而且有可能降低结构的承载能力，引起事故。焊接残残余应应力和和焊接接变形形的防（1）合理的焊缝设计合理的选择焊缝的尺寸和形式，尽量采用较小的焊缝尺寸。尽可能能减少不必要的焊缝——不适当地大量采用加劲肋。合理地安排焊缝的位置——尽量对称于中性轴，或接近中性轴尽量避免焊缝的过分集中和交叉——加劲肋进行切角尽量避免在母材厚度方向的收缩应力（2）合理的工艺措施采用合理的焊接顺序和方向——先焊工作时受力较大的焊缝或收缩量较大的焊缝。采用反变形法锤击或辗压焊缝——在刚焊完时进行。锤击应保持均匀、适度，避免锤击过分产生裂纹。对于小尺寸焊件焊前预热returnGOGO3.5螺栓连连接普通螺螺栓连连接按按受力力情况况可分分为抗剪连连接和抗拉连连接，也有有同时时抗剪剪和抗抗拉的的。抗抗剪连连接又又有单单面受受剪和和双面面受剪剪以及及多面面受剪剪等不不同情情况。。普通螺螺栓抗抗剪连连接通通普普通螺螺栓抗抗拉连连接1、螺栓栓的排排列螺栓在在构件件上排排列应应简单单、统统一、、整齐齐而紧紧凑，螺栓的的排列列return2、螺栓栓在构构件上上的排排列应应满足足受力、、构造造和施施工要要求：（1）受力力要求求：在在受力力方向向螺栓栓的端端距过过小时时，钢钢材有有剪断断或撕撕裂的的可能能。各各排螺螺栓距距和线线距太太小时时，构构件有有沿折折线或或直线线破坏坏的可可能。。对受受压构构件，，当沿沿作用用方向向螺栓栓距过过大时时，被被连板板间易易发生生鼓曲曲和张张口现现象。。（2）构造造要求求：螺螺栓的的中矩矩及边边距不不宜过过大，，否则则钢板板间不不能紧紧密贴贴合，，潮气气侵入入缝隙隙使钢钢材锈锈蚀。。（3）施工工要求求：要要保证证一定定的空空间，，便于于转动动螺栓栓板手手拧紧紧螺帽帽。GO3、螺栓栓的其其他构构造要要求螺栓连连接除除了满满足上上述螺螺栓排排列的的容许许距离离外，，根据据不同同情况况尚应应满足足下列列构造造要求求：（1）为了（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。（3）由于于C级螺栓栓与孔孔壁有有较大大间隙隙，只只宜用用于沿沿其杆杆轴方方向受受拉的的连接接。承承受静静力荷荷载结结构的的次要要连接接、可可拆卸卸结构构的连连接和和临时时固定定构件件用的的安装装连接接中，，也可可用C级螺栓栓受剪剪。但但在重重要的的连接接中，，不得得采用用C级螺栓栓。应应优先先采用用高强强度螺螺栓。。（4）沿杆杆轴方方向受受拉的的螺栓栓连接接中的的端板板（法法兰板板），，应适适当加加强其其刚度度（如4、孔、、螺栓栓图例例普通螺螺栓连连接计计算抗剪螺螺栓----依靠螺螺杆抗抗剪和和螺杆杆对孔孔壁的的承压压，传传递垂垂直于于螺栓栓的外外力抗拉螺栓栓----依靠螺杆杆受拉传传递平行行于螺杆杆的外力力1、抗剪普普通螺栓栓连接构构造破坏形式式主要有有a）螺栓剪断b）钢板孔壁挤压压破坏c）钢板由于于螺孔削削弱而净截面拉拉断d）构件端部被剪剪坏e）