钢结构的连接课件

第三章钢结构的连接§3.1连接的种类和特点§3.2焊缝及其连接形式§3.3直角角焊缝连接的构造和计算§3.4对接焊缝及其连接的计算§3.5焊接残余应力和残余变形§3.6普通螺栓和铆钉连接的构造和计算§3.7高强螺栓连接的计算第三章钢结构的连接§3.1连接的种类和特点本章学习重点1、了解钢结构的连接方法；2、了解焊缝符号的表示方法；3、掌握角焊缝和对接焊缝的构造要求；4、熟练掌握角焊缝和对接焊缝的计算；5、了解焊缝缺陷、焊缝的残余应力及焊缝变形；6、掌握螺栓连接的构造要求；7、熟练掌握普通螺栓连接的工作性能和计算；8、熟练掌握高强螺栓连接的工作性能和计算。本章学习重点1、了解钢结构的连接方法；§3.1连接的种类和特点一、连接形式：平接（对接），搭接，垂直连接二、连接方法1、焊接连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。§3.1连接的种类和特点一、连接形式：（1）手工焊原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。原则：焊缝和母材等强度。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；焊条：E43××（T42××）——适用于Q235（A3）E50××（T50××）——适用于16Mn，16MnqE55××（T55××）——适用于15MnV，15MnVq其中43，50，55——最小抗拉强度，单位为Mpa；××——电流种类，药皮及不同焊接位置。

缺点：质量波动大要求焊工等级高劳动强度大，效率低。（1）手工焊焊丝：H08AQ235（A3）H08MnAH08MnA

H10MnSi

焊剂：431型16Mn，16Mnq（2）自动（半自动）埋弧焊H10MnSiH08Mn2Si15MnV，15MnVq2．铆钉连接孔比钉直径大1mm，加热900～1000℃，铆钉枪打铆。连接刚度大，传力可靠，但是，对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件恶劣，施工速度慢，将逐步被高强螺栓所取代。焊丝：H08AQ233、螺栓连接I类孔：孔精确对准，内壁光滑,孔轴垂直于被连接板。0.3～0.5mmII类孔：达不到I类孔要求的，为II类孔。1～2mm。（1）普通螺栓粗制螺栓（C级螺栓）：用未加工的圆钢制成，尺寸不够精确，只需II类孔。精制螺栓（A、B级）：栓杆由车床加工而成，表面光滑，尺寸准确，用I类孔。A级：d≤24mm，l≤150mm和10dB级：d＞24mm，l＞150mm和10d3、螺栓连接（2）高强螺栓按材料等级分两种类型：8.8级（≥）10.9级（≥）按计算、设计方法分两种类型：摩擦型——只靠挤压力产生的摩擦阻力传递剪力，摩擦阻力被克服即为破坏，只要求II类孔；承压型——在摩擦阻力被克服后继续靠栓杆承担荷载，连接变形比摩擦型大，只能用于承受静荷，要求用I类孔。（2）高强螺栓§3.2焊缝及其连接形式一、焊缝的形式1、对接连接的形式I型（垂直坡口），V型，单面V型，U型，单面U型，X型，K型；

直焊缝(图a)，斜焊缝(图b)。

§3.2焊缝及其连接形式一、焊缝的形式

直焊缝(图a)，2、角焊缝的截面形式

2、角焊缝的截面形式二、施焊位置横焊、平焊、立焊、仰焊二、施焊位置横焊、平焊、立焊、仰焊

三、角焊缝的标注方法

三、角焊缝的标注方法

焊缝焊缝搭接盖板连接斜焊缝搭接盖板连接斜焊缝搭接连接端焊缝受力搭接连接端焊缝受力对接焊缝连接对接焊缝连接对接连接引弧板对接连接引弧板角钢与节点板连接双面焊角钢与节点板连接双面焊角钢与节点板三面围焊角钢与节点板三面围焊3.3直角角焊缝连接的构造和计算一、定义侧焊缝——焊缝轴线平行于力线；端焊缝——焊缝轴线垂直于力线；斜焊缝——焊缝轴线倾斜于力线。二、直角角焊缝应力分析试验证明：1、侧焊缝以45°“咽喉截面”破坏居多；2、端焊缝的强度是侧焊缝强度的1.35～1.55倍。规范规定：在焊缝计算时以侧焊缝强度为基准（）,端焊缝强度为1.22，斜焊缝强度为

3.3直角角焊缝连接的构造和计算一、定义1、最小焊缝高度：，—较厚板件的厚度；2、最大焊缝高度：，—较薄板件厚度；对于贴边焊当t≤6mm时，=t当t>6mm时，=t－（1～2）mm要求：≤≤

三、直角角焊缝的构造1、最小焊缝高度：，3、最大焊缝长度：=60（静荷）=40（动荷）若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限；4、最小焊缝长度：=8且≮40mm要求：≤≤

四、直角角焊缝的计算1、所有角焊缝只承受剪应力，只区分侧焊缝和端焊缝；2、焊缝计算截面为45°“咽喉截面”，面积为0.7(－10mm)；3、在静力条件下，考虑端焊缝强度提高22%；动力荷载下，不考虑其强度的提高；3、最大焊缝长度：=60（静荷）4、计算公式：≤其中：——端焊缝受力总和；——侧焊缝受力总和；——焊缝强度提高因数，动力荷载时为1.0，静力荷载时为1.22。斜焊缝为5、计算步骤（1）求出同一平面焊缝群的形心；（2）将荷载向形心简化，找出最不利位置；（3）分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力；（4）区分侧焊缝受力与端焊缝受力，视荷载种类（静荷或动荷）代入公式，进行计算。4、计算公式：6、几种典型的焊缝受力分析（1）焊缝受轴心拉力（端焊缝）≤

6、几种典型的焊缝受力分析

（2）焊缝受轴心剪力（侧焊缝）

≤（2）焊缝受轴心剪力（侧焊缝）

≤（3）焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用

≤（4）焊缝受弯矩作用

≤

（3）焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用

≤（4）焊缝受弯矩作（5）焊缝偏心受剪

≤（6）焊缝受N，M，V联合作用≤

，（5）焊缝偏心受剪

，（7）焊缝受扭矩作用形心位置（面积矩除以面积）

≤（7）焊缝受扭矩作用

≤

（8）围焊焊缝受偏心剪力——扭矩＋剪力

≤

（8）围焊焊缝受偏心剪力——扭矩＋剪力

≤（9）角钢连接焊缝的计算

0.70.650.750.30.350.25

（9）角钢连接焊缝的计算

0.70.650.750.3双面焊接：≤

≤双面焊接：

≤三面围焊：≤≤

三面围焊：

§3.4对接焊缝及其连接的计算一、焊透的对接焊缝的计算1、轴心受拉（压）≤or——焊缝的计算长度（板宽减去10mm），若加引弧板（如下图）则焊缝的计算长度即为板宽。——对接连接中较小的厚度，忽略焊缝起鼓；——对接焊缝抗拉强度；——对接焊缝抗压强度；§3.4对接焊缝及其连接的计算一、焊透的对接焊缝的计算关于焊缝质量检验标准：一、二级检验——通过外观检查、X或γ射线及超声波探伤；三级检验——仅通过外观检查。因此通过一、二级检验的对接焊缝的强度可以认为与母材等强度，连接不必验算；而仅通过三级检验的焊缝，=0.85,需要如上验算。若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当a/b≤1.5时，可以不算。关于焊缝质量检验标准：因此通过一、二级检验的2、对接斜焊缝的计算3、受剪力作用的对接焊缝计算对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪力均为分布，其计算公式为：2、对接斜焊缝的计算3、受剪力作用的对接焊缝计算4、弯剪共同作用受拉区腹板与翼缘的交界处折算应力:4、弯剪共同作用受拉区腹板与翼缘的交界处折算应力:5、轴力、弯矩和剪力共同作用对工字形、箱形截面，需计算受拉区腹板与翼缘的交界处的折算应力:5、轴力、弯矩和剪力共同作用对工字形、箱形截面，需计算受拉区§3.5焊接残余应力和残余变形一、成因及特点1．假定焊件由纤维组成，但各纤维之间相互约束（变形时保持平面）。2．当温度t≤500℃时，弹性模量E=con.t＞600℃时，E→0；500℃＜t＜600℃时，E按线性变化。不均匀分布的温度场，同时存在局部高温，加上纤维间的相互约束，便产生了焊接残余应力。由于约束程度不同，一部分残余应力会以残余变形的形式释放出来。特点：自相平衡力系。§3.5焊接残余应力和残余变形一、成因及特点薄板焊接翘曲变形薄板焊接翘曲变形垂直连接焊接变形垂直连接焊接变形搭接连接构件变形搭接连接构件变形对接焊缝构件变形对接焊缝构件变形焊缝厚度方向收缩变形焊缝厚度方向收缩变形工字型截面焊接变形工字型截面焊接变形二、焊接残余应力对构件工作的影响1、对强度无影响2、降低构件的刚度3、降低构件的稳定承载力

由于刚度降低，有效截面减小，过早地进入弹塑性区，弹性模量降低，所以稳定承载力降低（因为）二、焊接残余应力对构件工作的影响

由于刚度降低，有效4、降低构件的疲劳强度残余应力的存在，加快了疲劳裂纹的开展速度（双向或三向拉力场），因此，疲劳强度降低。5、加剧低温冷脆材料在低温下呈脆性，焊接残余应力的同号拉力场会阻碍材料塑性的发展，加重了脆性因素。三、焊接残余变形对构件工作的影响1、构件不平整，安装困难，且产生附加应力；2、变轴心受压构件为偏心受压构件。4、降低构件的疲劳强度四、保证焊接质量及减小焊接残余应力的措施1、设计方面（1）采用细长，不采用短粗的焊缝；（2）对称布置焊缝，减小变形；（3）不等高连接加不大于1/4的斜坡，减小应力集中；

四、保证焊接质量及减小焊接残余应力的措施

2、制造方面（1）焊件预热法；（2）锤击法；减小残余应力（3）退火法；（4）反变形法；（5）合理施焊次序；减小残余变形（6）局部加热法。

（4）尽量防止锐角连接；（5）焊缝不宜过于集中，不要出现三向交叉焊缝；（6）注意施焊方便，以保证焊接质量。2、制造方面（4）尽量防止锐角连接；工字型截面焊接顺序正确控制变形工字型截面焊接顺序正确控制变形正确焊接顺序正确焊接顺序正确焊接顺序正确焊接顺序§3.6普通螺栓和铆接的构造和计算抗剪连接——板件之间有相对错动的趋势；抗拉连接——板件之间有相互脱开的趋势。1、抗剪螺栓（铆钉）的计算

一、普通螺栓（铆钉）的计算§3.6普通螺栓和铆接的构造和计算抗剪连接——板件之间有相（1）单个螺栓（铆钉）的受剪工作性能1）弹性段（0～1）：板件间相互挤压，靠摩擦阻力传力；2）相对滑移段（1～2）：摩擦阻力被克服后，板件间产生滑移，栓（钉）杆与孔壁相接触，滑移量取决于栓（钉）杆与孔的间距；3）弹塑性工作阶段（2～3）：螺栓杆既受剪又受弯直到破坏为止。（2）对一组螺栓连接，有五种可能的破坏形式a）栓杆被剪断；b）被连接板被挤压破坏；c）被连接板被拉（压）破坏；d）被连接板被剪破坏——拉豁；（1）单个螺栓（铆钉）的受剪工作性能e）栓杆受弯破坏e）栓杆受弯破坏螺栓杆被剪断破坏螺栓杆被剪断破坏螺栓孔壁挤压破坏螺栓孔壁挤压破坏钢板被拉坏钢板被拉坏钢板剪断破坏钢板剪断破坏（3）针对如上情况，应避免所有破坏的可能性1）栓（钉）杆长度（）≤——防止受弯破坏；2）≥，栓距≥——避免拉豁；3）通过计算保证螺栓（铆钉）抗剪；4）通过计算保证螺栓（铆钉）抗挤压；5）通过计算保证被连接构件具有足够的拉压强度。（3）针对如上情况，应避免所有破坏的可能性（4）螺栓群受剪计算1）轴心受力

基本假定：螺栓群均匀受力。一个螺栓的抗剪承载能力：——剪切面数；——螺栓直径；——螺栓抗剪设计强度。一个螺栓抗挤压承载能力：——螺栓直径；——被连接板中受力一侧的总厚度的较小值；——螺栓承压设计强度。（4）螺栓群受剪计算——螺栓直径；

当受力一边螺栓分布长度时，会出现较严重的传力不均匀现象，故采用强度折减系数对螺栓的承载能力进行折减：当时，取这样，设计计算时，对受力最大的螺栓进行验算：≤当受力一边螺栓分布长度时，会出现较2）螺栓群受扭基本假定：①被连接板是刚性的；②螺栓是弹性的；③在扭矩作用下，绕螺栓群中心旋转，每个螺栓受力大小与其到形心的距离成正比，方向垂直于矢径。根据平衡条件，

得为方便计算，将其分解则≤2）螺栓群受扭例：P

①将荷载向螺栓群形心简化；②确定受力最不利螺栓；③计算该螺栓的受力④合成、比较≤例：2、抗拉螺栓的计算（1）受拉螺栓的工作特点

杠杆效应——由于被连接件的刚度不够，在螺栓中产生附加应力。

规范中考虑杠杆效应，降低了螺栓的抗拉强度，同时要求设计中应采取构造措施以减少不利影响。2、抗拉螺栓的计算

规范中考虑杠杆效应，降低了螺栓的

（2）螺栓抗拉计算一个螺栓的抗拉承载能力——螺栓的有效面积，可查表；——螺栓受拉设计强度（已考虑杠杆效应的不利影响）。≤

（3）螺栓群受弯计算

基本假定：1）在弯矩作用下，板件绕最边缘的螺栓旋转（3）螺栓群受弯计算

基本假定：1）在弯矩作用下，板件绕最边

2）每个螺栓受力大小与其到旋转中心的距离成正比。

假定有m列螺栓，则——1个“1”号螺栓在弯矩M作用下产生的拉力；——第个螺栓距旋转中心的距离。≤2）每个螺栓受力大小与其到旋转中心的距离成正比。当偏心受拉时：——以形心为旋转中心，每个螺栓到中心的距离。有两种可能性：1）当＞0时，按小偏心计算，结果正确。2）当≤0时，应按大偏心计算，此时，应绕边缘螺栓“”点旋转，力臂及螺栓位置均应以该点为基准。

当偏心受拉时：

——螺栓到“”点的距离。

（4）螺栓受拉剪联合作用

且≤——判别条件（经验公式）

——最危险螺栓所受剪力和拉力；——螺栓的抗剪和抗拉承载能力。

≤1（4）螺栓受拉剪联合作用

≤1螺栓受拉剪联合作用螺栓受拉剪联合作用

通常做法不让螺栓受拉时受剪，用承托，则剪力由承托承担，螺栓只受拉力。

通常做法不让螺栓受拉时受剪，用承托，则剪力由承托承担，二、螺栓（铆钉）的排列和构造要求1、受力要求：如边距≥2等；2、构造要求：间距不能太大，避免压不紧潮气进入——腐蚀；3、施工要求：螺栓间距不能太近，满足净空要求，便于安装。

二、螺栓（铆钉）的排列和构造要求§3.7高强螺栓连接的计算一、预拉力的建立1、转角法：通过工艺试验，确定满足预拉力要求所需角度，在实际工程中采用固定转角，不精确；2、扭矩法：通过工艺试验，确定满足预拉力要求所需扭矩，制做特殊扳手，如机械扳手，光电扳手等等；3、扭矩螺栓：一种特制螺栓，用特殊扳手，拧断为止——预拉力建立完成。§3.7高强螺栓连接的计算一、预拉力的建立高强螺栓施工工艺高强螺栓施工工艺

0.9——考虑材料不均匀程度的系数；0.9——超张拉5%～10%；1.2——拧紧螺栓时产生剪力降低栓杆的承拉能力；——屈强比；——最低抗拉强度。目前采用的螺栓只有8.8级和10.9级。

二、摩擦型高强螺栓的计算1、摩擦型高强螺栓的抗剪计算一个螺栓的抗剪承载能力：对受力最不利螺栓，要求：二、摩擦型高强螺栓的计算2、摩擦型高强螺栓的抗拉计算

连接受力之前，根据平衡条件得：

连接受拉之后，螺栓伸长，被连接板压缩量恢复，此时，螺栓内拉力从增加为，而被连接板间的压力从减小为，假定外加拉力为，根据平衡条件得：

（1）摩擦型高强螺栓的受力分析2、摩擦型高强螺栓的抗拉计算

（1）摩擦型高强螺栓的受力分析根据变形协调条件

设螺栓和被连接板的弹性模量皆为E，面积分别为和，则：

根据变形协调条件代入等式：