STRU-04-第四章 起重运输机金属结构的连接

第四章起重运输机金属结构的连接

第一节

焊接连接

第二节螺栓连接

第四章作业第四章起重运输机金属结构的连接

钢板、型钢等基本元件连接构件连接

整体钢结构焊接铆接螺栓连接销轴连接起重运输机金属结构常用的连接方式：销轴连接图例第一节

焊接连接

起重机金属结构常用焊接方法：电焊（电弧焊、电阻焊、电渣焊）气焊

手工焊

电弧焊自动焊半自动焊

一、焊接接头的型式

顶接对接搭接二、焊缝的种类及构造

1．对接焊缝：板边开坡口的焊缝都称为对接焊缝。

图4-2对接焊缝常用坡口型式及标注方法构造要求：

图4-3不同宽度或厚度的构件对接

2．角焊缝：不开坡口的焊缝都称为角焊缝。

角焊缝的两个主要参数：

焊脚尺寸hf

：等腰直角三角形的腰长(亦称焊高)；

计算厚度he

：等腰直角三角形斜边上的高(亦称有效厚度)。

手工焊：he=hfsin45=0.7hf自动焊：he=hf

he手工焊自动焊

角焊缝的尺寸应符合下列要求：

⑴最小焊脚尺寸

(mm)，当焊件厚度tmax≤4mm时，取hf=tmax。⑵最大焊脚尺寸hfmax≤1.2tmin。⑶角焊缝最小计算长度ℓfmin≥40mm及8hf。⑷侧焊缝最大计算长度ℓfmax≤60hf

（承受静载荷时）或40hf（承受动载荷时）。1．对接焊缝

计算截面积=δ(焊缝计算厚度)×ℓf(焊缝计算长度)

计算假定：计算截面上，应力均匀分布。⑴承受轴心拉力或压力的对接焊缝计算

对接斜焊缝对接正焊缝三、焊缝计算

ℓf──焊缝计算长度，采用引弧板时，取焊缝实长，否则取焊缝实长减10mm。[σh]、[τh]──对接焊缝的许用正应力、剪应力，查表4-1。表4-1焊缝的许用应力⑵承受弯矩和剪力共同作用时的对接焊缝计算

如工字钢：最大正应力（图示计算点1）最大剪应力（图示计算点0）折算应力（图示计算点2）2．角焊缝

侧焊缝的破坏形式计算截面积=he×∑ℓf(焊缝计算长度之和)

计算假定：对角焊缝，无论其受何种力作用（轴向力、弯矩、扭矩等），一律认为角焊缝的破坏形式是沿焊缝450分角面方向发生剪切破坏。

同时假定剪应力在计算截面上均匀分布。

⑴承受轴向拉力（或压力）的角焊缝计算

受轴向力的角焊缝计算图剪应力沿侧焊缝分布图lf——焊缝接头一侧，各段角焊缝计算长度之和。规定：侧焊缝ℓfmax≤60hf

(静载)或40hf(动载)角焊缝按下式验算强度不对称构件搭接接头处焊缝长度的分配：肢背、肢尖焊缝所受剪应力：

角钢与节点板的搭接接头

N1

e1=N2e2对重心取矩：若使τ1

=τ2则l1——肢背焊缝长度；l2——肢尖焊缝长度。

不对称构件搭接接头处焊缝长度的分配：等肢角钢不等肢角钢并以短肢焊连节点板

不等肢角钢并以长肢焊连节点板不等肢角钢以短肢焊连节点板不等肢角钢以长肢焊连节点板⑵承受扭矩和剪力共同作用时的角焊缝计算偏心载荷P计算假定：轴力P扭矩Mn

式中C为比例常数，均布①连板件是绝对刚性的，而焊缝是弹性的。②P+Mn焊缝上任一微面积元传递的剪力为

剪力dN绕O点的力矩为全部焊缝传递的扭矩应与外扭矩Mn平衡

由此求得比例常数式中Ip──焊缝计算截面对形心O点的极惯性矩，按下式计算:因此焊缝上任一点处的剪应力为剪应力沿坐标轴方向的分量x及y

为

焊缝任一点处的总剪应力为

⑶承受弯矩和剪力共同作用时的角焊缝计算

偏心载荷Q剪力Q+弯矩M

(Q×e)计算假定：剪力Q由腹板焊缝平均承受

弯矩M由全部焊缝承受

τQ与τM的向量和为四、焊接的疲劳强度

工作级别≥A6级的焊接件应验算疲劳强度(见第三章)。提高焊接接头疲劳强度的措施

1.合理设计焊缝及焊接接头型式优先采用对接平焊缝；避免焊缝立体交叉；使焊缝重心与构件重心重合。2.采用合理的焊接工艺尽量采用自动焊；采用合理的焊接程序，尽量避免仰焊和立焊；焊缝两端采用引弧板；

不同宽、厚构件对接时,接头处板的宽度或厚度应逐渐过渡。

第二节螺栓连接

第二节螺栓连接

一、概述1.螺栓分类

普通螺栓：材料为35#、45#、Q235等；高强度螺栓：材料40B或45#经热处理。精制：用于受拉或受剪的连接。粗制：用于受拉的连接或临时定位用；螺栓普通螺栓高强度螺栓受剪时，按设计准则分为：高强度螺栓摩擦型：外剪力＜摩擦力，用于受动载的连接；承压型：外剪力＞摩擦力，用于受静力或间接动载的连接.承压型螺栓连接普通螺栓连接:靠螺栓的抗剪和承压来传递外剪力。

高强度螺栓连接

摩擦型高强度螺栓连接：仅靠构件间的摩擦力传递外剪力；

承压型高强度螺栓连接：靠构件间的摩擦力和螺栓的承压、剪切共同传递外剪力。

2．螺栓连接的工作原理3．承压型螺栓连接的破坏形式图承压型螺栓连接的破坏型式(a)栓身剪坏；(b)板被剪坏；(c)栓身压坏；(d)板被压坏；(e)栓身弯曲破坏；(f)栓身拉断二、螺栓连接的布置1．布置原则:排列简单、紧凑，规格尽量统一，结构合理，装拆方便。2．排列方式

图螺栓排列及其最小栓距

（a）并列式；

（b）错列式。

1．单栓抗剪承载力⑴普通螺栓的单栓抗剪承载力

计算假定：压应力在栓孔直径平面上均布；剪应力在栓身截面上均布。

根据承压条件决定的单栓承载力为根据抗剪条件决定的单栓承载力为单栓的抗剪承载力取二者中较小者，即

(4-16a)(4-16b)(4-17)back三、受剪螺栓连接的计算式中 d──螺栓栓身直径；

──同一方向承压板件总厚度,取两个方向板件总厚度较小者；nj──剪切面数目，单剪nj

=1，双剪nj

=2；=min(，1+2）──孔壁许用承压应力,对粗制螺栓,,对精制螺栓,为被连接构件基材的许用正应力；

──螺栓的许用剪应力,对粗制螺栓,,对精制螺栓,为螺栓材料的许用正应力.

⑵摩擦型高强度螺栓的单栓抗剪承载力

式中

P──单栓的预紧力，见表4-3；

f──摩擦系数，见表4-4；

nm──传力摩擦面数，单剪nm=1，双剪nm=2。

(4-18)2．轴心受剪螺栓连接的计算

计算假定：各螺栓受力相等。

连接所需螺栓数

(4-19)普通螺栓[N]按式（4-17）计算；摩擦型高强度螺栓[N]按式(4-18)计算。

式中[N]对接接头搭接接头被连接件强度验算

(4-20)I—I截面II—II截面Aj计算简图（a）并列式；（b）错列式；（c）计算图3．偏心受剪螺栓连接的计算⑵扭矩M作用下⑴剪力F

计算假定：

偏心载荷F轴力F+弯矩M(F×e)

任一螺栓传递的扭矩为

Mi=NMi∙ri=k∙ri2(4-22)由此求得比例常数为根据平衡条件，所有螺栓传递的扭矩应等于外扭矩任一螺栓所受剪力为

普通螺栓[N]按式（4-17）计算；摩擦型高强度螺栓[N]按式(4-18)计算。

式中[N](4-23)(4-24)在轴力F及扭矩M共同作用，螺栓最大剪力为back

普通螺栓受力分析图

I-螺栓；II-被连接件。校核式1．受拉螺栓的单栓承载力四、受拉螺栓连接的计算⑴普通螺栓单栓抗拉承载力⑵高强度螺栓的单栓抗拉承载力

校核式：高强度螺栓受力分析图I-螺栓；II-被连接件。

2.弯矩使螺栓受拉时螺栓连接的计算⑴普通螺栓连接

刚性法兰板绕边缘倾覆；中性轴位于y0轴上；Ti与成正比:普通螺栓受力图计算假定

若第i列螺栓数为mi，则所有螺栓对y0轴的合力矩应与外力矩M平衡：

(4-29)距中性轴最远点处，螺栓最大拉力验算式则比例常数距中性轴y0距离为xi的螺栓受力为⑵高强度螺栓连接

校核：(4-30)高强度螺栓受力图

则假定中性轴为y轴1.同时受拉、受剪螺栓连接的单栓承载力⑴普通螺栓(4-32)可能的破坏形式：螺栓杆受剪兼受拉破坏；孔壁承压破坏。校核五、同时受拉受剪螺栓连接的计算⑵摩擦型高强度螺栓(4-33)(4-34)校核有拉力T作用时的单栓抗剪承载力为2.同时受拉、受剪螺栓连接的计算①螺栓最大拉力

②在剪力N及扭矩Mn作用下螺栓的计算,见式（4-24）；③在拉力和剪力共同作用下螺栓的计算,见式(4-32)～(4-34)。

受拉又受剪之螺栓连接普通螺栓高强度螺栓六、梁的拼接计算①翼缘板拼接所需的螺栓数

图梁的安装拼接翼缘板拼接一侧所需螺栓数

按等强度条件计算的内力(4-37)(4-38)(4-39)翼缘板传递的内力②腹板的拼接设计

计算假定：

腹板所受弯矩与其惯性矩成正比

剪力F由腹板承受，则每个螺栓所承受的力为

(4-40)(4-41)校核(4-24)Mf引起的NMxA、NMyA见式(4-23)第四章作业4-1设计图4-33所示桁架杆件与节点板的连接焊缝。已知杆件由等肢双角钢制成,节点板厚δ=10mm,材料Q235，焊条型号E43，焊缝许用应力。轴心拉力N=500KN。图4-33习题4-1用图图4-34习题4-2用图

4-2计算图4-34所示周边焊缝的侧焊缝长度a。设焊脚尺寸