钢桥设计基本知识之钢桥连接

授课老师：张大英单击此处添加标题文字钢桥连接内容一、钢桥的连接方式二、焊缝连接三、角焊缝的设计与计算四、高强螺栓连接一、钢桥的连接方式钢桥中部件的连接方式焊接螺栓连接铆钉连接接焊接1优点焊接刚度较大，密封性较好对钢材从任何方位、角度和形状相交都能方便使用1一般不需要附加连接板、连接角钢等零件2一般不需要在钢材上开孔，不使截面受削弱3缺点焊接塑性和韧性较差，脆性较大，疲劳强度较低焊接附近钢材因焊接的高温作用而形成热影响区，其金相组织和机械性能发生变化，某些部位材质变脆1焊接过程中钢材受到不均匀的高温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，影响结构的承载力、刚度和使用性能2焊接可能出现气孔、夹渣、咬边、弧坑裂纹、根部收缩、接头不良等，影响结构疲劳强度3优点缺点螺栓连接2连接类型拧紧方式传力方式普通螺栓普通扳手通过螺杆受剪力和杆件孔壁承受压力传力或螺杆受拉传力高强螺栓特制的、能控制扭矩或螺栓拉力的扳手通过部件接触间的摩擦力传力或被连接板件间的预压力传力优点普通螺栓便于拆卸。适用于需要装拆的结构连接和临时性连接。高强螺栓强度高、对螺孔加工精度要求较低、连接构件间不宜产生滑动、刚度大。适合构件间的工地现场安装连接。安装方便，特别适用于工地安装连接12缺点需要在板件上开孔和拼装时对孔，增加制造工作量螺栓孔会削弱构件截面被连接板件需要互相搭接或另加角钢或拼接板等连接件，多费钢材123（1）普通螺栓连接螺栓等级钢材牌号尺寸优点缺点使用范围A级45号钢或35号钢直径d≤24mm,长度l

≤150mm和10d加工精度高、尺寸准确和杆壁接触紧密；可承受较大的剪力、拉力；抗疲劳性能较好；连接变形较小制造、安装较费工，价格昂贵在钢桥中很少采用B级直径d>24mm,长度l

>150mm和10dC级Q235BF尺寸不很准确，孔径比螺栓直径大1~2mm结构装配和螺栓装拆方便，比较适用于承受拉力受剪性能较差，各个螺栓受力较不均匀承受拉力的安装螺栓连接、次要结构和可拆卸结构的受剪性能、安装时的临时连接（2）高强螺栓连接螺栓类型尺寸抵抗外载方式设计强度标准优点缺点摩擦型孔径比螺栓直径大1.5~2mm螺栓拧紧力所提供的摩擦力。产生急剧变形（主滑动）时的荷载整体性和刚度好、变形小、受力可靠、耐疲劳螺栓的高强度没被充分利用承压型孔径比螺栓直径大1~1.5mm被连接板件间的预压力杆身剪切或孔壁承压破坏时的荷载作为连接受剪的极限承载力螺栓的高强度得到充分利用，设计承载力>摩擦型整体性和刚度差，变形大根据高强螺栓的设计破坏判断标准对高强螺栓进行分类铆钉连接3预制铆钉杆径比孔径小1~1.5mm。优点：铆钉连接的塑性、韧性和整体性好；连接变形小；传力可靠；承受动力荷载时的疲劳性能好；缺点：铆钉连接的构造复杂，用钢量大，施工麻烦，打铆时噪声大。使用情况：早期钢桥的主要连接形式，目前已很少采用，已被焊接或高强螺栓连接取代。1二、焊缝连接分类按焊体钢材的连接方式进行分类对接接头搭接接头T形接头角接接头按焊缝本身的构造进行分类角焊缝全熔透

坡口焊缝部分熔透坡口焊缝角焊缝的截面形式普通形

（凸形）等边凹形平坡凸形各种焊缝的特点、适用范围角焊缝：主要用于应力方向平行于焊缝轴线（侧焊缝）的情况全熔透焊缝：主要用于钢板对接和焊缝受拉应力时部分熔透焊缝：在钢桥中较少采用。在斜拉桥、悬索桥的钢塔中，板件全断面受压，并且板厚很大不宜完全焊透时采用坡口焊缝的各种形式直边缝（Ⅰ形）V形K形单边V形X形U形单边U形按焊缝施焊时的姿态进行分类平焊横焊立焊仰焊三、角焊缝的设计与计算1角焊缝的布置和受力性能按受力方向对角焊缝进行分类侧角焊缝端角焊缝（正面角焊缝）斜向角焊缝周围角焊缝角焊缝垂直于受力方向角焊缝倾斜于受力方向几个方向混合使用的角焊缝角焊缝平行于受力方向斜向角焊缝各类角焊缝的受力性能侧角焊缝主要承受剪力，应力状态比端角焊缝单纯弹性受力阶段塑性受力阶段侧角焊缝塑性较好，受力增大进入塑性状态时，剪应力分布将渐趋均匀，破坏时可按全长均匀受力考虑侧面角焊缝的剪切破坏位置端角焊缝（正面角焊缝）角焊缝垂直于受力方向沿焊缝长度的应力分布较均匀在两个焊脚和有效厚度面上有复杂和不均匀的正应力和剪应力，应力集中严重在焊缝根部有很大的高峰正应力端角焊缝的破坏位置：焊脚或有效厚度面，属于正应力和剪应力的综合破坏端角焊缝的刚度较大，变形较小，塑性较差，性质较脆，疲劳强度低，不适用于对疲劳要求较高的钢桥连接。斜向角焊缝周围角焊缝角焊缝倾斜于受力方向几个方向混合使用的角焊缝常用在杆件倾斜相交的情况，受力方向和焊缝轴线成倾斜角度，应力情况复杂，受力性能介于侧角焊缝和端角焊缝之间。把板件交搭处的所有交搭线尽可能多地加以焊接，成为开口或封闭的周围角焊缝。封闭的周围角焊缝2角焊缝尺寸的构造要求两个主要尺寸实际长度焊脚尺寸：焊缝计算长度：板厚《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》角焊缝的焊脚尺寸：焊件边缘的角焊缝：如果焊件边缘的厚度为角焊缝两焊脚的夹角一般为90°，夹角>120°或<60°的斜角焊缝不宜用作受力焊缝《钢结构奸设计规庭范》的一些缝有关规早定角焊叹缝的焊脚跌尺寸角焊倘缝的最小钻计算板长度侧面角挽焊缝的最大范计算常长度搭接出连接引中的搭接仿长度次要构险件或次辰要焊缝票连接中断续怒角焊助缝的应类用及仓规定角焊缝兔连接的虾计算3按照《钢结退构设巡寿计规叔范》规定的滑角焊缝辫设计方取法进行楼计算认为直积角角焊洪缝的破那坏总是年沿其最已小截面杠，即45°方向的密有效截型面有效截练面上的尼应力状甩态：将三俊个应珍力近似系采用捡折算呜应力表达焊缝熔敷金属抗拉强度设计值四、使高强铅螺栓讽连接高强螺总栓连接它的构造1螺栓的阶直径与靠孔径粗制、精制、高强螺栓等钢种、直径、孔径等同一结构中同类型螺栓宜采用一种统一规格当结赞构螺汇栓数那众多香且各乏部分伏杆件邪截面堡和受夫力相酿差较夜大时摸，可单考虑悬用2~3种螺栓歉直径标准螺栓直径为M12、14、16、18、20、22、24、27、30mm。常用考虑螺纹对螺栓杆截面的削弱，受拉时一般按螺纹处的有效截面面积螺栓麦的长盟度高强度挨螺栓的俭长度应疤为紧固捞连接板断厚度加谦上一个详螺母和茅螺栓连腥接副垫班圈的厚县度。按爱下式计挥算，并做取5m衣m的整倍搁数连接板北层总厚印度附加墙长度捡。当房诚高强肌螺栓底公称颂直径织确定消后，略可查雨表2-霜5-谷2高强度镜螺母公季称厚度垫圈但个数高强根度垫烂圈公胃称厚碑度螺纹螺尝距螺栓的麻排列和密间距端距中距边距两种情况切割边或高强度螺栓普通螺栓或铆钉、轧制边并列错列构件验受压挣力构件叔受拉嫁力内排镇和有枕边缘衡型钢喂外排勇的中香距外排湾中距边距北端距高强库螺栓府的受进力性溜能和佛承载艳力2摩擦型姨高强螺酿栓（1）抗剪性能叔和承套载力需要故计算谋一个写螺栓剖的抗剪承载力蛇设计值（2）抗拉性能和睡承载力需要计摔算一个佛螺栓的抗拉承载麦力设耐计值（3）同时抗剪和抗拉的承载惭力需要秋计算笑一个斜螺栓息同时章承受善拉力泉和剪压力时宴的抗剪承载力谋设计值外拉力常使构件泊接触面打的夹紧渴力降低调，直接树降低了剑摩擦力条，因而鸟高强螺筹栓的抗屋剪承载围力降低受剪受拉承压窑型高摄强螺逝栓（1）抗剪性能加和承堤载力需要计蚊算一个汽螺栓的抗剪承载倒力设缴计值（2）抗拉性能得和承益载力需要候计算搂一个楼螺栓晋的抗拉承载惑力设蹦计值郊，计符算方军法与布摩擦馒型相酷同（3）同吴时抗剪和抗拉的承载贸力需要窜计算振一个靠螺栓龙同时报承受龙拉力蜓和剪踪蝶力时忆的承由载力线设计圆值规范弹规定疲，承喊压型雹高强纺螺栓禁只适蛙用于踩承受静力或间接动飞力荷载结竟构中的牵连接高强圣螺栓坝连接督的设蚁计计掘算3螺栓的直径和数量，根蜂据接头宣承载笨力的要丽求确元定。根据际接头怜设计抵承载俱力的州不同鼻要求峰，有全承哈载力、最小谈承载烛力、综合承雄载力三种舍设计蔽方法全承载矛力设计非方法（沉全强设鹅计法）要求接头的算设计承极载力≥母弓材构睁件的澡承载传力。受压枣构件承的连驴接，宴上述把能满筑足。受拉构寨件的连波接，接头偶的设蜡计承晚载力<母材此构件画的承草载力描。当母议材构讯件的锹实际针应力锤很小研时，残此法洞很不模经济柱。最小世承载匀力设费计方岩法要求接头的位设计承弯载力≥杆冰件实招际承恐受的赛荷载近大小厘。此法最冰为经济敏。当母材恼构件的重实际应络力很小稍时，接定头承载谋力有可夏能与母悬材构件枯的承载诸力相差睛悬殊，假接头成移为整体跪构件的痛薄弱点即，对构谷件整体押受力产挣生不利肯影响。综合辣承载唐力设便计方球法既不仍使得接头挽承载握力降低楚过多游，又齐不过合分追桨求接准头承偿载力旬。此法同时灭考虑办母材踢构件互的承催载力和构件的埋实际受驰力大小芳，综也合确赞定接挤头承敲载力脚。美国AA该SH是TO规定傻：构件恩实际成受力<构件地承载货力的75%时，接头承甩载力按母材仆构件承暴载力的75%设计；构件实冤际受力≥构件肥承载川力的75厉%时，接头承站载力按母材昼构件承挺载力与边实际受叮力的平翅均值设棵计。我国《铁路烂桥梁刊钢结收构设宜计规宪范》规定（1）主桁讽杆件及板梁翼躬板用高椒强螺亦栓或案铆接盯时，惰其螺错栓数润量应汽按连都接杆件的惹承载力计算络，即含：主桁杆穴件及板梁竭翼板的连接好强度≥被连接参杆件橡的承翻载力漆。全承默载力贴设计肤方法誉（全筝强设轻计法革）（2）桁梁腹知杆，当屑内力急较小顷、由桌构造消要求溜的最盘小截亦面控崇制设嫁计时葵，其奸螺栓舟数量佣可按1.1倍的杆件喊内力与75脊%的杆件射净截面解积强度的较大妙值进行救计算。综合承说载力设灵计方法（3）板梁笑腹板螺栓群品的强度≥拼接处茧腹板净妙截面抗泄弯强度战与该处筐最大剪缺力的组合强辫度。即：对砍于弯矩鸦来讲，饲按腹板娘的全强隆设计；对于羞剪力把来讲雾，按陶拼接片所在腐位置累的最倡大剪矿力考岸虑。钢桥典型你受力隙构件的摩梨擦型寺高强渔螺栓孝连接稍的设馒计计视算（1）轴愁心受旁力构变件的垒高强仙螺栓绣连接钢桥中，代表性的轴心受力构件主要有：桁架杆件、主梁横向联系平联构件、各种横撑与斜撑构件、两端铰接的柱受力较大的钢桥构件连接，通常需要采用多根螺栓的螺栓群；受力较小时，往往采用角钢、T型钢、槽钢等型钢结构。接头设计必须考虑螺栓群各螺栓受力的不均匀性和接头偏心的影响。123受力方向的连接长度为，高强螺栓承载力为：4，孔径为00.250.50.751.020406080长连接绵抗剪螺赔栓的强溉度折减记系数我国州规范欧洲亩规范试验堡曲线长接头哲螺栓假设杆件截面积为A，轴向应力为，母材的容许应力为高强螺栓的根数m可按下式计算：5单根静螺栓断的单皱面摩捡擦承捡载力传力摩伐擦面数虎目全承载力设计法：最小承载力设计法：（2）弯剪讲受力构脑件的高歌强螺栓般连接弯剪受力构件的高强螺栓连接计算：钢梁桥中较为典型的弯剪受力构件：主梁、横梁12翼板的螺栓寻数量计毅算与拼具接板厚蕉与尺寸宣的设计腹板的螺蜜栓数桥量计哲算与前拼接隐板厚斧与尺完寸的狼设计全承载力设计方法（全强设计法）板梁翼板的连接螺栓数量应按连接杆件的承载力计算，即：主桁杆件及板梁翼板的连接强度≥被连接杆件的承载力翼板连接的拼接板设计时，应该使得拼接板的净面积比被拼接部分翼板净面积大10%拼接板布置于翼板两侧（高强螺栓为双面摩擦n=2），在有腹板或加劲肋的一侧，拼接板可分为多块，在翼板外侧通常做成与翼板同宽单块拼接板全承载奇力设计炒法：最小泊承载疤力设粱计法渴：单根螺礼栓的单美面摩擦康承载力传力摩恢擦面数廊目高强螺栓的根数m可按下式计算：假设翼板的宽度×厚度=，母材的容许应力为，弯曲应力为板梁腹板螺栓群的强度≥拼接处腹板净截面抗弯强度与该处最大剪力的组合强度对于弯矩来讲，按腹板的全强设计；对于剪力来讲，按拼接所在位置的最大剪力考虑。拼接板应该对称布置于腹板的两侧；拼接板的总厚度应大于被拼接腹板的厚度；拼接板的净面积抵抗矩应该大于被拼接腹板的净面积抵抗矩。腹板的螺钳栓数矿量计滔算与冤拼接榆板厚妄与尺快寸的矩设计例题45205201234302400230052024012411159根据我国《铁路桥梁钢结构设计规范》规定：板梁翼板用高强螺栓时，其螺栓数量应按连接件的承载力计算，即采用全承载力设计法，板梁腹板螺栓群的强度不得小于拼接处腹板净截面抗弯刚度与该处最大剪力的组合强度。即对于弯矩来讲，按腹板的全强设计；对于剪力，按拼接所在位置的最大剪力考虑。根据全承载力设计法，拼接板的截面面积要比翼缘板的截面面积大10%，即：上翼缘板：拼接板板厚选用：如图所示，已知弯矩M=9170kN.m，剪力Q=1250kN。设计连接的拼接板及高强螺栓。容许弯曲压应力下翼缘板：拼接板板厚选用：腹板拼接板板厚确定：由拼接板的抗弯惯性矩要大于腹板的抗弯惯性矩：拼接板板厚选用：计算偷全强厚设计袜时的结弯矩主梁、刻腹板抗盛弯惯性晃矩：首先要刊计算主摊梁的中性轴：如昆题目送中的祥图所题示。中性轴距下翼缘下边缘的距离为：由：翼缘板和腹板各自危承担库的弯研矩：根据春翼缘盼板和