钢桥的连接方式分类及相应设计方法讲解

授课老师：单击此处添加标题文字钢桥的连接方式分类及相应设计方法讲解内容一、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《钢结森构设半计规容范》的一些怖有关规岗定角焊缝描的焊脚尺内寸角焊缝娱的最小计越算长度侧面宏角焊爬缝的最大惰计算涂长度搭接链连接虽中的搭接长狸度次要构沉件或次筛要焊缝堤连接中断续完角焊叮缝的应静用及晴规定角焊妻缝连夏接的芹计算3按照《钢结构遍设计规擦范》规定决的角赶焊缝盗设计锹方法讯进行隶计算认为直疯角角焊捆缝的破险坏总是乔沿其最瓶小截面宫，即45°方向厘的有慨效截善面有效截守面上的宾应力状曾态：将三个男应力近似采魄用折算狂应力表达焊缝熔敷金属抗拉强度设计值四、高眨强螺栓幸连接高强挠螺栓肺连接觉的构独造1螺栓的满直径与店孔径粗制、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雕构螺炸栓数喜众多姨且各百部分鼠杆件桌截面万和受讨力相醒差较悲大时滑，可夹考虑稼用2~3种螺栓直勒径标准螺栓直径为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的矿长度高强度迟螺栓的铜长度应填为紧固挣连接板郑厚度加冲上一个暑螺母和虑螺栓连送接副垫膏圈的厚绒度。按最下式计袄算，并召取5m副m的整倍数连接板妻层总厚须度附加长勺度。当钢高强螺贸栓公称笔直径确惑定后，边可查表2-沾5-思2高强谋度螺胃母公扫称厚谊度垫圈个交数高强溉度垫激圈公盆称厚塑度螺纹螺呀距螺栓壶的排慕列和虚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受姜压力构件受疲拉力内排和敬有边缘呆型钢外吓排的中窃距外排萍中距边距社端距高强螺垒栓的受涂力性能步和承载阿力2摩擦型翅高强螺誉栓（1）抗剪性能和疲承载力需要计论算一个诊螺栓的抗剪承载杀力设由计值（2）抗拉性能和辱承载力需要计棵算一个秘螺栓的抗拉承载怕力设碌计值（3）同欧时抗剪和抗拉的承载塌力需要冻计算耻一个霸螺栓拉同时笑承受住拉力察和剪疲力时恶的抗剪承载储力设抬计值外拉力余使构件乖接触面残的夹紧中力降低符，直接忧降低了婆摩擦力弦，因而贡高强螺竿栓的抗仁剪承载锐力降低受剪受拉承压型喷高强螺午栓（1）抗剪性能和嚷承载力需要计杜算一个倍螺栓的抗剪承载力聋设计值（2）抗拉性能胞和承器载力需要丈计算词一个眼螺栓吸的抗拉承载力吓设计值丽，计算段方法与加摩擦型爸相同（3）同谜时抗剪和抗拉的承裂载力需要吩计算损一个柄螺栓斤同时轨承受喉拉力称和剪葵力时冶的承困载力寒设计太值规范规残定，承岸压型高寇强螺栓求只适用蔑于承受静力或间接录动力荷载夏结构恭中的冠连接高强螺胖栓连接刘的设计相计算3螺栓腐的直径和数量，根慢据接头瞒承载湿力的要求絮确定。根据接选头设计春承载力烈的不同恨要求，锐有全承丧载力、最小承跑载力、综合录承载劳力三种吨设计波方法全承角载力耍设计幻玉方法娃（全止强设吉计法寒）要求接头透的设箭计承厦载力≥母缴材构缘瑞件的峡承载勾力。受压积构件挨的连鬼接，缩慧上述填能满宝足。受拉构柄件的连戚接，接头的判设计承池载力<母材构廉件的承旁载力。当母材躺构件的围实际应劣力很小姿时，此倡法很不芦经济。最小承庸载力设在计方法要求接头抹的设挑计承期载力≥杆件制实际承品受的荷喊载大小都。此法翁最为追经济桑。当母员材构神件的贪实际蜘应力并很小桐时，旗接头防承载讯力有翻可能点与母每材构峰件的锈承载勉力相气差悬律殊，胸接头甚成为勤整体披构件秆的薄筝弱点合，对供构件黑整体讨受力股产生币不利蹦影响摇。综合承猜载力设刺计方法既不使类得接头姑承载消力降低过辰多，又曲不过分料追求接折头承载庆力。此法同时考芹虑母材云构件的露承载力和构件的丘实际受僵力大小戒，综穷合确阿定接锐头承捡载力泉。美国AA养SH件TO规定：构件腔实际劲受力<构件皆承载势力的75%时，接头承袋载力按母拣材构彻件承蔬载力献的75驶%设计肺；构件浪实际膛受力≥构件钓承载必力的75%时，接头承络载力按母怜材构圆件承狗载力肉与实呆际受第力的笔平均裂值设艘计。我国《铁路桥唱梁钢结泰构设计躬规范》规定（1）主桁杆驱件及板梁刘翼板用高会强螺亦栓或习铆接惕时，余其螺丹栓数浆量应需按连狭接杆件的照承载力计算，隶即：主桁杆挺件及板梁项翼板的连香接强却度≥被连接杆耗件的承义载力。全承载郊力设计品方法（仪全强设胡计法）（2）桁梁腹慰杆，当内粉力较小腔、由构强造要求值的最小锈截面控蓬制设计绸时，其耻螺栓数药量可按1.语1倍的杆件皮内力与75砖%的杆件渡净截面急积强度的较大液值进行稳计算。综合承腾载力设暑计方法（3）板梁识腹板螺栓渣群的痒强度≥拼接处拥腹板净背截面抗吧弯强度山与该处魂最大剪耍力的组合膊强度。即：造对于企弯矩闷来讲氏，按游腹板盾的全滥强设微计；对于剪迹力来讲欢，按拼彼接所在驳位置的梯最大剪方力考虑追。钢桥典型受菜力构件的摩擦恶型高强遥螺栓连悲接的设浅计计算（1）轴心赶受力构候件的高孕强螺栓陷连接钢桥中，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长连接狸抗剪螺搞栓的强滋度折减慢系数我国兵规范欧洲规架范试验服曲线长接头用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单根螺宋栓的单劈燕面摩擦押承载力传力按摩擦截面数佣目全承载力设计法：最小承载力设计法：（2）弯蚊剪受卡力构欠件的搏高强数螺栓残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翼板的螺抛栓数存量计浆算与档拼接旨板厚径与尺腹寸的奏设计腹板的螺栓吗数量计漆算与拼桂接板厚道与尺寸号的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肝载力察设计扔法：最小战承载监力设饥计法毛：单根螺耀栓的单暮面摩擦秧承载力传力摩泥擦面数铸目高强螺栓的根数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。腹板的螺都栓数苏量计季算与曲拼接论板厚倘与尺岂寸的脏设计例题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：计算全分强设计司时的弯漫矩主梁玻、腹阴板抗州弯惯辅性矩棵：首先课要计树算主混梁的中性轴：如题椒目中的趋图所示志。中性轴距下翼缘下边缘的距离为：由：翼缘转板和腹板各自承翠担的弯慕