20.2钢结构的连接

2024/6/51第二十章

钢结构20.2钢结构的连接2024/6/5钢结构2﹡连接要求足够的强度、刚度和延性。﹡连接方法

焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接。2024/6/53钢结构图20-3钢结构的连接方法1.焊缝连接焊缝连接是通过电弧产生的热量使焊条和焊件局部融化，经冷却凝结形成焊缝，从而将焊件连成一体。优点：构造简单，不削弱构件截面，节约钢材，制作加工方便，易于采用自动化操作，连接的密封性好，刚度大。缺点：焊接残余应力、残余变形。2024/6/5钢结构42.铆钉连接铆钉连接是将铆钉加热后插入构件的钉孔中，用铆钉枪制作封闭钉头。随后钉杆由高温逐渐冷却而发生收缩，将被连接的钢板压紧。优点：塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动载结构的连接。缺点：构造复杂，费钢费工。2024/6/5钢结构53.螺栓连接螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。（1）普通螺栓连接优点：施工简单、拆装方便；缺点：用钢量多。普通螺栓连接分为A、B、C三级。A级与B级：精制螺栓，材料性能等级则为5.6级和8.8级。螺栓的孔径d0比螺栓公称直径d大0.2～0.5mm。C级：粗制螺栓，材料性能等级为4.6级或4.8级。螺栓的孔径d0比螺栓公称直径d大1.0～1.5mm。2024/6/5钢结构6（2）高强度螺栓连接类型：一种是只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则，称为摩擦型连接；另一种是允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则，称为承压型连接。性能等级：8.8级，抗拉强度应不低于800N/mm2。10.9级，抗拉强度应不低于1000N/mm2。2024/6/5钢结构720.2.2焊缝连接1.钢结构常用焊接方法

电弧焊、气体保护焊和电阻焊等﹡手工电弧焊2024/6/5钢结构8

1—电焊机；2—导线；3—焊件；4—电弧；5—焊钳；6—药皮；7—起保护作用的气体；8—熔渣；9—焊缝金属；10—主体金属；11—焊丝；12—熔池手工电弧焊焊条与焊件金属强度相适应：Q235钢钢焊件采用E43或E50系列型焊条；Q345、Q390钢焊件采用E50或E55系列型焊条；Q420、Q460钢焊件采用E55或E60系列型焊条。EXX的XX表示焊条的最低抗拉强度。2024/6/5钢结构9﹡埋弧焊焊条和焊剂要保证熔敷金属的抗拉强度不低于相应手工焊条数值。2024/6/5钢结构101—焊丝转盘；2—转动焊丝的电动机；3—焊剂漏斗；4—电源；5—熔化的焊剂；6—焊缝金属；7—焊件；8—焊剂；9—移动方向﹡气体保护焊﹡电阻焊2024/6/5钢结构112.焊缝连接的优缺点焊接连接与螺栓连接、铆钉连接比较：﹡优点省工、省材；任何形状的构件均可直接连接；密封性好，刚度大。﹡缺点材质劣化；残余应力、残余变形；一裂即坏、低温冷脆。2024/6/5钢结构123.焊缝缺陷焊缝缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等。2024/6/5钢结构13﹡焊缝等级：《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）分为三级。

三级焊缝：外观检查，外观尺寸和缺陷；

二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，用超

声波检验每条焊缝的20％长度，且不小于200mm；

一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷；

对承受动力荷载的重要构件焊缝，增加伽马射线探伤。﹡强度折减：高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9。2024/6/5钢结构144.焊缝连接形式及焊缝形式（1）焊缝连接形式按被连接构件间的相对位置：平接、搭接、T形连接、角接。2024/6/5钢结构15（2）焊缝型式按所受力的方向分：正对接焊缝和斜对接焊缝。角焊缝：正面角焊缝和侧面角焊缝。2024/6/5钢结构16焊缝沿长度分布情况：连续角焊缝和断续角焊缝。2024/6/5钢结构17按施焊位置：5.焊缝代号

﹡作用

表明焊缝形式、尺寸和辅助要求。

﹡表示方法(GB324-88)

由引出线、图形符号、辅助符号三部分组成。

﹡引出线由横线和带箭头的斜线组成。2024/6/5钢结构182024/6/5钢结构19表20-4焊缝代号焊缝分布复杂：在图形上加粗线或栅线表示。20.2.3

对接焊缝的构造和计算1.对接焊缝的构造﹡坡口形式

分为：I形缝、V形缝、带钝边单边V形缝、带钝

边V形缝（也叫Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边

单边V形缝和双Y形缝等斜坡口为了和焊缝根部共同形成一个焊条能运转的施焊空间2024/6/5钢结构202024/6/5钢结构21﹡不同宽度和厚度的钢板拼接2024/6/5钢结构22动载时不大于1:4，计算时取较薄焊件厚度。图20-14引弧板图20-15焊透的T形连接焊缝2.对接焊缝的计算计算焊件的方法。I、II级标准检验焊缝质量，焊缝和构件等强不计算；仅计算III级焊缝。（1）轴心受力的对接焊缝2024/6/5钢结构232024/6/5钢结构24≤或式中

N——轴心拉力或压力的设计值；

lw——焊缝的计算长度，当采用引弧板施焊时，取焊缝实际长度；当未采用引弧板施焊时，每条焊缝取实际长度减去2t；

t——在对接连接中为连接件的较小厚度；在T形连接中为腹板厚度；

——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。规范规定当斜缝和作用力间夹角θ符合tanθ≤1.5时，可不计算焊缝强度。（2）弯矩和剪力共同作用时对接焊缝的计算2024/6/5钢结构25≤≤I字形、箱形、T形等构件：折算应力：2024/6/5钢结构26≤1.1

20.2.4角焊缝的构造与计算

1.角焊缝的形式和构造（1）角焊缝的形式2024/6/5钢结构27按其截面形式不同：普通型、平坦型和凹面型三种。hf：焊脚尺寸。有效截面或计算截面：α/2角处截面（直角角焊缝在45°角处截面）。有效厚度he=0.7hf。2024/6/5钢结构28（2）角焊缝的构造要求（1）最小焊脚尺寸hf应与焊件的厚度相适应。对手工焊，hf

应不小于，t为较厚焊件的厚度(mm)，对自动焊，可减小1mm；对T形连接的单面角焊缝，应增加1mm。当焊件厚度等于或小于4mm时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。2024/6/5钢结构29（2）最大焊脚尺寸hf应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。对于板件边缘的焊缝，当t≤6mm时，hf≤t；当t>6mm时，hf＝t－(1~2)mm。2024/6/5钢结构30（3）不等焊脚尺寸（4）角焊缝的最小计算长度（5）侧面角焊缝的最大计算长度

焊缝长度lw

也不应太长或太短，其计算长度不宜小于8hf和40mm，且对侧面角焊缝，不宜大于60hf，超出部分不计。若内力沿侧面角焊缝全长分布，则不受此限。2024/6/5钢结构312024/6/5钢结构32（6）角焊缝的其他构造要求2024/6/5钢结构33图20-22由槽焊、塞焊防止板件拱曲图20-23搭接连接要求2.角焊缝的计算侧面角焊缝的应力分布2024/6/5钢结构34正面角焊缝的应力分布2024/6/5钢结构35有效截面等边角焊缝的最小截面和两边焊角成α/2角(直角角焊缝为45º)称为有效截面或计算截面，不计余高和溶深。计算时假定有效截面上应力均匀分布，且不分抗拉、抗压和抗剪都采用同一强度设计值。2024/6/5钢结构36（1）受轴心力焊件的拼接板连接计算仅侧面角焊缝（图a）2024/6/5钢结构37式中

N——轴心拉力或压力的设计值；

he——角焊缝的有效厚度；

Σlw——连接一侧角焊缝的计算长度之和；——角焊缝的强度设计值。图20-24轴心力作用下角焊缝连接仅正面角焊缝（图b）2024/6/5钢结构38式中N——轴心拉力或压力的设计值；

he——角焊缝的有效厚度；

Σlw——连接一侧角焊缝的计算长度之和；——角焊缝的强度设计值；——正面角焊缝的强度设计值增大系数。图20-24轴心力作用下角焊缝连接三面围焊时（图c）

先计算计算正面角焊缝l1受力N1，剩余的N－

N1由侧面角焊缝l2承担。2024/6/5钢结构39图20-24

轴心力作用下角焊缝连接（2）受轴心力角钢的连接计算当用两侧面角焊缝连接时（图a）2024/6/5钢结构40肢背：肢尖：2024/6/5钢结构41

表20-5角钢角焊缝内力分配系数当用三面围焊缝连接时（图b）正面角焊缝承担的力为N3

=0.7hf∑lw3βf

ffw侧面角焊缝承担的力为肢背N1

=e2

N/(e1+e2)－N3

/2=K1

N－N3

/2肢尖N2

=e1

N/(e1+e2)－N3

/2=K2N－N3

/22024/6/5钢结构42L形焊缝（图c）正面角焊缝承担的力为:N3

=2K2N侧面角焊缝承担的力为:N1=N－N3

2024/6/5钢结构43角钢肢背焊缝2024/6/5钢结构44角钢肢尖焊缝采用的每条焊缝实际长度应取其计算长度加2hf。20.2.5焊接残余应力和残余变形1.焊接残余应力和焊接残余变形对钢结构的影响（1）焊接残余应力的影响

焊接残余应力是一种没有荷载作用下的内应力,在焊件内部自相平衡。1）对结构静力强度的影响：无影响2）增大结构变形3）降低结构的刚度2024/6/5钢结构45（2）焊接残余变形的影响﹡残余变形形式2024/6/5钢结构462.减少和限制焊接残余应力和焊接残余变形的措施（1）设计方面的措施2024/6/5钢结构47（2）工艺上的措施2024/6/5钢结构4820.2.6普通螺栓连接的构造与计算受力螺栓一般采用≥M16，常用M16、M20和M24等。1.螺栓的排列和构造要求排列方式：并列或错列2024/6/5钢结构49图20-32钢板上螺栓的排列2024/6/5钢结构50图20-33型钢的螺栓排列﹡排列要求受力要求：钢板端部不剪断，端距不应小于2d0;

受拉时，栓距和线距不应过小；受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大构造要求：栓距和线距不宜过大施工要求：有一定的施工空间2024/6/5钢结构512024/6/5钢结构52﹡孔、螺栓图例2024/6/5钢结构532.普通螺栓连接的计算分为：螺栓只承受剪力、螺栓只承受拉力、螺栓承受拉力和剪力的共同作用。受剪螺栓连接是靠栓杆受剪和孔壁承压传力。受拉螺栓连接则是靠沿杆轴方向受拉传力。拉剪螺栓连接则是同时兼有上述两种传力方式。2024/6/5钢结构54（1）抗剪螺栓连接1）破坏形式：螺栓杆剪断；孔壁压坏；板被拉断；板端被剪断；螺栓杆弯曲。2024/6/5钢结构552）一个抗剪螺栓的设计承载力计算抗剪承载力设计值：承压承载力设计值：2024/6/5钢结构56一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值。

3）螺栓群的抗剪承载力计算﹡螺栓数目2024/6/5钢结构57﹡板件净截面强度

﹡净截面面积和受力并列（图a）N1=N；

N2

=N－(n1/n)

N；N3=N－(n1+n2)/n

N

对被连接板：An=t(b－n1d0)对拼接板：An=2t1(b－n3d0)2024/6/5钢结构58错列（图b）

除考虑1-1截面破坏外，还要考虑2-2截面的破坏，净截面面积为

2024/6/5钢结构59（2）抗拉螺栓连接

﹡破坏形式：螺栓杆拉断

（1）单个抗拉螺栓的承载力设计值