钢桥设计基本知识之钢桥连接[全面]

1、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,钢桥中部件的连接方式,焊接,螺栓连接,铆钉连接接,焊接刚度较大,密封性较好,焊接塑性和韧性较差,脆性较大,疲劳强度较低,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,1,2,3,（1）普通螺栓连接,（2）高强螺栓连接,根据高强螺栓的设计破坏判断标准对高强螺栓进行分类,预制铆钉杆径比孔径小11.5mm. 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,

2、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.,二、焊 缝 连 接,分类,按焊体钢材的连接方式进行分类,按焊缝本身的构造进行分类,角焊缝的截面形式,各种焊缝的特点、适用范围,坡口焊缝的各种形式,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,角焊缝的布置和受力性能,按受力方向对角焊缝进行分类,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,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,端角焊缝（正面角焊缝）,角焊缝

3、垂直于受力方向,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,角焊缝尺寸的构造要求,两个主要尺寸,公路桥涵钢结构及木结构设计规范,钢结构设计规范的一些有关规定,角焊缝的焊脚尺寸,角焊缝的最小计算长度,侧面角焊

4、缝的最大计算长度,搭接连接中的搭接长度,次要构件或次要焊缝连接中断续角焊缝的应用及规定,角焊缝连接的计算,按照钢结构设计规范规定的角焊缝设计方法进行计算,认为直角角焊缝的破坏总是沿其最小截面,即45方向的有效截面,有效截面上的应力状态：,将三个应力,近似采用折算应力,表达,四、高强螺栓连接,高强螺栓连接的构造,螺栓的直径与孔径,当结构螺栓数众多且各部分杆件截面和受力相差较大时,可考虑用23种螺栓直径,螺栓的长度,高强度螺栓的长度应为紧固连接板厚度加上一个螺母和螺栓连接副垫圈的厚度.按下式计算,并取5mm的整倍数,连接板层总厚度,附加长度.当高强螺栓公称直径确定后,可查表2-5-2,高强度螺母公

5、称厚度,垫圈个数,高强度垫圈公称厚度,螺纹螺距,螺栓的排列和间距,错列,构件受压力,构件受拉力,内排和有边缘型钢外排的中距,外排中距,边距 端距,高强螺栓的受力性能和承载力,摩擦型高强螺栓,（1）抗剪性能和承载力,需要计算一个螺栓的抗剪承载力设计值,（2）抗拉性能和承载力,需要计算一个螺栓的抗拉承载力设计值,（3）同时抗剪和抗拉的承载力,需要计算一个螺栓同时承受拉力和剪力时的抗剪承载力设计值,外拉力使构件接触面的夹紧力降低,直接降低了摩擦力,因而高强螺栓的抗剪承载力降低,受剪,受拉,承压型高强螺栓,（1）抗剪性能和承载力,需要计算一个螺栓的抗剪承载力设计值,（2）抗拉性能和承载力,需要计算一个

6、螺栓的抗拉承载力设计值,计算方法与摩擦型相同,（3）同时抗剪和抗拉的承载力,需要计算一个螺栓同时承受拉力和剪力时的承载力设计值,规范规定,承压型高强螺栓只适用于承受静力或间接动力荷载结构中的连接,高强螺栓连接的设计计算,螺栓的直径和数量,根据接头承载力的要求确定. 根据接头设计承载力的不同要求,有全承载力、最小承载力、综合承载力三种设计方法,全承载力设计方法（全强设计法）,要求接头的设计承载力母材构件的承载力. 受压构件的连接,上述能满足. 受拉构件的连接,接头的设计承载力母材构件的承载力. 当母材构件的实际应力很小时,此法很不经济.,最小承载力设计方法,要求接头的设计承载力杆件实际承受的荷载

7、大小. 此法最为经济. 当母材构件的实际应力很小时,接头承载力有可能与母材构件的承载力相差悬殊,接头成为整体构件的薄弱点,对构件整体受力产生不利影响.,综合承载力设计方法,既不使得接头承载力降低过多,又不过分追求接头承载力. 此法同时考虑母材构件的承载力和构件的实际受力大小,综合确定接头承载力. 美国AASHTO规定： 构件实际受力构件承载力的75%时,接头承载力按母材构件承载力的75%设计； 构件实际受力构件承载力的75%时,接头承载力按母材构件承载力与实际受力的平均值设计.,我国铁路桥梁钢结构设计规范规定,（1）主桁杆件及板梁翼板用高强螺栓或铆接时,其螺栓数量应按连接杆件的承载力计算,即：

8、主桁杆件及板梁翼板的连接强度被连接杆件的承载力.,全承载力设计方法（全强设计法）,（2）桁梁腹杆,当内力较小、由构造要求的最小截面控制设计时,其螺栓数量可按1.1倍的杆件内力与75%的杆件净截面积强度的较大值进行计算.,综合承载力设计方法,（3）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. 即：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.,钢桥典型受力构件的摩擦型高强螺栓连接的设计计算,（1）轴心受力构件的高强螺栓连接,长连接抗剪螺栓的强度折减系数,我国规范,欧洲规范,试验曲线,长接头螺栓,单根螺栓的单面摩擦承载力,传力摩擦面数目,

9、全承载力设计法：,最小承载力设计法：,（2）弯剪受力构件的高强螺栓连接,翼板的螺栓数量计算与拼接板厚与尺寸的设计,腹板的螺栓数量计算与拼接板厚与尺寸的设计,全承载力设计法：,最小承载力设计法：,单根螺栓的单面摩擦承载力,传力摩擦面数目,腹板的螺栓数量计算与拼接板厚与尺寸的设计,例题,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,计算全强设计时的弯矩,主梁、腹板抗弯惯性矩：,首先要计算主梁的中性轴：如题目中的图所示.,中性轴距下翼缘下边缘的距离为：,由：,翼缘板和腹板各自承担的弯矩： 根据翼缘板和腹板的刚度分配进行计算； 剪力假定完全由腹板上拼接板承受.,选取摩擦型高强螺栓为10.9级,规格为M22；梁拼接板用Q345,接触面采用喷砂处理.,由公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.6条得：,单个高强螺栓的容许承载力为：,翼缘上分配的总内力N为：,翼缘连接需要的螺栓数量m为：,翼缘板连接螺栓布置图如下：,翼缘板外侧连接螺栓布置图,翼缘板内侧连接螺栓布置图,腹板螺栓数量及其布置,板梁腹板