鋼結(jié)構(gòu)專升本

1、2021-9-251.掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。2.了解鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r。3.熟練掌握鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。4.了解鋼材的疲勞破壞現(xiàn)象，掌握影響疲勞的因素和疲勞計(jì)算方法。一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.鋼材的強(qiáng)度高，塑性和韌性好。2.鋼材材質(zhì)均勻，和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合。3.鋼結(jié)構(gòu)的重量輕。4.鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工周期短。5.鋼結(jié)構(gòu)密閉性好。6.鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差。7.鋼結(jié)構(gòu)耐熱但不耐火。8.鋼結(jié)構(gòu)在低溫下可能發(fā)生脆性破壞2021-9-25 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 1.大跨結(jié)構(gòu)（例如上海體育館）2021-9-25 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 2.重型廠房結(jié)構(gòu)2021-9-25 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 3.高層

2、建筑結(jié)構(gòu)2021-9-25 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 4.高聳結(jié)構(gòu)2021-9-25 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 5.輕型鋼結(jié)構(gòu)2021-9-25 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 6.受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)2021-9-25 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 7.可拆卸結(jié)構(gòu)2021-9-25 二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 8.容器和其他構(gòu)筑物2021-9-25 三.鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展 1.發(fā)展低合金高強(qiáng)度鋼材和型鋼品種 2.結(jié)構(gòu)和構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方法的深入研究 3.結(jié)構(gòu)形式的革新 4.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)2021-9-25 一.概述 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則：技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全使用、確保質(zhì)量。要做到這一點(diǎn)，就必須有合理的設(shè)計(jì)方法。因?yàn)橛绊懡Y(jié)構(gòu)功能的各種

3、因素如荷載大小、材料強(qiáng)度、截面尺寸、計(jì)算模型、施工質(zhì)量等都是不確定的隨機(jī)變量，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只能給出一定的概率保證。 隨著概率論在建筑結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，概率設(shè)計(jì)法在20世紀(jì)60年代末期有了重大突破，其表現(xiàn)在提出了一次二階矩法。該方法不僅有確定的極限狀態(tài)，又可給出不超過該極限狀態(tài)的概率，因而是一種較為完善的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。但由于該方法仍為分析中簡化了基本量關(guān)系的變化，將復(fù)雜關(guān)系線性化，仍是一種近似的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。2021-9-25 二.概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 （一）結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。 極

4、限狀態(tài)分兩類： 1.承載能力極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適合于繼續(xù)承載的變形，包括： (1)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡(如傾覆等)；2021-9-25 (2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強(qiáng)度而破壞(包括疲勞破壞)，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載; (3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系； (4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定(如壓屈等)； (5)地基喪失承載能力而破壞(如失穩(wěn)等)。 2.正常使用極限狀態(tài)。這種極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值，包括以下幾個(gè)方面： (1)影響正常使用或外觀的變形； (2)影響正常使用或耐久性能的局部損壞(包括裂

5、縫)；2021-9-25 (3)影響正常使用的振動(dòng)； (4)影響正常使用的其他特定狀態(tài) 結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)z來描述，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)可取荷載效應(yīng)s和結(jié)構(gòu)抗力R兩個(gè)基本隨機(jī)變量來表達(dá)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，即 Z=g(R，s) =R -S (11) 顯然，z也是隨機(jī)變量，有以下三種情況： z0結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)； z=0結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)； z0結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。2021-9-25 可見，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)由可靠轉(zhuǎn)變?yōu)槭У呐R界狀態(tài)。 由于尺和S受到許多隨機(jī)性因素影響而具有不確定性，z0不是必然性的事件。因此科學(xué)的設(shè)計(jì)方法是以概率為基礎(chǔ)來度量結(jié)構(gòu)的可靠性。 （二）可靠度 按照概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，結(jié)

6、構(gòu)的可靠度定義為結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。它是對結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述。這里的“完成”“預(yù)定功能”指對某項(xiàng)規(guī)定功能而言結(jié)構(gòu)不失效。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足的功能有： 。2021-9-25 (1)在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用； (2)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能； (3)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能； (4)在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。 規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期)是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的年限。我國建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。2021-9-25 若以Pr表示結(jié)構(gòu)

7、的可靠度，則有 Pr =P(Z0) (12) 記Pf為結(jié)構(gòu)的失效概率，則有 Pf =P(Z0) (13) 顯然 Pr =1一Pf (14)2021-9-25 因此結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算可轉(zhuǎn)換為失效概率的計(jì)算。可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指的是使失效概率小到可以接受程度的設(shè)計(jì)，絕對可靠的結(jié)構(gòu)(失效概率等于零)是不存在的。由于與z有關(guān)的多種影響因素都是不確定的，其概率分布很難求得，目前只能用近似概率設(shè)計(jì)方法，同時(shí)采用可靠指標(biāo)表示失效概率。 (三)可靠指標(biāo) 為了使結(jié)構(gòu)達(dá)到安全可靠與經(jīng)濟(jì)上的最佳平衡，必須選擇一個(gè)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)失 效概率或目標(biāo)可靠指標(biāo)，但這是一個(gè)非常復(fù)雜困難的工作。目前我國與其他許多 國家一樣，采用“校準(zhǔn)法”

8、求得。即通過對原有規(guī)范作反演分析，找出隱含在現(xiàn)2021-9-25 有工程中相應(yīng)的可靠指標(biāo)值，經(jīng)過綜合分析，確定設(shè)計(jì)規(guī)范采用的目標(biāo)可靠指標(biāo)值。建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50068)規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)不應(yīng)小于表11中的規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)連接的承載能力極限狀態(tài)經(jīng)常是 強(qiáng)度破壞而不是屈服，可靠指標(biāo)應(yīng)比構(gòu)件為高，一般推薦用4.5。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo) 表1-12021-9-25破壞類型破壞類型安全等級安全等級一級二級三級延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2 設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果(危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等)的嚴(yán)重性

9、，采用不同的安全等級。其劃分應(yīng)符合表12的要求。 建筑結(jié)構(gòu)的安全等級 表1-22021-9-25 安全等級 破壞后果 建筑物類型 一級 很嚴(yán)重 重要的房屋 二級 嚴(yán)重 一般的房屋 三級 不嚴(yán)重 次要的房屋 三、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式，應(yīng)根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求，采用有關(guān)的荷載代表值、材料性能標(biāo)準(zhǔn)值、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值及各種分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)。 (一)承載能力極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用荷載效應(yīng)的基本組合和偶然組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1基本組合 (1)對于基本組合，應(yīng)按下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中最不利值確定：2021-9-25 由可變荷載效應(yīng)控制的組合 由永久荷載效應(yīng)控制的組合：2021-9

10、-25 式中 0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：對安全等級為一級或設(shè)計(jì)使 用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于11；對安全等級為 二級或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1O；對于設(shè)計(jì) 使用年限為25年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于095；對安全等級為三級 或設(shè)計(jì)使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于09； G永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu) 構(gòu)件的承載能力不利時(shí)，對由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取12， 對由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取135；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu) 構(gòu)件的承載能力有利時(shí)，一般情況下取10；2021-9-25 Q1， Q2第1個(gè)和第i個(gè)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下

11、列規(guī)定采用：當(dāng)可變荷力不利時(shí)，在一般情況下應(yīng)取14，對標(biāo)準(zhǔn)值大于40kNm2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取13；當(dāng)可變荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時(shí)，應(yīng)取為0； SGK永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)； SQ1K在基本組合中起控制作用的第1個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)； SQjK第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)； 2021-9-25 ei第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)，其值不應(yīng)大于l； R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值，R=RkR，Rk為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值， R為抗力分項(xiàng)系數(shù)，對于Q235鋼，R=1087；對于Q345、Q390 和Q420鋼，R=1111。 (2)對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可以采用簡化設(shè)計(jì)表達(dá)式： 由可變荷載效應(yīng)

12、控制的組合：2021-9-25 式中 簡化設(shè)計(jì)表達(dá)式中采用的荷載組合系數(shù)，一般情況下可取=09 當(dāng)只有一個(gè)可變荷載時(shí)，取=10。 由永久荷載效應(yīng)控制的組合仍按式(16)采用。 2偶然組合 對于偶然組合，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式宜按下列原則確定：偶然作用的代表值不乘以分項(xiàng)系數(shù)；與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變荷載，應(yīng)根據(jù)觀測資料和工作經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇怠?021-9-25 (二)正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計(jì)目的，分別選用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，使變形、裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值符合下式的要求： 式中 Sd-變形、裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值； C設(shè)計(jì)對變形、裂縫等規(guī)定的相應(yīng)限值。

13、 鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)只涉及變形驗(yàn)算，僅需考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合：2021-9-25 一、疲勞斷裂的概念 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂是裂紋在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展以至斷裂的脆性破壞，塑性變形極小，破壞前沒有明顯破壞預(yù)兆，危險(xiǎn)性較大。出現(xiàn)疲勞斷裂時(shí)，截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度。 疲勞破壞經(jīng)歷三個(gè)階段：裂紋的形成、裂紋的緩慢擴(kuò)展和最后迅速斷裂。對于鋼結(jié)構(gòu)，實(shí)際上只有后兩個(gè)階段，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中總會(huì)有內(nèi)在的微小缺陷。對焊接構(gòu)件，裂紋的起源常在焊接趾處或焊縫中的空洞、夾渣和欠焊處；對非焊接構(gòu)件，在沖孔、剪切、氣割等處也存在微觀裂紋。2021-9-25 疲勞斷裂的斷口一般可分為光滑區(qū)和粗糙區(qū)兩

14、部分(圖11)。光滑區(qū)的形成是因?yàn)榱鸭y多次開合的緣故，而粗糙區(qū)是因?yàn)榱鸭y擴(kuò)展到一定程度導(dǎo)致截面削弱過甚以致不足以抵抗破壞而突然斷裂形成的，類似于拉伸試件的斷口，比較粗糙。 鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞通常屬于高周疲勞，即結(jié)構(gòu)應(yīng)變小，破壞前荷載循環(huán)次數(shù)多。2021-9-25 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，直接承受動(dòng)力荷載重復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如吊車梁、吊車桁架等)及其連接，當(dāng)應(yīng)力變化的循環(huán)次數(shù)n5104時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。2021-9-25 二、與疲勞破壞有關(guān)的幾個(gè)概念 1應(yīng)力集中 應(yīng)力集中是影響疲勞性能的重要因素。應(yīng)力集中越嚴(yán)重，鋼材越容易發(fā)生疲勞破壞。應(yīng)力集中的程度由構(gòu)造細(xì)節(jié)所決定，包括微小缺陷、孔洞、缺口、凹槽

15、及截面的厚度和寬度是否有變化等，對焊接結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為零件之間相互連接的方式和焊縫的形式。因此，對于相同的連接形式，構(gòu)造細(xì)節(jié)處理的不同，也會(huì)對疲勞強(qiáng)度有較大的影響。根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范將構(gòu)件和連接形式按應(yīng)力集中的影響程度由低到高分為8類(見附表9)，第一類是沒有應(yīng)力集中的主體金屬，第八類是應(yīng)力集中最嚴(yán)重的角焊縫，第二至第七類則是有不同程度應(yīng)力集中的主體金屬。 2應(yīng)力循環(huán)特征2021-9-25 連續(xù)重復(fù)荷載作用下應(yīng)力從最大到最小重復(fù)一周叫一個(gè)循環(huán)。應(yīng)力循環(huán)特征常用應(yīng)力比=max/min來表示，拉應(yīng)力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值，如圖12所示。當(dāng)=-1時(shí)稱為完全對稱循環(huán)(圖12a)；=0時(shí)稱為脈沖循

16、環(huán)(圖12b)；=l時(shí)為靜荷載(圖12c)；01時(shí)為同號應(yīng)力循環(huán)(圖12d)； -160mm)和扁鋼(厚度460mm，寬度為12200mm)等。鋼板用“一寬厚長”或“一寬厚”表示，單位為毫米，如一45083100，一4508。 2型鋼 鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼是角鋼、工字形鋼、槽鋼和H型鋼、鋼管等(圖211)。除H型鋼和鋼管有熱軋和焊接成型外，其余型鋼均為熱軋成型。2021-9-25 (1)角鋼 角鋼有等邊角鋼(圖211a)和不等邊角鋼(圖211 b)兩種。等邊角鋼以“L肢寬肢厚”表示，不等邊角鋼以“L長肢寬短肢寬肢厚”表示，單位為mm，如L635，L100808。2021-9-25 (2)工字鋼 工

17、字鋼(圖211 c)有普通工字鋼和輕型工字鋼兩種。普通工字鋼用“I截面高度的厘米數(shù)”表示，高度20mm以上的工字鋼，同一高度有三種腹板厚度，分別記為a、b、c，a類腹板最薄、冀緣最窄，b類腹板較厚、冀緣較寬，c類腹板最厚、冀緣最寬，如120a。同樣高度的輕型工字鋼的翼緣要比普通工字鋼的冀緣寬而薄，腹板亦薄，輕型工字鋼可用漢語拼音符號“Q”表示，如QI40等。 (3)槽鋼 槽鋼(圖211d)也分普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，以“或Q截面高度厘米數(shù)”表示，如20 b，Q22等。2021-9-25 (4)H型鋼 H型鋼(圖211 e)分熱軋和焊接兩種。熱軋H型鋼有寬翼緣(HW)、中翼緣(HM)、窄翼緣(H

18、N)和H型鋼柱(HP)等四類。H型鋼用“高度寬度腹板厚度義 翼 緣 厚 度 ” 表 示 ， 單 位 為 毫 米 ， 如 H W 2 5 0 2 5 0 9 1 4 、HM294200812。 焊接H型鋼是由鋼板用高頻焊接組合而成，也用“高度寬度腹板厚度翼緣厚度”表示，如H3502501016。2021-9-25 (5)鋼管 鋼管(圖211f)有熱軋無縫鋼管和焊接鋼管兩種。無縫鋼管的外徑為32630mm。鋼管用“外徑壁厚”來表示，單位為毫米，如2735。 我國生產(chǎn)的各類型鋼規(guī)格和截面特性見附錄三。對普通鋼結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件不宜采用厚度小于5mm的鋼板、壁厚小于3mm的鋼管、截面小于L454或L563

19、64的角鋼。 3冷彎薄壁型鋼2021-9-25 3冷彎薄壁型鋼2021-9-25 冷彎薄壁型鋼(圖212)采用薄鋼板冷軋制成。其壁厚一般為1512mm，但承重結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的壁厚不宜小于2mm。薄壁型鋼能充分利用鋼材的強(qiáng)度以節(jié)約鋼材，在輕鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。常用冷彎薄壁型鋼截面形式有等邊角鋼(圖212a)、卷邊等邊角鋼(圖212b)、 z形鋼(圖212c)、卷邊z形鋼(圖212d)、槽鋼(圖212e)、卷邊槽鋼(C型鋼）（圖2-12f)2021-9-25 鋼管(圖212g)等，其表示方法為：按字母B、截面形狀符號和長邊寬度短邊寬度卷邊寬度壁厚的順序表示，單位為毫米，長、短邊相等時(shí)，只標(biāo)一個(gè)邊寬

20、，無卷邊時(shí)不標(biāo)卷邊寬度，如B1204025、 BCl6060203。 壓型鋼板(圖213)是冷彎薄壁型鋼的另一種形式，它是用厚度為042mm的鋼板、鍍鋅鋼板或彩色涂層鋼板經(jīng)冷軋成的波形板。 冷彎薄壁型鋼的規(guī)格及截面特性可參考有關(guān)文獻(xiàn)。2021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-25 學(xué) 習(xí) 要 點(diǎn) 1了解鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方式及其特點(diǎn)。 2了解對接焊縫及角焊縫的構(gòu)造和工作性能。熟練掌握其傳力過程和計(jì)算方法。了解焊縫缺陷對承栽能力的影響及質(zhì)量檢驗(yàn)方法。 3了解焊接應(yīng)力和焊接變形的種類、產(chǎn)生原因及其對構(gòu)件工作性能的不利影響，了解減小和消除其

21、影響的方法。 4了解螺栓連接排列方式和構(gòu)造要求，了解普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接的性能，熟練掌握普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接的計(jì)算方法。2021-9-25 第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件由鋼板、型鋼等連接而成，如梁、柱、桁架等，運(yùn)到工地后通過安裝連接成整體結(jié)構(gòu)，如廠房、橋梁等。因此在鋼結(jié)構(gòu)中，連接占有很重要的地位，設(shè)計(jì)任何鋼結(jié)構(gòu)都離不開連接問題。2021-9-25 在傳力過程中，連接部位應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和延性。被連接件間應(yīng)保持正確的位置，以滿足傳力和使用要求。連接的加工和安裝比較復(fù)雜而且費(fèi)工，因此選定連接方案是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 鋼結(jié)構(gòu)的連接通常有焊接、鉚接和螺栓連接三種方式(圖3-

22、1)。2021-9-25 一.焊接連接 焊接是通過電弧產(chǎn)生熱量，使焊條和焊件局部熔化，然后冷卻凝結(jié)形成焊縫，使焊件連成一體。焊接連接是當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式。優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造造簡單，節(jié)約鋼材，加工方便，易于采用自動(dòng)化作業(yè)。焊接連接一般不需拼接材料，不需開孔，可直接連接；連接的密封性好，剛度大。目前鋼結(jié)構(gòu)中焊接結(jié)構(gòu)占絕對優(yōu)勢。但焊縫質(zhì)量易受材料，操作的影響，因此對鋼材材性要求較高。高強(qiáng)度鋼更要有嚴(yán)格的焊接程序，焊縫質(zhì)量要通過多種途徑的檢驗(yàn)來保證。2021-9-252021-9-25 二、鉚釘連接 鉚釘連接需要先在構(gòu)件上開孔，用加熱的鉚釘進(jìn)行鉚合。這種連接傳力可靠，韌性和塑性較好，質(zhì)量易于檢查，適用

23、于承受動(dòng)力荷載、荷載較大和跨度較大的結(jié)構(gòu)。但鉚釘連接費(fèi)工費(fèi)料，現(xiàn)在很少采用，多被焊接及高強(qiáng)度螺栓連接所代替。2021-9-252021-9-25 三螺栓連接 螺栓連接需要先在構(gòu)件上開孔，然后通過擰緊螺栓產(chǎn)生緊固力將被連接板件連成一體，分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。 1普通螺栓連接 普通螺栓的優(yōu)點(diǎn)是裝卸便利，不需特殊設(shè)備。普通螺栓又分為C級螺栓(又稱粗制螺栓)和A、B級螺栓(又稱精制螺栓)兩種。其中C級螺栓有46級和48級兩種，A、B級螺栓有56級和88級兩種。 C級螺栓直徑與孔徑相差1020mm。A、B級螺栓直徑與孔徑相差0305mm，A、B級螺栓間的區(qū)別只是尺寸不同，其中A級為螺栓桿

24、直徑d24mm且螺栓桿長度l150mm的螺栓，B級為d24mm或l150mm的螺栓。2021-9-25c級螺栓安裝簡單，便于拆裝，但螺桿與鋼板孔壁接觸不夠緊密，當(dāng)傳遞剪力時(shí)，連接變形較大，故C級螺栓宜用于承受拉力的連接，或用于次要結(jié)構(gòu)和可拆卸結(jié)構(gòu)的受剪連接以及安裝時(shí)的臨時(shí)固定。A、B級螺栓的受力性能較C級螺栓好，但其加工費(fèi)用較高且安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)工，目前建筑結(jié)構(gòu)中很少使用。 2高強(qiáng)度螺栓連接 高強(qiáng)度螺栓用高強(qiáng)度的鋼材制作，安裝時(shí)通過特制的扳手，以較大的扭矩?cái)Q緊螺帽，使螺栓桿產(chǎn)生很大的預(yù)應(yīng)力，由于螺帽的擠壓力把被連接的部件夾緊，依靠接觸面間的摩擦力來阻止部件相對滑移，達(dá)到傳遞外力的目的，因而變形較小。

25、從受力特征的不同高強(qiáng)度螺栓連接可分為摩擦型和承壓型兩種。 摩擦型連接外力僅依靠部件接觸面間的摩擦力來傳遞?？讖奖嚷菟üQ直徑大1520mm。其特點(diǎn)是連接緊密，變形小，傳力可靠，疲勞性能好，主要用于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的連接。 承壓型連接：起初由摩擦傳力，后期同普通螺栓連接一樣，依靠桿和螺孔之間的抗剪和承壓來傳力?？讖奖嚷菟üQ直徑大1015mm。其連接承載力一般比摩擦型連接高，可節(jié)約鋼材。但在摩擦力被克服后變形較大，故僅適用于承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的連接。 2021-9-25除上述常用連接外，在薄壁鋼結(jié)構(gòu)中還經(jīng)常采用射釘、自攻螺釘和焊釘?shù)冗B接方式。射釘和自攻螺釘主要

26、用于薄板之間的連接，如壓型鋼板與檁條或墻梁的連接，具有施工簡單、操作方便的特點(diǎn)。焊釘用于混凝土與鋼板連接，使兩種材料能共同工作。2021-9-25 第二節(jié)焊接連接的特性 一、焊接方法 鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法有電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。 1電弧焊 電弧焊是通電后在涂有焊藥的焊條和焊件間產(chǎn)生電弧，由電弧提供熱源，使焊條溶化，滴落在焊件上被電弧吹成的小凹槽溶池中，并與焊件溶化部分冷卻后凝結(jié)成焊縫，把構(gòu)件連接成一體。電弧焊的焊縫質(zhì)量比較可靠，是一種最常用的焊接方法。 電弧焊分手工電弧焊(圖3-2)和自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊(圖3-3)。2021-9-252021-9-252021-9-252021

27、-9-25 手工電弧焊在通電后，涂有焊藥的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧，熔化焊條形成焊縫。焊藥則隨焊條熔化而形成熔渣覆蓋在焊縫上，同時(shí)產(chǎn)生氣體，防止空氣與熔化的液體金屬接觸，保護(hù)焊縫不受空氣中有害元素影響。手工電弧焊焊條應(yīng)與焊件的金屬強(qiáng)度相適應(yīng)。對Q235鋼焊件宜用E43型焊條，對Q345鋼焊件宜用E50型焊條，對Q390和Q420鋼焊件宜用E55型焊條。當(dāng)不同鋼種的鋼材連接時(shí)，宜用與強(qiáng)度低的鋼材相適應(yīng)的焊條。 手工電弧焊具有設(shè)備簡單適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于短焊縫或曲折焊縫的焊接，或施工現(xiàn)場的焊接。2021-9-25 自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊：焊條采用沒有涂層的焊絲，插入從漏斗中流出的覆蓋在被焊金屬表面的焊

28、劑中，通電后由于電弧作用熔化焊條及焊劑，熔化后的焊劑浮在熔化金屬表面保護(hù)熔化金屬，使之不與外界空氣接觸，有時(shí)焊劑還可提供給焊縫必要的合金元素以改善焊縫質(zhì)量。焊接進(jìn)行時(shí)，焊接設(shè)備或焊體自行移動(dòng)或人工操作移動(dòng)，焊劑不斷由漏斗漏下，電弧完全被埋在焊劑之下。同時(shí)，繞在轉(zhuǎn)盤上的焊絲也不斷下降熔化進(jìn)行焊接。自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊所采用的焊絲和焊劑要保證其熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度不低于相應(yīng)手工焊焊條的數(shù)值。對Q235鋼焊件，可采用H08，H08A等焊絲；對Q345鋼焊件，可采用H08A、H08MnA和H10Mn2等焊絲；對Q390鋼焊件可采用H08MnA，H10Mn2和H08MnMoA等焊絲。 自動(dòng)焊的焊縫質(zhì)量均勻，

29、焊縫內(nèi)部缺陷少，塑性好，沖擊韌性高，抗腐蝕性強(qiáng)，適用于直長焊縫。半自動(dòng)焊除人工操作前進(jìn)外，其余與自動(dòng)焊相同。2021-9-25 2電渣焊 電渣焊是利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻來熔化金屬，焊絲作為電極伸入并穿過渣池，使渣池產(chǎn)生電阻熱將焊件金屬及焊絲熔化，沉積于熔池中，形成焊縫。電渣焊一般在立焊位置進(jìn)行，目前多用熔嘴電渣焊，以管狀焊條作為熔嘴，填充絲從管內(nèi)遞進(jìn)。填充絲在焊接Q235鋼時(shí)用H08MnA，焊接Q345鋼時(shí)用H08MnMOA.2021-9-25 3電阻焊 電阻焊利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻產(chǎn)生的熱量來熔化金屬，再通過壓力使焊件焊合。薄壁型鋼焊接常采用電阻焊(圖3-4)。電阻焊適用于板

30、疊厚度不超過12mm的焊接。2021-9-25 二、焊縫連接形式 焊縫連接形式可按構(gòu)件相對位置、構(gòu)造和施焊位置來劃分。 1按構(gòu)件的相對位置劃分 焊縫連接形式按構(gòu)件的相對位置可分為平接、搭接和頂接等幾種(圖3-5)。 2按構(gòu)造劃分 焊縫的連接形式按構(gòu)造可分為對接焊縫和角焊縫兩種形式。圖3-5中(a)和(d)為對接焊縫；(b)和(c)為角焊縫。2021-9-25 3按施焊位置劃分2021-9-25 焊縫按施焊位置可劃分為俯焊、立焊、橫焊和仰焊幾種(圖36)。俯焊的施焊工作方便，質(zhì)量易于保證。立焊和橫焊的質(zhì)量及生產(chǎn)效率比俯焊的差一些。仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此應(yīng)盡量避免采用仰焊焊縫。

31、2021-9-25 焊縫的施焊位置由連接構(gòu)造決定，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用便于俯焊的焊接構(gòu)造。要避免焊縫立體交叉和在一處集中大量焊縫，同時(shí)焊縫的布置要盡量對稱于構(gòu)件形心。 三、焊接連接的優(yōu)缺點(diǎn) 焊接連接與鉚釘、螺栓連接比較有下列優(yōu)點(diǎn)： 1不需要在鋼材上打孔鉆眼，既省工省時(shí)，又不使材料的截面積受到減損，使材料得到充分利用。 2任何形狀的構(gòu)件都可以直接連接，一般不需要輔助零件。連接構(gòu)造簡單，傳力路線短，適用面廣。 3焊接連接的氣密性和水密性都較好，結(jié)構(gòu)剛性也較大，結(jié)構(gòu)的整體性好。 2021-9-25 但是，焊縫連接也存在下列問題： 1由于高溫作用在焊縫附近形成熱影響區(qū)，鋼材的金相組織和機(jī)械性能發(fā)生變化，

32、材質(zhì)變脆。 2焊接殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞的可能性增大，并降低壓桿穩(wěn)定承載力，同時(shí)殘余變形還會(huì)使構(gòu)件尺寸和形狀發(fā)生變化，矯正費(fèi)工。 3焊接結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性，局部裂縫一經(jīng)產(chǎn)生便很容易擴(kuò)展到整體。 設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮焊接連接的上述特點(diǎn)，揚(yáng)長避短。遇到重要的焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與焊接工藝要密切配合，取得一個(gè)完滿的設(shè)計(jì)和施工方案。2021-9-25 四、焊縫缺陷和焊縫等級 1焊縫缺陷 焊縫中可能存在裂紋、氣孔、燒穿等缺陷(圖37a、b、c、d)。其中裂紋是焊縫中最危險(xiǎn)的缺陷，分為熱裂紋和冷裂紋，前者是在焊接時(shí)產(chǎn)生的，后者是在焊縫冷卻的過程中產(chǎn)生的。焊縫的其它缺陷有夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤等(圖37e

33、、f、g 、h、i、j)。這些缺陷的存在，削弱了焊縫的截面面積，不同程度地降低了焊縫強(qiáng)度。在缺陷處容易形成應(yīng)力集中，對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的工作性能不利，成為連接破壞的隱患和根源。因此施工時(shí)應(yīng)引起足夠的重視。 2焊縫質(zhì)量檢驗(yàn) 為了避免并減少上述缺陷的影響，保證焊縫連接的可靠工作，對焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢查極為重要。鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB50205)規(guī)定，焊縫依其2021-9-252021-9-25 質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)分為三級，其中三級焊縫只要求通過外觀檢查，即檢查焊縫實(shí)際尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求和有無看得見的裂紋、咬邊等缺陷。對于重要結(jié)構(gòu)或要求焊縫金屬強(qiáng)度等于被焊金屬強(qiáng)度的對接焊縫，必須進(jìn)行一級或二級質(zhì)量檢驗(yàn)，

34、即在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無損檢驗(yàn)。其中二級要求用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫的20長度，且不小于200mm；一級要求用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷。當(dāng)超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)采用射線探傷，探傷比例與超聲波檢驗(yàn)的比例相同。 2021-9-25 鋼結(jié)構(gòu)中一般采用三級焊縫，可滿足通常要求；但對接焊縫的抗拉強(qiáng)度有較大的變異性，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取主體金屬的85左右。因此，對有較大拉應(yīng)力的對接焊縫以及直接受動(dòng)力荷載的較重要的對接焊縫，宜采用二級焊縫；對抵抗動(dòng)力和疲勞性能有較高要求的部位可采用一級焊縫。對于重要連接部位的角焊縫，要求其外觀質(zhì)量等級為二級。 焊縫質(zhì)

35、量與施焊條件有關(guān)，對于施焊條件較差的高空安裝焊縫，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以09的折減系數(shù)。2021-9-25 五、焊縫代號及標(biāo)注方法 在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上要用焊縫代號表明焊縫形式、尺寸和輔助要求。焊縫符號主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成。引出線有橫線和帶箭頭的斜線組成。箭頭指到圖形上相應(yīng)的焊縫處，橫線的上、下用來標(biāo)注圖形符號和焊縫尺寸。當(dāng)引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時(shí)，應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸等標(biāo)注在水平橫線的上面；當(dāng)引出線的箭頭指向焊縫所在的另一面時(shí)，應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸等標(biāo)注在水平橫線的下面。必要時(shí)，可在水平橫線的末端加一尾部作其他輔助說明。表31中列出了一些常用焊絳代號。2021-9-

36、252021-9-25 當(dāng)焊縫分布比較復(fù)雜或用上述標(biāo)注方法不能表達(dá)清楚時(shí)，在標(biāo)注焊縫代號的同時(shí)，宜在焊縫處加中實(shí)線表示可見焊縫(圖38a)，或在圖形上加細(xì)柵線表示不可見焊縫(圖38b)。2021-9-25 第三節(jié)對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 一、對接焊縫的構(gòu)造要求 對接焊縫按坡口形式分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫(也叫Y形縫)、帶鈍邊u形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫和雙Y形縫等(圖3-9)。2021-9-252021-9-25 當(dāng)焊件厚度較小(t10mm)，可采用不切坡口的直邊I形縫。對于一般厚度(t=1020mm)的焊件，可采用有斜坡口的帶鈍邊單邊V形縫或Y形縫，以便斜坡口和焊縫跟部共

37、同形成一個(gè)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)焊條的施焊空間，使焊縫易于焊透。 對于較厚的焊件(t20mm)應(yīng)采用帶鈍邊u形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫或雙Y形縫。為保證焊縫質(zhì)量，對于帶鈍邊u形縫和Y形縫，焊縫根部需要清除焊根并進(jìn)行補(bǔ)焊。對于沒有條件清根和補(bǔ)焊者，要事先加墊板(圖3-9中g(shù)、h、i)，以保證焊透。當(dāng)焊件可隨意翻轉(zhuǎn)施焊時(shí)，使用帶鈍邊雙單邊V形縫或雙Y形縫較好。焊縫的坡口形式和尺寸可參看行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程(JGJ81)。2021-9-252021-9-25在鋼板寬度或厚度有變化的連接中，為了減少應(yīng)力集中，應(yīng)從板的一側(cè)或兩側(cè)做成圖310所示的坡度不大于1：25的斜坡(當(dāng)需要進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)，坡度不大于1：4

38、)，形成平緩過渡。當(dāng)板厚相差不大于4mm時(shí)，可不做斜坡，焊縫的計(jì)算厚度取較薄板件的厚度。2021-9-25 對接焊縫的優(yōu)點(diǎn)是用料經(jīng)濟(jì)，傳力平順均勻，沒有明顯的應(yīng)力集中，對于承受動(dòng)力荷載作用的焊接結(jié)構(gòu)，采用對接焊縫最為有利。但對接焊縫的焊件邊緣需要進(jìn)行剖口加工，焊件長度必須準(zhǔn)確，施焊時(shí)焊件要保持一定的間隙。對接焊縫的起弧和落弧點(diǎn)，常因不能熔透而出現(xiàn)焊口，形成裂紋和應(yīng)力集中。為消除焊口影響，焊接時(shí)可將焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)延伸至引弧板(圖311)上，焊后將引弧板多余的部分割掉，并用砂輪將表面磨平。采用引弧板很麻煩，在工廠焊接時(shí)可采用引弧板，在工地焊接時(shí)，除了受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)外，一般不用引弧板，而是在計(jì)算

39、時(shí)扣除焊縫兩端各一個(gè)板厚的長度。2021-9-252021-9-25 二、對接焊縫的計(jì)算 對接焊縫的應(yīng)力分布情況基本上與焊件相同，可用計(jì)算焊件的方法計(jì)算對接焊縫。對于重要的構(gòu)件，按一、二級標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量，焊縫和構(gòu)件等強(qiáng)，不必另行計(jì)算，只有對三級焊縫，才需要按下列要求計(jì)算： 1軸心受力的對接焊縫(圖3-12)，應(yīng)按式(3-1)計(jì)算：2021-9-252021-9-25 當(dāng)正對接焊縫(圖3-12a)連接的強(qiáng)度低于焊件的強(qiáng)度時(shí)，為了提高連接承 載力，可改用斜對接焊縫(圖3126)，但較費(fèi)材料。規(guī)范規(guī)定：當(dāng)tg15時(shí)， 焊縫強(qiáng)度不必計(jì)算。 2受彎、受剪的對接焊縫計(jì)算 對接焊縫應(yīng)根據(jù)焊縫截面的應(yīng)力分布

40、，計(jì)算其危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)。如矩形截面的對接焊縫，其正應(yīng)力與剪應(yīng)力的分布分別為三角形與拋物線形(圖3-13a)，應(yīng)分別計(jì)算最大正應(yīng)力(式3-2)和最大剪應(yīng)力(式3-3)；工字形截面的對接焊縫，其正應(yīng)力與剪應(yīng)力的分布較復(fù)雜(圖3-13b)，除計(jì)算A點(diǎn)的正應(yīng)力和C點(diǎn)的正應(yīng)力外還應(yīng)計(jì)算B點(diǎn)的折算應(yīng)力(式3-4)。2021-9-252021-9-252021-9-25 例題3-l 驗(yàn)算圖3-13(b)所示由三塊鋼板焊接的工字形截面的對接焊縫。鋼材為Q345。手工焊接，焊條為E50型，加引弧板，焊縫質(zhì)量為三級。已知截面尺寸為：翼緣板：2-10012： 腹板：1-20010。作用在焊縫上的彎矩設(shè)計(jì)值M=7

41、5kNm，剪力設(shè)計(jì)值V=250kN。 【解】 焊縫受力見圖314。2021-9-252021-9-252021-9-25 第四節(jié)角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 一、角焊縫的構(gòu)造 1角焊縫的分類 角焊縫按其受力的方向和位置可分為垂直于力作用方向的正面角焊縫和平行于力作用方向的側(cè)面角焊縫，見圖3-15。2021-9-252021-9-25 應(yīng)力集中現(xiàn)象較嚴(yán)重，在焊趾上形成高峰應(yīng)力，容易開裂。因此在承受動(dòng)力荷載的連接中，宜采用平坡或凹焊縫。2021-9-25 受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫最好采用圖3-17(b)所示邊長比為1：1.5的平坡焊縫；側(cè)面角焊縫可用邊長比為1：l的普通焊縫(圖3-17a)。直角角焊縫

42、最好做成直線形或凹形。凹形焊縫(圖3-17c)有較好的動(dòng)力性能。2021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-25 Ff-角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。把它看為剪切強(qiáng)度，因而乘以3。 為了便于計(jì)算，不計(jì)諸力的偏心作用，并認(rèn)為有效截面上諸應(yīng)力都是均勻分布的。通過與外力方向一致的焊縫應(yīng)力(圖3-21 b)與焊縫有效截面上的應(yīng)力(圖3-21。)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并帶入式(3-9)整理后可得到角焊縫的計(jì)算公式如下2021-9-25 上述計(jì)算方法雖然與實(shí)際情況有一定出入，但通過大量試驗(yàn)證明是可以保證安全的，

43、已為大多數(shù)國家所采用。 三、角焊縫連接計(jì)算 1軸心力作用下角焊縫的計(jì)算2021-9-25 (1)鋼板連接 當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫形心時(shí)，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。下面給出了幾種典型角焊縫的計(jì)算公式。2021-9-25 式中 lw角焊縫計(jì)算長度，每條焊縫取實(shí)際長度扣除2hf(每端扣除hf)。 若某端為連續(xù)焊縫，則該端不用扣除。 2)軸力與焊縫相平行側(cè)面角焊縫(圖3-22b)2021-9-252021-9-25 3)軸力與焊縫成一夾角(圖3-22c)2021-9-25 (2)角鋼連接 當(dāng)角鋼用角焊縫連接時(shí)(圖3-23)，雖然軸心力通過截面形心，但由于截面形心到角鋼肢背和肢尖的距離

44、不等，肢背焊縫和肢尖焊縫受力也不相等。由力的平衡關(guān)系(M=O；N=0)可求出各焊縫的受力。2021-9-252021-9-25 【例題3-2】 一雙蓋板的拼接連接(圖3-24)，鋼材為Q235A-F，采用E43型焊條，手工焊。已知鋼板截面為-12300mm，承受軸心力設(shè)計(jì)值N=650kN(靜力荷載)。試按(a)用側(cè)面角焊縫；(b)用三面圍焊，設(shè)計(jì)拼接板尺寸。2021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-25 肢尖焊縫受力2021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-25 【例題3-4】 試設(shè)計(jì)圖3

45、-28所示牛腿與鋼柱的角焊縫連接。已知鋼材為Q235-B；焊條為E43型，手工電弧焊。構(gòu)件上所受設(shè)計(jì)荷載值為F=217kN，偏心矩為e=300mm(至柱邊緣的距離)。搭接尺寸l1=400mm，l2=300mm。 【解】(1)幾何特性：設(shè)三邊圍焊的角焊縫尺寸相同，hf=8mm2021-9-252021-9-252021-9-252021-9-252021-9-25 不均勻的溫度場產(chǎn)生不均勻的膨脹，高溫處的鋼材膨脹最大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹較小的鋼材的限制，產(chǎn)生了熱狀態(tài)塑性壓縮。焊縫冷卻時(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮得比原始長度稍短，這種縮短變形受到兩側(cè)鋼材的限制，使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低

46、碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力經(jīng)常會(huì)達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。 焊接殘余應(yīng)力是一種在沒有外荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件內(nèi)部自相平衡。這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。如用三塊板焊成的工字形截面，焊接殘余應(yīng)力的分布如圖3-30所示。2021-9-252橫向焊接殘余應(yīng)力 橫向焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有二：一是由于焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向于形成反方向的彎曲變形，但實(shí)際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開，于是在焊縫中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而在兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力(圖3-31a）。二是焊縫在施焊過程中，先后冷卻的時(shí)間不同，先焊的焊縫已經(jīng)凝固，且具有一定的強(qiáng)度，會(huì)阻止后焊焊縫在橫向的自由膨脹，使其發(fā)生橫向的塑性

47、壓縮變形。當(dāng)先焊部分冷卻時(shí)，中間焊縫部分逐漸冷卻，后焊部分開始冷卻。后焊焊縫的收縮受到已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，同時(shí)在先焊部分的焊縫內(nèi)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。由杠桿原理可知，橫向殘余應(yīng)力分布如圖3-31(b)所示。2021-9-252021-9-25 橫向收縮引起的橫向應(yīng)力與施焊方向和先后次序有關(guān)(圖3-32)。焊縫的橫向殘余應(yīng)力是上述兩種原因產(chǎn)生的應(yīng)力合成的結(jié)果，如圖3-32(d)就是圖331(a)和331(6)應(yīng)力合成的結(jié)果。2021-9-25 3沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力 在厚鋼板的連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向焊接殘余應(yīng)力x、y外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接殘余應(yīng)力z(

48、圖3-33)。這三種應(yīng)力形成比較嚴(yán)重的同號三軸應(yīng)力，大大降低結(jié)構(gòu)連接的塑性。2021-9-25 二、焊接殘余應(yīng)力的影響2021-9-25 當(dāng)構(gòu)件無殘余應(yīng)力時(shí)，由圖3-34(a)知其承載力為N=htfy；當(dāng)構(gòu)件有殘余應(yīng)力時(shí)，圖3-34(b)給出了縱向殘余應(yīng)力的分布情況。當(dāng)施加軸心拉力時(shí)，板中殘余應(yīng)力已達(dá)屈服強(qiáng)度工的塑性區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力不再增大，外力N僅由彈性區(qū)域承擔(dān)，焊縫兩側(cè)受壓區(qū)的應(yīng)力由原來的受壓逐漸變?yōu)槭芾?，最后?yīng)力也達(dá)到fy。由于焊接殘余應(yīng)力在焊件內(nèi)部自相平衡，殘余壓應(yīng)力的合力必然等于殘余拉應(yīng)力的合力，其承載力仍為N=htfy。所以，有殘余應(yīng)力焊件的承載能力和沒有殘余應(yīng)力者完全相同，可見殘余應(yīng)

49、力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度。 2.對結(jié)構(gòu)剛度的影響：焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度。對無殘余應(yīng)力的軸心拉桿（圖3-34a），在拉力N的作用下的應(yīng)變?yōu)?=N/（htE）2021-9-25 對于有殘余力的軸心拉桿(圖3-34b)，截面中部塑性區(qū)僅發(fā)生變形而不再承擔(dān)外力，外力由兩側(cè)的彈性區(qū)承擔(dān)(寬度60。，即殘余應(yīng)力使構(gòu)件的變形增大，剛度降低。2021-9-252021-9-25 另外，也可采用機(jī)械方法或氧乙炔局部加熱反彎(圖3-37c)以消除焊接變形。2021-9-252021-9-25 第六節(jié)螺栓連接的排列和構(gòu)造要求 螺栓在構(gòu)件上的排列可以是并列或錯(cuò)列，排列時(shí)應(yīng)考慮下列要求: 1受力要求 對于受拉構(gòu)件

50、，螺栓的栓距和線距不應(yīng)過小，否則對鋼板截面削弱太多，構(gòu)件有可能沿直線或折線發(fā)生凈截面破壞。對于受壓構(gòu)件，沿作用力方向螺栓間距不應(yīng)過大，否則被連接的板件間容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象。因此，從受力角度應(yīng)規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距。2021-9-25 2構(gòu)造要求：若栓距和線距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易于侵入縫隙而產(chǎn)生腐蝕，所以，構(gòu)造上要規(guī)定螺栓的最大容許間距。 3施工要求：為便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓扳手，就要保證一定的作業(yè)空間。所以，施工上要規(guī)定螺栓的最小容許間距。 根據(jù)以上要求，鋼板上螺栓的排列見圖3-38和表3-3。 型鋼上螺栓的排列見圖3-39和表3-4、3-5、3-6。2021-9-252021-9-2

51、52021-9-252021-9-25 在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上需要將螺栓孔的施工要求用圖形表示出來，常用的圖例見表3-7。2021-9-25 第七節(jié)、普通螺栓連接的性能和計(jì)算 普通螺拴連接按螺栓傳力方式，可分為抗剪螺栓連接和抗拉螺栓連接。當(dāng)外力垂直于螺栓桿時(shí)，此螺栓為抗剪螺栓；當(dāng)外力平行于螺栓桿時(shí)，此螺栓為抗拉螺栓。圖3-40中的螺栓2為抗剪螺栓。當(dāng)采用支托板承受剪力時(shí)，圖3-40中的螺栓1為抗拉螺栓連接；當(dāng)支托板僅起臨時(shí)安裝作用或不設(shè)支托板時(shí)，圖3-40中的螺栓1兼承受剪力和拉力。2021-9-25 一、抗剪螺栓連接 抗剪螺栓連接在受力以后，當(dāng)外力不大時(shí)，首先由構(gòu)件間的摩擦力抵抗外力。不過摩擦力很

52、小，隨著外力的增大，構(gòu)件就很快出現(xiàn)滑移使螺桿和孔壁間接觸，使螺桿受剪，同時(shí)孔壁受壓。 當(dāng)連接處于彈性階段時(shí)，螺栓群中各螺栓受力并不相等，兩端大而中間小(圖3-41a)；當(dāng)螺栓群連接長度l1不太大時(shí)，隨著外力增加連接超過彈性變形而進(jìn)入塑性階段后，因內(nèi)力重分布使各螺栓受力趨于均勻(圖3-41b)。但當(dāng)構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)處或拼接縫的一側(cè)螺栓很多，且沿受力方向的連接長度l1過大時(shí)，端部的螺栓會(huì)因受力過大而首先發(fā)生破壞，隨后依次向內(nèi)逐排破壞(即所謂解鈕扣現(xiàn)象)。因此規(guī)范規(guī)定當(dāng)連接長度l1較大時(shí)，應(yīng)將螺栓的承載力乘以折減系數(shù)。因此，當(dāng)外力通過螺栓群中心時(shí)，可認(rèn)為所有的螺栓受力相同。2021-9-252021-9-

53、25 式中d0螺栓孔徑。2021-9-25 抗剪螺栓連接可能的破壞形式有五種，見圖342。其中螺栓桿剪斷、孔壁壓壞和鋼板被拉斷需要通過計(jì)算來保證連接安全，后兩種破壞形式通過構(gòu)造要求來保證，即通過限制端距e2d0避免板端被剪斷，通過限制板疊厚度5d避免螺栓桿彎曲。2021-9-25 單個(gè)抗剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值為： (1)抗剪承載力設(shè)計(jì)值 (2)承壓承載力設(shè)計(jì)值2021-9-25 (3)一個(gè)抗剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)取上面兩式算得的較小值2021-9-252021-9-25 二、抗拉螺栓連接 在抗拉螺栓連接中，外力趨向于將被連接構(gòu)件拉開而使螺栓受拉，最后導(dǎo)致 螺栓被拉斷而破壞。在T形連接中，必需借助

54、附件(角鋼)才能實(shí)現(xiàn)(圖3- 44a)。通常角鋼的剛度不大，受拉后，垂直于拉力作用方向的角鋼肢會(huì)發(fā)生較大的變形，并起杠桿作用，在該肢外側(cè)端部產(chǎn)生撬力Q。因此，螺栓實(shí)際所受拉力為Pf=N+Q。角鋼的剛度越小，產(chǎn)生的撬力就越大。由于確定撬力Q比較復(fù)雜，為了簡化計(jì)算，對普通螺栓連接，規(guī)范采用降低螺栓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的方法來考慮撬力的影響，規(guī)定普通螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 取同樣牌號鋼材抗拉強(qiáng)度 設(shè)計(jì)值f的o8倍（即 =08f)。2021-9-25 如果在構(gòu)造上采取一些措施加強(qiáng)角鋼的剛度，可使其不致產(chǎn)生撬力Q，或 產(chǎn)生撬力甚小，例如在角鋼兩肢間設(shè)置加勁肋(圖3-44b)，就是增大剛度的一種有效辦法2021-9-2

55、5 單個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值為：2021-9-252021-9-25 三、螺栓群抗剪連接計(jì)算 1.螺栓群在軸心力作用下的抗剪計(jì)算 (1)螺栓數(shù)目 當(dāng)外力通過螺栓群形心時(shí)，在連接長度范圍內(nèi)，計(jì)算時(shí)假定所有螺栓受力相等按式3-27計(jì)算所需螺栓數(shù)目。 式中 N作用于螺栓群的軸心力設(shè)計(jì)值。2021-9-25 (2)構(gòu)件(板件)凈截面強(qiáng)度 式中A。構(gòu)件凈截面面積(圖3-45)。 構(gòu)件凈截面面積A。計(jì)算方法如下(t1t2)：2021-9-25 1)并列(圖3-45a)2021-9-252021-9-25 2螺檢群在扭矩作用下的抗剪計(jì)算 承受扭矩的螺栓群的連接，可先按構(gòu)造要求布置螺栓群，然后計(jì)算受力最大的螺

56、栓所承受的剪力，并與一個(gè)螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較。 分析螺栓群受扭矩作用時(shí)采用下列計(jì)算假定： 1)被連接構(gòu)件是絕對剛性的，而螺栓則是彈性的； 2)各螺栓繞螺栓群形心。旋轉(zhuǎn)(圖346)，其受力大小與其至螺栓群形心。的距離r成正比，力的方向與其至螺栓群形心的連線相垂直。2021-9-252021-9-252021-9-252021-9-25 3螺栓群在扭矩、剪力和軸心力作用下的抗剪計(jì)算 在螺栓群受扭矩T、剪力V和軸心力N共同作用的連接中(圖3-47)，首先進(jìn)行受力分析，判斷受力最不利的螺栓，然后對此螺栓求矢量合力，要求此合剪2021-9-25 四、螺栓群抗拉連接計(jì)算 1螺栓群在軸心力作用下的

57、抗拉連接計(jì)算 當(dāng)外力通過螺栓群形心時(shí)，假定所有螺栓受力相等，所需的螺栓數(shù)目為：2021-9-25 2彎矩和軸力作用于抗拉螺栓群 螺栓群在彎矩作用下上部螺栓受拉，因而有使連接上部分離的趨勢，使螺栓群形心下移。與螺栓群拉力相平衡的壓力產(chǎn)生于下部的接觸面上，精確確定中和軸的位置比較復(fù)雜。為便于計(jì)算，通常假定中和軸在最下排螺栓處(圖348c)。因此，彎矩作用下螺栓的最大拉力為：2021-9-252021-9-252021-9-25 2假定支托承受剪力，螺栓僅承受彎矩 對于粗制螺栓，一般不宜受剪(承受靜力荷載的次要連接或臨時(shí)安裝連接除外)。此時(shí)可設(shè)置支托承受剪力，螺栓只承受拉力作用2021-9-2520

58、21-9-25(1)支托焊縫計(jì)算 式中 為考慮對焊縫的偏心影響系數(shù)，可取1251352021-9-25(3-39) (2)螺栓受拉按式(3-36)計(jì)算。 【例題3-5】 圖3-50所示的梁柱連接，采用普通c級螺栓，梁端支座板下設(shè)有支托，試設(shè)計(jì)此連接。已知：鋼材為Q235A，螺栓直徑為20mm，焊條為E43型，手工焊。此連接承受的靜力荷載設(shè)計(jì)值為：V=277kN，M=387kNm 【解】 ，=305Nmm2， =170Nmm2。 (1)假定支托板僅起安裝作用2021-9-252021-9-25 1)單個(gè)普通螺栓的承載力 抗剪 抗壓2021-9-25 抗拉 2)按構(gòu)造要求選定螺栓數(shù)目并排列 假定用

59、10個(gè)螺栓，布置成5排2列，排間距80mm，見圖3-50(b)。 3)連接驗(yàn)算 螺栓既受剪又受拉，受力最大的螺栓為“1”，其受力為：2021-9-25 驗(yàn)算“1”螺栓受力2021-9-25 (2)假定支托板起承受剪力的作用 1)單個(gè)螺栓承載力同(1) 2)按構(gòu)造要求選定螺栓數(shù)目并排列 支托承受剪力作用，螺栓數(shù)目可以減少，假定用8個(gè)螺栓，布置成4排2列，排間距100mm，見圖3-50(c)。 3)連接驗(yàn)算 螺栓僅受拉力，支托板承受剪力。 (a)螺栓驗(yàn)算2021-9-25 可見，當(dāng)利用支托傳遞剪力時(shí)，需要的螺栓數(shù)目減少。 (6)支托板焊縫驗(yàn)算 取偏心影響系數(shù)a=135，焊角尺寸為 =10mm。20

60、21-9-25 第八節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接的性能和計(jì)算 一、高強(qiáng)度螺栓連接的性能 普通螺栓連接在抗剪時(shí)依靠桿身承壓和螺栓抗剪來傳遞剪力，扭緊螺帽時(shí)螺栓產(chǎn)生的預(yù)拉力很小，其影響可以忽略。高強(qiáng)度螺栓除了材料強(qiáng)度高外還給螺栓施加很大的預(yù)拉力，使被連接構(gòu)件的接觸面之間產(chǎn)生較大擠壓力，因而當(dāng)構(gòu)件有相對滑動(dòng)趨勢時(shí)會(huì)在接觸面產(chǎn)生垂直于螺栓桿方向的摩擦力。這種擠壓力和摩擦力對外力的傳遞有很大影響。 高強(qiáng)度螺栓連接，從受力特征分為高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和高強(qiáng)度螺栓承壓型連接。2021-9-25 1高強(qiáng)度螺栓材料 高強(qiáng)度螺栓的桿身、螺帽和墊圈都要用抗拉強(qiáng)度很高的鋼材制作。高強(qiáng)度螺栓的性能等級有88級(有40B鋼、45號鋼