鋼結(jié)構(gòu)講義3.

1、第 三 章 鋼 結(jié) 構(gòu) 的 連 接2一、焊縫概述 1. 焊縫的施焊方位 根據(jù)所持焊條與焊件間的相互位置，施焊方位 分為平焊(俯焊)、立焊、橫焊、仰焊四種， 按照文字所述順序操作漸難，質(zhì)量保證漸難。 2. 焊縫質(zhì)量檢驗(yàn) 三級(jí)： 只要求做外觀檢查，即檢查焊縫尺寸、有無(wú) 裂紋、咬肉等現(xiàn)象。 二級(jí)： 三級(jí)基礎(chǔ)上 + 超聲波檢查， 一級(jí)： 二級(jí)基礎(chǔ)上 + X射線檢查， 通過(guò)幾級(jí)檢查的焊縫就稱為幾級(jí)質(zhì)量焊縫。3 3. 角焊縫的焊腳尺寸與計(jì)算長(zhǎng)度 hf min1.5 4mm t ：較厚焊件厚 hf max 1.2 t t ：薄焊件厚 貼邊角焊縫還應(yīng)滿足： hf maxt (t6mm) hf maxt (12

2、)mm (t 6mm) 故： hf min hf hf max 角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度(并非幾何長(zhǎng)度) h2wfll40mmh8wminfl貼邊h60wmaxfllllwmaxwwmint4 4. 對(duì)接焊縫的構(gòu)造 焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn)有缺陷，故施焊時(shí)必須設(shè)引弧板，使起弧、落弧在引弧板上發(fā)生。 若設(shè)引弧板困難而沒(méi)設(shè)，則計(jì)算長(zhǎng)度為： (t：薄板厚度) 焊透的對(duì)接焊縫 部分焊透的對(duì)接焊縫 焊縫有缺陷， 規(guī)范規(guī)定：對(duì)接焊縫的抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度與母材相同。通過(guò)一、二級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的焊縫，其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度與母材的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度相同，質(zhì)量屬于三級(jí)的焊縫，焊縫的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度等于母材抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的0.85倍。2tw ll對(duì)接焊縫分

3、5二、焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形 焊件冷卻后產(chǎn)生的變形2 ，稱焊接殘余變形，此時(shí)焊件中的應(yīng)力稱焊接殘余應(yīng)力。 焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 殘余應(yīng)力自相平衡，對(duì)靜力強(qiáng)度無(wú)影響 降低剛度 降低壓桿的穩(wěn)定承載力 降低疲勞強(qiáng)度 加劇低溫冷脆危險(xiǎn)6三、 螺栓連接的概述 粗制螺栓連接 精制螺栓連接 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接 高強(qiáng)螺栓承壓型連接 螺栓的性能統(tǒng)一用螺栓的性能等級(jí)表示，如4.6級(jí)、8.8級(jí)、 10.9級(jí)。 小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示螺栓材料的最低抗拉強(qiáng)度，小數(shù)點(diǎn)及后面的數(shù)字表示屈強(qiáng)比。 由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成，螺栓粗 糙，螺桿直徑比螺孔小31.5 mm，栓 孔間隙大，受剪時(shí)易產(chǎn)生滑移，導(dǎo)致螺 栓群中各個(gè)螺栓受

4、力不均，故宜用于受 拉，不宜用于受剪。 普通螺栓連接高強(qiáng)螺栓連接螺栓連接粗制普通螺栓：（C級(jí)螺栓）7 傳力機(jī)理靠板件間的摩擦阻力傳力，以 摩擦阻力被克服為承載力的極限狀態(tài)。 孔徑大于螺栓公稱直徑1.52.0mm， 受力好，耐疲勞，用于受動(dòng)荷載結(jié)構(gòu)。 靠摩擦阻力和栓桿共同傳力，以栓桿被 剪斷或板件被擠壓破壞為承載力的極限 狀態(tài)。 孔徑大于螺栓公稱直徑1.01.5mm，受 剪變形大，只適用于承受靜載。 承載力較前者高，變形較前者大。 1. 螺栓的排列和構(gòu)造要求 簡(jiǎn)單整齊，連接板尺寸小， 栓孔對(duì)構(gòu)件截面削弱大。 螺栓摩擦型連接： 螺栓承壓型連接：并列排列：8 布置松散，連接板尺寸大， 栓孔對(duì)構(gòu)件截面

5、削弱小。 螺栓的排列要求： a. 受力要求： 端矩2d0 ，否則順力方向剪壞； 中矩過(guò)大，受壓時(shí)起拱；中矩過(guò) 小，則截面削弱大。d0：孔徑 b. 構(gòu)造要求： 中距不能過(guò)大，否則連接件接觸不緊密，潮汽易 侵入縫隙，造成銹蝕。 c. 施工要求： 中距3d0 ，否則無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)扳手的空間。 據(jù)a、b、c綜合考慮，得出螺栓容許距離。錯(cuò)列排列：9 2. 螺栓受剪時(shí)的工作性能（包括高強(qiáng)螺栓） 抗剪連接 抗拉連接 a. 彈性工作階段 在此階段依靠板間的摩擦阻力傳力，摩擦阻力的大小決定于擰緊螺栓時(shí)栓桿中初拉力的大小。 彈性工作階段即01直線段，c 級(jí)螺栓初拉力很小，故01段很短，而高強(qiáng)螺栓初拉力很大，故01段很高。

6、螺栓連接10 b. 相對(duì)滑移階段 即12段，外力超過(guò)了板件間的摩擦力后，板件間產(chǎn)生相對(duì)滑移。 c. 彈塑性工作階段 到2點(diǎn)后，栓桿和孔壁開(kāi)始接觸，栓桿受剪切，孔壁受擠壓，同時(shí)栓桿受到彎曲和軸向拉伸作用，因而使栓桿產(chǎn)生拉力，增大了板間的摩阻，工作曲線的坡度又開(kāi)始上升，達(dá)3點(diǎn)后，隨外力的增加，變形迅速增大，曲線逐漸平緩，最后破壞。 c 級(jí)螺栓靠栓桿承剪和孔壁承壓傳力，以栓桿被剪斷或孔壁被擠壓破壞為承載力的極限狀態(tài)。即3點(diǎn)。11 摩擦型高強(qiáng)螺栓依靠板間的摩擦阻力傳力，以摩擦阻力被克服為承載力的極限狀態(tài)。即圖中1點(diǎn)。 承壓型高強(qiáng)螺栓依靠板間的摩擦阻力和栓桿共同傳力，以栓桿被剪斷或孔壁被擠壓破壞為承載力

7、的極限狀態(tài)。 即3點(diǎn)。摩擦只起到延緩滑移的作用。 螺栓受剪時(shí)的破壞形式： 栓桿被剪斷 板件被擠壓破壞 板件被拉斷破壞（栓孔削弱截面） 板件被沖剪破壞（端矩太小造成）抗剪承載力驗(yàn)算承壓承載力驗(yàn)算危險(xiǎn)截面驗(yàn)算構(gòu)造防范計(jì)算防范12四、角焊縫連接的基本計(jì)算公式 焊縫長(zhǎng)度方向和受力方向平行的焊縫為側(cè)面焊縫， 焊縫長(zhǎng)度方向和受力方向垂直的焊縫為正面焊縫， 1. 側(cè)面焊縫的受力分析 在計(jì)算長(zhǎng)度范圍內(nèi)按均布計(jì)算。 2. 正面焊縫的受力分析 正面焊縫承受動(dòng)力荷載時(shí)， 正面焊縫承受靜力荷載時(shí)，flffwwe)(Nhflffw)h(Nweflff1.22)whe(Nw13 3. 一般情況 N 分解為 Nx 和 Nz

8、 ， Nz產(chǎn)生f（） ， Nx產(chǎn)生f ， 正面焊縫承受靜力荷載時(shí)， 按 計(jì)算。 正面焊縫承受動(dòng)力荷載時(shí)， 按 計(jì)算；ffffw22)(1.22ffffw2214五、角焊縫連接的計(jì)算 1. 用蓋板的對(duì)接連接承受軸心力作用時(shí) 蓋板的截面大小，要滿足 即：A被f被A蓋f蓋 由 A蓋 的大小確定采用一塊或兩塊蓋板。 a. 僅采用側(cè)面焊縫時(shí)： 或據(jù)此式求出角焊縫的 為蓋板縫一側(cè)焊縫總計(jì)算長(zhǎng)度， 一條焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為 ， n：焊縫條數(shù) 蓋板長(zhǎng) 10mm：表示兩塊被連接板之間的縫隙。等強(qiáng)度要求，flffw)whe(Nlwnwwlllwmm10)h22(wfl15 b. 僅采用正面焊縫時(shí)： c. 采用三面圍焊時(shí)

9、： 先求出正面焊縫所能承受的力：flffwwe)(Nhflff1.22hwwe)(N受靜載或間接動(dòng)載直接受動(dòng)載flfwwe)(1.22Nhflffw)whe(NN然后計(jì)算側(cè)面焊縫：16 2. 角鋼連接的角焊縫的計(jì)算 a.承受軸心力作用的角鋼采用側(cè)面焊縫連接 角鋼截面重心到肢尖、肢背 的距離不等，因而肢背、肢 尖焊縫所承擔(dān)的內(nèi)力不等。 對(duì)肢尖取矩：N1（e1+e2）Ne2式中：k1 、k2 分別是肢背、肢尖的內(nèi)力分配系數(shù)（查表）NkNN12121eeeflfww1e11)h(N同理：NkNN22112eeeflfww2e22)h(N17 b. 承受軸心力作用的角鋼采用三面圍焊縫連接 先求出正面焊

10、縫（充分發(fā) 揮作用）所承擔(dān)的內(nèi)力， 分別對(duì)肢背、肢尖取矩，可得： 因而肢背、肢尖焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度分別為：flfwwe3)h(1.22N32NNkN3112NNkN322flfwe1hNw1flfwe2hNw2flfw11)h(Nw1eflfw22)h(Nw2e或18 3. 在軸心力、彎矩、剪力作用下T形連接角焊縫的計(jì)算 Nf 、Vf 已學(xué)過(guò) 找出角焊縫上的危險(xiǎn)點(diǎn)+6h2MWM2wexMlffffffw22)()1.22(VNMfffffw22)()(VNMM作用下：或 危險(xiǎn)點(diǎn)19 4. 搭接連接的角焊縫在扭矩和剪力共同作用下的計(jì)算 通常將N移到焊縫群的形心處，如此焊縫群受剪力V=N和扭矩T=Ne

11、 。 分析角焊縫在扭矩作用下的應(yīng)力時(shí)，采用以下假設(shè)： 被連接的板件為絕對(duì)剛性的，而焊縫則是彈性的； 焊縫群繞形心旋轉(zhuǎn)，角焊縫群上任一點(diǎn)處的應(yīng)力方 向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力的大小與該點(diǎn) 距形心的距離成正比。 A、B點(diǎn)離形心最遠(yuǎn)，則A、B點(diǎn)由T引起的應(yīng)力最大。+20 式中：0 ：角焊縫群計(jì)算截面對(duì)形心 的極慣性矩 x 、y ：分別是角焊縫群計(jì)算 截面對(duì)x、y軸的慣性矩 IITITyxA0ATArrIITIITsinyxAyAAyyxATATAxrrrrIITIITcosyxAxAAxyxATATAyrrrr)(VweVAyhl以A點(diǎn)為例將TA分解為：剪力V在A點(diǎn)引起的應(yīng)力為：A點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)滿足

12、：ffw22)()1.22(TAxTAyVAy21六、 C 級(jí)螺栓的計(jì)算 d：螺栓桿公稱直徑 fcb ：螺栓承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fvb ：螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 nv ：螺栓受剪面數(shù)，單剪nv 1，雙剪nv 2 ：在同一受力方向承壓構(gòu)件的較小總厚度， 或 取小值 單個(gè)螺栓抗拉承載力設(shè)計(jì)值為： ftb ：螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 de ：螺栓螺紋處的有效直徑fbv2vbv4dnNfbctdNbc單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓承壓承載力設(shè)計(jì)值： 取小值，即N bmint2tt1 t2tffbt2ebtebt4dAN22 1. 抗剪螺栓群在軸心力作用下的計(jì)算 被連接板縫一側(cè)所需螺栓數(shù)： N bmin為Nvb

13、、 Ncb的小值 另外需驗(yàn)算構(gòu)件凈截面的強(qiáng)度，以防止構(gòu)件在凈截面處被拉斷， An：構(gòu)件的凈截面面積 An=A-nd0t n：危險(xiǎn)截面螺栓數(shù) 危險(xiǎn)截面11，22 An取A1-1、A2-2小值 bminNNn fnANtdnea1)n(e2A0222212222ea 23 2. 螺栓群承受扭矩時(shí)的計(jì)算 分析螺栓群受扭時(shí)采用假設(shè)： 被連接構(gòu)件為絕對(duì)剛性體，螺栓為彈性體； 各螺栓繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn)，其受力大小與至螺栓群 形心的距離 r 成正比，力的方向與該螺栓和螺栓群 形心的連線相垂直。 在T作用下，每個(gè)螺栓均受剪，周圍四個(gè)螺栓受力最大，假定其中一個(gè)為1號(hào)， 若 N1Nvb、N1Ncb ，則螺栓安全 。

14、 將 N1 分解為 N1x、N1y 受力最大螺栓滿足既不承壓破壞又不剪切破壞為安全。 yxrrrN221211TTiiiyxyryNN2211111xTiiyxxrxNN2211111yTii243. 螺栓群在扭矩、剪力和軸心力共同作用下的抗剪計(jì)算 在V作用下，各螺栓受力相等，向下。 在N作用下，各螺栓受力相等，向右。 在T作用下，四角螺栓受力大小相等， 但方向不同。 考慮疊加， 1號(hào)螺栓受力最大， 在V作用下，N1yVV/n 在N作用下，N1xNN/n 1號(hào)螺栓所受合力應(yīng)滿足：yxyN221T1xTiiyxxN221T1yTii在T作用下，N)NN()NN(Nbmin221T1yV1yT1x

15、N1x25 4. 螺栓群在彎矩作用下的計(jì)算 M作用下， 上部螺栓受拉，使上部連接有分離的趨勢(shì)，螺栓群的旋轉(zhuǎn)中心下移。 計(jì)算時(shí)，近似取中和軸即旋轉(zhuǎn)中心位于最下排螺栓處。 各螺栓受力大小與該螺栓距中和軸的距離成正比所以1號(hào)螺栓受力最大。 其中： 假設(shè)存在m列螺栓，則：NyyNbt211mMiyyyy2n22212 i26七、高強(qiáng)螺栓連接的計(jì)算 1. 高強(qiáng)螺栓承受剪力的計(jì)算 a. 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接 摩擦型高強(qiáng)螺栓依靠板間的摩擦阻力傳力，以摩擦阻力被克服為承載力的極限狀態(tài)。 所以高強(qiáng)螺栓摩擦型連接承受剪力的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是外力不超過(guò)摩擦力。 一個(gè)摩擦型高強(qiáng)螺栓連接的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為： 式中：0.9 ：抗

16、力分項(xiàng)系數(shù) 1.111的倒數(shù)； nf ：傳力摩擦面數(shù)；單剪nf1；雙剪nf2 P ：高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力的設(shè)計(jì)值； ：摩擦面的抗滑移系數(shù) Pn0.9NbVf27 b. 高強(qiáng)螺栓承壓型連接 高強(qiáng)螺栓承壓型連接受剪時(shí)，極限承載力由栓桿抗剪和孔壁承壓來(lái)決定，摩擦力僅起延緩滑移的作用。注： a. 當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，NVb要按有效截面計(jì)算。 2. 高強(qiáng)螺栓群的抗剪計(jì)算 在軸心力作用下；在扭矩作用下；在扭矩、剪力、軸心力共同作用下的計(jì)算，均與普通螺栓連接的計(jì)算方法相同，只是在計(jì)算時(shí)要用高強(qiáng)螺栓的承載力設(shè)計(jì)值。注意：高強(qiáng)螺栓摩擦型連接凈截面計(jì)算與普通螺栓連接凈 截面計(jì)算不同。fbv2vbv4dnNfbctdNb

17、c 取小值，即N bmin即：28 由于摩擦作用，在危險(xiǎn)的第一排螺栓孔中心前已傳掉50的力，故最外排危險(xiǎn)截面螺栓處的內(nèi)力為： NN0.5n1N/n 即： N(10.5n1/n)N 危險(xiǎn)截面應(yīng)力 N/An f 式中：n1：危險(xiǎn)截面螺栓數(shù) 同時(shí)，還需驗(yàn)算毛截面強(qiáng)度 N/Af 3. 高強(qiáng)螺栓承受拉力時(shí)的計(jì)算 a. 高強(qiáng)螺栓摩擦型連接 提問(wèn)：受外拉力N后，螺栓內(nèi)力為 Pf = P + N ? 當(dāng)加于螺栓連接的設(shè)計(jì)外拉力不超過(guò)預(yù)拉力P時(shí)，栓桿的拉力基本不增加，即認(rèn)為栓桿內(nèi)的原預(yù)拉力基本不變。危險(xiǎn)截面不對(duì)即 Pf P29 當(dāng)Nt0.8 P 時(shí)，則無(wú)松弛現(xiàn)象。 故規(guī)范從抗剪的角度考慮，規(guī)定摩擦型連接螺栓的抗拉設(shè)計(jì)承載力為： 直接承受動(dòng)力荷載時(shí)，摩擦型連接螺栓的抗拉設(shè)計(jì)承載力為： 所以每個(gè)承受外拉力作用的摩擦型連接不破壞的條件為： b. 高強(qiáng)螺栓承壓型連接 承壓型連接抗拉承載力設(shè)計(jì)值同普通螺栓注：僅在桿軸方向受拉時(shí)，可以不施加預(yù)拉力；但只要有 剪