第四章 鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件之鋼結(jié)構(gòu)的連接與構(gòu)造(二)

1、7 鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點構(gòu)造 連接要求連接要求 足夠的強度、剛度和延性連接方法連接方法 焊接、鉚接和螺栓連接7.1 鋼結(jié)構(gòu)對連接的要求及連接方法（a）焊接連接；（b）鉚釘連接；（c）螺栓連接 7.2 焊接連接的特性焊接連接的特性 7.2.1 焊接方法 電弧焊、電渣焊、氣體保護焊和電阻焊等7.2.2 焊接連接的優(yōu)缺點優(yōu)點 省工省材 任何形狀的構(gòu)件均可直接連接 密封性好，剛度大缺點 材質(zhì)劣化 殘余應(yīng)力、殘余變形 一裂即壞、低溫冷脆7.2.3 焊縫缺陷 焊縫缺陷 裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、 焊瘤等(a) 熱裂紋；(b) 冷裂紋；(c) 氣孔；(d) 燒穿；(e) 夾渣(f) 根部未焊透；(

2、g) 邊緣未熔合；(h) 層間未熔合；(i) 咬邊；(j) 焊瘤 焊縫等級：鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50205）三級三級焊縫：外觀檢查二級焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無損檢驗，用超聲波檢驗每條焊縫的20長度，且不小于200mm一級焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上用超聲波檢驗每條焊縫全部長度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷 強度折減： 高空安裝焊縫，強度設(shè)計值乘以0.9 7.2.4 焊縫連接型式及焊縫型式連接型式 平接、搭接、T形連接和角接連接型式 對接焊縫和角焊縫正面角焊縫側(cè)面角焊縫連續(xù)角焊縫斷續(xù)角焊縫施焊位置 俯焊（平焊）、立焊、橫焊和仰焊7.2.5 焊縫代號作用 表明焊縫型式、尺寸和輔助要求表示方法

3、 由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成7.3 對接焊縫的構(gòu)造和計算對接焊縫的構(gòu)造和計算 7.3.1 構(gòu)造要求坡口形式 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（a）I形縫；（b）帶鈍邊單邊V形縫；（c）Y形縫（d）帶鈍邊U形縫；（e）帶鈍邊雙單邊V形縫；（f）雙Y形縫；（g）、（h）、（i）加墊板的I形縫、帶鈍邊單邊V形縫和Y形縫 7.3.2 對接焊縫的計算計算原則 用計算 焊件的方法。I、II級等強不計算，僅計算III級焊縫（1）軸心受力的對接焊縫 N（lwt）fwt或fwc（2）受彎、受剪的對接焊縫計算 MWw fwt

4、 VS（Iwt ） fwVwtzsf1 . 132B2B7.3.3 部分焊透的對接焊縫計算原則：按角焊縫計算7.4 角焊縫的構(gòu)造和計算角焊縫的構(gòu)造和計算 7.4.1 構(gòu)造和強度截面形狀 應(yīng)力分布 側(cè)面角焊縫的應(yīng)力分布角焊縫的應(yīng)力位移曲線 正面角焊縫的應(yīng)力分布焊腳尺寸 hf 應(yīng)與焊件的厚度相適應(yīng)。 對手工焊，hf應(yīng)不小于 ，t為較厚焊件的厚度（mm），對自動焊，可減小1mm； hf應(yīng)不大于較薄焊件厚度的1.2倍。 t5.1 對于板件邊緣的焊縫，當(dāng)t 6mm時， hf t ；當(dāng)t 6mm時， hf t (12)mm。焊縫長度焊縫長度 lw也不應(yīng)太長或太短，其計算長度不宜小于8hf或40mm ，且不

5、宜大于60hf7.4.2 角焊縫計算的基本公式wff3)( 32/22fxfxefyfyefzfze, , NAVAVAefxfyfxefye/2+/2 /2/2ANNAAfxfy/2/2fyfx/fz/2/2, 則有22w2ffzfyfzfyfz33/2/2/2/2f可得角焊縫計算的基本公式為222wfxfyfxfyfzf2()3f僅有平行于焊縫長度方向的軸心力時wfewf/()Nhlf僅有垂直于焊縫長度方向的軸心力時wfewff/()Nhlf同時有平行和垂直于焊縫長度方向的軸心力時22wffff/f7.4.3 常用連接方式的角焊縫計算1、受軸心力作用的拼接板連接僅側(cè)面角焊縫（圖a）wffe

6、wNfhl 僅正面角焊縫（圖b）wfffewNfhl 三面圍焊時（圖c） 先計算計算正面角焊縫受力N1，剩 余的N N1由側(cè)面角焊縫承擔(dān)。菱形拼接板（圖d） 簡化計算不計正面及斜焊縫的f：wfewNfhl 2、受軸心力作用的角鋼連接當(dāng)用側(cè)面角焊縫連接時（圖a）肢背 N1=e2 N /（e1+e2）=K1 N 肢尖 N2=e1 N /（e1+e2）=K2 N 三面圍焊時（圖b）正面角焊縫承擔(dān)的力為 N3 =0.7hflw3f ffw側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力為 肢背 N1 =e2 N /（e1+e2）N3 /2=K1 NN3 /2 肢尖 N2 =e1 N /（e1+e2）N3 /2=K2NN3 /2 L

7、形焊縫（圖c）正面角焊縫承擔(dān)的力為 N3 =0.7hflw3f ffw側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力為 N1 = N N33、彎矩作用下的焊縫wfffwMfW4、扭矩作用下的焊縫焊縫群受扭：焊縫群受扭：假定 被連接構(gòu)件是絕對剛性的，而螺栓則是彈性的； 被連接板件繞角焊縫有效截面形心o旋轉(zhuǎn)，角焊縫上任一點的應(yīng)力方向垂直于該點與形心o的連線，應(yīng)力的大小與其距離r的大小成正比。 AAxy; T rJIIJAyTAxTrJTAxAyTrJ環(huán)焊縫受扭環(huán)焊縫受扭5、彎矩、剪力和軸心力共同作用MVNAAAwewew; ; MVNWhlhlMN2V2wAAAff()()f6、扭矩、剪力和軸心力共同作用yVNTTxAAAA

8、ewew; ; ; T rVNT rhlhlJJTV2TT2wAAAAff()()f7、塞焊計算7.5.1 焊接殘余應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因縱向殘余應(yīng)力7.5 焊接殘余應(yīng)力和殘余變形焊接殘余應(yīng)力和殘余變形橫向殘余應(yīng)力厚度方向的殘余應(yīng)力約束狀態(tài)下的焊接應(yīng)力7.5.2 焊接殘余應(yīng)力的影響對結(jié)構(gòu)靜力強度的影響對結(jié)構(gòu)剛度的影響對壓桿穩(wěn)定的影響對低溫冷脆的影響對疲勞強度的影響7.5.3 焊接殘余變形殘余變形形式殘余變形形式7.5.4 減小焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法采取合理的施焊次序施焊前加相反的預(yù)變形（圖a、b）焊前預(yù)熱，焊后回火（圖c）7.5.5 合理的焊縫設(shè)計焊接位置要合理，布置應(yīng)盡量對稱于截面

9、重心焊縫尺寸要適當(dāng)，采用較小的焊腳尺寸焊縫不宜過分集中（圖a）應(yīng)盡量避免三向焊縫交叉（圖b）考慮鋼板分層問題（圖c）焊條易達到（圖d）避免仰焊7.6.1 螺栓連接的排列和構(gòu)造要求 排列方式：并列或錯列7.6 普通螺栓的構(gòu)造和計算普通螺栓的構(gòu)造和計算 排列要求 受力要求： 鋼板端部剪斷，端距不應(yīng)小于2d0; 受拉時，栓距和線距不應(yīng)過??； 受壓時，沿作用力方向的栓距不宜過大 構(gòu)造要求 栓距和線距不宜過大 施工要求 有一定的施工空間 孔、螺栓圖例 7.6.2 普通螺栓連接受剪、受拉時的性能 傳力方式：抗剪螺栓和抗拉螺栓1、抗剪螺栓連接、抗剪螺栓連接破壞形式：螺栓桿剪斷；孔壁壓壞；板被拉斷；板端被剪斷

10、；螺栓桿彎曲 受力狀態(tài)：彈性時兩端大而中間小，進入塑性階段后，因內(nèi)力重分布使各螺栓受力趨于均勻。 為防止“解紐扣”破壞，當(dāng)連接長度l1 較大時，應(yīng)將螺栓的承載力乘以折減系數(shù) ：當(dāng) l115d0 時， =1.0當(dāng) 15d0l160d0 時， =1.1l1/150d0 當(dāng) l160d0 時， =0.7 一個抗剪螺栓的設(shè)計承載力計算 抗剪抗剪承載力設(shè)計值： bvvbvfdnN42 承壓承壓承載力設(shè)計值： bcbcftdN(a) 單剪 (b) 雙剪 (c) 四剪面一個抗剪螺栓的承載力設(shè)計值應(yīng)取上面兩式的較小值較小值。 2、抗拉螺栓連接、抗拉螺栓連接破壞形式：螺栓桿拉斷btebtebtfAfdN42為考

11、慮撬力撬力的影響，規(guī)范規(guī)定普通螺栓抗拉強度設(shè)計值ftb取同樣鋼號鋼材抗拉強度設(shè)計值f的0.8倍(即ftb=0.8f ) 7.6.3 螺栓群的計算1、螺栓在軸心力作用下的抗剪計算、螺栓在軸心力作用下的抗剪計算 螺栓數(shù)目bmin/nNN 板件凈截面強度 n/NAf 凈截面面積和受力 并列并列（圖a）N1=N； N2 =N(n1/n) N ；N3 = N (n1+n2)/n N 對被連接板：An=t (bn1d0)對拼接板： An =2t1 (bn3d0)錯錯 列列（圖b） 除考慮1-1截面破壞外，還要考慮2-2截面的破壞，凈截面面積為 22n4212202(1)Ateneen d2、螺栓群在扭矩作

12、用下的抗剪計算、螺栓群在扭矩作用下的抗剪計算 基本假定 被連接構(gòu)件是絕對剛性的，而螺栓則是彈性的； 各螺栓繞螺栓群形心o旋轉(zhuǎn)，其受力大小與其至螺栓群形心o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。TTT1122nnTN rN rN r 平衡條件： 根據(jù)螺栓受力大小與其至形心o的距離r成正比條件 TTT12n12nNNNrrr 則 TTn22221112n111()iiNNTrrrrrr 或 T111222iiiTrTrNrxyT11x22iiTyNxyT11y22iiTxNxybvTNN1驗算 3、螺栓群在扭矩、剪力和軸心力作用下的抗剪計算、螺栓群在扭矩、剪力和軸心力作用下的抗剪計

13、算在剪力V和軸力N作用下，螺栓均勻受力： V1y/NVnN1x/NNn則螺栓1受的最大剪力N1應(yīng)滿足： NT2VT2b11x1x1y1ymin()()NNNNNN在扭矩T作用下，螺栓1 受力為 4、螺栓群在軸心力作用下的抗拉計算、螺栓群在軸心力作用下的抗拉計算bt/nNN5、螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算、螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算假定：中和軸在最下排螺栓處 Mb11t2iMyNNmyMMM1122()nnMm NyNyNy則 6、螺栓群同時受剪力和拉力的計算、螺栓群同時受剪力和拉力的計算支托僅起安裝作用： 螺栓群受力為M=Ve和剪力V，則M2t11/()iNNMymyv/NVn螺栓不發(fā)生拉剪

14、破壞： 22vtbbvt()()1NNNN板不發(fā)生承壓破壞： bvcNN支托承受剪力： 螺栓群只承受彎矩M=Ve作用，則M2bt11t/()iNNMymyN支托和柱翼緣的角焊縫驗算： wfewf()V hlf為考慮剪力V偏心對角焊縫的影響，取1.251.357.7.1 高強度螺栓連接的性能 級別：10.9級和8.8級 （小數(shù)點前為螺栓熱處理后的最低抗拉強度，小數(shù)點后的數(shù)字是屈強比） 栓孔：鉆成孔 按受力特征分類：摩擦型連接、承壓型連接和承受拉力的連接 影響承載力的因素： 栓桿預(yù)拉力、連接表面抗滑移系數(shù)和鋼材種類7.7 高強度螺栓連接的性能和計算高強度螺栓連接的性能和計算1、高強螺栓連接的預(yù)拉力

15、、高強螺栓連接的預(yù)拉力 施加方法：施加方法：扭矩法、轉(zhuǎn)角法和扭剪法 預(yù)拉力設(shè)計值：預(yù)拉力設(shè)計值：高強度螺栓預(yù)拉力設(shè)計值按材料強度和螺栓有效截面積確定，取值時考慮：螺栓材料抗力的變異性，引入折減系數(shù)0.9；施加預(yù)應(yīng)力時為補償預(yù)拉力損失超張拉5%10%，引入折減系數(shù)0.9；在扭緊螺栓時，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載力，引入折減系數(shù)1/1.2；鋼材由于以抗拉強度為準，引入附加安全系數(shù)0.9。ueue/1.20.608PfAf A2、高強螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù)、高強螺栓連接摩擦面抗滑移系數(shù) 對于承壓型連接，只要求清除油污及浮銹；對于摩擦型連接，要求見下表：3、高強螺栓的

16、排列、高強螺栓的排列 要求同普通螺栓，同樣要考慮連接長度對承載力的不利影響。7.7.2 高強度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值1、高強螺栓摩擦型連接、高強螺栓摩擦型連接bvRfNnPR為抗力分項系數(shù)R的倒數(shù)，一般取0.9，最小板厚t6mm的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)取0.8 2、高強螺栓承壓型連接、高強螺栓承壓型連接 破壞狀態(tài)同普通螺栓，極限承載力由桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動作用，計算方法和普通螺栓相同。7.7.3 高強度螺栓群的抗剪計算1、軸心力作用時、軸心力作用時 螺栓數(shù)： 構(gòu)件凈截面強度： 對于承壓型連接，驗算與普通螺栓相同；對于摩擦型連接，要考慮孔前傳力的影響（占螺栓傳力的50%）bmin

17、/nNN10.5(1)nNNn 高強度螺栓摩擦型連接的孔前傳力2、扭矩作用時，及扭矩、剪力和軸心力共同時、扭矩作用時，及扭矩、剪力和軸心力共同時 螺栓群受扭矩T、剪力V和軸心力N共同作用的高強度螺栓連接的抗剪計算與普通螺栓相同，只是用高強度螺栓的承載力設(shè)計值。7.7.4 高強度螺栓的抗拉計算1、高強度螺栓的抗拉連接性能、高強度螺栓的抗拉連接性能當(dāng)Nt=0.8P時，Pf=1.07P。可認為螺栓中的預(yù)拉力基本不變。 撬力的影響：撬力的影響：限制抗拉承載力在0.8P以內(nèi)2、高強度螺栓的抗拉連接計算、高強度螺栓的抗拉連接計算 抗拉承載力bt0.8NP 軸心拉力的螺栓數(shù)：bt/ 0.8nNNNP 彎矩作

18、用時：承載力極限狀態(tài)： 板不被拉開時，中和軸在螺栓群形心處； 板可被拉開時，與普通螺栓一樣，中和軸在最外排 受壓螺栓形心處M211/()0.8iNMymyP7.7.5 同時承受剪力和拉力的高強度螺栓連接計算1、高強度螺栓摩擦型連接、高強度螺栓摩擦型連接由于外拉力的作用，板件間的擠壓力降低；每個螺栓的抗剪承載力也隨之減少；抗滑移系數(shù)隨板件間的擠壓力的減小而降低。 vtbbvt1NNNN2、高強度螺栓承壓型連接、高強度螺栓承壓型連接22vtbbvt()()1NNNNbvc/1.2NN且 當(dāng)剪切面在螺紋處時，取 b2bvev/ 4Ndf 疊放板材的彎曲變形7.8 焊接梁翼緣焊縫的計算焊接梁翼緣焊縫的

19、計算 無局部壓應(yīng)力時的梁翼緣焊縫受力11x w/()VSI tH1w1x ww1x1/()/TtVSI ttVSI wfhe1fxf/(21)/(1.4)ThVSh Ifwf1fx/(1.4)hVSfI焊縫受力： 焊腳尺寸： 雙層翼緣板時的焊縫受力 有局部壓應(yīng)力時的梁翼緣焊縫受力vcwww zz11FFTttt ll vfef z211.4TFhh l22wffff/f則 221fwff zx11.4FVShflI焊腳尺寸為： 功能： 將柱子內(nèi)力可靠地傳給基礎(chǔ)； 和基礎(chǔ)有牢固連接； 盡可能符合計算簡圖。 連接方式： 鉸接：支承式 剛接：支承式(外露式) 埋入式(插入式) 外包式 7.9 柱腳設(shè)