鋼結(jié)構(gòu)的連接計(jì)算及構(gòu)造課件

1、鋼結(jié)構(gòu)連接計(jì)算及構(gòu)造鋼結(jié)構(gòu)連接計(jì)算及構(gòu)造3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法、形式、表示及特點(diǎn)3.2 對(duì)接焊縫計(jì)算3.3 角焊縫計(jì)算3.4 焊接殘余應(yīng)力及殘余變形3.5 螺栓連接3.6 普通螺栓連接3.7 高強(qiáng)螺栓連接3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法、形式、表示及特點(diǎn)鋼材構(gòu)件整體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法選擇的原則： 傳力明確簡(jiǎn)捷、強(qiáng)度可靠、保證安全，同時(shí)還須構(gòu)造簡(jiǎn)單、材料節(jié)約、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)降低。常用的連接方法一般采用焊接、栓接和鉚接。(a)焊縫連接； (b)鉚釘連接； (c)螺栓連接； (d)緊固件連接鋼結(jié)構(gòu)的連接方法連接方法優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)焊 接對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，省材省工，易于自動(dòng)化，工效高對(duì)材質(zhì)要求高，焊

2、接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大鉚 接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動(dòng)力荷載好 費(fèi)鋼、費(fèi)工普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡(jiǎn)單螺栓精度低時(shí)不宜受剪，螺栓精度高時(shí)加工和安裝難度較大高強(qiáng)螺栓連接加工方便，對(duì)結(jié)構(gòu)削弱少，可拆換，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價(jià)略高射釘、自攻螺栓連接靈活，安裝方便，構(gòu)件無(wú)須予先處理，適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu)不能受較大集中力焊接優(yōu)點(diǎn)：任何形式的構(gòu)件一般都可直接相連，不削弱構(gòu)件截面，用料經(jīng)濟(jì)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工方便，連接剛度大，密封性能好，可采用全自動(dòng)或半自動(dòng)作業(yè)，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)：焊縫附近鋼材，在高溫作用下形成熱影響區(qū)，其金相組織和力學(xué)性能

3、發(fā)生變化，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接過(guò)程中鋼材受到不均勻的加溫和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能有一定的影響。常用的連接方法一般采用焊接、栓接和鉚接。手工電弧焊直流手工電弧焊氬弧焊多功能焊機(jī) 直流手工電弧焊施焊適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫所采用的焊條型號(hào)應(yīng)與主體金屬相適應(yīng) 當(dāng)不同強(qiáng)度鋼材焊接時(shí)應(yīng)選用與強(qiáng)度較低鋼材相適應(yīng)的焊條。自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊 自動(dòng)或半自動(dòng)埋弧焊主要設(shè)備是自動(dòng)電焊機(jī)，沿軌道按設(shè)定速度移動(dòng)，通電引弧后，使埋于焊劑下的焊絲和附近的焊劑熔化，熔渣浮在熔化的焊縫金屬上面，使融化金屬不與空氣接觸，并供給焊縫金屬以必要的合金元素，隨焊機(jī)的移

4、動(dòng)，顆粒狀焊劑不斷從料斗漏下，電弧完全被埋在焊劑之內(nèi)，同時(shí)焊絲自動(dòng)地邊熔化邊下降，稱(chēng)為自動(dòng)埋弧焊。 (沿軌道推移過(guò)程由人工控制時(shí)，稱(chēng)為半自動(dòng)埋弧焊)手工電弧直流/直流脈沖氬弧焊兩用機(jī)門(mén)式全自動(dòng)埋弧焊機(jī)H型鋼柱上的焊縫氣體保護(hù)焊設(shè)備來(lái)自上海怡賓機(jī)電 氣體保護(hù)焊是利用惰性氣體或二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周?chē)纬删植康谋Ｗo(hù)層，以防止有害氣體侵入，從而保持焊接過(guò)程的穩(wěn)定，氣體保護(hù)焊又稱(chēng)氣電焊。(最常用的惰性氣體是氬氣)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接。但不適用于在風(fēng)較大的地方施焊杭州廣播電視新樓施工現(xiàn)場(chǎng)采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)施焊電阻焊 電阻焊

5、是利用電流通過(guò)焊件接觸點(diǎn)表面電阻所產(chǎn)生的熱來(lái)熔化金屬，再通過(guò)加壓使其焊合。電阻焊只適用于板疊厚度不大于12mm的焊接。對(duì)冷彎薄壁型鋼構(gòu)件，電阻焊可用來(lái)綴合壁厚不超過(guò)3.5mm的構(gòu)件。氣焊焊縫的形式與構(gòu)造1.按構(gòu)件的相對(duì)位置分：對(duì)接連接、搭接連接、形連接、角接連接四種對(duì)接焊縫直縫斜縫角焊縫端縫側(cè)縫斜焊縫2. 按焊縫的種類(lèi)分3. 按施焊位置分俯焊立焊橫焊仰焊焊縫的表示 在鋼結(jié)構(gòu)施工圖中的焊縫，應(yīng)遵照焊縫符號(hào)表示法（GB 32488）和建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50105）的規(guī)定予以標(biāo)注。 焊縫符號(hào):主要由圖形符號(hào)、輔助符號(hào)和引出線等部分組成。 圖形符號(hào):表示焊縫截面的基本形式。 引出線:由橫線、斜

6、線及箭頭組成，而橫線由兩條平行的實(shí)線與虛線組成，可在實(shí)線側(cè)或虛線側(cè)標(biāo)注符號(hào)，斜線和箭頭則將整個(gè)焊縫符號(hào)指向圖形的有關(guān)焊縫處。 連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫=30t (受拉) 20mm），則采用U形、K形和X形坡口。 (a)直邊縫；(b)單邊V形坡口；(c) V形坡口；(d) U形坡口；(e) K形坡口；(f) X形坡口對(duì)接焊縫的坡口形式在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5的斜角（圖3.11），以使截面過(guò)渡和緩，減小應(yīng)力集中。（a）改變寬度； （b）改變厚度 用引弧和引出板焊接 鋼板拼接對(duì)接焊縫的強(qiáng)度與所用鋼材的牌號(hào)

7、、焊條型號(hào)及焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等因素有關(guān)?？箟?、抗剪強(qiáng)度:與母材強(qiáng)度相同。抗拉強(qiáng)度:由于三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%，而一、二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等。1、軸心受力的對(duì)接焊縫的計(jì)算式中 lw 焊縫計(jì)算長(zhǎng)度； t 連接件的較小厚度，對(duì)T形接頭為腹板厚度； 、 對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 當(dāng)加引弧板較為困難而未加時(shí)，焊縫長(zhǎng)度應(yīng)減去2t。因此，在一般加引弧板施焊的情況下，所有受壓、受剪的對(duì)接焊縫以及受拉的一、二級(jí)焊縫，均與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算，只有受拉的三級(jí)焊縫才需要進(jìn)行計(jì)算。2、斜向受力的對(duì)接的焊接分別驗(yàn)證正應(yīng)力、剪應(yīng)力，有一定的近似性式中

8、lw焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度；加引弧板時(shí)， ； 不加引弧板時(shí)， ； 對(duì)接焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。例 G O G O3、承受彎矩和剪力聯(lián)合作用的對(duì)接焊縫對(duì)接接頭受彎矩和剪力的聯(lián)合作用，由于焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件。對(duì)接焊縫受彎矩和剪力聯(lián)合作用 (3.2) (3.3)式中，WW 焊縫截面模量； SW 焊縫截面面積矩； IW 焊縫截面慣性矩。工字形截面梁的接頭，采用對(duì)接焊縫，除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力外，對(duì)于同時(shí)受有較大正應(yīng)力和較大剪應(yīng)力處，例如腹板與翼緣的交接點(diǎn)處，還應(yīng)按下式驗(yàn)算折算應(yīng)力：（3-4）例3-2 P474.承受彎、剪、軸力共同作用的

9、對(duì)接焊縫對(duì)稱(chēng)工字形截面當(dāng)工字型鋼梁同時(shí)承擔(dān)彎矩、剪力、軸力共同作用時(shí)：彎矩、軸力由全截面共同承擔(dān)，剪力由腹板承擔(dān)角焊縫的構(gòu)造一、角焊縫的形式直角角焊縫普通型深熔直角焊縫平坡凸形斜角角焊縫斜銳焊縫斜鈍焊縫斜凹角焊縫 大量試驗(yàn)結(jié)果表明，側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力。塑性較好，彈性模量低（ N/mm），強(qiáng)度也較低。正面角焊縫的靜力強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫，但塑性差。二、最小焊角尺寸三、最大焊角尺寸四、角焊縫最小計(jì)算長(zhǎng)度五、側(cè)面角焊縫最大計(jì)算長(zhǎng)度 每條側(cè)焊縫的長(zhǎng)度不宜小于兩側(cè)面角焊縫之間的距離。兩側(cè)面角焊縫之間的距離b也不宜大于16t (t12mm)或190mm （t12mm）,t為較薄焊件的厚度。 在搭接連接

10、中，當(dāng)僅采用正面角焊縫時(shí)，其搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm。 焊縫長(zhǎng)度及兩側(cè)焊縫間距 搭接連接桿件與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接(a) 兩面?zhèn)群?（b）三面圍焊 （c）L形圍焊角焊縫的計(jì)算單焊縫的三種破壞形式焊縫剪壞焊縫拉壞焊縫斷裂直角角焊縫：計(jì)算截面為450斜截面 普通形 平坡凸形 等邊凹形斜角角焊縫1、當(dāng)平行于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí)，（側(cè)面焊縫）2、當(dāng)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向時(shí)，(正面焊縫)3、在其它力和各種力綜合作用時(shí)4.承受軸心力角鋼的角焊接連接（1）側(cè)面焊接連接時(shí) 設(shè)N1 N2分別為角鋼肢背， 肢尖承受的內(nèi)力（2）角鋼用三面圍焊時(shí)N3作用在正面角焊縫的中間，所以N1、N2個(gè)分一半（3）

11、角鋼用L形圍焊5、彎矩、軸力、剪力共同作用 頂接連接角焊縫計(jì)算3.4焊接殘余應(yīng)力和焊接變形(a）、(b）縱橫向收縮；(c)面內(nèi)彎曲變形；(d)角變形；(e)變曲變形；(f)扭曲變形；(g)薄板失穩(wěn)翹曲變形圖3.27 焊接殘余變形類(lèi)別示意圖焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的危害1、焊接應(yīng)力的影響 對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度無(wú)影響 降低結(jié)構(gòu)的剛度 對(duì)低溫冷脆的影響是決定性的 對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯不利影響2、焊接變形的影響 焊接變形不但影響結(jié)構(gòu)的尺寸和外形美觀，而且有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力，引起事故。焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的防止措施（1）合理的焊縫設(shè)計(jì) 合理的選擇焊縫的尺寸和形式，盡量采用較小的焊縫尺寸。 盡可能能減少

12、不必要的焊縫不適當(dāng)?shù)卮罅坎捎眉觿爬摺?合理地安排焊縫的位置盡量對(duì)稱(chēng)于中性軸，或接近中性軸 盡量避免焊縫的過(guò)分集中和交叉加勁肋進(jìn)行切角 盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力（2）合理的工藝措施 采用合理的焊接順序和方向先焊工作時(shí)受力較大的焊縫或收縮量較大的焊縫。 采用反變形法 錘擊或輾壓焊縫在剛焊完時(shí)進(jìn)行。錘擊應(yīng)保持均勻、適度，避免錘擊過(guò)分產(chǎn)生裂紋。 對(duì)于小尺寸焊件焊前預(yù)熱r e t u r n G O G O3.5 螺栓連接 普通螺栓連接按受力情況可分為抗剪連接和抗拉連接，也有同時(shí)抗剪和抗拉的?？辜暨B接又有單面受剪和雙面受剪以及多面受剪等不同情況。普通螺栓抗剪連接通 普通螺栓抗拉連接1、螺栓的排列

13、螺栓在構(gòu)件上排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一、整齊而緊湊，通常分為并列和錯(cuò)列兩種形式。 螺栓的排列r e t u r n2、螺栓在構(gòu)件上的排列應(yīng)滿足受力、構(gòu)造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距過(guò)小時(shí)，鋼材有剪斷或撕裂的可能。各排螺栓距和線距太小時(shí)，構(gòu)件有沿折線或直線破壞的可能。對(duì)受壓構(gòu)件，當(dāng)沿作用方向螺栓距過(guò)大時(shí)，被連板間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。（2）構(gòu)造要求：螺栓的中矩及邊距不宜過(guò)大，否則鋼板間不能緊密貼合，潮氣侵入縫隙使鋼材銹蝕。（3）施工要求：要保證一定的空間，便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓板手?jǐn)Q緊螺帽。 G O3、螺栓的其他構(gòu)造要求螺栓連接除了滿足上述螺栓排列的容許距離外，根據(jù)不同情況尚應(yīng)滿足下列構(gòu)造要求：

14、（1）為了使連接可靠，每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不宜少于兩個(gè)。但根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用一個(gè)螺栓。（2）對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽或其他防止螺帽松動(dòng)的有效措施。例如采用彈簧墊圈，或?qū)⒙菝被蚵輻U焊死等方法。（3）由于C級(jí)螺栓與孔壁有較大間隙，只宜用于沿其桿軸方向受拉的連接。承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接中，也可用C級(jí)螺栓受剪。但在重要的連接中，不得采用C級(jí)螺栓。應(yīng)優(yōu)先采用高強(qiáng)度螺栓。（4）沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板（法蘭板），應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)其剛度（如加設(shè)加勁肋），以減少撬力對(duì)螺栓抗拉承載力

15、的不利影響。4、孔、螺栓圖例普通螺栓連接計(jì)算抗剪螺栓-依靠螺桿抗剪和螺桿對(duì)孔壁的承壓，傳遞垂直于螺栓的外力抗拉螺栓-依靠螺桿受拉傳遞平行于螺桿的外力1、抗剪普通螺栓連接構(gòu)造破壞形式主要有 a）螺栓剪斷 b）鋼板孔壁擠壓破壞 c）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷 d）構(gòu)件端部被剪壞 e） 螺栓彎曲破壞通過(guò)計(jì)算避免通過(guò)構(gòu)造避免螺栓剪斷當(dāng)構(gòu)件上的螺孔端距大于2d0，就可避免當(dāng)螺栓的夾緊長(zhǎng)度不超過(guò)直徑的5倍，就可避免普通受剪螺栓受力狀態(tài)： 彈性時(shí)兩端大而中間?。?“解紐扣”現(xiàn)象），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。 當(dāng) L115d0 時(shí)， =1.0當(dāng) 15d0 L1 60d0 時(shí)， =1.1L1/150d0 當(dāng) L1 60d0 時(shí)， =0.7 為防止“解紐扣”破壞，當(dāng)連接長(zhǎng)度L1 較大時(shí)，應(yīng)將螺栓的承載力乘以折減系數(shù) ：2、抗剪普通螺栓連接構(gòu)造(a) 單剪 (b) 雙剪 (c) 四剪面3)、軸心力作用下螺栓群抗剪計(jì)算a)螺栓數(shù)目b)構(gòu)件凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算例3.6 P63考慮各個(gè)螺栓均勻受力 G O受拉螺栓的計(jì)算承受軸心力作用承受彎矩作用3.8 高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造摩擦型剪力達(dá)到摩擦力的極