鋼結(jié)構(gòu)連接計算及構(gòu)造

鋼結(jié)構(gòu)連接接計算及構(gòu)構(gòu)造鋼結(jié)構(gòu)連接接計算及構(gòu)構(gòu)造3.1鋼結(jié)構(gòu)的連連接方法、、形式、表3.2對接焊縫計算3.3角焊縫計算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高強螺栓連接3.1鋼結(jié)構(gòu)的連連接方法、、形式、表表示及特點點鋼材→構(gòu)件→整體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)的連連接方法選選擇的原則則：傳力明確簡簡捷、強度度可靠、保保證安全，，同時還須須構(gòu)造簡單單、材料節(jié)節(jié)約、施工工簡便、造造價降低。。常用的連接接方法一般般采用焊接、栓接和鉚接。(a)焊縫連接；；(b)鉚釘連接；；(c)螺栓連接；；(d)緊固件連接接鋼結(jié)構(gòu)的連連接方法連接方法優(yōu)點缺點焊接對幾何形體適應(yīng)性強，構(gòu)造簡單，省材省工，易于自動化，工效高對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴格，質(zhì)量檢驗工作量大鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動力荷載好費鋼、費工普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡單螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大高強螺栓連接加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價略高射釘、自攻螺栓連接靈活，安裝方便，構(gòu)件無須予先處理，適用于輕鋼、薄板結(jié)構(gòu)不能受較大集中力焊接優(yōu)點：任何形式的的構(gòu)件一般般都可直接接相連，不不削弱構(gòu)件件截面，用用料經(jīng)濟，，構(gòu)造簡單單，加工方方便，連接接剛度大，，密封性能能好，可采采用全自動動或半自動動作業(yè)，生生產(chǎn)效率高高。缺點：焊縫附近鋼鋼材，在高高溫作用下下形成熱影影響區(qū)，其其金相組織織和力學(xué)性性能發(fā)生變變化，導(dǎo)致致局部材質(zhì)質(zhì)變脆；焊焊接過程中中鋼材受到到不均勻的的加溫和冷冷卻，使結(jié)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力和殘余余變形，對對結(jié)構(gòu)的承承載力、剛剛度和使用用性能有一一定的影響響。常用的連接接方法一般般采用焊接、栓接和鉚鉚接。焊接原理鋼結(jié)構(gòu)常用用的焊接方方法是電弧焊,包括手工電弧焊焊、自動或半自動埋埋弧焊及氣體保護焊焊等。手工電弧焊焊電路由焊手工電弧焊焊直流手工電電弧焊—氬弧焊多功功能焊機直流手工電電弧焊施焊焊適于任意空間位位置的焊接，特特別適于焊焊接短焊縫所采用的焊焊條型號應(yīng)應(yīng)與主體金金屬相適應(yīng)P26當不同強度度鋼材焊接接時應(yīng)選用用與強度較低鋼鋼材相適應(yīng)應(yīng)的焊條。自動或半自自動埋弧焊焊自動或半自自動埋弧焊焊主要設(shè)備備是自動電電焊機，沿沿軌道按設(shè)設(shè)定速度移移動，通電電引弧后，，使埋于焊焊劑下的焊焊絲和附近近的焊劑熔熔化，熔渣渣浮在熔化化的焊縫金金屬上面，，使融化金金屬不與空空氣接觸，，并供給焊焊縫金屬以以必要的合合金元素，，隨焊機的的移動，顆顆粒狀焊劑劑不斷從料料斗漏下，，電弧完全全被埋在焊焊劑之內(nèi)，，同時焊絲絲自動地邊邊熔化邊下下降，稱為為自動埋弧弧焊。(沿軌道推移移過程由人人工控制時時，稱為半半自動埋弧弧焊)手工電弧弧直流/直流脈沖沖氬弧焊焊兩用機機1—焊絲轉(zhuǎn)盤盤；2—轉(zhuǎn)動焊絲絲的電動動機；3—焊劑漏斗斗；4—電源；5—熔化的焊焊劑；6—焊縫金屬屬；7—焊件；8—焊劑；9—移動方向向埋弧自動動電弧焊焊原理圖圖門式全自動動埋弧焊機機H型鋼柱上上

的焊焊縫氣體保護護焊設(shè)備來自自上海怡怡賓機氣體保護護焊是利利用惰性氣體體或二氧氧化碳氣體作二氧化碳碳氣體保保護焊塑性和抗抗腐蝕性性好，適適用于全全位置的的焊接。。但不適適用于在在風(fēng)較大大的地方方施焊氣體保護護焊現(xiàn)場場西湖國際際大廈施施工現(xiàn)場場采用二氧氧化碳氣氣體保護護施焊杭州廣播播電視新新樓施工工現(xiàn)場采用二氧氧化碳氣氣體保護護施焊電阻焊電阻焊是是利用電電流通過過焊件接接觸點表表面電阻阻所產(chǎn)生生的熱來來熔化金金屬，再再通過加加壓使其其焊合。。電阻焊焊只適用用于板疊疊厚度不不大于12mm的焊接。。對冷彎彎薄壁型型鋼構(gòu)件件，電阻阻焊可用用來綴合氣焊焊縫的形形式與構(gòu)構(gòu)造1.按構(gòu)件件的相相對位位置分分：對接連連接、、搭接連連接、、Ｔ形連連接、、角接連連接四四種對接焊焊縫直縫斜縫角焊縫縫端縫側(cè)縫斜焊縫縫2.按焊縫縫的種種類分分3.按施焊焊位置置分俯焊立焊橫焊仰焊(a)對接連連接；；(b)用拼接接蓋板板的對對接連連接；；(c)搭接連連接；；(d)、(e)T型連接接；(f)、(g)角部連連接焊縫連連接的的形式式焊縫的的表示示在鋼結(jié)結(jié)構(gòu)施施工圖圖中的的焊縫縫，應(yīng)應(yīng)遵照焊縫符號:主要由圖形符號、輔助符號和引出線等部分組成。圖形符號:表示焊縫截面的基本形式。引出線:由橫線、斜線及箭頭組成，而橫線由兩條平行的實線與虛線組成，可在實線側(cè)或虛線側(cè)標注符號，斜線和箭頭則將整個焊縫符號指向圖形的有關(guān)焊縫處。

連續(xù)角角焊縫縫和間間斷角角焊縫縫<=30t<=15t(受壓)t當焊縫縫分布布不規(guī)規(guī)則時時，在在標注注焊縫縫符號號的同同時，，宜在在焊縫縫處加加粗線線（表表示可可見焊焊縫））或柵柵線（（表示示不可可見焊焊縫）），工工地安安裝焊焊縫加加×號號，如如圖下圖。(a)可見焊焊縫(b)不可見見焊縫縫(c)工地安安裝焊焊縫焊縫標標注方方法見教材材P43焊縫缺缺陷(a)裂紋；；(b)焊瘤；；(c)燒穿；；(d)弧坑；；(e)氣孔；；(f)夾渣；；(g)咬邊；；(h)未熔合合；(i)未焊透透焊縫缺缺陷焊縫質(zhì)質(zhì)量檢檢驗《鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)工程程施工工質(zhì)量量驗收收規(guī)范范》（GB鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)中一般采采用三三級焊焊縫，可滿滿足通通常的的強度度要求求，但但其中中對接接焊縫縫的抗拉強強度有有較大大的變異異性，，其設(shè)設(shè)計值值僅為為主體體鋼材材的85%左右。。因而而對有有較大大拉應(yīng)應(yīng)力的的對接接焊縫縫，以以及直直接承承受動動力荷荷載的的重要要焊縫縫，可可部分分采用二二級焊螺栓連連接優(yōu)點：：施工工工藝簡簡單，，安裝裝方便便，特特別適適用于于工地地安裝缺點：因開孔對構(gòu)件截面有一定的削弱，且被連接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角鋼等連接件，因而比焊接連接用材較多，構(gòu)造也較繁。常用的的連接接方法法一般般采用用焊接接、栓接和鉚接接。鉚釘連連接常用的的連接接方法法一般般采用用焊接接、栓栓接和和鉚接。對接焊焊縫的的計算算對接焊焊縫的的焊件件常需需做成成坡口，故對于一般厚度（6~20mm）的焊件可采用具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和根部間隙c（離縫）共同組成一個焊條能夠運轉(zhuǎn)的施焊空間，使焊縫易于焊透；對于較厚的焊件（t>20mm），則采用U形、K形和X形坡口。(a)直邊縫縫；(b)單邊V形坡口口；(c)V形坡口口；(d)U形坡口口；(e)K形坡口口；(f)X形坡口口對接焊焊縫的的坡口口形式式在對接接焊縫縫的拼拼接處處，當當焊件件的寬寬度不不同或或厚度度相差差4mm以上時時，應(yīng)應(yīng)分別別在寬寬度方方向或或厚度度方向向從一一側(cè)或或兩側(cè)側(cè)做成成坡度度不大大于1:2.5的斜角角（圖圖3.11），以以使截截面過過渡和和緩，，減小小應(yīng)力力集中中。（a）改變變寬度度；（（b）改變變厚度度用引弧弧和引引出板板焊接接鋼板拼拼接對接焊焊縫的的強度度與所所用鋼鋼材的的牌號號、焊焊條型型號及及焊縫縫質(zhì)量量的檢檢驗標抗壓、抗剪強度:與母材強度相同?？估瓘姸?由于三級檢驗的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85%，而一、二級檢驗的焊縫的抗拉強度可認為與母材強度相等。1、軸心心受力力的對對接焊焊縫的的計算算式中l(wèi)w—焊縫計算長度；

t—連接件的較小厚度，對T形接頭為腹板厚度； 、—對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。當加引引弧板板較為為困難難而未未加時時，焊焊縫長長度應(yīng)應(yīng)減去去2t。因此此，在一般般加引引弧板板施焊焊的情情況下下，所所有受受壓、、受剪剪的對對接焊焊縫以以及受受拉的的一、、二級級焊縫縫，均均與母母材等等強，，不用計算算，只有受受拉的的三級級焊縫縫才需需要進進行計計算。2、斜向受力力的對接的的焊接接分別別驗證證正應(yīng)應(yīng)力、、剪應(yīng)應(yīng)力，，有一一定的的近似似性式中l(wèi)w—焊縫的計算長度；加引弧板時，；不加引弧板時，；

—對接焊縫抗剪強度設(shè)計值。例3-1P46GOGO3、承受受彎矩矩和剪剪力聯(lián)聯(lián)合作作用的的對接接焊縫縫對接接接頭受受彎矩矩和剪剪力的的聯(lián)合合作用用，由由于焊焊縫截截面是是矩形形，正正應(yīng)力力與剪剪應(yīng)力力圖形形分別別為三三角形形與拋拋物線線形，，其最最大值值應(yīng)分分別滿滿足下下列強強度條條件。。對接焊焊縫受受彎矩矩和剪剪力聯(lián)聯(lián)合作作用

(3.2)

(3.3)式中，，WW—焊縫截截面模模量；；SW—焊縫截截面面面積矩矩；IW—焊縫截截面慣慣性矩矩。工字形形截面面梁的的接頭頭，采采用對對接焊焊縫，，除應(yīng)應(yīng)分別別驗算算最大大正應(yīng)應(yīng)力和和剪應(yīng)應(yīng)力外外，對對于同同時受受有較較大正（3-4）例3-2P474.承受彎、剪、、軸力共同作作用的對接焊焊縫對稱工字形截截面當工字型鋼梁梁同時承擔(dān)彎彎矩、剪力、、軸力共同作作用時：彎矩、軸力由由全截面共同同承擔(dān)，剪力由腹板承承擔(dān)一、角焊縫的的形式直角角焊縫普通型深熔直角焊縫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結(jié)果果表明，側(cè)面面角焊縫主要要承受剪應(yīng)力力。塑性較好好，彈性模量量低（N/mm2），強度也較較低。正面角角焊縫的靜力力強度高于側(cè)側(cè)面角焊縫，，但塑性差。。二、最小焊角角尺寸三、最大焊角角尺寸四、角焊縫最最小計算長度度五、側(cè)面角焊焊縫最大計算算長度每條側(cè)焊縫的的長度不宜小于兩側(cè)側(cè)面角焊縫之之間的距離。兩側(cè)面角焊焊縫之間的距距離b也不宜大于16t(t＞12mm)或190mm（t≤12mm）,t為較薄焊件的的厚度。在搭接連接中中，當僅采用用正面角焊縫時，其搭接長長度不得小于焊件件較小厚度的的5倍，也不得小于于25mm。焊縫長度及兩兩側(cè)焊縫間距距搭接連接桿件與節(jié)點板板的焊縫連接接(a)兩面?zhèn)群福ǎ╞）三面圍焊（（c）L形圍焊角焊縫的計算算單焊縫的三種種破壞形式焊縫剪壞焊縫拉壞焊縫斷裂直角角焊縫：計算截面為450斜截面普通形平平坡凸形等等邊凹形斜角角角焊縫縫1、當平平行于于焊縫縫長度度方向向時，，（側(cè)側(cè)面焊焊縫））2、當垂垂直于于焊縫縫長度度方向向時，，(正面焊焊縫)3、在其其它力力和各各種力力綜合合作用用時例：3-3P514.承受軸軸心力力角鋼鋼的角角焊接接連接接（1）側(cè)面面焊接接連接接時設(shè)N1N2分別為為角鋼鋼肢背背，肢尖承承受的的內(nèi)力力（2）角鋼鋼用三三面圍圍焊時時N3作用在在正面面角焊焊縫的的中間間，所所以N1、N2個分一一半（3）角鋼鋼用L形圍焊焊5、彎矩矩、軸軸力、、剪力力共同同作用用頂接連連接角角焊縫縫計算算3.4焊接殘殘余應(yīng)應(yīng)力和和焊接接變形形(a）、(b）縱橫橫向收收縮；；(c)面內(nèi)彎彎曲變變形；；(d)角變形形；(e)變曲變變形；；(f)扭曲變變形；；(g)薄板失失穩(wěn)翹翹曲變變形圖3.27焊接殘殘余變變形類類別示示意圖圖焊接殘殘余應(yīng)應(yīng)力和和焊接接變形形的危危害1、焊接接應(yīng)力力的影影響對結(jié)構(gòu)構(gòu)靜力力強度度無影影響降低結(jié)結(jié)構(gòu)的對低溫冷脆的影響是決定性的對結(jié)構(gòu)的疲勞強度有明顯不利影響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。焊接殘殘余應(yīng)應(yīng)力和和焊接接變形形的防（1）合理的焊縫設(shè)計合理的選擇焊縫的尺寸和形式，盡量采用較小的焊縫尺寸。盡可能能減少不必要的焊縫——不適當?shù)卮罅坎捎眉觿爬?。合理地安排焊縫的位置——盡量對稱于中性軸，或接近中性軸盡量避免焊縫的過分集中和交叉——加勁肋進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——在剛焊完時進行。錘擊應(yīng)保持均勻、適度，避免錘擊過分產(chǎn)生裂紋。對于小尺寸焊件焊前預(yù)熱returnGOGO3.5螺栓連連接普通螺螺栓連連接按按受力力情況況可分分為抗剪連連接和抗拉連連接，也有有同時時抗剪剪和抗抗拉的的?？箍辜暨B連接又又有單單面受受剪和和雙面面受剪剪以及及多面面受剪剪等不不同情情況。。普通螺螺栓抗抗剪連連接通通普普通螺螺栓抗抗拉連連接1、螺栓栓的排排列螺栓在在構(gòu)件件上排排列應(yīng)應(yīng)簡單單、統(tǒng)統(tǒng)一、、整齊齊而緊緊湊，螺栓的的排列列return2、螺栓栓在構(gòu)構(gòu)件上上的排排列應(yīng)應(yīng)滿足足受力、、構(gòu)造造和施施工要要求：（1）受力力要求求：在在受力力方向向螺栓栓的端端距過過小時時，鋼鋼材有有剪斷斷或撕撕裂的的可能能。各各排螺螺栓距距和線線距太太小時時，構(gòu)構(gòu)件有有沿折折線或或直線線破壞壞的可可能。。對受受壓構(gòu)構(gòu)件，，當沿沿作用用方向向螺栓栓距過過大時時，被被連板板間易易發(fā)生生鼓曲曲和張張口現(xiàn)現(xiàn)象。。（2）構(gòu)造造要求求：螺螺栓的的中矩矩及邊邊距不不宜過過大，，否則則鋼板板間不不能緊緊密貼貼合，，潮氣氣侵入入縫隙隙使鋼鋼材銹銹蝕。。（3）施工工要求求：要要保證證一定定的空空間，，便于于轉(zhuǎn)動動螺栓栓板手手擰緊緊螺帽帽。GO3、螺栓栓的其其他構(gòu)構(gòu)造要要求螺栓連連接除除了滿滿足上上述螺螺栓排排列的的容許許距離離外，，根據(jù)據(jù)不同同情況況尚應(yīng)應(yīng)滿足足下列列構(gòu)造造要求求：（1）為了（2）對直接承受動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）由于于C級螺栓栓與孔孔壁有有較大大間隙隙，只只宜用用于沿沿其桿桿軸方方向受受拉的的連接接。承承受靜靜力荷荷載結(jié)結(jié)構(gòu)的的次要要連接接、可可拆卸卸結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接和和臨時時固定定構(gòu)件件用的的安裝裝連接接中，，也可可用C級螺栓栓受剪剪。但但在重重要的的連接接中，，不得得采用用C級螺栓栓。應(yīng)應(yīng)優(yōu)先先采用用高強強度螺螺栓。。（4）沿桿桿軸方方向受受拉的的螺栓栓連接接中的的端板板（法法蘭板板），，應(yīng)適適當加加強其其剛度度（如4、孔、、螺栓栓圖例例普通螺螺栓連連接計計算抗剪螺螺栓----依靠螺螺桿抗抗剪和和螺桿桿對孔孔壁的的承壓壓，傳傳遞垂垂直于于螺栓栓的外外力抗拉螺栓栓----依靠螺桿桿受拉傳傳遞平行行于螺桿桿的外力力1、抗剪普普通螺栓栓連接構(gòu)構(gòu)造破壞形式式主要有有a）螺栓剪斷b）鋼板孔壁擠壓壓破壞c）鋼板由于于螺孔削削弱而凈截面拉拉斷d）構(gòu)件端部被剪剪壞e）