STRU-04-第四章 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的連接

第四章起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的連接

第一節(jié)

焊接連接

第二節(jié)螺栓連接

第四章作業(yè)第四章起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的連接

鋼板、型鋼等基本元件連接構(gòu)件連接

整體鋼結(jié)構(gòu)焊接鉚接螺栓連接銷軸連接起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)常用的連接方式：銷軸連接圖例第一節(jié)

焊接連接

起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)常用焊接方法：電焊（電弧焊、電阻焊、電渣焊）氣焊

手工焊

電弧焊自動(dòng)焊半自動(dòng)焊

一、焊接接頭的型式

頂接對(duì)接搭接二、焊縫的種類及構(gòu)造

1．對(duì)接焊縫：板邊開坡口的焊縫都稱為對(duì)接焊縫。

圖4-2對(duì)接焊縫常用坡口型式及標(biāo)注方法構(gòu)造要求：

圖4-3不同寬度或厚度的構(gòu)件對(duì)接

2．角焊縫：不開坡口的焊縫都稱為角焊縫。

角焊縫的兩個(gè)主要參數(shù)：

焊腳尺寸hf

：等腰直角三角形的腰長(zhǎng)(亦稱焊高)；

計(jì)算厚度he

：等腰直角三角形斜邊上的高(亦稱有效厚度)。

手工焊：he=hfsin45=0.7hf自動(dòng)焊：he=hf

he手工焊自動(dòng)焊

角焊縫的尺寸應(yīng)符合下列要求：

⑴最小焊腳尺寸

(mm)，當(dāng)焊件厚度tmax≤4mm時(shí)，取hf=tmax。⑵最大焊腳尺寸hfmax≤1.2tmin。⑶角焊縫最小計(jì)算長(zhǎng)度?fmin≥40mm及8hf。⑷側(cè)焊縫最大計(jì)算長(zhǎng)度?fmax≤60hf

（承受靜載荷時(shí)）或40hf（承受動(dòng)載荷時(shí)）。1．對(duì)接焊縫

計(jì)算截面積=δ(焊縫計(jì)算厚度)×?f(焊縫計(jì)算長(zhǎng)度)

計(jì)算假定：計(jì)算截面上，應(yīng)力均勻分布。⑴承受軸心拉力或壓力的對(duì)接焊縫計(jì)算

對(duì)接斜焊縫對(duì)接正焊縫三、焊縫計(jì)算

?f──焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，采用引弧板時(shí)，取焊縫實(shí)長(zhǎng)，否則取焊縫實(shí)長(zhǎng)減10mm。[σh]、[τh]──對(duì)接焊縫的許用正應(yīng)力、剪應(yīng)力，查表4-1。表4-1焊縫的許用應(yīng)力⑵承受彎矩和剪力共同作用時(shí)的對(duì)接焊縫計(jì)算

如工字鋼：最大正應(yīng)力（圖示計(jì)算點(diǎn)1）最大剪應(yīng)力（圖示計(jì)算點(diǎn)0）折算應(yīng)力（圖示計(jì)算點(diǎn)2）2．角焊縫

側(cè)焊縫的破壞形式計(jì)算截面積=he×∑?f(焊縫計(jì)算長(zhǎng)度之和)

計(jì)算假定：對(duì)角焊縫，無(wú)論其受何種力作用（軸向力、彎矩、扭矩等），一律認(rèn)為角焊縫的破壞形式是沿焊縫450分角面方向發(fā)生剪切破壞。

同時(shí)假定剪應(yīng)力在計(jì)算截面上均勻分布。

⑴承受軸向拉力（或壓力）的角焊縫計(jì)算

受軸向力的角焊縫計(jì)算圖剪應(yīng)力沿側(cè)焊縫分布圖lf——焊縫接頭一側(cè)，各段角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度之和。規(guī)定：側(cè)焊縫?fmax≤60hf

(靜載)或40hf(動(dòng)載)角焊縫按下式驗(yàn)算強(qiáng)度不對(duì)稱構(gòu)件搭接接頭處焊縫長(zhǎng)度的分配：肢背、肢尖焊縫所受剪應(yīng)力：

角鋼與節(jié)點(diǎn)板的搭接接頭

N1

e1=N2e2對(duì)重心取矩：若使τ1

=τ2則l1——肢背焊縫長(zhǎng)度；l2——肢尖焊縫長(zhǎng)度。

不對(duì)稱構(gòu)件搭接接頭處焊縫長(zhǎng)度的分配：等肢角鋼不等肢角鋼并以短肢焊連節(jié)點(diǎn)板

不等肢角鋼并以長(zhǎng)肢焊連節(jié)點(diǎn)板不等肢角鋼以短肢焊連節(jié)點(diǎn)板不等肢角鋼以長(zhǎng)肢焊連節(jié)點(diǎn)板⑵承受扭矩和剪力共同作用時(shí)的角焊縫計(jì)算偏心載荷P計(jì)算假定：軸力P扭矩Mn

式中C為比例常數(shù)，均布①連板件是絕對(duì)剛性的，而焊縫是彈性的。②P+Mn焊縫上任一微面積元傳遞的剪力為

剪力dN繞O點(diǎn)的力矩為全部焊縫傳遞的扭矩應(yīng)與外扭矩Mn平衡

由此求得比例常數(shù)式中Ip──焊縫計(jì)算截面對(duì)形心O點(diǎn)的極慣性矩，按下式計(jì)算:因此焊縫上任一點(diǎn)處的剪應(yīng)力為剪應(yīng)力沿坐標(biāo)軸方向的分量x及y

為

焊縫任一點(diǎn)處的總剪應(yīng)力為

⑶承受彎矩和剪力共同作用時(shí)的角焊縫計(jì)算

偏心載荷Q剪力Q+彎矩M

(Q×e)計(jì)算假定：剪力Q由腹板焊縫平均承受

彎矩M由全部焊縫承受

τQ與τM的向量和為四、焊接的疲勞強(qiáng)度

工作級(jí)別≥A6級(jí)的焊接件應(yīng)驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度(見第三章)。提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

1.合理設(shè)計(jì)焊縫及焊接接頭型式優(yōu)先采用對(duì)接平焊縫；避免焊縫立體交叉；使焊縫重心與構(gòu)件重心重合。2.采用合理的焊接工藝盡量采用自動(dòng)焊；采用合理的焊接程序，盡量避免仰焊和立焊；焊縫兩端采用引弧板；

不同寬、厚構(gòu)件對(duì)接時(shí),接頭處板的寬度或厚度應(yīng)逐漸過渡。

第二節(jié)螺栓連接

第二節(jié)螺栓連接

一、概述1.螺栓分類

普通螺栓：材料為35#、45#、Q235等；高強(qiáng)度螺栓：材料40B或45#經(jīng)熱處理。精制：用于受拉或受剪的連接。粗制：用于受拉的連接或臨時(shí)定位用；螺栓普通螺栓高強(qiáng)度螺栓受剪時(shí)，按設(shè)計(jì)準(zhǔn)則分為：高強(qiáng)度螺栓摩擦型：外剪力＜摩擦力，用于受動(dòng)載的連接；承壓型：外剪力＞摩擦力，用于受靜力或間接動(dòng)載的連接.承壓型螺栓連接普通螺栓連接:靠螺栓的抗剪和承壓來(lái)傳遞外剪力。

高強(qiáng)度螺栓連接

摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接：僅靠構(gòu)件間的摩擦力傳遞外剪力；

承壓型高強(qiáng)度螺栓連接：靠構(gòu)件間的摩擦力和螺栓的承壓、剪切共同傳遞外剪力。

2．螺栓連接的工作原理3．承壓型螺栓連接的破壞形式圖承壓型螺栓連接的破壞型式(a)栓身剪壞；(b)板被剪壞；(c)栓身壓壞；(d)板被壓壞；(e)栓身彎曲破壞；(f)栓身拉斷二、螺栓連接的布置1．布置原則:排列簡(jiǎn)單、緊湊，規(guī)格盡量統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)合理，裝拆方便。2．排列方式

圖螺栓排列及其最小栓距

（a）并列式；

（b）錯(cuò)列式。

1．單栓抗剪承載力⑴普通螺栓的單栓抗剪承載力

計(jì)算假定：壓應(yīng)力在栓孔直徑平面上均布；剪應(yīng)力在栓身截面上均布。

根據(jù)承壓條件決定的單栓承載力為根據(jù)抗剪條件決定的單栓承載力為單栓的抗剪承載力取二者中較小者，即

(4-16a)(4-16b)(4-17)back三、受剪螺栓連接的計(jì)算式中 d──螺栓栓身直徑；

──同一方向承壓板件總厚度,取兩個(gè)方向板件總厚度較小者；nj──剪切面數(shù)目，單剪nj

=1，雙剪nj

=2；=min(，1+2）──孔壁許用承壓應(yīng)力,對(duì)粗制螺栓,,對(duì)精制螺栓,為被連接構(gòu)件基材的許用正應(yīng)力；

──螺栓的許用剪應(yīng)力,對(duì)粗制螺栓,,對(duì)精制螺栓,為螺栓材料的許用正應(yīng)力.

⑵摩擦型高強(qiáng)度螺栓的單栓抗剪承載力

式中

P──單栓的預(yù)緊力，見表4-3；

f──摩擦系數(shù)，見表4-4；

nm──傳力摩擦面數(shù)，單剪nm=1，雙剪nm=2。

(4-18)2．軸心受剪螺栓連接的計(jì)算

計(jì)算假定：各螺栓受力相等。

連接所需螺栓數(shù)

(4-19)普通螺栓[N]按式（4-17）計(jì)算；摩擦型高強(qiáng)度螺栓[N]按式(4-18)計(jì)算。

式中[N]對(duì)接接頭搭接接頭被連接件強(qiáng)度驗(yàn)算

(4-20)I—I截面II—II截面Aj計(jì)算簡(jiǎn)圖（a）并列式；（b）錯(cuò)列式；（c）計(jì)算圖3．偏心受剪螺栓連接的計(jì)算⑵扭矩M作用下⑴剪力F

計(jì)算假定：

偏心載荷F軸力F+彎矩M(F×e)

任一螺栓傳遞的扭矩為

Mi=NMi?ri=k?ri2(4-22)由此求得比例常數(shù)為根據(jù)平衡條件，所有螺栓傳遞的扭矩應(yīng)等于外扭矩任一螺栓所受剪力為

普通螺栓[N]按式（4-17）計(jì)算；摩擦型高強(qiáng)度螺栓[N]按式(4-18)計(jì)算。

式中[N](4-23)(4-24)在軸力F及扭矩M共同作用，螺栓最大剪力為back

普通螺栓受力分析圖

I-螺栓；II-被連接件。校核式1．受拉螺栓的單栓承載力四、受拉螺栓連接的計(jì)算⑴普通螺栓單栓抗拉承載力⑵高強(qiáng)度螺栓的單栓抗拉承載力

校核式：高強(qiáng)度螺栓受力分析圖I-螺栓；II-被連接件。

2.彎矩使螺栓受拉時(shí)螺栓連接的計(jì)算⑴普通螺栓連接

剛性法蘭板繞邊緣傾覆；中性軸位于y0軸上；Ti與成正比:普通螺栓受力圖計(jì)算假定

若第i列螺栓數(shù)為mi，則所有螺栓對(duì)y0軸的合力矩應(yīng)與外力矩M平衡：

(4-29)距中性軸最遠(yuǎn)點(diǎn)處，螺栓最大拉力驗(yàn)算式則比例常數(shù)距中性軸y0距離為xi的螺栓受力為⑵高強(qiáng)度螺栓連接

校核：(4-30)高強(qiáng)度螺栓受力圖

則假定中性軸為y軸1.同時(shí)受拉、受剪螺栓連接的單栓承載力⑴普通螺栓(4-32)可能的破壞形式：螺栓桿受剪兼受拉破壞；孔壁承壓破壞。校核五、同時(shí)受拉受剪螺栓連接的計(jì)算⑵摩擦型高強(qiáng)度螺栓(4-33)(4-34)校核有拉力T作用時(shí)的單栓抗剪承載力為2.同時(shí)受拉、受剪螺栓連接的計(jì)算①螺栓最大拉力

②在剪力N及扭矩Mn作用下螺栓的計(jì)算,見式（4-24）；③在拉力和剪力共同作用下螺栓的計(jì)算,見式(4-32)～(4-34)。

受拉又受剪之螺栓連接普通螺栓高強(qiáng)度螺栓六、梁的拼接計(jì)算①翼緣板拼接所需的螺栓數(shù)

圖梁的安裝拼接翼緣板拼接一側(cè)所需螺栓數(shù)

按等強(qiáng)度條件計(jì)算的內(nèi)力(4-37)(4-38)(4-39)翼緣板傳遞的內(nèi)力②腹板的拼接設(shè)計(jì)

計(jì)算假定：

腹板所受彎矩與其慣性矩成正比

剪力F由腹板承受，則每個(gè)螺栓所承受的力為

(4-40)(4-41)校核(4-24)Mf引起的NMxA、NMyA見式(4-23)第四章作業(yè)4-1設(shè)計(jì)圖4-33所示桁架桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫。已知桿件由等肢雙角鋼制成,節(jié)點(diǎn)板厚δ=10mm,材料Q235，焊條型號(hào)E43，焊縫許用應(yīng)力。軸心拉力N=500KN。圖4-33習(xí)題4-1用圖圖4-34習(xí)題4-2用圖

4-2計(jì)算圖4-34所示周邊焊縫的側(cè)焊縫長(zhǎng)度a。設(shè)焊腳尺寸