鋼結(jié)構(gòu)的連接

鋼結(jié)構(gòu)的連接第1頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四本章學習要點掌握連接的構(gòu)造設計，能熟練地進行傳力分析及連接的計算；能嚴格區(qū)分：焊透的對接焊縫連接和直角角焊縫連接的工作狀態(tài)和計算方法的不同點；普通螺栓連接和高強度螺栓連接的工作狀態(tài)和計算方法的不同點；了解各種連接的特點；了解焊接殘余應力和焊接殘余變形的基本概念及其對結(jié)構(gòu)工作的影響。第2頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊接連接螺栓連接鉚釘連接第3頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四一、焊接連接方法：電弧產(chǎn)生熱量—焊條和焊件局部熔化—冷卻凝結(jié)成焊縫—焊件連接成一體。優(yōu)點：不削弱截面，構(gòu)造簡單，方便施工，連接剛度大。缺點：材質(zhì)變脆，存在殘余應力，對裂紋敏感。應用范圍：工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)中的絕大部分連接。對接焊縫連接角焊縫連接第4頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四二、鉚釘連接方法：孔比鉚釘直徑大1mm，釘桿加熱900～1000℃，插入釘孔，鉚釘槍打鉚。優(yōu)點：連接剛度大，傳力可靠。缺點：對施工技術(shù)要求很高，費鋼費工。應用范圍：目前已逐步被高強螺栓所取代。

第5頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四二、螺栓連接方法：通過螺栓產(chǎn)生緊固力，使被連接件連接成為一體。分類：普通螺栓連接

高強度螺栓連接A級、B級螺栓C級螺栓摩擦型承壓型10.9S、8.8S高強度螺栓熱處理后的屈強比的10倍熱處理后的抗拉強度的1％4.64.88.8N第6頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四二、螺栓連接普通螺栓連接A級、B級螺栓C級螺栓（精制螺栓）（粗制螺栓）螺栓孔Ⅰ類孔Ⅱ類孔應用范圍：直接受較大動力荷載的重要結(jié)構(gòu)的安裝螺栓受拉安裝螺栓；次要結(jié)構(gòu)、可拆卸結(jié)構(gòu)的受剪連接；安裝時的臨時連接d0－d1.5mm~3.0mmd0－d0.3mm~0.5mm第7頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四二、螺栓連接高強度螺栓連接摩擦型傳力方法：依靠接觸面間的摩擦力來阻止其相互滑移，傳遞外力。優(yōu)點：連接變形小，受力好，耐疲勞，可拆換，施工簡便。應用范圍：橋梁、高層鋼結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)d0－d1.5mm~2.0mm第8頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四二、螺栓連接高強度螺栓連接承壓型傳力方法：先由摩擦傳力，滑移后依靠栓桿抗剪和承壓傳力。優(yōu)點：承載能力高。應用范圍：承受靜力或間接動力荷載的結(jié)構(gòu)缺點：摩擦力被克服后變形較大。d0－d1.0mm～1.5mm第9頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四3.2焊接連接的特性焊接方法焊縫連接形式第10頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四一、焊接方法——電弧焊（1）手工電弧焊方法：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。優(yōu)點：方便，特別在高空和野外作業(yè)，小型焊接；焊條：E43××（T42××）——適用于Q235E50××（T50××）——適用于Q345E55××（T55××）——適用于Q390，Q420其中43，50，55——最小抗拉強度××——焊接位置及電流種類，藥皮。缺點：質(zhì)量波動大，要求焊工等級高，勞動強度大，效率低。

焊機導線熔池焊條焊鉗保護氣體焊件電弧第11頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四一、焊接方法——電弧焊（2）自動（半自動）埋弧焊方法：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊絲、焊劑和母材形成焊縫。優(yōu)點：焊縫質(zhì)量均勻，內(nèi)部缺陷少，塑性、沖擊韌性好，焊接速度快，生產(chǎn)效率高，成本低，勞動條件好；適用：梁、柱、板等的大批量拼裝制造焊縫。

半自動——不規(guī)則的焊縫或間斷短焊縫自動——有規(guī)則的較長焊縫、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件埋弧自動焊第12頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四一、焊接方法——電弧焊（3）CO2氣體保護焊方法：CO2氣體作為電弧的保護介質(zhì)，使熔化金屬與空氣隔離，以保持焊接過程穩(wěn)定。優(yōu)點：焊接速度快，強度高、塑性和抗腐性好。適用：厚或特厚鋼板的焊接。

第13頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接連接視頻演示第14頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四二、焊接連接形式對接連接搭接連接T形連接角部連接第15頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接連接形式動畫演示第16頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四三、焊縫形式對接焊縫焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫按沿長度方向的布置連續(xù)角焊縫斷續(xù)角焊縫正對接焊縫斜對接焊縫按外力方向側(cè)焊縫——焊縫軸線平行于力線；端焊縫——焊縫軸線垂直于力線；斜焊縫——焊縫軸線傾斜于力線。

角焊縫第17頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：側(cè)焊縫back第18頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：端焊縫back第19頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：斜焊縫back第20頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四四、焊縫的施焊位置平焊立焊橫焊仰焊船形焊第21頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四3.3對接焊縫的構(gòu)造和計算對接焊縫的構(gòu)造對接焊縫的強度對接焊縫的計算第22頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四對接焊縫的構(gòu)造按焊件厚度不同，在焊件邊緣加工成不同形式的坡口連接不同寬度或厚度的鋼板時，應從板的一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1：2.5的斜角，兩鋼板厚度<4mm時，直接用焊縫找坡；為消除焊口的缺陷，施焊時可在焊縫兩端設置引弧板，無法采用時，計算時每條焊縫的長度各減去10mm。第23頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四對接焊縫的強度缺陷質(zhì)量檢驗方法焊縫級別（GB50205-95)外觀檢查無損檢驗外觀缺陷、幾何尺寸內(nèi)部缺陷超聲波GB50205-95——鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范三級：全部外觀檢查；二級：全部外觀檢查；超聲波抽查每條焊縫長度20％；一級：全部外觀檢查；超聲波探傷焊縫長度的100％。GB11345——鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級第24頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四對接焊縫的計算原理對接焊縫的截面與被焊構(gòu)件的截面相同，焊縫中的應力情況與被焊件截面中的基本相同，因而對接焊縫連接的計算方法與構(gòu)件強度計算相似。即：焊縫中最大正應力、剪應力、折算應力等小于相應的焊縫強度設計值，則焊縫安全。第25頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四（一）N作用的對接焊縫外力作用于焊縫的垂直方向，合力通過焊縫中心?；蛉艚?jīng)驗算強度不夠，可采用斜焊縫；當tgθ≤1.5時，可以不算。

第26頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四（二）M和V共同作用的對接焊縫矩形截面第27頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四（二）M和V共同作用的對接焊縫工字形截面翼緣與腹板相交處第28頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四（三）N、M和V共同作用的對接焊縫矩形截面第29頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四（三）N、M和V共同作用的對接焊縫工字形截面翼緣與腹板相交處形心處第30頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四3.4角焊縫的構(gòu)造和計算角焊縫的構(gòu)造角焊縫的受力特點和強度角焊縫的計算第31頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四角焊縫的形式側(cè)焊縫端焊縫斜焊縫普通型、平坦型、凹面型按兩邊的夾角直角角焊縫斜角角焊縫第32頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四角焊縫的構(gòu)造最小焊腳尺寸：對于貼邊焊當t>6mm時，當t≤6mm時，最大焊腳尺寸：第33頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四角焊縫的構(gòu)造側(cè)面角焊縫的最大計算長度：（靜力或間接動力荷載）（動力荷載）40mm角焊縫的最小計算長度：桿件與節(jié)點板的連接焊縫，一般采用兩邊側(cè)焊縫、三面圍焊或L形焊縫。當角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，作長度為2hf的繞角焊，所有圍焊和繞角焊的轉(zhuǎn)角處，必須連接施焊。圍焊和繞角焊：第34頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四角焊縫的構(gòu)造兩側(cè)焊縫連接的焊縫長度及搭接寬度：200mm（tmin≤12mm）（tmin>12mm)t1t2端焊縫連接的搭接長度：第35頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四角焊縫的強度側(cè)面角焊縫的應力狀態(tài)簡單；彈性階段；τ兩端大，中間??；破壞面：45度喉部截面。第36頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四角焊縫的強度正面角焊縫的應力狀態(tài)復雜；破壞面：AB、BC、BD截面。破壞強度高于側(cè)面角焊縫。塑性變形低于側(cè)面角焊縫。第37頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四直角角焊縫強度計算的基本公式NsinθNcosθNNsinθ第38頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四直角角焊縫強度計算的基本公式正面角焊縫的強度設計值增大系數(shù)直接承受動力荷載時：端焊縫：側(cè)焊縫：第39頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四軸心力作用時角焊縫連接的計算用蓋板的對接連接1．正面角焊縫受力：2．側(cè)面角焊縫受力：3．三面圍焊縫受力：第40頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四軸心力作用時角焊縫連接的計算斜向軸心力1．分力法：2．直接法：斜焊縫的強度設計值增大系數(shù)直接承受動力荷載時：第41頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四軸心力作用時角焊縫連接的計算角鋼和節(jié)點板的連接——三面圍焊第42頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四軸心力作用時角焊縫連接的計算角鋼和節(jié)點板的連接——兩面?zhèn)群傅?3頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四軸心力作用時角焊縫連接的計算角鋼和節(jié)點板的連接——L形焊第44頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四M、N、V聯(lián)合作用矩形截面第45頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四M、N、V聯(lián)合作用工字梁（或牛腿）與柱翼緣假定：腹板焊縫承受全部剪力，全部焊縫承受彎矩第46頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四M、N、V聯(lián)合作用工字梁（或牛腿）與柱翼緣第47頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四M、N、V聯(lián)合作用工字梁（或牛腿）與柱翼緣假定：腹板焊縫承受全部剪力，翼緣焊縫承受全部彎矩第48頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四M、N、V聯(lián)合作用工字梁（或牛腿）與柱翼緣第49頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四T、V、N聯(lián)合作用圍焊受T作用的計算假定（1）鋼板絕對剛性，焊縫在彈性范圍內(nèi)工作；（2）焊縫上任一點的應力，其方向與該點和焊縫形心點的連線垂直，其大小與連線的長度成正比。第50頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四T、V、N聯(lián)合作用圍焊受T、V、N作用AB第51頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四T、V、N聯(lián)合作用圍焊受T、V、N作用T：V：N：第52頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四3.5焊接應力和焊接變形焊接應力產(chǎn)生的原因焊接應力對結(jié)構(gòu)的影響焊接變形的產(chǎn)生和防止第53頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接應力和變形鋼材焊接時在焊件上產(chǎn)生局部高溫的不均勻溫度場，導致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內(nèi)部殘存應力并引起變形。第54頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接應力的分類和產(chǎn)生原因縱向焊接應力第55頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接應力的分類和產(chǎn)生原因橫向焊接應力第56頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接應力的分類和產(chǎn)生原因厚度方向焊接應力第57頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接應力對結(jié)構(gòu)性能的影響對靜力強度無影響無焊接應力：有焊接應力：第58頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接應力對結(jié)構(gòu)性能的影響降低構(gòu)件的剛度無焊接應力：有焊接應力：第59頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接應力對結(jié)構(gòu)性能的影響降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力

降低構(gòu)件的疲勞強度

加劇低溫冷脆

第60頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接變形縱向和橫向收縮彎曲變形角變形波浪變形扭曲變形第61頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：焊接殘余變形－彎曲變形back第62頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：焊接殘余變形－角變形第63頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：焊接殘余變形－角變形back第64頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：焊接殘余變形－波浪變形第65頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：焊接殘余變形－波浪變形back第66頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：焊接殘余變形－扭曲變形（順序錯誤）back第67頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四焊接變形對結(jié)構(gòu)工作的影響構(gòu)件不平整，安裝困難，且產(chǎn)生附加應力；變軸心受壓構(gòu)件為偏心受壓構(gòu)件。第68頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四減少焊接應力和變形的措施設計方面

（1）對稱布置焊縫，減小變形；（2）采用細長，不采用短粗的焊縫；

（3）不等高連接加不大于1/2.5的斜坡，減小應力集中；

（4）焊縫不宜過于集中，不要出現(xiàn)三向交叉焊縫；

（5）避免厚度方向收縮應力；（6）注意施焊方便，以保證焊接質(zhì)量。

第69頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四減少焊接應力和變形的方法工藝方面（3）焊件預熱、焊后回火、局部加熱法；（4）錘擊法；（2）反變形法；（1）合理施焊次序；第70頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：合理的施焊順序第71頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：合理的施焊順序（跳焊）第72頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四動畫：工字型截面焊接變形（順序正確）back第73頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四3.6普通螺栓連接的構(gòu)造和計算普通螺栓的排列和構(gòu)造要求普通螺栓的工作性能螺栓群的計算第74頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四螺栓的排列并列簡單，但截面消弱較大錯列可減小截面消弱，但排列較繁第75頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四螺栓的排列受力施工構(gòu)造型鋼還應符合線距和最大孔徑要求。排列原則按最小容許距離5mm倍數(shù)等距離布置第76頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四連接分類抗剪螺栓連接抗拉螺栓連接拉剪螺栓連接受剪連接——板件之間有相對錯動的趨勢；

受拉連接——板件之間有相互脫開的趨勢。

第77頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓連接受力性能栓桿傳力彈性段（2～3）：靠螺栓與孔壁接觸傳力；

滑移段（1～2）：摩擦阻力被克服后，板件間產(chǎn)生滑移，栓（釘）桿與孔壁相接觸，滑移量取決于栓（釘）桿與孔的間距；

彈塑性階段（3～4）：剪切變形迅速加大，直到破壞為止。

彈性段（0～1）：板件間相互擠壓，靠摩擦阻力傳力；

第78頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓連接破壞形式栓桿剪斷

孔壁擠壓壞

鋼板拉斷

端部鋼板剪斷

栓桿受彎破壞

第79頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓連接計算（1）單個受剪螺栓的承載力設計值

一個螺栓的抗剪承載能力：

一個螺栓抗擠壓承載能力：

第80頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓連接計算（2）螺栓群計算

基本假定：螺栓群均勻受力。

1）螺栓群受軸心力作用

所需螺栓數(shù)目第81頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓連接計算（2）螺栓群計算

基本假定：①被連接板是剛性的,螺栓是彈性的；

②在扭矩作用下，繞螺栓群中心旋轉(zhuǎn)，每個螺栓受力大小與其到形心的距離成正比，方向垂直于矢徑。

2）螺栓群受偏心力作用（受扭）

第82頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓連接計算（2）螺栓群計算

2）螺栓群受偏心力作用（受扭）

第83頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓連接受力性能構(gòu)件有分離趨勢，使螺栓沿桿軸方向受拉

杠桿效應——由于被連接件的剛度不夠，在螺栓中產(chǎn)生附加應力。

規(guī)范中考慮杠桿效應，降低了螺栓的抗拉強度，同時要求設計中應采取構(gòu)造措施以減少不利影響。破壞形式：螺桿被拉斷。第84頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓連接計算（1）單個受拉螺栓的承載力設計值

第85頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓連接計算（2）螺栓群的計算

1）螺栓群受軸心力作用基本假定：螺栓群均勻受力。

所需螺栓數(shù)目第86頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓連接計算（2）螺栓群計算

基本假定：螺栓群繞最下排螺栓旋轉(zhuǎn)，各排螺栓受力大小與其到最下排的距離成正比。

2）螺栓群受彎矩作用

第87頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓連接計算（2）螺栓群計算

2）螺栓群受彎矩作用第88頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓連接計算（2）螺栓群計算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

第89頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓連接計算（2）螺栓群計算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

A.小偏心情況偏心較小，承受拉力為主，螺栓群全部受拉，端部無受壓區(qū)。中和軸——形心軸O第90頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓連接計算（2）螺栓群計算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

B.大偏心情況偏心較大，承受彎矩為主，端部有受壓區(qū)。中和軸——最下排螺栓第91頁，共102頁，2023年，2月20日，星期四拉剪螺栓連接受力性能和計算拉力：Nt同前N1max剪力：相關(guān)方程：孔壁承壓破壞螺桿受剪兼