20.2鋼結(jié)構(gòu)的連接

2024/6/51第二十章

鋼結(jié)構(gòu)20.2鋼結(jié)構(gòu)的連接2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)2﹡連接要求足夠的強(qiáng)度、剛度和延性。﹡連接方法

焊縫連接、鉚釘連接、螺栓連接。2024/6/53鋼結(jié)構(gòu)圖20-3鋼結(jié)構(gòu)的連接方法1.焊縫連接焊縫連接是通過(guò)電弧產(chǎn)生的熱量使焊條和焊件局部融化，經(jīng)冷卻凝結(jié)形成焊縫，從而將焊件連成一體。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，不削弱構(gòu)件截面，節(jié)約鋼材，制作加工方便，易于采用自動(dòng)化操作，連接的密封性好，剛度大。缺點(diǎn)：焊接殘余應(yīng)力、殘余變形。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)42.鉚釘連接鉚釘連接是將鉚釘加熱后插入構(gòu)件的釘孔中，用鉚釘槍制作封閉釘頭。隨后釘桿由高溫逐漸冷卻而發(fā)生收縮，將被連接的鋼板壓緊。優(yōu)點(diǎn)：塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，適用于直接承受動(dòng)載結(jié)構(gòu)的連接。缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜，費(fèi)鋼費(fèi)工。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)53.螺栓連接螺栓連接分普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。（1）普通螺栓連接優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單、拆裝方便；缺點(diǎn)：用鋼量多。普通螺栓連接分為A、B、C三級(jí)。A級(jí)與B級(jí)：精制螺栓，材料性能等級(jí)則為5.6級(jí)和8.8級(jí)。螺栓的孔徑d0比螺栓公稱(chēng)直徑d大0.2～0.5mm。C級(jí)：粗制螺栓，材料性能等級(jí)為4.6級(jí)或4.8級(jí)。螺栓的孔徑d0比螺栓公稱(chēng)直徑d大1.0～1.5mm。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)6（2）高強(qiáng)度螺栓連接類(lèi)型：一種是只依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過(guò)接觸面摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，稱(chēng)為摩擦型連接；另一種是允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，稱(chēng)為承壓型連接。性能等級(jí)：8.8級(jí)，抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于800N/mm2。10.9級(jí)，抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于1000N/mm2。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)720.2.2焊縫連接1.鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

電弧焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等﹡手工電弧焊2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)8

1—電焊機(jī)；2—導(dǎo)線；3—焊件；4—電弧；5—焊鉗；6—藥皮；7—起保護(hù)作用的氣體；8—熔渣；9—焊縫金屬；10—主體金屬；11—焊絲；12—熔池手工電弧焊焊條與焊件金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)：Q235鋼鋼焊件采用E43或E50系列型焊條；Q345、Q390鋼焊件采用E50或E55系列型焊條；Q420、Q460鋼焊件采用E55或E60系列型焊條。EXX的XX表示焊條的最低抗拉強(qiáng)度。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)9﹡埋弧焊焊條和焊劑要保證熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度不低于相應(yīng)手工焊條數(shù)值。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)101—焊絲轉(zhuǎn)盤(pán)；2—轉(zhuǎn)動(dòng)焊絲的電動(dòng)機(jī)；3—焊劑漏斗；4—電源；5—熔化的焊劑；6—焊縫金屬；7—焊件；8—焊劑；9—移動(dòng)方向﹡氣體保護(hù)焊﹡電阻焊2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)112.焊縫連接的優(yōu)缺點(diǎn)焊接連接與螺栓連接、鉚釘連接比較：﹡優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)材質(zhì)劣化；殘余應(yīng)力、殘余變形；一裂即壞、低溫冷脆。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)123.焊縫缺陷焊縫缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)13﹡焊縫等級(jí)：《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205）分為三級(jí)。

三級(jí)焊縫：外觀檢查，外觀尺寸和缺陷；

二級(jí)焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無(wú)損檢驗(yàn)，用超

聲波檢驗(yàn)每條焊縫的20％長(zhǎng)度，且不小于200mm；

一級(jí)焊縫：在外觀檢查的基礎(chǔ)上用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫全部長(zhǎng)度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷；

對(duì)承受動(dòng)力荷載的重要構(gòu)件焊縫，增加伽馬射線探傷。﹡強(qiáng)度折減：高空安裝焊縫，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.9。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)144.焊縫連接形式及焊縫形式（1）焊縫連接形式按被連接構(gòu)件間的相對(duì)位置：平接、搭接、T形連接、角接。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)15（2）焊縫型式按所受力的方向分：正對(duì)接焊縫和斜對(duì)接焊縫。角焊縫：正面角焊縫和側(cè)面角焊縫。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)16焊縫沿長(zhǎng)度分布情況：連續(xù)角焊縫和斷續(xù)角焊縫。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)17按施焊位置：5.焊縫代號(hào)

﹡作用

表明焊縫形式、尺寸和輔助要求。

﹡表示方法(GB324-88)

由引出線、圖形符號(hào)、輔助符號(hào)三部分組成。

﹡引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)182024/6/5鋼結(jié)構(gòu)19表20-4焊縫代號(hào)焊縫分布復(fù)雜：在圖形上加粗線或柵線表示。20.2.3

對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算1.對(duì)接焊縫的構(gòu)造﹡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

單邊V形縫和雙Y形縫等斜坡口為了和焊縫根部共同形成一個(gè)焊條能運(yùn)轉(zhuǎn)的施焊空間2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)202024/6/5鋼結(jié)構(gòu)21﹡不同寬度和厚度的鋼板拼接2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)22動(dòng)載時(shí)不大于1:4，計(jì)算時(shí)取較薄焊件厚度。圖20-14引弧板圖20-15焊透的T形連接焊縫2.對(duì)接焊縫的計(jì)算計(jì)算焊件的方法。I、II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量，焊縫和構(gòu)件等強(qiáng)不計(jì)算；僅計(jì)算III級(jí)焊縫。（1）軸心受力的對(duì)接焊縫2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)232024/6/5鋼結(jié)構(gòu)24≤或式中

N——軸心拉力或壓力的設(shè)計(jì)值；

lw——焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，當(dāng)采用引弧板施焊時(shí)，取焊縫實(shí)際長(zhǎng)度；當(dāng)未采用引弧板施焊時(shí)，每條焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；

t——在對(duì)接連接中為連接件的較小厚度；在T形連接中為腹板厚度；

——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。規(guī)范規(guī)定當(dāng)斜縫和作用力間夾角θ符合tanθ≤1.5時(shí)，可不計(jì)算焊縫強(qiáng)度。（2）彎矩和剪力共同作用時(shí)對(duì)接焊縫的計(jì)算2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)25≤≤I字形、箱形、T形等構(gòu)件：折算應(yīng)力：2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)26≤1.1

20.2.4角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

1.角焊縫的形式和構(gòu)造（1）角焊縫的形式2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)27按其截面形式不同：普通型、平坦型和凹面型三種。hf：焊腳尺寸。有效截面或計(jì)算截面：α/2角處截面（直角角焊縫在45°角處截面）。有效厚度he=0.7hf。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)28（2）角焊縫的構(gòu)造要求（1）最小焊腳尺寸hf應(yīng)與焊件的厚度相適應(yīng)。對(duì)手工焊，hf

應(yīng)不小于，t為較厚焊件的厚度(mm)，對(duì)自動(dòng)焊，可減小1mm；對(duì)T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm。當(dāng)焊件厚度等于或小于4mm時(shí)，則最小焊腳尺寸應(yīng)與焊件厚度相同。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)29（2）最大焊腳尺寸hf應(yīng)不大于較薄焊件厚度的1.2倍。對(duì)于板件邊緣的焊縫，當(dāng)t≤6mm時(shí)，hf≤t；當(dāng)t>6mm時(shí)，hf＝t－(1~2)mm。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)30（3）不等焊腳尺寸（4）角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度（5）側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度

焊縫長(zhǎng)度lw

也不應(yīng)太長(zhǎng)或太短，其計(jì)算長(zhǎng)度不宜小于8hf和40mm，且對(duì)側(cè)面角焊縫，不宜大于60hf，超出部分不計(jì)。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布，則不受此限。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)312024/6/5鋼結(jié)構(gòu)32（6）角焊縫的其他構(gòu)造要求2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)33圖20-22由槽焊、塞焊防止板件拱曲圖20-23搭接連接要求2.角焊縫的計(jì)算側(cè)面角焊縫的應(yīng)力分布2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)34正面角焊縫的應(yīng)力分布2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)35有效截面等邊角焊縫的最小截面和兩邊焊角成α/2角(直角角焊縫為45o)稱(chēng)為有效截面或計(jì)算截面，不計(jì)余高和溶深。計(jì)算時(shí)假定有效截面上應(yīng)力均勻分布，且不分抗拉、抗壓和抗剪都采用同一強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)36（1）受軸心力焊件的拼接板連接計(jì)算僅側(cè)面角焊縫（圖a）2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)37式中

N——軸心拉力或壓力的設(shè)計(jì)值；

he——角焊縫的有效厚度；

Σlw——連接一側(cè)角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度之和；——角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。圖20-24軸心力作用下角焊縫連接僅正面角焊縫（圖b）2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)38式中N——軸心拉力或壓力的設(shè)計(jì)值；

he——角焊縫的有效厚度；

Σlw——連接一側(cè)角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度之和；——角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；——正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。圖20-24軸心力作用下角焊縫連接三面圍焊時(shí)（圖c）

先計(jì)算計(jì)算正面角焊縫l1受力N1，剩余的N－

N1由側(cè)面角焊縫l2承擔(dān)。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)39圖20-24

軸心力作用下角焊縫連接（2）受軸心力角鋼的連接計(jì)算當(dāng)用兩側(cè)面角焊縫連接時(shí)（圖a）2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)40肢背：肢尖：2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)41

表20-5角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)當(dāng)用三面圍焊縫連接時(shí)（圖b）正面角焊縫承擔(dān)的力為N3

=0.7hf∑lw3βf

ffw側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力為肢背N1

=e2

N/(e1+e2)－N3

/2=K1

N－N3

/2肢尖N2

=e1

N/(e1+e2)－N3

/2=K2N－N3

/22024/6/5鋼結(jié)構(gòu)42L形焊縫（圖c）正面角焊縫承擔(dān)的力為:N3

=2K2N側(cè)面角焊縫承擔(dān)的力為:N1=N－N3

2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)43角鋼肢背焊縫2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)44角鋼肢尖焊縫采用的每條焊縫實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)取其計(jì)算長(zhǎng)度加2hf。20.2.5焊接殘余應(yīng)力和殘余變形1.焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響（1）焊接殘余應(yīng)力的影響

焊接殘余應(yīng)力是一種沒(méi)有荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力,在焊件內(nèi)部自相平衡。1）對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響：無(wú)影響2）增大結(jié)構(gòu)變形3）降低結(jié)構(gòu)的剛度2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)45（2）焊接殘余變形的影響﹡殘余變形形式2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)462.減少和限制焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的措施（1）設(shè)計(jì)方面的措施2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)47（2）工藝上的措施2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)4820.2.6普通螺栓連接的構(gòu)造與計(jì)算受力螺栓一般采用≥M16，常用M16、M20和M24等。1.螺栓的排列和構(gòu)造要求排列方式：并列或錯(cuò)列2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)49圖20-32鋼板上螺栓的排列2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)50圖20-33型鋼的螺栓排列﹡排列要求受力要求：鋼板端部不剪斷，端距不應(yīng)小于2d0;

受拉時(shí)，栓距和線距不應(yīng)過(guò)小；受壓時(shí)，沿作用力方向的栓距不宜過(guò)大構(gòu)造要求：栓距和線距不宜過(guò)大施工要求：有一定的施工空間2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)512024/6/5鋼結(jié)構(gòu)52﹡孔、螺栓圖例2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)532.普通螺栓連接的計(jì)算分為：螺栓只承受剪力、螺栓只承受拉力、螺栓承受拉力和剪力的共同作用。受剪螺栓連接是靠栓桿受剪和孔壁承壓傳力。受拉螺栓連接則是靠沿桿軸方向受拉傳力。拉剪螺栓連接則是同時(shí)兼有上述兩種傳力方式。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)54（1）抗剪螺栓連接1）破壞形式：螺栓桿剪斷；孔壁壓壞；板被拉斷；板端被剪斷；螺栓桿彎曲。2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)552）一個(gè)抗剪螺栓的設(shè)計(jì)承載力計(jì)算抗剪承載力設(shè)計(jì)值：承壓承載力設(shè)計(jì)值：2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)56一個(gè)抗剪螺栓的承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)取上面兩式的較小值。

3）螺栓群的抗剪承載力計(jì)算﹡螺栓數(shù)目2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)57﹡板件凈截面強(qiáng)度

﹡凈截面面積和受力并列（圖a）N1=N；

N2

=N－(n1/n)

N；N3=N－(n1+n2)/n

N

對(duì)被連接板：An=t(b－n1d0)對(duì)拼接板：An=2t1(b－n3d0)2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)58錯(cuò)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

2024/6/5鋼結(jié)構(gòu)59（2）抗拉螺栓連接

﹡破壞形式：螺栓桿拉斷

（1）單個(gè)抗拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值