《建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)分析》課件-5.2鋼結(jié)構(gòu)的連接

建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)

5鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析與構(gòu)造要求02鋼結(jié)構(gòu)的連接01剪切與擠壓課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和方法03鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼結(jié)構(gòu)的連接1

鋼結(jié)構(gòu)的連接01鋼結(jié)構(gòu)的連接方法課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和方法03螺栓連接02焊接連接一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。

鉚釘連接螺栓連接焊縫連接一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法（一）焊縫連接焊縫連接是通過電弧產(chǎn)生的熱量使焊條和焊件局部熔化，經(jīng)冷卻凝結(jié)成焊縫，從而將焊件連接成為一體。

優(yōu)點(diǎn)：不削弱構(gòu)件截面，節(jié)約鋼材，構(gòu)造簡單，制造方便，連接剛度大，密封性能好，在一定條件下易于采用自動化作業(yè)，生產(chǎn)效率高。

缺點(diǎn)：焊縫附近鋼材因焊接高溫作用形成的熱影響區(qū)可能是某些部位材質(zhì)變脆；焊接過程中鋼材受到分布不均勻的高溫和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，對結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能有一定影響；焊接結(jié)構(gòu)由于剛度大，局部裂紋一經(jīng)發(fā)生很容易擴(kuò)展到整體，尤其是在低溫下易發(fā)生脆斷；焊縫連接的塑性和韌性較差，施焊時可能產(chǎn)生缺陷，使疲勞強(qiáng)度降低。一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

（二）螺栓連接螺栓連接是通過螺栓這種緊固件把連接件連接成為一體。

螺栓連接分普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。

優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡單、安裝方便，特別適用于工地安裝連接，也便于拆卸，適用于需要裝拆結(jié)構(gòu)和臨時性連接。

缺點(diǎn)：需要在板件上開孔和拼裝時對孔，增加制造工作量，且對制造的精度要求較高；螺栓孔還使構(gòu)件截面削弱，且被連接件常需相互搭接或增設(shè)輔助連接板（或角鋼），因而構(gòu)造較繁且多費(fèi)鋼材。一、鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

（三）鉚釘連接鉚釘連接是將一端帶有半圓形預(yù)制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅后迅速插入連接件的釘孔中，然后用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，以使連接達(dá)到緊固。

優(yōu)點(diǎn)：鉚接傳力可靠，塑性、韌性均較好，質(zhì)量易于檢查和保證，可用于重型和直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：鉚接工藝復(fù)雜、制造費(fèi)工費(fèi)料，且勞動強(qiáng)度高，故已基本被焊接和高強(qiáng)度螺栓連接所取代。二、焊接連接（一）焊接方法鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法是電弧焊，包括手工電弧焊、自動或半自動電弧焊以及氣體保護(hù)焊等。

手工電弧焊是鋼結(jié)構(gòu)中最常用的焊接方法，其設(shè)備簡單，操作靈活方便。但勞動條件差，生產(chǎn)效率比自動或半自動焊低，焊縫質(zhì)量的變異性大，在一定程度上取決于焊工的技術(shù)水平。導(dǎo)線二、焊接連接

自動焊的焊縫質(zhì)量穩(wěn)定，焊縫內(nèi)部缺陷較少，塑性好，沖擊韌性好，適合于焊接較長的直接焊縫。半自動焊因人工操作，適用于焊曲線或任意形狀的焊縫。自動和半自動焊應(yīng)采用與主體金屬相適應(yīng)的焊絲和焊劑，焊絲應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，焊劑應(yīng)根據(jù)焊接工藝要求確定。二、焊接連接

氣體保護(hù)焊是用惰性氣體（或CO2）氣體作為電弧的保護(hù)介質(zhì)，使熔化金屬與空氣隔絕，以保持焊接過程穩(wěn)定。氣體保護(hù)焊電弧加熱集中，焊接速度快，熔深大，故焊縫強(qiáng)度比手工焊的高。且塑性和抗腐蝕性好，適合于厚鋼板的焊接。焊絲二、焊接連接

（二）焊縫形式

焊縫連接形式根據(jù)被連接構(gòu)件間的相互位置可分為對接、搭接、T形連接和角接等四種形式。這些連接所用的焊縫有對接焊縫和角焊縫兩種基本形式。在具體應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)連接的受力情況，結(jié)合制造、安裝和焊接條件進(jìn)行選擇。（a）（b）（c）

（d） （e）（f）（g）

（a）對接連接；（b）用拼接蓋板的對接連接；（c）搭接連接；（d）、（e）T形連接；（f）、（g）角部連接二、焊接連接

焊縫按其工作性質(zhì)來分有強(qiáng)度焊縫和密強(qiáng)焊縫兩種。強(qiáng)度焊縫只作為傳遞內(nèi)力之用，密強(qiáng)焊縫除傳遞內(nèi)力外，還必須保證不使氣體或液體滲漏。焊縫按施焊位置分，有平焊、立焊、橫焊和仰焊四種。平焊的施焊工作方便，質(zhì)量好，效率高；立焊和橫焊是在立面上施焊的豎向和水平焊縫，生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量比俯焊的差一些；仰焊是仰面向上施焊，操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此應(yīng)盡量避免采用。

俯焊橫焊

立焊

仰焊

根據(jù)焊縫截面、構(gòu)造可分為對接焊縫和角焊縫兩種基本形式。二、焊接連接（三）焊縫構(gòu)造1.對接焊縫對接焊縫傳力直接、平順、沒有顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象，因而受力性能良好，對于承受靜、動荷載的構(gòu)件連接都適用。但由于對接焊縫的質(zhì)量要求較高，焊件之間施焊間隙要求較嚴(yán)，一般多用于工廠制造的連接中。對接焊縫又稱坡口焊縫，因?yàn)樵谑┖笗r應(yīng)對板件邊緣加工成適當(dāng)形式和尺寸的坡口（如后圖所示）以便焊接時有焊條運(yùn)轉(zhuǎn)的必要空間，保證對接焊縫內(nèi)部有足夠的熔透深度。坡口基本形式可分為I形、單邊V形、V形、X形、U形和K形等。坡口形式隨板厚和焊接方法而不同。采用手工焊時，當(dāng)板厚t≤10mm，可采用不切坡口的I形縫，只需保持間隙0.5~2mm，t≤5mm時可單面焊；當(dāng)板厚t=10~20mm時，采用V形或半V形坡口；對于較厚的板件t≥20mm時，采用X形、U形或K形。對于V形和U形縫的根部還需要清除焊根，并進(jìn)行補(bǔ)焊。沒有條件清根和補(bǔ)焊者，要事先加墊板。當(dāng)采用自動焊時，因所用電流強(qiáng)、熔深大，只在t≥16mm時，才采用V形坡口。二、焊接連接

（a）（b）（c）

（d）（e）（f）

對接焊縫的坡口形式（a）I形縫；（b）單邊V形坡口；（c）V形坡口；（d）U形坡口；（e）K形坡口；（f）X形坡口二、焊接連接

二、焊接連接

二、焊接連接

二、焊接連接

2.角焊縫（1）角焊縫的形式角焊縫按其長度方向和外力作用方向的不同，可分為平行于力作用方向的側(cè)面角焊縫、垂直于力作用方向的正面角焊縫與力作用方向斜交的斜向角焊縫以及圍焊縫。角焊縫截面形式又分為普通式、平坡式和深熔式。圖中hf稱為角焊縫的焊腳尺寸。普通式截面焊腳邊比例為1：1，近似于等腰直角三角形，其傳力線彎折較劇烈，故應(yīng)力集中嚴(yán)重。對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，為使傳力平順，正面角焊縫宜采用兩焊角邊尺寸比例1：1.5的平坡式（長邊順內(nèi)力方向），側(cè)面角焊縫宜采用比例為1：1的深熔式。

（a）（b）（c）角焊縫截面形式（a）普通式；（b）平坡式；（c）深熔式二、焊接連接二、焊接連接二、焊接連接（四）常用焊縫的標(biāo)注方法

《焊縫符號表示法》規(guī)定：焊縫符號一般由基本符號與引出線組成，必要時還可加上輔助符號。

基本符號：表示焊縫的橫截面形狀，如用“”表示角焊縫,用“‖”表示I形坡口的對接焊縫，用“V”表示V形坡口的對接焊縫；

引出線：一般由橫線和帶箭頭的斜線組成，箭頭指向圖形相應(yīng)焊縫處，橫線上方和下方用來標(biāo)注基本符號和焊縫尺寸等。二、焊接連接

焊縫符號二、焊接連接三、螺栓連接（一）普通螺栓連接的構(gòu)造

1.普通螺栓的形式和規(guī)格

鋼結(jié)構(gòu)采用的普通形式為大六角頭型，其代號用字母M與公稱直徑（mm）表示。工程中常用M18，M20，M22，M24。按國際標(biāo)準(zhǔn)，螺栓統(tǒng)一用螺栓的性能等級來表示，如“4.6級”、“8.8級”等。小數(shù)點(diǎn)前數(shù)字表示螺栓材料的最低抗拉強(qiáng)度，如“4”表示400N/mm2，“8”表示800N/mm2。小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字（0.6、0.8）表示螺栓材料的屈強(qiáng)比，即屈服點(diǎn)與最低抗拉強(qiáng)度的比值。

根據(jù)螺栓的加工精度，普通螺栓又分為A、B、C三級。鋼結(jié)構(gòu)連接最常用4.6級或4.8級普通螺栓為C級螺栓；而5.6級與8.8級普通螺栓為A級或B級螺栓，A級、B級螺栓屬精制螺栓，工程中較少采用，C級普通螺栓在鋼結(jié)構(gòu)工程中有廣泛的應(yīng)用。三、螺栓連接螺栓及其孔眼圖例三、螺栓連接三、螺栓連接

螺栓的排列應(yīng)簡單、統(tǒng)一而緊湊，滿足受力要求，構(gòu)造合理又便于安裝。排列方式有并列和錯列兩種排列（如圖所示）。并列較簡單，錯列較緊湊。

（a）（b）

螺栓的排列及間距

a）并列排列；（b）錯列排列

2.普通螺栓連接的排列三、螺栓連接

螺栓在構(gòu)件上的排列要滿足以下三方面的要求。

(1)受力要求。在受力方向螺栓的端距過小時，鋼材有剪斷或撕裂的可能。各排螺栓距和線距太小時，構(gòu)件有沿折線或直線破壞的可能。對受壓構(gòu)件，當(dāng)沿作用力方向螺栓栓距過大時，被連接板件間易發(fā)生鼓曲和張口現(xiàn)象。

(2)構(gòu)造要求。螺栓中距及邊距不宜太大，否則鋼板間不能緊密貼合，潮氣易侵入縫隙使鋼材銹蝕。

(3)施工要求。螺栓間距不能太近，要保證有一定的空間，便于轉(zhuǎn)動螺栓扳手?jǐn)Q緊螺帽。三、螺栓連接三、螺栓連接（二）普通螺栓連接的受力特點(diǎn)

1.受剪螺栓連接（a）（b）（c）單個受剪螺栓的受力情況（a）單剪；（b）雙剪；（c）四剪受拉螺栓連接栓桿受剪和孔壁承壓傳力沿栓桿軸方向受拉傳力受剪螺栓連接拉剪螺栓連接螺栓傳力方式三、螺栓連接

受剪螺栓連接在達(dá)到極限承載力時，可能出現(xiàn)如下五種破壞形式：（1）栓桿剪斷（如圖（a）所示）當(dāng)螺栓直徑較小鋼板相對較厚時，可能發(fā)生。（2）孔壁擠壓壞（如圖（b）所示）當(dāng)螺栓直徑較大鋼板相對較薄時，可能發(fā)生。（3）鋼板拉斷（如圖（c）所示）當(dāng)鋼板因螺孔削弱過多時，可能發(fā)生。（4）端部鋼板剪斷（如圖（d）所示）當(dāng)順受力方向的端距過小時，可能發(fā)生。（5）栓桿受剪破壞（如圖（e）所示）當(dāng)螺栓過于細(xì)長時，可能發(fā)生。上述破壞形式中的后兩種在選用最小容許端距2d0和使螺栓的夾緊長度不超過5d0的條件下，均不會發(fā)生。前三種形式的破壞，則需要通過計(jì)算來防止。（a）