第三章 钢结构的连接第一节 钢结构的连接方法第二节 焊接结构特性第三节 对接焊缝的构造和计算第四节 角焊缝的构造计算第五节 焊接应力和焊接变形第六节 普通螺栓连接的构造和计算第七节 高强度螺栓连接的构造与计算第 2 页第一节 钢结构的连接方法连接方法 优 点 缺 点焊 接 对几何形体适应性强,构造简单,省材省工,易于自动化,工效高 对材质要求高,焊接程序严格,质量检验工作量大铆 接 传力可靠,韧性和塑性好,质量易于检查,抗动力荷载好 费钢、费工普通螺栓连接装卸便利,设备简单 螺栓精度低时不宜受剪,
螺栓精度高时加工和安装难度较大高强螺栓连接加工方便,对结构削弱少,可拆换,能承受动力荷载,耐疲劳,
塑性、韧性好摩擦面处理,安装工艺略为复杂,造价略高射钉、自攻螺栓连接灵活,安装方便,构件无须予先处理,适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力第 3 页第一节 钢结构的连接方法
焊接第 4 页第一节 钢结构的连接方法
螺栓连接
– 普通螺栓连接
– 粗制( C级)
– 精制( D级)
– 高强螺栓连接
摩擦型
承压型
铆钉连接第 5 页一、钢结构中常见焊接方法
电弧焊
电阻焊
气焊第二节 焊接结构特性第 6 页二、焊接连接形式
1,按构件的相对位置分
对接
搭接
顶接第二节 焊接结构特性第 7 页对接焊缝
直缝
斜缝角焊缝
端缝
侧缝
2,按焊缝的种类分第二节 焊接结构特性第 8 页第二节 焊接结构特性
3,按施焊位置分
俯焊
立焊
横焊
仰焊第 9 页三、焊缝连接的优缺点
优点
– 对几何形体适应性强,构造简单
– 省材省工,易于自动化,工效高
– 密封性好,结构刚度大
缺点
– 施焊时的高温作用,在焊缝附近形成热影响区,使材质变脆
– 焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏
– 残余变形使结构构件尺寸和形状发生变化,矫正费工
– 焊接连接的局部裂缝易扩展到整体
– 焊接结构的低温冷脆问题铰突出第二节 焊接结构特性第 10页第三节 对接焊缝的构造和计算一、对接焊缝的形式和构造主要形式
直边缝
单边 V形
双边 V形
U形
K形
X形第 11 页二、对接焊缝的计算
1、轴心受力的对接焊缝的计算
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或对接焊缝抗拉、
抗压强度设计值第 12页
2、斜向受力的对接的焊接分别验证正应力、
剪应力,有一定的近似性



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或规范规定可不进行计算即若 056,5.1tg
二、对接焊缝的计算第 13页
3.承受弯、剪、
轴力共同作用的对接焊缝
( 1)矩形截面
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二、对接焊缝的计算第 14页
3.承受弯、剪、轴力共同作用的对接焊缝
( 2)对称工字形截面则应验算折算应力都较大、、在翼缘与腹板交界处点点
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二、对接焊缝的计算第 15页二、对接焊缝的计算
4.牛腿连接的对接焊缝计算
(1) 弯矩,轴力由全截面承担
(2) 剪力只由腹板承担第 16页
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点 处 或点 处点 处或点 处第 17页第四节 角焊缝的构造和计算一、角焊缝的形式
直角角焊缝
普通型
深熔直角焊缝
平坡凸形
斜角角焊缝
斜锐焊缝
斜钝焊缝
斜凹角焊缝第 18页二、角焊缝的布置和受力性能
1、正面角焊缝连接中传力路线有剧烈弯折,应力状态复杂,应力集中明显,在焊缝根部形成应力集中,易开裂,
塑性较差。
试验表明,正面焊缝破坏强度较高,但塑性差第 19页二、角焊缝的布置和受力性能
单焊缝的三种破坏形式
焊缝剪坏
焊缝拉坏
焊缝断裂第 20页二、角焊缝的布置和受力性能
2、侧面焊缝主要受剪力,应力状态单纯,但焊缝剪应力沿长度分布不均匀,两头大,中间小,破坏起点在两端。
第 21页二、角焊缝的布置和受力性能
3、角焊缝的尺寸和构造要求
1)最小焊角尺寸
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取时当形连接的单面焊缝对于对于自动焊第 22页二、角焊缝的布置和受力性能
3、角焊缝的尺寸和构造要求
2)最大焊角尺寸
)(时当时当对板边缘的角焊缝
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第 23页二、角焊缝的布置和受力性能
3、角焊缝的尺寸和构造要求
3)角焊缝最小计算长度
4)侧面角焊缝最大计算长度
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fw hl 60?
第 24页
4、角焊缝的代号包括引出线、图形符号、辅助符号第 25页三、角焊缝的计算
角焊缝的计算截面为 450斜截面
– 直角角焊缝普通形 平坡凸形 等边凹形第 26页三、角焊缝的计算
斜角角焊缝
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c o s,13560 00 fe hh 时当第 27页三、角焊缝的计算
1、当平行于焊缝长度方向时,(侧面焊缝)
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实际长度无引弧板时角焊缝计算长度
第 28页三、角焊缝的计算
2、当于垂直于焊缝长度方向时,(正面焊缝 )
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因塑性差对动载载或间接动载对静正面焊缝强度增大系数第 29页三、角焊缝的计算
3、在其它力和各种力综合作用时向的夹角为力方向与焊角长度方或如
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第 30页三、角焊缝的计算
4.承受轴心力角纲的角焊接连接
( 1)角纲用侧面焊接连接时设 N1 N2分别为角钢肢背,
肢尖承受的内力



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于是由焊缝内力分配系数平衡条件第 31页三、角焊缝的计算
( 2)角钢用三面围焊时



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得再由平衡关系并算出它所受的力先选定端焊缝
第 32页三、角焊缝的计算
( 3)角钢用 L形围焊
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第 33页三、角焊缝的计算
5、在弯矩、轴力、剪力共同作用下顶接连接角焊缝计算第 34页三、角焊缝的计算
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点点点点处焊缝应力考虑三种应力的合成只由腹板焊缝均匀承受由焊缝全截面承受假定剪力轴力由于第 35页三、角焊缝的计算
6、承受扭矩和剪力作用的角焊缝
( 1)角焊缝承单纯扭矩作用第 36页假定( 1)被连接件在扭矩平面内,
有很大刚度;( 2)
角焊缝处于弹性受力阶段。
于是各点剪切变形、
剪应力的方向均垂直于该点与形心的连线,大小则与该连线距离 r成正比。
轴的惯性矩为对截面的极惯性矩为角焊缝有效厚度点的有为座标极角为为点的有为座标极径为为轴向分应力及处剪应力焊缝任意一点
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点应力值相等处、如较大的几个点处于剪应力最不利点一般位第 38页
( 2)角焊缝承受扭矩和剪力共同作用
设计时,求出全部角焊缝截面的形心 o,再把全部的力移到 o处,确定全部角焊缝总内力第 39页
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则点剪应力最不利均匀承受截面面积由全部角焊缝有效厚度第 40页第五节 焊接应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类和产生原因
1、纵向焊接残余应力钢材在 600oC时,处于热塑状态,焊接时,焊缝附近温度高达 1600oC,而邻近温度较低。冷却时,焊缝收缩受到两侧钢板阻碍而产生拉应力,两侧产生压应力。
焊缝纵向收缩引起纵向应力
(a)平接对接焊缝 (b)顶接角焊缝第 41页
2、横向焊接残余应力分为两部分
a.焊缝纵向收缩,使两块钢板形成反方向弯曲变形。
第 42页
b,焊缝在施工过程中,冷却时间不同,先焊部份先凝固,
中焊部分逐渐冷却,后焊部分开始冷却,三部分产生杠杆作用。
最后的横向应力是 a,b两种情况的叠加。
第 43页
3、厚度方向焊接应力因焊缝表面与空气接触而散热快,中间部分冷却慢,
收缩时受到阻碍形成中间受拉,两边受压的应力状态第 44页
4、约束状态下产生的焊接应力焊缝及其附近高温钢板的横向膨胀受到阻碍,产生横向塑性压缩;焊缝冷却时,产生残余约束拉应力,
钢板两端约束程度越强,两边约束距离越短时,产生的约束应力越大。
第 45页二、焊接残余应力的影响
1、一般对结构构件静力强度无影响
2、对结构构件的变形和刚度有影响
3、对结构构件稳定有影响
4、对结构疲劳强度有影响第 46页三、焊接变形的产生与防止焊接过程中,由于焊区的收缩总要使构件产生一些变形。
表现为纵向、横向收缩变形,弯曲变形,波浪变形,角变形第 47页主要防止措施
1、设计措施
1)尽量减少焊缝的数量和尺寸
2)避免焊缝过份集中
3)尽可能采用对称焊缝
4)尽可能避免仰焊
5)焊后采用人工或机械方法消除焊接变形第 48页
2、焊接工艺措施
1)、采用适当的焊接顺序和方法
2)、采用反向预变形
3)、采用预热法焊前预热到
100OC~300OC,焊后保温一段时间,
减少焊接和冷却过程中温度不均匀程度第 49页第六节 普通螺栓连接的构造和计算一、螺栓的排列和构造要求
1、螺栓的排列与间距排列方式:并列和错列两种(见表 3- 4)
第 50页
2、原因
1)最小间距要求端距过小,钢材有剪断的可能,边距和中距过小,
构件可能沿折线或直线被拉断;施工也要求一定空间。
2)最大间距要求
a,对于受压构件,被连接件易发生张口或鼓曲现象
b,螺距过大,接触面不密实,潮气易侵入第 51页二、普通螺栓连接计算抗剪螺栓 ----依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的承压,传递垂直于螺栓的外力抗拉螺栓 ----依靠螺杆受拉传递平行于螺杆的外力第 52页
1、抗剪普通螺栓连接计算
1)破坏形式主要有
a)螺栓剪断
b)钢板孔壁挤压破坏
c)钢板由于螺孔削弱而净截面拉断
d)钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏
e) 螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏另外还有 螺栓双剪破坏等。
第 53页螺栓剪断第 54页第 55页第 56页第 57页第 58页第 59页
2)、抗剪螺栓的承载力
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要求的较小厚度同一受力引向承压构件承压承载力设计值抗剪承载力的设计值计值一个抗剪螺栓承载力设
第 60页
3)、轴心力作用下螺栓群抗剪计算
a)螺栓数目
b)构件净截面强度验算
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厚度同一受力方向钢板较小截面:
截面:
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螺栓并列布置时





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第 61页第 62页4)、扭矩作用下的螺栓群计算基本假定
a)被连接件绝对刚性
b)螺栓受力处于弹性阶段





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因矩力产生剪力则螺栓扭矩平衡条件心距离成正比螺栓受力大小与其到形



第 63页
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向的分剪力时、螺栓在当需求故假定若则设计要求第 64页5)、扭矩、剪力共同作用下螺栓群计算验算受力最大螺柱即可即计值一个螺栓抗剪承载力设过设计时要求合剪力不超因矩力产生剪力由螺柱群均匀承受设形心将全部外力移至螺柱群
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第 65页
2、抗拉普通螺栓连接计算
1)、普通螺栓的受拉连接一个螺栓抗拉承载力设计值
de:普通螺栓有效直径;
Ae:普通螺栓有效截面面积。
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第 66页
2)、轴心力作用下螺栓群抗拉计算
a)、拉力 N通过形心,并没螺杆长度方向受力
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b)、拉力通过形心,
但与端板成一夹角。
则靠承托承受使螺栓受拉
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第 67页
3)、弯矩、轴拉力共同作用下的螺栓群计算
弯矩 M较小时:以受拉为主,板端与柱接触面完全脱离,不存在板端受压区;
弯矩 M较大时:存在板端受压区。
第 68页
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绕最下排螺栓转动较大情况按说明下部受压若即为满足强度要求此时说明所有螺栓都受拉若最上排最下排心转动先假定构件绕螺栓群形计算时第 69页3、同时抗剪和抗拉普通螺栓连接计算
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转移至形心第 70页
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接是否可靠按下列经验公式计算连拉螺栓拉力按前面方法计算最大受有弯矩作用时担轴力由全部螺栓均匀承担剪力由全部螺栓均匀承计算假定第 71页第七节 高强度螺栓连接的构造与计算一、高强螺栓连接的一般要求
1、主要技术要求
高强螺栓的材料
8.8级表示最低抗拉强度 800N/mm2,fy/fu=0.8
10.9级表示最低抗拉强度 1000N/mm2,fy/fu=0.9
高强螺栓预拉力 P(见表 3- 5)
我国规范 p=(0.9× 0.9× 0.9/1.2)fyAe=0.607fyAe
接触面的拉滑移系数(见表 3- 6)
第 72页二、摩擦型高强度螺栓连接承载力计算传力机理:靠钢板间的磨擦面传力
1、受剪连接承载力
2、受拉连接承载力
3、拉剪联合作用
PNNPntN ttfbv 8.0),25.1(9.0)( 且?
PN bt 8.0?
PnN fbv?9.0?
第 73页三、摩擦型高强螺栓群的计算
1、轴心力作用下螺栓群计算
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所需高强螺栓数
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(2)、连接构件净截面强度计算与普通螺栓不同,因为最危险截面在第一排螺栓孔处,
存在孔前传力系数为 0.5
的净截面拉力。 f
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则第 74页
2、扭矩作用下,高强螺栓的计算(螺栓受剪)
安全时当最大受力螺栓剪力
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第 75页
3、力矩作用下,顶接连接计算
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最大拉力为第 76页
4、弯剪作用
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则第 77页四、承压型高强螺栓计算
1、承压型高强螺栓抗剪承载力
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或第 78页
2、承压形高强螺栓抗拉承载力
3、拉剪联合作用
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