第三章钢结构的连接.ppt.Convertor.doc

个人收集整理 勿做商业用途Page No。1WordsFromSlide第三章WordsFromNotePagePage No.2WordsFromSlide1。了解钢结构连接的种类及各自的特点;2。了解焊接连接的工作性能,掌握焊接连接的计算方法及构造要求；3。了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响;4。了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。WordsFromNotePagePage No。3WordsFromSlide3.1 钢结构的连接方法一、焊缝连接 构件的一部分不是构件的一部分WordsFromNotePagePage No.4WordsFromSlide二、铆钉连接三、螺栓连接分为： 普通螺栓连接 高强度螺栓连接WordsFromNotePagePage No。5WordsFromSlide一、钢结构常用焊接方法1。手工电弧焊焊条的选择： 焊条应与焊件钢材相适应。原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形 成焊缝。 3.2 焊接方法和焊接连接形式WordsFromNotePagePage No。6WordsFromSlide与低强度钢材相适应的焊条WordsFromNotePagePage No.7WordsFromSlide2。埋弧焊(自动或半自动）WordsFromNotePagePage No.8WordsFromSlideMZ系列自动埋弧焊机WordsFromNotePagePage No。9WordsFromSlide门型埋弧焊机WordsFromNotePagePage No.10WordsFromSlide3.气体保护焊WordsFromNotePagePage No。11WordsFromSlide二、焊接连接形式和焊缝形式1。焊接连接形式对接、搭接、形连接、角部连接2。焊缝形式（1）对接焊缝WordsFromNotePagePage No。12WordsFromSlide(2)角焊缝3. 焊缝位置WordsFromNotePagePage No.13WordsFromSlide1.焊缝质量检查钢结构工程施工及验收规范规定:焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级.三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。三、焊缝缺陷及焊缝质量检查WordsFromNotePagePage No.14WordsFromSlide外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸;内部无损检验：检验内部缺陷。内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方法。还可以采用X射线或射线透照或拍片。WordsFromNotePagePage No.15WordsFromSlide2.焊缝缺陷WordsFromNotePagePage No。16WordsFromSlide四。焊缝代号WordsFromNotePagePage No。17WordsFromSlide1、角焊缝的形式：一、角焊缝的形式和受力分析3。3 角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝（1）直角角焊缝WordsFromNotePagePage No。18WordsFromSlide（2）斜角角焊缝对于135o或6mm时，hf，maxt(12）mm；WordsFromNotePagePage No。24WordsFromSlide2、最小焊脚尺寸hf，min为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织,导致母材开裂，hf，min应满足以下要求： 式中: t2-较厚焊件厚度 另：对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm; 对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm; 当t24mm时， hf，min=t2WordsFromNotePagePage No。25WordsFromSlide3.侧面角焊缝的最大计算长度如果焊缝长度太大，焊缝两端首先达到屈服强度,继续加载，应力不会渐趋均匀,破坏首先发生在焊缝两端。规范规定:4。侧面角焊缝的最小计算长度焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷,使焊缝不可靠。规范规定：WordsFromNotePagePage No。26WordsFromSlide5. 搭接连接的构造要求（自学）教材29为什么限制角焊缝的最大、最小焊脚高度？限制值是多少？为什么限制侧面角焊缝的最大、最小计算长度？限制值是多少？WordsFromNotePagePage No。27WordsFromSlide三、直角角焊缝的强度基本计算公式试验表明,直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故通常将45o截面作为有效截面（计算截面）1、有效截面WordsFromNotePagePage No。28WordsFromSlide2、有效截面上的应力及大小WordsFromNotePagePage No.29WordsFromSlide3、直角角焊缝的强度基本计算公式规范假定：焊缝在有效截面处破坏，有效截面各应力分量满足以下折算应力公式:由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：基本公式WordsFromNotePagePage No。30WordsFromSlide基本计算公式：WordsFromNotePagePage No.31WordsFromSlide将3-3、34式,代入32式得：WordsFromNotePagePage No.32WordsFromSlidef正面角焊缝强度增大系数； 静载时取1。22,动载时取1。0.对于正面角焊缝:f=0，由35式得:WordsFromNotePagePage No.33WordsFromSlide对于侧面角焊缝:f=0，由35式得：以上各式中： he=0.7hf； lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf如只有起弧或灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去hfWordsFromNotePagePage No。34WordsFromSlideWordsFromNotePagePage No.35WordsFromSlide四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算1、轴心力作用下（1）轴心力作用下的盖板对接连接:B、采用三面围焊连接:A、采用侧面焊缝连接:端焊缝受力：WordsFromNotePagePage No.36WordsFromSlide（2)T形角焊缝连接代入式3-5验算焊缝强度，即：也可采用直接法计算教材32WordsFromNotePagePage No.37WordsFromSlide(3)角钢角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得:故：WordsFromNotePagePage No。38WordsFromSlide对于校核问题：对于设计问题:WordsFromNotePagePage No.39WordsFromSlideB、采用三面围焊由力及力矩平衡得：余下的问题同情况A，即:WordsFromNotePagePage No。40WordsFromSlide对于校核问题:对于设计问题:WordsFromNotePagePage No.41WordsFromSlideC、采用L形围焊代入下式320,3-21得:对于设计问题:WordsFromNotePagePage No.42WordsFromSlide轴心力作用下角焊缝计算(1）轴心力作用下的盖板对接连接：(2）T形角焊缝连接（3)角钢角焊缝连接WordsFromNotePagePage No.43WordsFromSlide2、N、M、V共同作用下（1）偏心轴力作用下角焊缝强度计算“A”点为最不利点WordsFromNotePagePage No。44WordsFromSlide（2) 工字形截面在V、M共同作用下焊缝强度计算对于A点：式中：Iw全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩； h1两翼缘焊缝最外侧间的距离.WordsFromNotePagePage No。45WordsFromSlide对于B点：强度验算公式:式中：h2、lw,2腹板焊缝的计算长度; he,2-腹板焊缝截面有效高度。WordsFromNotePagePage No.46WordsFromSlide假定：A、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：T作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；B、T作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与r成正比；C、在V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。3、T、V共同作用下将F向焊缝群形心简化得: V=F T=F（e1+e2）故：该连接的设计控制点 为A点和A点WordsFromNotePagePage No。47WordsFromSlideT作用下A点应力:将其沿x轴和y轴分解：WordsFromNotePagePage No。48WordsFromSlide剪力V作用下，A点应力:A点垂直于焊缝长度方向的应力为：A点平行于焊缝长度方向的应力为：强度验算公式：思考:以上计算方法为近似计算，为什么?WordsFromNotePagePage No.49WordsFromSlide（2)、共同作用下角焊缝强度计算WordsFromNotePagePage No。50WordsFromSlide五、斜角角焊缝的计算(自学)1、其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相同的计算公式，且统一取f=1。0。2、斜角角焊缝的计算厚度hei的确定1、对接焊缝的坡口形式：一、对接焊缝的构造3。4 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施工条件有关。 WordsFromNotePagePage No.51WordsFromSlide（2)t=720mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口； (3)t20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。WordsFromNotePagePage No。52WordsFromSlide2、V形、U形坡口焊缝单面施焊,但背面需进行补焊；3、采用引弧板施焊，焊完后将其切去，不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去21t1较薄焊件厚度；4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时,应做坡度不大于1:2.5(静载）或1:4（动载)的斜角，以平缓过度，减小应力集中。WordsFromNotePagePage No。53WordsFromSlide对接焊缝分为：焊透和部分焊透(自学)两种;动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同,不予计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分,故其计算方法与构件强度计算相同。二、对接焊缝的计算WordsFromNotePagePage No.54WordsFromSlide1、轴心力作用下的对接焊缝计算式中: N轴心拉力或压力； t-板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度； ftw、fcw 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图B.另：当tan1.5时，不用验算!WordsFromNotePagePage No.55WordsFromSlide2、M、V共同作用下的对接焊缝计算因焊缝截面为矩形,M、V共同作用下应力图为:故其强度计算公式为:式中:Ww焊缝截面模量； Sw-焊缝截面面积矩； Iw-焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接WordsFromNotePagePage No。56WordsFromSlide（2）工字形截面梁对接连接计算（自学）A、验算焊缝的max和maxB、验算翼缘与腹板交接点焊缝的折算应力WordsFromNotePagePage No。57WordsFromSlide35 焊接应力和焊接变形1、焊接残余应力的分类 A、纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向; B、横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向; C、沿厚度方向的焊接残余应力。焊接残余应力：由于焊接时不均匀加热和不均匀冷却而在构件内部产生的自相平衡的内力。一、焊接残余应力的分类及其产生的原因2、焊接残余应力产生的原因(1）纵向焊接残余应力WordsFromNotePagePage No。58WordsFromSlide焊件上产生不均匀的温度场焊缝处产生热态塑性压缩焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩,但受到两侧钢材的限制而产生拉应力原因：WordsFromNotePagePage No.59WordsFromSlide(2）横向焊接残余应力WordsFromNotePagePage No。60WordsFromSlide原因：1、焊缝纵向收缩，钢板趋于形成反方向的弯曲变形;2、已凝固的焊缝阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，发生横向塑性压缩变形。（3）沿厚度方向的焊接残余应力沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。原因：WordsFromNotePagePage No.61WordsFromSlide二、焊接残余应力对结构性能的影响1、对结构静力强度的影响因焊接残余应力自相平衡,故：当板件全截面达到fy，即N=Ny时:WordsFromNotePagePage No。62WordsFromSlide2、对结构刚度的影响A、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应力已经达到fy ，故该部分刚度为零(屈服）,这时在N作用下应变增量为：WordsFromNotePagePage No。63WordsFromSlide因为BbB，所以1 2。结论： 焊接残余应力的存在增大了结构的变形,即降低了结构的刚度.B、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为：WordsFromNotePagePage No。64WordsFromSlide焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。3、对压杆稳定的影响对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力,限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向4、对低温冷脆的影响5、对疲劳强度的影响 焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响.WordsFromNotePagePage No.65WordsFromSlide三、焊接变形焊接变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合。 WordsFromNotePagePage No。66WordsFromSlide四、减小焊接残余应力和焊接变形的措施(自学）1、设计上的措施；2、加工工艺上的措施采用合理的施焊顺序：分段退焊、工字钢对角跳焊、钢板分块拼接正确施焊顺序.WordsFromNotePagePage No.67WordsFromSlide36 螺栓连接的构造一、螺栓的种类1.普通螺栓C级-粗制螺栓，性能等级为4。6或4。8级；4表示fu400N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；类孔，孔径（do）栓杆直径（d) 13mm。A、B级-精制螺栓，性能等级为5。6或8.8级;5或8表示fu500或800N/mm2, 0。6或0。8表示fy/fu=0。6或0。8；类孔,孔径(do）栓杆直径（d)0。30。5mm。按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。WordsFromNotePagePage No.68WordsFromSlide2.高强度螺栓由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理45号8。8级; 40B和20MnTiB10。9级WordsFromNotePagePage No。69WordsFromSlide大六角型扭剪型WordsFromNotePagePage No.70WordsFromSlide圆头焊钉钢网架螺栓球节点用WordsFromNotePagePage No.71WordsFromSlideWordsFromNotePagePage No。72WordsFromSlide二、螺栓的排列螺栓排列的要求三、螺栓连接的构造要求 教材P50WordsFromNotePagePage No。73WordsFromSlide37 普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式及特点A 只受剪力WordsFromNotePagePage No.74WordsFromSlideB 只受拉力C 剪力和拉力共同作用WordsFromNotePagePage No。75WordsFromSlide二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式 1。工作性能通过试验由a、b两点相对位移和作用力N的关系曲线得到抗剪螺栓受力的四个阶段,即：(2）滑移阶段(12段)（1)摩擦传力的弹性阶段(01段）WordsFromNotePagePage No.76WordsFromSlide4点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu.（3)栓杆传力的弹性阶段（23段）（4）弹塑性阶段(34段)WordsFromNotePagePage No。77WordsFromSlide2.破坏形式（1）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时（2）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时（3）板件被拉断 截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。WordsFromNotePagePage No.78WordsFromSlide(4）板件端部被剪坏（拉豁） 端矩过小时；端矩不应小于2dO（5）栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5dWordsFromNotePagePage No.79WordsFromSlide（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定：nv剪切面数目； d螺栓杆直径；fvb、fcb-螺栓抗剪和承压强度设计值；附表1。3t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。WordsFromNotePagePage No。80WordsFromSlide剪切面数目nvWordsFromNotePagePage No.81WordsFromSlide（三）普通螺栓群抗剪连接计算1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算 试验证明，栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。 当l115d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N由各个螺栓均担。WordsFromNotePagePage No.82WordsFromSlide当l115d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布，各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数与l1/d0的关系曲线。WordsFromNotePagePage No.83WordsFromSlide2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算F作用下每个螺栓受力：T作用下连接按弹性设计,其假定为： （1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直.WordsFromNotePagePage No.84WordsFromSlide显然，T作用下1号螺栓所受剪力最大（r1最大)。由假定(2)得由力的平衡条件得：WordsFromNotePagePage No。85WordsFromSlide将式3-40代入式338得：WordsFromNotePagePage No。86WordsFromSlide将N1T沿坐标轴分解得：由此可得螺栓“1”的强度验算公式为:WordsFromNotePagePage No.87WordsFromSlide当螺栓布置比较狭长（如y13x1）时，可进行如下简化计算：令:xi=0,则N1Ty=0WordsFromNotePagePage No。88WordsFromSlideWordsFromNotePagePage No。89WordsFromSlide三、普通螺栓的抗拉连接（一)单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中:Ae-螺栓的有效截面面积；附表8.1 de-螺栓的有效直径； ftb-螺栓的抗拉强度设计值.附表1。3WordsFromNotePagePage No。90WordsFromSlide公式的两点说明：（1）螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效直径de而不是净直径dn，现行国家标准取：WordsFromNotePagePage No.91WordsFromSlide（2）螺栓的抗拉强度设计值ftb的取值当连接板件发生变形时,螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力(Nt)增加（撬力Q）规范规定:ftb=0.8fWordsFromNotePagePage No。92WordsFromSlide在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法,来减小撬力影响,如设加劲肋单击播放WordsFromNotePagePage No.93WordsFromSlide(二）普通螺栓群的轴心受拉设计一般假定每个螺栓均匀受力，因此,连接所需的螺栓数为：验算：一个螺栓受力1：WordsFromNotePagePage No。94WordsFromSlide（三）普通螺栓群在弯矩作用下M作用下螺栓连接按弹性设计,其假定为： （1)连接板件绝对刚性,螺栓为弹性; （2)螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处,各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。WordsFromNotePagePage No。95WordsFromSlide显然1号螺栓在M作用下所受拉力最大WordsFromNotePagePage No.96WordsFromSlide由式352得:将式354代入式353得：WordsFromNotePagePage No.97WordsFromSlide(五） 普通螺栓群在偏心拉力作用下M=FeWordsFromNotePagePage No。98WordsFromSlide全部螺栓受拉：WordsFromNotePagePage No。99WordsFromSlide大偏心受拉为小偏心受拉为大偏心受拉中和轴取为最下排螺栓处中和轴取为螺栓群的形心WordsFromNotePagePage No。100WordsFromSlide四、普通螺栓拉剪联合作用1、普通螺栓在拉力和剪力的共同作用下(不加承托），可能出现两种破坏形式：螺杆受剪兼受拉破坏、孔壁的承压破坏;WordsFromNotePagePage No。101WordsFromSlide规范规定：普通螺栓拉、剪联合作用为了防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足:为了防止孔壁的承压破坏，应满足:由受力情况确定WordsFromNotePagePage No.102WordsFromSlide2、拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接,当有承托承担全部剪力时，承托受剪,螺栓群按受拉连接计算.承托与柱翼缘的连接角焊缝按下式计算：式中: 考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数， 一般取=1。251。35； 其余符号同前。WordsFromNotePagePage No。103WordsFromSlideWordsFromNotePagePage No.104WordsFromSlide38 高强度螺栓连接计算一、高强度螺栓的工作性能及单栓承载力 按受力特征的不同高强度螺栓分为两类: 摩擦型高强度螺栓依靠板件间摩擦力传递内力，以剪力不超过摩擦力为设计准则； 承压型高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似，允许接触面滑移，以连接达到极限承载力为设计准则。1、高强度螺栓预拉力的建立方法 通过拧紧螺帽的方法，螺帽的紧固方法： A、转角法 B、扭矩法 C、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）WordsFromNotePagePage No。105WordsFromSlide2、高强度螺栓预拉力的确定考虑以下修正系数:考虑材料的不均匀性的折减系数0。9；为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数0。9；考虑拧紧螺帽时,螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度的降低除以系数1.2。附加安全系数0。9。Ae-螺纹处有效截面积；fu螺栓热处理后的最抵抗拉强度；8.8级，取fu =830N/mm2， 10。9级，取fu =1040N/mm2高强度螺栓预拉力是根据螺栓杆的有效抗拉强度确定的，因此，预拉力： WordsFromNotePagePage No.106WordsFromSlide3、高强度螺栓摩擦面抗滑移系数板件间的抗滑移系数与接触面的处理方法和构件钢号有关，其大小随板件间的挤压力的减小而减小； 规范给出了不同钢材在不同接触面的处理方法下的抗滑移系数，如下表WordsFromNotePagePage No。107WordsFromSlideWordsFromNotePagePage No.108WordsFromSlide4、高强度螺栓抗剪连接的工作性能和单栓承载力（1）抗剪连接工作性能四个阶段：摩擦传力的弹性阶段、滑移阶段、栓杆传力的弹性阶段、弹塑性阶段.为什么高强度螺栓第一个阶段远远大于普通螺栓？WordsFromNotePagePage No。109WordsFromSlideA、对于高强度螺栓摩擦型连接，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为1点而不是4点，所以1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力：式中:0。9-抗力分项系数R的倒 数(R=1.111)； nf传力摩擦面数目； -摩擦面抗滑移系数;（查表） P-预拉力设计值。 (查表)（2）抗剪连接单栓承载力WordsFromNotePagePage No。110WordsFromSlide