钢结构的连接和节点构造-文档资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,七,章,钢结构的连接和节点构造,1,主要内容：,7.1 钢结构对连接的要求及连接方法7.2 焊接连接的特性7.3 对接焊缝的构造和计算7.4 角焊缝的构造和计算7.5 焊接残余应力和残余变形7.6 普通螺栓连接的构造和计算7.7 高强螺栓连接的性能和计算7.8 焊接梁翼缘焊缝计算7.12 柱脚设计,2,连接要求,足够的强度、刚度和延性,连接方法,焊接、铆接和螺栓连接,7.1 钢结构对连接的要求及连接方法,3,焊接，广泛采用,铆接，应用较少,螺栓连接,普通螺栓,A,、,B,级,C,级,高强螺栓,摩擦型连接承压型连接,特点：,4,电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等,手工电弧焊焊条,与焊件金属强度相适应,：,Q235钢用E43系列；,Q345用E50系列；,Q390、Q420用E55系列。,手工电弧焊,7.2 焊接连接的特性,7.2.1 焊接方法,EXX的XX表示焊条的,最低抗拉强度。,5,焊条和焊剂要保证熔敷金属的抗拉强度,不低于相应手工焊条数值。,埋弧焊,6,电渣焊,气体保护焊,电阻焊,7,优点,省工省材,任何形状的构件均可直接连接,密封性好，刚度大,缺点,材质劣化,残余应力、残余变形,一裂即坏、低温冷脆,7.2.2 焊接连接的优缺点,8,7.2.3 焊缝缺陷,焊缝缺陷,裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等,9,10,三级焊缝：外观检查，外观尺寸和缺陷；,二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，用超,声波检验每条焊缝的,20,长度，且不小于,200mm,；,一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊；,全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷；,对承受动力荷载的重要构件焊缝，增加伽马射线探伤。,焊缝等级：,钢结构工程施工质量验收规范（GB50205）三级,强度折减：,高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9。,11,7.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式,连接型式,平接、,搭接、,T形连接、,角接,12,焊缝型式,对接焊缝和角焊缝,13,按施焊位置,焊缝沿长度分布情况：连续角焊缝和断续角焊缝,14,作用,表明焊缝型式、尺寸和辅助要求,表示方法(GB324-88),由,基本符号、引出线、辅助符号、补充符号,和,焊缝尺寸,等部分组成,7.2.5 焊缝代号,15,16,17,18,分为：I形缝、V形缝、带钝边单边V形缝、带钝,边V形缝（也叫Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边,单边V形缝和双Y形缝等,7.3 对接焊缝的构造和计算,7.3.1 构造要求,坡口形式,斜坡口为了和焊缝根部共同形成一个焊条能运转的施焊空间,19,20,不同宽度和厚度的钢板拼接,动载时不大于1:4，计算时取较薄焊件厚度,21,22,7.3.2 对接焊缝的计算,计算原则,用计算焊件的方法。I、II级等强不计算，仅计算III级焊缝,（1）轴心受力的对接焊缝,N,/(,l,w,t,),f,w,t,或,f,w,c,23,（2）受弯、受剪的对接焊缝计算,M,/,W,w,f,w,t,VS,/(,I,w,t,),f,w,v,24,（3）轴力、剪力和弯矩共同作用时，对接焊缝的最大正应力为轴力和弯矩引起的应力之和，剪力和折算应力和上面相同。,25,7.3.3 部分焊透的对接焊缝,计算原则：,按角焊缝计算,26,7.4 角焊缝的构造和计算,7.4.1 构造和强度,截面形状、有效截面,27,应力分布,侧面角焊缝的应力分布,28,正面角焊缝的应力分布,29,角焊缝的应力位移曲线,30,h,f,应与焊件的厚度相适应。,对手工焊，,h,f,应不小于 ，,t,为较厚焊件的厚度(mm)，对自动焊，可减小1mm；,h,f,应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。,焊脚尺寸的限制,不等边角焊缝要求,31,对于板件边缘的焊缝，当,t,6mm时,，,h,f,t,；当,t,6mm时,，,h,f,t,(12)mm。,焊缝长度,l,w,也不应太长或太短，其计算长度不宜小于8,h,f,和40mm，且对侧面角焊缝，不宜大于60,h,f,，超出部分不计。若内力,沿侧面角焊缝全长分布,，则不受此限。,32,7.4.2 角焊缝计算的基本公式,33,则有,34,仅有,平行,于焊缝长度方向的轴心力时,角焊缝计算的基本公式为:,仅有,垂直,于焊缝长度方向的轴心力时,同时有,平行和垂直,于焊缝长度方向的轴心力时,35,7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算,1、受轴心力作用的拼接板连接,仅侧面角焊缝（图a）,仅正面角焊缝（图b）,36,三面围焊时（图c）,先计算计算正面角焊缝,l,1,受力,N,1,，剩 余的,N,N,1,由侧面角焊缝,l,2,承担。,菱形拼接板（图d）,简化计算不计正面及斜焊缝的,f,：,37,2、受轴心力作用的角钢连接,当用侧面角焊缝连接时（图a）,肢背,N,1,=,e,2,N/,(,e,1,+e,2,)=,K,1,N,肢尖,N,2,=,e,1,N/,(,e,1,+e,2,)=,K,2,N=N,N,1,38,39,三面围焊时（图b）,正面角焊缝承担的力为,N,3,=0.7,h,f,l,w3,f,f,f,w,侧面角焊缝承担的力为,肢背,N,1,=,e,2,N/,(,e,1,+e,2,),N,3,/,2=,K,1,NN,3,/,2,肢尖,N,2,=,e,1,N/,(,e,1,+e,2,),N,3,/,2=,K,2,NN,3,/,2,40,L形焊缝（图c,）,正面角焊缝承担的力为:,N,3,=0.7,h,f,l,w3,f,f,f,w,侧面角焊缝承担的力为:,N,1=,NN,3,41,3、弯矩作用下的焊缝,42,4、扭矩作用下的焊缝,焊缝群受扭：,假定:,43,环焊缝受扭,44,5、弯矩、剪力和轴心力共同作用,45,6、扭矩剪力和轴心力共同作用,46,7、塞焊计算,47,7.5.1 焊接残余应力的分类和产生的原因,纵向残余应力,7.5,焊接残余应力和残余变形,48,横向,残余应力,49,厚度方向的,残余应力,50,约束状态下的焊接,应力,51,7.5.2 焊接残余应力的影响,对结构静力强度的影响：无影响,52,对结构刚度的影响,对压杆稳定的影响：残余压应力,53,对低温冷脆的影响：三向应力,对疲劳强度的影响：高额残余拉应力,54,7.5.3 焊接残余变形,残余变形形式,55,残余变形形式,56,7.5.4 减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法,采取合理的施焊次序,57,施焊前加相反的预变形（图a、b）,焊前预热焊后回火（图c）,58,7.5.5 合理的焊缝设计,焊接位置要应尽量对称于截面重心,焊缝尺寸要适当，采用较小的焊脚尺寸,焊缝不宜过分集中（图,a,）,应尽量避免三向焊缝交叉（图,b,）,考虑钢板分层问题（图,c,）,焊条易达到（图,d,）,避免仰焊,59,60,7.6.1 螺栓连接的排列和构造要求,排列方式：,并列或错列,7.6 普通螺栓的构造和计算,61,受力要求,：,钢板端部不剪断，端距不应小于,2,d,0,;,受拉时，栓距和线距不应过小；,受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大,构造要求：,栓距和线距不宜过大,施工要求：,有一定的施工空间,排列要求,62,63,孔、螺栓图例,64,7.6.2 普通螺栓连接受剪、受拉时的性能,传力方式：,抗剪螺栓和抗拉螺栓,65,1、抗剪螺栓连接,破坏形式：,螺栓杆剪断；孔壁压坏；板被拉断；板端被剪断；螺栓杆弯曲,66,受力状态：,弹性时两端大而中间小，进入塑性阶段后，因内力重分布使各螺栓受力趋于均匀。,67,为防止“解纽扣”破坏，当连接长度,l,1,较大时，应将螺栓的承载力乘以,折减系数,：,当,l,1,15,d,0,时，,=,1.0,当 15,d,0,l,1,60,d,0,时，,=,1.1,l,1,/150,d,0,当,l,1,60,d,0,时，,=,0.7,68,一个抗剪螺栓的设计承载力计算,抗剪,承载力设计值,：,承压,承载力设计值：,一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值。,69,2、抗拉螺栓连接,破坏形式,：,螺栓杆拉断,为考虑,撬力,的影响，规范规定普通螺栓抗拉强度设计值,f,t,b,取同样钢号钢材抗拉强度设计值,f,的0.8倍(即,f,t,b,=0.8,f,),70,7.6.3 螺栓群的计算,螺栓数目,板件净截面强度,净截面面积和受力,并列（图,a,）,N,1,=N,；,N,2,=N,(,n,1,/,n,),N,；,N,3,=,N,(,n,1,+,n,2,)/,n,N,对被连接板：,A,n,=t,(,b,n,1,d,0,),对拼接板：,A,n,=,2,t,1,(,b,n,3,d,0,),1、螺栓在轴心力作用下的抗剪计算,71,错 列（图,b,）,除考虑1-1截面破坏外，还要考虑2-2截面的破坏，净截面面积,为,72,被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的；,各螺栓绕螺栓群形心,o,旋转，其受力大小与其至螺栓群,2、螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算,基本假定,形心,o,的距离,r,成正比，力的方向与其至螺栓群形心的连线相垂直。,73,平衡条件：,根据螺栓受力大小与其至形心,o,的距离,r,成正比,条件,则,或,验算,74,3、螺栓群在扭矩、剪力和轴心力作用下的抗剪计算,75,4、螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算,5、螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算,假定：,中和轴在最下排螺栓处,则,76,6、螺栓群同时受剪力和拉力的计算,支托仅起安装作用：,螺栓群受力为,M,=,Ve,和剪力,V,，则,77,螺栓不发生拉剪破坏：,板不发生承压破坏：,支托承受剪力,：,螺栓群只承受弯矩,M,=,Ve,作用，则,支托和柱翼缘的角焊缝验算：,为考虑剪力,V,偏心对角焊缝的影响，取1.251.35,78,7.7.1 高强度螺栓连接的性能,级别：,10.9,级和,8.8,级,（小数点前为螺栓热处理后的最低抗拉强度，小数点后的数字是屈强比）,栓孔：,钻成孔,按受力特征分类：,摩擦型连接、承压型连接和承受拉力的连接,影响承载力的因素：,栓杆预拉力、连接表面抗滑移系数和钢材种类,7.7 高强度螺栓连接的性能和计算,79,1、高强螺栓连接的预拉力,施加方法：,扭矩法,T,=,KdP,转角法,初拧,终拧,扭剪法,扭断螺栓尾部梅花头,80,预拉力设计值：,高强度螺栓预拉力设计值按材料强度和螺栓有效截面积确定，取值时考虑：,在扭紧螺栓时，扭矩使螺栓产生的剪应力将降低螺栓的抗拉承载力，对抗拉强度引入折减系数1/1.2；,施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉5%10%，引入折减系数0.9；,螺栓材料抗力的变异性，引入折减系数0.9；,钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数0.9。,81,82,2、,高强螺栓连接摩擦面抗滑移系数,对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈；对于摩擦型连接，要求见下表：,83,排列构造要求同普通螺栓。,沿受力方向的连接长度,l,1,，也要考虑,l,1,15,d,0,时对承载力的折减。,当,l,1,15,d,0,时，,=,1.0,当 15,d,0,l,1,60,d,0,时，,=,1.1,l,1,/150,d,0,当,l,1,60,d,0,时，,=,0.7,3、高强螺栓的排列,84,7.7.2 高强度螺栓的抗剪承载力设计值,1、高强螺栓摩擦型连接,R,为,抗力分项系数,R,的倒数，一般取0.9，最小板厚,t,6mm的冷弯薄壁型钢结构取0.8,85,破坏状态同普通螺栓，极限承载力由,杆身抗剪和孔壁承压决定,，摩擦力只起延缓滑动作用，计算方法和普通螺栓相同。,2、高强螺栓承压型连接,86,7.7.3 高强度螺栓群的抗剪计算,螺栓数：,构件净截面强度：,对于承压型连接，验算与普通螺栓相同；对于摩擦型连接，要考虑孔前传力的影响（占螺栓传力的50%）,1、轴心力作用时,87,螺栓群受扭矩,T,、剪力,V,和轴心力,N,共同作用的,高强度螺栓连接的抗剪计算,与普通螺栓相同,，只,是用高强度螺栓的承载力设计值。,2、扭矩作用时，及扭矩、剪力和轴心力共同时,88,7.7.4 高强度螺栓的抗拉计算,1、高强度螺栓的抗拉连接性能,89,当,N,t,=0.8,P,时，,P,f,=1.07,P,。可认为螺栓中的预拉力基本不变。,90,撬力的影响：,限制抗拉承载力在0.8,P,以内,91,2、高强度螺栓的抗拉连接计算,抗拉承载力:,轴心拉力的螺栓数：,弯矩作用时：,(c),92,板不被拉开时，中和轴在螺栓群形心处；,板可被拉开时，与普通螺栓一样，中和轴在最外排受压螺栓形心处,承载力极限状态,93,7.7.5 同时承受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算,由于外拉力的作用，板件间的挤压力降低,;,每个螺栓的抗剪承载力也随之减少；,抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低。,2、高强度螺栓承压型连接,且,当剪切面在螺纹处时，取,1、高强度螺栓摩擦型连接,94,叠放板材的弯曲变形,7.8 焊接梁翼缘焊缝的计算,95,无局部压应力时的梁翼缘焊缝受力,96,焊缝受力,：,焊脚尺寸：,双层翼缘板时的焊缝受力,97,有局部压应力时的梁翼缘焊缝受力,则,焊脚尺寸为,：,98,功能：,将柱子内力可靠地传给基础；,和基础有牢固连接；,尽可能符合计算简图。,连接方式：,铰接：支承式,刚接：支承式,(,外露式,),埋入式,(,插入式,外包式,7.12 柱脚设计,99,7.12.1 轴心受压柱的柱脚,1、柱脚的型式和构造：铰接和刚接,100,101,内容：,确定底板的尺寸、靴梁的尺寸及它们之间的连接焊缝。,(1)底板计算,底板平面尺寸,A,=,N,/,f,cc,底板中如有锚栓孔，,A,中应包含锚栓孔面积,A,0,。,B,=,b,+2,t,+2,c,c,取210cm，且使,B,为整数。,L,=,A,/,B q,=,N/,(B,L,-,A,0,),f,cc,2、轴心受压柱脚的计算,102,底板厚度,底板厚度由板的抗弯强度决定。底板被分为四边支承板、三边支承板和悬臂板。,M,4,=,qa,2,b/a,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,0.048,0.055,0.063,0.069,0.075,0.081,0.086,b/a,1.7,1.8,1.9,2.0,3.0,4.0,0.091,0.095,0.099,0.101,0.119,0.125,M,3,=,qa,1,2,b,1,/a,1,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.4,0.026,0.042,0.058,0.072,0.085,0.092,0.104,0.111,0.125,0.125,四边简支板的弯矩系数,103,M,1,=,qc,2,/2 ,则,底板的厚度一般在20mm40mm之间，不宜小于14mm。,(2)靴梁计算,厚度与被连接的柱子翼缘大致相同，高度由连接柱所需要的焊缝确定。,二块靴梁板承受的最大弯矩：,M,=,qBl,2,/2,二块靴梁板承受的最大剪力：,V,=,qBl,(3)隔板计算,厚度不小于长度的1/50，受力取阴影部分基础反力。,104,7.12.2 压弯构件的柱脚,柱脚的型式：,铰接：构造和计算与轴心受压柱基本相同,刚接：,传力：轴力或轴力和弯矩，,剪力,V,0.4N,设置抗剪键,105,刚接柱脚,的型式：,压力和弯矩都较小时，底板和基础之间为不均匀压力,106,按构造确定底板宽度,B,，其中,C,不宜超过,23cm,按下式确定底板长度,L,：,107,压力和弯矩都较大时，带靴梁的构造方案,当锚栓的拉力不很大时：,108,由,R,=,N,+,T,，计算最大应力,max,，由,max,f,cc,确定,L,。,两式确定的锚栓拉力都偏大，最大应力都偏小。,109,当锚栓的拉力很大时，需要的锚栓直径过大。,当,d,60mm,时，可按钢筋混凝土受弯构件的算法：,110,底板厚度,：,原则：和轴心受压柱脚一样,简化：各区格按最大压应力计算弯矩,111,对于格构式柱，采用,分离式,柱脚：,112,