9.12钢结构连接方式

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,*,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,焊缝连接,螺栓连接,钢结构连接必要性,只有通过连接才能形成,整体,结构；,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,3.1,钢结构的连接,连接的,方式,焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接,连接的,原则,安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材,图,3.1.1,连接的方式,a),N,N,N,N,c),N,N,b),螺栓连接,铆钉连接,焊接连接,第三章 钢结构的连接,扭剪型高强度螺栓,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 。,焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大。对材质要求高，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 。,目前很少采用,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，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,主要连接方法及优缺点,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,可焊性,低碳钢的可焊性很好，,随着,碳,含量的,增加，钢材的,可焊性减弱,。,钢中含,硫,也会使钢材在焊接时产生,热脆性,采用,焊前预热和焊后热处理,的方法，能提高可焊性差的钢材焊接质量。,合格,不合格,钢材的可焊性试验,焊接点,断裂点,断裂点,药皮的作用：,形成气体和熔渣，以防止氧氮侵入；,具有合金成分，可改善焊缝的性能；,提高电弧的稳定性。,手工电弧焊,第三章 钢结构的连接,Chapter 3 Connections,A,、,焊条的选择：,焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。,Q390,、,Q420,钢选择,E55,型焊条,(E5500-E5518),Q345,钢选择,E50,型焊条,(E5001-E5048),Q235,钢选择,E43,型焊条（,E4300-E4328),B,、,焊条的表示方法：,E,焊条,(Electrode),第,1,、,2,位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（,kgf/mm,2,),第,3,、,4,表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。,不同钢种的钢材焊接，宜采用与,低强度,钢材相适应的焊条。,第三章 钢结构的连接,1,）对接连接,有拼接盖板的对接连接,第三章 钢结构的连接,2,）搭接连接,3,）,T,形连接,4,）,角部连接,第三章 连 接,角焊缝沿长度方向的布置分为：,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,连续角焊缝：受力性能较好，为,主要的,角焊缝形式。,断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起,应力集中,，用于,次要构件或受力小,的连接。,b,l,间隔角焊缝,连续角焊缝,平焊、立焊、横焊和仰焊。,焊缝按施工位置分为：,a),焊条,平焊,d),仰焊,b),立焊,c),横焊,第三章 连 接,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,角焊缝按施,焊,位置分为：,船形位置焊,（,俯,焊）,立焊,立焊,仰焊,仰焊,仰焊,横焊,横焊,横焊,俯焊,图,3.2.3,俯焊、立焊、横焊和仰焊。,船形位置焊,（,俯,焊）,立焊,立焊,仰焊,仰焊,仰焊,横焊,横焊,俯焊,图,3.2.3,船形位置焊,（,俯,焊）,立焊,立焊,仰焊,横焊,俯焊,图,3.2.3,第三章 连 接,第三章,钢结构的连接,3.,焊缝符号及标注方法,标,注,方,法,相同焊缝,安装焊缝,双面焊缝,单面焊缝,三角围焊,塞焊缝,对接焊缝,角焊缝,形,式,h,f,O,h,f,h,f,b,v,b,p,h,f,h,f,p,b,b,h,f,第三章 连 接,2.,对接焊缝的优缺点,优点：,用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。,缺点：,需剖口，焊件长度要求精确。,3.,对接焊缝的构造处理,垫板,垫板,垫板,图,3.7,根部加垫板,图,3.8,对接焊缝的引弧板,引弧板,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,第三章 连 接,（,1,）焊缝缺陷,是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,图,3.2.4,焊缝缺陷,裂纹,焊瘤,烧穿,弧坑,气孔,夹渣,咬边,未熔合,未焊透,3.,焊缝缺陷,第三章 连 接,补充：对接焊缝的强度,1,）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。,2,）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的,85%,。,3,）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,（,2,）正面角焊缝：,焊缝垂直于受力方向，受力后应力状态较复杂。,应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度要高一些，但塑性差，弹性模量大。,（,1,）侧面角焊缝,：,焊缝长度方向与受力方向,平行,，应力分布简单。主要承受,剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性较好。,弹性阶段分布并不均匀，,剪应力两端大，中间小。,角焊缝的工作性能,角焊缝的应力分布,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,3.,焊接残余变形的产生,在施焊时，由于不均匀的加热和冷却，焊区的纵向和横向受到热态塑性压缩，使构件产生变形。表现主要有：纵、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。,图,3.4.4,焊接变形,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,焊接应力的影响,常温下不影响结构的静力强度；,增大,结构的,变形,，,降低,结构的,刚度,；,降低疲劳强度,；,降低压杆的稳定性。,2.,焊接变形的影响,影响构件的,尺寸和外形美观,，还可能,降低结构的承载,力，引起事故。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,减少焊接应力和变形的措施,（,1,）采用合理的,施焊顺序和方向,（,2,）采用,反变形法,减小焊接变形或焊接应力,（,3,）,锤击或碾压焊缝,使焊缝得到延伸,（,4,）小尺寸焊件，应,焊前预热或焊后回火处理,1.,合理的焊缝设计,（,1,）合理的选择焊缝的,尺寸和形式,（,2,）尽可能,减少不必要的焊缝,（,3,）,合理的安排,焊缝的,位置,（,4,）尽量,避免,焊缝的,过分集中和交叉,（,5,）尽量,避免母材在厚度方向的收缩应力,2.,合理的工艺措施,对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口,形式与焊件厚度,有关。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,1,）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。,2,）在焊缝的,起灭弧处,，常会出现,弧坑等缺陷,，故焊接时可,设置引弧板和引出板,，焊后将它们割除。,图,3.2.4,不同厚度或宽度的钢板拼接,a,),改变厚度,b,),改变宽度,1:2.5,1:2.5,补充：,第三章 连 接,2.,对接焊缝的优缺点,优点：,用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。,缺点：,需剖口，焊件长度要求精确。,3.,对接焊缝的构造处理,垫板,垫板,垫板,图,3.7,根部加垫板,图,3.8,对接焊缝的引弧板,引弧板,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,精制螺栓,粗制螺栓,代号,A,级和,B,级,C,级,强度等级,5.6,级和,8.8,级,4.6,级和,4.8,级,加工方式,车床上经过切削而成,单个零件上一次冲成,加工精度,螺杆与栓孔直径之差为,0.25,0.5mm,螺杆与栓孔直径之差为,1.5,3mm,抗剪性能,好,较差,经济性能,价格高,价格经济,用途,构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采用,沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时固定,螺栓连接,1.,普通螺栓连接,4.8,级和,8.8,级是指螺栓的性能等级，与螺栓的材料没有关系，,4.8,级的定义为：,4,代表,4*100=400MPa,，指螺栓的,抗拉强度,为,400MPa,，,.8,为屈强比值为,0.8,，,屈服强度,达,400,0.8=320MPa,。,8.8,级螺栓的性能为：,抗拉强度,=800MPa,，,屈服强度,=800*0.8=640MPa,。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,螺栓的排列和构造要求,螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。,1.,螺栓的排列,并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的,削弱较大,；,错列可以,减小,螺栓孔对截面的,削弱,，但不如并列紧凑，连接板尺寸较大。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,(1),受力要求,因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距,下限：,防止孔间板破裂,3,d,0,上限：,防止板间张口和鼓曲,。,b,）,螺孔中心距限制,a,）,端距限制,防止孔端钢板剪断,，,2,d,0,；,中心距太大,2d,端距过小,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,端距,端距,中距,边距,3,d,0,2,d,0,3,d,0,1.5,d,0,1.5,d,0,3,d,0,3,d,0,2,d,0,端距,边距,1.5,d,0,(1.2,d,0,),2,d,0,2,d,0,1.5,d,0,3,d,0,端距,（,2,）构造要求,若端距、边距及中距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。,规范规定了螺栓的最大容许间距,。,（,3,）施工要求,要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。因此,规范规定了螺栓的最小容许间距,。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,普通螺栓的受剪连接,螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时受剪力和拉力的共同作用。,F,N,F,A,只受剪力,B,只受拉力,C,剪力和拉力共同作用,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,N,O,1,2,3,4,N,N,a,b,N,N/2,N/2,对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上,a,、,b,两点相对位移,和作用力,N,的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段,1.,受剪连接的工作性能,(1),摩擦传力的弹性阶段,(01,段,),直线段,连接处于弹性状态；,该阶段较短,摩擦力较小。,(2),滑移阶段,(12,段,),克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表现在曲线上为水平段。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,N,O,1,2,3,4,a,b,N,N/2,N/2,(3),栓杆传力的弹性阶段,(23,段,),该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，,N-,关系以曲线状态上升。,(4),弹塑性阶段,(34,段,),达到,3,后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。,4,点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力,N,u,。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,图,3.5.2,受剪螺栓的破坏情况,a,),螺杆被剪断；,b,),连接件半孔壁挤压破坏；,c,),钢板拉（压）断；,d,),钢板剪坏；,e,),螺杆弯曲破坏,。,受剪螺栓的破坏形式,a),A,B,栓杆较细而板件较厚时,b),B,A,栓杆较粗而板件较薄时,c),A,截面削弱过多时,d),35,35,a,1,A,端矩过小时；端矩不应小于,2,d,O,e),A,螺栓杆过长；栓杆长度不应大于,5,d,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,剪拉螺栓群的计算,同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式：,一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。,图,3.5.12,剪拉联合作用的螺栓,图,3.5.13,剪力和拉力的相关曲线,试验研究结果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,2.,高强度螺栓连接,高强度螺栓是,高强螺杆和配套螺母,的合称。,由,45,号、,40B,和,20MnTiB,钢经过热处理加工而成。,45,号,8.8,级；,40B,和,20MnTiB,10.9,级,（,a,）,大六角头螺栓,（,b,）,扭剪型螺栓,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,高强度螺栓摩擦型连接,高强度螺栓承压型连接,传力机理,利用预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递,允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承压来传力,栓孔直径,螺杆的公称直径,+1.5,2.0mm,螺杆的公称直径,+1.0,1.5mm,特点,剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动力荷载的结构,连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构,高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,高强度螺栓连接的构造和计算,材料,高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。高强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的,45,号钢，合金钢中的,20,锰钛硼钢等。制成的螺栓有,8.8,级和,10.9,级,。,高强度螺栓的工作性能和构造要求,分类,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,通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力；,承压型高强度螺栓,受力特征与普通螺栓类似。在外力的作用下螺栓承受剪力和拉力。,高强度螺栓安装时将螺帽拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,1.,高强度螺栓连接工作性能,1),抗剪连接工作性能,由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连接件中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到,1,点。通过,1,点后，连接产生了滑移，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。,高强度螺栓,N,O,1,2,3,4,1,2,3,4,普通螺栓,a,b,N,N/2,N/2,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，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。,对于,高强度螺栓承压型,连接，允许接触面发生相对滑移，破坏准则为连接达到其极限状态,4,点，所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,（,1,）高强度螺栓预拉力的建立方法,2.,高强度螺栓连接的构造要求, 大六角头螺栓的预拉力控制方法有：,a,.,力矩法,初拧,用力矩扳手拧至终拧力矩的,30%50%,，使板件贴紧密；,终拧,初拧基础上，按,100%,设计终拧力矩拧紧。,特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。,为了保证通过摩擦力传递剪力，高强度度螺栓的预拉力,P,的准确控制非常重要。,b,.,转角法,初拧,用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密；,终拧,初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度，,一般为,120,o,180,o,完成终拧。,特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）,初拧,拧至,终拧力矩的,60%80%,；,终拧,初拧基础上，以,扭断,螺栓杆,尾部为准,。,特点：施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等。,高强度螺栓的施工要求：,由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺栓杆的预拉力，因此施工要求较严格：,终拧力矩,偏差不应大于,10%,；,如发现,欠、漏和超拧螺栓应更换,；,拧固顺序,先主后次，且当天安装，当天终拧完,。,如工字型梁为：上翼缘下翼缘腹板。,螺栓连接,螺栓,高强度螺栓,普通螺栓,材料,材质好，强度高,材质一般，强度低,传力方式,依靠连接板件摩擦传力,螺栓直接传力,变形,连接变形小，螺栓不易松动,连接变形大，螺栓易松动,安装,需专门扳手施加预拉力,一般常用扳手，手感拧紧,