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1、,第7章 钢结构的连接,7.1 连接的种类与特点7.2 角焊缝构造与计算7.3 对接焊缝构造与计算7.4 普通螺栓连接计算7.5 高强螺栓连接计算,7.1 连接的种类和特点,（1）概述钢结构中，连接占有相当重要的位置，因为构件之间甚至构件自身须通过不同的方式进行连接，不同的连接方式决定了不同的制作和安装工艺，也直接影响着工期和工程造价，而且就国内外所发生的钢结构工程事故来看，有相当数量是由于节点构造不合理引起的。钢结构的连接通常有焊接、普通螺栓连接及高强度螺栓连接等连接形式，这也是钢结构的基本连接方式。,（2）常用焊接方法,（2-1）电弧焊 通过通电后焊条与焊件之间产生的强 大电弧提供热源，溶
2、化的焊条（焊丝）与 焊件溶化部分形成焊缝。焊缝质量可靠，为最常用的一种焊接方法。分手工电弧焊和自动埋弧焊（半自动）。,手工电弧焊接工艺,Q235-E43；Q345-E50；Q390-E55,自动埋弧焊接工艺,Q235-H08、H08A、H08MnA;Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn,（2-2）电阻焊 利用电流通过焊件接触点表面产生的热量熔化金属，再通过压力使其焊合。适用薄壁型钢（12mm内）。（2-3）气 焊 利用乙炔在氧气中燃烧而形成的火焰来熔化金属，形成焊缝。适用薄钢板或小型结构。,（3）各种连接的特点,（4）对接焊缝的形式,（5）对接焊缝的优缺点 优点：用料经济、传力均
3、匀、无明显的 应力集中，利于承受动力荷载。缺点：需剖口，焊件长度要精确。,（6）对接焊缝的构造处理（5-1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去5mm。（5-2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1:2.5的斜面，避免应力集中。（5-3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1:2.5的斜边(直接动力荷载时应为1:4)，避免应力集中。,（7）角焊缝种类 包括直角角焊缝（图a）和斜角角焊缝（图b）,（7-1）直角角焊缝（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝,（7-2）斜角角焊缝：（a）斜锐角焊缝（b）
4、斜钝角焊缝（c）斜凹面角焊缝,（7-3）施焊方位（a）平焊（俯焊）（b）立焊和横焊（c）仰焊 质量及施工难易程度：平焊好、立焊和横焊次之、仰焊最差。,平焊,对接焊缝,对接焊缝加引弧板,角焊缝（三面围焊）,角焊缝连接（端焊缝连接）,螺栓连接（拉剪作用）,7.2 直角焊缝的构造和计算,（1）角焊缝的受力特点 焊缝破坏面,角焊缝破坏面上的应力,端焊缝的应力变化:,侧焊缝的应力变化:,（2）角焊缝的计算,角焊缝连接的构造要求,7.3 对接焊缝的构造和计算,焊接应力与焊接变形,(1)焊接变形和焊接应力产生的原因:焊接过程中,局部区域受到高温作用,引起不均匀的加热和冷却,使构件产生变形.在冷却过程中,焊缝
5、和焊缝附近的钢材的收缩受到约束而产生应力.,(2)焊接应力的影响,在常温和静荷载作用下，对构件的强度无影响，但对刚度则有影响。塑性变形降低，容易产生裂缝。疲劳强度降低。使稳定承载力降低。使构件提前进入塑性阶段。,(3)主要焊接应力,纵向收缩引起的纵向应力(焊缝方向的应力):,横向应力(与焊缝垂直方向):,考虑整体冷却与焊接次序的叠加,焊接次序的影响,焊缝厚度方向的焊接应力:,厚度小于25mm时，厚度方向应力不大；但板厚大于50mm时，厚度方向应力可达50N/mm2左右。,(4)焊接变形,主要形式:纵向收缩、横向受缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。减少焊接变形的方法：（4-1）采用合适
6、的焊接顺序；（4-2）尽可能对称焊接；（4-3）焊接前施加相反的预变形；（4-4）机械校正法和锤击法。,（5）减少焊接应力的方法,焊前预热、焊后回火加热6000C，然后冷却；焊接后进行锤击。,（6）焊接变形演示,T型连接焊接变形,薄板焊接翘曲变形,垂直连接焊接变形,搭接焊缝构件变形,对接焊缝构件变形,正确焊接顺序1,正确焊接顺序2,7.4 普通螺栓的连接,(1)普通螺栓的连接构造螺栓的规格与表示：钢结构一般选用C级（粗制）六角螺母螺栓，标识用M和工程直径表示，例如M16、M20等。螺栓的排列：有并列（图a）和错列（图b）之分，螺栓的各距应满足规定的要求。,钢板上的螺栓排列,钢板上的螺栓容许间距
7、,另外还有角钢连接螺栓、工字钢和槽钢翼缘连接螺栓及工字钢和槽钢腹板连接螺栓容许最小栓距的要求（见教科书表8-3表8-5）。,型钢的螺栓排列,为何对栓距有限制？,（1）受力性能要求：端距过小冲剪破坏；栓距过小拉断；栓距过大板件易鼓凸而影响正常受力。（2）施工要求：留有足够的空间便于板手转动。（3）构造要求：栓距过大，连接板件间不密实，潮气容易侵入，造成板件锈蚀。,（2）受力性能与计算 2-1 受力分类螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及剪拉共同作用。,2-2 主要破坏形式,端部剪断,板被拉断,钢板孔壁被螺栓挤压破坏,螺栓剪切破坏,螺栓受剪破坏、孔壁挤压破坏、连接板净截面破坏、螺栓受
8、弯破坏、连接板端部冲剪破坏。,2-3 单个受剪螺栓的承载力计算螺栓抗剪：孔壁承压：最大承载力：,2-4 轴力作用受剪螺栓群的连接计算,受力特性 沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，在一定范围内，靠塑性变形可以均布内力；设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数。当l115d0时：当l160d0时：0.7,连接所需螺栓数量：,连接板净截面强度（防止板件拉断）：,净截面计算,2-5 扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算扭矩作用：,1号螺栓所承担的扭转剪力：,轴力及剪力作用下螺栓所受到的剪力：轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓所承担的剪力计算：,2-6 受拉螺栓连接计算,需要说明的是：由于杠杆作用，螺
9、栓实际受的力要大于外力N解决办法：设计时采取措施加强刚度；规范对设计强度进行了适当折减。,单个螺栓承载力：,抗拉计算：,2-7 弯矩作用下普通螺栓连接计算,（1）弯矩作用下的计算,单个螺栓所承担的力：,（2）M、N共同作用下（偏心受拉）的计算,小偏心：,大偏心：,（3）拉剪共同作用螺栓连接计算,【例题】验算双盖板拼接的螺栓连接节点。钢材Q235，螺栓为B级M20精制螺栓，孔20.5mm。,扭矩:,水平力:,竖向力:,7.5 高强度螺栓连接(1)概述 按受力特性分：摩擦型与承压型 抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状态；承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏为承载力极限
10、状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。,高强螺栓采用类孔，便于施工。受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距1.5d0外，其它要求同普通螺栓。高强螺栓的材料与强度等级:由高强材料经热处理制成，按强度等级分为10.9与8.8级，如10.9级M20螺栓。10.9级一般由20MnTiB材料制作，fu1000N/mm2；8.8级一般为45钢制成，fu800N/mm2。,高强螺栓的预拉力:式中二个0.9分别为材料安全系数和超张拉安全系数，1.2为施工时施工扭矩和预拉力同时作用于螺栓而考虑的折减系数。预拉力的产生可通过转角法或扭矩法实现（根据预拉力P与施工扭矩间的关系控制，并应按实验确定。,扭剪型高强螺栓,(2)摩擦型高强螺栓连接计算 受剪连接计算:一个螺栓抗剪承载力 连接所需螺栓数 净截面强度：考虑50孔前传力,受拉连接高强螺栓计算:由于高强螺栓的基本承载力为摩擦力，而摩擦力与正压力有关，为保证板件间保留一定的压紧力规范规定:,受弯连接计算:（形心轴在中排，螺栓受力计算同普通螺栓受弯时小偏心情况）,拉、剪共同作用连接(螺栓群)计算:,(3)承压型高强螺栓连接 受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗剪及孔壁承压承力；受拉同普通螺栓，计算公式总结如下表：,
