金屬結(jié)構(gòu)的連接匯總課件

1、第四章 金屬結(jié)構(gòu)的連接 本章主要內(nèi)容4-1 連接類型 4-2 焊縫連接 4-3 普通螺栓連接 4-4 高強螺栓計算4-1 連接類型 焊接連接是目前金屬結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。優(yōu)點: 構(gòu)造簡單、省材料、易加工，易采用自動化作業(yè)，可用于復(fù)雜形狀構(gòu)件的連接等 。缺點: 質(zhì)量檢驗費事，連接剛度大，會引起結(jié)構(gòu)的變形和產(chǎn)生殘余應(yīng)力。 1.焊接優(yōu)點：裝配便利、迅速，可用于結(jié)構(gòu)安裝連接或可拆卸式結(jié)構(gòu)中。缺點：是構(gòu)件截面削弱，易松動。分類：分為普通螺栓和高強度螺栓連接兩種普通螺栓又分粗制螺栓和精制螺栓。2. 螺栓連接優(yōu)點：塑性和韌性較好，便于質(zhì)量檢查，故經(jīng)常用于承受動力載荷的結(jié)構(gòu)中。缺點：制造費工、用料多，釘孔削

2、弱構(gòu)件截面，因此目前在機械制造中已逐步由焊接所取代。 3. 鉚釘連接4.銷軸連接能滿足兩個構(gòu)件之間的相對運動的需要，或便于結(jié)構(gòu)件的現(xiàn)場安裝。如起重機臂架根部的連接以及拉桿或撐桿的連接等。4-2 焊縫連接 1. 焊接接頭的型式主要有四種：對接、搭接、T型接和 角接。一、焊接接頭的型式和焊縫種類對接接頭搭接接頭T形接頭角接接頭2. 焊縫種類 按不同分類方法焊縫可分為以下幾種形式：按空間位置可分為俯焊縫、橫焊縫、立焊縫及仰焊縫；按焊縫斷續(xù)情況可分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫；按結(jié)合方式可分為對接焊縫、角焊縫及塞焊縫；按承載方式可分為工作焊縫和聯(lián)系焊縫。 焊縫是構(gòu)成焊接接頭的主體部分，對接焊縫和角焊縫是焊縫的

3、基本形式。 (a)對接焊縫 (d)斜對接焊縫 （b) ( c ) (e) (f) 角焊縫工作焊縫和聯(lián)系焊縫工作焊縫(又稱承載焊縫)：焊縫與焊件串聯(lián)成整體主要承擔(dān)載荷的作用。焊縫一旦斷裂，鋼結(jié)構(gòu)就立即受到嚴(yán)重破壞。聯(lián)系焊縫(又稱非承載焊縫) ：焊縫與兩個或兩個以上的焊件并聯(lián)成整體(即連接作用)，焊縫不直接承擔(dān)載荷，工作中受力很小，焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)不會立即失效。焊縫符號標(biāo)注焊縫符號:在圖紙上標(biāo)注出焊縫形式、焊縫尺寸和焊接方 法的符號。焊縫符號主要由基本符號、輔助符號、補充符號、焊縫 尺寸符號和指引線等組成。指引線基本符號輔助符號補充符號焊縫尺寸符號焊縫基本符號是表示焊縫橫截面形狀的符號，共有13

4、個。焊縫基本符號相對基準(zhǔn)線的方位是固定的，它不隨焊縫圖形方位的變化而改變其方位。 （1）焊縫基本符號（1）焊縫基本符號（1）焊縫基本符號輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號, 有3個。 輔助符號配置在基本符號固定位置。（2）輔助符號（2）輔助符號補充符號是為了補充說明焊縫某些特征的符號，共5個。（3）補充符號（3）補充符號應(yīng)用示例 二、焊接方法、材料和焊縫許用應(yīng)力 1. 焊接方法和材料建筑工程機械金屬結(jié)構(gòu)最常用的焊接方法主要是電弧焊。我國目前常用的電弧焊方法有：手工電弧焊、CO2氣體保護焊和埋弧焊。焊接材料手工電弧焊焊條應(yīng)與焊接的金屬強度相適應(yīng)，即等強原則。Q235鋼E43型系列焊條Q345鋼

5、E50型系列焊條Q390鋼E55型系列焊條注: E表示焊條；43表示焊縫抗拉強度最小值為43kgf/mm2 1. 手工電弧焊2. CO2氣體保護焊焊絲：最常用H08Mn2SiA保護氣體:CO23. 埋弧焊Q235鋼焊絲：H08、H08A、H08MnA; 焊劑：高錳高硅型Q345鋼H08A、H08E焊絲高錳型焊劑 H08Mn、H08MnA焊絲中錳型焊劑焊縫的許用應(yīng)力 三、對接焊縫的構(gòu)造和計算 坡口加工：手工焊時，若焊件厚度 t8mm，可不開坡口；焊接厚度 t=825mm，可開單面坡口，其夾角=60；若t25mm，可用開雙面坡口的X焊縫，或開U型坡口。CO2氣體保護焊或埋弧焊參考有關(guān)規(guī)定。 1.對

6、接焊縫的構(gòu)造要求 坡口形式對接焊縫連接不同厚度或不同寬度的鋼板時，應(yīng)將板的一側(cè)或兩側(cè)加工成坡度不大于1:4的坡度，形成平緩過渡。不等厚板焊接焊縫的起弧和落弧點，焊接時可將焊縫的起點和終點延伸至引弧板上。待焊完后再將引弧板切除。引弧板2. 對接焊縫的計算與構(gòu)件同（1）在軸心力N作用下當(dāng)未采用引弧板施焊時，總長度中每條焊縫取實際長度減去10mm； 連接構(gòu)件中較薄的焊件厚度,mm； 注意單位 斜對接焊縫的計算一般取=45（2）在剪力Q和彎矩M共同作用下對于工字形截面，剪力主要由腹板承受，有時簡化為：（3）在軸心力N、剪力Q和彎矩M共同作用下213例題4-1 某主梁采用焊縫拼接(圖3-10，圖中尺寸為

7、焊縫尺寸)，已知拼接截面處的內(nèi)力 ，鋼材為Q235，焊條E43型，手工焊接且用普通方法檢查焊縫質(zhì)量。試驗算對接焊縫強度。 解：已知：M、Q需求：W、Sf、IxyoOxyhb慣性矩的計算xybhh0t面積矩和形心坐標(biāo)之間的關(guān)系：xybhh0t翼緣面積矩中性軸以上面積對中性軸的面積矩工字形截面的面積矩1. 截面的幾何特征計算慣性矩 抗彎模量 面積矩 3. 最大剪應(yīng)力計算2. 最大拉應(yīng)力驗算3. 折算應(yīng)力驗算（翼緣與腹板連接處）所以焊縫強度滿足。四、角焊縫的構(gòu)造和計算1. 角焊縫的構(gòu)造特點根據(jù)焊縫與作用力的方向，角焊縫可分為側(cè)焊縫、端焊縫以及圍焊縫。焊縫方向與作用力方向相一致的稱為側(cè)焊縫；焊縫方向與

8、作用力相垂直的稱為端焊縫；圍焊縫包括側(cè)焊縫和端焊縫。 端焊縫側(cè)焊縫圍焊縫角焊縫按其截面型式可分為普通式、坦式和凹面式三種。通常把角焊縫截面的直角較小邊稱為角焊縫的焊角尺寸，以hf表示。 角焊縫的焊腳尺寸： 最大焊腳尺寸一般 hf1.2min當(dāng)最小焊腳尺寸一般不小于4mm焊縫計算長度角焊縫最小計算長度：8hf側(cè)角焊縫最大計算長度： lf60hf（承受靜載荷）或40hf（承受動載荷）(3)搭接長度和連接板連接要求 (4)當(dāng)連接截面不對稱構(gòu)件時側(cè)縫的分布要求角鋼搭接連接焊縫的分配比例 角焊縫計算假定角焊縫無論是側(cè)焊縫還是端焊縫，也無論受哪種外力，焊縫中的應(yīng)力都統(tǒng)一按受剪計算，計算厚度均取0.7hf

9、(2) 角焊縫在剪力Q和彎矩M共同作用下的計算(1) 角焊縫在軸心力N作用下的計算（N可以垂直于焊縫長度也可以平行于焊縫長度）對于工字型或T型接頭可簡化為（3）角焊縫在軸心力N、剪力Q和彎矩M共同作用下的計算 NP(4) 貼角焊縫在扭矩Mk和剪力Q共同作用下的計算 假定焊縫為彈性體，連接體為絕對剛性體。在扭矩作用下，被連接件繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)，焊縫群上任一點的應(yīng)力方向垂直于該點與O點的連線，其大小與此連線的長短成正比例，則在外力P作用下，焊縫受到(P對焊縫形心的偏心矩Mk=P e)和Q(即為P)的共同作用。 PkxkyKA 在A點上由扭矩Mk=P e產(chǎn)生的剪應(yīng)力 在A點上由剪力Q產(chǎn)生的剪應(yīng)力 A

10、點的合應(yīng)力 kxky例題4-2 如圖3-19所示承受靜力載荷的桁架節(jié)點板用Q235，焊條型號為E43型。試計算連接焊縫。解：對焊縫A肢背上焊縫長度：肢尖上焊縫長度：例題4-3 圖3-20所示承受150KN載荷的柱與支托連接。結(jié)構(gòu)采用Q235，焊縫用E43型焊條，試驗算其連接焊縫。 解：剪力 Q=150kN彎矩組合截面形心坐標(biāo)公式：水平焊縫的計算面積為:垂直焊縫的計算面積為:焊縫的全部計算面積為：焊縫重心位置為：焊縫的慣性矩和最小抗彎模量為:強度驗算 補充例題：P已知：圖示角焊縫連接結(jié)構(gòu)，hf=10mm, 鋼材為Q345，焊條為E50型，P=100kN, 力P作用點距垂直焊縫的距離為350mm,

11、 水平焊縫長度為l1=150mm, 垂直焊縫長度l2=200mm, 試驗算連接焊縫強度。 在A點上由扭矩Mk=P e產(chǎn)生的剪應(yīng)力 在A點上由剪力Q產(chǎn)生的剪應(yīng)力 A點的合應(yīng)力 kxky組合截面形心坐標(biāo)公式：4-3 普通螺栓連接一、普通螺栓的種類和連接特點粗制螺栓（C級螺栓），Q235鋼熱壓而成，螺孔直徑一般比螺栓直徑大12mm精度差，一般只能用作拉力螺栓，不宜用作剪力螺栓?？撞捎妙惪?。精制螺栓（A、B級螺栓），Q235或35號鋼車制而成，表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，螺孔直徑一般比螺桿直徑僅大0.20.3mm。常用作剪力螺栓。對螺孔制作要求很高，應(yīng)為I類孔。二、螺栓連接的型式和布置 按受力性質(zhì)，普通螺栓分

12、為剪力螺栓、拉力螺栓和拉剪螺栓。剪力螺栓拉力螺栓拉剪螺栓普通螺栓的布置：分為并列和錯列。并列錯列三、剪力螺栓連接的計算 1. 剪力螺栓連接的破壞形式螺栓桿被剪斷而破壞；構(gòu)件孔壁被螺栓桿擠壓而產(chǎn)生破壞；截面被拉斷而破壞 剪力螺栓連接計算中采用的假定：連接構(gòu)件為剛性的；不計構(gòu)件之間的摩擦力；螺栓桿受剪時截面上受到均布 剪應(yīng)力；孔壁上的承壓應(yīng)力認為是均布的、并作用在螺栓直徑平面上，不考慮構(gòu)件孔邊的局部應(yīng)力等。2 單個受剪螺栓的承載力計算孔壁承壓：螺栓抗剪：最大承載力：3. 受軸心力作用的受剪螺栓連接計算 還應(yīng)按下式驗算被接構(gòu)件的凈截面強度： 構(gòu)件扣除螺栓孔部分的凈截面積 4. 受軸心力N、Q和扭矩M

13、作用下的計算 扭矩M作用下N1xN1y軸力N及剪力Q作用下單個螺栓受力軸力、扭矩共同作用下最大受力螺栓4. 受軸心力N、Q和扭矩M作用下的計算 (續(xù)）例題4-4 驗算圖3-28所示鋼板的螺栓連接。鋼板截面為360mm12mm，拼接鋼板厚為8mm。鋼材為Q235，承受內(nèi)力N=600KN，采用普通精制螺栓，螺栓直徑d=20mm，孔徑。 解：一個螺栓的抗剪許用承載力為 一個螺栓的承壓許用承載力為： 構(gòu)件一側(cè)所需螺栓數(shù)目為：1. 螺栓連接的計算 2. 構(gòu)件凈截面強度驗算 構(gòu)件凈截面強度驗算為：此連接的螺栓和構(gòu)件的強度均滿足要求。 構(gòu)件的凈截面積為：四、拉力螺栓連接的計算 1. 單個拉力螺栓連接的承載能

14、力計算 2. 受軸心拉力N的受拉螺栓連接計算 3. 受力矩M作用的受拉螺栓連接計算 旋轉(zhuǎn)軸4. 受軸心拉力N和力矩M同時作用的受拉螺栓連接計算 先假定構(gòu)件繞螺栓群形心轉(zhuǎn)動 時說明螺栓受拉，構(gòu)件繞形心轉(zhuǎn)動，應(yīng)對螺栓群中心取距，必須滿足： 時，說明連接下部受壓，構(gòu)件繞底排螺栓轉(zhuǎn)動，應(yīng)對底排螺栓取距，必須滿足： 例題4-6 有一結(jié)構(gòu)如圖3-30所示，采用M18普通螺栓（Q235）連接，螺栓布置如圖所示，分別計算校核F=130kN，M=10 kNm和F=160kN，M=10 kN m兩種載荷狀態(tài)下的螺栓強度。 先假定構(gòu)件繞螺栓群形心轉(zhuǎn)動 解：1、載荷為F=130KN，M=10 KN.m： 說明連接下部

15、受壓，構(gòu)件繞底排螺栓轉(zhuǎn)動，對底排螺栓取矩，按照單純受力矩作用來計算。（2）、計算最大螺栓拉力：（1）、計算螺栓最小拉力假設(shè)構(gòu)件繞形心轉(zhuǎn)動，計算螺栓所受最小拉力（3）、計算M18普通螺栓的許用承載力：從相關(guān)手冊中查的螺紋的有效面積為192.5mm2符合使用要求。所以例題4-5驗算圖示連接螺栓a-a列螺栓用精制螺栓，直徑d=18mm。b列螺栓為粗制螺栓，內(nèi)直徑d0=16.93mm。假定此列螺栓只承受拉力，剪力由緊貼于角鋼上端的支托 承受。鋼板承受內(nèi)力500KN。解： 驗算鋼板與連接角鋼間的a-a列螺栓一個螺栓的抗剪承載能力為：一個螺栓的承壓能力為：最邊緣螺栓受力最大 2、載荷為F=160KN，M=

16、10 KN.m： （1）、計算螺栓最小拉力 說明螺栓全部受拉，構(gòu)件繞形心轉(zhuǎn)動（2)、計算最大螺栓拉力：（3）、結(jié)論：符合使用要求。4-4 高強螺栓計算 一、高強螺栓連接的原理 摩擦型連接承壓型連接軸向受拉連接利用高強度螺栓的強大預(yù)拉力將連接構(gòu)件夾緊，依靠構(gòu)件接觸面間的摩擦阻力來傳遞構(gòu)件的內(nèi)力摩擦力、螺栓剪力和承壓力三者共同作用螺栓軸向受拉按力的傳遞方式二、高強螺栓連接的預(yù)拉力和摩擦系數(shù) 三、高強螺栓連接的承載能力1. 單個高強螺栓的抗剪許用承載能力2. 單個高強螺栓抗剪、抗拉的許用承載能力NNN0.7P3. 承受軸心力N作用時的計算4. 承受彎矩作用時的計算 5. 受軸心力N、Q和扭矩M作用下的計算 扭矩M作用下N1xN1y6. 構(gòu)件凈截面強度計算構(gòu)件凈截面強度 構(gòu)件凈截面所受力 構(gòu)件毛截面強度 例題 4-7構(gòu)件鋼板截面為360mm20mm，軸力為700kN，構(gòu)件材料為Q235，采用高強