第3章鋼結(jié)構(gòu)連接

鋼結(jié)構(gòu)原理與設計李章政博士教授少而寡欲顏常好，老不求官夢亦閑宋詞訴衷情陸游

當年萬里覓封侯，匹馬戌梁州。關河夢斷何處？塵暗舊貂裘。胡未滅，鬢先秋，淚空流。此生誰料，心在天山，身老滄州！2023/2/13第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法3.2焊縫連接的特性和構(gòu)造要求3.3焊縫連接計算3.4普通螺栓連接3.5高強度螺栓連接3.6輕鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接2023/2/143.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法連接的概念通過一定的手段將板材或型材組合成構(gòu)件，或?qū)⑷魲U構(gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)保證共同工作對連接的要求安全可靠，傳力明確構(gòu)造簡單，制造方便節(jié)約鋼材2023/2/15對接頭的要求有足夠的強度有適宜于施行連接手段的足夠空間常用連接方法焊縫連接螺栓連接鉚釘連接2023/2/163.1.1焊縫連接將鋼材連接處金屬加熱熔化，待冷卻后形成焊縫，將縫兩側(cè)鋼材連成一體。目前鋼結(jié)構(gòu)連接的主要方法。2023/2/17常用焊接方法手工電弧焊通電后，涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧，溫度可達3000C金屬熔化，與焊絲液結(jié)合冷卻后即成焊縫焊條與焊件材料相適應：Q235鋼E43型焊條，Q345鋼E50型焊條，Q390、Q420鋼E55型焊條不同強度材料連接時，配與低強度材料相適應的焊條2023/2/18手工電弧焊的特點：

設備簡單操作靈活方便適宜于任何空間位置的焊接但效率低，勞動強度大，質(zhì)量與焊工有關埋弧焊（自動或半自動）電弧在焊劑層下燃燒的一種焊接方法自動埋弧焊：焊絲送進和電弧移動由專門機構(gòu)半自動埋弧焊：焊絲送進專門機構(gòu),電弧移動靠人工焊絲、焊劑要保證熔敷金屬抗拉強度不低于相應手工焊條的數(shù)值。2023/2/19埋弧焊的特點（1）工藝條件穩(wěn)定，與大氣隔離、保護效果好，電弧熱量集中；（2）熔深大，焊縫的化學成分均勻；（3）焊縫質(zhì)量好，塑性和韌性較高；（4）生產(chǎn)效率高。自動埋弧焊只適合于焊接較長的直線焊縫。氣體保護焊（氣電焊）利用CO2或其他惰性氣體作為保護介質(zhì)防止有害氣體侵入，保證焊接過程中穩(wěn)定性焊縫強度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接不適用于在風較大的地方施焊2023/2/110焊縫連接的主要優(yōu)缺點主要優(yōu)點不削弱構(gòu)件截面，節(jié)約鋼材構(gòu)造簡單，加工方便連接的剛度大，密封性能好易于采用自動化作業(yè)主要缺點焊縫熱影響區(qū)材質(zhì)變脆殘余應力（應變）使構(gòu)件受到不利影響焊接結(jié)構(gòu)對裂紋敏感冷卻不均勻收縮產(chǎn)生焊接殘余應力，部分受拉、部分受壓自平衡?？v向殘余應力橫向殘余應力厚度方向殘余應力承載力下降變形能力下降易疲勞2023/2/1113.1.2螺栓連接連接方法和特點連接方法螺栓、螺帽通過螺栓孔將鋼材連接成整體緊固連接（擰緊螺帽）螺栓連接的特點施工簡單，安裝方便進度和質(zhì)量易于保證開孔對截面有削弱需要輔助連接件，增加用鋼量2023/2/112螺栓連接的類型普通螺栓連接C級為粗制螺栓，4.6級、4.8級A、B級為精制螺栓，8.8級高強度螺栓連接摩擦型連接：剪切變形小，彈性好，可拆卸耐疲勞可用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)承壓型連接：剪切變形大不能用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)螺栓等級8.8級、10.9級。2023/2/1133.1.3鉚釘連接鉚釘連接方法鉚釘圓柱形一端預制釘頭鉚合構(gòu)件上開鉚釘孔燒紅的鉚釘插入鉚釘孔后用鉚釘槍或壓鉚機進行鉚合（壓制另一釘頭）2023/2/114鉚釘連接優(yōu)缺點鉚接的優(yōu)點塑性和韌性好傳力可靠質(zhì)量易于檢查鉚接的缺點構(gòu)造復雜費鋼費工適合于承受動力荷載作用、荷載較大和跨度較大的結(jié)構(gòu)。目前采用較少已被高強度螺栓連接所替代2023/2/1153.2焊縫連接的特性和構(gòu)造要求焊縫連接形式對接連接搭接連接T形連接角部連接3.2.1焊縫連接形式和焊縫形式2023/2/116焊縫形式對接焊縫正對接焊縫斜對接焊縫角焊縫正面角焊縫側(cè)面角焊縫斜向角焊縫連續(xù)角焊縫間斷角焊縫：受壓構(gòu)件l15t受拉構(gòu)件l30t2023/2/117焊縫缺陷缺陷類型裂紋，焊瘤，燒穿，弧坑，氣孔，夾渣，咬邊，未熔合，未焊透焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良缺陷影響削弱受力面積，引起應力集中對強度、塑性、韌性產(chǎn)生不利影響3.2.2焊縫缺陷和質(zhì)量等級2023/2/118焊縫質(zhì)量等級一級焊縫外觀檢查符合要求100%焊縫超聲波檢查，且符合要求二級焊縫外觀檢查符合要求20%以上焊縫超聲波檢查，且符合要求三級焊縫全部焊縫外觀檢查符合三級質(zhì)量標準2023/2/119質(zhì)量等級選用需要進行疲勞計算的構(gòu)件，作用力垂直于焊縫長度方向的橫向?qū)雍缚p或T形對接焊縫與角接組合焊縫受拉時應為一級受壓時應為二級不需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強的對接焊縫受拉時不應低于二級受壓時宜為二級2023/2/120重級工作制和起重量Q50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的T形接頭焊縫要求焊透焊縫形式為對接與角接的組合焊縫質(zhì)量等級不應低于二級不要求焊透的T形接頭焊縫對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞的的結(jié)構(gòu)和吊車起重量50t的中級工作制吊車梁，焊縫質(zhì)量等級二級其他結(jié)構(gòu)，焊縫質(zhì)量等級可為三級2023/2/1213.2.3焊縫符號及標注方法2023/2/1223.2.4焊縫連接的構(gòu)造要求對接焊縫的構(gòu)造要求坡口形式與焊件厚度有關焊件厚度小(手焊6mm，埋弧焊10mm)：直邊一般厚度：單邊V或V形坡口焊件較厚(>20mm)：U、K、X形坡口2023/2/123板件拼接厚度或?qū)挾缺M量相同當相差超過4mm時，應做成坡度不大于1:2.5的斜角，以減小應力集中厚度不同時，焊縫坡口形式應按較薄厚度焊件選用2023/2/124引弧板和引出板施焊時的起點和終點，常因起弧和滅?。浠。┏霈F(xiàn)弧坑缺陷采用引弧板和引出板可避免該缺陷發(fā)生在構(gòu)件上焊接完畢后用氣割切除，打磨平整無法采用引弧板（引出板）施焊時，計算每條焊縫的長度時，應取實際長度-2t焊件的較小厚度2023/2/125角焊縫構(gòu)造焊腳尺寸最大焊腳尺寸，較薄焊件厚度的1.2倍

hfmax

=1.2t

板件邊緣應符合當t6mm時，hfmax

t

當t>6mm時，hfmaxt–(1~2)mm2023/2/126最小焊腳尺寸

hfmin

=1.5t1/2(t為較厚焊件厚度mm)

當t4mm，hfmin=

t

計算時，焊腳尺寸取mm的整數(shù)，小數(shù)點后都進為1。

自動焊熔深較大，最小焊角尺寸可可減小1mm；對于T形連接的單面角焊縫，應增加1mm；當焊件厚度小于或等于4mm，則取與焊件厚度相同。2023/2/127角焊縫的計算長度不得小于8hf

和40mm側(cè)面角焊縫的計算長度不宜大于60hf

，若大于此值，超過部分在計算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長分布時，其計算長度不受此限搭接連接的構(gòu)造要求板件端部有兩條側(cè)面角焊縫時，間距b和每條焊縫的長度lw應滿足t—較薄板件厚度搭接長度不小于焊件較小厚度的5倍，并不得小于25mm2023/2/128采用正面角焊縫時，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm采用三面圍焊時，轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊；對于非圍焊的情況，當角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，可連續(xù)地作長度為2hf的繞角焊。2023/2/1293.3焊縫連接計算對接焊縫軸心受力正對接焊縫軸心受力3.3.1對接焊縫計算未作引弧施焊時，每條焊縫減去2t

作為lw2023/2/130斜對接焊縫軸心受力當焊縫與作用力方向夾角滿足tan1.5時，斜焊縫的強度不低于母材的強度，可不對焊縫進行強度計算。2023/2/131彎曲變形中對接焊縫計算截面邊緣正應力強度工字形構(gòu)件腹翼交界處綜合應力中和軸上的剪應力強度2023/2/132例題3.1

兩塊Q235鋼板用對接焊縫連接，如圖所示。采用普通手工電弧焊，焊條E43型，施焊時未能采用引弧板，焊縫質(zhì)量為一級。已知鋼板寬450mm，厚10mm，承受軸向拉力設計值N=900kN，試驗算焊縫強度。2023/2/133未用引弧板解答：mm查附表1.2N/mm2N/mm2N/mm2滿足要求解畢2023/2/134例題3.2

計算工字形截面牛腿與鋼柱連接的對接焊縫強度。截面尺寸如圖所示。集中力F=550kN（設計值），偏心距e=300mm。鋼材為Q235-B，焊條為E43型，手工焊。焊縫為三級檢驗標準，上下翼緣加引弧板施焊。2023/2/135解答：查附表1.2N/mm2對焊縫的計算截面與牛腿的截面相同mm4mm3mm3內(nèi)力設計值kN.mkN.mN/mm22023/2/136最大正應力（上下翼緣）N/mm2N/mm2最大剪應力（中性軸）N/mm2N/mm22023/2/137腹翼交界“1”點復合受力正應力N/mm2剪應力N/mm2等效應力N/mm2N/mm2焊縫強度滿足要求解畢2023/2/1383.3.2直角角焊縫計算直角角焊縫基本公式正面角焊縫（作用力垂直于焊縫長度方向）he—角焊縫計算厚度，直角角焊縫he=0.7hf

f

—強度增大系數(shù)，靜力荷載和間接動力荷載

1.22，動力荷載1.0lw—角焊縫計算長度，每條縫取實際長度減2hf

2023/2/139側(cè)面角焊縫（作用力//于焊縫長度方向）在各種力綜合作用下2023/2/140軸心受力直角角焊縫應用計算加蓋板的對接連接（承受軸心力）

假定焊縫應力均勻分布只有正面角焊縫時正面角焊縫承擔內(nèi)力側(cè)面角焊縫強度三面圍焊時2023/2/141例題3.3

試設計用拼接蓋板的對接連接，分別考慮兩面?zhèn)群负腿鎳竷煞N情況。已知鋼板寬B=270mm，厚t1=28mm，拼接蓋板厚t2=16mm。該連接承受靜態(tài)軸心力設計值為N=1400kN，鋼材為Q235-B，焊條為E43型，手工焊。焊縫為二級檢驗標準。鋼板間隙10mm2023/2/142解答：查附表1.2N/mm2確定焊縫焊腳尺寸t2=16mm>6mm，t2<t1=28mmmm取mm則mm2023/2/143（1）兩面?zhèn)群高B接一側(cè)所需焊縫總長度取等號計算mm上下兩塊拼接蓋板，共4條側(cè)焊縫。一條側(cè)焊縫的實際長度為mmmm2023/2/144所需蓋板長度mm被連接鋼板間隙取L=680mm蓋板寬度由強度條件和構(gòu)造要求確定鋼材種類相同，蓋板截面面積不小于被連接鋼板截面面積取b=240mmmm2mm22023/2/145mmmmmmmmmm滿足要求蓋板尺寸為：680mm240mm16mm2023/2/146（2）三面圍焊可減小側(cè)面角焊縫的，從而減小拼接蓋板尺寸正面角焊縫承擔的內(nèi)力mmN所需一側(cè)側(cè)面角焊縫總長度mm2023/2/147連接一側(cè)共4條側(cè)面角焊縫。一條側(cè)面角焊縫的長度為mm采用lw=180mm拼接蓋板長度為mm此時蓋板尺寸為：370mm240mm16mm解畢2023/2/148直接法：N不分解角焊縫承受斜向軸心力作用分力法：分解N2023/2/149雙角鋼組成的T形截面三面圍焊，兩面?zhèn)群福∟3=0）正面角焊縫分擔的力由平衡條件得承受軸心力作用的角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)k1、k2見表3.32023/2/150肢背、肢尖的焊縫計算長度L形圍焊（N2=0）可計算正面角焊縫的焊腳尺寸2023/2/151例題3.4

試確定圖示承受靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長度。已知角鋼為2?12510，與厚度為8mm的節(jié)點板連接，其搭接長度為300mm，焊腳尺寸hf=8mm，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型。2023/2/152解答：查表N/mm2焊縫有效厚度mm內(nèi)力分配系數(shù)正面角焊縫長度等于相連角鋼肢的寬度mm正面角焊縫承受的內(nèi)力N3NkN2023/2/153肢背角焊縫所承受的內(nèi)力N1NkN因為所以kN2023/2/154解畢肢尖焊縫承擔的內(nèi)力N2kN肢尖焊縫長度為mm可取mm2023/2/1553.4普通螺栓連接螺栓的排列鋼板螺栓排列齊列錯列3.4.1螺栓連接的構(gòu)造尺寸滿足表3.5體現(xiàn)：受力要求構(gòu)造要求施工要求2023/2/156型鋼螺栓排列排列圖式尺寸要求表3.6~表3.82023/2/157螺栓連接的構(gòu)造要求每一桿件在節(jié)點上以及拼接接頭的一端，永久性的螺栓不宜少于2個。對組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用1個螺栓。高強度螺栓孔應采用鉆成孔。摩擦型連接的高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.5~2.0mm，承壓型連接的高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.0~1.5mm。在高強度螺栓連接范圍內(nèi)，構(gòu)件接觸面的處理方法應在施工圖中說明。2023/2/158C級螺栓宜用于沿其桿軸方向受拉的連接，下列情況下可用于受剪連接：

（1）承受靜力荷載或間接動力荷載結(jié)構(gòu)中的次要連接（2）承受靜力荷載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接（3）臨時固定構(gòu)件用的安裝連接對直接承受動力荷載的普通螺栓受拉連接應雙螺帽或其他能防止螺帽松動的有效措施2023/2/159當型鋼構(gòu)件拼接采用高強度螺栓連接時，其拼接件宜采用鋼板沿桿軸方向受拉的螺栓連接中的端板（法蘭板），應適當增強其剛度（如加設加勁肋），以減少撬力對螺栓抗拉承載力的不利影響。2023/2/1603.4.2普通螺栓連接計算受剪螺栓連接受拉螺栓連接同時受拉、受剪螺栓連接2023/2/161受剪連接計算破壞形式受剪破壞承壓破壞（擠壓破壞）構(gòu)件強度破壞沖剪破壞受彎破壞強度計算端距保證限制疊板厚度5d受剪連接計算2023/2/162抗剪承壓單個普通螺栓抗剪承載力普通螺栓群抗剪所需螺栓個數(shù)2023/2/163此時，所需螺栓數(shù)抗剪連接承載力折剪（長連接，剪力分布不均勻）

桿件的節(jié)點處或拼接接頭的一端，螺栓沿軸向受力方向的連接長度l1大于15倍孔徑（l1>15d0

），螺栓承載力設計值可以折減2023/2/164下列情況下螺栓數(shù)目應予以增加一個構(gòu)件借助填板或其他中間板件與另一構(gòu)件連接的螺栓（摩擦型連接的高強度螺栓除外）數(shù)目，應按計算增加10%。當采用搭接或拼接板的單面連接傳遞軸心力，因偏心引起連接部位發(fā)生彎曲時，螺栓（摩擦型連接的高強度螺栓除外）數(shù)目，應按計算增加10%。在構(gòu)件端部連接中，當利用短角鋼連接型鋼的外伸肢以縮短連接長度時，在短角鋼兩肢中的一肢上，所用螺栓數(shù)目應按計算增加50%。2023/2/165偏心受剪螺栓群需要計算1號螺栓的剪力合力2023/2/166例題3.5

設計兩塊鋼板用普通螺栓的蓋板拼接。鋼板寬360mm，厚8mm；蓋板厚6mm。已知軸心拉力設計值N=325kN，鋼材為Q235-B，粗制螺栓M20。2023/2/167解答：查附表1.3N/mm2N/mm2一個螺栓承載力（雙面剪切）NNNkN2023/2/168連接一側(cè)所需螺栓數(shù)取n=8，布置如圖解畢2023/2/169例題3.6

驗算圖示普通螺栓連接的承載力。柱翼緣厚度10mm，連接板厚度8mm，鋼材Q235-B，荷載設計值F=150kN，偏心距e=250mm，粗制螺栓M22。解答：查表：N/mm2N/mm2螺栓直徑22mm，一個螺栓承載力NkN2023/2/170NkNkN螺栓群偏心受剪，以中心為坐標原點mm2kN.mm離中心最遠的1號螺栓受力kN2023/2/171滿足要求kNkN承載力kNkN解畢2023/2/172受拉螺栓連接單個螺栓抗拉承載力普通螺栓在螺紋處的有效直徑普通螺栓在螺紋處的有效面積，表3.9螺栓群軸心受拉所需螺栓個數(shù)2023/2/173螺栓群彎曲受拉可取中和軸位于下排螺栓o處，剪力通過承托板傳遞2023/2/174普通螺栓剪拉組合受力栓桿受剪、受拉承載力孔壁承壓承載力2023/2/175例題3.7

試驗算圖示普通螺栓連接的強度。粗制螺栓M20，孔徑21.5mm，鋼材為Q235-B。解答：螺栓同時受剪和受拉kNkN一個螺栓承受的剪力和拉力分別為kNkN2023/2/176一個螺栓受剪受拉承載力N/mm2N/mm2N/mm2NkN螺紋處有效面積，可查表格d16182022242730Ae156.7192.5244.8303.4352.5459.4560.6NkNNkN2023/2/177滿足要求承載力驗算kNkN解畢2023/2/1783.5高強度螺栓連接高強度螺栓的預拉力控制方法力矩法轉(zhuǎn)角法取值規(guī)定表3.103.5.1高強度螺栓連接的性能2023/2/179摩擦面抗滑移系數(shù)影響因素接觸面的處理方法（1）噴砂（丸）（2）噴砂（丸）后涂無機富鋅漆（3）噴砂（丸）后生赤銹（4）鋼絲刷清除浮銹（5）未經(jīng)處理軋制表面鋼材牌號（強度等級）取值規(guī)定：表3.112023/2/180抗剪承載力抗拉承載力拉剪共同作用3.5.2摩擦型高強度螺栓

連接計算傳力摩擦面數(shù)目2023/2/181抗剪連接桿軸受拉連接剪力、拉力共同作用時3.5.3承壓型高強度螺栓

連接計算承載力計算與普通螺栓相同2023/2/182例題3.8

一雙蓋板拼接的鋼板連接，已知蓋板厚度12mm、被連接鋼板厚20mm，鋼材Q235-B，高強度螺栓為8.8級的M20，連接處構(gòu)件接觸面用噴砂處理，作用在螺栓群形心處的軸心拉力設計值為N=800kN，試確定螺栓數(shù)目（分別采用摩擦型和承壓型連接）。解