鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造_第1頁(yè)
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1、第7章 鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,7.1 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)連接的要求及連接方法,設(shè)計(jì)時(shí),在選用合理的連接方式時(shí),應(yīng)考慮以下問(wèn)題: 1、連接設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時(shí)的假定相一致; 2、連接設(shè)計(jì)應(yīng)選擇最不利的荷載工況; 3、傳力直接、明確,避免應(yīng)力集中; 4、節(jié)點(diǎn)的變形協(xié)調(diào); 5、避免偏心的影響; 6、連接的方式應(yīng)避免在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生過(guò)大的殘余應(yīng)力; 7、利用厚鋼板時(shí),應(yīng)避免層間撕裂; 8、連接的構(gòu)造簡(jiǎn)單,便于施工。,鋼結(jié)構(gòu)的連接分類:,冶金連接焊接連接 ; 鉚釘連接 機(jī)械連接 普通螺栓 螺栓連接 高強(qiáng)度螺栓,焊接連接,20世紀(jì)20年代發(fā)展起來(lái)的,是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式。 優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡(jiǎn)單,加工方便,節(jié)省鋼材。

2、而且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,生產(chǎn)效率較高。 缺點(diǎn):焊縫質(zhì)量易受材料操作的影響,因此對(duì)鋼材材質(zhì)要求較高(主要是含碳量),焊接時(shí)構(gòu)件內(nèi)有殘余應(yīng)力和殘余變形,且宜產(chǎn)生裂縫,給疲勞破壞帶來(lái)隱患。所以,對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)不宜采用。,鉚釘連接,優(yōu)點(diǎn):傳力可靠,連接的韌性和塑性較好,質(zhì)量易于檢查。 缺點(diǎn):用鋼量大、施工較復(fù)雜。 在土木工程中很少采用,主要用在飛機(jī)制造業(yè)。,普通螺栓,按性能等級(jí)分:3.6,4.6,4.8,5.6,5.8,6.8,8.8級(jí)。 含義:以“4.6”為例: 按制作精度分:A、B級(jí)和C級(jí)。 1、 A、B級(jí)精制螺栓,栓桿由車床加工而成,表面光滑,尺寸準(zhǔn)確,要求螺栓孔為I類孔,允許偏差為0.

3、180.25mm。 2、 C級(jí)粗制螺栓,要求螺栓孔為II類孔,允許偏差為1.52.0mm。 應(yīng)用范圍:承受拉力的安裝連接;可拆卸結(jié)構(gòu)的連接;安裝時(shí)構(gòu)件的臨時(shí)固定。,高強(qiáng)度螺栓,按性能等級(jí)分:8.8級(jí)、 10.9級(jí)、12.9級(jí) 從外形上分: 1、大六角頭螺栓(見(jiàn)圖1):連接副:一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母、二個(gè)墊圈。有8.8級(jí)、 10.9級(jí)。 2、扭剪型螺栓(見(jiàn)圖2):連接副:一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母、一個(gè)墊圈。有8.8級(jí)、 10.9級(jí)。 按受力狀況分: 1、摩擦型連接:預(yù)拉力把被連接的部件夾緊,使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的摩擦力,外力通過(guò)摩擦力來(lái)傳遞。板件之間不允許產(chǎn)生滑移。 2、承壓型連接:板件之間允許產(chǎn)生滑

4、移。,7.2 焊接連接的特性,一、焊接方法 電弧焊 電阻焊 氣體保護(hù)焊,1.手工電弧焊,A、焊條的選擇: 焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng)。,原理:利用電弧產(chǎn)生熱量 熔化焊條和母材形 成焊縫。,Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500-5518),Q345鋼選擇E50型焊條(E5000-5048),不同鋼種的鋼材焊接,宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。,缺點(diǎn):質(zhì)量波動(dòng)大,要求焊工等級(jí)高,勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率低。,優(yōu)點(diǎn):方便,特別在高空和野外作業(yè),小型焊接;,Q235鋼選擇E43型焊條(E4300-E4328),B、優(yōu)、缺點(diǎn),2.埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng)),A、焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強(qiáng)度。 B、優(yōu)、缺點(diǎn): 優(yōu)

5、點(diǎn):自動(dòng)化程度高,焊接速度快,勞動(dòng)強(qiáng)度低,焊接質(zhì)量好。 缺點(diǎn):設(shè)備投資大,施工位置受限等。,送絲器,機(jī)器,Q235的焊件H08、H08A焊絲 Q345的焊件 H08A、H08MnA、H10Mn2 Q345的焊件H08MnA、H10Mn2,自動(dòng)焊的焊縫質(zhì)量均勻,塑性好,沖擊韌性高,抗腐蝕性強(qiáng)。半自動(dòng)焊除人工操作前進(jìn)外,其余與自動(dòng)焊相同。 適用于焊接受力構(gòu)件,如:焊接截面中腹板與翼緣的連接等。,3.氣體保護(hù)焊,優(yōu)、缺點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn):焊接速度快,焊接質(zhì)量好。 缺點(diǎn):施工條件受限制等。,4、電阻焊,利用電流通過(guò)焊件接觸點(diǎn)表面產(chǎn)生的熱量來(lái)熔化金屬,再通過(guò)壓力使其焊合。 冷彎薄壁型鋼(厚度低于3.5mm)的焊

6、接;板疊厚度不超過(guò)12mm的焊接。,二、焊縫連接的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn):(1)不需要在鋼材上打孔鉆眼,既省工省時(shí),又不使材料的截面積受到減弱 (2)任何形狀的構(gòu)件都可直接連接,一般不需要輔助零件,使連接構(gòu)造簡(jiǎn)單,傳力路線短,適應(yīng)面廣; (3)焊接連接的氣密性和水密性都較好,結(jié)構(gòu)剛性也較大,結(jié)構(gòu)的整體性較好。,缺點(diǎn): (1)由于高溫作用在焊縫附近形成熱影響區(qū)材質(zhì)變脆; (2)焊接的殘余應(yīng)力會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞和降低壓桿穩(wěn)定的臨界荷載,同時(shí)殘余變形還會(huì)使構(gòu)件尺寸和形狀發(fā)生變化; (3)焊接結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性,局部裂縫一經(jīng)發(fā)生便容易擴(kuò)展到整體。,三、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查,1.焊縫缺陷,2.焊縫質(zhì)量檢查,外觀檢

7、查:檢查外觀缺陷和幾何尺寸; 內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn):檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。,內(nèi)部檢驗(yàn)主要采用超聲 波,有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn) 熒光檢驗(yàn)等輔助檢驗(yàn)方 法。還可以采用X射線或 射線透照或拍片。,鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定:,焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。,三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合 三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);,一、二級(jí)焊縫除外觀檢查外,尚要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017-2003)中,對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定:,(1) 需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中,垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí),受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。,3.焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用,(2) 在

8、不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中,凡要求與母材等強(qiáng)的受拉對(duì)接焊縫應(yīng)不低于二級(jí);受壓時(shí)宜為二級(jí)。,()重級(jí)工作制和起重量 的中級(jí)工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫,不應(yīng)低于二級(jí)。,()角焊縫質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí),直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量的中級(jí)工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級(jí)。,注:,一、二級(jí)焊縫用于等強(qiáng)連接,其焊縫的拉、壓、彎時(shí)與母材相等,不必計(jì)算焊縫的強(qiáng)度。 三級(jí)焊縫一般只能達(dá)到母材強(qiáng)度的85%,應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算。 若為高空施焊,焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘折減系數(shù)0.9。,1.焊接連接形式,搭接,角部連接,對(duì)接,T型連接,四、焊縫連接

9、型式及焊縫型式,2.焊縫形式,(1)對(duì)接焊縫,(2)角焊縫,對(duì)接焊縫,角焊縫,3. 焊縫位置,4.焊縫代號(hào),焊縫代號(hào)由引出線、圖形符號(hào)和輔助符號(hào)三部分組成。引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。,1、對(duì)接焊縫的坡口形式:,一、對(duì)接焊縫的構(gòu)造要求,對(duì)接焊縫的焊件常做坡口,坡口形式與板厚和施工條件有關(guān)。,t-焊件厚度,(1)當(dāng):t6mm(手工焊),t20mm時(shí),宜采用U形、K形、X形坡口。,7.3 對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算,2、不同板厚與板寬的對(duì)接:,當(dāng)板件厚度或?qū)挾仍谝粋?cè)相差大于4mm時(shí),應(yīng)做坡度不大于1:2.5(靜載)或1:4(動(dòng)載)的斜角,以平緩過(guò)度,減小應(yīng)力集中。若板厚相差不大于4mm,則可不做斜坡

10、。,3、加引弧板,對(duì)接焊縫的起點(diǎn)和終點(diǎn),常因不能熔透而出現(xiàn)凹形的焊口,受力后易出現(xiàn)裂縫及應(yīng)力集中。為消除這種不利情況,施焊時(shí)常將焊縫兩端施焊至引弧板上,然后再將多余的部分割掉,并用砂輪將表面磨平。在工廠焊接時(shí)可采用引弧板,在工地焊接時(shí),除了受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)外,一般不用引弧板,而是計(jì)算時(shí)扣除焊縫兩端各t(連接件較小厚度)長(zhǎng)度。,4、T形連接,5、鋼板拼接焊縫,對(duì)接焊縫分為:焊透和部分焊透(自學(xué))兩種; 對(duì)于靜載作用下的一級(jí)和二級(jí)對(duì)接焊縫其強(qiáng)度可視為與母材相同,不與計(jì)算。三級(jí)焊縫需進(jìn)行計(jì)算; 對(duì)接焊縫可視作焊件的一部分,故其計(jì)算方法與構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算相同。 計(jì)算時(shí)對(duì)焊縫截面的應(yīng)力進(jìn)行分析,應(yīng)力為彈性階

11、段。,二、對(duì)接焊縫的計(jì)算,1、軸心力作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算,式中: N軸心拉力或壓力; t板件較小厚度; ftw、fcw 對(duì)接焊縫的抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,當(dāng)不滿足上式時(shí),可采用斜對(duì)接焊縫連接如圖B。,另:當(dāng)tan1.5時(shí),不用驗(yàn)算!,2、M、V共同作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算,因焊縫截面為矩形,M、V共同作用下應(yīng)力圖為:,故其強(qiáng)度計(jì)算公式為:,(1)板件間對(duì)接連接,(2)工字形截面梁對(duì)接連接計(jì)算,A、對(duì)于焊縫的max和max應(yīng)滿足式7-2和7-3要求;,B、對(duì)于翼緣與腹板交接點(diǎn)焊縫(1點(diǎn)),其折算應(yīng) 力尚應(yīng)滿足下式要求:,1.1考慮最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)的強(qiáng)度增大系數(shù)。,3.軸力、彎矩和剪力共同作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算,強(qiáng)度計(jì)算公式為:,(1)焊縫

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