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

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(lèi)：,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(chē)床加工而成，表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，要求螺栓孔為I類(lèi)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(lèi)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(chē)梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車(chē)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(chē)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