钢结构的连接和节点构造.ppt

第七章钢结构的连接和节点构造 主要内容 7 1钢结构对连接的要求及连接方法7 2焊接连接的特性7 3对接焊缝的构造和计算7 4角焊缝的构造和计算7 5焊接残余应力和残余变形7 6普通螺栓连接的构造和计算7 7高强螺栓连接的性能和计算7 8焊接梁翼缘焊缝计算7 12柱脚设计 连接要求足够的强度 刚度和延性 连接方法焊接 铆接和螺栓连接 7 1钢结构对连接的要求及连接方法 焊接 广泛采用 铆接 应用较少 螺栓连接 普通螺栓A B级C级 高强螺栓摩擦型连接承压型连接 特点 电弧焊 电渣焊 气体保护焊和电阻焊等 手工电弧焊焊条与焊件金属强度相适应 Q235钢用E43系列 Q345用E50系列 Q390 Q420用E55系列 手工电弧焊 7 2焊接连接的特性 7 2 1焊接方法 EXX的XX表示焊条的最低抗拉强度 焊条和焊剂要保证熔敷金属的抗拉强度不低于相应手工焊条数值 埋弧焊 电渣焊 气体保护焊 电阻焊 优点省工省材任何形状的构件均可直接连接密封性好 刚度大 缺点材质劣化残余应力 残余变形一裂即坏 低温冷脆 7 2 2焊接连接的优缺点 7 2 3焊缝缺陷 焊缝缺陷 裂纹 气孔 烧穿 夹渣 未焊透 咬边 焊瘤等 三级焊缝 外观检查 外观尺寸和缺陷 二级焊缝 在外观检查的基础上再做无损检验 用超声波检验每条焊缝的20 长度 且不小于200mm 一级焊缝 在外观检查的基础上用超声波检验每条焊 全部长度 以便揭示焊缝内部缺陷 对承受动力荷载的重要构件焊缝 增加伽马射线探伤 焊缝等级 钢结构工程施工质量验收规范 GB50205 三级 强度折减 高空安装焊缝 强度设计值乘以0 9 7 2 4焊缝连接型式及焊缝型式 连接型式 平接 搭接 T形连接 角接 焊缝型式对接焊缝和角焊缝 按施焊位置 焊缝沿长度分布情况 连续角焊缝和断续角焊缝 作用表明焊缝型式 尺寸和辅助要求 表示方法 GB324 88 由基本符号 引出线 辅助符号 补充符号和焊缝尺寸等部分组成 7 2 5焊缝代号 分为 I形缝 V形缝 带钝边单边V形缝 带钝边V形缝 也叫Y形缝 带钝边U形缝 带钝边单边V形缝和双Y形缝等 7 3对接焊缝的构造和计算 7 3 1构造要求 坡口形式 斜坡口为了和焊缝根部共同形成一个焊条能运转的施焊空间 不同宽度和厚度的钢板拼接 动载时不大于1 4 计算时取较薄焊件厚度 7 3 2对接焊缝的计算计算原则 用计算焊件的方法 I II级等强不计算 仅计算III级焊缝 1 轴心受力的对接焊缝 N lwt fwt或fwc 2 受弯 受剪的对接焊缝计算 M Ww fwt VS Iwt fwv 3 轴力 剪力和弯矩共同作用时 对接焊缝的最大正应力为轴力和弯矩引起的应力之和 剪力和折算应力和上面相同 7 3 3部分焊透的对接焊缝计算原则 按角焊缝计算 7 4角焊缝的构造和计算7 4 1构造和强度 截面形状 有效截面 应力分布侧面角焊缝的应力分布 正面角焊缝的应力分布 角焊缝的应力 位移曲线 hf应与焊件的厚度相适应 对手工焊 hf应不小于 t为较厚焊件的厚度 mm 对自动焊 可减小1mm hf应不大于较薄焊件厚度的1 2倍 焊脚尺寸的限制 不等边角焊缝要求 对于板件边缘的焊缝 当t 6mm时 hf t 当t 6mm时 hf t 1 2 mm 焊缝长度lw也不应太长或太短 其计算长度不宜小于8hf和40mm 且对侧面角焊缝 不宜大于60hf 超出部分不计 若内力沿侧面角焊缝全长分布 则不受此限 7 4 2角焊缝计算的基本公式 则有 仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时 角焊缝计算的基本公式为 仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时 同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时 7 4 3常用连接方式的角焊缝计算 1 受轴心力作用的拼接板连接 仅侧面角焊缝 图a 仅正面角焊缝 图b 三面围焊时 图c 先计算计算正面角焊缝l1受力N1 剩余的N N1由侧面角焊缝l2承担 菱形拼接板 图d 简化计算不计正面及斜焊缝的 f 2 受轴心力作用的角钢连接 当用侧面角焊缝连接时 图a 肢背N1 e2N e1 e2 K1N 肢尖N2 e1N e1 e2 K2N N N1 三面围焊时 图b 正面角焊缝承担的力为N3 0 7hf lw3 fffw 侧面角焊缝承担的力为 肢背N1 e2N e1 e2 N3 2 K1N N3 2 肢尖N2 e1N e1 e2 N3 2 K2N N3 2 L形焊缝 图c 正面角焊缝承担的力为 N3 0 7hf lw3 fffw 侧面角焊缝承担的力为 N1 N N3 3 弯矩作用下的焊缝 4 扭矩作用下的焊缝焊缝群受扭 假定 环焊缝受扭 5 弯矩 剪力和轴心力共同作用 6 扭矩 剪力和轴心力共同作用 7 塞焊计算 7 5 1焊接残余应力的分类和产生的原因 纵向残余应力 7 5焊接残余应力和残余变形 横向残余应力 厚度方向的残余应力 约束状态下的焊接应力 7 5 2焊接残余应力的影响 对结构静力强度的影响 无影响 对结构刚度的影响 对压杆稳定的影响 残余压应力 对低温冷脆的影响 三向应力 对疲劳强度的影响 高额残余拉应力 7 5 3焊接残余变形 残余变形形式 残余变形形式 7 5 4减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法 采取合理的施焊次序 施焊前加相反的预变形 图a b 焊前预热 焊后回火 图c 7 5 5合理的焊缝设计 焊接位置要应尽量对称于截面重心焊缝尺寸要适当 采用较小的焊脚尺寸焊缝不宜过分集中 图a 应尽量避免三向焊缝交叉 图b 考虑钢板分层问题 图c 焊条易达到 图d 避免仰焊 7 6 1螺栓连接的排列和构造要求 排列方式 并列或错列 7 6普通螺栓的构造和计算 受力要求 钢板端部不剪断 端距不应小于2d0 受拉时 栓距和线距不应过小 受压时 沿作用力方向的栓距不宜过大构造要求 栓距和线距不宜过大施工要求 有一定的施工空间 排列要求 孔 螺栓图例 7 6 2普通螺栓连接受剪 受拉时的性能 传力方式 抗剪螺栓和抗拉螺栓 1 抗剪螺栓连接 破坏形式 螺栓杆剪断 孔壁压坏 板被拉断 板端被剪断 螺栓杆弯曲 受力状态 弹性时两端大而中间小 进入塑性阶段后 因内力重分布使各螺栓受力趋于均匀 为防止 解纽扣 破坏 当连接长度l1较大时 应将螺栓的承载力乘以折减系数 当l1 15d0时 1 0当15d0 l1 60d0时 1 1 l1 150d0当l1 60d0时 0 7 一个抗剪螺栓的设计承载力计算 抗剪承载力设计值 承压承载力设计值 一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值 2 抗拉螺栓连接 破坏形式 螺栓杆拉断 为考虑撬力的影响 规范规定普通螺栓抗拉强度设计值ftb取同样钢号钢材抗拉强度设计值f的0 8倍 即ftb 0 8f 7 6 3螺栓群的计算 螺栓数目 板件净截面强度 净截面面积和受力 并列 图a N1 N N2 N n1 n N N3 N n1 n2 n N对被连接板 An t b n1d0 对拼接板 An 2t1 b n3d0 1 螺栓在轴心力作用下的抗剪计算 错列 图b 除考虑1 1截面破坏外 还要考虑2 2截面的破坏 净截面面积为 被连接构件是绝对刚性的 而螺栓则是弹性的 各螺栓绕螺栓群形心o旋转 其受力大小与其至螺栓群 2 螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算基本假定 形心o的距离r成正比 力的方向与其至螺栓群形心的连线相垂直 平衡条件 根据螺栓受力大小与其至形心o的距离r成正比条件 则 或 验算 3 螺栓群在扭矩 剪力和轴心力作用下的抗剪计算 4 螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算 5 螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算 假定 中和轴在最下排螺栓处 则 6 螺栓群同时受剪力和拉力的计算 支托仅起安装作用 螺栓群受力为M Ve和剪力V 则 螺栓不发生拉剪破坏 板不发生承压破坏 支托承受剪力 螺栓群只承受弯矩M Ve作用 则 支托和柱翼缘的角焊缝验算 为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响 取1 25 1 35 7 7 1高强度螺栓连接的性能 级别 10 9级和8 8级 小数点前为螺栓热处理后的最低抗拉强度 小数点后的数字是屈强比 栓孔 钻成孔按受力特征分类 摩擦型连接 承压型连接和承受拉力的连接影响承载力的因素 栓杆预拉力 连接表面抗滑移系数和钢材种类 7 7高强度螺栓连接的性能和计算 1 高强螺栓连接的预拉力 施加方法 扭矩法T KdP 转角法初拧终拧 扭剪法扭断螺栓尾部梅花头 预拉力设计值 高强度螺栓预拉力设计值按材料强度和螺栓有效截面积确定 取值时考虑 在扭紧螺栓时 扭矩使螺栓产生的剪应力将降低螺栓的抗拉承载力 对抗拉强度引入折减系数1 1 2 施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉5 10 引入折减系数0 9 螺栓材料抗力的变异性 引入折减系数0 9 钢材由于以抗拉强度为准 引入附加安全系数0 9 2 高强螺栓连接摩擦面抗滑移系数对于承压型连接 只要求清除油污及浮锈 对于摩擦型连接 要求见下表 排列构造要求同普通螺栓 沿受力方向的连接长度l1 也要考虑l1 15d0时对承载力的折减 当l1 15d0时 1 0当15d0 l1 60d0时 1 1 l1 150d0当l1 60d0时 0 7 3 高强螺栓的排列 7 7 2高强度螺栓的抗剪承载力设计值 1 高强螺栓摩擦型连接 R为抗力分项系数 R的倒数 一般取0 9 最小板厚t 6mm的冷弯薄壁型钢结构取0 8 破坏状态同普通螺栓 极限承载力由杆身抗剪和孔壁承压决定 摩擦力只起延缓滑动作用 计算方法和普通螺栓相同 2 高强螺栓承压型连接 7 7 3高强度螺栓群的抗剪计算 螺栓数 构件净截面强度 对于承压型连接 验算与普通螺栓相同 对于摩擦型连接 要考虑孔前传力的影响 占螺栓传力的50 1 轴心力作用时 螺栓群受扭矩T 剪力V和轴心力N共同作用的高强度螺栓连接的抗剪计算与普通螺栓相同 只是用高强度螺栓的承载力设计值 2 扭矩作用时 及扭矩 剪力和轴心力共同时 7 7 4高强度螺栓的抗拉计算 1 高强度螺栓的抗拉连接性能 当Nt 0 8P时 Pf 1 07P 可认为螺栓中的预拉力基本不变 撬力的影响 限制抗拉承载力在0 8P以内 2 高强度螺栓的抗拉连接计算 抗拉承载力 轴心拉力的螺栓数 弯矩作用时 c 板不被拉开时 中和轴在螺栓群形心处 板可被拉开时 与普通螺栓一样 中和轴在最外排受压螺栓形心处 承载力极限状态 7 7 5同时承受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算 由于外拉力的作用 板件间的挤压力降低 每个螺栓的抗剪承载力也随之减少 抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低 2 高强度螺栓承压型连接 且 当剪切面在螺纹处时 取 1 高强度螺栓摩擦型连接 叠放板材的弯曲变形 7 8焊接梁翼缘焊缝的计算 无局部压应力时的梁翼缘焊缝受力 焊缝受力 焊脚尺寸 双层翼缘板时的焊缝受力 有局部压应力时的梁翼缘焊缝受力 则 焊脚尺寸为 功能 将柱子内力可靠地传给基础 和基础有牢固连接 尽可能符合计算简图 连接方式 铰接 支承式刚接 支承式 外露式 埋入式 插入式外包式 7 12柱脚设计 7 12 1轴心受压柱的柱脚 1 柱脚的型式和构造 铰接和刚接 内容 确定底板的尺寸 靴梁的尺寸及它们之间的连接焊缝 1 底板计算 底板平面尺寸A N fcc底板中如有锚栓孔 A中应包含锚栓孔面积A0 B b 2t 2cc取2 10cm 且使B为整数 L A Bq N B L A0 fcc 2 轴心受压柱脚的计算 底板厚度底板厚度由板的抗弯强度决定 底板被分为四边支承板 三边支承板和悬臂板 M4 qa2 M3 qa12 四边简支板的弯矩系数 M1 qc2 2 则 底板的厚度一般在20mm 40mm之间 不宜小于14mm 2 靴梁计算厚度与被连接的柱子翼缘大致相同 高度由连接柱所需要的焊缝确定 二块靴梁板承受的最大弯矩 M qBl2 2二块靴梁板承受的最大剪力 V qBl 3 隔板计算厚度不小于长度的1 50 受力取阴影部分基础反力 7 12 2压弯构件的柱脚 柱脚的型式 铰接 构造和计算与轴心受压柱基本相同刚接 传力