铁塔设计---钢结构基本连接方式.ppt

第五节钢结构基本连接方式 5 1钢结构连接的主要类型见下表 5 2焊接 1 焊接方法分类 2 焊缝连接形式 按相对位置分 平接 搭接 顶接 角焊缝 K型对接焊缝 按构造分 对接焊缝 直缝 斜缝 分等级 角焊缝 侧缝 端缝 连续焊缝 断续焊缝 不分等级 按受力转换 按施焊位置分 俯焊 立焊 横焊 仰焊 3 对接焊缝的形式 4 对接焊缝的优缺点 优点 用料经济 传力平顺 无明显应力集中 利于承受动力荷载 缺点 需要坡口加工 焊件长度须精确 无调整余地 5 对接焊缝的构造处理方式 利用引弧板保证焊缝起点 终点的质量 以免应力集中 不用引弧板时焊缝长度减去10mm 引弧板要割除 不同厚度钢板对接焊时 在板的一面或两面刨成坡度不大于1 4的斜面 不同宽度钢板对接焊时 在板的一侧或两侧切成坡度不大于1 4的斜边 6 对接焊缝计算 总原则是将对接焊缝作为较薄被连接板计算 对接焊缝轴向受力计算 lw l有引弧板时 l 10无引弧板时 式中 lw为焊缝长度 t为较薄焊件厚 7 角焊缝的形状和构造要求 对肢背 hf 1 2t1 对板边 t1 6 hf t1 t1 6 hf t1 1 hf 1 5 当t 4时 hf t 40hf 受动力荷载 60hf 其他情况 8hf或40mm lw l0 l0 16t t 12mm时 l0 200 t 12mm时 两面侧缝时 转角处加焊一段长度2hf或用三面围焊 8 角焊缝实用计算公式 其中 端缝强度增大系数 端缝应力 侧缝应力 计算原则 焊缝形心与构件形心基本一致 求单独外力作用下焊缝应力 并区分端缝受力 f和侧缝受力 f 确定若干危险点 将危险点上同种应力叠加 再检验 在轴力作用下 在焊缝有效截面上产生均匀应力 其中 为由轴力N在端 侧 缝中产生的应力 为焊缝有效截面面积 平面焊缝群受剪 根据被连接件的刚度 相对于受力方向 判断哪一部分受剪力作用 在受剪焊缝上 为受剪焊缝有效面积 5 3普通螺栓连接的构造和计算 1 普通螺栓连接的分类 注 A级用于M24以下 B级用于M24以上 2 螺栓的排列和构造要求 受力要求 端距限制 防止孔端钢板剪断 2d0 螺孔中距限制 下限 防止孔间板破裂 3d0 构造要求 防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀 限制螺孔中距最大值 非受力方向端距 施工要求 为便于拧紧螺栓 留适当间距 不同的工具有不同要求 1 5d0 切割边 1 2d0 轧制边 3 螺栓的传力机理 螺栓连接受力较小时 构件A构件B 螺栓连接受力较大时 构件A螺栓抗剪构件B 摩擦传力 A孔壁承压 B孔壁承压 4 螺栓破坏的形式 螺杆剪切破坏 钢板孔壁挤压破坏 钢板由于螺孔削弱而净截面拉断 钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏 钢板因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯 剪破坏 5 普通螺栓连接受力计算 一个剪力螺栓的承载力抗剪切强度 孔壁承压强度 注 上式中nv为剪面数 d为螺杆直径 t为同向板厚之和 取小值 受剪面须在螺杆处 不得在螺纹处 一个拉力螺栓的承载力 式中 de为螺栓有效直径 剪力螺栓群受力通过形心时 所需螺栓数 抗剪 其中 l1为螺栓沿受力方向的连接长度 为单个螺栓抗剪承载力和承压 承载力中较小值 净截面强度验算 为连接板材料设计强度 5 4高强度螺栓连接的构造和计算1 高强度螺栓的传力机理 单个螺栓应力 应变曲线 2 预拉力 其中 第一个0 9 因扭剪降低抗拉而乘的折减系数 第二个0 9 因超张拉而引起的预应力损失 1 2 材料抗力变异 3 抗剪承载力 其中 0 9 抗力分项系数之倒数 nf 摩擦面数 抗滑移系数 0 9nf P 第六节构架式塔的节点设计 6 1角钢连接6 1 1角钢连接计算框图 根据角钢肢宽选螺栓直径 螺栓数量n 最大内力Nmax 单个螺栓抗剪力Q 并取整 验算角钢厚度是否满足最小厚度要求 净截面验算 局部承压验算 选择节点板厚t2 局部承压验算 输出所有节点参数 放样画节点图 并验算节点板净截面强度 6 1 2角钢柱的拼接 1 标准图 2 角钢柱采用错列拼装 4 6级 4 8级普通螺栓连接节点参数如下表 26 1 35 4 40 8 55 4 58 8 79 8 91 9 124 7 mm 75 90 100 125 140 160 180 200 53 65 77 95 35 43 51 63 mm 6 8 8 10 10 12 12 15 注 双剪连接则表中承载力提高一倍 每端螺栓数不应少于6个 连接轴心受力 d为螺栓直径 括号内为5 6级螺栓 d0为螺孔直径 6 1 3角钢与节点板的单剪连接 1 标准图 2 角钢横杆 斜杆 横隔端部单剪连接节点参数 连接偏心受力 承载力作折减 其它说明同拼装 12 5 17 0 22 2 30 1 34 9 47 4 50 67 9 78 1 106 0 mm 45 56 63 80 90 110 125 140 160 200 41 53 65 77 95 27 35 43 51 63 mm 5 6 6 8 8 10 10 12 12 14 mm 6 8 8 10 10 12 12 14 14 16 6 2钢管的连接 6 2 1钢管连接形式的选择 6 2 2钢管相贯线焊接 相贯线焊缝的分区及坡口形式 对于t 6mm钢管 周边角焊缝hf 1 2t 对于t 8mm钢管 一般采用三分区方法 注 趾部用角焊缝 对于t 8mm钢管 受力很大者 如桁架的支座腹杆 或直接承受动力荷载的杆件 用四分法注 趾部坡口焊熔透 A区详图 D区详图 B区详图 使用范围 180o 150o 150o 75o 75o 37 5o 37 5o 20o 坡口角度 45o 37 5o 60o 2 最大37 5o 2 C区详图 T l 见下表 180o 70o 70o 40o 40o 20o 6 2 3钢管法兰连接 A 构造 法兰连接的优点 便于连接 刚度大 承载力大法兰连接的缺点 用钢量大 易发生焊接变形 1 拉压兼用型 2 主要受压型 注 L 8时 C D 用双面角焊缝 hf 0 8 L 取整 L 8时 C D 用坡口焊熔透 焊缝 B 双面坡口熔透 B 法兰的计算 1 按抗拉选择螺栓直径d和个数n 同时顾及受压的均衡性 公式 N n 其中为螺栓的受拉承载力设计值 2 选择螺栓中心圆直径r2 螺栓离管壁距离要超过最大操作距离加焊脚尺寸 螺栓环向中距要大于最小操作距离加加劲板厚 L 3 选择螺栓中心到法兰板边的距离 使r1 r2 1 2 d 1 5mm 使加劲板端焊缝能满足承压要求 与环焊缝共同受力 4 焊缝计算 压力 或绝对值大于压力的拉力 由法兰上下两条环形焊缝和加劲板的端焊缝共同承担 按有效截面分担 公式 若用坡口熔透焊 则可将换为 对接焊缝抗压强度 将加劲板所承担的压力按比例取出 作用在加劲板端焊缝的中心 按弯 剪复合验算加劲板竖焊缝 公式 端缝 侧缝 注 lf 焊缝实际长度 10mm 为角焊缝强度 5 法兰盘厚度计算 按最大平均压应力作用在三边支承的近似矩形平板上 一边由管壁 二边由加劲板支撑 查钢结构设计手册计算得到板中最大弯矩Mmax 单位板宽 求板厚 6 若是水平梁受弯 则以钢管受压外边缘为转动中心 螺栓拉力与其离转动中心的距离成正比 选择螺栓 公式 然后按拉力最大区域或压力最大区域求法兰板厚 同5 若有剪力则用相关公式复算在拉 剪复合作用下螺栓承载力 7 若是受压型法兰无拉力 则用端面承压传递压力 但螺栓抗剪之合力须满足下式 8 在设计工作中 为了减少计算工作量 对于空间管桁架中受拉 压轴向力的钢管的法兰连接 可以按表3求得法兰的各种设计参数 表中所列为一个8 8级螺栓所对应的抗拉 压 承载力 使用时可将杆件实际受拉 压力除以表中适当 螺栓的Nt或Na值 求得螺栓数量 再用钢管直径加上表中e值求螺栓中心圆 求出螺栓间距看其满足与否 若l lmin 则直接取用表中参数即可 若l lmin 1 2以上 则重新计算 f 法兰设计参数表 6 2 4钢管结构的双剪连接1 钢管双剪连接的构造在钢管结构中相对次要的杆件连接时 可采用双剪连接的形式 见下图 注 焊缝厚度等于较薄焊件厚 双剪连接标准图 2 钢管双剪连接的计算框图 次钢管受拉 压