钢结构可能的破坏形式及连接PPT课件

1、内容提要 钢结构材料 破坏形式 钢结构的连接 轴心受力构件 受弯构件第1页/共67页钢结构特点强度高而自重轻塑性和韧性好材质均匀，可靠性好制造方便，工业化程度高密闭性能好耐腐蚀性差耐火性差在低温条件下，可能发生脆性断裂第2页/共67页7.1 钢结构材料 钢的种类和代号 结构用钢： 普通碳素钢（低碳C 0.25 ) 合金钢（低合金，合金元素20mm，可采用其它形式，可采用其它形式第26页/共67页 对接焊缝两侧板件的宽度不同或厚度相差4mm以上时，做斜角1：2.5，使截面过度缓和，减少应力集中当采取不焊透的对接焊缝时，有效厚度不得小于t5 . 1第27页/共67页二、对接焊缝连接的计算1.轴心受

2、力的对接焊缝t在对接接头中为被连接两钢板的较小厚度，在在对接接头中为被连接两钢板的较小厚度，在T形或角接接头中为对接形或角接接头中为对接焊缝所在面钢板的厚度。焊缝所在面钢板的厚度。 wcwtwfftlN或 第28页/共67页有效焊缝长度有效焊缝长度lw ：有引弧板按实际长度，无引弧板：有引弧板按实际长度，无引弧板按实际按实际 长度减长度减2 hf mm计。计。第29页/共67页2.弯曲变形wtf1 . 1322wcwtwffWM 或在弯矩作用下：在弯矩作用下：在剪力作用下：在剪力作用下：wvWWftIVS对于工字形截面梁对接焊接接头，还应对同时受有较大对于工字形截面梁对接焊接接头，还应对同时受

3、有较大正应力和较大剪应力处（腹板和翼缘的交点），按折算正应力和较大剪应力处（腹板和翼缘的交点），按折算应力验算应力验算第30页/共67页角焊缝连接 无需加工坡口，施焊比较方便。 传力线曲折，受力情况复杂，有应力集中现象，比较费料。第31页/共67页一、角焊缝的形式按截面形状分为普通形、凸形（平坡形）和凹形，等边和不等边形一般情况下采用普通形，普通形应力集中严重，传力线弯折。在直一般情况下采用普通形，普通形应力集中严重，传力线弯折。在直接承受动力荷载的结构中，侧面角焊缝可采用等边凹形角焊缝；对接承受动力荷载的结构中，侧面角焊缝可采用等边凹形角焊缝；对于正面角焊缝，也可采用平坡凸形角焊缝。于正面角

4、焊缝，也可采用平坡凸形角焊缝。焊脚尺寸和有效厚度第32页/共67页二、角焊缝的布置和受力1.按焊缝受力方向和位置第33页/共67页2.侧面角焊缝的受力性能及破坏形态侧面角焊缝主要受侧面角焊缝主要受剪，因两端应力集剪，因两端应力集中，剪应力分布不中，剪应力分布不均匀。均匀。第34页/共67页3.正面角焊缝的受力性能及破坏形态正面角焊缝有效面上受有正应力和剪应力作用，分正面角焊缝有效面上受有正应力和剪应力作用，分布不均匀。布不均匀。通常正焊缝的强度是侧焊缝的通常正焊缝的强度是侧焊缝的1.351.55倍。倍。有效面第35页/共67页三、角焊缝尺寸的构造要求1.最大焊脚尺寸若若 t2t1焊角尺寸不宜过

5、大，以避免焊缝冷却收缩而产生较大的焊接残余焊角尺寸不宜过大，以避免焊缝冷却收缩而产生较大的焊接残余变形，且热影响扩大，容易产生脆裂，较薄焊件容易烧穿。变形，且热影响扩大，容易产生脆裂，较薄焊件容易烧穿。焊角尺寸不宜过小，以保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因焊角尺寸不宜过小，以保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂纹。冷却过快而产生裂纹。第36页/共67页2. 最小焊脚尺寸v最小焊脚尺寸hf （mm） 1.5 ，t为较厚焊件的厚度（mm）；对自动焊hf可减小1mm，对T形连接的单面角焊缝应增加1mm。但当t4mm时，采用hf =tmax 。（避免影响承载力，防止冷却过快产生裂纹）

6、3. 角焊缝长度不宜过小，过小会使杆件局部加热严重，且起弧和弧坑相距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。4. 侧面角焊缝的长度不宜过大，由于角焊缝的应力沿长度分布不均匀，焊缝越长差别越大。vlw 60 hf（承受静力或间接动力荷载）或40 hf （直接承受动力荷载）。v若内力沿侧面角焊缝全长分布，则计算长度不受此限。（焊接梁翼缘和腹板的连接焊缝，屋架中弦杆和节点板的连接焊缝，以及梁的支承肋和腹板的连接焊缝等）t第37页/共67页角焊缝的最小计算长度vlw 8 hf或40mm（常用大于50mm）搭接连接的构造要求v 仅有两条侧面角焊缝连接时，焊缝计算长度和间距的要求v 搭接长度不得小于

7、5t和25mm。v 次要连接或次要构件中的断续角焊缝的构造。 焊段长度不小于10hf或50mm，净距不应大于15t（受压构件）；30t（受拉构件）。e30 tmin角角第38页/共67页角焊缝连接的计算直角角焊缝强度计算的基本公式1.正面角焊缝2.侧面角焊缝3.在各种应力综合作用下wffwefflhNwfwefflhNwfffff222hf第39页/共67页各种受力状态下直角角焊缝连接的计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算第40页/共67页1. 用盖板的对接连接承受轴心力（拉力、压力或剪力）时a.只有侧面角焊缝时b.只有正面角焊缝时c.采用三面围焊时 wfwffflhN 7 . 0 wfwfff

8、flhN 7 . 0 wfwfflhfN 7 . 0 wfwffflhNN 7 . 0)( 第41页/共67页2. 承受斜向轴心力的角焊缝连接计算wffffwefwefflhNlhN 22cossin ， 3sin112 fwffwfflhN第42页/共67页3. 承受轴向力的角钢角焊缝计算)()2/(231321ebNebNeNNNNN第43页/共67页 两面围焊等边角钢：等边角钢： 10.7， 20.3不等边角钢，短边连接：不等边角钢，短边连接： 10.75， 20.25不等边角钢，长边连接：不等边角钢，长边连接： 10.65， 20.35第44页/共67页 L形围焊第45页/共67页例题

9、1第46页/共67页例题2第47页/共67页第48页/共67页例题2第49页/共67页例题2用复合应力公式验算用复合应力公式验算：kNNNNN7 .8420 .4483 .1091400213)/(77.921801047 . 07 .33sin84270047 . 0)/(11422. 11801047 . 07 .33cos84270047 . 02323mmNlhNmmNlhNwfyffwfxf)/(160)/(14777.92114222222mmNmmNff第50页/共67页例题3第51页/共67页螺栓连接的构造普通螺栓连接螺栓螺栓级别级别名称名称材料性材料性能等级能等级加工程度、受

10、力特点、适用范围加工程度、受力特点、适用范围A级级精制精制螺栓螺栓5.6级或级或8.8级级螺栓杆身是由毛坯在车床上经过加工精制而成，表面光滑，螺栓杆身是由毛坯在车床上经过加工精制而成，表面光滑，尺寸准确，螺杆直径与螺栓孔径相同，对成孔质量要求高，尺寸准确，螺杆直径与螺栓孔径相同，对成孔质量要求高，故螺栓孔在装配好的构件上钻成或钻扩成。螺栓直径与螺故螺栓孔在装配好的构件上钻成或钻扩成。螺栓直径与螺孔直径相差孔直径相差0.3-0.5mm。由于有较高的安装精度，因而受剪性能好，受力和抗疲劳由于有较高的安装精度，因而受剪性能好，受力和抗疲劳性能好，连接变形小性能好，连接变形小但制造和安装复杂，造价高，

11、在一般钢结构中较少采用，但制造和安装复杂，造价高，在一般钢结构中较少采用，主要用于直接承受动力荷载的重要结构的受剪安装。主要用于直接承受动力荷载的重要结构的受剪安装。BC粗制粗制螺栓螺栓4.6级或级或4.8级级由未经加工的圆钢压制而成，螺栓表面粗糙。螺栓孔的直由未经加工的圆钢压制而成，螺栓表面粗糙。螺栓孔的直径比螺栓杆大径比螺栓杆大1.53mm。受剪力作用时，会产生较大的剪。受剪力作用时，会产生较大的剪切滑移，连接变形大。但由于安装方便，且能有效传递拉切滑移，连接变形大。但由于安装方便，且能有效传递拉力，故一般可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，及次要结构力，故一般可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，及次

12、要结构的抗剪连接和安装时的临时固定。的抗剪连接和安装时的临时固定。螺杆公称直径（螺杆公称直径（mm）121620（22）24（27）30螺栓孔公称直径（螺栓孔公称直径（mm）13.517.522（24）26（30）33第52页/共67页不同螺栓主要区别 普通螺栓连接依靠杆身承压和抗剪来传递剪力，扭紧螺母时所产生的预拉力很小，不予以考虑。 高强螺栓是有意给螺栓施加很大的预拉力，使被连接件接触面之间产生挤压力，因而垂直于螺杆方向有很大摩擦力，依靠这种摩擦力来传递连接剪力。 摩擦型高强螺栓连接依靠被连接件之间的摩擦阻力传力，剪力等于摩擦力时，即为设计极限荷载。 承压型高强螺栓的传力特征是剪力超过摩擦

13、力时，杆件间发生相互滑动，螺栓杆身与孔壁接触，由摩擦力和杆身的剪切、承压共同传力；至构件间产生较大的塑性变形或接近破坏时，荷载主要由杆身承担。 承压型高强螺栓连接的承载力远高于摩擦型高强螺栓，但变形大，不宜用于承受动力荷载的连接。第53页/共67页高强螺栓预拉力的施加 高强螺栓的预拉力是通过扭紧螺母实现的。 普通高强螺栓一般采用力矩法或转角法控制预拉力。 扭剪型高强螺栓采用扭断螺栓尾部来控制预拉力。 力矩法是用可直接显示扭矩的特制扳手，利用事先测定的扭矩与螺栓拉力之间的关系施加扭矩，并计入超张拉值。 转角法分初拧和终拧两步。初拧是用普通扳手使被连接构件相互紧密贴合；终拧是用强有力的扳手旋转螺母

14、，拧至按螺栓直径和板层厚度所确定的终拧角度，螺栓拉力即达到预拉力数值。第54页/共67页四、螺栓的排列和间距1. 受力要求2. 构造要求3. 施工要求第55页/共67页 螺栓间距过小，使螺栓周围应力相互影响，构件截面削弱过多，降低承载力，也不便于施工安装操作。 螺栓间距过大，使连接件间不能紧密贴合，在受压时容易发生鼓曲现象，一旦潮气侵入缝隙，会使钢材生锈。第56页/共67页普通螺栓连接计算 剪力螺栓和拉力螺栓验算螺栓抗剪、承压及构件自验算螺栓抗剪、承压及构件自身强度身强度验算螺栓的抗拉强度验算螺栓的抗拉强度第57页/共67页一、普通螺栓受剪计算1.受力性能、破坏特征受力三个阶段：弹性工作阶段、受力三个阶段：弹性工作阶段、相对滑移阶段、弹塑性工作阶段相对滑移阶段、弹塑性工作阶段五种破坏形式：栓杆五种破坏形式：栓杆被剪断、板被挤压破被剪断、板被挤压破坏或栓杆承压破坏、坏或栓杆承压破坏、板被压（拉）坏、板板被压（拉）坏、板受剪破坏、栓杆受弯受剪破坏、栓杆受弯破坏破坏第58页/共67页 螺栓杆剪断、孔壁压坏是通过抗剪螺栓连接计算来保证的。 钢板被拉断是属于构件的强度计算。 螺栓杆弯曲是通过限制板叠厚度不大于5d(d为螺栓杆直径）来保证的； 板端被剪断是通过限制端距e2d0（d0为螺栓孔径）