钢结构的连接

钢结构的连接第1页，共102页，2023年，2月20日，星期四本章学习要点掌握连接的构造设计，能熟练地进行传力分析及连接的计算；能严格区分：焊透的对接焊缝连接和直角角焊缝连接的工作状态和计算方法的不同点；普通螺栓连接和高强度螺栓连接的工作状态和计算方法的不同点；了解各种连接的特点；了解焊接残余应力和焊接残余变形的基本概念及其对结构工作的影响。第2页，共102页，2023年，2月20日，星期四3.1钢结构的连接方法焊接连接螺栓连接铆钉连接第3页，共102页，2023年，2月20日，星期四一、焊接连接方法：电弧产生热量—焊条和焊件局部熔化—冷却凝结成焊缝—焊件连接成一体。优点：不削弱截面，构造简单，方便施工，连接刚度大。缺点：材质变脆，存在残余应力，对裂纹敏感。应用范围：工业与民用建筑钢结构中的绝大部分连接。对接焊缝连接角焊缝连接第4页，共102页，2023年，2月20日，星期四二、铆钉连接方法：孔比铆钉直径大1mm，钉杆加热900～1000℃，插入钉孔，铆钉枪打铆。优点：连接刚度大，传力可靠。缺点：对施工技术要求很高，费钢费工。应用范围：目前已逐步被高强螺栓所取代。

第5页，共102页，2023年，2月20日，星期四二、螺栓连接方法：通过螺栓产生紧固力，使被连接件连接成为一体。分类：普通螺栓连接

高强度螺栓连接A级、B级螺栓C级螺栓摩擦型承压型10.9S、8.8S高强度螺栓热处理后的屈强比的10倍热处理后的抗拉强度的1％4.64.88.8N第6页，共102页，2023年，2月20日，星期四二、螺栓连接普通螺栓连接A级、B级螺栓C级螺栓（精制螺栓）（粗制螺栓）螺栓孔Ⅰ类孔Ⅱ类孔应用范围：直接受较大动力荷载的重要结构的安装螺栓受拉安装螺栓；次要结构、可拆卸结构的受剪连接；安装时的临时连接d0－d1.5mm~3.0mmd0－d0.3mm~0.5mm第7页，共102页，2023年，2月20日，星期四二、螺栓连接高强度螺栓连接摩擦型传力方法：依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，传递外力。优点：连接变形小，受力好，耐疲劳，可拆换，施工简便。应用范围：桥梁、高层钢结构、工业厂房钢结构d0－d1.5mm~2.0mm第8页，共102页，2023年，2月20日，星期四二、螺栓连接高强度螺栓连接承压型传力方法：先由摩擦传力，滑移后依靠栓杆抗剪和承压传力。优点：承载能力高。应用范围：承受静力或间接动力荷载的结构缺点：摩擦力被克服后变形较大。d0－d1.0mm～1.5mm第9页，共102页，2023年，2月20日，星期四3.2焊接连接的特性焊接方法焊缝连接形式第10页，共102页，2023年，2月20日，星期四一、焊接方法——电弧焊（1）手工电弧焊方法：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；焊条：E43××（T42××）——适用于Q235E50××（T50××）——适用于Q345E55××（T55××）——适用于Q390，Q420其中43，50，55——最小抗拉强度××——焊接位置及电流种类，药皮。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧第11页，共102页，2023年，2月20日，星期四一、焊接方法——电弧焊（2）自动（半自动）埋弧焊方法：利用电弧产生热量熔化焊丝、焊剂和母材形成焊缝。优点：焊缝质量均匀，内部缺陷少，塑性、冲击韧性好，焊接速度快，生产效率高，成本低，劳动条件好；适用：梁、柱、板等的大批量拼装制造焊缝。

半自动——不规则的焊缝或间断短焊缝自动——有规则的较长焊缝、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件埋弧自动焊第12页，共102页，2023年，2月20日，星期四一、焊接方法——电弧焊（3）CO2气体保护焊方法：CO2气体作为电弧的保护介质，使熔化金属与空气隔离，以保持焊接过程稳定。优点：焊接速度快，强度高、塑性和抗腐性好。适用：厚或特厚钢板的焊接。

第13页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接连接视频演示第14页，共102页，2023年，2月20日，星期四二、焊接连接形式对接连接搭接连接T形连接角部连接第15页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接连接形式动画演示第16页，共102页，2023年，2月20日，星期四三、焊缝形式对接焊缝焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝按沿长度方向的布置连续角焊缝断续角焊缝正对接焊缝斜对接焊缝按外力方向侧焊缝——焊缝轴线平行于力线；端焊缝——焊缝轴线垂直于力线；斜焊缝——焊缝轴线倾斜于力线。

角焊缝第17页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：侧焊缝back第18页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：端焊缝back第19页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：斜焊缝back第20页，共102页，2023年，2月20日，星期四四、焊缝的施焊位置平焊立焊横焊仰焊船形焊第21页，共102页，2023年，2月20日，星期四3.3对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造对接焊缝的强度对接焊缝的计算第22页，共102页，2023年，2月20日，星期四对接焊缝的构造按焊件厚度不同，在焊件边缘加工成不同形式的坡口连接不同宽度或厚度的钢板时，应从板的一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5的斜角，两钢板厚度<4mm时，直接用焊缝找坡；为消除焊口的缺陷，施焊时可在焊缝两端设置引弧板，无法采用时，计算时每条焊缝的长度各减去10mm。第23页，共102页，2023年，2月20日，星期四对接焊缝的强度缺陷质量检验方法焊缝级别（GB50205-95)外观检查无损检验外观缺陷、几何尺寸内部缺陷超声波GB50205-95——钢结构工程施工及验收规范三级：全部外观检查；二级：全部外观检查；超声波抽查每条焊缝长度20％；一级：全部外观检查；超声波探伤焊缝长度的100％。GB11345——钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级第24页，共102页，2023年，2月20日，星期四对接焊缝的计算原理对接焊缝的截面与被焊构件的截面相同，焊缝中的应力情况与被焊件截面中的基本相同，因而对接焊缝连接的计算方法与构件强度计算相似。即：焊缝中最大正应力、剪应力、折算应力等小于相应的焊缝强度设计值，则焊缝安全。第25页，共102页，2023年，2月20日，星期四（一）N作用的对接焊缝外力作用于焊缝的垂直方向，合力通过焊缝中心。或若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当tgθ≤1.5时，可以不算。

第26页，共102页，2023年，2月20日，星期四（二）M和V共同作用的对接焊缝矩形截面第27页，共102页，2023年，2月20日，星期四（二）M和V共同作用的对接焊缝工字形截面翼缘与腹板相交处第28页，共102页，2023年，2月20日，星期四（三）N、M和V共同作用的对接焊缝矩形截面第29页，共102页，2023年，2月20日，星期四（三）N、M和V共同作用的对接焊缝工字形截面翼缘与腹板相交处形心处第30页，共102页，2023年，2月20日，星期四3.4角焊缝的构造和计算角焊缝的构造角焊缝的受力特点和强度角焊缝的计算第31页，共102页，2023年，2月20日，星期四角焊缝的形式侧焊缝端焊缝斜焊缝普通型、平坦型、凹面型按两边的夹角直角角焊缝斜角角焊缝第32页，共102页，2023年，2月20日，星期四角焊缝的构造最小焊脚尺寸：对于贴边焊当t>6mm时，当t≤6mm时，最大焊脚尺寸：第33页，共102页，2023年，2月20日，星期四角焊缝的构造侧面角焊缝的最大计算长度：（静力或间接动力荷载）（动力荷载）40mm角焊缝的最小计算长度：杆件与节点板的连接焊缝，一般采用两边侧焊缝、三面围焊或L形焊缝。当角焊缝的端部在构件转角处时，作长度为2hf的绕角焊，所有围焊和绕角焊的转角处，必须连接施焊。围焊和绕角焊：第34页，共102页，2023年，2月20日，星期四角焊缝的构造两侧焊缝连接的焊缝长度及搭接宽度：200mm（tmin≤12mm）（tmin>12mm)t1t2端焊缝连接的搭接长度：第35页，共102页，2023年，2月20日，星期四角焊缝的强度侧面角焊缝的应力状态简单；弹性阶段；τ两端大，中间小；破坏面：45度喉部截面。第36页，共102页，2023年，2月20日，星期四角焊缝的强度正面角焊缝的应力状态复杂；破坏面：AB、BC、BD截面。破坏强度高于侧面角焊缝。塑性变形低于侧面角焊缝。第37页，共102页，2023年，2月20日，星期四直角角焊缝强度计算的基本公式NsinθNcosθNNsinθ第38页，共102页，2023年，2月20日，星期四直角角焊缝强度计算的基本公式正面角焊缝的强度设计值增大系数直接承受动力荷载时：端焊缝：侧焊缝：第39页，共102页，2023年，2月20日，星期四轴心力作用时角焊缝连接的计算用盖板的对接连接1．正面角焊缝受力：2．侧面角焊缝受力：3．三面围焊缝受力：第40页，共102页，2023年，2月20日，星期四轴心力作用时角焊缝连接的计算斜向轴心力1．分力法：2．直接法：斜焊缝的强度设计值增大系数直接承受动力荷载时：第41页，共102页，2023年，2月20日，星期四轴心力作用时角焊缝连接的计算角钢和节点板的连接——三面围焊第42页，共102页，2023年，2月20日，星期四轴心力作用时角焊缝连接的计算角钢和节点板的连接——两面侧焊第43页，共102页，2023年，2月20日，星期四轴心力作用时角焊缝连接的计算角钢和节点板的连接——L形焊第44页，共102页，2023年，2月20日，星期四M、N、V联合作用矩形截面第45页，共102页，2023年，2月20日，星期四M、N、V联合作用工字梁（或牛腿）与柱翼缘假定：腹板焊缝承受全部剪力，全部焊缝承受弯矩第46页，共102页，2023年，2月20日，星期四M、N、V联合作用工字梁（或牛腿）与柱翼缘第47页，共102页，2023年，2月20日，星期四M、N、V联合作用工字梁（或牛腿）与柱翼缘假定：腹板焊缝承受全部剪力，翼缘焊缝承受全部弯矩第48页，共102页，2023年，2月20日，星期四M、N、V联合作用工字梁（或牛腿）与柱翼缘第49页，共102页，2023年，2月20日，星期四T、V、N联合作用围焊受T作用的计算假定（1）钢板绝对刚性，焊缝在弹性范围内工作；（2）焊缝上任一点的应力，其方向与该点和焊缝形心点的连线垂直，其大小与连线的长度成正比。第50页，共102页，2023年，2月20日，星期四T、V、N联合作用围焊受T、V、N作用AB第51页，共102页，2023年，2月20日，星期四T、V、N联合作用围焊受T、V、N作用T：V：N：第52页，共102页，2023年，2月20日，星期四3.5焊接应力和焊接变形焊接应力产生的原因焊接应力对结构的影响焊接变形的产生和防止第53页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接应力和变形钢材焊接时在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部残存应力并引起变形。第54页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接应力的分类和产生原因纵向焊接应力第55页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接应力的分类和产生原因横向焊接应力第56页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接应力的分类和产生原因厚度方向焊接应力第57页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接应力对结构性能的影响对静力强度无影响无焊接应力：有焊接应力：第58页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接应力对结构性能的影响降低构件的刚度无焊接应力：有焊接应力：第59页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接应力对结构性能的影响降低构件的稳定承载力

降低构件的疲劳强度

加剧低温冷脆

第60页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接变形纵向和横向收缩弯曲变形角变形波浪变形扭曲变形第61页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：焊接残余变形－弯曲变形back第62页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：焊接残余变形－角变形第63页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：焊接残余变形－角变形back第64页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：焊接残余变形－波浪变形第65页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：焊接残余变形－波浪变形back第66页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：焊接残余变形－扭曲变形（顺序错误）back第67页，共102页，2023年，2月20日，星期四焊接变形对结构工作的影响构件不平整，安装困难，且产生附加应力；变轴心受压构件为偏心受压构件。第68页，共102页，2023年，2月20日，星期四减少焊接应力和变形的措施设计方面

（1）对称布置焊缝，减小变形；（2）采用细长，不采用短粗的焊缝；

（3）不等高连接加不大于1/2.5的斜坡，减小应力集中；

（4）焊缝不宜过于集中，不要出现三向交叉焊缝；

（5）避免厚度方向收缩应力；（6）注意施焊方便，以保证焊接质量。

第69页，共102页，2023年，2月20日，星期四减少焊接应力和变形的方法工艺方面（3）焊件预热、焊后回火、局部加热法；（4）锤击法；（2）反变形法；（1）合理施焊次序；第70页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：合理的施焊顺序第71页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：合理的施焊顺序（跳焊）第72页，共102页，2023年，2月20日，星期四动画：工字型截面焊接变形（顺序正确）back第73页，共102页，2023年，2月20日，星期四3.6普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓的排列和构造要求普通螺栓的工作性能螺栓群的计算第74页，共102页，2023年，2月20日，星期四螺栓的排列并列简单，但截面消弱较大错列可减小截面消弱，但排列较繁第75页，共102页，2023年，2月20日，星期四螺栓的排列受力施工构造型钢还应符合线距和最大孔径要求。排列原则按最小容许距离5mm倍数等距离布置第76页，共102页，2023年，2月20日，星期四连接分类抗剪螺栓连接抗拉螺栓连接拉剪螺栓连接受剪连接——板件之间有相对错动的趋势；

受拉连接——板件之间有相互脱开的趋势。

第77页，共102页，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓连接受力性能栓杆传力弹性段（2～3）：靠螺栓与孔壁接触传力；

滑移段（1～2）：摩擦阻力被克服后，板件间产生滑移，栓（钉）杆与孔壁相接触，滑移量取决于栓（钉）杆与孔的间距；

弹塑性阶段（3～4）：剪切变形迅速加大，直到破坏为止。

弹性段（0～1）：板件间相互挤压，靠摩擦阻力传力；

第78页，共102页，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓连接破坏形式栓杆剪断

孔壁挤压坏

钢板拉断

端部钢板剪断

栓杆受弯破坏

第79页，共102页，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓连接计算（1）单个受剪螺栓的承载力设计值

一个螺栓的抗剪承载能力：

一个螺栓抗挤压承载能力：

第80页，共102页，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓连接计算（2）螺栓群计算

基本假定：螺栓群均匀受力。

1）螺栓群受轴心力作用

所需螺栓数目第81页，共102页，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓连接计算（2）螺栓群计算

基本假定：①被连接板是刚性的,螺栓是弹性的；

②在扭矩作用下，绕螺栓群中心旋转，每个螺栓受力大小与其到形心的距离成正比，方向垂直于矢径。

2）螺栓群受偏心力作用（受扭）

第82页，共102页，2023年，2月20日，星期四受剪螺栓连接计算（2）螺栓群计算

2）螺栓群受偏心力作用（受扭）

第83页，共102页，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓连接受力性能构件有分离趋势，使螺栓沿杆轴方向受拉

杠杆效应——由于被连接件的刚度不够，在螺栓中产生附加应力。

规范中考虑杠杆效应，降低了螺栓的抗拉强度，同时要求设计中应采取构造措施以减少不利影响。破坏形式：螺杆被拉断。第84页，共102页，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓连接计算（1）单个受拉螺栓的承载力设计值

第85页，共102页，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓连接计算（2）螺栓群的计算

1）螺栓群受轴心力作用基本假定：螺栓群均匀受力。

所需螺栓数目第86页，共102页，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓连接计算（2）螺栓群计算

基本假定：螺栓群绕最下排螺栓旋转，各排螺栓受力大小与其到最下排的距离成正比。

2）螺栓群受弯矩作用

第87页，共102页，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓连接计算（2）螺栓群计算

2）螺栓群受弯矩作用第88页，共102页，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓连接计算（2）螺栓群计算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

第89页，共102页，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓连接计算（2）螺栓群计算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

A.小偏心情况偏心较小，承受拉力为主，螺栓群全部受拉，端部无受压区。中和轴——形心轴O第90页，共102页，2023年，2月20日，星期四受拉螺栓连接计算（2）螺栓群计算

3）螺栓群受偏心力作用（N、M）

B.大偏心情况偏心较大，承受弯矩为主，端部有受压区。中和轴——最下排螺栓第91页，共102页，2023年，2月20日，星期四拉剪螺栓连接受力性能和计算拉力：Nt同前N1max剪力：相关方程：孔壁承压破坏螺杆受剪兼