钢结构的连接课件

钢结构的连接第一节钢结构的连接方法第二节焊接结构特性第三节对接焊缝的构造和计算第四节角焊缝的构造计算第五节焊接应力和焊接变形第六节普通螺栓连接的构造和计算第七节高强度螺栓连接的构造与计算第一节钢结构的连接方法连接方法优点缺点焊接对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于自动化，工效高对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大铆接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好费钢、费工普通螺栓连接装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大高强螺栓连接加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高射钉、自攻螺栓连接灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力第一节钢结构的连接方法

焊接第一节钢结构的连接方法螺栓连接普通螺栓连接粗制（C级）精制（D级）高强螺栓连接摩擦型承压型铆钉连接一、钢结构中常见焊接方法电弧焊电阻焊气焊第二节焊接结构特性二、焊接连接形式1.

按构件的相对位置分对接搭接顶接第二节焊接结构特性对接焊缝直缝斜缝角焊缝端缝侧缝2.按焊缝的种类分第二节焊接结构特性第二节焊接结构特性3.按施焊位置分俯焊立焊横焊仰焊三、焊缝连接的优缺点优点对几何形体适应性强，构造简单省材省工，易于自动化，工效高密封性好，结构刚度大缺点施焊时的高温作用，在焊缝附近形成热影响区，使材质变脆焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏残余变形使结构构件尺寸和形状发生变化，矫正费工焊接连接的局部裂缝易扩展到整体焊接结构的低温冷脆问题铰突出第二节焊接结构特性第三节对接焊缝的构造和计算一、对接焊缝的形式和构造主要形式直边缝单边V形双边V形U形K形X形二、对接焊缝的计算1、轴心受力的对接焊缝的计算2、斜向受力的对接的焊接分别验证正应力、剪应力，有一定的近似性二、对接焊缝的计算3.承受弯、剪、轴力共同作用的对接焊缝（1）矩形截面二、对接焊缝的计算

3.承受弯、剪、轴力共同作用的对接焊缝（2）对称工字形截面二、对接焊缝的计算

二、对接焊缝的计算

4.牛腿连接的对接焊缝计算

(1)弯矩，轴力由全截面承担

(2)剪力只由腹板承担第四节角焊缝的构造和计算一、角焊缝的形式直角角焊缝普通型深熔直角焊缝平坡凸形斜角角焊缝斜锐焊缝斜钝焊缝斜凹角焊缝

二、角焊缝的布置和受力性能

1、正面角焊缝连接中传力路线有剧烈弯折，应力状态复杂，应力集中明显，在焊缝根部形成应力集中，易开裂，塑性较差。试验表明，正面焊缝破坏强度较高，但塑性差二、角焊缝的布置和受力性能

单焊缝的三种破坏形式焊缝剪坏焊缝拉坏焊缝断裂

二、角焊缝的布置和受力性能2、侧面焊缝主要受剪力，应力状态单纯，但焊缝剪应力沿长度分布不均匀，两头大，中间小，破坏起点在两端。二、角焊缝的布置和受力性能3、角焊缝的尺寸和构造要求1）最小焊角尺寸二、角焊缝的布置和受力性能3、角焊缝的尺寸和构造要求2）最大焊角尺寸二、角焊缝的布置和受力性能3、角焊缝的尺寸和构造要求3）角焊缝最小计算长度4）侧面角焊缝最大计算长度4、角焊缝的代号包括引出线、图形符号、辅助符号三、角焊缝的计算角焊缝的计算截面为450斜截面直角角焊缝普通形平坡凸形等边凹形三、角焊缝的计算斜角角焊缝三、角焊缝的计算1、当平行于焊缝长度方向时，（侧面焊缝）三、角焊缝的计算2、当于垂直于焊缝长度方向时，(正面焊缝)三、角焊缝的计算3、在其它力和各种力综合作用时三、角焊缝的计算4.承受轴心力角纲的角焊接连接（1）角纲用侧面焊接连接时设N1N2分别为角钢肢背，肢尖承受的内力三、角焊缝的计算（2）角钢用三面围焊时三、角焊缝的计算（3）角钢用L形围焊三、角焊缝的计算5、在弯矩、轴力、剪力共同作用下顶接连接角焊缝计算三、角焊缝的计算三、角焊缝的计算6、承受扭矩和剪力作用的角焊缝（1）角焊缝承单纯扭矩作用假定（1）被连接件在扭矩平面内，有很大刚度；（2）角焊缝处于弹性受力阶段。于是各点剪切变形、剪应力的方向均垂直于该点与形心的连线，大小则与该连线距离r成正比。（2）角焊缝承受扭矩和剪力共同作用设计时，求出全部角焊缝截面的形心o,再把全部的力移到o处，确定全部角焊缝总内力第五节焊接应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类和产生原因1、纵向焊接残余应力

钢材在600oC时，处于热塑状态，焊接时，焊缝附近温度高达1600oC，而邻近温度较低。冷却时，焊缝收缩受到两侧钢板阻碍而产生拉应力，两侧产生压应力。焊缝纵向收缩引起纵向应力(a)平接对接焊缝(b)顶接角焊缝2、横向焊接残余应力分为两部分a.焊缝纵向收缩，使两块钢板形成反方向弯曲变形。b.焊缝在施工过程中，冷却时间不同，先焊部份先凝固，中焊部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却，三部分产生杠杆作用。最后的横向应力是a、b两种情况的叠加。3、厚度方向焊接应力因焊缝表面与空气接触而散热快，中间部分冷却慢，收缩时受到阻碍形成中间受拉，两边受压的应力状态4、约束状态下产生的焊接应力焊缝及其附近高温钢板的横向膨胀受到阻碍，产生横向塑性压缩；焊缝冷却时，产生残余约束拉应力，钢板两端约束程度越强，两边约束距离越短时，产生的约束应力越大。二、焊接残余应力的影响1、一般对结构构件静力强度无影响2、对结构构件的变形和刚度有影响3、对结构构件稳定有影响4、对结构疲劳强度有影响三、焊接变形的产生与防止

焊接过程中，由于焊区的收缩总要使构件产生一些变形。表现为纵向、横向收缩变形，弯曲变形，波浪变形，角变形主要防止措施1、设计措施1）尽量减少焊缝的数量和尺寸2）避免焊缝过份集中3）尽可能采用对称焊缝4）尽可能避免仰焊5）焊后采用人工或机械方法消除焊接变形2、焊接工艺措施1）、采用适当的焊接顺序和方法2）、采用反向预变形3）、采用预热法焊前预热到100OC~300OC，焊后保温一段时间，减少焊接和冷却过程中温度不均匀程度第六节普通螺栓连接的构造和计算一、螺栓的排列和构造要求1、螺栓的排列与间距排列方式：并列和错列两种（见表3－4）2、原因1）最小间距要求端距过小，钢材有剪断的可能，边距和中距过小，构件可能沿折线或直线被拉断；施工也要求一定空间。2）最大间距要求a.对于受压构件，被连接件易发生张口或鼓曲现象b.螺距过大，接触面不密实，潮气易侵入二、普通螺栓连接计算抗剪螺栓----依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的承压，传递垂直于螺栓的外力抗拉螺栓----依靠螺杆受拉传递平行于螺杆的外力1、抗剪普通螺栓连接计算1）破坏形式主要有

a）螺栓剪断

b）钢板孔壁挤压破坏

c）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断

d）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏

e）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏另外还有螺栓双剪破坏等。螺栓剪断2)、抗剪螺栓的承载力3)、轴心力作用下螺栓群抗剪计算a)螺栓数目b)构件净截面强度验算4)、扭矩作用下的螺栓群计算基本假定a)被连接件绝对刚性b)螺栓受力处于弹性阶段5）、扭矩、剪力共同作用下螺栓群计算2、抗拉普通螺栓连接计算1）、普通螺栓的受拉连接

一个螺栓抗拉承载力设计值

de：普通螺栓有效直径；

Ae：普通螺栓有效截面面积。2）、轴心力作用下螺栓群抗拉计算a)、拉力N通过形心，并没螺杆长度方向受力b)、拉力通过形心，但与端板成一夹角。3)、弯矩、轴拉力共同作用下的螺栓群计算弯矩M较小时：以受拉为主，板端与柱接触面完全脱离，不存在板端受压区；弯矩M较大时：存在板端受压区。3、同时抗剪和抗拉普通螺栓连接计算第七节高强度螺栓连接的构造与计算一、高强螺栓连接的一般要求1、主要技术要求高强螺栓的材料8.8级表示最低抗拉强度800N/mm2,fy/fu=0.810.9级表示最低抗拉强度1000N/mm2,fy/fu=0.9高强螺栓预拉力P(见表3－5）我国规范p=(0.9×0.9×0.9/1.2)fyAe=0.607fyAe接触面的拉滑移系数（见表3－6）二、摩擦型高强度螺栓连接承载力计算传力机理：靠钢板间的磨擦面传力1、受剪连接承载力2、受拉连接承载力