钢结构连接方式

1、,第三章 连 接Chapter 3 Connections,焊缝连接,螺栓连接,钢结构连接必要性,只有通过连接才能形成整体结构；,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,3.1 钢结构的连接,连接的方式 焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接,连接的原则 安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材,图3.1.1 连接的方式,螺栓连接,铆钉连接,焊接连接,第三章 钢结构的连接,扭剪型高强度螺栓,主要连接方法及优缺点,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,可焊性,低碳钢的可焊性很好，随着碳含量的增加，钢材的可焊性减弱。 钢中含硫也会使钢材在焊接时产生热脆性 采用焊前预热和焊后热处理

2、的方法，能提高可焊性差的钢材焊接质量。,合格,不合格,钢材的可焊性试验,药皮的作用：形成气体和熔渣，以防止氧氮侵入； 具有合金成分，可改善焊缝的性能； 提高电弧的稳定性。,手工电弧焊,第三章 钢结构的连接,Chapter 3 Connections,A、焊条的选择： 焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。,Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500-E5518),Q345钢选择E50型焊条 (E5001-E5048),Q235钢选择E43型焊条（E4300-E4328),B、焊条的表示方法：,E焊条(Electrode),第1、2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mm2),第3、4表

3、示适用焊接位置、电流及药皮的类型。,不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。,第三章 钢结构的连接,1）对接连接,第三章 钢结构的连接,第三章 连 接,角焊缝沿长度方向的布置分为：,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。,断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，用于次要构件或受力小的连接。,平焊、立焊、横焊和仰焊。,焊缝按施工位置分为：,第三章 连 接,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,角焊缝按施焊位置分为：,俯焊、立焊、横焊和仰焊。,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,3. 焊缝符号及标注方法,第三章 连 接,2.对接焊缝的优

4、缺点,优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。 缺点：需剖口，焊件长度要求精确。,3.对接焊缝的构造处理,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,第三章 连 接,（1）焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,3.焊缝缺陷,第三章 连 接,补充：对接焊缝的强度,1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。 2）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的85%。 3）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,第三章 连 接,Chapter 3 Co

5、nnections,（2）正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向，受力后应力状态较复杂。应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度要高一些，但塑性差，弹性模量大。,（1）侧面角焊缝：焊缝长度方向与受力方向平行，应力分布简单。主要承受剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。,角焊缝的工作性能,角焊缝的应力分布,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,3.焊接残余变形的产生 在施焊时，由于不均匀的加热和冷却，焊区的纵向和横向受到热态塑性压缩，使构件产生变形。表现主要有：纵、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。,图3.

6、4.4 焊接变形,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,焊接应力的影响 常温下不影响结构的静力强度； 增大结构的变形，降低结构的刚度； 降低疲劳强度； 降低压杆的稳定性。,2.焊接变形的影响, 影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载 力，引起事故。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,减少焊接应力和变形的措施,（1）采用合理的施焊顺序和方向 （2）采用反变形法减小焊接变形或焊接应力 （3）锤击或碾压焊缝使焊缝得到延伸 （4）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理,1.合理的焊缝设计,（1）合理的选择焊缝的尺寸和形式 （2）尽可能减少不必要的焊

7、缝 （3）合理的安排焊缝的位置 （4）尽量避免焊缝的过分集中和交叉 （5）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力,2.合理的工艺措施,对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。,2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。,补充：,第三章 连 接,2.对接焊缝的优缺点,优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。 缺点：需剖口，焊件长度要求精确。,3.对接焊缝的构造处理,第三章 连 接,第三章 钢结构的连接,

8、第三章 连 接,Chapter 3 Connections,螺栓连接,1. 普通螺栓连接,4.8级和8.8级是指螺栓的性能等级，与螺栓的材料没有关系， 4.8级的定义为：4代表4*100=400MPa，指螺栓的抗拉强度为400MPa，.8为屈强比值为0.8，屈服强度达4000.8=320MPa 。 8.8级螺栓的性能为：抗拉强度=800MPa，屈服强度=800*0.8=640MPa。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,螺栓的排列和构造要求,螺栓的排列应简单、统一而紧凑，满足受力要求，构造合理又便于安装。排列的方式有并列排列和错列排列两种。,1.螺栓的排列,并列比较简单

9、整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大； 错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但不如并列紧凑，连接板尺寸较大。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,(1)受力要求,因此规范从受力的角度规定了最大和最小容许间距,中心距太大,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,（2）构造要求 若端距、边距及中距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易侵入缝隙而发生锈蚀。规范规定了螺栓的最大容许间距。,（3）施工要求 要保证有一定的空间，以便转动扳手，拧紧螺母。因此规范规定了螺栓的最小容许间距。,第三章 连 接,Chapter 3 Connection

10、s,普通螺栓的受剪连接,螺栓连接的受力形式分为：只受剪力，只受拉力。有时受剪力和拉力的共同作用。,A 只受剪力,B 只受拉力,C 剪力和拉力共同作用,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上a、b两点相对位移和作用力N的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段,1. 受剪连接的工作性能,(1) 摩擦传力的弹性阶段(01段) 直线段连接处于弹性状态； 该阶段较短摩擦力较小。,(2) 滑移阶段(12段) 克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的间隙，表现在曲线上为水平段。,第三章 连 接,Chapter

11、3 Connections,(3) 栓杆传力的弹性阶段(23段) 该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，N-关系以曲线状态上升。,(4) 弹塑性阶段(34段) 达到3后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。4点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力Nu。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,图3.5.2 受剪螺栓的破坏情况,a) 螺杆被剪断； b) 连接件半孔壁挤压破坏； c) 钢板拉（压）断；d) 钢板剪坏；e) 螺杆弯曲破坏 。,受剪螺栓

12、的破坏形式,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,剪拉螺栓群的计算,同时承受剪力和拉力作用的普通螺栓有两种可能破坏形式：一是螺栓杆受剪受拉破坏；二是孔壁承压破坏。,图3.5.12 剪拉联合作用的螺栓,图3.5.13 剪力和拉力的相关曲线,试验研究结果表明，兼受剪力和拉力的螺杆分别除以各自单独作用的承载力，所得的相关关系近似为圆曲线。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,2. 高强度螺栓连接,高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。,由45号、40B和20MnTiB钢经过热处理加工而成。,45号8.8级；40B和20MnTiB10.9级,（a）大六角头

13、螺栓 （b）扭剪型螺栓,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,高强度螺栓连接的构造和计算,材料 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。高强度螺栓常用钢材有优质碳素钢中的45号钢，合金钢中的20锰钛硼钢等。制成的螺栓有8.8级和10.9级。,高强度螺栓的工作性能和构造要求,分类按受力特征的不同高强度螺栓分为两类，摩擦型高强度螺栓通过板件间摩擦力传递内力，破坏准则为克服摩擦力；承压型高强度螺栓受力特征与普通螺栓类似。在外力的作用下螺栓承受剪力和拉力。,高强度螺栓安装时将螺帽

14、拧紧，使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,1.高强度螺栓连接工作性能,1) 抗剪连接工作性能,由于高强度螺栓连接有较大的预拉力，从而使被连接件中有很大的预压力，当连接受剪时，主要依靠摩擦力传力的高强度螺栓连接的抗剪承载力可达到1点。通过1点后，连接产生了滑移，当栓杆与孔壁接触后，连接又可继续承载直到破坏。,对于高强度螺栓摩擦型连接，其破坏准则为板件发生相对滑移，因此其极限状态为1点，所以1点的承载力即为一个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力。,对于高强度螺栓承压型连接，允许接触面

15、发生相对滑移，破坏准则为连接达到其极限状态4点，所以高强度螺栓承压型连接的单栓抗剪承载力计算方法与普通螺栓相同。,第三章 连 接,Chapter 3 Connections,（1）高强度螺栓预拉力的建立方法,2.高强度螺栓连接的构造要求, 大六角头螺栓的预拉力控制方法有：a.力矩法 初拧用力矩扳手拧至终拧力矩的30%50%，使板件贴紧密； 终拧初拧基础上，按100%设计终拧力矩拧紧。 特点：简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。,为了保证通过摩擦力传递剪力，高强度度螺栓的预拉力P的准确控制非常重要。,b.转角法 初拧用普通扳手拧至不动，使板件贴紧密； 终拧初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的角度， 一般为120o180o完成终拧。 特点：预拉力的建立简单、有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧