钢结构的连接

第3章钢结构的连接3.1连接的种类与特点3.2对接焊缝构造与计算3.3角焊缝构造与计算3.4焊接应力与焊接变形3.5普通螺栓连接计算3.6高强螺栓连接计算3.1连接的种类和特点（1）概述•钢结构中，连接占有相当重要的位置。•钢结构的连接通常有：焊接连接、普通螺栓连接高强度螺栓连接等，这些也是钢结构的基本连接方式。（2）常用焊接方法（2-1）电弧焊通过通电后焊条与焊件之间产生的强大电弧提供热源，溶化的焊条（焊丝）与焊件溶化部分形成焊缝。焊缝质量可靠，为最常用的一种焊接方法。分手工电弧焊和自动埋弧焊（半自动）。手工电弧焊接工艺Q235-E43；Q345-E50；Q390-E55自动埋弧焊接工艺Q235-H08、H08A、H08MnA;Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn（2-2）电阻焊利用电流通过焊件接触点表面产生的热量熔化金属，再通过压力使其焊合。适用薄壁型钢（12mm内）。（2-3）气焊利用乙炔在氧气中燃烧而形成的火焰来熔化金属，形成焊缝。适用薄钢板或小型结构。各种连接的特点•焊接连接：优点：不削弱构件截面，构造简单，节约钢材，加工方便，可采用自动化操作，生产效率高。刚度较大、密封性能好。缺点：焊缝附近存在热影响区，由高温快速降到常温，使钢材脆性加大；存在焊接残余应力及残余变形；焊接结构低温冷脆问题也比较突出。•螺栓连接优点：安装方便，便于拆卸。缺点：需要在板件上开孔和拼装时对孔，制造工作量大；螺栓孔还使构件截面削弱，被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板，比焊接连接多费钢材（3）各种连接的特点3.2对接焊缝构造与计算3.2.1对接焊缝的构造1、形式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，焊件长度要精确。3、对接焊缝的构造处理•变厚度板对接•变宽度板对接3.2.2对接焊缝的构造和计算二、弯矩剪力共同作用•1、弯曲正应力•2、最大剪应力•3、折算应力3、折算应力正应力、剪应力都较大时例题•例3-2：图3-2所示，荷载设计值F=550kN，偏心距e=300mm，钢材Q235B，手工焊，焊条E43型，焊缝等级三级，使用引弧板，试验算工字钢截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度。3.3角焊缝的构造和计算角焊缝连接（端焊缝连接）角焊缝（三面围焊）3.3.1角焊缝的构造1、角焊缝种类包括直角角焊缝（图a）和斜角角焊缝（图b）（1）、直角角焊缝（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝（2）斜角角焊缝：（a）斜锐角焊缝（b）斜钝角焊缝（c）斜凹面角焊缝（3）表示方法2、角焊缝的受力特点焊缝破坏面•角焊缝破坏面上的应力侧焊缝的应力变化:3.3.2角焊缝的计算一、受轴心力作用θcosθsinNNNNyx焊缝有效面积Nx、Ny假定在有效面上均匀分布wfewelhhlA7.0根据一点应力状态，强度理论•直角角焊缝的基本公式wfffff22τ)βσ(wfffff22τ)βσ(几种特殊情况•①正焊缝：•②侧焊缝：0τfwffffβσ0σfwfffτ③斜焊缝，有两种方法：其一：式中•其二：将N沿着垂直、平行两个方向分解成Nx、Ny，分别求出、，再利用基本公式计算。wffffθβσ3/θsin11β2θffσfτ例题例3-3：图3-3所示的双盖板连接，钢材为Q235-B，手工角焊缝，焊条E43系列，焊脚尺寸hf=6mm,求该连接所能承受的最大静荷载N。•已知：t=12mm,t1=8mm二、角钢与连接板焊接连接•在分析过程中要求：1、外力的大小平衡2、外力的作用线必须经过角钢的截面形心根据以上两点，列出受力平衡方程00MX•K1、K2——焊缝内力分配系数；•N1、N2—分别为角钢肢背和肢尖传递的内力•N3端部正面角焊缝能传递的内力2/2/322311NNkNNNkN•角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算N3=0•。角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算•由N2=0得例题3-4•试设计图所示的双角钢与节点板角焊缝连接，钢材为Q235－B钢，手工焊，焊条为E43型，轴心力设计值N=900kN，分别采用三面围焊、两侧焊进行设计。三、弯矩、剪力、轴力共同作用下•轴力、剪力在有效面上平均分配，但弯矩作用不是平均分配•1、轴力N作用下x方向应力•2、剪力作用下，y方向应力•3、弯矩M作用下，x方向应力•M、V和N共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足•例题3-5如图所示的结构，钢材为Q235-B，手工角焊缝，焊条E43系列，焊脚尺寸hf=8mm,求该连接所能承受的最大静荷载P。例3-6：•图3-6所示的结构，钢材为Q235-B，手工角焊缝，焊条E43系列，焊脚尺寸hf=8mm,求该连接所能承受的最大动荷载P。已知：t=12mm,tw=8mm.四、扭矩、剪力、轴力共同作用下•分析时基本假定：1、被连接件是刚体，焊缝是弹性体2、扭矩作用时，焊缝变形以形心微转3、剪力、轴力在有效面上均匀分布特别注意：扭矩与弯矩的区别扭矩——两个被连接件相对滑移、转动弯矩——相对脱开、分离•扭矩T作用下各点应力计算（以A点为例）：••Ix+Iy为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，x、y为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。yxTfyxTfIITxIITyITymaxmax0maxσ,τ•V作用下A点••N作用下A点•A点合应力，例3-7•如图3-7所示，三面围焊，钢材为Q235-B，手工焊，焊条E43型，偏心量e=50mm。求该角焊缝连接所能承受的最大静态轴心力P。练习题1、偏心力P=150kN，板材Q235AF，焊条为E43型,手工焊，焊缝等级三级，试验算图XT3-3中对接焊缝①的强度。。2、果将对接焊缝①改为双面角焊缝hf=8mm，角焊缝②的hf=6mm，肢背焊缝长度250mm，肢尖焊缝足够长，试求该结构所能承受最大静力荷载P3、某柱外侧焊接一块侧板，采用两条水平角焊缝焊接如图XT3-13所示，手工焊，焊条E43系列，焊脚尺寸hf=8mm,钢材为Q235-B，板厚均t=12mm。求该连接所能承受的最大动荷载P。角焊缝连接的构造要求3.4焊接应力与焊接变形(1)焊接变形和焊接应力产生的原因:焊接过程中,局部区域受到高温作用,引起不均匀的加热和冷却,使构件产生变形.在冷却过程中,焊缝和焊缝附近的钢材的收缩受到约束而产生应力.(2)焊接应力的影响•在常温和静荷载作用下，对构件的强度无影响，但对刚度则有影响。•塑性变形降低，容易产生裂缝。•疲劳强度降低。•使稳定承载力降低。•使构件提前进入塑性阶段。(3)主要焊接应力纵向收缩引起的纵向应力(焊缝方向的应力):横向应力(与焊缝垂直方向):考虑整体冷却与焊接次序的叠加焊接次序的影响焊缝厚度方向的焊接应力:厚度小于25mm时，厚度方向应力不大；但板厚大于50mm时，厚度方向应力可达50N/mm2左右。(4)焊接变形主要形式:纵向收缩、横向受缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。减少焊接变形的方法：（4-1）采用合适的焊接顺序；（4-2）尽可能对称焊接；（4-3）焊接前施加相反的预变形；（4-4）机械校正法和锤击法。（5）减少焊接应力的方法焊前预热、焊后回火加热6000C，然后冷却；焊接后进行锤击。（6）焊接变形演示对接焊缝的计算