中南大学《钢结构原理》课件第四章-钢结构的连接

第四章钢结构的连接常见的连接方法焊缝连接普通螺栓连接高强螺栓连接中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接4.1常见的连接方法焊缝连接第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接螺栓连接中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接铆钉连接中南大学桥梁工程系1、焊缝连接及其特点•焊缝图•特点（1）不削弱截面，节约材料；（2）构造简单，加工方便；（3）密闭性好，刚度大；（4）自动化作业，生产效率高；（5）热影响区材质变脆，残余变形，残余应力第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系2、铆钉连接及其特点•铆钉图•特点（1）良好的塑性与韧性，适合与直接承受动载（2）工艺复杂，技术要求高；（3）削弱截面，费工费料，已很少采用；第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系3、普通螺栓连接及其特点•普通螺栓图•特点（1）精制螺栓A、B级，粗制螺栓C级（2）刚度较弱；（3）削弱截面，不省材；第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系4、高强螺栓连接及其特点•高强螺栓图•特点（1）材质与普通螺栓不同；（2）变形小，适合承受动载,抗疲劳性能好；（3）削弱截面，不省材；（4）安装方便第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系试验表明：“有孔的板的疲劳强度，因为没有摩擦力，明显地较高强栓接头为低”4.2焊接方法简介1、手工电弧焊（1）焊缝金属要与主体金属匹配，当两种不同强度的钢材相焊接，采用与较低强度匹配的焊条。Q235(E43**)Q345(E50**)Q390与Q420(E55**)（2）焊条型号表示方法：E——表示焊条；43——表示焊条钢丝抗拉强度最小值为43kgf/mm2；**，如15——表示药皮类型等第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系2、自动（或半自动）埋弧焊（1）焊缝金属要与主体金属匹配，Q235(H08)。（2）焊丝型号表示方法：H08、H10MnSi（3）熔深大，效率高，质量均匀，塑性韧性较好，便于工厂焊接，焊接位置长而直的焊缝第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系3、气体保护焊（1）保护气如CO2代替焊剂，保护焊缝金属。（2）熔深大，效率高，质量好。（3）施焊时周围风速要求小，以免气体吹散，目前应用还不广。第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系4.3焊接结构的特点与焊缝连接1、焊接结构特点（1）不削弱截面，不需额外连接件，构造简单。（2）密闭性好，刚度、整体性好。第四章钢结构的连接（3）热影响区材质变脆。（4）焊缝易存在各种缺陷：裂缝、气泡、夹渣等（5）焊接结构刚度大，局部裂缝易扩展到整体。（6）出现残余应力与残余变形中南大学桥梁工程系2、避免不利影响的措施（1）合理选择钢材，控制“碳当量”，保证可焊性。C≤0.20%（2）合理设计焊缝，尽量减少应力集中、残余应力及变形。第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系（3）采用合理的焊接工艺，如分段、分层，开坡口等。（4）提高焊工技术，注意焊工定期考核。（5）根据《钢结构工程施工质量验收规范》进行检查验收。第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系3质量等级——(《钢结构施工质量验收规范》)（a）外观检查：目视、放大镜、尺量等检查表面气泡、夹渣、裂纹、外形等。•质检内容第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系（b）内部缺陷检查：超声波探伤，射线检验、磁粉探伤。外形检查第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系构件组装允许偏差第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系超声波探伤射线探伤（a）一级：外观检查＋对每条焊缝的100％作超声波探伤。（b）二级：外观检查＋对每条焊缝的20％且不小于200mm作超声波探伤（c）三级：仅作外观检查。•三个等级第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系•说明（a）依据：《钢结构工程施工验收规范》。（b）不同等级，外观检查要求不同。（c）一、二级焊缝强度与母材一致；三级焊缝强度较母材低。第四章钢结构的连接•质量等级确定原则：（a)根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境、应力状态等确定（b)具体要求见P91.中南大学桥梁工程系外观质量标准：第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系构件钢材对接焊缝角焊缝焊缝质量为下列等级时，抗拉wtf焊接方法和焊条型号牌号厚度或直径（mm）抗压wcf一级、二级三级抗剪wvf抗拉、抗压和抗弯wff≤1621521518512516～4020520517512040～60200200170115自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊Q235钢60～100190190160110160≤1631031026518016～3529529525017035～50265265225155自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊Q345钢50～100250250210145200≤1635035030020516～3533533528519035～50315315270180Q390钢50～100295295250170220≤1638038032022016～3536036030521035～50340340290195自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q420钢50～100325325275185220焊缝强度设计值第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系3、焊缝的类别与焊接接头的形式第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系(a)对接焊缝(b)角焊缝•焊缝类型：对接焊缝与角焊缝(c)塞焊缝(d)槽焊缝(e)点焊缝第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系•常见的接头形式：对接、搭接、T接、角接等第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系4、焊接位置施焊时焊条与焊缝的相对位置称为焊接位置，如俯焊、横焊、立焊、仰焊。5、焊缝符号（课程设计时再熟悉）第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系4.4对接焊缝的构造与计算1、构造特点（1）坡口第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系（2）变截面对接焊缝第四章钢结构的连接（3）纵横两向对接焊缝中南大学桥梁工程系（4）引弧板：焊缝计算长度是否扣2t？第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系2、对接焊缝强度计算（1）一、二级焊缝＋用引弧板，不需单独计算。（2）以下情况需要单独计算（a)三级焊缝；(b)未用引弧板；(c)施工条件较差的高空安装焊缝，强度取0.9折；(d)无垫板的单面施焊对接焊缝，不易焊满，强度取0.85折第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系（a）同构件截面强度计算。（b）不考虑塑性发展，按弹性理论计算。（c）折算应力强度增大系数1.1。（d）斜焊缝的强度计算问题。（3）计算方法的几点说明第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系4.5角焊缝的构造与计算1、构造特点(1)角焊缝的分类•直角角焊缝•斜角角焊缝第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系角焊缝的危险截面第四章钢结构的连接hf——焊脚尺寸he——焊缝有效（计算）厚度，直角焊缝为0.7hf第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系•普通角焊缝•平坡角焊缝•凹面角焊缝第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系(2)正面角焊缝与侧面角焊缝第四章钢结构的连接侧焊缝（与力平行）端焊缝（与力垂直）中南大学桥梁工程系•侧面角焊缝应力状态第四章钢结构的连接•主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，焊缝越长应力不均匀程度越高•破坏常发生在近似45°斜平面上•承载能力相对正面焊缝低，但塑性较好中南大学桥梁工程系•正面角焊缝应力状态第四章钢结构的连接•角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂，正、剪应力都有•有效截面上沿焊缝长度应力分布比较均匀•承载能力相对侧焊缝高1/3左右，但塑性差中南大学桥梁工程系(3)焊脚尺寸hf的要求第四章钢结构的连接不应太小——焊缝热量很快被焊件吸收，焊缝冷却太快，焊缝变脆不应太大——焊缝冷却后产生较大变形，焊件容易被烧穿hft1t2中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系(4)焊缝长度的要求第四章钢结构的连接最大计算长度（侧焊缝）：当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。原因：侧焊缝过长，剪应力分布不均匀fwhl60中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接最小计算长度（正面与侧面焊缝）：原因：起焊点与落焊点焊缝易塌落，质量部可靠，位置不能太靠近。840wfwlhlmm且中南大学桥梁工程系(5)其他构造要求第四章钢结构的连接断续角焊缝：用于次要构件或次要连接。中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系2、角焊缝计算公式(1)几点说明•取45度方向的焊缝截面为计算时的破坏面。•角焊缝抗拉、抗压、抗剪强度设计值均取为•在通过焊缝形心的拉力、压力、剪力作用下，沿焊缝长度方向应力均匀分布。wff（见P494,实际就是抗剪强度）第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系(2)传统强度计算方法（铁路规范）•计算公式wfwfflhN7.0第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系实际是不考虑正面角焊缝的承载能力高于侧面角焊缝。(2)新的强度计算方法（建筑规范）•基本公式•实用公式wfzsf3)(32//22wfffff22)(？第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系应力状态分析•计算截面应力分析,,//第四章钢结构的连接ff,中南大学桥梁工程系①作用力平行于焊缝长度方向f//第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系22203(0)3wzsfffwfff220()wffff②作用力垂直于焊缝方向exfAN分解f22f22第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系1.22wwffffff22()0fwfff2223(0)3wzsff▲沿焊缝长度方向剪应力：f//▲垂直于焊缝长度方向应力：exfAN分解f22f22③两种力同时作用第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系▲代入基本公式：wfffff22)(222//3()3wzsff•角焊缝的有效截面Ae=Lw×heLw——焊缝计算长度，L-2hfhe——焊缝有效（计算）厚度，0.7hfhf——焊角尺寸第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系3、角焊缝连接的计算第四章钢结构的连接●轴力、剪力及联合作用●弯矩及与轴力、剪力的共同作用●扭矩及与轴力、剪力的共同作用▲焊缝群截面特性计算●计算长度：非连续焊缝计算长度Lw=L-n×hf连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除hf●焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等▲应力计算▲强度校核、ffwf2f2f)(f▲焊缝（焊缝群）内力分析中南大学桥梁工程系（1）拼接板连接－－承受轴力N作用第四章钢结构的连接认为焊缝有效截面上应力均匀分布，而且只有剪应力f中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接认为焊缝有效截面上应力均匀分布，而且只有应力f中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接由端焊缝1N1122再验算侧焊缝中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接简化验算－无论静载、动载中南大学桥梁工程系斜向角焊缝承载能力介于正面与侧面角焊缝之间，提高部分不多，见P75。第四章钢结构的连接（2）角钢与拼接板连接－－承受轴力N作用肢背焊缝肢尖焊缝blw2lw1N1、N2不均匀分配,如何分配？由平衡条件中南大学桥梁工程系角钢类型连接形式内力分配系数肢背K1肢尖K2等肢角钢0.700.30不等肢角钢短肢连接0.750.25不等肢角钢长肢连接0.650.35内力分配系数如下：第四章钢结构的连接中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接blw2lw1三面围焊由端焊缝强度验算确定由平衡中南大学桥梁工程系第四章钢结构的连接（3）梁柱连接－－弯矩、剪力、轴力作用中南大学桥梁工程系22fwffff＋第四章钢结构的连接梁柱连接整个焊缝截面焊缝应力分布弯矩轴力剪力加劲肋整个截面Aw,IwwaMaIMywbMbIMy中南大学桥梁工程系Iw——有效截面对应的惯性矩①弯矩、剪力、轴力在焊缝截面产生的应力效果。第四章钢结构的连接②危险点b强度计算梁柱连接整