第七章-钢结构的连接和节点构造

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1、第七章 钢结构的连接和节点构造第一节 钢结构对连接的要求及连接方法一 连接的要求P189二 连接的方法：P189焊接、铆接、普通螺栓连接和高强螺栓连接了解优缺点、材料、构造和应用情况（一）焊接连接（二）铆钉连接（三）螺栓连接1。普通螺栓连接优点：施工简单，拆装方便C级：栓杆Q235，4.6级，加工粗糙尺寸不准，d0d+(1.5-2.0)mm,II类孔A、B级：栓杆45号钢或35号钢，8.8级，加工粗糙尺寸 准确 d0d+(0.3-0.5)mm,I类孔2.高强螺栓栓杆分10.9,8.8级两种8.8级意义分摩擦型和承压型两种摩擦型：接触面间摩擦力来传力，变形小，疲劳性能好。孔径d0d(1.5-2.

2、0)mm承压型：前期靠摩擦力来传力，后期靠栓杆抗剪和承压传力。孔径d0d(1.0-1.5)mm第二节 焊接连接的特性（P191）一 常用焊接方法常用的焊接方法有电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。（一）电弧焊1。手工电弧焊焊条和焊件熔化焊缝焊条药皮熔化熔渣和气体覆盖熔池，隔离O2、N2，补充焊缝合金元素。i。原理ii。焊条Q235 Q345 Q390 E43焊缝金属抗拉强度E43型 E50型 E55型 43kgf/mm22。自动（半自动）焊 埋弧焊，焊丝与焊剂分开 半自动焊移动由人工操作（二）电渣焊电流通过熔渣所产生的电阻来熔化金属，焊丝作为电极伸入并穿过渣池，使渣池产生电阻热将焊件金属及焊

3、丝熔化，沉积于熔池中，形成焊缝。管状焊条作为熔嘴，焊丝从管内递进。（三）气体保护焊用焊枪中喷出的惰性气体代替焊剂，保护熔化金属不与空气接触。CO2气体保护焊。（四）电阻点焊用于薄钢结构，适用于板厚12mm的钢板焊接。二 焊接连接的优缺点：P192三 焊缝缺陷：P193（一）缺陷种类1。裂纹、气孔、烧穿、未焊透2。夹渣、咬边、焊瘤(二)焊接缺陷的影响P194（三）焊缝质量检验三级焊缝：外观检验二级焊缝：外观检验20长度超声波检验一级焊缝：外观检验全部超声波检验，必要时：射线探伤高空施焊质量不可靠，强度0.9 削弱焊缝受力面积，在焊缝处形成应力集中，裂纹往往先从那里开始，并扩展开裂，成为连接破坏的

4、根源。四 焊缝连接型式及焊缝型式按被连构件间相对位置分：平接、搭接、T形连接和角接连接型式焊缝型式焊缝沿长度方向分布按施焊位置分五 焊缝代号用焊缝代号标明焊缝型式、尺寸和辅助要求焊缝符号由指引线和表示焊缝截面形状的基本符号组成，必要时可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。辅助符号表示焊缝表面形状特征补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊缝代号时，可在图形上加栅线表示(图712)第三节 对接焊缝的构造和计算一 对接焊缝的构造要求（一）坡口形式mmtXKUmmtVmmtI20201010型（二）不同宽（厚）度钢板连接（三）起落弧

5、缺陷及引弧板（四）焊透的T型连接焊缝（五）钢板拼接二 计算对于一级、二级焊缝，并采用引弧板，焊缝与构件等强，不必计算。（一）轴心受力对接焊缝：P200)17(wcwtwfftlN或N轴心拉力或压力的设计值；lw焊缝计算长度，采用引弧板施焊，取焊缝实际长度；当未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去2t；t连接件的较小厚度，不考虑焊缝余高，在T形连接中为腹板厚度；ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值，抗压焊缝 和一、二级抗拉焊缝同母材，三级抗拉焊缝为 母材的85%,由附表12查得。正缝连接不满足要求时，改用斜缝，当tg1.5，不必计算焊缝强度。（二）受弯、受剪)33()23(wvwwwtw

6、ftIVSfWM公式符号说明见P201工字形、箱形、T形等构件在翼腹交界处，应验算折算应力)47(1.132121wtf（三）轴力、弯矩、剪力共同作用最大正应力为轴力和弯矩引起的应力之和剪应力按（73）验算折算应力按（74）验算三 部分焊透的对接焊缝板较厚，受力较小用不焊透对接焊缝（一）受力特点1。垂直焊缝长度受力，未焊透处产生应力集中，不宜直接承受动力荷载，平行焊缝长度受力影响较小。2。受力性质类似于角焊缝（二）计算角焊缝计算公式：)77()(wfwefflhN)107()(wffwefflhN)127(22wfffffhe取值见P202阅读P203204例71第四节 角焊缝的构造和计算一

7、角焊缝的构造和强度（一）角焊缝的应力分布1、角焊缝截面直角角焊缝（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝斜角角焊缝（e）锐角角焊缝（f、g）钝角角焊缝2、应力状态图224侧面角焊缝应力分布正面角焊缝：力作用方向焊缝长度方向侧面角焊缝：力作用方向焊缝长度方向正面角焊缝比侧面角焊缝强度高，但塑性差。3、角焊缝的尺寸限制(1)、承受动力荷载结构中正面角焊缝采用平坡焊缝或深熔焊缝，侧焊缝可采用普通焊缝。（2）、焊脚尺寸hfhfmin P205hfmax P206(4)、焊缝计算长度lw P206fwhl2焊缝长度mmhlfw408min和fwhl60max若内力沿侧面角焊缝全长均匀分布，lwmax不

8、受限制4、角焊缝其它构造要求 P207铆钉正面角焊缝、槽焊或电不满足时应加为较薄焊件厚度，tmmtmmbmmttbblw)12(200)12(16二 角焊缝计算的基本公式适用第四强度理论)57(3)(32/22wfzsf假定角焊缝是在有效截面上的剪切破坏，设计强度为ffw平衡方程：2222efyfxfyfxeAANNA22fyfx22fxfy同理fz/代入（75）得wffzfxfyfyfxf322322222整理后得到：)67(32222wffxfyfxfyfxf)67(32222wffxfyfxfyfxf几种情况讨论：1。fxfy0，侧面角焊缝)77()(wfwefflhN)87(22.1)

9、(wfwefflhN)97(22.122wffff2。fx或fy0且fz0，正面角焊缝3。fx0或fy0，/、焊缝长度力共同作用用f代替1.22,则(7-8)式和(7-9)式为)107()(wffwefflhN)117(22wfffff(7-7)、(7-10)和(7-11)各式就是角焊缝计算基本公式。阅读P209 文字说明三 常用连接方式的角焊缝计算（一）受轴心力焊件的拼接板连接1。侧面角焊缝连接)77()(wfwefflhN2。正面角焊缝连接)107()(wffwefflhN3。矩形拼接板三面围焊静力荷载或间接动力荷载作用先计算正面角焊缝承担荷载N1再验算侧面角焊缝wfwefflhN11wf

10、weflhNN1直接动力荷载作用)127(wfweflhN4。菱形拼接板围焊连接)127(wfweflhN（二）受轴心力角钢连接1。侧面角焊缝连接)137(12121NKNeeeN)147(22112NKNeeeNK1、K2角钢肢背、肢尖内力分配系数2采用三面围焊先确定正面角焊缝的焊脚尺寸hf，算出它所能承担的内力wffwfflhN337.0通过平衡关系，解得：)157(22)(3132121aNNKNeeNeN)157(22)(3232112bNNKNeeNeN对于L形的角焊缝，同理求得N3后，可得)167(31NNN求得N1、N2后，再按(7-7)式计算侧面角焊缝（三）弯矩作用下角焊缝的计

11、算)177(wffwffWM(四)扭矩作用下角焊缝计算计算假定：（1）。被连接件在扭矩作用下绕焊缝有效截面的形心O旋转（2）。焊缝有效截面上任一点的应力方向垂直于该点与形心O的连线，应力大小与其到形心距离r成正比。1。焊缝群受扭第五节 焊接残余应力和焊接残余变形一 焊接残余应力的分类和产生原因（一）纵向残余应力2。横向残余应力3。沿焊缝厚度方向的残余应力4。约束状态下的焊接残余应力二 焊接残余应力的影响（一）对静力强度的影响残余应力是自相平衡的，考虑到塑性内力重分布，残余应力对结构静力强度没有影响。静力强度：hfy增加应力：abca+defd残余应力自相平衡aaca+edee=ccdd（二）对

12、结构刚度的影响残余应力使截面提前进入弹塑性状态，降低结构刚度（三）对压杆稳定的影响残余应力降低压杆稳定承载力（四）对低温冷脆的影响形成三向残余应力场，加剧低温冷脆倾向（五）对疲劳强度的影响焊缝附近存在高额残余拉应力，降低结构疲劳强度。三 焊接残余变形纵向和横向缩短角变形弯曲变形扭曲变形波浪变形四 减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法（一）采用合理的施焊次序（二）施焊前给构件以一个和焊接变形相反的预变形（三）对小尺寸焊件，在焊前预热，或焊后回火，可消除焊接残余应力。可局部加热消除焊接变形五 合理的焊缝设计（一）焊接位置合理，焊缝布置对称于构件重心。（二）焊缝尺寸适当，在构造要求范围内，采用较小的

13、焊脚尺寸，并加大焊缝长度。（三）焊缝不宜过分集中（四）尽量避免三向焊缝相交（五）要考虑钢板分层问题此外，要考虑以下问题：（一）施焊时焊条易于到达（二）构造尽可能避免仰焊第六节 普通螺栓连接的构造和计算一 螺栓的排列和构造要求（一）排列方式（a）并列；（b）错列（二）排列要求1、受力要求端距、受拉构件、受压构件2、构造要求限制最大距离3、施工要求限制最小距离规范规定的限制是多少？P231 表75表78P231 表75图 762P231 表76P229 表77、表78二 普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能抗剪螺栓连接抗拉螺栓连接(一)抗剪螺栓连接1。抗剪螺栓工作阶段及极限状态（1）弹性工作阶段（2

14、）滑移阶段（3）弹塑性工作阶段2。普通螺栓抗剪连接破坏的五种可能（1）栓杆被剪断（a）（2）孔壁挤压破坏（b）（3）连接件净截面强度破坏（c）（4）连接件端部被剪断（d）（5）栓杆弯曲（e）(e)e32d0板叠厚度5d3。一个抗剪螺栓设计承载力)277(42bvvbvfdnN)287(bcbctfdNminmin),(bcbvbNNN式中：nv螺栓受剪面数 d 螺栓杆直径，对铆接取孔径d0 t同一方向承压的构件较小总厚度 fvb、fcb螺栓的抗剪、承压强度设计值。防止“解钮扣”现象连接长度l1过长时，端部螺栓因受力过大而首先破坏，随后依次向内发展逐个破坏。规范规定：当l115d0时，螺栓承载力

15、乘以折减系数 1.1-l1/(150d0)，当l160d0时，0.7 d0螺栓孔径（二）抗拉螺栓连接极限状态：栓杆被拉断1。一个螺栓抗拉设计承载力)297(4btebtfdNde普通螺栓或锚栓螺纹处有效直径 由P334附表7查得 对铆钉连接取孔径d0；ftb普通螺栓或锚栓抗拉强度设计值 由P338附表13查得。2。受拉螺栓T形连接（P234）角钢刚度不大，受拉发生较大变形，起杠杆作用，该外肢产生撬力Q。则 PfNQ处理方法：（1）不计撬力，降低螺栓设计 强度 ftb0.8f=170N/mm2;（2）增加角钢刚度 设加劲肋，使不产生Q力或 产生Q力很小。三 螺栓群在轴心力作用下的抗剪计算（一）螺

16、栓群在轴心力作用下的抗剪计算轴心力作用，认为每个螺栓均匀受力1。计算需要的螺栓数nminminmin),()307(bcbvbbNNNNNn取整2。排列：按排列要求排列3。验算构件净截面强度)317(fANn验算截面：受力较大、净截面面积较小处P236例79）（拼接板构件正交截面：337)(2)327()(03101dnbtAdnbtAnn)273()1(202222124dneenetAn折线截面：作业 P301 7.16,7.17（二）螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算1。计算假定：（1）。被连接件是刚性的，而螺栓则是弹性的（2）。各螺栓绕螺栓群形心O旋转，其受力大小与其至螺栓群形心的距离成正比

17、，力的方向与其和螺栓群形心的连线相垂直。2、计算公式：)(arNTiTiiTTiiTiTrrNNrNrN1111)357(221211iiiTyxTrrTrN即受力最大螺栓则时，当2211113iiyryrxy)367(211iTyTrN)377(minbTiNN211iTrrNT代入上式得（三）螺栓群在扭矩、剪力、轴心力共同作用下抗剪计算先布置，再验算受力最大螺栓所受的力验算2211111iiTTxyxTyryNN2211111iiTTyyxTxrxNNnVNvy1nNNNx1合成：)387(min2112111bvyTyNxTxNNNNNNP239 例710（四）螺栓群在轴心力作用下的抗拉

18、计算取整并布置)397(/btNNn考虑各螺栓均匀受力（五）螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算假定中和轴在最下一排螺栓线上，忽略压力所提供的力矩（因力臂很小）1111yyNNyNyNiMMiiMiM).(2211nMnMMyNyNyNmM)407(211btiMNymMyN（六）螺栓群同时承受剪力和拉力的计算1。螺栓群同时承受V和M（支托仅在安装横梁时起临时支承作用）211iMymMyNMnVNVV1)417(122bttbvvNNNN)427(bcvNN2。螺栓群受拉，支托承受剪(2)支托与柱翼缘的角焊缝btMNNM1)1()437(wfwefflhV为考虑V力对焊缝的偏心影响，其取值1.251.

19、35Nv、Nt一个螺栓所承受的剪力和拉力Nvb、Ncb、Ntb一个螺栓抗剪、承压和抗拉承载能力设计值P241242 例711作业 P301 714，716、717第七节 高强螺栓连接的性能和计算一 高强螺栓连接的性能材料：10.9级(20MnTiB钢和35VB钢)8.8级(40B钢，45号钢和35号钢)(一)高强螺栓连接的分类及其极限状态1。抗剪连接(1)摩擦型高强螺栓传力机理：依靠连接构件间摩擦阻力传递剪力极限状态：摩擦力被克服(2)承压型高强螺栓传力机理：栓杆剪切和孔壁挤压以及构件间摩擦力共同传力。极限状态：栓杆剪切或孔壁挤压破坏，可能破坏形式和普通螺栓相同。2。承受拉力的高强螺栓极限状态

20、：构件被拉开为承载能力极限状态受力性能：同普通螺栓，由于未被拉开，所以变形小，锈蚀危害小，疲劳性能好(二)预拉力和摩擦面的抗滑移系数1。预拉力P(1)施加预拉力的方法扭矩法 TKdP (7-44)转角法扭剪型高强螺栓(2)设计预拉力值P)457(608.02.19.09.09.0eueuAfAfP考虑以下因素：a.扭紧螺栓剪应力降低螺栓 承拉能力1/1.2b.超张拉0.9c.材料变异系数0.9d.附加安全系数0.9 将计算结果调整成5kN的倍数 P244表7102。摩擦面抗滑移系数摩擦力取决于预拉力P取决于构件的材料接触面处理方法P245表711施工注意点：(1)摩擦面严格避免涂红丹(2)采取

21、防潮措施，避免雨天施工（四）高强螺栓的排列同普通螺栓，并防止“解扭扣”现象发生二 高强螺栓抗剪承载力设计值（一）摩擦型高强螺栓)467(PnNfRbv式中：nf一个螺栓的传力摩擦面数目摩擦面的抗滑移系数，见表711P高强螺栓预拉力，见表710R抗力分项系数的倒数，一般取0.9，最小板厚t6mm的冷弯薄壁型钢结构取0.8（二）承压型高强螺栓Nvb、Ncb同普通螺栓(7-27)和(7-28)式1.fvb、fcb用承压型高强螺栓强度设计值(P338附表13)2.如果剪切面在螺纹处，用有效面积计算，普通螺 栓则不区分（规范7.2.3条，书上漏了）。不同点：)277(42bvvbvfdnN)287(bc

22、bctfdN三 高强螺栓群的抗剪计算（一）轴心力作用1.螺栓数n)467(,PnNNNnfRbvbv摩擦型minminmin),(,bcbvbbNNNNNn承压型2.构件净截面强度计算An同普通螺栓N承压型同普通螺栓，即取N值；摩擦型考虑孔前传力50，即取 N（1-0.5n1/n）N (7-47)n计算截面上的螺栓数 n连接一侧的螺栓总数)317(5.011afANnnANnn（二）扭矩T，以及T、V、N共同作用时抗剪连接的计算方法同普通螺栓，只是用高强螺栓承载力设计值阅读P246 例712作业：P300 7-13、P302 718四 高强螺栓的抗拉连接（一）高强螺栓的抗拉连接性能1.拉力作用

23、下螺栓和构件间的内力变化拉力作用下，栓杆预拉力拉力作用下，构件间挤压力外力作用前：栓杆拉力P构件间挤压力C外力作用后：PPf=Nt+Cf CCf设板叠厚度,螺栓和构件保持弹性工作bbfEAPP)(ppfEACC)(pb考虑栓杆拉伸与构件压缩相协调，即pfbfACCAPP)()(将CP，PfNtCf代入得)487()1(bptfAANPP取Ap/Ab=10，当构件刚好被拉开时PfNt，代入上式得PPf1.1为了避免外力大于螺栓预拉力时，卸载后产生松弛现象，规范规定：Nt0.8P (此时Pf1.07P)2.撬力Q的影响（P248）Q对螺栓破坏拉力值没有影响，但降低外力Nt的极限值，即 NuNu考虑

24、措施：加强连接刚度，不计撬力Q（1）设置加劲肋（2）增大T形件翼缘厚度2d（二）高强螺栓抗拉连接计算1.一个抗拉高强螺栓承载力设计值)497(8.0PNbt0.8考虑卸载后连接产生松弛现象，限制外力值2.轴心拉力作用下需要的螺栓数)507(8.0PNNNnbt3.弯矩作用下)517(8.01211PNymMyNbtniiMt中和轴普通螺栓：底排螺栓高强螺栓：螺栓群形心轴线上五 同时承受剪力和拉力的高强螺栓连接计算（一）摩擦型高强螺栓PPNt，Nvb，考虑方法：不变，每个螺栓承载力按下式计算)527(1bttbvvNNNN式中：Nv、Nt一个高强螺栓所承受的剪力和拉力 Nvb、Ntb单个高强螺栓的受剪、受拉承载 力设计值（二）承压型高强螺栓应满足：)417(122bttbvvNNNN)537(2.1bcvNN式中：Nvb、Ntb、Ncb每个高强螺栓的抗剪、抗拉、承压承载 力设计值 1.2折减系数，考虑板件间挤压力随外力增大而减小，Ncb下降阅读P251例713作业：P301 715