1、建筑结构,新疆建设职业技术学院土木工程系,第十六章 钢结构的连接,16.1钢结构的连接方法,有焊接、螺栓和铆钉连接,焊缝连接,螺栓连接,铆钉连接,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.1.1焊缝连接,优点,构造简单 任何形状均可直接连接，无需辅助配件 省工省料 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面 施工快速 可自动化操作,连接的密闭性好，刚度大，整体性好,缺点,材质易变脆 产生残余应力、残余变形、焊接缺陷 对钢结构疲劳、稳定有不利影响 较多地依赖焊工的技能水平 质量检验要求较高时检验工作量较大,现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.1.2铆钉连接,优点,塑
2、性、韧性好，动力性能好,缺点,费料、加热铆合过程极其费工,目前承重钢结构连接中已很少应用,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.1.3螺栓连接,优点,施工简单，装拆方便，对安装工的要求高 摩擦型高强度螺栓连接动力性能好 耐疲劳，易阻止裂纹扩展,缺点,费料、开孔截面削弱 螺栓孔加工精度要求,钢结构的发展方向：工厂构件焊接、工地节点螺栓连接,新疆建设职业技术学院土木工程系,第十六章 钢结构的连接,16.2焊接方法、焊缝形式和质量级别,16.2.1.1手工电弧焊,钢结构常用的焊接方法是电弧焊,包括手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊及气体保护焊等。,利用通电后焊接材料（焊条或焊丝）和焊件之间产生电弧，熔化
3、焊接材料形成焊缝，需要使用焊条：,16.2.1焊接方法,新疆建设职业技术学院土木工程系,焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。 其牌号为E43、E50和E55型等，E表示焊条，数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为Kgf/mm2）。,一般情况下，焊条与母材的对应关系如下： Q235钢材，采用E43焊条；Q345钢材，采用E50焊条；Q390、Q420钢材，采用E55焊条。,不同钢种连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.2.1.2埋弧焊（自动或半自动焊）,自动或半自动埋弧焊主要设备是自动电焊机，沿轨道按设定速度移动，通电引弧后，使埋于焊剂下的焊丝和附近的焊剂熔
4、化，熔渣浮在熔化的焊缝金属上面，使融化金属不与空气接触，并供给焊缝金属以必要的合金元素，随焊机的移动，颗粒状焊剂不断从料斗漏下，电弧完全被埋在焊剂之内，同时焊丝自动地边熔化边下降，称为自动埋弧焊。(沿轨道推移过程由人工控制时，称为半自动埋弧焊),全自动埋弧焊,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.2.1.3气体保护焊,采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝 电弧使焊丝熔化形成焊缝 CO2气体保护被焊金属与空气接触,焊接速度快，熔化深度大 可手工焊，也可自动化操作 目前工厂很常用的焊接方法 室外施焊要有避风措施，防止气孔、焊坑缺陷,焊丝,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.2.2焊缝连接形式,连接方
5、式分为： 对接连接、搭接连接、形连接、角接连接四种,平接（对接焊缝）,搭接（角焊缝）,T形连接,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.2.3焊缝质量级别及检验,16.2.3.1焊缝缺陷,热裂纹,气孔,烧 穿,夹 渣,根部未焊透,边缘未熔合,焊缝层间未熔合,咬 边,焊瘤,冷裂纹,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.2.3.2焊缝质量检验,检 验 标 准,用于一般连接所有焊缝均应作外观检验，不允许有可见裂纹等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求；,二级,肉眼外观检查 超声波 用于有较大拉应力的较重要连接不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷,一级,肉眼外观检查 超声波 X射线
6、用于抗动力、疲劳荷载的重要连接不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷,无损检测：一级焊缝全数检验，二级焊缝抽检20以上,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.2.4焊缝代号及标注方法,新疆建设职业技术学院土木工程系,第十六章 钢结构的连接,16.3焊缝连接,16.3.1对接焊缝连接的构造和计算,16.3.1.1对接焊缝的形式与构造,新疆建设职业技术学院土木工程系,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。,a）直边缝：适合板厚t 10mm b）单边V形：适合板厚t 1020mm c）双边V形：适合
7、板厚t 1020mm d）U形：适合板厚t 20mm e）K形：适合板厚t 20mm f）X形：适合板厚t 20mm,新疆建设职业技术学院土木工程系,（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但用施工复杂，除承动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去5mm。 （2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避免应力集中。 （3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的斜边，避免应力集中。有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质量等级有关。,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.3.2对接焊缝连接的计算,对接焊缝的截面与被焊构件截面相同，
8、焊缝中的应力情况与被焊件原来的情况基本相同，故对接焊缝连接的计算方法与构件强度计算相似。,16.3.2.1轴心受力对接焊缝的计算,轴心受力对接焊缝的计算，按以下公式进行：,新疆建设职业技术学院土木工程系,当焊缝质量等级为一级或二级时，由于内部缺陷少，对对接抗拉强度影响小，因此一、二级焊缝与母材强度相等。 当焊缝质量等级为三级时，由于内部存在较多缺陷，故钢结构规范将其抗拉强度设计值取为母材的85%。 故对接焊缝一般只在焊缝质量等级为三级时需按公式进行焊缝的抗拉强度验算。,新疆建设职业技术学院土木工程系,直缝连接时计算长度,例题16.1,试验算钢板的对接焊缝强度。已知l=550mm，t=22mm，
9、轴心力设计值N=2300kN。钢材为Q235-BF，手工焊，E43型，焊缝质量三级。,【解】 由表15.2查得焊缝抗拉强度设计值ftw=175N/mm2,焊缝正应力：所以，不满足要求,新疆建设职业技术学院土木工程系,改用斜对接焊缝，取截割斜度为1.5：1，即=56，则焊缝长度,故此时焊缝的正应力为：满足要求,焊缝的剪应力为：,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.3.2.2对接焊缝在弯矩和剪力共同作用下的计算,焊缝截面时矩形，正应力和剪应力图形分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件：,新疆建设职业技术学院土木工程系,对于弯矩、剪力、轴力共同作用的构件：,除满足以上两个计算表达式
10、外，还应同时满足：,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.3.2角焊缝连接的构造和计算,16.3.2.1角焊缝的形式,按作用力的关系可分为：正面角焊缝和侧面角焊缝。,正面角焊缝：焊缝长度方向与作用力垂直。,侧面角焊缝：焊缝长度方向与作用力平行。,沿长度的分布：连续角焊缝和间断角焊缝。,新疆建设职业技术学院土木工程系,焊接按施焊位置分为：平焊、横焊、立焊和仰焊。,新疆建设职业技术学院土木工程系,角焊缝按截面形式可分为：直角角焊缝和斜角角焊缝。,两焊脚边所形成的夹角为90度的。,两焊脚边的夹角大于或小于90度的。,新疆建设职业技术学院土木工程系,直角角焊缝的破坏特点:破坏截面以45喉部截面居多,焊
11、脚尺寸: 有效高度: 计算有效面积:,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.3.2.2角焊缝的构造要求,1）最大焊脚尺寸hfmax,焊脚尺寸是指角焊缝根角至焊缝截面外边缘（焊趾）的尺寸,1、角焊缝焊脚尺寸 hf,hf,max1.2t1,式中: t1-较薄焊件厚度,新疆建设职业技术学院土木工程系,对于板件边缘的角焊缝：,当 t6mm时，hf,maxt； 当 t6mm时， hf,max t -(12)mm；,2）最小焊脚尺寸hfmin,式中: t-较厚焊件厚度,当t24mm时, hf,min = t2,对于自动埋弧焊hf,min可减去1mm;,对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;,新疆
12、建设职业技术学院土木工程系,3）最小焊缝长度,4）最大焊缝长度,5）搭接长度的构造要求,与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：,为避免应力传递过分弯折致应力不均：,新疆建设职业技术学院土木工程系,（2）为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大,上式中，t为较薄焊件的厚度,不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！,（3）角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。,新疆建设职业技术学院土木工程系,（4）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。,16.3.2.3角焊缝的连接计算,侧面角焊缝,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
13、越高 强度相对较低，塑性较好 破坏常发生在近似45斜平面上,新疆建设职业技术学院土木工程系,正面角焊缝,角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂 正、剪应力都有，且分布很不均匀 根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点 焊缝破坏强度高，但塑性差,新疆建设职业技术学院土木工程系,1、角焊缝受轴心力作用的计算,h-焊缝厚度、h1熔深 h2凸度、d焊趾、e焊根,新疆建设职业技术学院土木工程系,实验公式： 破坏面上,上式中：,f垂直焊缝长度方向的计算应力,平行焊缝长度方向的计算应力,f,简化公式,新疆建设职业技术学院土木工程系,2、双盖板连接的对接连接计算,两边侧焊,两边端焊,新疆建设职业技术学院土木工程系,四周围
14、焊,验算,新疆建设职业技术学院土木工程系,3、双角钢连接的T形连接计算,受轴力作用,两边侧焊,新疆建设职业技术学院土木工程系,三面围焊,新疆建设职业技术学院土木工程系,4、承受弯矩、剪力和轴心力作用时的角焊缝连接计算,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.3.3焊接应力和焊接变形,焊接残余变形 由焊缝及其周围不均匀热胀冷缩引起,焊接残余应力 由焊缝冷却收缩受到阻碍引起,焊接应力 的类型,新疆建设职业技术学院土木工程系,焊接变形,波浪变形,新疆建设职业技术学院土木工程系,降低焊接应力和焊接变形的措施,设计措施,焊接位置的合理安排 焊缝尺寸要适当 焊缝的数量要少，不宜集中 应尽量避免两至三条焊缝垂
15、直交叉,加劲板开孔，让主要焊缝 通过，次要焊缝中断,新疆建设职业技术学院土木工程系,工艺措施,采用合理的施焊次序 采用反变形 小尺寸焊件,焊接次序交替进行,分多道焊缝,预加反变形,新疆建设职业技术学院土木工程系,第十六章 钢结构的连接,16.4螺栓连接,16.4.1普通螺栓连接的构造和计算,16.4.1.1普通螺栓连接的构造,1、螺栓的规格：建筑工程中常用M16、M20、M24等,新疆建设职业技术学院土木工程系,2、螺栓的排列：,并列螺栓,错列螺栓,螺栓容许间距,钢板上螺栓排列,角钢上螺栓排列,新疆建设职业技术学院土木工程系,3、螺栓连接的构造要求：,为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接
16、头的一端，永久性螺栓的个数不宜少于两个。,对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺母或其他防止螺母松动的有效措施。,由于C级螺栓与孔壁有较大的空隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉连接。,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.4.1.2普通螺栓连接的受力性能和计算,1、普通螺栓的抗剪承载力计算,1）抗剪螺栓的破 坏形式,1）螺栓剪断 （板较厚螺栓较细）,2）钢板孔壁挤压破坏 （板较薄，螺栓较粗）,3）钢板拉断 （板开孔，截面削弱）,4）钢板剪坏 （螺栓端距过小）,5）螺栓弯曲破坏 （板过厚，螺栓细长）,新疆建设职业技术学院土木工程系,2）普通螺栓的抗剪承载力计算,前三种破坏通过计算保证，后两种通过构
17、造保证,一个抗剪螺栓受剪承载力设计值,单剪面 nv =1,四剪面 nv =4,双剪面 nv =2,一个抗剪螺栓承压承载力设计值,新疆建设职业技术学院土木工程系,2、普通螺栓的抗拉承载力计算,抗拉螺栓连接在外力作用下，构件的接触面有脱开的趋势，此时螺栓受到沿杆轴方向的拉力作用，故抗拉螺栓连接的破坏形式为栓杆被拉断。,一个螺栓的抗拉承载力设计值,3、普通螺栓群连接计算,1）普通螺栓群受剪,螺栓群抗剪连接承受轴心力时，螺栓群在长度方向上受力不均匀，梁端大中间小。,新疆建设职业技术学院土木工程系,当 l115d时，采用 承载力折减系数考虑螺栓群受力不均,（1）螺栓抗剪计算,确定连接一侧所需要的螺栓个数
18、,钢板强度验算,新疆建设职业技术学院土木工程系,螺栓并列布置,螺栓错列布置,上式中,新疆建设职业技术学院土木工程系,2）普通螺栓群受拉,（1）在轴心力作用下受拉 通常假定每 个螺栓平均受力，则所需螺栓数为：,（2）在弯矩作用下受拉 螺栓群绕最低排螺栓轴线旋转,最大螺栓拉力为：,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.4.2高强度螺栓连接的构造和计算,16.4.2.1概述,高强度螺栓连接按其受力特征分为摩擦型连接和承压型连接两种,新疆建设职业技术学院土木工程系,高强度螺栓的预拉力,高强度螺栓的紧固法,新疆建设职业技术学院土木工程系,16.4.2.2高强度螺栓抗剪连接计算,1、摩擦型连接的高强度螺栓抗剪连接计算,一个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值,新疆建设职业技术学院土木工程系,摩擦型连接高强度螺栓群受剪力N作用,螺栓抗剪验算,钢板净截面抗拉强度验算,净截面受力,净截面应力,新疆建设职业技术学院土木工程系,2、承压型连接的高强度螺栓抗剪连接计算,承压型连接高强度螺栓的承载力设计值：,螺栓抗剪,孔壁承压,（1）计算方法与普通精制螺栓（A、B级）相同，但材料强度参数不同；（参见螺栓连接强度设计值表）,（2）连接节点的验算方法也与普通精制螺栓（A、B级）相同，不再赘述。,新疆建设职业技术学院土木工程系,谢谢大家！,
