1、结构设计原理,第 十 九 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,东南大学远程教育,第19讲：构件连接（4） 41,工程结构是由各种基本构件通过连接组成的整体结构物，使其实现共同工作。 钢结构：钢板、型钢等组成的基本构件（工厂制作） 现场安装（吊装、连接） 结构整体。 钢筋混凝土结构：有现浇、装配式和装配整体式三种施工方法。钢筋的接长、预制构件（预制楼板、叠合梁、叠合板等）的拼装也存在大量的连接。 4.1 钢结构连接 1.焊接；2.螺栓连接（普通螺栓、高强度螺栓）；3.铆钉连接。,第19讲：构件连接（4） 42,特点： 1.焊接：不削弱构件断面，节省材料，经济；构造简单，加工简便且易实现自动化操作，提
2、高焊接质量；连接刚度大，密闭性好，整体性好。 焊缝附近的材质变脆；焊件中存在焊接残余应力和残余变形，对结构的承载能力有不利影响；焊接结构对裂纹很敏感，尤其是在低温下更易发生脆性断裂。 2.螺栓：普通螺栓分为A、B、C三级；高强度螺栓由中碳钢或低合金钢等经热处理后制成，强度较高。我国高强度螺栓的强度级别可分为8.8级（8.8S）和10.9级（10.9S）。高强度螺栓的连接分为摩擦型和承压型连接。 螺栓连接简便、快速，可拆卸，常用于现场的安装连接中。 但对构件断面有所削弱。,第19讲：构件连接（4） 43,焊接 焊接（电弧焊）分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊和气体保护焊等。 原理： 焊接连接和焊
3、缝形式： 平接、搭接和顶接（T形）三种 1.对接焊缝； 2.角焊缝。 焊缝的符号（形式、尺寸和要求）,第19讲：构件连接（4） 44,焊缝的强度和质量等级（附表I32） 1. 焊缝质量直接影响连接的强度。如果焊缝质量优良，焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度高于焊件母材，破坏部位多位于焊缝附近热影响区的母材上。焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。焊缝缺陷将削弱焊缝的受力面积，并在缺陷处产生应力集中，对结构受力很不利。因此，对焊缝进行质量检查很重要。 2. 焊缝质量等级分为三级，其中一、二级焊缝除外观缺陷检查外，还需要进行内部无损探伤。 3. 三级受拉对接焊缝强度应折减。 4. 合理选用
4、焊缝种类等级。 5. 焊条选用：Q235E43xx；Q345E50xx；Q390E55xx,第19讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 45,1、对接焊缝在轴心力作用下的计算； 2、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算； 3、对接焊缝的构造。,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二 十 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,第20讲：构件连接（4） 上一讲内容 46,1.连接的类型 2.钢结构连接的主要方法及特点 3.焊缝连接的原理、连接及焊缝形式 4.焊缝的强度及质量等级,第20讲：构件连接（4） 47,对接焊缝的计算和构造 对接焊缝充满整个被连接件的截面，可视为焊件截面的延续，焊缝中的应力分布情
5、况基本与焊件原有情况相似，对接焊缝的有效截面与焊件的截面相同。焊缝应力可以由材料力学的有关计算公式进行计算。 对接焊缝两端的起弧、灭弧处，常因不能焊透而出现凹形焊口或存在缺陷，以致该处由于应力集中易出现裂纹。因此，施焊时应在焊缝两端设置引弧板，对于一般受静力荷载的结构，也可不设引弧板，但令焊缝的计算长度比实际长度减小10mm。 轴心受力的对接焊缝计算：,第20讲：构件连接（4） 48,当采用引弧板时，对接焊缝抗压、抗剪和一、二级焊缝抗拉强度与母材相等，在焊件强度保证的条件下可不必计算焊缝强度；只在三级焊缝受拉力作用时才需按上式进行验算。 如果采用直缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝以增加焊
6、缝长度。根据试验结果，当焊缝与作用力间的夹角满足： 时，斜焊缝强度不低于母材强度，可不再验算。,第20讲：构件连接（4） 49,承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算 1矩形截面：焊缝中的焊缝中的最大正应力和最大剪应力不在同一点，应分别进行计算：2.工字形截面：在同时 受有较大正应力和较大 剪应力的梁腹板与翼缘 相交处，还应计算其折 算应力,第20讲：构件连接（4） 410,对接焊缝构造 1.根据焊件板厚、焊接工艺要求和施工条件对焊件边缘加工合适的坡口； 2.对受力较大的重要对接焊缝应尽可能采用引弧板； 3.不同宽度和厚度的钢板拼接。a直边缝；b单边V形缝； c双边V形缝；dU形缝；eK形缝；f
7、X形缝,第20讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 411,1、角焊缝的分类与受力特征； 2、角焊缝的强度； 3、角焊缝的计算； 4、角焊缝的构造。,结构设计原理,第 二十一 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,东南大学远程教育,第21讲：构件连接（4） 上一讲内容 412,1、对接焊缝在轴心力作用下的计算 2、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算 3、对接焊缝的构造,第21讲：构件连接（4） 413,角焊缝的构造与计算 1.当焊缝轴线与外力作用方向平行时，称为侧面角焊缝，又称侧缝； 2. 垂直时，称为正面角焊缝，又称端缝； 3. 呈夹角时，称为斜焊缝。 角焊缝的受力性能和强度与受力方向有直接关系
8、。 直角角焊缝截面形式： 角焊缝较小的焊脚尺寸为hf 有效高度为he=0.7 hf， 忽略了焊缝余高和熔深,第21讲：构件连接（4） 414,角焊缝的受力性能 侧面角焊缝主要承受剪力作用，塑性较好，强度较低。在弹性阶段，侧缝剪应力沿焊缝程度方向分布不均匀，两端大而中间小。 破坏面通常在焊缝的最小截面（45o斜截面）。破坏起点在侧缝两端，该处出现裂缝后，迅速蔓延扩展，使焊缝断裂。,第21讲：构件连接（4） 415,角焊缝的受力性能 端缝的应力状态比侧缝复杂的多，应力集中较明显。焊缝的根部出现应力高峰，易于开裂。 破坏时首先在焊缝根部开裂，然后扩展至整个焊缝截面。 根据试验结果，端缝的强度比侧缝高
9、，但塑性较差，根部又存在很大的收缩应力，性质较脆。,第21讲：构件连接（4） 416,角焊缝的强度 无论是侧缝与端缝，焊缝计算时一律取与焊脚边呈45o的斜面为计算截面，即焊缝有效厚度0.7hf。计算截面上平均破坏应力为焊缝强度（力除以焊缝破坏面积）。 焊脚尺寸（mm）正面角焊缝（N/mm2）侧面角焊缝（N/mm2） 4 432.5 326.0 8 362.2 270.0 12 332.0 250.0 规范规定的角焊缝设计强度是侧面角焊缝的强度，不分抗拉、抗压和抗剪，不分焊缝级别均采用相同的值， 例如Q235钢材，ffw=160N/mm2。,第21讲：构件连接（4） 417,直角角焊缝的计算 计
10、算简化假定： 1.沿角焊缝45o方向的焊缝 有效截面为计算时的破坏面； 2.在通过焊缝形心的拉力、 压力和剪力作用下，假定沿 焊缝长度的应力是均匀分布的。,第21讲：构件连接（4） 418,直角角焊缝的计算 基本计算公式：端缝应力：侧缝应力：称为正面角焊缝的强度设计值增大系数 对于直接承受动力荷载的结构，,第20讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 419,1、角焊缝在轴心力作用下的计算 2、角焊缝在弯矩和剪力作用下的计算 3、角焊缝在扭矩和剪力作用下的计算 4、角焊缝的构造,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二十二 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,第22讲：构件连接（4） 上一讲内容 42
11、0,1、角焊缝的分类与受力特征 2、角焊缝的强度与计算假定 3、角焊缝的计算公式,第22讲：构件连接（4） 421,轴心力作用下的角焊缝计算 当轴心力（拉力、压力、剪力）通过焊缝计算截面形心时，角焊缝有效截面上的应力为均匀分布。 当外力平行于焊缝长度方向时，属侧面角焊缝受力，当外力垂直于焊缝长度方向时，属正面角焊缝受力，当外力方向与焊缝长度方向呈夹角时，斜焊缝受力，,第22讲：构件连接（4） 422,轴心力作用下的角焊缝计算 当角钢杆件与板件采用角焊缝连接时，由于角钢是不对称截面，必须使焊缝传递的合力作用线与角钢杆件的轴线重合，才能避免偏心受力。,第22讲：构件连接（4） 423,弯矩和剪力作
12、用下的角焊缝计算 以焊缝有效截面为依据，根据基本假定3，首先应计算角焊缝有效截面的几何特性，然后按材料力学公式求出控制点应力值，最后根据该点的应力状态进行强度验算。 A点： C点：,第22讲：构件连接（4） 424,扭矩和剪力作用下的角焊缝计算 一般假定被连接件是绝对刚性体，而焊缝则是弹性的； 焊缝上任一点的应力方向将垂直与该点与形心O的连线，而其大小则与该点至形心O的距离成正比。焊缝1点处的强度 应满足：,第22讲：构件连接（4） 425,角焊缝的构造 焊脚尺寸和焊缝计算长度 1.最小焊脚尺寸：焊缝冷却过快而变脆，容易产生裂纹；2.最大焊脚尺寸：防止“过烧”现象，焊接残余变形和残余应力；3.
13、最小焊缝长度： 和 mm； 4.最大计算长度：不宜大于60（承受静力荷载或间接承受动力荷载时）或40（承受动力荷载时）；,第22讲：构件连接（4） 426,角焊缝的构造 构造措施：,第22讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 427,1、普通螺栓的形式和规格 2、螺栓的排列与布置 3、普通螺栓连接的受力性能,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二十三 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,第23讲：构件连接（4） 上一讲内容 426,1、角焊缝的分类与受力特征 2、角焊缝的强度与计算假定 3、角焊缝的计算公式,第23讲：构件连接（4） 427,角焊缝的构造 焊脚尺寸和焊缝计算长度 1.最小焊脚尺寸：
14、焊缝冷却过快而变脆，容易产生裂纹；2.最大焊脚尺寸：防止“过烧”现象，焊接残余变形和残余应力；3.最小焊缝长度： 和 mm； 4.最大计算长度：不宜大于60（承受静力荷载或间接承受动力荷载时）或40（承受动力荷载时）；,第23讲：构件连接（4） 428,角焊缝的构造 构造措施：,第23讲：构件连接（4） 429,焊接残余应力和残余变形 产生原因和条件： 1.不均匀温度场；2.高温热塑变形；平截面假定。 构件冷却后残存于焊件内部的一种自相平衡的内应力，称为焊接残余应力。因焊接过程中的不均匀膨胀和收缩而在焊件中伴随焊接残余应力产生的残存变形称为焊接残余变形。 焊接残余应力和残余变形对构件的受力和使
15、用有不利影响，并且是产生焊接裂纹的重要因素之一。,第23讲：构件连接（4）,第23讲：构件连接（4） 430,焊接残余应力和残余变形 焊接残余应力有： 1.纵向应力 2.横向应力 3.厚度方向的应力 特征： 1.高温区受拉，低温区受压； 2.自相平衡。,第23讲：构件连接（4） 431,焊接残余应力和残余变形 焊接残余应力的影响： 1.对构件的静力强度没有影响； 2.减小结构的刚度（稳定承载力）； 3.导致应力集中，降低疲劳强度。,第23讲：构件连接（4） 432,焊接残余应力和残余变形 减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法： 1.设计：减小焊缝高度，焊缝对称布置，截面平缓过渡，避免仰焊； 2
16、.焊接工艺：采用适当的焊接顺序和方向，分层、分段、跳焊；（先对接焊缝，后角焊缝；先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝，使焊缝有较大的横向收缩余地；先焊受力较大的焊缝，后焊受力较次要的焊缝。） 采用反变形法； 焊前预热，焊后保温或进行高温回火、锤击等。,第23讲：构件连接（4） 433,焊接残余应力和残余变形 减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法：,第23讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 434,1、普通螺栓的形式和规格 2、螺栓的排列与布置 3、普通螺栓连接的受力性能,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二十四 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,第24讲：构件连接（4） 上一讲的主要内容 43
17、5,1、角焊缝的构造 2、焊接残余应力与残余变形,第24讲：构件连接（4） 436,普通螺栓的构造与计算 普通螺栓的形式和规格 1.粗牙普通螺纹，其代号用字母M与公称直径表示，工程中常用M16、M20、(M22)和M24。 2. C级螺栓的螺孔采用类孔，M16M24螺栓的孔径比螺栓公称直径大1.5mm。,第24讲：构件连接（4） 437,普通螺栓的构造与计算 螺栓的排列 采用并列和错列两种形式 1.受力要求； 2.构造要求； 3.施工要求。 规定螺栓的最大、最小 容许距离。,第24讲：构件连接（4） 438,普通螺栓连接的受力性能 螺栓传力方式分为 1.受剪螺栓连接剪力螺栓； 2.受拉螺栓连接
18、拉力螺栓； 3.同时承受剪拉的螺栓连接 受剪螺栓连接,第24讲：构件连接（4） 439,普通螺栓连接的受力性能 栓杆剪断当螺栓直径较小而钢板相对较厚时可能发生 孔壁挤压破坏当螺栓直径较大而钢板相对较薄时可能发生 钢板拉断当钢板顺螺孔削弱过多可能发生 端部钢板剪断当顺受力方向的端距过小时可能发生 栓杆受弯破坏当螺栓过长时可能发生,第24讲：构件连接（4） 440,普通螺栓连接的受力性能 后两种在选用最小容许端距2d0和使螺栓的夹紧长度不超过46倍螺栓直径的条件下，均不会产生。但对其他三种形式的破坏，则须通过计算来防止,第24讲：构件连接（4） 441,受剪螺栓群在轴心力作用下的计算 受剪螺栓连接
19、按承载能力极限状态须计算螺栓杆受剪和孔壁承压承载力。 单个受剪螺栓的承载力设计值 ； 承压承载力设计值单个受剪螺栓的承载 设计值应取Nbv和Nbc中 的较小者Nbmin,第24讲：构件连接（4） 442,受剪螺栓群在轴心力作用下的计算 连接一侧螺栓需要的数目为：连接板件的计算 （计算截面？） （该截面的内力？）,第24讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 443,1、受剪螺栓群受偏心力作用时的计算 2、高强度螺栓连接的构造和施工方法,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二十五 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,第25讲：构件连接（4） 上一讲内容 444,1、普通螺栓的形式和规格 2、螺栓的排列
20、与布置 3、普通螺栓连接的受力性能 4、受剪螺栓在轴心力作用下的计算,第25讲：构件连接（4） 444,受剪螺栓群受偏心力作用时的螺栓计算 假定：被连接件是绝对刚性体，而螺栓则是弹性体；受扭矩作用，所有螺栓均绕螺栓群形心O旋转。 1.扭矩2.剪力螺栓1：,第25讲：构件连接（4） 445,拉力螺栓的计算 受拉螺栓的破坏形式是栓杆被拉断，其部位多在被螺纹削弱的截面处。 单个受拉螺栓承载力 设计值为：fbt=0.8f 构造加强 受拉螺栓群：,第25讲：构件连接（4） 446,拉力螺栓的计算 螺栓群受偏心力作用时的受拉螺栓计算 1.受力分析： 2.大、小偏心受力,第25讲：构件连接（4） 447,高
21、强度螺栓连接的材料和施工方法 螺栓的性能等级：10.9级和8.8级。 10.9S级螺栓材料为20MnTiB (适用规格M24)或35VB（M30）钢；8.8S级的为40B（M24）、45号（M22）或35号（M20）钢。螺栓孔:钻孔。 受力都是依靠螺栓对板叠强大的的法向压力，即紧固预拉力。控制螺栓的坚固程度，是保证连接质量的一个关键性因素。 紧固方法：1.扭矩法扭力扳手；2.拧掉梅花头扭剪型高强螺栓。 分初拧、终拧两个阶段。,第25讲：构件连接（4） 448,高强度螺栓连接的材料和施工方法 例如M20，8.8级，紧固力（预拉力）P=110kN；10.9级，P=155kN。,第25讲：构件连接（
22、4） 下一讲的主要内容 449,1、高强度螺栓摩擦型连接的受力性能 2、高强度螺栓承压型连接的受力性能 3、钢结构连接小结,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二十六 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,第26讲：构件连接（4） 上一讲内容 450,1、受剪螺栓群受偏心力作用时的计算 2、受拉螺栓的计算 3、高强度螺栓连接的构造和施工方法,第26讲：构件连接（4） 451,高强度螺栓摩擦型连接 受剪高强度螺栓连接的受力性能 1.单个高强度螺栓的抗剪承载力设计值：摩擦面的抗滑移系数主要与摩擦面的粗糙程度即构件接触面的处理方法有关。,第26讲：构件连接（4） 452,高强度螺栓摩擦型连接 受剪高强度螺
23、栓群的连接计算 1.受剪高强度螺栓连接受力的分析方法和普通螺栓的一样，只须Nbmin 单个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力设计值Nbv。 2.几种受力状态一样； 3.构件验算考虑孔前传力效应，有利。,第26讲：构件连接（4） 453,高强度螺栓摩擦型连接 拉剪高强度螺栓连接的受力性能和计算 1.单个拉剪高强度螺栓的抗剪承载力设计值Nt应满足Nt0.8P 2. 拉剪高强度螺栓群连接计算 绕螺栓群形心转动,第26讲：构件连接（4） 454,承压型高强度螺栓连接 与普通螺栓连接的异同？ 1.产生滑移后由栓杆受剪和孔壁承压直至破坏达到承载能力极限状态，和普通螺栓连接的相同；受力状态相同；材料强度不同；
24、 2.承压型螺栓的受剪承载力设计值NbV，不得大于按摩型连接计算值的1.3倍，即在正常使用状态连接不致产生滑移。,第26讲：构件连接（4） 455,钢结构连接小结 钢结构常用的连接方法为焊接和栓接。焊接是主要连接方法。栓接（普通螺栓和高强度螺栓连接）只在安装连接中应用较多。普通螺栓宜用于次要的受剪连接。摩擦型高强度螺栓则宜于主要部位和直接承受动力荷载的连接。 角焊缝便于加工但受力性能较差，对接焊缝则反之。除制造时接料和重要部位的连接常采用对接焊缝外，一般多采用角焊缝。 焊接应满足构造要求，还应作必要的强度计算。均可按危险点计算其所受的f（按焊缝有效截面计算的应力）和f代入公式计算。,第26讲：
25、构件连接（4） 456,钢结构连接小结 焊接残余应力和残余变形是焊接过程中局部加热和冷却，导致焊件不均匀膨胀和收缩而产生的。在焊缝附近的残余拉应力很高，常可达钢材屈服点fy。残余应力是自相平衡的内应力，故对结构的静力强度无影响，但使结构的刚度、稳定承载力和疲劳强度降低。 螺栓连接应满足构造要求，还应作必要的强度计算。对受剪和受拉螺栓连接，均是计算其最不利螺栓所受的力（剪力或拉力）不大于单个螺栓的承载力设计值。 高强度螺栓连接分摩擦型和承压型两类，摩擦型应用普遍。应考虑构件的孔前传力效应。,第26讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 457,钢筋混凝土构件连接 1、钢筋的连接 2、预制板的连接
26、3、预制构件（梁、柱）的连接,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二十七 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,第27讲：构件连接（4） 上一讲内容 458,1、高强度螺栓摩擦型连接的受力性能与计算 2、高强度螺栓承压型连接的受力性能 3、钢结构连接小结,第27讲：构件连接（4） 459,钢筋混凝土构件连接 钢筋的连接 1.钢筋的接头可选用焊接接头、机械接头或搭接接头，重要受力钢筋的接头宜优先采用焊接接头或机械接头。 2.钢筋焊接接头类型有闪光对接焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊等。 3.机械接头有套管式轴向挤压接头、锥螺纹套管接头等。 4.当受力钢筋直径22mm时，不宜采用非焊接的搭接接头 5.钢筋
27、也可以采用搭接连接（搭接长度、位置）。,第27讲：构件连接（4） 460,第27讲：构件连接（4） 461,钢筋混凝土构件连接,第27讲：构件连接（4） 462,预制板的连接（装配式钢筋混凝土楼盖） 常用的方法是将预制的楼板密铺在楼面梁或砖墙上。常用的预制铺板有预应力空心板、带肋槽形板和实心板。 确保楼盖在荷载尤其是水平荷载作用下共同工作，将外力直接可靠地传递至基础，需要简单而妥善地处理好各部分的连接。,第27讲：构件连接（4） 463,预制板的连接（装配式钢筋混凝土楼盖） 板与板的连接一般情况下可采用灌缝的办法。 板缝内加短钢筋网，必要时可在板上浇注一层4050厚的细石混凝土整浇层，内配41
28、50或6250双向钢筋网。,第27讲：构件连接（4） 464,预制板的连接（装配式钢筋混凝土楼盖） 板与墙或梁的连接 依靠支座处坐浆和一定的支承长度来保证。坐浆厚1020mm，板在混凝土梁上的支承长度应不少于6080mm，在支承墙上应不少于100mm。,第27讲：构件连接（4） 465,预制构件的连接 框架（全现浇、半现浇和装配式）。 半现浇式框架是指梁、柱为现浇，楼板为预制，或者柱现浇，而梁板预制的结构。 装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制，然后通过焊接拼装连接成整体的框架结构。 节点是梁、柱连接的区域，节点设计是框架结构设计中极重要的一环。原则： 安全可靠、受力明确、构造简单、安装方便、经
29、济合理。 现浇框架和半现浇框架一般做成刚接节点。应保证框架节点区的混凝土强度等级不低于柱的混凝土等级；同时伸入节点区的梁、柱钢筋必须有足够的锚固长度。,第27讲：构件连接（4） 466,柱与柱的连接 1.榫式连接：,第27讲：构件连接（4） 467,柱与柱的连接 2.钢板套连接：,第27讲：构件连接（4） 468,梁与柱的连接 刚性节点和铰接节点1.钢筋混凝土明牛腿刚性连接,第27讲：构件连接（4） 469,梁与柱的连接 2.齿槽式刚性连接（齿的尺寸）,第27讲：构件连接（4） 470,梁与柱的连接 3.暗牛腿刚性连接（在节点处的剪力不大时采用）施工阶段：铰接； 使用阶段：刚接。 4.牛腿铰接连接（铰接连接一般用于梁端剪力较小的梁柱连接中。预制梁搁置在牛腿上，梁端预埋钢板与柱预埋钢板仅构造连接，起固定作用）,第27讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 471,结构构件的设计原理 1、受弯构件的类型 2、受弯构件的常用截面形式,
