1、第 七 章 鋼結構的連接和節(jié)點構造,主要內容：,7.1 鋼結構對連接的要求及連接方法7.2 焊接連接的特性7.3 對接焊縫的構造和計算7.4 角焊縫的構造和計算7.5 焊接殘余應力和殘余變形7.6 普通螺栓連接的構造和計算7.7 高強螺栓連接的性能和計算7.8 焊接梁翼緣焊縫計算7.12 柱腳設計,連接要求 足夠的強度、剛度和延性 連接方法 焊接、鉚接和螺栓連接,7.1 鋼結構對連接的要求及連接方法, 焊接，廣泛采用 鉚接，應用較少 螺栓連接 普通螺栓 A、B級 C級 高強螺栓 摩擦型連接 承壓型連接,特點：,電弧焊、電渣焊、氣體保護焊和電阻焊等,手工電弧焊焊條與焊件金屬強度相適應： Q235

2、鋼用E43系列； Q345用E50系列； Q390、Q420用E55系列。,手工電弧焊,7.2 焊接連接的特性,7.2.1 焊接方法,EXX的XX表示焊條的最低抗拉強度。,焊條和焊劑要保證熔敷金屬的抗拉強度不低于相應手工焊條數值。,埋弧焊,電渣焊 氣體保護焊 電阻焊, 優(yōu)點 省工省材 任何形狀的構件均可直接連接 密封性好，剛度大 缺點 材質劣化 殘余應力、殘余變形 一裂即壞、低溫冷脆,7.2.2 焊接連接的優(yōu)缺點,7.2.3 焊縫缺陷 焊縫缺陷,裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊、 焊瘤等,三級焊縫：外觀檢查，外觀尺寸和缺陷； 二級焊縫：在外觀檢查的基礎上再做無損檢驗，用超 聲波檢驗每條焊縫

3、的20長度，且不小于200mm； 一級焊縫：在外觀檢查的基礎上用超聲波檢驗每條焊； 全部長度，以便揭示焊縫內部缺陷； 對承受動力荷載的重要構件焊縫，增加伽馬射線探傷。,焊縫等級：鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范（GB50205）三級,強度折減： 高空安裝焊縫，強度設計值乘以0.9。,7.2.4 焊縫連接型式及焊縫型式 連接型式,平接、 搭接、 T形連接、 角接,焊縫型式 對接焊縫和角焊縫,按施焊位置,焊縫沿長度分布情況：連續(xù)角焊縫和斷續(xù)角焊縫,作用 表明焊縫型式、尺寸和輔助要求 表示方法(GB324-88) 由基本符號、引出線、輔助符號、補充符號和焊縫尺寸等部分組成,7.2.5 焊縫代號,分為：I形

4、縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍 邊V形縫（也叫Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊 單邊V形縫和雙Y形縫等,7.3 對接焊縫的構造和計算,7.3.1 構造要求, 坡口形式,斜坡口為了和焊縫根部共同形成一個焊條能運轉的施焊空間,不同寬度和厚度的鋼板拼接,動載時不大于1:4，計算時取較薄焊件厚度,7.3.2 對接焊縫的計算 計算原則,用計算焊件的方法。I、II級等強不計算，僅計算III級焊縫 （1）軸心受力的對接焊縫 N/(lw t)f wt 或 f wc,（2）受彎、受剪的對接焊縫計算 M/Ww f wt VS/(Iwt) f wv,（3）軸力、剪力和彎矩共同作用時，對接焊縫的最大正應力為軸力和彎

5、矩引起的應力之和，剪力和折算應力和上面相同。,7.3.3 部分焊透的對接焊縫 計算原則：按角焊縫計算,7.4 角焊縫的構造和計算 7.4.1 構造和強度,截面形狀、有效截面,應力分布 側面角焊縫的應力分布,正面角焊縫的應力分布,角焊縫的應力位移曲線,hf 應與焊件的厚度相適應。 對手工焊，hf應不小于 ，t為較厚焊件的厚度(mm)，對自動焊，可減小1mm； hf應不大于較薄焊件厚度的1.2倍。,焊腳尺寸的限制,不等邊角焊縫要求,對于板件邊緣的焊縫，當t6mm時，hft；當t6mm時，hf t(12)mm。,焊縫長度lw 也不應太長或太短，其計算長度不宜小于8hf和40mm ，且對側面角焊縫，不

6、宜大于60hf，超出部分不計。若內力沿側面角焊縫全長分布，則不受此限。,7.4.2 角焊縫計算的基本公式,則有,僅有平行于焊縫長度方向的軸心力時,角焊縫計算的基本公式為:,僅有垂直于焊縫長度方向的軸心力時,同時有平行和垂直于焊縫長度方向的軸心力時,7.4.3 常用連接方式的角焊縫計算,1、受軸心力作用的拼接板連接,僅側面角焊縫（圖a）,僅正面角焊縫（圖b）,三面圍焊時（圖c） 先計算計算正面角焊縫l1受力N1，剩 余的N N1由側面角焊縫l2承擔。,菱形拼接板（圖d） 簡化計算不計正面及斜焊縫的f ：,2、受軸心力作用的角鋼連接,當用側面角焊縫連接時（圖a）,肢背 N1=e2 N /(e1+e

7、2)=K1 N,肢尖 N2=e1 N /(e1+e2)=K2 N=NN1,三面圍焊時（圖b）,正面角焊縫承擔的力為 N3 =0.7hflw3f ffw,側面角焊縫承擔的力為,肢背 N1 =e2 N /(e1+e2)N3 /2=K1 NN3 /2,肢尖 N2 =e1 N /(e1+e2)N3 /2=K2NN3 /2,L形焊縫（圖c）,正面角焊縫承擔的力為: N3 =0.7hflw3f ffw,側面角焊縫承擔的力為: N1=NN3,3、彎矩作用下的焊縫,4、扭矩作用下的焊縫 焊縫群受扭：,假定:,環(huán)焊縫受扭,5、彎矩、剪力和軸心力共同作用,6、扭矩、剪力和軸心力共同作用,7、塞焊計算,7.5.1

8、焊接殘余應力的分類和產生的原因,縱向殘余應力,7.5 焊接殘余應力和殘余變形,橫向殘余應力,厚度方向的殘余應力,約束狀態(tài)下的焊接應力,7.5.2 焊接殘余應力的影響,對結構靜力強度的影響：無影響,對結構剛度的影響,對壓桿穩(wěn)定的影響：殘余壓應力,對低溫冷脆的影響：三向應力,對疲勞強度的影響：高額殘余拉應力,7.5.3 焊接殘余變形,殘余變形形式,殘余變形形式,7.5.4 減小焊接殘余應力和焊接殘余變形的方法,采取合理的施焊次序,施焊前加相反的預變形（圖a、b） 焊前預熱，焊后回火（圖c）,7.5.5 合理的焊縫設計,焊接位置要應盡量對稱于截面重心 焊縫尺寸要適當，采用較小的焊腳尺寸 焊縫不宜過分

9、集中（圖a） 應盡量避免三向焊縫交叉（圖b） 考慮鋼板分層問題（圖c） 焊條易達到（圖d） 避免仰焊,7.6.1 螺栓連接的排列和構造要求,排列方式：并列或錯列,7.6 普通螺栓的構造和計算,受力要求： 鋼板端部不剪斷，端距不應小于2d0 ; 受拉時，栓距和線距不應過??； 受壓時，沿作用力方向的栓距不宜過大 構造要求： 栓距和線距不宜過大 施工要求： 有一定的施工空間,排列要求,孔、螺栓圖例,7.6.2 普通螺栓連接受剪、受拉時的性能,傳力方式：抗剪螺栓和抗拉螺栓,1、抗剪螺栓連接,破壞形式：螺栓桿剪斷；孔壁壓壞；板被拉斷；板端被剪斷；螺栓桿彎曲,受力狀態(tài)：彈性時兩端大而中間小，進入塑性階段后

10、，因內力重分布使各螺栓受力趨于均勻。,為防止“解紐扣”破壞，當連接長度l1 較大時，應將螺栓的承載力乘以折減系數 ：,當 l115d0 時， =1.0 當 15d0l160d0 時， =1.1l1/150d0 當 l160d0 時， =0.7,一個抗剪螺栓的設計承載力計算,抗剪承載力設計值：,承壓承載力設計值：,一個抗剪螺栓的承載力設計值應取上面兩式的較小值。,2、抗拉螺栓連接,破壞形式：螺栓桿拉斷,為考慮撬力的影響，規(guī)范規(guī)定普通螺栓抗拉強度設計值ftb取同樣鋼號鋼材抗拉強度設計值f的0.8倍(即ftb=0.8f ),7.6.3 螺栓群的計算,螺栓數目,板件凈截面強度,凈截面面積和受力,并列（

11、圖a） N1=N； N2 =N(n1/n) N ；N3 = N (n1+n2)/n N 對被連接板：An=t (bn1d0) 對拼接板： An =2t1 (bn3d0),1、螺栓在軸心力作用下的抗剪計算,錯 列（圖b） 除考慮1-1截面破壞外，還要考慮2-2截面的破壞，凈截面面積為, 被連接構件是絕對剛性的，而螺栓則是彈性的； 各螺栓繞螺栓群形心o旋轉，其受力大小與其至螺栓群,2、螺栓群在扭矩作用下的抗剪計算 基本假定,形心o的距離r成正比，力的方向與其至螺栓群形心的連線相垂直。,平衡條件：,根據螺栓受力大小與其至形心o的距離r成正比條件,則,或,驗算,3、螺栓群在扭矩、剪力和軸心力作用下的抗

12、剪計算,4、螺栓群在軸心力作用下的抗拉計算,5、螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算,假定：中和軸在最下排螺栓處,則,6、螺栓群同時受剪力和拉力的計算,支托僅起安裝作用： 螺栓群受力為M=Ve和剪力V，則,螺栓不發(fā)生拉剪破壞：,板不發(fā)生承壓破壞：,支托承受剪力： 螺栓群只承受彎矩M=Ve作用，則,支托和柱翼緣的角焊縫驗算：,為考慮剪力V偏心對角焊縫的影響，取1.251.35,7.7.1 高強度螺栓連接的性能,級別：10.9級和8.8級 （小數點前為螺栓熱處理后的最低抗拉強度，小數點后的數字是屈強比） 栓孔：鉆成孔 按受力特征分類：摩擦型連接、承壓型連接和承受拉力的連接 影響承載力的因素： 栓桿預拉力、

13、連接表面抗滑移系數和鋼材種類,7.7 高強度螺栓連接的性能和計算,1、高強螺栓連接的預拉力,施加方法： 扭矩法 T=KdP 轉角法 初擰 終擰 扭剪法 扭斷螺栓尾部梅花頭,預拉力設計值：,高強度螺栓預拉力設計值按材料強度和螺栓有效截面積確定，取值時考慮： 在扭緊螺栓時，扭矩使螺栓產生的剪應力將降低螺栓的抗拉承載力，對抗拉強度引入折減系數1/1.2； 施加預應力時為補償預拉力損失超張拉5%10%，引入折減系數0.9； 螺栓材料抗力的變異性，引入折減系數0.9 ； 鋼材由于以抗拉強度為準，引入附加安全系數0.9。,2、高強螺栓連接摩擦面抗滑移系數 對于承壓型連接，只要求清除油污及浮銹；對于摩擦型連

14、接，要求見下表：,排列構造要求同普通螺栓。 沿受力方向的連接長度l1，也要考慮l115d0時對承載力的折減。,當 l115d0 時， =1.0 當 15d0l160d0 時， =1.1l1/150d0 當 l160d0 時， =0.7,3、高強螺栓的排列,7.7.2 高強度螺栓的抗剪承載力設計值,1、高強螺栓摩擦型連接,R為抗力分項系數R的倒數，一般取0.9，最小板厚t6mm的冷彎薄壁型鋼結構取0.8,破壞狀態(tài)同普通螺栓，極限承載力由桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動作用，計算方法和普通螺栓相同。,2、高強螺栓承壓型連接,7.7.3 高強度螺栓群的抗剪計算,螺栓數： 構件凈截面強度：

15、對于承壓型連接，驗算與普通螺栓相同；對于摩擦型連接，要考慮孔前傳力的影響（占螺栓傳力的50%）,1、軸心力作用時,螺栓群受扭矩T、剪力V和軸心力N共同作用的 高強度螺栓連接的抗剪計算與普通螺栓相同，只 是用高強度螺栓的承載力設計值。,2、扭矩作用時，及扭矩、剪力和軸心力共同時,7.7.4 高強度螺栓的抗拉計算,1、高強度螺栓的抗拉連接性能,當Nt=0.8P時，Pf=1.07P?？烧J為螺栓中的預拉力基本不變。,撬力的影響：限制抗拉承載力在0.8P以內,2、高強度螺栓的抗拉連接計算,抗拉承載力:,軸心拉力的螺栓數：,彎矩作用時：,(c),板不被拉開時，中和軸在螺栓群形心處； 板可被拉開時，與普通螺

16、栓一樣，中和軸在最外排受壓螺栓形心處,承載力極限狀態(tài),7.7.5 同時承受剪力和拉力的高強度螺栓連接計算,由于外拉力的作用，板件間的擠壓力降低;每個螺栓的抗剪承載力也隨之減少； 抗滑移系數隨板件間的擠壓力的減小而降低。,2、高強度螺栓承壓型連接,且,當剪切面在螺紋處時，取,1、高強度螺栓摩擦型連接,疊放板材的彎曲變形,7.8 焊接梁翼緣焊縫的計算,無局部壓應力時的梁翼緣焊縫受力,焊縫受力：,焊腳尺寸：,雙層翼緣板時的焊縫受力,有局部壓應力時的梁翼緣焊縫受力,則,焊腳尺寸為：,功能： 將柱子內力可靠地傳給基礎； 和基礎有牢固連接； 盡可能符合計算簡圖。 連接方式： 鉸接：支承式 剛接：支承式(外

17、露式) 埋入式(插入式 外包式,7.12 柱腳設計,7.12.1 軸心受壓柱的柱腳,1、柱腳的型式和構造：鉸接和剛接,內容：確定底板的尺寸、靴梁的尺寸及它們之間的連接焊縫。 (1) 底板計算 底板平面尺寸 A=N/fcc 底板中如有錨栓孔，A中應包含錨栓孔面積A0。 B=b+2t+2c c取210cm，且使B為整數。 L=A/B q=N/(BL-A0)fcc,2、軸心受壓柱腳的計算,底板厚度 底板厚度由板的抗彎強度決定。底板被分為四邊支承板、三邊支承板和懸臂板。 M4=qa2,M3=qa12,四邊簡支板的彎矩系數,M1=qc2/2 , 則,底板的厚度一般在20mm40mm之間，不宜小于14mm。,(2) 靴梁計算 厚度與被連接的柱子翼緣大致相同，高度由連接柱所需要的焊縫確定。 二塊靴梁板承受的最大彎矩： M=qBl2/2 二塊靴梁板承受的最大剪力： V=qBl (3) 隔板計算 厚度不小于長度的1/50，受力取陰影部分基礎反力。,7.12.2 壓彎構件的柱腳,柱腳的型式： 鉸接：構造和計算與軸心受壓柱基本相同 剛接：