鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊.ppt

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接 第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式第三節(jié)角焊縫的構(gòu)造與計算第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形第六節(jié)螺栓連接的構(gòu)造第七節(jié)普通螺栓連接的工作性能和計算第八節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算第九節(jié)混合連接 第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 在傳力過程中 連接部位應(yīng)有足夠的強(qiáng)度 被連接件間應(yīng)保持正確的位置 以滿足傳力和使用要求 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 通常有焊縫連接 鉚釘連接和螺栓連接三種方式 1 焊縫連接的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 對幾何形體適應(yīng)性強(qiáng) 構(gòu)造簡單 連接方便 省工省時 不需打孔 用料經(jīng)濟(jì) 不削弱截面 省材省工 加工方便 可實(shí)現(xiàn)自動化操作 工效高 密閉性好 結(jié)構(gòu)剛度大 整體性較好 缺點(diǎn) 焊接附近有熱影響區(qū) 材質(zhì)變脆 焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞 對裂紋比較敏感 殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀 尺寸發(fā)生變化 焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生 便容易擴(kuò)展 低溫冷脆問題突出 對動力荷載比較敏感 對材質(zhì)要求高 焊接程序嚴(yán)格 質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大 返回 第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 2 鉚釘連接的特點(diǎn)塑性和韌性較好 連接緊密 傳力可靠 質(zhì)量易于檢查 用于直接承受動力荷載和跨度較大的結(jié)構(gòu)中 如橋梁 缺點(diǎn) 構(gòu)造復(fù)雜 費(fèi)工費(fèi)料 很少使用 3 螺栓連接的特點(diǎn)分普通螺栓連接和高強(qiáng)螺栓連接 1 普通螺栓連接A B C三級 A和B為精制螺栓 C級為粗制螺栓 材料等級 A和B為8 8級 C級為4 6級或4 8 等級表示 如4 6級指螺栓成品的最低抗拉強(qiáng)度為400N mm2 屈強(qiáng)比為0 6的螺栓 加工 A B級由毛坯在車床上精確加工而成 精制 C級為由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成 粗制 第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 螺孔 A B級需要鉆模鉆成 類孔 孔徑比螺桿大0 3mm左右 C級為一次沖成或不用鉆模鉆成 類孔 孔徑比螺桿大1 5 3 0mm 受力 A B級受力性能好 連接變形小 可以既受拉又受剪 用于重要的連接 C級螺栓連接性能不如A B級好 主要受拉 用于承受靜力荷載或間接承受動力荷載的次要連接 費(fèi)用 A B級成本昂貴 C級螺栓價格便宜 能用C級螺栓的地方不用A B級螺栓 2 高強(qiáng)螺栓連接高強(qiáng)螺栓用高強(qiáng)度鋼材制成 對結(jié)構(gòu)削弱少 可拆換 摩擦面處理 安裝工藝略為復(fù)雜 造價略高 分為摩擦型高強(qiáng)螺栓和承壓型高強(qiáng)螺栓 摩擦型高強(qiáng)螺栓 只依靠構(gòu)件接觸面之間的摩擦力來傳遞剪力 以剪力等于接觸面摩擦力為設(shè)計極限狀態(tài) 第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 承壓型高強(qiáng)螺栓 允許接觸面滑移 剪力超過摩擦力 以螺桿與構(gòu)件之間的擠壓而發(fā)生的連接破壞作為承載力極限狀態(tài) 受力 摩擦型高強(qiáng)螺栓剪切變形小 彈性性能好 耐疲勞 塑性韌性好 特別適用動力荷載 目前可以代替鉚接 承壓型高強(qiáng)螺栓的承載力高于摩擦型 剪切變形大 不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu) 材料等級 采用45號鋼 40B和20MnTiB鋼 熱處理 材料等級為8 8級或10 9級 孔徑 摩擦型高強(qiáng)螺栓孔徑比螺栓大1 5 2 0mm 承壓型高強(qiáng)螺栓孔徑比螺栓大1 0 1 5mm 4 射釘 自攻螺栓 焊釘連接靈活 安裝方便 構(gòu)件無須予先處理 適用于輕鋼 薄板結(jié)構(gòu) 不能受較大集中力 焊釘用于混凝土和鋼板的連接 第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 返回 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 一 鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法 1 手工電弧焊最常用 設(shè)備簡單 操作靈活 但生產(chǎn)效率低 勞動強(qiáng)度大 焊接質(zhì)量受焊工的影響大 焊條選擇 焊條應(yīng)與焊件鋼材相適應(yīng) Q235選擇E43型 E4300 4328 Q345采用E50型焊條 Q390和Q420采用E55型焊條 不同鋼種之間 例Q235與Q345 宜選用低組配方案 E43型 即采用低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條 E表示焊條 Electrode 前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度 kgf mm2 后兩位為焊接位置 電流及藥皮類型等 2 自動或半自動埋弧焊大電流 細(xì)焊絲 熔深大 適用于厚板焊接 生產(chǎn)效率高 質(zhì)量高 焊件變形小 自動焊的引弧 焊絲送下 焊劑堆落和焊絲沿焊縫方向的移動都是自動的 而半自動焊的焊接前進(jìn)方式仍是依靠手持焊槍移動 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 4 電阻焊等利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來熔化金屬 再通過壓力使其焊合 適用于薄壁型鋼的焊接 板疊厚度不超過12mm 焊點(diǎn)主要承受剪力 抗拉能力較差 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 3 氣體保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是近年來發(fā)展起來的先進(jìn)焊接方法 它是利用氣體作為保護(hù)氣體 使被熔化的金屬不與空氣接觸 電弧加熱集中 焊接速度快 熔化深度大 焊絲強(qiáng)度高 塑性好 采用高錳高硅型焊絲 具有較強(qiáng)的抗銹能力 焊縫不易產(chǎn)生氣孔 適用于低碳鋼 低合金高強(qiáng)度鋼以及其他合金鋼的焊接 不適于風(fēng)大的地方施焊 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 二 焊縫連接形式按照被連接構(gòu)件的相對位置來分為 平接 直接對接和蓋板對接 厚度相同或相近的兩構(gòu)件搭接 不同厚度的兩構(gòu)件 傳力不均勻 費(fèi)材料T形連接 頂接 組合截面角部連接 箱形截面 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 蓋板對接 三 焊縫形式按焊縫和兩個被連接件間的相對位置分類 對接焊縫 焊縫和兩個被連接件的平行面相連 角焊縫 焊縫和兩個被連接件的相交面相連 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 對接焊縫按受力與焊縫方向分 a 對接正焊縫 作用力方向與焊縫方向正交b 對接斜焊縫 作用力方向與焊縫方向斜交角焊縫按受力與焊縫方向分 a 端縫 作用力方向與焊縫長度方向垂直b 側(cè)縫 作用力方向與焊縫長度方向平行c 斜角焊縫 斜縫 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 按焊縫連續(xù)性 a 連續(xù)角焊縫 重要構(gòu)件 受力較好b 斷續(xù)角焊縫 次要構(gòu)件 易發(fā)生應(yīng)力集中斷續(xù)角焊縫間斷距離l 15t 受壓 和l 30t 受拉 t為較薄件的厚度 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 按施焊位置 平焊 俯焊 立焊 橫焊 仰焊 其中以俯焊施工位置最好 所以焊縫質(zhì)量也最好 仰焊最差 盡量避免 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 四 焊縫缺陷常見的焊接缺陷 裂紋 焊瘤 氣孔 未焊透 夾渣 咬邊 燒穿 凹坑 塌陷 未焊滿 缺陷的存在削弱受力面積 產(chǎn)生應(yīng)力集中 易產(chǎn)生裂紋 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 五 焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量等級 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 GB50205 對焊縫依其質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)分為一級 二級和三級 焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方法 外觀檢查 外部尺寸和缺陷 內(nèi)部檢查 內(nèi)部缺陷 超聲波探傷檢驗(yàn) 主要 X射線 射線等 x射線應(yīng)用廣 檢驗(yàn) 磁粉 輔助 熒光檢驗(yàn) 輔助 三級焊縫只要求進(jìn)行外觀檢驗(yàn)并符合標(biāo)準(zhǔn) 即檢查焊縫實(shí)際尺寸是否符合設(shè)計要求和有無看得見的裂紋 咬邊等缺陷 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 一級焊縫需經(jīng)外觀檢查 超聲波探傷 檢驗(yàn)每條焊縫全部長度 x射線檢驗(yàn)都合格 二級焊縫需外觀檢查 超聲波探傷 檢驗(yàn)每條焊縫的20 長度 且不小于200mm 合格 焊縫等級的選用 疲勞驗(yàn)算的構(gòu)件 垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時為一級 受壓時為二級 不進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件 對接焊縫要求等強(qiáng)時受拉焊縫不低于二級 受壓時宜為二級 三級焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為主體鋼材的85 重級工作制吊車和Q 50T的中級工作制的吊車 吊車梁腹板與上翼緣之間的T形焊透的對接與角接組合焊縫 不低于二級 角焊縫一般為三級 只對直接承受動力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量Q 50T的中級工作制的吊車梁的角焊縫外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 焊接時為保證質(zhì)量 需要注意之處 1 對不熟悉的鋼種焊接時 需做工藝性能和力學(xué)性能的試驗(yàn) 2 焊工要進(jìn)行考核 持證上崗 3 焊條 焊絲 焊劑按規(guī)定烘焙 4 多層焊接需連續(xù)施焊 每層焊道之間要清理 5 焊縫出現(xiàn)裂縫 應(yīng)申報 查明原因 方能處理 第二節(jié)焊接方法和焊縫連接形式 返回 六 焊縫代號 螺栓及其孔眼焊縫符號主要由圖形符號 輔助符號和引出線等部分組成 引出線 橫線和帶箭頭的斜線組成 圖形符號和焊腳尺寸標(biāo)在橫線上 圖形符號 表示焊縫的基本型式輔助符號 焊縫的輔助要求 螺栓及其孔眼圖例見課本表3 3 返回 第三節(jié)角焊縫的構(gòu)造與計算 一 角焊縫的構(gòu)造 1 角焊縫的截面形式 直角角焊縫和斜角角焊縫 直角焊縫 a 普通焊縫 應(yīng)力集中較嚴(yán)重 b 平坡焊縫 正面 承受動力荷載時采用 c 深熔焊縫 側(cè)面 承受動力荷載時采用 2 斜角角焊縫 d 斜銳角焊縫 e 斜鈍角焊縫 f 斜凹面角焊縫l主要用于鋼管連接中 2 正面角焊縫 端焊縫 側(cè)面角焊縫1 端縫 焊縫垂直于受力方向 其特點(diǎn)為受力后應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜 應(yīng)力集中嚴(yán)重 焊縫根部形成高峰應(yīng)力 易于開裂 端縫破壞強(qiáng)度要高一些 但塑性差 2 側(cè)縫 焊縫長度方向與受力方向平行 其特點(diǎn)為應(yīng)力分布簡單些 但彈性工作階段分布并不均勻 剪應(yīng)力兩端大 中間小 側(cè)縫強(qiáng)度低 但塑性較好 兩端出現(xiàn)塑性變形后將產(chǎn)生應(yīng)力重分布 在規(guī)定的長度內(nèi)應(yīng)力可趨于均勻 3 角焊縫的構(gòu)造要求角焊縫的幾何特征 焊腳尺寸hf 焊縫直角邊的邊長 和焊縫計算長度lw 焊腳尺寸hf 過小 冷卻快 產(chǎn)生淬硬 裂紋 過大 易燒傷 燒穿 熱脆區(qū)增大 殘余應(yīng)力和殘余變形增大 最大焊腳尺寸 hf 1 2tmin 對于構(gòu)件邊緣焊縫 為防咬邊 當(dāng)板件厚度t 6mm時 一般取hf t 1 2 mm 當(dāng)t 6mm時 取hf t tmin為較薄焊件厚 最小角腳尺寸 hf 1 5mm 對于T形連接的單面角焊縫 應(yīng)增加1mm 當(dāng)板件厚度t 4mm時 取hf為焊件厚度 對自動焊可減1mm 焊縫計算長度lw 太長 兩端應(yīng)力與中間應(yīng)力相差太大 太短 起落弧太近 局部加熱嚴(yán)重 側(cè)面焊縫的最大計算長度 lw 60hf 當(dāng)實(shí)際長度對于上述數(shù)值時 其超過部分在計算中不予考慮 角焊縫的最小計算長度 lw 8hf 而且不得小于40mm 搭接連接的構(gòu)造要求 當(dāng)板件的端部僅有兩側(cè)面角焊縫連接時 為了避免應(yīng)力傳遞過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力過分不均 應(yīng)使每條側(cè)焊縫長度大于它們之間的距離 即lw b 另外為了避免焊縫收縮時引起板件的拱曲過大 還應(yīng)使b 16t 當(dāng)t 12mm 或200mm 當(dāng)t 12mm 當(dāng)不滿足規(guī)定時 應(yīng)加正面角焊縫 在僅用正面焊縫的搭接連接中 搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍及25mm 以減小焊縫收縮而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 以及因傳力偏心而產(chǎn)生的附加應(yīng)力 所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊 對非圍焊的角焊縫的端部轉(zhuǎn)角處應(yīng)連續(xù)作2hf的轉(zhuǎn)角焊 角焊縫的構(gòu)造 二 直角角焊縫的計算公式1 有效高度 有效面積和有效截面 兩焊腳邊的夾角 焊腳尺寸 破壞截面 假設(shè)焊縫破壞截面為有效截面 沿焊腳的角平分面破壞 最小截面 2 角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值 抗剪條件定 E43系列 E50系列 3 有效截面的應(yīng)力 垂直于角焊縫有效截面上的正應(yīng)力 有效截面上垂直于焊縫長度方向的剪應(yīng)力 有效截面上平行于焊縫長度方向的剪應(yīng)力 試驗(yàn)研究表明 三個方向應(yīng)力與焊縫強(qiáng)度間的關(guān)系為 4 實(shí)用的計算方法 設(shè)焊縫承受外力Ny 垂直于lw 沿焊縫長度產(chǎn)生平均應(yīng)力不是正應(yīng)力 剪應(yīng)力 可分解為Nz 平行于lw 沿焊縫長度產(chǎn)生平均剪應(yīng)力將帶入得 如果焊縫承受外力Nx Ny Nz 則角焊縫的計算公式為 端焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù) 對直接承受動力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫 取1 0 按焊縫有效截面計算 垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力 按焊縫有效截面計算 沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力 三 角焊縫的計算角焊縫的受力情況 1 軸向力N 2 彎矩M 3 扭矩T 4 彎矩 扭矩 剪力 軸力共同作用 焊縫設(shè)計的基本思路 根據(jù)構(gòu)造要求定出hf或lw 代如公式求出lw或hf 焊縫驗(yàn)算的基本思路 找出受力最不利點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算 驗(yàn)算步驟 1 選受力最不利點(diǎn) 2 分別分析每個外力對此點(diǎn)所產(chǎn)生的應(yīng)力情況 3 把所有應(yīng)力同性質(zhì)疊加得 4 代入公式驗(yàn)算 端縫 側(cè)縫在軸向力作用下的計算 當(dāng)焊件受軸心力 且軸心力通過連接角焊縫群的中心時 焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布 1 僅有端縫時 垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力 he 角焊縫有效厚度 lw 角焊縫計算長度 每條角焊縫取實(shí)際長度減2hf 每端減hf ffw 角焊縫強(qiáng)度設(shè)計值 f 端焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù) 對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu) f 1 22 直接承受動力荷載 f 1 0 2 僅有側(cè)縫時 f 沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力 3 當(dāng)外力和角焊縫長度方向成夾角時的斜焊縫計算 可直接用斜焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值增大系數(shù) 這時 整理得 則 令 直接承受動力荷載結(jié)構(gòu) 1 4 用蓋板的對接連接采用三面圍焊時a 矩形蓋板 先計算一側(cè)正面角焊縫所能承擔(dān)的內(nèi)力再設(shè)計側(cè)面角焊縫b 菱形蓋板 減小拼接板轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中 菱形蓋板的正面角焊的較短 簡化計算 不考慮焊縫應(yīng)力方向 按下式計算 2 角鋼桿件與節(jié)點(diǎn)板焊接連接 承受軸向力N 1 角鋼用兩面?zhèn)群缚p與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計算K1 K2 焊縫內(nèi)力分配系數(shù) N1 N2 分別為角鋼肢背和肢尖傳遞的內(nèi)力 2 角鋼用三面圍焊與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計算先選擇正面角焊縫的hf 求出端部正面角焊縫能傳遞的內(nèi)力由平衡條件求出側(cè)縫各分擔(dān)的力 為了使連接的構(gòu)造合理 肢背和肢尖可采用不同的焊腳尺寸 這樣可便肢背和肢尖的焊縫長度接近相等 3 角鋼用 L 型焊縫與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計算由N2 0得 例 如圖所示 角鋼與節(jié)點(diǎn)板采用兩邊側(cè)焊縫連接 承受靜拉力設(shè)計值660KN 角鋼為2 110 x10 節(jié)點(diǎn)板厚度t1 12mm 鋼材為Q235鋼 焊條型號為E43系列 焊縫強(qiáng)度設(shè)計值ffw 160N mm2 hf 8mm 試確定所需角焊縫的實(shí)際長度 解 焊縫受力 N 660kN 焊腳尺寸構(gòu)造要求 1 5 1 5 故 肢尖故滿足要求 肢尖部分最不利點(diǎn)的應(yīng)力 滿足要求 肢背部分最不利點(diǎn)的應(yīng)力 取滿足要求 3 彎矩 剪力 軸力共同作用下的頂接 T形 連接角焊縫 彎矩M作用下 x方向應(yīng)力剪力作用下 y方向應(yīng)力軸力N作用下x方向應(yīng)力 M V和N共同作用下 焊縫上或下端點(diǎn)最危險處應(yīng)滿足 式中 如果只承受上述M N V的某一 兩種荷載時 只取其相應(yīng)的應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算 計算角焊縫連接中的hf 已知連接承受動荷載 鋼材為Q235BF 焊條為E43型 F1 180kN F2 240kN 圖中尺寸單位為 mm 解 將外力F1 F2移向焊縫形心O 得 N在焊縫中產(chǎn)生均勻分布的V在焊縫中產(chǎn)生均勻分布的 連接承受動力荷載 f 1 0 則 解得 4 牛腿在彎矩M 剪力V共同作用下的角焊縫連接計算 M Ve翼緣豎向剛度較差 不能承受剪力 所以假設(shè)全部剪力均由腹板的豎向焊縫承受 彎矩由翼緣與腹板角焊縫共同承受 點(diǎn)1 點(diǎn)2 點(diǎn)3 對工字梁與柱連接的另一種計算方法 假設(shè)腹板焊縫只承受剪力 翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩 并將彎矩化為一對水平力H M h 5 扭矩 剪力 軸力共同作用下搭接連接角焊縫 扭矩T作用下各點(diǎn)應(yīng)力計算 以A點(diǎn)為例 Ip Ix Iy為焊縫計算截面對形心的極慣性矩 rx ry為焊縫角點(diǎn)到焊縫形心的坐標(biāo)距離 V作用下剪應(yīng)力均勻分布 A點(diǎn) N作用下A點(diǎn)剪應(yīng)力A點(diǎn)合應(yīng)力 滿足注意 計算時需判斷最不利受力點(diǎn) 計算方法較近似 返回 一圍焊縫連接 已知 l1 200mm l2 300mm e 80mm hf 8mm F 370kN Ix 6300cm4 Iy 1710cm4 試驗(yàn)算該連接是否安全 解 將F移向焊縫形心O 三面圍焊縫受力 在計算焊縫的面積和其極慣性矩時 近似取l1和l2為其計算長度 即既不考慮焊縫的實(shí)際長度稍大于l1和l2 也不扣除水平焊縫的兩端缺陷16mm 焊縫截面面積 在N力作用下 焊縫各點(diǎn)受力均勻 在T作用下 水平焊縫右邊兩個端點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力最大 但在右上端點(diǎn)其應(yīng)力的水平分量與N力產(chǎn)生的同方向 因而該焊縫在外力F作用下 該點(diǎn)最危險 由N在水平焊縫右上端點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力為 由扭矩T在該點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力的水平分為 由T在該點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力的垂直分量為 代入強(qiáng)度條件 該連接安全 6 斜角角焊縫的計算對于斜角焊縫的強(qiáng)度仍按式計算 1 不考慮焊縫方向 取為1 0 2 焊縫有效厚度 當(dāng)焊縫根部間隙不大于1 5mm時當(dāng)焊縫根部間隙大于1 5mm小于5mm時 返回 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 一 對接焊縫的構(gòu)造對接焊縫又稱坡口焊縫 在施焊時 焊件間須具有適合于焊條運(yùn)轉(zhuǎn)的空間 故一般均將焊件邊緣加工成坡口 焊縫則焊在兩焊件的坡口面之間 或一焊件的坡口與另一焊件的表面之間 1 對接焊縫的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 對接焊縫傳力直接 平順 沒有顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象 因而受力性能良好 對于承受靜 動載的構(gòu)件連接都適用 不需拼接板 用料經(jīng)濟(jì) 缺點(diǎn) 由于對接焊縫的質(zhì)量要求較高 焊件之間施焊間隙要求較嚴(yán) 需剖口 焊件長度要精確 一般多用于工廠制造的連接中 2 對接焊縫的形式 根據(jù)板厚和施工條件選用 a 直邊縫 適合板厚t 10mmb 單邊V形 適合板厚t 10 20mmc 雙邊V形 適合板厚t 10 20mmd U形 適合板厚t 20mme K形 適合板厚t 20mmf X形 適合板厚t 20mm 對于v形和u形縫的跟部還需要清除焊根 并進(jìn)行補(bǔ)焊 沒有條件清根和補(bǔ)焊者 要事先加墊板 3 對接焊縫的構(gòu)造處理 1 起落弧處易有焊接缺陷 所以用引弧板 但采用引弧板施工復(fù)雜 除承受動力荷載外 一般不用 計算時將焊縫長度兩端各減去tmin 2 在對接焊縫的拼接處 當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差相差4mm以上時 應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)切成坡度不大于1 2 5的斜角 當(dāng)厚度不同時 焊縫坡口形式應(yīng)根據(jù)叫薄焊件厚度選取 直接承受動力荷載且需要驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度的 斜面坡度不大于1 4 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 3 鋼板用縱橫十字交叉或T形交叉焊縫拼接鋼板的拼接 當(dāng)采用對接焊縫時 縱橫兩方向可采用十字形交叉或T形交叉 當(dāng)為T形交叉時 交叉點(diǎn)的間距a不小于200mm 4 對接焊縫的強(qiáng)度與鋼材的牌號 焊條型號及焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān) 有引弧板的對接焊縫在受壓 受剪時與母材等強(qiáng) 但焊縫的抗拉強(qiáng)度與焊縫質(zhì)量等級有關(guān) 當(dāng)采用三級質(zhì)量檢驗(yàn)方法時 因焊縫缺陷的影響 其抗拉強(qiáng)度設(shè)計值低于焊件鋼材的強(qiáng)度設(shè)計值 故對接直焊縫的焊件鋼材常不能充分利用 若是拼接焊縫 可將其改在受力較小處或改用一級 二級焊縫檢驗(yàn)方法并加引弧板 二 對接焊縫計算計算原則 對接焊縫的應(yīng)力分布認(rèn)為與焊件原來的應(yīng)力分布基本相同 可用計算焊件的方法計算對接焊縫 計算時 焊縫中最大應(yīng)力 或折算應(yīng)力 不能超過焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值 對于重要的構(gòu)件 按一 二級標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量 焊縫和構(gòu)件等強(qiáng) 不必另行計算 只有對三級焊縫 才需要計算 對接焊縫的計算包括 軸心受力的對接焊縫計算斜向受力的對接焊縫計算承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 1 軸心受力的對接焊縫 N lwt fwt或fwc式中N 軸心拉力或壓力的設(shè)計值 lw 焊縫計算長度 當(dāng)采用引弧板施焊時 取焊縫實(shí)際長度 當(dāng)無法采用引弧板時 每條焊縫取實(shí)際長度減去2t t 在對接接頭中為連接件的較小厚度 不考慮焊縫的余高 在T形接頭中為腹板厚度 ftw fcw 對接焊縫的抗拉 抗壓強(qiáng)度設(shè)計值 抗壓焊縫和質(zhì)量等級為一 二級的抗拉焊縫與母材等強(qiáng) 三級抗拉焊縫強(qiáng)度為母材的85 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 2 斜向受力的對接焊縫fvw 對接焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計值主要用于焊縫強(qiáng)度設(shè)計值低于構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計值的連接中 優(yōu)點(diǎn) 抗動力荷載性能較好 缺點(diǎn) 較費(fèi)材料 當(dāng)tg 1 5即 56 3 時 斜焊縫的強(qiáng)度不低于母材 可不驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 例 計算右圖所示兩塊鋼板的對接焊經(jīng) 已知板截面為460 l0mm 承受軸心拉力設(shè)計值N 980kN 鋼材為Q235鋼 采用手工焊 焊條為E43 焊縫質(zhì)量為三級 未采用引弧板 解 查表得 N lwt fwt 185N mm2當(dāng)采用直縫時 lw 460 2X10 440mm 焊縫應(yīng)力為 可見直縫不能滿足要求 改用斜縫連接 取焊縫計算長度 剪應(yīng)力為 正應(yīng)力為 3 承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算同時受彎 剪時 分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力 最大剪應(yīng)力 焊縫截面抵抗矩 焊縫截面上計算點(diǎn)處以上 以下 截面對中和軸的面積矩 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 矩形截面工字行截面 工字型截面 對于腹板和翼緣的交界點(diǎn) 正應(yīng)力 剪應(yīng)力雖不是最大 但都比較大 所以需驗(yàn)算折算應(yīng)力 即 1 1為腹板與翼緣交界點(diǎn)處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力 1 1為考慮到最大折算應(yīng)力只在部分截面的部分點(diǎn)出現(xiàn) 而將強(qiáng)度設(shè)計值適當(dāng)提高 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 4 承受軸心力 彎矩和剪力共同作用的對接焊縫 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 上圖該牛腿截面為非對稱 在拉力作用下 全截面均勻受拉 在剪力作用下 整個腹板截面按均勻抗剪考慮 在彎矩作用下 中和軸以上受拉 中和軸以下受壓 因此圖中1 2 3 4點(diǎn)均需強(qiáng)度驗(yàn)算 點(diǎn)1為下翼緣最外緣的點(diǎn) 點(diǎn)2為下翼緣與腹板的交界點(diǎn) 點(diǎn)3為上翼緣與腹板1的交界點(diǎn) 點(diǎn)4為上翼緣最外緣的點(diǎn) 各點(diǎn)計算為 點(diǎn)1 點(diǎn)2 點(diǎn)3 點(diǎn)4 式中 有效抗剪面積 整個焊縫截面的截面積 各計算點(diǎn)到中和軸的距離 返回 第四節(jié)對接焊縫的構(gòu)造與計算 例 計算工字形截面梁拼接連接的對接焊縫 已知鋼材為Q235B F 采用E43型焊條手工電弧焊 III級質(zhì)量檢驗(yàn) 用引弧板施焊 拼接截面承受彎矩M 1000kN m 設(shè)計值 剪力V 225kN 設(shè)計值 解 查得焊縫截面參數(shù) 對接焊縫滿足強(qiáng)度要求 三 未焊透的對接焊縫未焊透的對接焊縫 焊件間存在一定縫隙 縫隙處易產(chǎn)生應(yīng)力集中 傳力性能較差 故一般的對接焊多采用焊透縫 只有當(dāng)構(gòu)件較厚內(nèi)力較小 且受靜載作用時 方可采用未焊透的對接縫 1 計算方法同角焊縫 垂直于焊縫長度方向的壓力作用下 f 1 22 其他情況取 f 1 0 2 有效厚度he當(dāng)采用不焊透的對接焊縫時 應(yīng)在設(shè)計圖中注明坡口的形式和尺寸 其有效厚度he不得小于1 5 tmax為坡口所在焊件的較大厚度 在承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中 垂至于受力方向的焊縫不宜采用不焊透的對接焊縫 V形坡口 當(dāng)時 he s 當(dāng)時 he 0 75s 單邊V形和K形坡口 當(dāng) he s 3 U形 J形坡口 he s S為坡口深度 即根部到焊縫表面 不考慮余高 的最短距離 為坡口角度 當(dāng)熔合線處焊縫截面邊長等于或接近于最短距離s時 bce 抗剪強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值乘以0 9 返回 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 一 焊接應(yīng)力的分類及產(chǎn)生原因定義 焊接后冷卻時 焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮 由此約束而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為焊接應(yīng)力 分類 1 縱向焊接應(yīng)力 沿著焊縫長度方向的應(yīng)力 形成原因 兩塊鋼板上施焊時 產(chǎn)生不均勻的溫度場 焊縫附近溫度高達(dá)1600 C 其鄰近區(qū)域溫度較低 且冷卻很快 冷卻時鋼材收縮 冷卻慢的區(qū)域收縮受到限制 從而產(chǎn)生拉應(yīng)力 冷卻快的區(qū)域受到壓應(yīng)力 2 橫向焊接應(yīng)力 垂直于焊縫長度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力 橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有 焊縫縱向收縮 兩塊鋼板趨向于向外彎成弓形的趨勢 但實(shí)際上焊縫將兩塊鋼板連成整體 不能分開 于是在焊縫中部將產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力 焊縫在施焊過程中 先后冷卻的時間不同 先焊的焊縫已經(jīng)凝固 且具有一定的強(qiáng)度 會阻止后焊焊縫在橫向的自由膨脹 使其產(chǎn)生橫向的塑性壓縮變形 當(dāng)焊縫冷卻時 后焊焊縫的收縮受到已凝固焊縫的限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力 同時在先焊部分的焊縫內(nèi)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力 橫向收縮引起的橫向應(yīng)力與施焊方向及先后次序有關(guān) 焊縫的橫向殘余應(yīng)力是上述兩種原因產(chǎn)生的應(yīng)力的合成 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 3 厚度方向的焊接應(yīng)力 垂直于焊縫長度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力 在厚鋼板的連接中 焊縫需要多層施焊 因此 除有縱向和橫向殘余應(yīng)力之外 沿厚度方向還存在著殘余應(yīng)力 這三種應(yīng)力可能形成比較嚴(yán)重的同號三軸應(yīng)力 會大大降低結(jié)構(gòu)連接的塑性 這就是焊接結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞的原因之一 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 二 焊接應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響 1 靜力強(qiáng)度 對于具有一定塑性的鋼材 在靜力荷載作用下 因焊接殘余應(yīng)力是自相平衡力系 對常溫下承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度沒有影響 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 2 剛度 當(dāng)殘余應(yīng)力與外加荷載引起的應(yīng)力同號相加以后 該部分材料將提前進(jìn)人屈服階段 局部形成塑性區(qū)而剛度陣為零 繼續(xù)增加的外力將僅由彈性區(qū)承擔(dān) 因此構(gòu)件變形將加快 剛度降低 會使部分截面提前達(dá)到受壓屈服強(qiáng)度而進(jìn)入塑性受壓狀態(tài) 降低軸心受壓 受彎和壓彎構(gòu)件等的穩(wěn)定性 3 對低溫冷脆的影響 厚板或交叉焊縫 焊接應(yīng)力使焊縫處于三向拉應(yīng)力狀態(tài) 阻礙了塑性變形 裂紋易發(fā)生和發(fā)展 增加鋼材在低溫的脆斷傾向 4 降低疲勞強(qiáng)度 殘余拉應(yīng)力高的地方易形成和發(fā)展疲勞裂紋 疲勞強(qiáng)度也因而降低 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 三 焊接變形 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)在焊接過程中 局部區(qū)域受到很強(qiáng)的高溫作用 在此不均勻的加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形 焊接變形的產(chǎn)生和防止 焊接變形是由于焊接過程中焊區(qū)的收縮變形引起的 表現(xiàn)在構(gòu)件局部的鼓起 歪曲 彎曲或扭曲等 表現(xiàn)主要有 縱向收縮 橫向收縮 彎曲變形 角變形 波浪變形 扭曲變形等 如圖 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 四 減少焊接應(yīng)力和焊接變形的方法 設(shè)計上的措施 1 焊件位置的安排要合理 盡量使焊縫對稱于構(gòu)件截面的中心軸 使其變形相反而抵消 連接過渡平滑 避免應(yīng)力集中現(xiàn)象 2 焊縫尺寸要適當(dāng) 不得隨意增大焊縫的厚度 避免過大的焊接殘余應(yīng)力 3 應(yīng)盡量避免焊縫集中 如三向交叉焊縫 焊縫的數(shù)量宜少 4 盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力 5 避免仰焊 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 工藝上的措施 1 采取合理的施焊次序 例如分段退焊 分層焊和工字形截面的對角跳焊等 返回 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形 2 采用反變形法 施焊前使結(jié)構(gòu)有一個和焊接變形相反的預(yù)變形 3 對于小尺寸焊件 采取焊前預(yù)熱 焊后回火加熱至600度左右 然后慢慢冷卻 可以消除焊接應(yīng)力和焊接變形 4 采取剛性固定法來控制焊接變形 但增加了焊接應(yīng)力 返回 注 A級用于M24以下 B級用于M24以上 第六節(jié)螺栓連接的構(gòu)造 1 螺栓連接的分類 2 螺栓在構(gòu)件上的排列并列 比較整齊 但對構(gòu)件截面削弱較大 錯列 可減少構(gòu)件截面削弱 但排列較繁 不緊湊 第六節(jié)螺栓連接的構(gòu)造 第六節(jié)螺栓連接的構(gòu)造 排列時應(yīng)考慮下列要求 1 受力要求 對于受拉構(gòu)件 螺栓的栓距和線距不應(yīng)過小 否則對鋼板截面削弱太多 構(gòu)件有可能沿直線或折線發(fā)生凈截面破壞 對于受壓構(gòu)件 沿作用力方向螺栓間距不應(yīng)過大 否則被連接的板件間容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象 因此 從受力角度應(yīng)規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距 2 構(gòu)造要求 若栓距和線距過大 則構(gòu)件接觸面不夠緊密 潮氣易于侵入縫隙而產(chǎn)生腐蝕 所以 構(gòu)造上要規(guī)定螺栓的最大容許間距 3 施工要求 為便于轉(zhuǎn)動螺栓扳手 就要保證一定的作業(yè)空間 所以 施工上要規(guī)定螺栓的最小容許間距 根據(jù)以上要求 規(guī)范規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距見課本表3 4 注 1 d0為螺栓孔徑 t為外層薄板件厚度 2 鋼板邊緣與剛性構(gòu)件 如角鋼 槽鋼 相連的螺栓最大間距 可按中間排數(shù)值采用 螺栓的最大和最小容許間距 第六節(jié)螺栓連接的構(gòu)造 3 螺栓的構(gòu)造要求 每一構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端 永久螺栓的數(shù)目不少于2個 對直接承受動力荷載的普通螺栓連接 應(yīng)當(dāng)采用雙螺帽或其它防止螺帽松動的有效措施 由于C級螺栓與孔壁有較大間隙 一般只受拉力 不宜受剪 承受靜力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接 可拆卸結(jié)構(gòu)和臨時結(jié)構(gòu) 可采用C級螺栓受剪 重要結(jié)構(gòu)中 優(yōu)先采用高強(qiáng)螺栓 4 螺栓的規(guī)格與表示 鋼結(jié)構(gòu)一般選用C級 粗制 六角螺母螺栓 標(biāo)識用M和工程直徑 mm 表示 例如M16 M20等 第六節(jié)螺栓連接的構(gòu)造 返回 第七節(jié)普通螺栓連接的工作性能和計算 普通螺栓等級 C級螺栓有4 6和4 8級 A B級螺栓有5 6和8 8級 受力性能 承受剪力的螺栓 承受拉力的螺栓 承受剪力和拉力的螺栓 剪力螺栓靠孔壁承壓 螺桿抗剪傳力 拉力螺栓靠螺栓受拉 一 普通螺栓抗剪連接1 抗剪連接的工作性能單個受剪螺接連接的工作階段 1 摩擦傳力的彈性階段 外力靠被連接件間的摩擦阻力來傳遞 被連接件間的相對位置不變 摩擦阻力的大小取決于擰緊螺栓時在螺桿中所形成的預(yù)拉力大小 由于普通螺栓的初拉力較小 計算時可忽略不計 而高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力非常大 故計算時不可忽略 2 滑移階段 水平線段表示被連接件間的摩擦阻力被克服 連接件進(jìn)入相對滑移階段 當(dāng)滑移至栓桿和孔壁靠緊時 滑移階段即告結(jié)束 該階段內(nèi)連接的承載力并未增加 3 栓桿直接傳力的彈性階段當(dāng)滑移停止后 外力靠螺栓和孔壁接觸傳遞 孔壁則受到擠壓 螺栓桿開始受剪 彎和軸向拉力 連接承載力隨之增加 曲線繼續(xù)上升 連接進(jìn)入彈性工作階段 4 彈塑性階段隨著外拉力的增加 連接變形迅速增大 曲線亦趨于平坦 直至連接承載能力達(dá)到極限狀態(tài)而破壞 曲線的最高點(diǎn)即為連接的極限承載力 2 抗剪螺栓的破壞形式有五種破壞形式 1 螺栓被剪斷 當(dāng)螺桿直徑相對較小 而構(gòu)件厚度相對較厚時 可能發(fā)生這種破壞 2 孔壁被擠壓壞 當(dāng)螺桿直徑較大而構(gòu)件厚度相對較薄時可能發(fā)生這種破壞 3 構(gòu)件被拉斷 當(dāng)構(gòu)件截面被螺孔削弱過多時 構(gòu)件可能沿凈截面處被拉斷 4 構(gòu)件端部被剪壞當(dāng)構(gòu)件端部第一排螺孔的端距過小時 在軸心拉力作用下可能發(fā)生構(gòu)件端部沖剪破壞 5 螺栓彎曲破壞 當(dāng)螺栓約束的板疊過厚 即栓桿過長時 傳力過程中有可能使栓桿產(chǎn)生過大的彎曲變形而影響連接的正常工作 其中由構(gòu)造保證的破壞有螺栓受彎破壞 連接板沖剪破壞 板被拉斷屬于構(gòu)件的強(qiáng)度計算 抗剪螺栓的計算只考慮螺栓桿剪斷和孔壁的擠壓破壞兩種 3 單個抗剪螺栓的承載力 每個普通螺栓的抗剪承載力 每個普通螺栓的承壓承載力 式中 nv 受剪面數(shù) d 螺桿直徑 同一方向承壓構(gòu)件較小總厚度 螺栓抗剪 抗壓強(qiáng)度設(shè)計值 二 普通螺栓的抗拉連接1 單個普通螺栓的抗拉承載力 式中 de 螺栓的有效直徑 可查表 抗拉強(qiáng)度設(shè)計值 取 螺栓受拉是通過與螺桿垂直的板件傳遞 由于連接件的剛度不大 受拉力作用后變形大 引起杠桿作用 在肢尖處產(chǎn)生撬力Q 此時 拉力螺栓實(shí)際所受拉力為N Pf Q 但由于確定Q的大小比較復(fù)雜 在計算普通螺栓連接時 一般不計Q 而用降低螺栓強(qiáng)度設(shè)計值的方法來考慮Q的不利影響 規(guī)范規(guī)定 普通螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計值嚴(yán)格取相同鋼號鋼材強(qiáng)度設(shè)計值的0 8倍 即在構(gòu)造上可采取一些措施來加強(qiáng)連接件的剛度 以防止或減少撬力的產(chǎn)生 如采用在角鋼兩肢間焊上加勁肋 三 普通螺栓承受剪力和桿軸方向拉力的聯(lián)合作用 1 螺栓受剪兼受拉破壞驗(yàn)算 每個普通螺栓所承受的剪力 拉力 每個普通螺栓抗剪 抗拉和承壓承載力設(shè)計值 受力最不利螺栓螺栓1 2 孔壁承壓破壞驗(yàn)算 四 普通螺栓群的計算1 普通螺栓群抗剪連接1 軸心受剪受力特性 沿受力方向 受力分配不均 兩端大中間小 在一定范圍內(nèi) 靠塑變可以均布內(nèi)力 過大時 設(shè)計計算仍按均布考慮 但強(qiáng)度需乘折減系數(shù) 當(dāng)l1 15d0時 當(dāng)l1 60d0時 0 7 故長連接所需螺栓數(shù)目 驗(yàn)算板件的凈截面強(qiáng)度式中 f 連接板材料設(shè)計強(qiáng)度 An 節(jié)點(diǎn)板凈截面積 當(dāng)螺栓并列布置時 當(dāng)螺栓錯列布置時 構(gòu)件有可能沿I I或II II截面破壞 II II截面的凈截面積可近似地取為取I I II II凈截面的較小者來驗(yàn)算鋼板凈截面強(qiáng)度 對于搭接或用單面拼接板拼接的對接連接 因傳力偏心而使螺栓受到附加內(nèi)力 螺栓數(shù)目應(yīng)按計算數(shù)增加10 單角鋼單面拼接時 應(yīng)增加15 例1 圖示用M22普通C級螺栓連接的拼接接頭 鋼板采用Q235鋼 求接頭能承受的最大軸心力 d 22mm d0 23 5mm 螺栓強(qiáng)度 fvb 140Mpa fcb 305Mpa 螺栓抗剪承載力 N 螺栓承壓承載力 N 板件凈截面承載力 N1 300 2 23 5 16 215 870 32kNN2 2 50 4 5 23 5 16 215 1237 92kN故能承受的最大拉力為745 06kN 2 剪力螺栓群在扭矩作用下的計算計算假設(shè) 連接板件為絕對剛性 螺栓為彈性體 連接板件繞螺栓群形心旋轉(zhuǎn) 各螺栓所受剪力大小與該螺栓至形心距離成正比 其方向與連線垂直 選出受力最不利螺栓1 如果x1 3y1 則可假定y 0 反之 如果y1 3x1 則可假定x 0 3 剪力螺栓群在扭矩 剪力和軸力共同作用下的計算螺栓群中受力最大的螺栓1 合力 軸力及剪力作用 扭矩作用 承受扭矩的螺栓連接 一般是先布置好螺栓 再計算受力最大的螺栓所承受的剪力 然后與單個螺栓的承載力設(shè)計值進(jìn)行比較 例題試設(shè)計 C級螺栓的搭接接頭 作用力設(shè)計值P 230kN 偏心矩e 300mm 鋼材Q235 解 選用M20 do 21 5mm 縱向排列 初步排列如圖所示 螺栓的強(qiáng)度設(shè)計值分別為fvb 140Mpa fcb 305Mpa 滿足強(qiáng)度要求 2 普通螺栓群的抗拉連接1 普通螺栓群的軸心受拉假定每個螺栓平均受力2 普通螺栓群彎矩受拉中和軸取為彎矩指向一側(cè)最外排螺栓軸心O處 最不利螺栓1 m為螺栓排數(shù) 3 普通螺栓群偏心受拉 螺栓群受拉 彎 剪力用抗剪塊或支托傳遞 先判斷螺栓群中在M N共同作用下的大小偏心情況 小偏心受拉 所有螺栓均承受拉力作用 螺栓群的形心軸為中和軸 當(dāng)Nmin 0 受拉力最大的螺栓要求滿足 2 大偏心受拉 當(dāng)Nmin 0時 螺栓群繞該排受壓螺栓旋轉(zhuǎn) 受拉力最大的螺栓要求滿足 對普通C級螺栓連接 因其緊固力較小 傳遞剪力的性能較差 故在較重要的承力結(jié)構(gòu)中 一般不按同時受拉 受剪設(shè)計 而是另設(shè)承托來承剪力V的作用 螺栓只按受拉計算 承托與柱翼緣的連接焊縫強(qiáng)度可按下式計算 式中為考慮剪力對焊縫的偏心影響系數(shù) 可取1 25 1 35 3 普通螺栓群的剪 拉連接剪力由螺栓抗剪承受 無抗剪塊 1 螺栓受剪兼受拉破壞驗(yàn)算 注 此類連接因無支托板 一般應(yīng)考慮精制螺栓連接 以減少連接變形 受力最不利螺栓螺栓1 2 孔壁承壓破壞驗(yàn)算 返回 一 高強(qiáng)度螺栓的構(gòu)造及工作性能 一 高強(qiáng)度螺栓的種類及構(gòu)造種類 摩擦型高強(qiáng)螺栓連接 承壓型高強(qiáng)螺栓連接高強(qiáng)螺栓采用 級孔 一般采用鉆成孔 承壓型高強(qiáng)螺桂孔徑比桿徑大1 0mm d 16mm 1 5mm d 20 24mm 2 0mm d 27 30mm 摩擦型高強(qiáng)螺栓孔徑可比相應(yīng)的承壓型孔徑增大0 5一1 0mm 便于施工 高強(qiáng)螺栓的材料與強(qiáng)度等級 由高強(qiáng)材料經(jīng)熱處理制成 按強(qiáng)度等級分10 9與8 8級 10 9級一般為20MnTiB 40Cr等材料 fu 1000N mm2 fu fy 0 9 8 8級一般為45號鋼制成 fu 800N mm2 fu fy 0 8 高強(qiáng)度螺栓在構(gòu)件上的排列與普通蝶桂排列要求相同 第八節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計算 當(dāng)型鋼構(gòu)件的拼接采用高強(qiáng)度螺栓連接時 由于型鋼的抗彎剛度較大 不能保證摩擦面緊密貼和 故不能用型鋼作為拼接件 而應(yīng)采用鋼板 在高強(qiáng)度螺栓連接范圍內(nèi) 構(gòu)件接觸面的處理方法應(yīng)在施工圖中說明 二 高強(qiáng)螺栓連接的預(yù)拉力1 預(yù)拉力的控制方法為使高強(qiáng)螺栓連接達(dá)到連接緊密 傳力性能可靠的要求 在安裝時必須通過擰緊螺帽 使螺桿產(chǎn)生預(yù)拉力 預(yù)拉力愈大 構(gòu)件間的摩擦力也就愈大 大六角頭螺栓的緊固方法 1 轉(zhuǎn)角法先用普通扳手將螺帽初步擰緊到被連接件互相貼緊 然后再用加長扳手將螺帽再轉(zhuǎn)動一個適當(dāng)角度 以達(dá)到規(guī)定的預(yù)拉力 再次擰緊螺帽所轉(zhuǎn)過角度大小與板疊厚度和螺拴直徑有關(guān) 可預(yù)先加以測定 一般在120 240 之間 2 扭矩法用一種可直接顯示扭矩大小的特制扳手 按事先測定好的扭矩與螺栓預(yù)拉力之間的關(guān)系 再來施加扭矩 擰緊螺帽 使螺栓達(dá)到規(guī)定的預(yù)拉力 扭剪型高強(qiáng)螺栓的緊固 3 扭剪法扭剪型高強(qiáng)螺栓與普通型高強(qiáng)螺栓相比 只是在螺桿尾部多了一個梅花形的尾巴 螺栓與螺尾間刻一槽口 槽口深度由螺栓所承受的扭矩大小而定 緊固螺栓時用一種雙套筒電動扳手 大套筒套住六角螺帽 小套筒卡住梅花頭 通電起動后 兩套筒反向旋轉(zhuǎn) 很快將螺帽擰緊 當(dāng)梅花頭沿槽口處擰斷時 螺栓即達(dá)到了規(guī)定的預(yù)拉力 這種方法施工簡便 緊固質(zhì)量好 且可以防止施工安裝中的漏擰現(xiàn)象 近幾年來 在我國已被廣泛應(yīng)用 2 預(yù)拉力的確定高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力設(shè)計值按材料強(qiáng)度和螺栓有效截面積確定 取值時考慮 考慮螺栓材料抗力的變異性 引入折減系數(shù)0 9 施加預(yù)應(yīng)力時為補(bǔ)償預(yù)拉力損失超張拉5 10 引入折減系數(shù)0 9 在扭緊螺栓時 扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載力 引入折減系數(shù)1 1 2 鋼材由于以抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)而不是屈服強(qiáng)度 引入附加安全系數(shù)0 9 故高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力為 fu 螺栓材料經(jīng)熱處理后的最低抗拉強(qiáng)度 對于8 8級螺栓fu 830N mm2 對于10 9級螺栓 fu 1040N mm2 Ae 高強(qiáng)度螺栓螺紋處的有效截面積 一個高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計預(yù)拉力值 kN 3 高強(qiáng)度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)被連接板件之間的摩擦力大小 不僅和螺栓的預(yù)拉力有關(guān) 還與被連接板件材料及其接觸面的表面處理方法有關(guān) 規(guī)范規(guī)定的高強(qiáng)度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)m值見下表 三 高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能1 高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的工作性能1 高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接以板件間出現(xiàn)滑動 即達(dá)到最大摩擦力 點(diǎn)1 為抗剪承載力極限狀態(tài) 一個摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計值為 0 9 抗力分項(xiàng)系數(shù)gR的倒數(shù) 即1 gR 1 1 111 0 9 nf 傳力的摩擦面數(shù) m 高強(qiáng)度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù) P 一個高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力 按表采用 2 高強(qiáng)度螺栓承壓型連接承壓型連接允許克服最大摩擦力后 以螺桿桿身抗剪與孔壁承壓破壞為承載力極限狀態(tài) 同普通螺栓 摩擦力只起延緩滑動作用 計算方法與普