钢结构基本原理第7章 钢结构的连接和节点构造

第7章钢结构的连接和节点构造

7.1 钢结构对连接的要求及连接方法

钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件,连接部位应有足够的强度、刚度及延性。合理地连接方式及节点的细部构造要求外还要满足8点，见书188页。

钢结构的连接方法 (α)焊缝连接;(b)铆钉连接;(c)普通（高强）螺栓连接。

焊缝连接优点是构造简单、不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密封性好、刚度大。缺点是焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响,焊接结构的低温冷脆问题也比较突出，除少数直接承受动载结构外可广泛应用

铆钉连接的优点是塑性和韧性较好,传力可靠,质量易于检查,适用于直接承是动载结构的连接。缺点是构造复杂,用钢量多。

普通螺栓连接的优点是施工简单、拆装方便。缺点是用钢量多。适用于安装连接和需要经常拆装的结构。

普通螺栓又分为C级螺栓和A级、B级螺栓。（A、B级螺栓一般用45号钢和35号钢,尺寸准确,加工精度高，要求I类孔，用于承受较大剪力、压力连接；C级螺栓一般用Q235钢(用于螺栓时也称为4.6级)制成。要求Ⅱ类孔，加工粗糙,尺寸不够准确，用于承受拉力的安装连接。

I类孔的精度要求为连接板组装时,孔口精确对准,孔壁平滑,孔轴线与板面垂直。Ⅱ类孔质量达不到I类孔要求的都为Ⅱ类孔。

高强度螺栓，当螺栓（受拉）时，螺栓预拉力增加不多，外拉力是靠板件间夹紧力的减少来承受，但板件间始终保持夹紧状态；当（受剪力）时，按设计受力要求不同分摩擦型连接和承压型连接。

摩擦型：受剪设计时外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力（使板件压紧）所提供的可能最大摩擦力为极限状态，亦即保证连接在整个使用期间外剪力不超过最大摩擦力。

承压型：受剪设计时，保证在正常使用荷载下，外剪力一般不会超过最大摩擦力，受力性能与摩擦型同，但如果荷载超过标准值（正常使用情况下荷载），剪力可能超过最大摩擦力，被连接板件间将发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁一侧接触，此后靠螺栓杆身剪切和孔壁承压及杆件接触面间摩擦共同传力最后以杆身剪切或孔壁承压破坏，达到连接最大承载力，作为连接受剪极限状态。

7.2 焊接连接的特性

7.2.1 常用焊接方法

采用的焊接方法有电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等

电弧焊的质量比较可靠,是钢结构最常用的焊接方法。

手工电弧焊是通电后在涂有焊药的焊条与焊件间产生电弧,由电弧提供热源,使焊条熔化,滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中,并与焊件熔化部分结成焊缝。药皮：由焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖熔池,防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化的液体金属接触而形成脆性易裂的化合物。手工电弧焊焊条应与焊件金属强度相适应,对Q235钢焊件用E43系列型焊条,Q345钢焊件用E50系列型焊条,Q390钢焊件用E55系列型焊条。

自动或半自动埋弧焊是将光焊丝埋在焊剂层下,通电后,由电弧的作用使焊丝和焊剂熔化。熔化后的焊剂浮在熔化金属表面保护熔化金属,使之不与外界空气接触,有时焊剂还可供给焊缝必要的合金元素,以改善焊缝质量。P190-197

7.3 对接焊缝的构造和计算

7.3.1 对接焊缝的构造要求

对接焊缝按坡口形式分为P197

适用范围：工形缝：厚度mm t 10≤

有斜坡口带钝边单边v 形缝、y 形缝，一般厚度t=10-20mm

带钝边u 形缝或带钝边双单边v 形缝或双y 形缝：较厚焊件>20mm 。

在钢板宽度或厚度有变化连接中，为减少应力集中，应以板一侧或2侧做成 坡度不大于1：2.5（1：4疲劳计算）斜坡，如板厚差不大于4mm ，可不做斜坡。焊缝计算厚度取较薄板厚度。

对接焊缝起弧落弧点，因不能熔透而出现焊口，形成类裂纹和应力集中，为消除焊口影响，可增加引弧板，焊后将引弧板切除，用砂轮磨平。P798图7-15

7.3.2 对接焊缝的计算

1 轴心受力的对接焊缝

w c w t w 或f f t l N ≤=/σ

N:轴心拉力或压力的设计值

lw:焊缝计算长度,当采用引弧板施焊时,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,在T 形连接中为腹板厚度

w c w t f f ,:对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值,附表12（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%,）

当正缝连接的强度低于焊件的强度时, 改用斜缝, 当斜缝和作用力间夹角θ符合5.1≤θtg 时可不计算焊缝强度。

2 受弯受剪的对接焊缝计算

()w c w t w f f W M ≤=/σ w v w W f t I VS ≤=/τ

w W :焊缝截面截面模量； w I :焊缝截面对中和轴惯性矩

w S :焊缝截面计算剪力处以上部分对中和轴面积矩；w v f :焊缝抗剪强度设计值 工字形，箱形，T 形等构件在腹板与翼缘相交处，会有较大正应力和剪应力，此时除分别验算外，还要算折算应力

w t f 1.132121≤+τσ

21,σσ验算点处焊缝截面正应力和剪应力

3 轴力，弯矩，剪力共同作用时，也按上折算

7.3.3 部分焊透的对接焊缝（见书）

例7-1 P201

7.4 角焊缝的构造和计算

1 角焊缝应力分布

角焊缝焊角尺寸P202页图7-23

角焊缝应力分布特点：

侧面角焊缝：主要承受剪力作用，在弹性阶段,应力沿焊缝长度方向分布不均匀,两端大而中间小，焊缝越长剪应力分布越不均匀，但由于侧面角焊缝的塑性较好,出现塑性变形,产生应力重分布,应力分布可趋于均匀。

正面角焊缝其破坏强度比侧面角焊缝的要高,但塑性变形要差。在外力作用下应力曲线，焊缝跟部应力集中最为严重，首先出现裂缝,然后扩展至整个截面，AB 和BC 上都有正应力和剪应力,且分布不均匀,但沿焊缝长度的应力分布则比较均匀。

有效截面（计算截面）：等边角焊缝的最小截面和两边焊脚成α/2角 (直角角焊缝为45˙)。

实验证明,多数角焊缝破坏都发生在这一截面。计算时假定有效截面上应力均匀分布,并且不分抗拉、抗压或抗剪都采用同一强度设计值，w f f 角焊缝强度设计值 2 角焊缝的尺寸限制

对于受动力荷载的结构中,为了减缓应力集中,角焊缝表面应做成直线形或凹形焊缝直角边的比例:对正面角焊缝宜为1:1.5(长边顺内力方向),侧面角焊缝可为1:1

为保证焊缝最小承载能力及防止焊缝冷却过快产生裂纹，最小焊脚尺寸