钢结构制造与安装.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,书名,：钢结构制造与安装,ISBN,：,978-7-111-23435-7,作者,：,唐丽萍 乔志远,出版社：机械工业出版社,本书配有电子课件,钢结构制作与安装教案,单元二 钢结构的连接,单元,2,钢结构的连接,课题,1,钢结构连接的种类、特点,课题,2,焊接方法、焊缝形式及标注,课题,3,对接焊缝连接,课题,4,角焊缝连接,课题,5,螺栓连接,小结,本章重点,课题,1,钢结构连接的种类、特点,钢结构的连接通常有焊接，铆接和螺栓连接三种方式（图,2-1,）。,图,2-1,钢结构的连接方式,（,a,）焊接连接；（,b,）铆钉连接；（,c,）螺栓连接,钢 结 构 的 连 接 方 法,连 接 方 法,优 点,缺 点,焊 接,构造简单，用料经济，,制作方便 ，密闭性好,焊缝附近热影响区内，易导致材质变脆；焊接残余应力和残余变形会使构件的刚度降低；对裂纹敏感，一旦出现裂纹易延伸到整体。,对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大。,铆 接,传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好,构造复杂，,既费材料又费工,普通螺栓连接,装卸便利，设备简单,螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大,高强螺栓连接,加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好,摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高,课题,2,焊接方法、焊缝形式及标注,一、钢结构的焊接方法,焊接方法很多，但在钢结构中通常采用电弧焊。电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊（埋弧自动或半自动焊）以及气体保护焊等,具体见单元,7,。,二、焊缝连接形式,焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、,T,形连接和角部连接四种如图,2-2,所示。这些连接所采用的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝。,（,a,）对接焊缝的平接连接 （,b,）用拼接板和角焊缝的平接连接,（,c,）用角焊缝的搭接连接,图,2-2,焊缝连接形式,（,d,）用角焊缝的,T,形连接 （,e,）焊透的,T,形连接,（,f,）用角焊缝的角部连接 （,g,）用对接焊缝的角部连接,图,2-2,焊缝连接形式,三焊缝代号及标注方法,焊缝代号主要由引出线,、,图形符号、辅助符号三部分组成。,引出线由横线和带箭头的斜线组成。,图形符号用来表示焊缝的基本形式。,辅助符号用来表示焊缝的辅助要求。,焊缝代号见教材表,2-1,。,课题,3,对接焊缝连接,一、对接焊缝的形式和构造,1.,对接焊缝的形式,对接焊缝按所受力的方向分为正对接焊缝如图,2-4a,所,示和斜对接焊缝如图,2-4b,所示。,图,2-4,焊缝形式,a,）正对接焊缝,b,）斜对接焊缝,对接焊缝的坡口形式分为,I,形缝、,V,形缝、带钝边单边,V,形缝、带钝边,V,形缝（也叫,Y,形缝）、带钝边,U,形缝、带钝边双,单边,V,形缝和双,Y,形缝等。,（,a,）,I,形缝 （,b,）带钝边单边,V,形缝 （,c,）,Y,形缝,（,d,）带钝边,U,形缝 （,e,）带钝边双单边,V,形缝 （,f,）双,Y,形缝,直边缝：适合板厚,t,10mm,单边,V,形：适合板厚,t,10,20mm,双边,V,形：适合板厚,t,10,20mm,U,形：适合板厚,t 20mm,K,形：适合板厚,t 20mm,X,形：适合板厚,t 20mm,（,g,）、（,h,）、（,i,）加垫板的,I,形缝、带钝边单边,V,形缝和,Y,形缝,2.,对接焊缝的构造处理,起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去,2tmm,（,t,为较薄焊件厚度）,。,图,2-6,用引弧板焊接,变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于,1,：,2.5,的斜面，避免应力集中。,变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于,1,：,2.5,的斜边，避免应力集中。,图,2-7,变截面钢板拼接,a,）改变宽度,b,）、,c,）改变厚度,a),b),c),1.,轴心受力对接焊缝的计算,(2-1),式中,N,轴心拉力或轴心压力的设计值；,l,w,焊缝计算长度，当未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去,2t,；,t,在对接接头中为连接件的较小厚度；在,T,形接头中为腹板厚度,;,w,t,、,w,c,对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。,二、对接焊缝连接计算,w,t,或,w,c,2.,对接焊缝在弯矩和剪力共同作用下的计算,=,w,t,(2-2),V S,w,（,I,w,t,）,w,V,(2-3),图,2-9,对接焊缝受弯矩和剪力共同作用,式中,W,w,焊缝截面抵抗矩（,mm,3,）；,S,w,受拉部分截面到中和轴的面积矩（,mm,3,）；,I,w,焊缝截面惯性矩（,mm,4,）。,f,w,v,对接焊缝的抗剪强度设计值（,N/mm,2,）。,1.1,w,t,(2-4),受弯受剪的工字形截面对接连接,3.,对接焊缝在弯矩和剪力,、,轴心力共同作用下的计算,+=+,w,t,(2-7),w,V,(2-8),1.1,w,t,式中,W,w,焊缝截面抵抗矩（,mm,3,）；,S,w,受拉部分截面到中和轴的面积矩（,mm,3,）；,I,w,焊缝截面惯性矩（,mm,4,）。,f,w,v,对接焊缝的抗剪强度设计值（,N/mm,2,）。,课题,4,角焊缝连接,一、角焊缝的形式,角焊缝按其与作用力的关系可分为：,焊缝长度方向与作用力垂直的正面角焊缝；,焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝,角焊缝按沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝。,间断角焊缝的间断距离,l,不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。一般在受压构件中应满足,l15t,；在受拉构件中,l30t,，,t,为较薄焊件的厚度。,按施焊时焊缝在焊件之间的相对空间位置，焊缝连接可分为俯焊（平焊）、横焊、立焊及仰焊。,图,2-13,（,a,）俯焊（平焊）（,b,）立焊（,c,）横焊（,d,）仰焊,角焊缝按截面形式可分为直角角焊缝如图,2-14,所示和斜角角焊缝如图,2-15,所示,.,图,2-15,斜角角焊缝,图,2-14,直角角焊缝,角焊缝两边夹角一般为,90,（直角角焊缝），夹角大,于,135,或小于,60,的斜角角焊缝，除钢管结构外，一般不宜,用作受力焊缝。,角焊缝的有效截面为平分角焊缝夹角,的截面，破坏,往往从这个截面发生。有效截面的高度（不考虑焊缝余,高）称为角焊缝的有效厚度,h,e,：,当,90,时，,h,e,0.7,h,f,；,当,90,时，,h,e,h,f,cos(,/2),。,二、角焊缝的构造要求,1.,最大焊脚尺寸,h,fmax,h,fmax,1.2,t,min,（,t,min,为较薄焊件厚度）,对于板件边缘的焊缝：,当,t,6mm,时,，,h,f,t,；,当,t,6mm,时,，,h,f,t,(1-2)mm,。,2.,最小焊脚尺寸,h,fmin,h,fmin,1.5,t,max,（,t,max,为较厚焊件的厚度）。,3,.,焊缝长度,l,w,侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不宜小于,8,h,f,或,40mm,，且不宜大于,60,h,f,。,4.,侧面角焊缝的最大计算长度,侧面角焊缝的计算长度应满足：,l,w,60 h,f,（承受静力荷载或间接承受动力荷载）或,40h,f,（直接承受动力荷载）。,5.,在搭接连接中，要求搭接长度,l,5,t,1,（,t,1,为较薄焊件厚度），且,25mm,。,6.,板件的端部仅用两侧缝连接时应使,l,w,b,（,b,为两侧焊缝的距离，,l,w,为侧焊缝长度）；同时尚应使,b,16,t,（当,t,12mm,时）或,190mm,（当,t,12mm,时），,t,为较薄焊件厚度。若不满足此规定则应加焊端缝。,7.,当角焊缝的端部在构件的转角处时，宜作长度为,2h,f,的绕角焊，且转角处必须连续施焊，以改善连接的受力性能。,三、角焊缝连接的计算,计算角焊缝强度时，假定有效截面上的应力均匀分布，并且不分抗拉，抗压或抗剪，都用同一强度设计值,f,w,f,。,(1),侧面角焊缝或作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝：,(2-9)(2),正面角焊缝或作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝：,(2-10),式中,l,w,连接一侧所有焊缝的计算长度之和，每条焊缝按实际长度减去,2,h,f,。,1.,角焊缝受轴心力作用时的计算,2,、角钢连接的角焊缝受轴心力作用时的计算,角钢与连接板用角焊缝连接可以采用三种形式，即采用两侧缝、三面围焊和,L,形围焊。为避免偏心受力，应使焊缝传递的合力作用线与角钢杆件的轴线相重合。（具体见教材）,3.,弯矩、扭矩、轴心力共同作用,时，分别计算受力最不利点的正应力和剪应力，按下式计算：,(2-27),课题,5,螺栓连接,一螺栓连接的特点、类型,螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。,普通螺栓通常采用,Q235,钢材制成，安装时用普通扳手拧紧；,高强度螺栓则用高强度钢材经热处理制成，用能控制螺栓杆的扭矩或拉力的特制扳手，拧紧到预定的预拉力值，把被连接件高度夹紧。,1.,普通螺栓连接,普通螺栓分为,A,、,B,、,C,三级。,C,级为粗制螺栓，由未经加工的圆钢压制而成，制作精度差，螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大,1.5,3mm,。,但安装方便，且能有效的传递拉力，故可用于沿螺栓杆轴心受拉的连接，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定中。,A,、,B,级精制螺栓是由毛坯在车床上经过切削加工精制而成。表面光滑，尺寸准确，螺栓直径与螺栓孔径之间的缝隙只有,0.3,0.5,。由于有较高的精度，因而受剪性能好，但制作和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中采用。,2.,高强度螺栓连接,高强度螺栓连接有两种类型：,一种是只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面,摩擦力作为设计准则的，称为摩擦型连接。,另一种是允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承,载力作为设计准则的，称为承压型连接。,二普通螺栓连接及计算,1.,螺栓的规格,钢结构采用的普通螺栓形式为大六角头型，其代号用字,母,M,和公称直径的毫米数表示。为制造方便，一般情况下，,同一结构中宜尽可能采用一种栓径和孔径的螺栓，需要时也,可采用,2,3,种螺栓直径。,建筑工程中常采用,M16,、,M20,和,M24,等。,图,2-25,螺栓的排列,a,）并列布置,b,）错列布置,2.,螺栓的排列,螺栓的排列有并列和错列两种基本形式。,并列较简单，但对栓孔有削弱（图,a,）；,错列较紧凑，可减少截面削弱，但排列较繁杂（图,b,）。,钢结构设计规范,根据螺栓孔直径、钢材边缘加工情况（轧制边、切割边）及受力方向，规定了螺栓中心间距及边距的最大、最小限制，见教材表,2-5,。,3,、普通螺栓的抗剪承载力计算,普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为抗剪螺栓连接和抗拉螺栓连接。,如图。,抗剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：,螺栓受剪破坏,孔壁挤压破坏,连接板净截面破坏,螺栓受弯破坏,连接板冲剪破坏。,单个受剪螺栓的承载力计算,螺栓抗剪 （,2-28,）,孔壁承压 （,2-29,）,最大承载力,受剪螺栓的承载力计算,4.,普通螺栓的抗拉承载力计算,单个受拉螺栓的承载力设计值：,（,2-30,）,5,、普通螺栓群连接计算,（,1,）受剪螺栓群在轴心力作用下的连接计算,受力特性：受剪螺栓群沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数,。,当连接长度,l 15d,0,时：,（,2-31,）,连接板净截面强度,（,2-32,）,当连接长度,l15d,0,时：,连接所需螺栓数量：,（,2),普通螺栓群轴心受拉,通常假定每个螺栓平均受力，则连接所需螺栓数为：,（,2-35,）,式中,N,b,t,单个螺栓的抗拉承载力设计值，按式,(2-30),计算。,（,3,）螺栓群在弯矩作用受拉,（,2-37,）,二、高强度螺栓连接,1.,按受力特性分：摩擦型高强螺栓与承压型螺栓,;,摩擦型螺栓,:,抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状态；,承压型螺栓,:,允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏为承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。,高强螺栓采用,级孔，便于施工。,受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距,1.5d,0,外其它同普通螺栓。,2.,高强螺栓的材料与强度等级,由高强材料经热处理制成，按强度等级分,10.9,与,8.8,级。,10.9,级一般为,20MnTiB,、,40Cr,等材料，,f,u,1000N/mm,2,，,fu/fy0.9,；,8.8,级一般为,45,号钢制成，,f,u,800N/mm,2,，,fu/fy0.8,。,3.,高强螺栓的预拉力,（,2-38,）,4.,高强度螺栓的紧固法,我国现有大六角头型和扭剪型两种型式的高强度螺,栓。它们的预拉力是安装螺栓时通过紧固螺帽来实现的，,为确保其数值准确，施工时应严格控制螺母的紧固程度。,通常有转角法、力矩法和扭掉螺栓尾部的梅花卡头三种紧,固方法。大六角头型用前两种，扭剪型用后者。,5.,高强螺栓连接计算,（,1,）摩擦型高强螺栓受剪连接计算,一个螺栓抗剪承载力,:,（,2-39,）,连接所需螺栓数,:,（,2-40,）,净截面强度：考虑,50,孔前传力,（,2-42,）,（,2),高强度螺栓承压型连接抗剪连接的计算,高强度螺栓承压型连接受剪时，极限承载力由螺栓杆抗剪和孔壁承压决定，摩擦力仅起延缓滑移的作用。因此，计算和普通螺栓相同。单个受剪高强度螺栓承压型连接的承载力设计值按式,(2-28),和式（,2-29,）计算,3),高强度螺栓群抗剪连接的计算。高强度螺栓连接所需螺栓数目应由下式确定,对高强度螺栓摩擦型连接，,N,b,min,按式（,2-39,）计算，,对高强度螺栓承压型连接，,N,b,min,取,N,b,V,和,N,b,c,中的较小值，即分别按式,(2-28),与式（,2-29,）,4),高强度螺栓群在轴心力作用时的抗拉计算。,高强度螺栓群连接所需螺栓数目,n,=,式中,N,b,t,在杆轴方向受拉力时，一个高强度螺栓（摩擦型和承压型）的承载力设计值，,N,b,t,=0.8,P,。,单 元 小 结,本单元讲述了钢结构连接的种类、特点；对接焊缝连接的构造和计算；角焊缝连接的构造和计算；普通螺栓连接的构造和计算；高强度螺栓连接的构造和计算。通过本单元的学习，学生应熟悉焊缝连接的构造要求；掌握焊缝连接计算方法；熟悉螺栓连接的构造要求；掌握螺栓连接的计算方法,。,本 章 重 点,1,、对接焊缝、角焊缝的构造与计算；,2,、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；,3,、高强螺栓连接的构造与计算,