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1、钢结构连接钢结构连接(linji)与受力分析与受力分析第一页，共97页。第1页/共96页第二页，共97页。第2页/共96页第三页，共97页。(a) 热裂纹(li wn)；(b) 冷裂纹(li wn)；(c) 气孔；(d) 烧穿；(e) 夹渣第3页/共96页第四页，共97页。(f) 根部(n b)未焊透；(g) 边缘未熔合；(h) 层间未熔合；(i) 咬边；(j) 焊瘤第4页/共96页第五页，共97页。焊缝等级：钢结构工程施工质量验收规范（GB50205）三级三级焊缝：外观检查二级焊缝：在外观检查的基础(jch)上再做无损检验，用超声波检验每条焊缝的20长度，且不小于200mm一级焊缝：在外观检
2、查的基础(jch)上用超声波检验每条焊缝全部长度，以便揭示焊缝内部缺陷强度折减： 高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9 第5页/共96页第六页，共97页。第6页/共96页第七页，共97页。正面角焊缝(hn fn)侧面角焊缝(hn fn)连续角焊缝(hn fn)断续角焊缝(hn fn)第7页/共96页第八页，共97页。 施焊位置(wi zhi) 俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊第8页/共96页第九页，共97页。5 焊缝代号作用 表明焊缝型式、尺寸和辅助要求表示方法(fngf) 由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成第9页/共96页第十页，共97页。第10页/共96页第十一页，共97页。第11页/共9
3、6页第十二页，共97页。3 对接焊缝的构造和计算 1 构造要求(yoqi)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形缝第12页/共96页第十三页，共97页。（d）带钝边U形缝；（e）带钝边双单边V形缝；（f）双Y形缝；（g）、（h）、（i）加垫板的I形缝、带钝边单边V形缝和Y形缝 第13页/共96页第十四页，共97页。第14页/共96页第十五页，共97页。第15页/共96页第十六页，共97页。2 对接焊缝(hn fn)的计算计算原则 用计算 焊件的方法。I、II级等强不
4、计算，仅计算III级焊缝(hn fn)（1）轴心(zhu xn)受力的对接焊缝 N（lwt）fwt或fwc第16页/共96页第十七页，共97页。（2）受弯、受剪的对接(du ji)焊缝计算 MWw fwt VS（Iwt ） fwV第17页/共96页第十八页，共97页。wtzsf1 . 132B2B第18页/共96页第十九页，共97页。3 部分焊透的对接焊缝(hn fn)计算原则：按角焊缝(hn fn)计算第19页/共96页第二十页，共97页。4 角焊缝的构造和计算(j sun) 1 构造和强度截面形状 第20页/共96页第二十一页，共97页。 应力分布 侧面(cmin)角焊缝的应力分布第21页
5、/共96页第二十二页，共97页。角焊缝的应力位移(wiy)曲线第22页/共96页第二十三页，共97页。 正面角焊缝(hn fn)的应力分布第23页/共96页第二十四页，共97页。 焊脚尺寸(ch cun) hf 应与焊件的厚度相适应。 对手工焊，hf应不小于 ，t为较厚焊件的厚度（mm），对自动焊，可减小1mm； hf应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。 t5.1第24页/共96页第二十五页，共97页。 对于对于(duy)板件边缘的焊缝，当板件边缘的焊缝，当t 6mm时，时， hf t ；当；当t 6mm时，时， hf t (12)mm。焊缝焊缝(hn fn)长度长度 lw也不应太长或太短，其计算
6、长度不宜小于也不应太长或太短，其计算长度不宜小于8hf或或40mm ，且不宜大于，且不宜大于60hf第25页/共96页第二十六页，共97页。2 角焊缝计算(j sun)的基本公式wff3)( 32/22fxfxefyfyefzfze, , NAVAVAefxfyfxefye/2+/2 /2/2ANNAA第26页/共96页第二十七页，共97页。fxfy/2/2fyfx/fz/2/2, 则有22w2ffzfyfzfyfz33/2/2/2/2f可得角焊缝(hn fn)计算的基本公式为222wfxfyfxfyfzf2()3f仅有平行于焊缝长度方向(fngxing)的轴心力时wfewf/()Nhlf第2
7、7页/共96页第二十八页，共97页。仅有垂直于焊缝长度(chngd)方向的轴心力时wfewff/()Nhlf受各力综合(zngh)作用时22wffff/f第28页/共96页第二十九页，共97页。3 常用连接(linji)方式的角焊缝计算1、受轴心力作用(zuyng)的拼接板连接仅侧面(cmin)角焊缝（图a）wffewNfhl 仅正面角焊缝（图b）wfffewNfhl 第29页/共96页第三十页，共97页。三面围焊时（图c） 先计算计算正面角焊缝受力N1，剩 余的N N1由侧面(cmin)角焊缝承担。菱形(ln xn)拼接板（图d） 简化计算不计正面及斜焊缝的f：wfewNfhl 第30页/共
8、96页第三十一页，共97页。2、受轴心力作用的角钢(jiogng)连接当用侧面(cmin)角焊缝连接时（图a）肢背 N1=e2 N /（e1+e2）=K1 N 肢尖 N2=e1 N /（e1+e2）=K2 N 第31页/共96页第三十二页，共97页。第32页/共96页第三十三页，共97页。三面(sn min)围焊时（图b）正面(zhngmin)角焊缝承担的力为 N3 =0.7hflw3f ffw侧面(cmin)角焊缝承担的力为 肢背 N1 =e2 N /（e1+e2）N3 /2=K1 NN3 /2 肢尖 N2 =e1 N /（e1+e2）N3 /2=K2NN3 /2 第33页/共96页第三十四
9、页，共97页。L形焊缝(hn fn)（图c）正面(zhngmin)角焊缝承担的力为 N3 =0.7hflw3f ffw侧面(cmin)角焊缝承担的力为 N1 = N N3第34页/共96页第三十五页，共97页。3、弯矩作用(zuyng)下的焊缝wfffwMfW第35页/共96页第三十六页，共97页。4、扭矩作用(zuyng)下的焊缝焊缝群受扭：假定 被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的； 被连接板件绕角焊缝有效截面形心o旋转，角焊缝上任(shng rn)一点的应力方向垂直于该点与形心o的连线，应力的大小与其距离r的大小成正比。 AAxy; T rJIIJAyTAxTrJTAxAyTrJ第3
10、6页/共96页第三十七页，共97页。环焊缝环焊缝(hn fn)受扭受扭第37页/共96页第三十八页，共97页。5、弯矩、剪力和轴心(zhu xn)力共同作用MVNAAAwewew; ; MVNWhlhlMN2V2wAAAff()()f第38页/共96页第三十九页，共97页。6、扭矩、剪力和轴心(zhu xn)力共同作用yVNTTxAAAAewew; ; ; T rVNT rhlhlJJTV2TT2wAAAAff()()f第39页/共96页第四十页，共97页。7、塞焊计算(j sun)第40页/共96页第四十一页，共97页。1 焊接(hnji)残余应力的分类和产生的原因纵向残余(cny)应力5
11、焊接(hnji)残余应力和残余变形第41页/共96页第四十二页，共97页。横向残余(cny)应力第42页/共96页第四十三页，共97页。厚度方向(fngxing)的残余应力第43页/共96页第四十四页，共97页。约束(yush)状态下的焊接应力第44页/共96页第四十五页，共97页。2 焊接残余(cny)应力的影响对结构静力强度(qingd)的影响第45页/共96页第四十六页，共97页。对结构(jigu)刚度的影响对压杆稳定(wndng)的影响第46页/共96页第四十七页，共97页。对低温(dwn)冷脆的影响对疲劳强度的影响(yngxing)第47页/共96页第四十八页，共97页。3 焊接残余
12、(cny)变形残余变形(bin xng)形式第48页/共96页第四十九页，共97页。残余(cny)变形形式第49页/共96页第五十页，共97页。4 减小焊接残余应力和焊接残余变形(bin xng)的方法采取合理(hl)的施焊次序第50页/共96页第五十一页，共97页。施焊前加相反的预变形（图a、b）焊前预热(y r)，焊后回火（图c）第51页/共96页第五十二页，共97页。5 合理的焊缝(hn fn)设计焊接位置要合理，布置应尽量对称于截面重心焊缝尺寸(ch cun)要适当，采用较小的焊脚尺寸(ch cun)焊缝不宜过分集中（图a）应尽量避免三向焊缝交叉（图b）考虑钢板分层问题（图c）焊条易达
13、到（图d）避免仰焊第52页/共96页第五十三页，共97页。第53页/共96页第五十四页，共97页。1 螺栓连接的排列(pili)和构造要求 排列方式：并列(bngli)或错列第54页/共96页第五十五页，共97页。 排列要求 受力要求： 钢板端部剪断，端距不应小于2d0; 受拉时，栓距和线距不应过小； 受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大 构造要求 栓距和线距不宜过大 施工(sh gng)要求 有一定的施工(sh gng)空间第55页/共96页第五十六页，共97页。第56页/共96页第五十七页，共97页。 孔、螺栓(lushun)图例 第57页/共96页第五十八页，共97页。2 普通螺栓(lus
14、hun)连接的构造和计算 传力方式(fngsh)：抗剪螺栓 抗拉螺栓 同时抗剪抗拉螺栓计算方法：螺栓承载力计算 螺栓群中受力最大螺栓 1 单个螺栓的承载力设计值 = 螺栓1的内力 （1）单个螺栓的承载力设计值 （2）螺栓群内力计算btbCVNNN、b第58页/共96页第五十九页，共97页。1、抗剪螺栓、抗剪螺栓(lushun)连接连接破坏形式：螺栓(lushun)杆剪断；孔壁压坏；板被拉断；板端被剪断；螺栓(lushun)杆弯曲 第59页/共96页第六十页，共97页。受力状态：弹性时两端大而中间小，进入塑性阶段后，因内力(nil)重分布使各螺栓受力趋于均匀。 第60页/共96页第六十一页，共9
15、7页。为防止“解纽扣”破坏，当连接长度l1 较大(jio d)时，应将螺栓的承载力乘以折减系数 ：当 l115d0 时， =1.0当 15d0l160d0 时， =1.1l1/150d0 当 l160d0 时， =0.7第61页/共96页第六十二页，共97页。 一个抗剪螺栓(lushun)的设计承载力计算抗剪承载力设计抗剪承载力设计(shj)值：值： bvvbvfdnN42承压承载力设计承压承载力设计(shj)值：值： bcbcftdN(a) 单剪 (b) 双剪 (c) 四剪面一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式的较小值较小值。 第62页/共96页第六十三页，共97页。2、抗拉螺栓、抗拉螺栓
16、(lushun)连接连接破坏(phui)形式：螺栓杆拉断抗拉承载力设计值btebtebtfAfdN42为考虑撬力的影响，规范规定普通(ptng)螺栓抗拉强度设计值ftb取同样钢号钢材抗拉强度设计值f的0.8倍(即ftb=0.8f ) 第63页/共96页第六十四页，共97页。3、螺栓(lushun)群的内力计算a.螺栓在轴心力作用下的抗剪计算螺栓在轴心力作用下的抗剪计算 轴力通过螺栓群的形心，内力轴力通过螺栓群的形心，内力(nil)均匀分布均匀分布 螺栓数目螺栓数目bmin/nNN 板件净截面(jimin)强度 n/NAf 净截面面积和受力 并列并列（图a）N1=N； N2 =N(n1/n) N
17、 ；N3 = N (n1+n2)/n N 对被连接板：An=t (bn1d0)对拼接板： An =2t1 (bn3d0)第64页/共96页第六十五页，共97页。错错 列（图列（图b） 除考虑除考虑1-1截面截面(jimin)破坏外，还要考虑破坏外，还要考虑2-2截面截面(jimin)的破坏，净截面的破坏，净截面(jimin)面积为面积为 22n4212202(1)Ateneen d第65页/共96页第六十六页，共97页。b、螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算、螺栓群在扭矩作用下的抗剪计算(j sun)基本假定基本假定 被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的；被连接构件是绝对刚性的，而螺栓则是弹性的
18、； 各螺栓绕螺栓群形心各螺栓绕螺栓群形心o旋转，其受力大小与其至螺栓群形心旋转，其受力大小与其至螺栓群形心o的距离的距离r成正比，力的方向与其至螺栓群形心的连线相垂直。成正比，力的方向与其至螺栓群形心的连线相垂直。第66页/共96页第六十七页，共97页。TTT1122nnTN rN rN r 平衡条件： 根据(gnj)螺栓受力大小与其至形心o的距离r成正比条件 TTT12n12nNNNrrr 则 TTn22221112n111()iiNNTrrrrrr 或 T111222iiiTrTrNrxyT11x22iiTyNxyT11y22iiTxNxybvTNN1验算(yn sun) 第67页/共96
19、页第六十八页，共97页。c、螺栓、螺栓(lushun)群在扭矩、剪力和轴心力作用下的抗剪计算群在扭矩、剪力和轴心力作用下的抗剪计算第68页/共96页第六十九页，共97页。在剪力V和轴力N作用(zuyng)下，螺栓均匀受力： V1y/NVnN1x/NNn则螺栓(lushun)1受的最大剪力N1应满足： NT2VT2b11x1x1y1ymin()()NNNNNN在扭矩T作用(zuyng)下，螺栓1 受力为 第69页/共96页第七十页，共97页。d、螺栓、螺栓(lushun)群在轴心力作用下的抗拉计算群在轴心力作用下的抗拉计算 轴力通过螺栓轴力通过螺栓(lushun)群的形心，内力均匀分布群的形心，
20、内力均匀分布bt/nNNe、螺栓、螺栓(lushun)群在弯矩作用下的抗拉计算群在弯矩作用下的抗拉计算假定：中和轴在 指向(zh xin)的第一排螺栓处 Mb11t2iMyNNmy则 M2iym指所有螺栓对中和轴之距平方和。 第70页/共96页第七十一页，共97页。f、螺栓群同时、螺栓群同时(tngsh)受剪力和拉力的计算受剪力和拉力的计算支托仅起安装作用(zuyng)： 螺栓群受力为M=Ve和剪力V，则M2t11/()iNNMymy第71页/共96页第七十二页，共97页。v/NVn螺栓不发生(fshng)拉剪破坏： 22vtbbvt()()1NNNN板不发生(fshng)承压破坏： bvcN
21、N支托承受剪力： 螺栓(lushun)群只承受弯矩M=Ve作用，则M2bt11t/()iNNMymyN支托和柱翼缘的角焊缝验算： wfewf()V hlf为考虑剪力V偏心对角焊缝的影响，取1.251.35第72页/共96页第七十三页，共97页。1 高强度螺栓(lushun)连接的性能 级别：10.9级和8.8级 （小数点前为螺栓热处理后的最低抗拉强度，小数点后的数字是屈强比） 栓孔：钻成孔 按受力特征分类：摩擦型连接、承压型连接 影响承载力的因素： 栓杆预拉力、连接表面抗滑移系数和钢材(gngci)种类7 高强度螺栓连接的性能(xngnng)和计算第73页/共96页第七十四页，共97页。1、高
22、强螺栓连接、高强螺栓连接(linji)的预拉力的预拉力施加方法：扭矩法、转角法和扭剪法施加方法：扭矩法、转角法和扭剪法预拉力设计值：高强度螺栓预拉力设计值：高强度螺栓(lushun)预拉力设计值按材料强度和螺栓预拉力设计值按材料强度和螺栓(lushun)有效截面积确定，取值时考虑：有效截面积确定，取值时考虑：螺栓螺栓(lushun)材料抗力的变异性，引入折减系数材料抗力的变异性，引入折减系数0.9；施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉施加预应力时为补偿预拉力损失超张拉5%10%，引入折减系数，引入折减系数0.9；在扭紧螺栓在扭紧螺栓(lushun)时，扭矩使螺栓时，扭矩使螺栓(lushun)产生
23、的剪力将降低螺栓产生的剪力将降低螺栓(lushun)的抗拉承载力，引入折减系数的抗拉承载力，引入折减系数1/1.2；钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数钢材由于以抗拉强度为准，引入附加安全系数0.9。ueue0.90.90.9/1.20.608PfAf A第74页/共96页第七十五页，共97页。2、高强螺栓连接摩擦面抗滑移、高强螺栓连接摩擦面抗滑移(hu y)系数系数 对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈；对于摩擦型连接，要求见下表：对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈；对于摩擦型连接，要求见下表：3、高强螺栓的排列、高强螺栓的排列 要求同普通螺栓，同样要考虑连接长度要求同普通螺栓，同样要
24、考虑连接长度(chngd)对承载力的不利影响。对承载力的不利影响。第75页/共96页第七十六页，共97页。第76页/共96页第七十七页，共97页。2 高强度螺栓(lushun)的抗剪承载力设计值1、高强螺栓摩擦、高强螺栓摩擦(mc)型连接型连接bvRfNnPR为抗力分项系数(xsh)R的倒数，一般取0.9，最小板厚t6mm的冷弯薄壁型钢结构取0.8 2、高强螺栓承压型连接、高强螺栓承压型连接 破坏状态同普通螺栓，极限承载力由杆身抗剪和孔壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动作用，计算方法和普通螺栓相同。第77页/共96页第七十八页，共97页。3 高强度螺栓(lushun)群的抗剪计算1、轴心力作用时（
25、内力均匀分布）、轴心力作用时（内力均匀分布） 螺栓数：螺栓数： 构件净截面强度构件净截面强度(qingd)： 对于承压型连接，验算与普通螺栓相同；对于摩擦型连接，要考虑孔前传力的影响（占螺栓传力的对于承压型连接，验算与普通螺栓相同；对于摩擦型连接，要考虑孔前传力的影响（占螺栓传力的50%）bmin/nNN10.5(1)nNNn 高强度螺栓(lushun)摩擦型连接的孔前传力第78页/共96页第七十九页，共97页。2、扭矩作用时，及扭矩、剪力和轴心力共同时、扭矩作用时，及扭矩、剪力和轴心力共同时 螺栓群受扭矩螺栓群受扭矩T、剪力、剪力V和轴心力和轴心力N共同作用的高强度螺栓连接的抗剪计算共同作用
26、的高强度螺栓连接的抗剪计算(j sun)与普通螺栓相同，只是用高强度螺栓的承载力设计值。与普通螺栓相同，只是用高强度螺栓的承载力设计值。第79页/共96页第八十页，共97页。4 高强度螺栓(lushun)的抗拉计算1、高强度螺栓、高强度螺栓(lushun)的抗拉连接性能的抗拉连接性能第80页/共96页第八十一页，共97页。当Nt=0.8P时，Pf=1.07P。可认为螺栓中的预拉力(ll)基本不变。第81页/共96页第八十二页，共97页。撬力的影响：限制撬力的影响：限制(xinzh)抗拉承载力在抗拉承载力在0.8P以内以内第82页/共96页第八十三页，共97页。2、高强度螺栓的抗拉连接、高强度螺
27、栓的抗拉连接(linji)计算计算 抗拉承载力抗拉承载力bt0.8NP 轴心(zhu xn)拉力的螺栓数：bt/0.8nNNNP 弯矩作用(zuyng)时：第83页/共96页第八十四页，共97页。承载力极限(jxin)状态：板不被拉开时，中和轴在螺栓群形心处；板可被拉开时，与普通螺栓一样，中和轴在M指向的 第一排螺栓处M211/()0.8iNMymyP第84页/共96页第八十五页，共97页。5 同时承受剪力和拉力的高强度螺栓连接(linji)计算1、高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓摩擦型连接(linji)由于外拉力的作用，板件间的挤压力降低；由于外拉力的作用，板件间的挤压力降低；每个螺栓的抗剪
28、承载力也随之减少；每个螺栓的抗剪承载力也随之减少；抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低。抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低。 vtbbvt1NNNN2、高强度螺栓、高强度螺栓(lushun)承压型连接承压型连接22vtbbvt()()1NNNNbvc/1.2NN且 当剪切面在螺纹处时，取 b2bvev/ 4Ndf第85页/共96页第八十六页，共97页。 叠放板材(bn ci)的弯曲变形8 焊接(hnji)梁翼缘焊缝的计算第86页/共96页第八十七页，共97页。 无局部压应力(yngl)时的梁翼缘焊缝受力11x w/()VSI tH1w1x ww1x1/()/TtVSI ttVSI 第87
29、页/共96页第八十八页，共97页。wfhe1fxf/(21)/(1.4)ThVSh Ifwf1fx/(1.4)hVSfI焊缝(hn fn)受力： 焊脚尺寸(ch cun)： 双层翼缘板时的焊缝(hn fn)受力第88页/共96页第八十九页，共97页。 有局部(jb)压应力时的梁翼缘焊缝受力vcwww zz11FFTttt ll vfef z211.4TFhh l22wffff/f则 221fwff zx11.4FVShflI焊脚尺寸(ch cun)为： 第89页/共96页第九十页，共97页。 功能： 将柱子内力可靠地传给基础； 和基础有牢固连接； 尽可能符合(fh)计算简图。 连接方式： 铰接
30、：支承式 刚接：支承式(外露式) 埋入式(插入式) 外包式 9 柱脚(zh jio)设计第90页/共96页第九十一页，共97页。1 轴心(zhu xn)受压柱的柱脚1、柱脚的型式、柱脚的型式(xn sh)和构造和构造 (a) 轴承(zhuchng)式铰接柱脚；(b)、(c) 平板式铰接柱脚 第91页/共96页第九十二页，共97页。刚接柱脚(zh jio) 第92页/共96页第九十三页，共97页。2、轴心、轴心(zhu xn)受压柱脚的计算受压柱脚的计算 内容：确定底板的尺寸、靴梁的尺寸及它们之间的连接焊缝。内容：确定底板的尺寸、靴梁的尺寸及它们之间的连接焊缝。(1) 底板计算底板计算 底板平面
31、尺寸底板平面尺寸A=N/fcc底板中如有锚栓孔，底板中如有锚栓孔，A中应包含锚栓孔面积中应包含锚栓孔面积A0。B=b+2t+2cc取取210cm，且使，且使B为整数。为整数。L=A/Bq=N/(BL-A0)第93页/共96页第九十四页，共97页。 底板厚度 底板厚度由板抗弯强度决定(judng)。地板被分为四边支承板、三 边支承板和悬臂板。 M4=qa2 四边简支板的弯矩系数b/a1.01.11.21.31.41.51.60.0480.0550.0630.0690.0750.0810.086b/a1.71.81.92.03.04.00.0910.0950.0990.1010.1190.125M
32、3=qa12b1/a10.30.40.50.60.70.80.91.01.21.40.026 0.042 0.058 0.072 0.085 0.092 0.104 0.111 0.125 0.125第94页/共96页第九十五页，共97页。M1=qc2/2则max6/tMf底板的厚度一般(ybn)在20mm40mm之间，不宜小于14mm。(2) 靴梁计算(j sun) 厚度与被连接的柱子翼缘大致相同，高度由连接柱所需要的焊缝确定。 二块靴梁板承受的最大弯矩： M=qBl2/2 二块靴梁板承受的最大剪力： V=qBl(3) 隔板计算(j sun) 厚度不小于长度的1/50，受力取阴影部分基础反力。第95页/共96页第九十六页，共97页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第96页/共96页第九十七页，共97页。