1、第7章 钢结构的连接17.1 钢结构连接方法钢结构连接方法钢结构中所用的连接方法有：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接。最早出现的连接方法是螺栓连接，目前则以焊缝连接为主，高强度螺栓连接近年来发展迅速，使用越来越多，而铆钉连接已很少采用。焊缝连接是现代钢结构最主要的连接方式，它的优点是任何形状的结构都可用焊缝连接，构造简单。焊缝连接一般不需拼接材料，省钢省工，而且能实现自动化操作，生产效率较高。目前土木工程中焊接结构占绝对优势。但是，焊缝质量易受材料，操作的影响，因此对钢材材性要求较高。高强度钢更要有严格的焊接程序，焊缝质量要通过多种途径的检验来保证。27.2 焊接连接的特性焊接连接的特性7.2.1
2、 钢结构焊接方法1. 电弧焊电弧焊是利用通电后焊条和焊件之间产生的强大电弧提供热源，熔化焊条，使其滴落在焊件上被电弧吹成的小凹槽的熔池中，并与焊件熔化部分结成焊缠，将两焊件连接成一整体。电弧焊的焊缝质量比较可靠，是最常用的一种焊接方法。2. 电阻焊电阻焊利用电流通过焊件接触点表面产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。薄壁型钢的焊接常采用电阻焊。电阻焊适用于板叠厚度不超过12mm的焊接。3. 气焊气焊是利用乙炔在氧气中燃烧而形成的火焰来熔化焊条，形成焊缝。气焊用于薄钢板或小型结构中。 37.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式1. 焊缝连接形式焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可以分为对接、塔接、
3、T形连接和角部连接四种。2. 焊缝的形式对接焊缝一般焊透全厚度，但有时也可不焊透全厚度。47.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算1. 对接焊缝的构造对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件的厚度有关。当焊件厚度很小(手工焊6mm，自动埋弧焊10mm)时，可用直边缝。对于一般厚度的焊件可采用具有斜坡口的单边V形或V形焊缝。斜坡口和根部间隙c共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；钝边p有托住熔化金属的作用。 52. 对接焊缝的计算由于对接焊缝是焊接截面的组成部分，焊缝中的应力分布情况基本上与焊件原来的情况相同，故计算方法与构件的强度计算一样。67.4 角焊
4、缝的构造和计算角焊缝的构造和计算7.4.1 角焊缝的形式和构造要求1. 角焊缝的形式角焊缝按其与作用力的关系可分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝。正面角焊缝的焊缝与作用力垂直；侧面角焊缝的焊缝长度方向与作用力平行；斜焊缝的焊缝长度方向与作用力方向斜交。角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。72. 角焊缝的构造要求(1) 最小焊角尺寸。 (2) 最大焊脚尺寸。 (3) 角焊缝的最小计算长度。 (4) 侧面角焊缝的最大计算长度。(5) 搭接连接的构造要求。 (6) 减小角焊缝应力集中的措施。 87.4.2 角焊缝的受力特点及强度1. 焊缝破坏面及应力分布不论端缝或侧缝，角焊缝假定沿焊脚
5、面破坏。 为焊脚边的夹角。破坏面上焊缝厚度称为有效厚度 。 2. 直角角焊缝的计算1) 直角角焊缝强度计算的基本公式2) 轴心力作用的角焊缝连接计算3) 轴心力作用下，角钢与其他构件连接的角焊缝计算。 97.4.3 不焊透对接焊缝的计算不焊透的对接焊缝的工作情况与角焊缝有些类似，故规定按角焊缝进行计算。计算时注意两点：(1) 取 ；(2) 有效厚度应取为 对V形坡口当时 ， ； 当时 ， 。 对U、J形坡口 。 不得小于 ，为坡口所在焊件的较大原度(单位为mm)。s为坡口根部至焊缝表面(不考虑全高)的最短距离。107.5 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形 7.5.1 焊接应力的分类和产生原
6、因钢结构在焊接过程中，局部区域受到高温作用，焊接中心处可达1600以上。不均匀的加热和冷却，使构件产生焊接变形。同时，高温部分钢材在高温时的体积膨胀以及在冷却时的体积收缩均受到周围低温部分钢材的约束而不能自由变形，从而产生焊接应力。焊接应力根据应力方向与钢板长度方向以及钢板表面的关系可分为纵向应力、横向应力和厚度方向应力。其中纵向应力是沿焊缝长度方向的应力，横向应力是垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力，厚度方向应力则是垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。117.5.2 焊接应力对结构性能的影响虽然在常温和静载作用下，焊接应力对构件的强度没有什么影响，但对其刚度则有影响。由于焊缝中存
7、在三向应力，阻碍了塑性交形，使裂缝易发生和发展，因此焊接应力将使疲劳强度降低。此外，焊接应力还会降低压杆稳定性和使构件提前进入塑性工作阶段。降低或消除焊缝中的残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施。同时焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显得不利影响。127.5.3 焊接变形在焊接过程中，由于不均匀加热和冷却，焊接区在纵向和横向收缩时，势必导致构件产生局部鼓曲、弯曲、歪曲和扭转等。焊接变形包括纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合。任一焊接变形超过规定时，必须进行校正，以免影响构件在正常使用条件下的承载能力。137.5.4 减少焊接应力和焊接变形的措施(
8、1) 采取适当的焊接次序和方向 (2) 尽可能采用对称焊缝，连接过渡尽可能平滑，避免出现截面突变，并在保证安全的前提下，避免焊缝厚度过大。 147.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓分为A、B级和C级。A、B级普通螺栓习称精制螺栓，其材料性能属于8.8级，一般由优质碳素钢中的45号钢和35号钢制成，其孔径和杆径相等。C级普通螺栓习称粗制螺栓，性能等级属于4.6级和4.8级，一般由普通碳素钢Q235BF钢制成，其制作精度和螺栓的允许偏差、孔壁表面粗糙度等要求都比A、B级普通螺栓为低。C级普通螺栓的螺杆直径较螺孔直径小1.0mm1.5mm，受剪时工作性能较差，在螺栓群中各
9、螺栓所受剪力也不均匀，因此适用于承受拉力的连接中。 157.6.1 螺栓的排列和构造要求螺栓在构件上的排列应符合最小距离要求，以便用扳手拧紧螺母时有一定的空间，并避免受力时钢板在孔之间以及孔与板端、板边之间发生剪断、截面过分削弱等现象。螺栓在构件上的排列也应符合最大距离要求，以避免受压时被连接的板件间发生张口、鼓出或被连接的构件因接触面不够紧密，潮气进入缝隙而产生腐蚀等现象。 167.6.2 普通螺栓的工作性能和计算1. 普通螺栓的抗剪连接(1) 抗剪螺栓的工作性能。剪力螺栓连接在受力以后，当外力并不大时，由构件间的摩擦力来传递外力。 (2) 单个普通螺栓的抗剪承载力。普通螺栓连接的抗剪承载力
10、，应考虑螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况。 2. 普通螺栓群抗剪连接计算(1) 在轴向力作用下的计算。(2) 在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算。 (3) 钢板净截面强度验算。 173. 普通螺栓的抗拉连接在受拉螺栓连接中，外力将被连接构件的接触面互相脱开而使螺栓受拉，最后螺栓被拉断而破坏。 4. 单个螺栓的抗拉承载力单个拉力螺栓承载力设计值为5. 拉力螺栓群的计算(1) 螺栓群的轴心受拉。 (2) 螺栓群的弯矩受拉。 (3) 螺栓群的偏心受拉。 186. 普通螺栓受剪力和拉力的联合作用承受剪力和偏心拉力联合作用的普通螺栓应考虑两种破坏形式：一是螺栓受剪兼受拉破坏；二是孔壁承压破坏。当剪-拉螺栓群
11、下设支托时，可认为剪力由支托承受，螺栓只承受弯矩和轴力引起的拉力。当剪-拉螺栓群下不设支托时，螺栓不仅受拉力，还承受由剪力V引起的剪力Nv。197.6.3 高强度螺栓连接的工作性能和计算1. 高强度螺栓连接的工作性能高强度螺栓的杆身、螺帽和垫圈都要用抗拉强度很高的钢材制作。螺杆一般采用45号钢或40硼钢制成，螺母和垫圈用45号钢制成，且都要经过热处理以提高其强度。现在工程中已逐渐采用20锰钛硼钢作为高强度螺栓的专用钢。高强度螺栓有摩擦型和承压型两种。在外力作用下，螺栓承受剪力或拉力。202. 高强度螺栓抗剪连接的工作性能高强度螺栓摩擦型连接。高强度螺栓安装时将螺栓拧紧，使螺杆产生很大的预拉力，
12、而被连接板件间则产生很大的预压力。连接受力后，接触面产生的摩擦力阻止板件的相互滑移，以达到传递外力的目的。高强度螺栓摩擦型连接与普通螺栓连接的重要区别，就是完全不靠螺杆的抗剪和孔壁的承压来传力，而是靠钢板间接触面的摩擦力 传力。213. 高强度螺栓抗拉连接的工作性能高强度螺栓连接由于预拉力作用，构件间在承受外力作用前已经有较大的挤压力，高强度螺栓受到外拉力作用时，首先要抵消这种挤压力，在克服挤压力之前，螺杆的预拉力基本不变。4. 高强度螺栓同时承受剪力和外拉力连接的工作性能(1) 高强度螺栓摩擦型连接。 (2) 高强度螺栓承压型连接。 5. 高强度螺栓连接的计算(1) 高强度螺栓群的抗剪计算轴心力作用时。 (2) 扭矩或扭矩、剪力共同作用时。计算方法同普通螺栓相同，只是应采用高强度螺栓的承载力设计值进行计算。6. 高强度螺栓群的抗拉计算22
