第8章-钢结构设计原理-钢结构的连接课件.ppt

第 8 章 钢结构的连接,主要内容：钢结构的连接方式焊接连接的特性对接焊缝、角焊缝的构造和计算焊接应力和焊接变形普通螺栓连接、高强螺栓连接的构造和计算重点：角焊缝的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算高强螺栓连接的构造和计算,第 8 章 钢结构的连接,8.1 钢结构的连接方式8.2 焊接连接的特性8.3 对接焊缝的构造与计算8.4 角焊缝的构造和计算8.5 焊接应力和焊接变形8.6 普通螺栓连接的构造与计算8.7 高强度螺栓连接的构造与计算,钢结构连接的作用及设计要求,连接的作用：(1)制作加工钢板或型钢加工成构件；(2)施工安装构件组成结构，钢结构与其它构件连接。,连接的设计要求：足够的强度、刚度和延性。(1)连接设计应与结构内力分析时的假定一致。(2)结构的荷载、内力组合应能提供连接的最不利受力工况。(3)连接应避免严重的应力集中。(4)连接计算模型应考虑不同零件间的变形协调。(5)连接节点应尽量避免偏心，否则应考虑偏心影响。(6)避免结构内产生过大的残余应力，以及焊缝过度集中。(7)应尽量避免厚钢板沿厚度方向受力引起的层间撕裂。(8)便于制作、安装，综合造价低。,8.1 钢结构的连接方式,8.1 钢结构的连接方式,常用连接方法：焊接、铆接和螺栓连接,其它连接方法还有：射钉连接、自攻螺钉连接(薄板连接)、焊钉连接(钢混凝土连接)、化学连接(结构胶或胶泥连接),8.1 钢结构的连接方式,焊接连接钢结构最主要的连接方法。优点：构造简单、加工方便、密封性好、刚度大。缺点：高温热脆、低温冷脆、残余应力及残余变形对结构有不利影响。适应范围：除直接承受动载的连接外，广泛应用于房建及桥梁钢结构。,铆钉连接优点：塑性、韧性较好，传力可靠，易于质量检查。缺点：构造复杂，用钢量多。适应范围：直接承受动载结构的连接，目前已很少采用。,8.1 钢结构的连接方式,螺栓连接(1)普通螺栓连接 连接强度与材质、螺栓及螺栓孔的加工精度有关。分A、B、C三级：A、B级：精制螺栓 8.8级或5.6级(45#或35#钢)I类孔(误差0.180.25mm)传递剪力性能较好、变形小，但价格高，目前很少使用 C级：粗制螺栓 4.8级或4.6级(Q235钢)II类孔(误差1.01.5mm)传递剪力时滑移较大，但传递拉力性能较好，广泛用于 承受拉力的安装、不重要或临时固定安装。,级别代号：小数点前的数字为螺栓材料热处理后的最低抗拉强度(100)、小数点后的数字为材料的屈强比。,8.1 钢结构的连接方式,(2)高强螺栓连接螺杆将产生很大的预应力。有8.8级(45#或35#碳素钢)和10.9级(40B、35VB、20MnTiB合金钢)两级。,摩擦型连接：只利用摩擦力阻止滑移达到传力的目的。在大型桥梁、高层钢结构及其它直接承受动载的重型钢 结构中广泛应用。,承压型连接：初期由摩擦力、后期靠螺杆抗剪和承压传力。承载能力比摩擦型高。仅用于静载及间接动载结构的连接。,8.2 焊接连接的特性,8.2.1 焊接方法8.2.2 焊缝连接形式8.2.3 焊缝结构的优缺点8.2.4 焊缝代号（补充）,8.2.1 焊接方法,1.电弧焊利用通电后焊接材料(焊条或焊丝)和焊件之间产生电弧，熔化焊接材料 形成焊缝。手工电弧焊；自动(半自动)埋弧焊；CO2气体保护焊。,Q235H08、H08A、H08MnA等焊丝Q345/390/420H08A、H08E、H08Mn、H08MnA、H10Mn2等焊丝,Q235E43型焊条；Q345E50型焊条Q390E55型焊条；Q420E55型焊条,8.2.1 焊接方法,1.电弧焊,手工电弧焊,自动埋弧焊,半自动埋弧焊,8.2.1 焊接方法,2.电渣焊利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化填充金属和母材，凝固后形成连接的焊接方法。,3.电阻焊利用电流通过待连接焊件表面产生的热量融化金属、并用压力使之熔合。,4.气焊利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰融化焊条形成焊缝。,8.2.2 焊缝连接形式,1.按构件的相对位置分 平接 搭接 顶接,2.按构造分,对接焊缝作用力方向：直缝、斜缝,角焊缝,作用力方向：侧缝、端缝,布置连续性：连续、断续焊缝,对接焊缝,对接焊缝,角焊缝,8.2.2 焊缝连接形式,1.按构件的相对位置分 平接 搭接 顶接,2.按构造分,对接焊缝作用力方向：直缝、斜缝,角焊缝,作用力方向：侧缝、端缝,布置连续性：连续、断续焊缝,对接焊缝,对接焊缝,角焊缝,8.2.2 焊缝连接形式,3.按施焊位置分 俯焊 立焊 横焊 仰焊,母材和焊接材料与母材等强或与低强度母材等强。,8.2.3 焊缝结构的优缺点,优点：工厂焊接时工作效率高，节省材料，无需钻孔、截面无削弱 设计灵活，适用面广 密闭性好，整体性强，刚度大缺点：有焊接残余应力和焊接变形，影响刚度、稳定和疲劳强度 焊接热影响区材料变脆 整体性使得裂纹易于在相连材料间扩展,8.2.4 焊缝代号（补充）,作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求表示方法：由图形符号、尺寸、（辅助符号）和引出线等部分组成参考焊缝符号表示方法(GB324-88)、建筑结构制图标准(GB/T50105-2001),单面焊缝的标注方法：,双面焊缝的标注方法：,8.2.4 焊缝代号（补充）,其它焊缝的标注方法：,8.3 对接焊缝的构造与计算,8.3.1 对接焊缝的构造8.3.2 对接焊缝的强度8.3.3 对接焊缝的计算,8.3.1 对接焊缝的构造,对接焊缝的形式：,对接焊缝引弧板：,8.3.1 对接焊缝的构造,厚板单面焊接时根部加垫板：,变厚度、变宽度过渡：,8.3.2 对接焊缝的强度,要求：焊缝的强度不低于母材的强度。焊缝缺陷的存在，将影响焊缝的强度。焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、焊瘤等,焊缝质量检查(补充),钢结构设计规范(GB50017-2003)第7.1.1条钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)第5.2.4条,焊缝质量检查分三级：三级焊缝：外观检查；二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，用超声波检验每条 焊缝的20长度，且不小于200mm；如：须进行疲劳验算的构件中，作用力垂直于焊缝长度方向且承受压力的横向对接焊缝或T型对接与角接组合焊缝、作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝等 一级焊缝：在外观检查的基础上，用超声波检验每条焊缝的全部长 度，以便揭示焊缝内部缺陷。如：须进行疲劳验算的构件中，作用力垂直于焊缝长度方向且承受拉力的横向对接焊缝或T型对接与角接组合焊缝等,8.3.3 对接焊缝的计算,1.轴心受力的对接焊缝的计算,2.斜向受力的对接焊缝的计算,8.3.3 对接焊缝的计算,3.受剪力作用的对接焊缝的计算,对于梁柱节点牛腿，假定剪力由腹板承担：,8.3.3 对接焊缝的计算,4.弯矩和剪力的对接焊缝的计算,弯矩最大正应力(A点),剪力最大剪应力(C点),对于工字形、箱形构件，尚需计算腹板与翼缘交接处B的折算应力：,8.3.3 对接焊缝的计算,5.轴力、弯矩和剪力的对接焊缝的计算,对于工字形、箱形构件，尚需计算腹板与翼缘交接处的折算应力：,8.4 角焊缝的构造和计算,8.4.1 角焊缝的构造8.4.2 角焊缝的受力特点及强度8.4.3 角焊缝的计算8.4.4 部分焊透对接焊缝的计算,8.4.1 角焊缝的构造,角焊缝的分类：,直角焊缝,斜角焊缝,普通焊缝,平坡焊缝,深熔焊缝,8.4.1 角焊缝的构造,焊脚尺寸：焊缝根角到焊缝外边的尺寸,防止过快收缩开裂,防止薄板烧穿,自动焊：,T型单面焊：,其它：,t、t分别为厚板、薄板的厚度,焊缝长度：,端面角焊缝：lw8hf，且40mm,侧面角焊缝：lw8hf，且40mm，但lw60hf；侧缝间距宜lw,且宜16t(t12mm)或190mm(t12mm),焊缝太短局部加热严重；侧焊缝太长因应力不均引起局部先坏,8.4.1 角焊缝的构造,其它构造要求：,动载结构中，端缝宜为1:1.5的平坡焊缝，侧缝宜为1:1的普通焊缝；直角焊缝宜为直线形或凹形，如深熔焊缝。,侧焊缝、L形围焊、三面围焊的转角应连续施焊，且加焊长度为2hf。,常见角焊缝标注：,8.4.2 角焊缝的受力特点及强度,1.焊缝的破坏面,焊缝有效厚度he：沿焊脚/2面破坏。有效截面=角焊缝破坏面(最小截面)直角角焊缝he:,斜角角焊缝he:,8.4.2 角焊缝的受力特点及强度,2.角焊缝破坏面上的应力,采用与母材相同的公式表示角焊缝在复杂应力作用下的强度条件：,8.4.2 角焊缝的受力特点及强度,端缝焊缝根部产生应力集中，出现裂缝，再扩及整个焊缝截面断裂,3.角焊缝的强度,侧缝应力沿长度分布不均，分散性较大，计算复杂,8.4.2 角焊缝的受力特点及强度,4.实用计算方法,垂直于焊缝长度方向的Ny，沿焊缝长度产生平均应力f:,分解,平行于焊缝长度方向的Nx，沿焊缝长度产生平均剪应力f：,8.4.2 角焊缝的受力特点及强度,4.实用计算方法,8.4.3 角焊缝的计算,1.轴心力(拉力、压力和剪力)作用下角焊缝的计算,8.4.3 角焊缝的计算,2.轴心力作用下，角钢与其它构件连接的角焊缝计算,平行焊接角钢：,8.4.3 角焊缝的计算,2.轴心力作用下，角钢与其它构件连接的角焊缝计算,角钢三面围焊：,确定端缝hf3并计算N3，则：,角钢L形围焊：,令N20进行焊缝内力和强度计算：,讨论：三面围焊钢板焊缝强度如何计算？,8.4.3 角焊缝的计算,3.在弯矩(或扭矩)、轴力和剪力共同作用下的角焊缝计算,计算原则：,首先求单独外力作用下角焊缝的应力，并判定是端缝(f)受力，还 是侧缝(f)受力。,根据单独外力作用下产生的应力分布情况判断焊缝最危险点，进 行该点在各种外力作用下的焊缝应力叠加。,轴力N作用下，焊缝有效截面(Af)上产生均匀应力：fN(端缝)、fN(侧缝)：,剪力V作用下，焊缝受剪截面(Af)上产生均匀应力：fV(端缝)、fV(侧缝)：,8.4.3 角焊缝的计算,弯矩M作用下，焊缝应力按三角形分布：,扭矩Mr作用时，假定：被连接钢板为刚性，焊缝发生弹性变形。焊缝上任一点应力的指向 与焊缝群形心的连线垂直，大小与连线长度正比，即:,8.4.3 角焊缝的计算,弯矩M作用下，焊缝应力按三角形分布：,扭矩Mr作用时，,应力表达式：,8.4.3 角焊缝的计算,(1)梁柱连接节点,N作用下，端缝受力：,V作用下，侧缝受力(仅考虑腹板受剪)：,M作用下，端缝受力(a、b点)：,8.4.3 角焊缝的计算,(1)梁柱连接节点,验算焊缝危险点a：,验算焊缝危险点b：,8.4.3 角焊缝的计算,(2)柱的牛腿节点,N作用下，a点-侧缝受力，b点-端缝受力：,V作用下，a点-端缝受力，b点-侧缝受力：,8.4.3 角焊缝的计算,(2)柱的牛腿节点,扭矩M作用下，a、b点应力：,8.4.3 角焊缝的计算,(2)柱的牛腿节点,验算焊缝危险点a：,验算焊缝危险点b：,8.4.4 部分焊透对接焊缝的计算,可按角焊缝进行计算，但应注意两点：在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，f=1.22；其它，f=1.0。有效厚度应取为：,对接焊缝与角焊缝的比较,8.5 焊接应力和焊接变形,8.5.1 焊接应力的产生原因和对钢结构的影响8.5.2 焊接变形的产生和防止,8.5.1 焊接应力的产生原因和对钢结构的影响,施焊使焊件产生不均匀温度场，焊缝附近高温处钢材膨胀最大，稍远处膨胀较小，膨胀大的区域受到周围膨胀小的区域限制，产生热塑性压缩。,1.纵向焊接应力沿焊缝长度方向的应力,焊接残余应力：在无外界约束条件下，焊件在施焊过程中及冷却过程中因不均匀加热和冷却而在焊件中产生的自相平衡的拉、压应力。,8.5.1 焊接应力的产生原因和对钢结构的影响,冷却时钢材收缩，焊缝区收缩受到两侧钢材的限制而产生纵向拉应力，两侧因中间焊缝收缩而产生纵向压应力。,1.纵向焊接应力沿焊缝长度方向的应力,焊接残余应力：在无外界约束条件下，焊件在施焊过程中及冷却过程中因不均匀加热和冷却而在焊件中产生的自相平衡的拉、压应力。,8.5.1 焊接应力的产生原因和对钢结构的影响,由两部分组成：焊缝纵向收缩，两钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，从而焊缝中 部产生横向拉应力，两端产生压应力(图a)。施焊过程中先后冷却时间不同，先焊部分会阻止后焊部分的横向自由膨胀，使其产生横向压缩变形。最终因三部分的杠杆作用，导致后焊部分收缩而受拉，先焊部分因杠杆作用也受拉，中间部分受压(图b)。,2.横向焊接应力垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力,8.5.1 焊接应力的产生原因和对钢结构的影响,由两部分组成：焊缝纵向收缩，两钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，从而焊缝中 部产生横向拉应力，两端产生压应力(图a)。施焊过程中先后冷却时间不同，先焊部分会阻止后焊部分的横向自由膨胀，使其产生横向压缩变形。最终因三部分的杠杆作用，导致后焊部分收缩而受拉，先焊部分因杠杆作用也受拉，中间部分受压(图b)。,2.横向焊接应力垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力,不同的施焊方向和先后次序，也会影响横向焊接应力的分布。,8.5.1 焊接应力的产生原因和对钢结构的影响,厚钢板需分层施焊，因冷却不同形成中间焊缝受拉，四周受压的状态，导致焊缝处于三向应力状态。,3.厚度方向焊接应力垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力,4.焊接应力的影响,(1)对结构静力强度的影响：,焊接残余应力是自相平衡内力，截面将发生弹塑性应力重分布，直到全截面达到屈服点为止 残余应力不影响结构静力强度,8.5.1 焊接应力的产生原因和对钢结构的影响,理论分析：,因焊接应力为自相平衡应力：,无焊接应力时，承载力为：,有焊接应力时，承载力为：,相等,8.5.1 焊接应力的产生原因和对钢结构的影响,(2)对结构刚度的影响：,残余应力使截面提前进入塑性区，减少相应的有效承载截面面积，使结构变形增大 残余应力降低结构的刚度,(3)对压杆稳定的影响：,残余应力使部分截面提前进入塑性状态，压杆的弹性区减少，挠曲刚度随之减少 残余应力降低压杆的稳定,(4)对疲劳强度的影响：,焊缝中存在三向残余应力，阻碍了塑性变形，使裂纹容易发生和发展，加速构件的脆性破坏和疲劳破坏 残余应力对疲劳强度产生不利影响,8.5.2 焊接变形的产生和防止,合理的施焊次序：分段、分层、分块或对角施焊。尽可能采用对称焊缝，并避免焊缝厚度过大。施焊前使构件有一个与焊接变形相反的预变形。对于小尺寸焊件，焊前预热、焊后回火或锤击，可消除焊接应力。,减少焊接变形和焊接应力的方法：,在焊接过程中，由于焊区的收缩变形，使构件产生焊接残余变形，如纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。,8.6 普通螺栓连接的构造与计算,8.6.1 螺栓的排列与构造要求8.6.2 普通螺栓的工作性能8.6.3 剪力螺栓群的计算8.6.4 拉力螺栓群的计算8.6.5 剪拉螺栓群的计算,普通螺栓类型,根据材质、螺栓及螺栓孔加工精度分为A、B、C三级：A、B级：精制螺栓8.8级或5.6级(45#或35#钢)I类孔：孔壁粗糙度小，孔径偏差允许+0.25mm 传递剪力性能较好、变形小，但价格高，目前很少使用。C级：粗制螺栓4.8级或4.6级(Q235钢)II类孔：孔壁粗糙度小，孔径偏差允许+1.5mm 传递剪力时滑移较大，但传递拉力性能较好，广泛用于承 受拉力的安装、不重要或临时固定安装。,8.6.1 螺栓的排列与构造要求,并列与错列：线距与栓距：边距与端距：不同螺栓排列方式与钢构件的净截面计算：,讨论：采用错列排列的原因？,8.6.1 螺栓的排列与构造要求,螺栓容许间距的规定：P246 表8-2，以螺栓孔径为基数,8.6.1 螺栓的排列与构造要求,受力要求：端距不应小于2d0，防止钢板端部剪断；受拉时，栓距和线距不应过小，防止截面削弱过多；受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大，防止压曲。,满足要求：,8.6.1 螺栓的排列与构造要求,满足要求：,构造要求：栓距和线距不宜过大，防潮、防锈蚀。施工要求：有一定的施工空间。,8.6.1 螺栓的排列与构造要求,型钢上的螺栓排列规定见p247的图854和表8-38-5。,8.6.2 普通螺栓的工作性能,1.剪力螺栓的工作性能,工作机理：见图8-56。,8.6.2 普通螺栓的工作性能,破坏模式：螺栓杆被剪断：栓杆直径较小而构件厚度相对较大时强度计算来保证。,钢板孔壁挤压破坏：栓杆直径较大而构件厚度相对较小时强度计算来保证。,8.6.2 普通螺栓的工作性能,破坏模式：,构件钢板被拉断：构件由于截面开孔削弱过多而破坏强度计算来保证。,钢板端部被剪坏：钢板由于端部第一排螺栓的端距太小而被剪坏 保证端距2d0。（构造保证）,8.6.2 普通螺栓的工作性能,破坏模式：,螺杆弯曲破坏：由于钢板太厚而螺杆直径太小太长，产生过大的弯曲变形而破坏 保证螺杆长度5d。（构造保证）,8.6.2 普通螺栓的工作性能,单个抗剪螺栓承载力计算：,抗剪承载力设计值：,承压承载力设计值：,单个抗剪螺栓的承载力设计值：,nv每个螺栓的剪面数；t 同一受力方向承压构件的较小厚度。,?,8.6.2 普通螺栓的工作性能,2.拉力螺栓的工作性能,工作机理：被连接钢板接触面脱开，螺栓受拉 螺栓被拉断而破坏。,8.6.2 普通螺栓的工作性能,2.拉力螺栓的工作性能,撬力的概念,传力路线：构件A的拉力T 剪力螺栓角钢B拉力螺栓 钢板C。角钢刚度对螺栓拉力的影响：杠杆作用产生撬力V。,8.6.2 普通螺栓的工作性能,2.拉力螺栓的工作性能,减少撬力的措施：降低螺栓的抗拉强度设计值ftb。增加角钢的刚度：设加劲肋或增加角钢厚度。,8.6.2 普通螺栓的工作性能,2.拉力螺栓的工作性能,单个抗拉螺栓承载力计算：,8.6.3 剪力螺栓群的计算,1.在轴向力作用下的计算,计算假定：所有螺栓受力相等。确定需要的螺栓数目：,其中,8.6.3 剪力螺栓群的计算,同时进行构件净截面强度验算：包括主板和拼接板的验算。原因：螺栓孔削弱了构件截面。验算截面：I-I截面、II-II截面；验算时应扣除螺栓孔的面积。,净截面强度验算公式：,1.在轴向力作用下的计算,8.6.3 剪力螺栓群的计算,2.在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算,螺栓群在通过其形心的剪力V和轴力N作用下，每个螺栓受力相同，即：,螺栓群在扭矩M作用下，假定：连接构件绝对刚性，而螺栓为弹性；各螺栓绕螺栓群形心旋转，其受力大小与其至螺栓群形心的距离成正比，方向与其到形心的连线相垂直。,8.6.3 剪力螺栓群的计算,2.在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算,平衡条件：,根据假定：,8.6.3 剪力螺栓群的计算,2.在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算,在扭矩M、剪力V和轴力N共同作用下，螺栓1受力应满足：,N1M 离形心最远，受力最大，进一步分解：,8.6.3 剪力螺栓群的计算,2.在扭矩、剪力和轴力共同作用下的计算,当x13y1时，近似取yi0，则上式简化为：,当y13x1时，近似取xi0，则上式简化为：,8.6.4 拉力螺栓群的计算,1.在轴力作用下的计算 假定：N通过螺栓群形心假定所有拉力螺栓受力相等。所需的螺栓数目为：,8.6.4 拉力螺栓群的计算,2.在弯矩和轴力作用下的计算(分两种情况考虑),最大受力螺栓应满足：,螺栓群的最大和最小螺栓受力为：,当M/N较小，所有螺栓受拉时：构件B绕形心轴O转动(图b)在M、N作用下，螺栓受力为：,8.6.4 拉力螺栓群的计算,当M/N较大时：螺栓部分受拉，部分受压。,在弯矩作用下，构件B绕A点(底排螺栓)转动，即假定中和轴在最下排螺栓处。最大受力螺栓应满足：,2.在弯矩和轴力作用下的计算(分两种情况考虑),8.6.5 剪拉螺栓群的计算,对于M、N和V共同作用的螺栓群：当设支托承受剪力V时，螺栓只承受M和N所引起的拉力，可按拉力螺栓 进行计算(图a)。,当不设支托时，螺栓不但承受由M和N所引起的拉力，还承受由V引起的剪力(图b)。验算公式：,8.7 高强度螺栓连接的构造与计算,8.7.1 高强度螺栓的工作性能8.7.2 高强度螺栓摩擦型连接的抗剪计算8.7.3 高强度螺栓摩擦型连接的抗拉计算8.7.4 高强度螺栓摩擦型连接，同时承受剪力和拉力的计算8.7.5 高强度螺栓承压型连接的计算,8.7.1 高强度螺栓的工作性能,高强度螺栓的杆身、螺帽和垫片均由高强钢材制成。按材料强度分成8.8级(45#或35#碳素钢)和10.9级(40B、35VB、20MnTiB合金钢)两级。按照剪力传递的方式分为摩擦型和承压型两种；在外力作用下，螺栓可以承受剪力和拉力。螺栓的排列要求与普通螺栓相同，螺孔直径比螺杆直径大11.5mm(承压型连接)或1.52mm(摩擦型连接)。影响高强度螺栓承载力的因素有：栓杆预拉力 连接表面抗滑移系数 钢材种类和普通螺栓比较，承载力高，变形小，传力可靠，多用于主承重受力构件连接。,8.7.1 高强度螺栓的工作性能,高强度螺栓的紧固方法 高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。有扭矩法、转角法和剪扭法三种方法，分初拧和终拧两步完成，保证受力均匀。,扭矩法：专用扭矩扳手，标定预拉力和扭矩之间的关系，通过施加一定 扭矩达到预拉力，如大六角螺栓。,转角法：手动扳手初拧后，再转动一定角度达到预拉力，不准确性较 大，每天需标定扳手，如大六角螺栓。（目前很少采用）,8.7.1 高强度螺栓的工作性能,高强度螺栓的紧固方法 高强度螺栓的预拉力是通过拧紧螺帽实现的。有扭矩法、转角法和剪扭法三种方法，分初拧和终拧两步完成，保证受力均匀。,扭剪法：扭剪型螺栓，特制电动扳手，以扭断梅花头为标志，准确可靠，易检查，成本高。,8.7.1 高强度螺栓的工作性能,1.高强度螺栓摩擦型连接的抗剪工作性能螺杆拧紧时产生的预拉力压紧构件接触面，靠接触面的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的。与普通螺栓连接的区别：完全不依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来传力。在大型桥梁、高层钢构及其它直接承受动载的重型钢结构中广泛应用。,8.7.1 高强度螺栓的工作性能,2.高强度螺栓承压型连接的抗剪工作性能 初期由摩擦力传力，当接触面的剪力超过摩擦力后，发生相对滑移，靠螺杆抗剪和承压传力。破坏模式与普通螺栓连接相同。承载能力、剪切变形比摩擦型高，仅用于静载及间接动载结构的连接。,8.7.1 高强度螺栓的工作性能,3.高强度螺栓连接的抗拉工作性能在外力作用下，抗拉螺栓首先要抵消接触面间因预拉力产生的挤压力。在挤压力克服之前，螺杆的预拉力基本保持不变。,在外力作用之前，因钢板刚度很大，挤压力C与预拉力P相平衡(左图)：,随着外力Nt的作用，螺栓拉力由P增至Pf，接触面上挤压力由C降至Cf(右图)，则,8.7.1 高强度螺栓的工作性能,3.高强度螺栓连接的抗拉工作性能,在外力Nt作用下，螺杆的伸长量应与构件压缩的恢复量相等。在钢板厚度长度内，螺栓与钢板的伸长量a、b分别为：,8.7.2 高强度螺栓摩擦型连接的抗剪计算,1.摩擦型连接中高强度螺栓抗剪承载力设计值,抗剪承载力与摩擦面的抗滑移系数和对钢板的预压力有关。,nf摩擦面数，单剪nf=1，双剪nf=2；摩擦面的抗滑移系数。P261表8-7，8-8。,一个高强度螺栓的抗剪承载力设计值为：,8.7.2 高强度螺栓摩擦型连接的抗剪计算,1.摩擦型连接中高强度螺栓抗剪承载力设计值,高强度螺栓预拉力P的取值：,问题：是否需要计算螺栓孔壁承压？为什么？,8.7.2 高强度螺栓摩擦型连接的抗剪计算,2.高强度螺栓群连接的计算,N通过螺栓群形心，每个螺栓的受力为：,(1)轴力作用下的计算：,构件净截面强度计算：连接钢板最危险截面在第一排螺栓孔处。因摩擦力作用，N已有一部分在孔前传 递，故该净截面上的拉力NN。假定第一排螺栓承担的内力已有50%在孔前摩擦面中传递，即孔前传力系数取0.5。则：,8.7.2 高强度螺栓摩擦型连接的抗剪计算,2.高强度螺栓群连接的计算,N通过螺栓群形心，每个螺栓的受力为：,(1)轴力作用下的计算：,构件净截面强度计算：连接钢板最危险截面在第一排螺栓孔处。因摩擦力作用，N已有一部分在孔前传 递，故该净截面上的拉力NN。,构件净截面强度计算：,8.7.2 高强度螺栓摩擦型连接的抗剪计算,2.高强度螺栓群连接的计算,(2)在扭矩、剪力和轴力作用下的计算：与普通螺栓连接计算类似。在扭矩M、剪力V和轴力N共同作 用下，螺栓1受力应满足：,8.7.2 高强度螺栓摩擦型连接的抗剪计算,2.高强度螺栓群连接的计算,(2)在扭矩、剪力和轴力作用下的计算：与普通螺栓连接计算类似。,当x13y1时，近似认为 yi0，则上式 简化为：,当y13x1时，近似认为xi0，则上式简化为：,8.7.3 高强度螺栓摩擦型连接的抗拉计算,1.摩擦型连接中高强度螺栓抗拉承载力设计值,试验表明：当外力过大时，螺栓将发生松弛现象，对抗拉性能不利，故,2.高强度螺栓群连接的计算(1)在轴力作用下的计算：假定每个螺栓的受力相等，则：,(2)在弯矩和轴力作用下的计算：在M作用下绕形心转动；在M和N作用下则：,在外拉力Nt作用下，接触面上挤压力变为(P-Nt)，同时摩擦系数下降。若假定摩擦系数不变，则适当提高Nt来考虑外力的影响。,1.摩擦型连接中高强度螺栓抗剪承载力设计值,2.同时承受拉力和剪力作用的高强度螺栓群连接的计算,在M、N作用下，螺栓承受拉力，在V作用下承受剪力，可分开计算。,8.7.4 高强度螺栓摩擦型连接，同时承受剪力和拉力的计算,2.同时承受拉力和剪力作用的高强度螺栓群连接的计算,8.7.4 高强度螺栓摩擦型连接，同时承受剪力和拉力的计算,在V作用下，螺栓群的抗剪计算为：,在M、N作用下，螺栓1承受的最大拉力为：,2.同时承受拉力和剪力作用的高强度螺栓群连接的计算,8.7.4 高强度螺栓摩擦型连接，同时承受剪力和拉力的计算,推导：,8.7.5 高强度螺栓承压型连接的计算,高强度承压型螺栓连接仅用于静载和间接动载的连接中。接触面可只作油污及浮锈清除处理。因间容许产生滑移，抗剪连接计算方法与普通螺栓相同。在受拉的承压型连接中，每个螺栓的抗拉承载力设计值为：,同时承受剪力和轴向拉力共同作用的承压型高强度螺栓,则：,本章小结,钢结构的连接方式：对接焊缝的构造与计算：作用工况：轴力、剪力、弯矩剪力、弯矩轴力剪力角焊缝的构造与计算：作用工况：轴力(拉、压、剪)、角钢与其它构件的连接计算、弯矩(或扭矩)轴力剪力焊接应力、焊接变形产生的原因及对结构的影响普通螺栓连接的构造与计算：抗剪螺栓、抗拉螺栓、拉剪螺栓高强螺栓连接的构造与计算：摩擦型连接的抗拉、抗剪计算 承压型连接计算,