第5章钢结构连接课件.ppt
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1、钢结构施工与验收,土木建筑工程学院,第5章 钢结构连接,钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接(connections)构成的,各构件再通过安装连接架构成整个结构。在进行连接的设计时,必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。钢结构的连接方法可分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接以及轻型钢结构用的紧固件连接等。,(a)焊缝连接;(b)铆钉连接;(c)螺栓连接;(d)紧固件连接钢结构的连接方法,目前以焊接连接应用最为广泛,螺栓其次。铆钉连接由于费工费料,在建筑结构中基本已经不采用。,螺栓连接分普通螺栓连接(bolted connections)和高强度螺栓连接(high-stre
2、ngth bolted connections)两种。一、普通螺栓连接普通螺栓连接的连接件包括螺栓杆、螺母和垫圈。,任务一 螺栓连接,(一)基本知识 1普通螺栓(1)螺栓按照性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等十个等级。小数点前的数字表示螺栓材料的最低抗拉强度fu,4即为400N/mm2;小数点及后面的数字(0.6、0.8等)则表示材料的屈强比。,(2)螺栓的代号用字母M与公称直径的毫米数表示,如M16、M18等,常用的螺栓是M16,M20和M24。(3)普通螺栓按产品质量和制作公差的不同,分为A级和B级(精制螺栓)、C级(粗制螺栓)。
3、钢结构用连接螺栓,除特殊注明外,一般即为普通粗制C级螺栓。,六角头螺栓,沉头螺栓,地脚螺栓,双头螺栓,2螺母 公称高度应0.8D,螺母的螺纹应和螺栓相一致,一般应为粗牙螺纹。螺母的机械性能主要是螺母的保证应力和硬度。3垫圈 常用钢结构螺栓连接的垫圈,按形状及其使用功能可以分成以下几类:1)圆平垫圈。一般放置于紧固螺栓头及螺母的支承面下面,用以增加螺栓头及螺母的支承面。,2)方形垫圈。一般置于地脚螺栓头及螺母支承面下、用以增加支承面及遮盖较大螺栓孔眼。3)斜垫圈。主要用于工字钢、槽钢翼缘倾斜面的垫平,使螺母支承面垂直于螺杆,避免紧固时造成螺母支承面和被连接的倾斜面局部接触。4)弹簧垫圈。防止螺栓
4、拧紧后在动荷载作用下的振动和松动,依靠垫圈的弹性功能及斜口摩擦面防止螺栓的松动,一般用于有动荷载(振动)或经常拆卸的结构连接处。在螺母拧紧之后给螺母一个力,增大螺母和螺栓之间的摩擦力。,(二)普通螺栓安装施工1一般要求(P116)普通螺栓作为永久性连接螺栓时,应符合下列要求:(1)对一般的螺栓连接,螺栓头和螺母下面应放置平垫圈,以增大承压面积。(2)螺栓头下面放置的垫圈一般不应多于2个,螺母头下的垫圈一般不应多于1个。(3)对于设计有要求防松动的螺栓、锚固螺栓应采用有防松装置的螺母或弹簧垫圈,或用人工方法采取防松措施。(4)对于承受动荷载或重要部位的螺栓连接,应按设计要求放置弹簧垫圈,弹簧垫圈
5、必须设置在螺母一侧。(5)对于工字钢、槽钢类型应尽量使用斜垫圈,使螺母和螺栓头部的支承面垂直于螺杆。,2螺栓直径和长度的选择(P114)(1)螺栓直径的确定原则上应由设计人员按等强度原则通过计算确定,但对某一个工程来讲,螺栓直径规格应尽可能少,有的还需要适当归类,便于施工和管理;一般情况螺栓直径应与被连接件的厚度相匹配。(2)螺栓长度通常是指螺栓螺头内侧面到螺杆端头的长度,一般都是以5mm进制。从螺栓的标准规格上可以看出,螺纹的长度基本不变。显而易见,影响螺栓长度的因素主要有:被连接件厚度、螺母高度、垫圈的数量及厚度等。,3螺栓布置(P115)螺栓连接接头中螺栓的排列布置主要有并列和交错排列两
6、种形式,螺栓间的间距确定既要考虑连接效果(连接强度和变形),又要考虑螺栓的施工。,4螺栓紧固(P117)普通螺栓连接对螺栓的紧固力没有要求,因此普通螺栓的紧固施工是以操作工的手感及连接接头的外形控制为准,即以一个操作工使用普通扳手靠自己的力量拧紧螺母,保证被连接接触面能密贴,无明显间隙。这种紧固施工方式虽然有很大的随意性,但能满足连接要求。为使连接接头中螺栓受力均匀,螺栓的紧固次序应从中间开始,对称向两头进行。对大型接头应采用复拧,即两次紧固方法,保证接头内各个螺栓能均匀受力。,5.防松办法及措施(P117),(1)摩擦防松(By Supplementary Friction),A、对顶螺母(
7、jam nut),特点:结构简单,适用于平稳、低速和重载的固定装置的联接。,原理:两螺母对顶拧紧后,上下两螺母与螺栓螺纹接触面相反,使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。,B、弹簧垫圈(spring washer),原理:螺母拧紧后,靠垫圈压平而产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧。同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件的支承面也有防松作用。,特点:结构简单,使用方便,但在振动冲击载荷作用下,防松效果较差,一般用于不甚重要的联接。,C、自锁螺母,原理:螺母一端制成非圆形收口或开封后径向收口。当螺母拧紧后,收口涨开,利用收口的回弹力使旋合螺纹间压紧。,特点:结构简单,防松可靠,可多次装卸而不降低
8、防松性能。,C、自锁螺母,(2)机械防松 By Special Locking Devices,A、开槽螺母与开口销 split cotter pin,原理:六角开槽螺母拧紧后,将开口销穿入螺栓尾部小孔和螺母的槽内,并将开口销尾部掰开与螺母侧面贴紧。,特点:适用于有较大冲击、振动的高速机械中运动部件的联接。,原理:螺母拧紧后,将单耳或双耳止动垫圈分别向螺母和被联接件的侧面折弯贴紧,即可将螺母锁住。若两个螺栓需要双联锁紧时,可采用双联止动垫圈,使两个螺母相互制动。,B、止动垫圈,特点:结构简单,使用方便,防松可靠。,B、止动垫圈,C、串联钢丝,原理:用钢丝穿入各螺钉头部的孔内,将各螺钉串联起来,
9、使其相互制动。但需注意钢丝的穿入方向。,特点:适用于螺钉组联接,但是拆卸不方便。,(3)永久防松:端铆、冲点、点焊,冲点法防松,焊住防松,(4)化学防松粘合,在螺纹副间或支撑面涂胶,高强螺栓就是高强度的螺栓,是一种标准件。是继铆接连接后的新型钢结构连接形式,是目前钢结构连接的主要手段。按受力状况可分为摩擦型连接、摩擦一承压型连接、承压型连接和张拉型连接等几种类型,其中摩擦型连接是目前建筑钢结构和桥梁钢结构中广泛采用的基本连接形式。,(一)高强螺栓的种类,二、高强螺栓连接,扭剪型高强螺栓 大六角头高强螺栓,一个连接副为一个螺栓、一个螺母和一个垫圈,一个连接副为一个螺栓、一个螺母和二个垫圈,高强度
10、螺栓从外形上可分为大六角头和扭剪型两种:按性能等级可分为8.8级、10.9级、12.9级等,目前我国使用的大六角高强度螺栓有8.8级和10.9级两种,扭剪型高强度螺栓只有10.9级一种。,手动扭矩扳手:高强螺栓以手动紧固时,要使用有示明扭矩值的扳手施拧,以达到高强螺栓连接副规定的扭矩和剪力值。常用的手动扭矩扳手有指针式、音响式和扭剪型三种。,(二)高强螺栓施工的机具,响声式扭矩扳手,德国Wera可调控扭力扳手,手动扭矩扳手,电动扳手 定扭矩、定转角电动扳手适用于大六角头高强螺栓的紧固,可自动控制扭矩和转角,适用于钢结构桥梁、厂房建设安装大六角头高强螺栓施工的初拧、终拧和扭剪型高强螺栓的初拧。,
11、扭剪型电动扳手适用于扭剪型高强度螺栓的终拧紧固,常用的扭剪型电动扳手有6922型和6924型两种。,6924扭剪扳手 电动扭剪扳手,定扭矩电动扳手,(三)高强度螺栓连接施工1一般规定(P125施工作业条件+P127表)(1)施工前对高强螺栓连接副实物和摩擦面进行检验和复验,合格后方可进行施工。(2)对每一个连接接头,应先用临时螺栓或冲钉定位。为防止损伤螺纹引起扭矩系数的变化,严禁将高强度螺栓作为临时螺栓使用。对一个接头来说,临时螺栓和冲钉的数量原则上应根据该接头可能承担的荷载计算确定。,(3)高强度螺栓的穿入,应在结构中心位置调整后进行,其穿入方向应以施工方便为准,力求一致;安装时要注意垫圈的
12、正反面,即螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧;对于大六角头高强度螺栓连接副靠近螺头一侧的垫圈,其有倒角的一侧朝向螺栓头。,(4)高强度螺栓的安装应能自由穿入孔,严禁强行穿入,如不能自由穿入时,该孔应用铰刀进行修整,修整后孔的最大直径应小于1.2倍螺栓直径。修孔时,为了防止铁屑落入板迭缝中,铰孔前应将四周螺栓全部拧紧,使板迭密贴后再进行,严禁气割扩孔。(5)高强度螺栓连接中连接钢板的孔径略大于螺栓直径,并必须采取钻孔成型方法,钻孔后的钢板表面应平整、孔边无飞边和毛刺,连接板表面应无焊接飞溅物、油污等。,(6)高强度螺栓连接板螺栓孔的孔距及边距除应符合要求外,还应考虑专用施工机具的可操作空间
13、。(7)高强度螺栓在终拧以后,螺栓丝扣外露应为23扣,其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。,2.高强度螺栓的施工(P126螺栓紧固)1)大六角头高强度螺栓(a)扭矩法施工 使用可直接显示扭矩值的专用扳手,分初拧和终拧二次拧紧。在采用扭矩法终拧前,应首先进行初拧,对螺栓多的大接头,还需进行复拧。初拧:目的就是使连接接触面密贴,初拧扭矩一般为终拧扭矩的50%左右(对于一般常用规格螺栓M20、M22、M24的在200300Nm,螺栓轴力达到1050kN即可)。复拧:扭矩一般等于或略大于初拧。,终拧:扭矩M与轴力(预拉力)P的关系换算:M=KDP 式中:M终拧扭矩 K扭矩系数,复验测得 P高强度
14、螺栓施工预拉力 D高强度螺栓螺杆直径初拧、复拧及终拧一般都应从中间向两边或四周对称进行,初拧和终拧的螺栓都应做不同的标记,避免漏拧、超拧等不安全隐患,同时也便于检查人员检查紧固质量。,(b)转角法施工 利用螺母旋转角度以控制螺杆弹性伸长量来控制螺栓轴向力的方法。分初拧和终拧(必要时复拧)。初拧要求比扭矩法严(因为起初连接板间隙的影响,螺母的转角大都消耗于板缝,转角与螺栓轴力关系不稳定)。一般初拧扭矩同扭矩法,初拧应该使连接板缝密贴为准。,终拧是在初拧的基础上(初拧后在螺母和螺栓杆上面通过圆心画一条直线),再将螺母拧转一定的角度(转动角度的大小在施工前由实验确定,一般为120180),使螺栓轴向
15、力达到施工预拉力。,2)扭剪型高强度螺栓 紧固施工比大六角头简便。也分初拧和终拧二次进行。初拧用定扭矩扳手,以终拧扭矩的50%80%进行,使接头各层钢板达到充分密贴,再用电动扭剪型扳子把梅花头拧掉,使螺栓杆达到设计要求的轴力。电动扭剪型扳子一般有大小两各套管,大套管卡住螺母,小套管卡住梅花头,接通电源后,两个套管按反向旋转,螺母逐渐拧紧,梅花头切口受剪力逐渐加大,螺母达到所需要的扭矩时,梅花头切口剪断,梅花头掉下。这时螺栓达到要求的轴力。,先将扳手内套筒套入梅花头上,再轻压扳手,再将外套筒套在螺母上;按下扳手开关,外套筒旋转,使螺母拧紧、切口拧断;关闭扳手开关,将外套筒从螺母上卸下,将内套筒中
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