铁塔设计 - 钢结构基本连接方式.ppt

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1、第五节 钢结构基本连接方式,5.1 钢结构连接的主要类型见下表。,5.2 焊接（1）焊接方法分类,（2）焊缝连接形式）按相对位置分：平接、搭接、顶接（角焊缝、K型对接焊缝）,）按构造分,对接焊缝（直缝、斜缝）（分等级）,角焊缝（侧缝、端缝）、（连续焊缝、断续焊缝）（不分等级）,按受力转换,）按施焊位置分：俯焊、立焊、横焊、仰焊,（3）对接焊缝的形式,（4）对接焊缝的优缺点）优点：用料经济，传力平顺，无明显应力集中，利于 承受动力荷载）缺点：需要坡口加工；焊件长度须精确（无调整余地）。（5）对接焊缝的构造处理方式）利用引弧板保证焊缝起点、终点的质量，以免应力集中；不用引弧 板时焊缝长度减去10m

2、m，引弧板要割除；）不同厚度钢板对接焊时，在板的一面或两面刨成坡度不大于1：4的 斜面；）不同宽度钢板对接焊时，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的 斜边。（6）对接焊缝计算（总原则是将对接焊缝作为较薄被连接板计算）对接焊缝轴向受力计算：,lw,l 有引弧板时,l10 无引弧板时,式中：lw为焊缝长度；t为较薄焊件厚。,（7）角焊缝的形状和构造要求,对肢背：hf 1.2t1；对板边,t1 6，hf t1,t16，hf t11,hf1.5；当t 4时，hft,40hf（受动力荷载）；60hf（其他情况）,8hf或40mm,lw l0,l0 16t（t 12mm时）；l0 200（t 12mm时

3、）,两面侧缝时，转角处加焊一段长度2hf或用三面围焊,（8）角焊缝实用计算公式,其中：端缝强度增大系数,端缝应力：,侧缝应力:,）,）计算原则 焊缝形心与构件形心基本一致；求单独外力作用下焊缝应力，并区分端缝受力f和侧缝受力f；确定若干危险点，将危险点上同种应力叠加，再检验。）在轴力作用下，在焊缝有效截面上产生均匀应力；,其中：,为由轴力N在端（侧）缝中产生的应力；,为焊缝有效截面面积。,）平面焊缝群受剪 根据被连接件的刚度（相对于受力方向）判断哪一部分受剪力作用；,在受剪焊缝上，,为受剪焊缝有效面积,5.3 普通螺栓连接的构造和计算（1）普通螺栓连接的分类,注：A级用于M24以下，B级用于M

4、24以上。,（2）螺栓的排列和构造要求）受力要求：端距限制防止孔端钢板剪断，2d0。螺孔中距限制下限：防止孔间板破裂，3d0。）构造要求：防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀，限制螺孔中距 最 大值。非受力方向端距,）施工要求：为便于拧紧螺栓，留适当间距（不同的工具有不同要求）。,1.5d0（切割边）,1.2d0（轧制边）,（3）螺栓的传力机理 螺栓连接受力较小时：构件A 构件B 螺栓连接受力较大时：构件A 螺栓抗剪 构件B,摩擦传力,A孔壁承压,B孔壁承压,（4）螺栓破坏的形式 螺杆剪切破坏；钢板孔壁挤压破坏；钢板由于螺孔削弱而净截面拉断；钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏；钢板因太长或螺孔大于螺杆直

5、径而产生弯、剪破坏。（5）普通螺栓连接受力计算）一个剪力螺栓的承载力 抗剪切强度：孔壁承压强度：注：上式中nv为剪面数；d为螺杆直径；t为同向板厚之和，取 小值。受剪面须在螺杆处，不得在螺纹处。,）一个拉力螺栓的承载力,式中：de为螺栓有效直径。,）剪力螺栓群受力通过形心时,所需螺栓数,（抗剪）,其中：,l1为螺栓沿受力方向的连接长度；,为单个螺栓抗剪承载力和承压,承载力中较小值,净截面强度验算：,（为连接板材料设计强度）,5.4 高强度螺栓连接的构造和计算 1）高强度螺栓的传力机理,单个螺栓应力应变曲线,2）预拉力,其中：第一个0.9因扭剪降低抗拉而乘的折减系数；第二个0.9因超张拉而引起的

6、预应力损失；1.2材料抗力变异。,3）抗剪承载力,其中：0.9 抗力分项系数之倒数；nf 摩擦面数；抗滑移系数。,0.9nf P,第六节 构架式塔的节点设计,6.1 角钢连接 6.1.1 角钢连接计算框图,根据角钢肢宽选螺栓直径,螺栓数量n最大内力Nmax/单个螺栓抗剪力Q，并取整,验算角钢厚度是否满足最小厚度要求（净截面验算、局部承压验算）,选择节点板厚t2（局部承压验算）,输出所有节点参数,放样画节点图，并验算节点板净截面强度,6.1.2 角钢柱的拼接,1）标准图,2）角钢柱采用错列拼装，4.6级、4.8级普通螺栓连接节点参数如下表：,26.1（35.4）,40.8（55.4）,58.8（

7、79.8）,91.9（124.7）,mm,7590,100125,140160,180200,53,65,77,95,35,43,51,63,mm,6（8）,8（10）,10（12）,12（15）,注：）双剪连接则表中承载力提高一倍；）每端螺栓数不应少于6个。,连接轴心受力，d为螺栓直径，括号内为5.6级螺栓，d0为螺孔直径,6.1.3 角钢与节点板的单剪连接,1）标准图：,2）角钢横杆、斜杆、横隔端部单剪连接节点参数,连接偏心受力，承载力作折减，其它说明同拼装,12.5（17.0）,22.2（30.1）,34.9（47.4）,50（67.9）,78.1（106.0）,mm,4556,6380

8、,90110,125140,160200,41,53,65,77,95,27,35,43,51,63,mm,5（6）,6（8）,8（10）,10（12）,12（14）,mm,6（8）,8（10）,10（12）,12（14）,14（16）,6.2 钢管的连接,6.2.1 钢管连接形式的选择,6.2.2 钢管相贯线焊接,相贯线焊缝的分区及坡口形式：）对于t6mm钢管，周边角焊缝hf 1.2t）对于t8mm钢管，一般采用三分区方法。注：趾部用角焊缝,）对于t 8mm钢管，受力很大者（如桁架的支座腹杆，或直接承受动力荷载 的杆件）用四分法 注：趾部坡口焊熔透,A区详图,D区详图,B区详图,使用范围,1

9、80o150o,150o75o,75o37.5o,37.5o20o,坡口角度,45o,37.5o 60o,/2，最大37.5o,/2,C区详图,Tl（见下表）,180o 70o,70o 40o,40o 20o,6.2.3 钢管法兰连接,A）构造：,法兰连接的优点：便于连接，刚度 大，承载力大法兰连接的缺点：用钢量大，易发 生焊接变形,（1）拉压兼用型：,（2）主要受压型,注：L 8时，“C”、”D”用双面角焊缝，hf0.8 L（取整）；L 8时，“C”、”D”用坡口焊熔 透；焊缝“B”双面坡口熔透。,B）法兰的计算（1）按抗拉选择螺栓直径d和个数n。（同时顾及 受压的均 衡性）公式：Nn 其中

10、 为螺栓的受拉承载力设计值。（2）选择螺栓中心圆直径r2。螺栓离管壁距离要超过最大操作距离加焊脚尺寸。螺栓环向中距要大于最小操作距离加加劲板厚L。（3）选择螺栓中心到法兰板边的距离。使r1r21.2(d+1.5mm)使加劲板端焊缝能满足承压要求。（与环焊缝共同 受力）,（4）焊缝计算：压力（或绝对值大于压力的拉力）由法兰上下两条环形焊缝和 加劲板的端焊缝共同承担，按有效截面分担。公式：若用坡口熔透焊，则可将 换为（对接焊缝抗压强度）将加劲板所承担的压力按比例取出，作用在加劲板端焊缝的 中心，按弯、剪复合验算加劲板竖焊缝。公式：端缝：侧缝：注：lf焊缝实际长度10mm,为角焊缝强度,（5）法兰盘

11、厚度计算：按最大平均压应力作用在三边支承的近似矩形平板上（一边由管壁，二边由加劲板支撑），查钢结构设计手 册计算得到板中最大弯矩Mmax（单位板宽）。求板厚：（6）若是水平梁受弯。则以钢管受压外边缘为转动中心，螺 栓拉力与其离转动中心的距离成正比，选择螺栓。公式：然后按拉力最大区域或压力最大区域求法兰板厚（同5），若有剪力则用相关公式复算在拉、剪复合作用下螺栓承载 力。,（7）若是受压型法兰无拉力，则用端面承压传递压力，但 螺栓抗剪之合力须满足下式：（8）在设计工作中，为了减少计算工作量，对于空间管桁 架中受拉、压轴向力的钢管的法兰连接，可以按表3求 得法兰的各种设计参数。表中所列为一个8.8

12、级螺栓所 对应的抗拉(压)承载力。使用时可将杆件实际受拉(压 力除以表中适当)螺栓的Nt或Na值，求得螺栓数量，再 用钢管直径加上表中e值求螺栓中心圆，求出螺栓间距 看其满足与否。若llmin，则直接取用表中参数即可，若llmin1.2以上，则重新计算f。,法兰设计参数表,6.2.4 钢管结构的双剪连接 1）钢管双剪连接的构造 在钢管结构中相对次要的杆件连接时，可采用双剪连接的形 式，见下图。,注：焊缝厚度等于较薄焊件厚,双剪连接标准图,2）钢管双剪连接的计算框图,次钢管受拉（压）,夹板角焊缝抗剪,节点夹板净截面受拉（压）,孔壁承压,螺栓抗剪,节点中板净截面受拉（压）,节点板与主钢管焊缝验算,注：普通螺栓4.6、4.8级 Q235,3）钢管双剪连接设计参数表：,6.3 柔性斜拉杆连接设计,节点根据拉杆直径在表中直接读取参数。,标准图：,BB,AA,注：1。本表中参数为同种材料条件下适用，即拉杆和节点须用同种材料；2。左右焊缝均为满焊，坡口焊熔透。,