10钢结构连接
本章知识结构
▪1.常用连接方法：焊接、螺栓连接的受力特点和应用
▪2.焊接连接的设计或验算
▪3.螺栓连接的承载力计算
钢结构的常用连接方法
▪钢结构的连接通常有焊接、铆接和螺栓连接三种方式。
铆接很少采用，常用焊接和螺栓连接。
焊接连接
▪是当前钢结构最主要的连接方式
▪优点：构造简单，用钢省，加工方便，连接的密闭性好，易于采用自动化作业。
▪缺点：焊件会产生残余应力和残余变形
▪焊接连接有气焊、接触焊和电弧焊等方法。
螺栓连接
▪分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。
▪普通螺栓的优点是装卸便利，不需特殊设备。
普通螺栓又分为C级螺栓(又称粗制螺栓)和A、B级螺栓(又称精制螺栓)两种。
C级螺栓制作精度较差，宜用于承受拉力的连接，或用于次要结构和可拆卸结构的受剪连接以及安装时的临时固定。
A、B级螺栓很少使用。
▪高强度螺栓传递剪力机理：靠被连接板间的强大摩擦阻力传递剪力，变形较小。
其优点是施工简单、受力好、耐疲劳且可以撤换以及在动力荷载作用下不致松动。
从受力特征的不同，高强度螺栓连接可分为摩擦型和承压型两种。
铆钉连接
▪费工费料、劳动条件差、成本高，现在很少采用，多被焊接及高强度螺栓连接所代替。
焊接接头及焊缝形式
▪焊接接头有平接、搭接、T形连接和角接，所采用的焊缝主要有对接焊缝及角焊缝两种。
▪角焊缝的形式可分直角角焊缝与斜角角焊缝，直角角焊缝的截面形式有普通焊缝、平坡焊缝、深熔焊缝等。
一般情况下采用普通焊缝。
▪焊缝的质量等级：根据对焊缝的质量要求，分为一级、二级和三级。
按要求选用。
对接焊缝的计算
▪垂直于轴心受力的对接焊缝▪式中l w ——焊缝长度，当采用引弧板施焊时，取焊缝实际长度；当不采用引弧板时，每条焊缝长度应减去2t;
▪t ——在对接接头中为连接件的较小厚度，在T 形接头中为腹板的厚度；
▪、——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。
w w t c w N f f l t σ=≤或w c f w t f
例题
▪验算钢板对接焊缝强度，轴心拉力设计值N=710KN ，Q235钢、E43焊条，l=500mm ，焊缝质量等级为三级。
▪【解】1)验算钢板承载力：
l•t•f=500×8×215N/mm2=860000N=860KN ＞710KN ▪查表得三级对接焊缝抗拉强度设计值=185N/mm2▪2)验算焊缝应力：
▪N/mm 2>N/mm 2▪满足要求710000183(50028)w N l t σ===-⨯185w t f =
受弯受剪的对接焊缝计算
▪矩形截面的对接焊缝，应分别计算在弯矩与剪力作用下的最大正应力与最大剪应力满足强度条件
max 26w t w w M M f W l t
σ==≤max
w w v w VS f I t τ=≤
角焊缝的计算
▪角焊缝有平行于作用力方向的侧面角焊缝和垂直于作用力方向的正面角焊缝。
侧面角焊缝主要承受剪力。
正面角焊缝应力状态较复杂，但焊缝强度比侧面焊缝高。
▪为简化计算与偏于安全，角焊缝不论是侧面角焊缝和正面角焊缝且不论受何种外力作用，
角焊缝的计算厚度h
e =0.7h
f
角焊缝强度计算
▪正面角焊缝（力垂直于焊缝长度方向）：▪侧面角焊缝（力平行于焊缝长度方向）：
▪在弯矩、剪力和轴力共同作用下
w f f f w
e N
f h l σβ=≤w f f w e N f h l τ=≤2w f f f f
()f στβ+≤
角钢与钢板连接
▪由于角钢截面重心到肢背和肢尖的距离不相等，相应焊缝承受的力也应不相同。
由力的平衡条件可以求得，焊缝内力分配系数K1、K2见表10－2，肢背分配的力较大，肢尖分配的力较小。
▪肢背承受的力▪肢尖承受的力
N
K
N
e
e
e
N1
2
1
2
1
=
+
=
N
K
N
e
e
e
N2
2
1
2
2
=
+
=
10.3 螺栓连接
▪螺栓连接分普通螺栓连接与高强度螺栓连接。
普通螺栓分A、B、C三级
▪螺栓材料性能等级表示为小数点前数字表示
螺栓最低抗拉强度，小数点后数字表示螺栓
的屈强比，即屈服强度和抗拉强度的比值。
▪eg:5.6级，小数点前表示最低抗拉强度
500N/mm2，小数点后数字表示屈强比为0.6。
▪普通螺栓连接按传力方式分为受剪螺栓和受拉螺栓。
当外力垂直螺杆时为受剪螺栓，依靠螺杆的承压和受剪传递外力。
当外力平行螺杆时为受拉螺栓，依靠螺杆受拉传递外力。
受剪螺栓连接计算
▪在外力作用下螺杆截面受剪；螺杆与连接件接触处受挤压
▪螺栓受剪、连接件承压及连接件强度计算。
承载力设计值应取受剪和承压承载力设计值
中的较小者。
▪受剪承载力设计值：▪承压承载力设计值：
2
b b
v v v
4
d
N n f
π
=
b b
c c N
d t f
=∑⋅
螺栓个数确定
▪当外力通过螺栓群中心时，则所需的螺栓为：
b N N
n min
构件或连接件净截面强度验算
n
N f A σ≤=式中：f ——钢材的抗拉强度设计值；
A n ——构件或连接板的净截面面
积。
受拉螺栓连接计算
▪抗拉承载力设计值为：
▪当外力N 作用于螺栓群中心时，假定每个螺栓所受拉力相等，则所需螺栓数为：
b
t e b
t e b t f d f A N 42π==b t N N n =。