f
钢结构得构件连接方式
钢结构得连接方法大体来瞧,有以下几种:
焊接——就是使用最普遍得方法,该方法对几何形体适应性强,构造简单,省材省工,易于自动化,工效高;但就是焊接属于热加工过程,对材质要求高,对于工人得技术水平要求也高,焊接程序严格,质量检验工作量大。
铆接——该方法传力可靠,韧性与塑性好,质量易于检查,抗动力荷载好;但就是由于铆接时必须进行钢板得搭接,相对来讲费钢、费工。
普通螺栓连接——这种方式装卸便利,设备简单,工人易于操作;但就是对于该方法,螺栓精度低时不宜受剪,螺栓精度高时加工与安装难度较大。
高强螺栓连接——此法加工方便,对结构削弱少,可拆换,能承受动力荷载,耐疲劳,塑性、韧性好摩擦面处理,安装工艺略为复杂,造价略高
射钉、自攻螺栓连接——较为灵活,安装方便,构件无须预先处理,适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力。
焊接连接
焊接就是钢结构较为常见得连接方式,也就是比较方便得连接方式,在众多得钢结构中,焊接就是最为常见得一种。
根据焊接得形式,焊缝可以分为对接(平接)焊缝、角焊缝、与顶接焊缝三大类。
对接焊缝
对接焊缝按受力与焊缝方向分直缝——作用力方向与焊缝方向正交;斜缝——作用力方向与焊缝
方向斜交两类。
从直观来瞧,直缝受拉,斜缝
受拉与剪得同时作用。
对接焊缝在焊接上有以下处理形式:
a)直边缝:适合板厚t 10mm
b)单边V 形:适合板厚t ＝10～20mm
c)双边V 形:适合板厚t ＝10～20mm
d)U 形:适合板厚t > 20mm
e)K 形:适合板厚t > 20mm
f)X 形:适合板厚t > 20mm
对接焊缝得优点就是用料经济、传力均匀、无明显得应力集中1[1],利于
承受动力荷载;但也有缺点,需剖口,焊件长度要精确。
对接焊缝需要做以下构造处理:首先,在施焊过程中,起落弧处易有焊接缺陷,所以用引弧板;但采用引弧板施工复杂,除承受动力荷载外,一般不用,计算时将焊缝长度两端各减去5mm 。
其次,变厚度板对接,在板得一面或两面切成坡度不大于1:4得斜面,避免应力集中。
另外,变宽度板对接,在板得一侧或两侧切成坡度不大于1:4得斜边,避免应力集中。
对于对接焊缝得强度,有引弧板得对接焊缝在受压时与母材等强,但焊缝得抗拉强度与焊缝质量等级有关。
对接焊缝得应力分布认为与焊件原来得应力分布基本相同。
计算时,焊缝中最大应力(或折算应力)不能超过焊缝得强度设计值。
对接焊缝得计算包括:轴心受力得对接焊缝、斜向受力得对接焊缝、钢梁得对接焊缝、牛腿与翼缘得对接焊缝。
角焊缝
——作用力方向与焊缝长度方向垂直,其受
,应力集中严重,焊缝根部形成高峰应力,易于开裂,端缝破坏 b 侧缝
强度要高一些,但塑性差;侧缝:作用力方向与焊缝长度方向平行,其应力分布简单些,但分布并不均匀,剪应力两端大,中间小,侧缝强度低,但塑性较好。
角焊缝可以分为直角焊缝与斜角焊缝。
直角焊缝又可以有(a)普通焊缝、(b)平坡焊缝、(c)深熔焊
缝。
一般采用(a)做法,但应力集中较严重,在承受动力荷载时
采用(b)、(c)。
斜角角焊缝有(d)斜锐角焊缝、(e)斜钝角焊缝、(f)斜凹面
角焊缝,主要用于钢管连接中。
角焊缝得构造要求:
(1)承受动力荷载得结构中,垂直于受力方向得焊缝不宜
采用不焊透得对接焊缝。
(2)在直接承受动力荷载得结构中,角焊缝表面应做成直
线形或凹形,焊脚尺寸得比例:对正面角焊缝宜为1:1、5,长边
顺内力方向;对侧面角焊缝可为1:1。
(3)在次要构件或次要焊接连接中,可采用断续角焊缝。
断续角焊缝之间得净距,不应大于15t(对受压构件)或30t(对受拉构件),t 为较薄焊件得厚度。
另外还要注意: 部位 项目
构 造 要 求 备 注 焊脚尺寸 hf
上限
;对板边: t1为较薄焊件厚 下限 ;当 t2为较厚焊件厚对自动焊可减1mm;对单面T 型焊应加
1mm
焊缝长度 lw
上限
(受动力荷载); (其她情况); 内力沿侧缝全长均匀分布者
不限 下限 8hf 或 40mm,取两者最大值
端部仅有两侧面角焊缝连
接
长度 lw
距离 l0 t 为较薄焊件厚
端部 转角 转角处加焊一段长度 2hf (两面侧缝时)或用三面围焊 转角处焊缝须连续施焊 搭接连接 搭接最
小长度 5t1或 25mm,取两者最大值 t1 为较薄焊件厚度
对于h f ,称之为焊缝得焊脚高度,而h e 为焊缝得喉部截面高度,就是焊缝
得计算尺度。
——两焊脚边得夹角,
——焊脚尺寸。
焊接应力与焊接变形
钢结构构件或节点在焊接过程中,局部区域受到很强得高温作用,在此不
均匀得加热与冷却过程中产生得变形称为焊接变形表现在构件局部得鼓起、
歪曲、弯曲或扭曲等。
而在焊接后冷却时,焊缝与焊缝附近得钢材不能自由收缩,由此约束而产
生得应力称为焊接应力。
具体分为:纵向应力,沿着焊缝长度方向得应力;横向
应力,垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面得应力;厚度方向应力,垂直于
焊缝长度方向且垂直于构件表面得应力。
焊接应力对于焊接构建与结构得影响较大,会使结构提前发生屈服:对常
温下承受静力荷载结构得强度虽然没有影响,但刚度会显著降低;而由于焊接
应力使焊缝处于三向应力状态,在钢结构实际受力过程中,阻碍了塑性变形,
裂纹易发生与发展;对于承受动荷载得构件,焊接应力会降低疲劳强度;对于
受压杆件,焊接变形就是杆件曲率增加,降低了压杆得稳定性。
焊接变形预应力问题对于焊接工艺影响很大,应尽可能避免。
减少焊接应力与焊接变形应从以下几方面着手:
(1)采用适当得焊接程序,如分段焊、分层焊;
(2)尽可能采用对称焊缝,使其变形相反而抵消;
(3)施焊前使结构有一个与焊接变形相反得预变形;
(4)对于小构件焊前预热、焊后回火,然后慢慢冷却,以消除焊接应力。
(5)合理得焊缝设计,包括:避免焊缝集中、三向交叉焊缝;焊缝尺寸不宜太大;焊缝尽可能对称布置,连接过渡平滑,避免应力集中现象;避免仰焊等。
铆接与螺栓连接 铆接与普通螺栓连接在受力效果上就是相同得,只就是施工方法得差异。
而螺栓连接又可以根据受力效果分为普通螺栓与高强螺栓两大类。
普通螺栓
普通螺栓就是以承担剪力与拉力为传力方式得螺栓,可以分为精制(A 、B,A 级用于M24以下,B 级用于M24以上)与粗制(C)两类。
精制螺栓高,加工精度要求与成本较高,栓径与孔径之差为0、5～0、
8mm,I 类孔,使用在构件精度很高得结构,机械结构以及连
接点仅用一个螺栓或有模具套钻得多个螺栓连接得可调
节杆件(柔性杆)上。
粗制螺栓相对较低,栓径与孔径之差为
1～1、5mm,用于抗拉连接、静力荷载下抗剪连接、加防松措施后受风振作用抗剪、可拆卸连接以及安装螺栓、与
抗剪支托配合抗拉剪联合作用等。
从螺栓得受力分析可以瞧到,对于承担剪力得普通螺
栓与铆钉(以下统称螺栓)连接得构件,其受力有以下薄弱
环节,需要注意:
2r
d
螺栓受剪并受侧向挤压作用,因此必须配置足够数量得螺栓以承担剪力;钢板孔挤压,一般钢材与螺栓材料相同,如果螺栓可以承担挤压应力,钢材亦可;钢材在螺栓消弱截面得拉力,这要十分注意,避免
由于螺栓得消弱作用导致钢材被拉断;钢材在螺栓孔到端部得剪切作用,
会产生钢材得破孔,也要注意。
另外,使用连接板得,连接板也要注意以上
作用。
当螺栓穿过得钢板过多时,在侧向力得作用下,螺栓也会弯曲破
坏。
承担拉力得螺栓主要就是被拉断。
螺栓可以根据需要,采取不同得排列方式,并列式、错列式、单排或
双排等多种形式。
高强螺栓
高强螺栓就是在安装时将螺帽拧紧,使螺杆产生预拉力而压紧构件接触面,靠接触面得摩擦来阻止连接板相互滑移,以达到传递外力得目得。
高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓与承压型高强螺栓。
这两种螺栓构造、安装基本相同。
但就是摩擦型高强螺栓靠摩擦力传递荷载,所以螺杆与螺孔之差可达1、5～2、0mm。
承压型高强螺栓传力特性就是保证在正常使用情况下,剪力不超过摩擦力,与摩擦型高强螺栓相同。
当荷载再增大时,连接板间将发生相对滑移,连接依靠螺杆抗剪与孔壁承压来传力,与普通螺栓相同,所以螺杆与螺孔之差略小些,为1、0～1、5mm。
摩擦型高强螺栓得连接较承压型高强螺栓得变形小,承载力低,耐疲劳、抗动力荷载性能好。
而承压型高强螺栓连接承载力高,但抗剪变形大,所以一般仅用于承受静力荷载与间接承受动力荷载结构中得连接。