8.3 钢结构的连接（课件）-《建筑结构》同步教学（上海交通大学出版社）

模块8 钢结构 钢结构概述 8.1 钢结构的材料 8.2 钢结构的连接 8.3 钢构件的计算 8.4 钢屋盖的设计 8.5 知识目标 （1）了解钢结构的类型、特点及应用范围。 （2）熟悉钢结构材料的主要性能、品种及规格。 （3）掌握钢结构的连接方法、构造及计算方法。 （4）掌握钢构件的设计及计算方法，掌握钢屋盖的设计方法。 模块8 钢结构 8.3 钢结构的连接 8.3.1 钢结构的连接方法 钢结构的连接方法主要有焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。目前，焊接连接的应用较为广泛，铆钉连接已基本不采用。 8.3 钢结构的连接 焊接连接 1. 焊接连接是通过电弧产生热量，使焊条和焊件局部熔化，经冷却凝结成焊缝，从而将焊件连接成一体的方法。其优点是任何形式的构件一般都可直接相连，不会削弱构件截面，且用料经济、构造简单、加工方便、连接刚度大、密封性能好，可全自动或半自动作业，可提高生产效率。也使钢材的承载力、刚度和使用性能受到影响。 焊接连接有气焊、接触焊和电弧焊等方法。电弧焊又分为手工焊、自动焊和半自动焊三种。目前，钢结构中较常用的焊接方法是手工电弧焊。 8.3 钢结构的连接 螺栓连接 2. 螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。 螺栓连接的优点是施工工艺简单，安装方便，适用于工地安装连接，能更好地保证工程的进度和质量。螺栓连接的缺点是开孔会对构件截面产生一定的削弱，且被连接的构件需要相互搭接或另加拼接板、角钢等连接件，故相对耗材较多，构造比较复杂。 8.3 钢结构的连接 铆钉连接 3. 铆钉由顶锻性能好的铆钉钢制成。进行铆钉连接时，先在被连接的构件上制成比钉径大1.0～1.5 mm的孔，然后将已加热至呈樱桃红色的一端有半圆钉头的铆钉塞入孔内，再用铆钉枪或铆钉机进行铆合，使铆钉填满钉孔，并打成另一铆钉头。铆钉在铆合后冷却收缩，对被连接的板束产生夹紧力。 采用铆钉连接时，被连接构件的韧性和塑性都比较好，但比较费工且耗材较多，目前只用于承受较大动力荷载的大跨度钢结构。铆钉连接，在工厂几乎已被焊接连接代替，在工地几乎已被高强度螺栓连接代替。 8.3 钢结构的连接 8.3.2 焊接连接的构造与计算 对接焊缝的构造与计算 1. （1）对接焊缝的构造。在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差4 mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1∶2.5的斜角(见图8-3)；当焊件的厚度不同时，焊缝坡口的形式应根据较薄焊件厚度的相关要求取用。 图8-3 不同宽度或厚度焊件的拼接 (a)不同宽度(b)不同厚度 8.3 钢结构的连接 对于较厚的焊件(t≥20 mm，t为钢板厚度)，应采用V形缝、U形缝、K形缝、X形缝。其中，V形缝和U形缝为单面施焊，在焊缝根部还需补焊。对于没有条件补焊时，要事先在根部加垫板(见图8-4)。当焊件可随意翻转施焊时，使用K形缝和X形缝较好。 图8-4 在根部加垫板 8.3 钢结构的连接 在厚度或宽度有变化的焊接中，为了使构件传力均匀，应在板的一侧或两侧做成坡度不大于1∶4的斜角，形成平缓的过渡(见图8-5)。 图8-5 厚度或宽度有变化的焊件的连接 (a)改变厚度(b)改变宽度 8.3 钢结构的连接 当采用部分焊透的对接焊缝时，应在设计图中注明坡口的形式和尺寸，其计算厚度he不得小于1.5t，t为较大的焊件厚度。在直接承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用部分焊透的对接焊缝。 钢板拼接采用对接焊缝时，纵横两个方向的对接焊缝可采用十字形交叉或T形交叉，如图8-6所示。当对接焊缝采用T形交叉时，交叉点的间距不得小于200 mm。 8.3 钢结构的连接 图8-6 钢板的拼接 (a)十字形交叉(b)T形交叉 8.3 钢结构的连接 （2）对接焊缝的计算。对接焊缝中的应力分布情况与焊件原来的情况基本相同。下面根据焊缝受力情况分述焊缝的计算公式： ①轴心力作用下的对接焊缝计算。在对接接头和T形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝或对接与角接组合焊缝，其强度σ应按式（8-2）计算。 （8-2) 式中，N为轴心拉力或轴心压力；lw为焊缝长度；t为连接件的较小厚度（在对接接头中），或为腹板的厚度（在T形接头中）；fwt、fwc分别为对接焊缝的抗拉强度设计值和抗压强度设计值。 8.3 钢结构的连接 ②弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝计算。在对接接头、T形接头中,承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝或对接与角接组合焊缝，其正应力和剪应力应分别进行计算。焊缝在弯矩作用下产生正应力，在剪力作用下产生剪应力，其应力分布如图8-8所示