金属结构设计第三章.ppt

钢结构的连接 螺栓（bolt）分为普通螺栓和高强度螺栓两类。 普通螺栓：分为A、B、C三级。A、B级螺栓称为精制螺栓，成本较高，其性能等级为8.8级（表示抗拉强度不小于800N/mm2，屈服点与抗拉强度之比为0.8)； C级螺栓为粗制螺栓，成本低，其性能等级为4.6级或4.8级。 高强螺栓：高强度螺栓用优质碳素钢或低合金钢制作，并经过热处理，材料性能等级达到8.8级以上。 高强度螺栓按工作性能不同，又分为： 摩擦型连接和承压型连接。 例题 例题 例题 例题 例题 例题 例题 例题 例题 例题 Ip=Ix+Iy 例题 3.8.2 螺栓群受轴力作用均匀受拉 如图所示，轴力作用在螺栓群形心，可认为螺栓群均匀受拉，无论采用那种螺栓，每个螺栓的拉力为： 可确定螺栓数或验算螺栓的抗拉承载力。 3.8.3 螺栓群受弯矩M作用 图示T型连接，在弯矩M作用下，被连接件有顺弯矩M作用方向旋转的趋势，螺栓受拉。根据采用的螺栓类型和弯矩大小不同，转动中心位置不同，各个螺栓所受拉力大小也不同，需分类计算。 1)采用普通螺栓 普通螺栓的预拉力很小，在图示弯矩作用下，连接板件的上部会拉开一定的缝隙。因此，可偏安全地认为被连接构件是绕底排螺栓轴线转动,并设各螺栓所受拉力的大小与转动中心O‘的距离成正比。 根据平衡条件得： 根据几何关系得: 由上两式得: 2)采用高强度螺栓 根据高强螺栓受拉的限制条件,拉力≤0.8P。所以，在弯矩M作用下，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合，可认为被连接构件是绕螺栓群形心轴o转动。螺栓的轴向拉力计算公式与普通螺栓相同，只是转动中心不同（注意yi的取值）。 3.8.4 螺栓群受扭作用 如图所示搭接连接，在扭矩T作用下，连接板件有绕螺栓群形心旋转的趋势，使螺栓受剪。各螺栓所受的剪力方向与螺栓群形心的连线垂直，剪力大小与距离r成正比。 设螺栓1、2、3…n至螺栓群中心o点的距离为r1、r2、r3…rn；各螺栓承受的剪力分别为 、 、 … 根据平衡条件及几何条件得： …+ ＝T … ＝ ／( 整理得： 确定了螺栓所受的最大剪力，即可验算连接是否可靠，其强度条件是： 不大于螺栓的抗剪承载力 ) 3.8.5 螺栓群受剪、拉、弯共同作用 图示T型连接，螺栓群受轴心剪力V，轴向力N和弯矩M共同作用。解决几种外荷载同时作用的简便方法是采用叠加原理：单独作用 效应叠加 由于轴向拉力N和弯矩M作用都使螺栓受轴向拉力，可先对N、M作用进行一次叠加，然后再与剪力叠加 拉、弯组合 ①当弯矩M 较小时。设被连接件绕螺栓群的形心线上的O点转动，可得连接中螺栓所受拉力最大和最小的计算式为： ——各螺栓到形心转动轴线的距离。 若 说明所有螺栓均受拉，被连接构件是绕螺栓群形心轴线转动，与假设相符，可由第一式求出 。 若只有N、M 组合作用，则要求 满足强度条件： ②当弯矩M 较大时。可能出现 。此时，说明连接下部受压，认为被连接构件是绕底排螺栓转动。对底排螺栓轴线取矩，得顶排螺栓受力为： 式中 y1——yi中的最大值； yi——各螺栓到底排螺栓轴线的距离。 2)剪、拉组合 因为螺栓群均匀受剪，Nv=V/ n 将 和 代入剪－拉组合的相关公式和附加条件验算即可。 附加条件是： 普通螺栓： 承压型连接高强度螺栓： 摩擦型连接高强度螺栓： ≤ 上式表示螺栓群所受剪力需小于各螺栓的抗剪承载力之和。 式中 ——各个螺栓所受的拉力。有弯矩作用时，各螺栓的 将不同，需按下式逐个计算： 当Nti0时，取Nti＝0 3.5.4 焊缝的合理构造及减小焊接应力、变形的措施 （1）焊缝的合理构造 1)焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度应符合构造要求，宜采用细长焊缝，不用粗短焊缝。施焊时不得随意加大焊缝的焊脚尺寸。 2)设计时要考虑焊缝是否有施焊空间，并尽量避免仰焊。 3)焊缝布置尽可能对称，以减少焊接变形,图(a)。 4)不宜采用带锐角的板料做肋板，板料的锐角应切掉，图(b)，以免焊接时锐角处板材被烧损，影响材质。 5)焊缝不宜过分集中，避免产生过大的焊接应力甚至产生裂纹，图(c)。 6)当拉力垂直于受力板面时，要考虑钢板的分层破坏，图(d)。 7)尽量避免焊缝相交，可将次要焊缝中断，保证主焊缝连续，图(e)。 （2）减小焊接应力、变形的措施 措施 预热法 锤击法 退火法 合理的焊接次序 反变形法 3.6 螺栓连接的构造要求 3.6.1 螺栓连接形式