钢结构基本知识总结10

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钢结构的焊缝连接
【对接焊缝的构造和计算】
一、对接焊缝的构造
对接焊缝受力性能较好，可直接承受静荷载和动荷载，为使焊缝焊透，按焊件厚度和焊接方法不同，一般均将焊件边缘开坡口。
对接焊缝坡口形式有I形、单边V形、V形、U形、K形、X形等，一般由焊件厚度、焊接方法和条件来决定。当焊件厚度较小时，可不开坡口。当t＝7~20mm的焊件，可采用有坡口的单边V形或V形坡口，以便焊透。当t＞20mm的焊件，则宜采用U形、K形、X形坡口。其中V形、U形坡口焊缝为单面施焊，但对焊缝反面根部还需要补焊。
对接焊缝的起点（起弧端）和终点（落弧端），常因不能焊透而出现凹口或焊接缺陷，容易引起应力集中而产生裂纹，对受力不利。为消除这些缺陷，焊接时应在焊缝两端配置引弧板，一端引入一端引出。焊完后将引弧板切除并修磨平整。不采用引弧板的计算将每条焊缝减去10mm，即每端各减去5mm，来作为焊缝计算长度。
对接焊缝两端钢板厚度不同时，为使传力均匀，减少应力集中，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成不大于1:2.5（受静力荷载时）或1:4（有动力效应时）的斜坡，形成平稳过度。焊缝的计算厚度取较薄板厚度。
二、对接焊缝的计算
应控制焊缝中任一点的最大应力不超过焊缝的强度设计值。
㈠ 轴心受力对接焊缝计算
对接焊缝受垂直与焊缝的轴心拉力或压力，其计算公式为：
σ＝N/(lw×t)≤f¹t或f¹c
焊缝质量为三级时，对接焊缝的抗拉强度低于焊件的强度，通常只能达焊件85%，这是因为三级焊缝缺陷较多。除上述情况外，焊缝强度与焊件强度相同。因此，只在三级焊缝且受拉力作用时才进行焊缝验算。其他情况不需要计算即可用于构件的任何部位。当三级直焊缝经计算不能满足要求时，可将焊缝改在受力较小处或改用一、二级焊缝，还不满足可采用斜焊缝，这样可以增加焊缝长度，提高承载能力，抗动力荷载性能也好。对接斜焊缝计算公式：
σ＝Nsinθ/(l'w×t)≤f¹t或f¹c
τ＝Ncosθ/(l'w×t)≤f¹v
斜焊缝分别按正应力和剪应力验算有一定的近似性，因为没考虑正应力和剪应力的共同作用。当tanθ≤1.5（即θ≤56°）时，其强度超过母材，可不必进行计算。
㈡ 对接焊缝在弯矩和剪力共同作用下的计算
1、矩形截面
由矩形焊缝截面正应力和剪应力的分布分析，最大正应力和最大剪应力不在同一点。因而可按下式分别计算正应力和剪应力：
σ＝M/Ww≤f¹t或f¹c
τ＝(V×Sw)/(Iw×t)≤f¹v
2、工字形截面
由工字形焊缝截面正应力和剪应力分布分析，在同时受有较大正应力σ1和剪应力τ1处，还应进行折算应力的验算：
√(σ1²＋3×τ1²)≤1.1f¹t
1.1是考虑最大折算应力只在焊缝局部产生，而将焊缝设计强度值提高的系数。

【角焊缝的构造与计算】
一、角焊缝的构造
1、焊缝的形式
角焊缝分为直角角焊缝和斜角角焊缝。两焊脚边的夹角α为90°的叫直角角焊缝（简称角焊缝）；α＜90°或α＞90°均称为斜角角焊缝。前者受力性能好，钢结构中常采用；后者除钢管结构外，一般不宜用作受力焊缝。角焊缝按其受力方向和位置可分为平行与力作用方向的侧焊缝和垂直于力作用方向的端焊缝。
2、角焊缝尺寸要求
⑴、焊脚尺寸
角焊缝的焊脚尺寸要与焊件厚度相适应，不宜过小，以保证焊缝的最小承载能力。hf过小也会因焊缝冷却过快而产生裂纹，同时不易焊透；因此规范规定：
hfmin≥1.5√t2
t2为较厚焊件的厚度；自动焊、T形连接时单面角焊缝焊脚尺寸为hfmin±1；焊件厚度t≤4mm时，hfmin＝t2。
焊件尺寸也不宜过大，否则易使较薄焊件被烧穿，而且还产生较大的焊接残余应力和残余变形。因此规范规定：hfmax≤1.2t1，其中t1为较薄杆件厚度。对板件边缘的角焊缝，当板厚t≤6mm时，hfmin≤t；当t≥6mm时，hfmax≤t－(1~2)mm。
⑵、焊缝长度
焊缝长度过小时，焊件局部受热严重，起弧、落弧相距太近，影响焊缝的可靠性。因此规定端焊缝和侧焊缝的计算长度不宜小于8hf和40mm。
同时侧焊缝的计算长度也不宜过长，因为沿长度方向的剪应力分布不均匀，呈两端大、中间小的分布。焊缝长度与焊脚尺寸之比越大，其不均匀程度越明显。当比值太大时两端可能先达到极限而破坏，而中部还未发挥其承载能力。因此，规范规定：侧面角焊缝的最大计算长度，当承受动力荷载时不宜大于40hf，承受动力荷载时不宜大于60hf。当实际焊缝长度大于上述数值时，超过部分计算中不予考虑。若内力沿侧焊缝全长分布，其计算长度不受限制，如工字形截面的腹板与翼板连接焊缝等。
⑶、当焊件的端部仅有两侧焊缝连接时，应使焊缝长度lw＞b，b为两侧面角焊缝间的距离；同时为了避免因焊缝收缩时引起的拱曲过大，还应使b≤16t（t＞12mm)或200mm(t≤12mm)，t为较薄焊件厚度。当不满足时，应加端焊缝。
当角焊缝的端部在构件的转角处时，为避免起、落弧缺陷引起应力集中宜作长度为2hf的绕角焊。杆件与节点板的连接焊缝一般采用两面侧缝，也可采用三面围焊或L形围焊，所有围焊的转角处必须连续施焊。
在连接中，为减小焊缝收缩产生残余应力，按搭接长度不得小于较薄焊件厚度的5倍，并不得小于25mm。
二、角焊缝连接的计算
1、角焊缝受力分析
角焊缝的受力包括侧焊缝的受力与端焊缝的受力分析。
侧焊缝在轴心力作用下主要承受剪力作用，应力状态比较单纯，产生与焊缝长度平行的剪应力。在弹性阶段，因焊缝两端有应力集中，剪应力沿焊缝长度方向分布不均匀，两端大中间小。但由于侧焊缝的塑性较好，两端出现塑性变形后，产生应力重分布，所以在规定长度内，应力可按均匀分布考虑。
端焊缝在轴心力作用下应力沿焊缝长度分布比较均匀，两端比中间略低，但应力状态比侧焊缝要复杂，因力线弯折较大，应力集中较严重。端焊缝不但受剪应力而且受正应力影响，是多轴受力状态，故它的承载力比侧焊缝要高，但塑性变形较差。
2、角焊缝的计算
计算假定：在有效截面上应力分布是均匀的，而且两种角焊缝取同一强度设计值；不论抗拉、抗压或抗剪，设计强度均取同一设计值f¹t。
1）在轴心力作用下的角焊缝计算
2）角钢承受轴心力时的焊缝计算
3）在复杂应力状态下的焊缝强度计算
4）在弯矩、剪力、轴心力共同作用下，T形连接的角焊缝计算
5）在扭矩、剪力、轴心力共同作用下搭接的焊缝计算
钢结构螺栓连接
【普通螺栓连接】
一、螺栓的构造
螺栓在板件上的排列通常采用并列和错列两种形式。并列布置紧凑，整齐简单，连接板件尺寸小，但栓孔截面削弱较大。错列布置松散，连接板件尺寸较大，但可减少截面削弱。无论采用哪种形式，排列均应符合下列要求：
1）受力要求
在顺力作用方向的端距过小时，钢板有可能被剪断。为此，规定端距不应小于2do（do为栓孔直径）。为防止螺栓孔与孔间的钢板被剪断，应规定孔与孔中心距离不应小于3do。对受压构件当沿作用力方向的栓距过大时，易使板件受压后产生鼓曲现象。因此从受力角度规定了最大和最小距离。
2）构造要求
当栓距和线距过大时，被连接的构件不够紧密有孔隙，容易引起锈蚀。因此规定栓距和线距都不宜过大。
3）施工要求
螺栓间应有足够施工操作的空间。
二、普通螺栓的连接工作性能和计算
螺栓连接按螺栓传力方式，可分为受剪螺栓连接和受拉螺栓连接。受剪螺栓连接是靠栓杆的承压和抗剪来传递垂直方向的外力，受拉螺栓连接是靠栓杆直接承受拉力来传递沿杆轴方向的外力。
㈠ 受剪螺栓连接
1、工作性能
受剪螺栓在连接在外力作用下，当外力不大时，外力将由构件间的摩擦力与之平衡，构件接触面间无相对滑移，栓杆与孔壁间保持原有孔隙（螺栓连接处于弹性阶段）。外力克服摩擦力后，构件间产生相对滑移，栓杆与孔壁接触，使栓杆受剪。同时栓杆和孔壁间互相接触挤压，连接进入弹塑性阶段。随外力增加，连接趋于承载能力极限状态，达到破坏。
2、破坏形式
受剪螺栓连接破坏时可能出现下列五种破坏形式：
①栓杆剪断：当栓杆较细，板件相对较厚时可能发生。
②孔壁挤压破坏：当栓杆较粗，板件相对较薄时可能发生。
③钢板被拉断：当板件截面因开孔削弱过多时可能发生。
④钢板端部被剪断：在顺受力方向，当栓孔距构件端部的距离（端距）过小时可能发生。
(改善措施：限制端距e3≥2do)
⑤栓杆受弯破坏
当栓杆长度（即被连板件的总厚度）过大时可能发生。
(改善措施：限制连接的板叠厚度不超过5do)
前三种破坏通过计算来保证；而后两种则需要构造措施来保证。

kuyell

很全面谢谢

nichon

感谢分享

1173259382

谢谢分享

fzwtomb

如果能配上点实例的图形，那就完美了！

用心若镜

谢谢分享

again119

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