钢结构的构件连接方式.docx

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钢结构的构件连接方式

钢结构的连接方法大体来看，有以下几种：

焊接——是使用最普遍的方法，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；但是焊接属于热加工过程，对材质要求高，对于工人的技术水平要求也高，焊接程序严格，质量检验工作量大。

铆接——该方法传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好；但是由于铆接时必须进行钢板的搭接，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；但是对于该方法，螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大。

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

焊接是钢结构较为常见的连接方式，也是比较方便的连接方式，在众多的钢结构中，焊接是最为常见的一种。

根据焊接的形式，焊缝可以分为对接（平接）焊缝、角焊缝、和顶接焊缝三大类。

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。

从直观来看，直缝受拉，斜缝受拉与剪的同时作用。

a

b

c

斜缝直缝

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

e

f

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

对接焊缝的优点是用料经济、传力均匀、无明显的应力集中

[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，在板的一面或两面切成坡度不大于1：

4的斜面，避免应力集中。

另外，变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：

4的斜边，避免应力集中。

对于对接焊缝的强度，有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质量等级有关。

对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布基本相同。

计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）不能超过焊缝的强度设计值。

对接焊缝的计算包括：

轴心受力的对接焊缝、斜向受力的对接焊缝、钢梁的对接焊缝、牛腿与翼缘的对接焊缝。

角焊缝

端缝

侧缝

角焊缝按受力与焊缝方向分端缝——作用力方向与焊缝长度方向垂直，其受力后应力状态较复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂，端缝破坏强度要高一些，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和斜角焊缝。

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。

角焊缝的构造要求：

（1）承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。

（2）在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：

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。

断续角焊缝之间的净距，不应大于15t（对受压构件）或30t（对受拉构件），t为较薄焊件的厚度。

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）；（其他情况）；

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hf，称之为焊缝的焊脚高度，而he为焊缝的喉部截面高度，是焊缝的计算尺度。

——两焊脚边的夹角，

——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，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。

而在焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。

具体分为：

纵向应力，沿着焊缝长度方向的应力；横向应力，垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力；厚度方向应力，垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。

焊接应力对于焊接构建与结构的影响较大，会使结构提前发生屈服：

对常温下承受静力荷载结构的强度虽然没有影响，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，裂纹易发生和发展；对于承受动荷载的构件，焊接应力会降低疲劳强度；对于受压杆件，焊接变形是杆件曲率增加，降低了压杆的稳定性。

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。

减少焊接应力和焊接变形应从以下几方面着手：

（1）采用适当的焊接程序，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和焊接变形相反的预变形；

（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）合理的焊缝设计，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是相同的，只是施工方法的差异。

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

2r

d

普通螺栓是以承担剪力与拉力为传力方式的螺栓，可以分为精制（A、B，A级用于M24以下，B级用于M24以上）和粗制（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的结构，机械结构以及连接点仅用一个螺栓或有模具套钻的多个螺栓连接的可调节杆件（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。

从螺栓的受力分析可以看到，对于承担剪力的普通螺栓与铆钉（以下统称螺栓）连接的构件，其受力有以下薄弱环节，需要注意：

螺栓受剪并受侧向挤压作用，因此必须配置足够数量的螺栓以承担剪力；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的拉力，这要十分注意，避免由于螺栓的消弱作用导致钢材被拉断；钢材在螺栓孔到端部的剪切作用，会产生钢材的破孔，也要注意。

另外，使用连接板的，连接板也要注意以上作用。

当螺栓穿过的钢板过多时，在侧向力的作用下，螺栓也会弯曲破坏。

承担拉力的螺栓主要是被拉断。

螺栓可以根据需要，采取不同的排列方式，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，靠接触面的摩擦来阻止连接板相互滑移，以达到传递外力的目的。

高强螺栓按传力机理分摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。

这两种螺栓构造、安装基本相同。

但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，连接依靠螺杆抗剪和孔壁承压来传力，与普通螺栓相同，所以螺杆与螺孔之差略小些，为1.0～1.5mm。

摩擦型高强螺栓的连接较承压型高强螺栓的变形小，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和间接承受动力荷载结构中的连接。