Steel Structure钢结构钢结构何嘉年何嘉年14.14.连接习题课连接习题课p焊缝连接计算求出同一平面的焊缝群的形心；将荷载向形心简化，找出最不利位置；分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力；区分侧焊缝受力与端焊缝受力，视荷载种类（静荷或动荷）代入公式，进行计算。l l计算步骤计算步骤一牛腿连接，采用三面围焊直角角焊缝连接。钢材用Q235B，手工焊，焊条E43型。受到竖向力F=200kN的作用。设牛腿钢板厚度为12mm，柱翼缘板厚度为20mm。试设计角焊缝。l l例例1 1 简易牛腿连接简易牛腿连接三面围焊共同承受偏心竖向F的作用，在形心处化简为：剪力剪力V 和扭矩联合作用VT可以判断最不利可以判断最不利点为点为A点。点。焊缝连接设计一般可以根据焊缝构造要求，假设焊缝的高度或长度。多数情况下，焊缝长度根据构件尺寸确定，因此可假设焊缝高度。焊缝高度最小尺寸：焊缝高度最大尺寸：为了将作用力向焊缝形心简化，首先要计算焊缝群的形心位置。近似地按钢板与柱的搭接长度进行角焊缝的有效截面计算。由于三面围焊，所以只有水平焊缝需要减去有时候为了计算快捷，甚至不考虑减去焊缝高度的尺寸变化计算焊缝群的形心位置对截面边缘的静矩焊缝面积焊缝有效截面的极惯性矩焊缝有效截面的极惯性矩对于A点A焊缝受到的作用力VT对于A点的应力AVT对于A点的应力AVT某角钢连接，承受静态轴心力，采用三面围焊连接。已知角钢212510，与厚度为8mm的节点板连接，肢背的搭接长度为300mm，焊缝高度hf=8mm，钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型，试设计肢尖焊缝，使连接的承载力充分发挥。l l例例2 2 角钢连接角钢连接要使连接的承载力充分发挥，需要让焊缝充分发挥作用。因此可按承载力计算。端焊缝的计算长度等于相连角钢肢的宽度，即lw3=b=125mm，则端焊缝所能分担的内力N3为：K1=0.70，K2=0.30查表：肢背角焊缝所能承受的内力N1为：由焊缝完全发挥作用的时候，连接的承载力由角钢肢尖的内力为：则，根据焊缝强度验算公式有：由于角钢的角焊缝计算需要按照内力分配进行，因此角钢角焊缝连接的承载力并不是仅仅取决于某一焊缝的承载力，而是肢背与肢尖的焊缝需要满足相应的比例关系。例如，上题中若肢尖的焊缝只有80mm，则当肢尖的焊缝达到承载极限的时候，肢背焊缝仍没有充分发挥作用，连接的承载力只有885.5kN；若肢尖的焊缝长度也设计为和肢背的焊缝一样长，即300mm，连接的承载力却不会相应的提高，仍然是942.7kN。3-11. 试设计牛腿与柱的角焊缝连接。钢材Q235B，焊条E43型，手工焊，N=98kN（静力荷载），偏心e=120mm。l l例例3 3 牛腿连接牛腿连接1.首先，需要明确焊缝的传力路径：N牛腿顶板牛腿腹板柱翼缘焊缝1焊缝2焊缝12.明确焊缝的受力情况：偏心压力焊缝2偏心剪力3.焊缝高度的设计范围4.计算焊缝1N=98kNN=98kNM=NeN=98kNM=Ne=980.02=1.96kNm设焊缝1的高度为8mm4.计算焊缝1N=98kNM=Ne设焊缝1的高度为8mm，则焊缝1的应力为5.计算焊缝2V=98kNM=NeV=98kNM=Ne=980.12=11.76kNm求解焊缝群的形心位置O设焊缝2的高度为8mm求解焊缝群的惯性矩O弯曲引起最大的应力剪力引起的应力V=98kNM=NeO计算焊缝最不利点的应力最不利点在A点处A工程上，一般地偏安全地工程上，一般地偏安全地认为弯曲由焊缝群承担，认为弯曲由焊缝群承担，剪力由竖向焊缝平均承担剪力由竖向焊缝平均承担A点的应力为：OAp螺栓连接计算l l普通螺栓连接计算步骤普通螺栓连接计算步骤1.判断螺栓的受力情况2.计算螺栓的最大内力（在偏心受拉时，注意大小偏心问题）3.计算单个螺栓的承载力（抗拉承载力，抗压承载力，抗剪承载力。留意剪切面的个数，螺栓的构造要求）4.螺栓满足强度要求5、构件满足强度要求（验算危险截面） l l高强度螺栓（摩擦型）连接计算步骤高强度螺栓（摩擦型）连接计算步骤1.根据连接情况和荷载情况，判断螺栓的受力情况。2.计算螺栓的最大内力（在偏心受拉时，没有大小偏心问题）3.计算单个螺栓的承载力（抗拉承载力，抗剪承载力，当为拉剪共存时，抗剪承载力的不同。留意剪切面的个数，螺栓的构造要求）4.螺栓满足强度要求5、构件满足强度要求（验算危险截面） l l例例4 4 螺栓连接轴心受剪螺栓连接轴心受剪钢板拼接连接，钢材为Q235，采用盖板拼接，采用螺栓连接，连接受到轴向力N的作用。1、N=700kN,采用C级普通螺栓连接。螺栓采用M20，孔径为21.5mm。2、N=950kN，采用M20的10.9级高强螺栓，孔径也是21.5mm，按摩擦型高强螺栓计算,构件表面采用喷砂处理。验算以上方案的螺栓强度。NNNN1、普通螺栓、普通螺栓4807070280t=16mmt=12mmA A、螺栓受剪、螺栓受剪B B、强度指标：、强度指标：C C、计算单个螺栓的承载力设计值、计算单个螺栓的承载力设计值D D、计算单个螺栓的内力、计算单个螺栓的内力E、钢材验算NN4807070280NNNN2、摩擦型高强螺栓、摩擦型高强螺栓4807070280t=16mmt=12mmA、螺栓受剪B、计算参数：C、计算单个螺栓的承载力设计值D、计算单个螺栓的内力E、钢材验算NN4807070280试验算如图所示拉力螺栓连接的强度。C级螺栓M20，所用钢材为Q235B。若改用M20的8.8级高强度螺栓摩擦型连接（摩擦面间仅用钢丝刷清理浮锈），其承载力有何差别？l l例例4 4 螺栓连接拉剪联合作用螺栓连接拉剪联合作用采用普通螺栓螺栓拉剪作用计算参数计算单个螺栓的承载力计算单个螺栓的内力验算螺栓承载力满足要求采用高强螺栓摩擦型连接计算参数计算单个螺栓的承载力验算螺栓承载力为何？为何？一牛腿，用C级螺栓连接于钢柱上，牛腿下有一支托板。钢材为Q235，螺栓采用M20，栓距为70mm。荷载V=100kN,作用点距离柱翼缘表面为200mm，水平轴向力N=120kN。验算螺栓强度和设计支托板出的焊缝。 l l例例5 5 螺栓连接拉弯剪联合作用螺栓连接拉弯剪联合作用1、受力分析 （由于有支托，所以螺栓连接承受N和V引起的弯距M。也就是螺栓偏心受拉）2、强度指标：3、计算单个螺栓的承载力设计值4、计算螺栓的内力（偏心受拉）假设以螺栓群形心旋转，则假设不成立，应为大偏心，绕底排螺栓转动顶排螺栓受最大的拉力：OO5、设计支托焊缝（采用角焊缝，支托两侧施焊，采用E43型焊条） 支托处焊缝承受剪力 根据构造要求，选侧焊缝高度为8mm 则焊缝的应力为：一受斜向偏心力作用的高强螺栓连接，偏心力T=540kN。钢材为Q235，螺栓用10.9级的M20高强螺栓，构件接触面经喷砂处理。校核螺栓是否安全。l l例例6 6 螺栓连接拉弯剪联合作用螺栓连接拉弯剪联合作用A、受力分析。螺栓承受弯拉剪B、计算参数：C、计算螺栓形心处的内力D、螺栓的抗拉验算。确定危险螺栓。E、验算螺栓的抗剪强度： 危险螺栓的的剪力为：危险螺栓的的剪力承载力为：此方法考虑的是最危险螺栓的承载力，这样考虑的优点在于螺栓连接的安全储备更大。另一种考察方法另一种考察方法另一种考察方法另一种考察方法考虑螺栓受到不同的拉力导致抗剪承载力不考虑螺栓受到不同的拉力导致抗剪承载力不一样，采用螺栓群总的抗剪承载力考察螺栓一样，采用螺栓群总的抗剪承载力考察螺栓连接的强度连接的强度Nt1Nt2Nt3Nt4Nt5Nt6Nt1Nt2Nt3Nt4Nt5Nt6此方法考虑的是螺栓总的抗剪承载力，问题在于螺栓的应力分布不清晰。l l例例7 7 连接综合题连接综合题双角钢拉杆与柱的连接如图。拉力N550kN。钢材为Q235B钢。角钢与节点板、节点板与端板采用焊缝连接，焊条采用E43型焊条。端板与柱采用10.9级M20高强螺栓连接。构件表面采用喷砂处理。1、角钢与节点板连接的焊缝长度2、节点板与端板的焊缝高度3、验算高强螺栓连接1.角钢与节点板连接的焊缝长度由于角钢为不等肢角钢，且为长边相拼肢背：肢尖2.节点板与端板的焊缝高度FV由于钢板厚度为14mm，端板厚为20mm，可设焊缝高度为10mm3.验算高强螺栓连接螺栓的最大内力：按摩擦型连接计算：按承压型连接计算：有：