第三章 钢结构的连接.ppt

第六节 普通螺栓的连接l l一、一、一、一、普通螺栓的连接构造普通螺栓的连接构造普通螺栓的连接构造普通螺栓的连接构造l l螺栓的规格与表示螺栓的规格与表示螺栓的规格与表示螺栓的规格与表示 钢结构一般选用钢结构一般选用钢结构一般选用钢结构一般选用C C级（粗制）六角螺母螺栓，标识用级（粗制）六角螺母螺栓，标识用级（粗制）六角螺母螺栓，标识用级（粗制）六角螺母螺栓，标识用MM和和和和工程直径（工程直径（工程直径（工程直径（mmmm）表示，例如）表示，例如）表示，例如）表示，例如M16M16、M20M20等等等等l l螺栓的排列螺栓的排列螺栓的排列螺栓的排列 螺栓的各距应满足规定的要求（螺栓的各距应满足规定的要求（螺栓的各距应满足规定的要求（螺栓的各距应满足规定的要求（P7172P7172，表，表，表，表3.583.58）二、受力性能与计算二、受力性能与计算1 1、受力分类、受力分类l l螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及螺栓根据作用不同，按螺栓受力可以分为：受剪、受拉及剪拉共同作用剪拉共同作用剪拉共同作用剪拉共同作用2 2、受剪连接、受剪连接n受力性能与破坏形式受力性能与破坏形式l l五种破坏形式五种破坏形式螺栓受剪破坏螺栓受剪破坏螺栓受剪破坏螺栓受剪破坏孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏孔壁挤压破坏连接板净截面破坏连接板净截面破坏连接板净截面破坏连接板净截面破坏螺栓受弯破坏螺栓受弯破坏螺栓受弯破坏螺栓受弯破坏连接板冲剪破坏连接板冲剪破坏连接板冲剪破坏连接板冲剪破坏n单个受剪螺栓的承载力计算单个受剪螺栓的承载力计算单个受剪螺栓的承载力计算单个受剪螺栓的承载力计算l l螺栓抗剪：螺栓抗剪：螺栓抗剪：螺栓抗剪：l l孔壁承压：孔壁承压：孔壁承压：孔壁承压：l l最大承载力：最大承载力：最大承载力：最大承载力：n轴力作用受剪螺栓群的连接计算轴力作用受剪螺栓群的连接计算轴力作用受剪螺栓群的连接计算轴力作用受剪螺栓群的连接计算l l受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，受力特性：沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大时，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数时仍按均布，但强度需乘折减系数时仍按均布，但强度需乘折减系数时仍按均布，但强度需乘折减系数，当，当，当，当ll ll1 115d15d0 0时：时：时：时：当当当当ll ll1 160d60d0 0时时时时 0.70.7l l连接所需螺栓数量：连接所需螺栓数量：连接所需螺栓数量：连接所需螺栓数量：l l连接板净截面强度连接板净截面强度连接板净截面强度连接板净截面强度n扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算扭矩、轴力及剪力共同作用受剪螺栓群计算l l扭矩作用：扭矩作用：扭矩作用：扭矩作用：l l轴力及剪力作用轴力及剪力作用轴力及剪力作用轴力及剪力作用l l轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓轴力扭矩共同作用下最大受力螺栓n受拉螺栓连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接受拉螺栓连接l l受力性能与承载力受力性能与承载力受力性能与承载力受力性能与承载力l l受弯矩作用螺栓连接计算受弯矩作用螺栓连接计算受弯矩作用螺栓连接计算受弯矩作用螺栓连接计算l lMM、N N共同作用（偏心受拉）螺栓计算共同作用（偏心受拉）螺栓计算共同作用（偏心受拉）螺栓计算共同作用（偏心受拉）螺栓计算 小偏心：小偏心：小偏心：小偏心：大偏心大偏心大偏心大偏心:l l拉剪共同作用螺栓连接计算拉剪共同作用螺栓连接计算拉剪共同作用螺栓连接计算拉剪共同作用螺栓连接计算注：此类连接因无支托板，一般应考虑精制螺栓连接，以减少注：此类连接因无支托板，一般应考虑精制螺栓连接，以减少注：此类连接因无支托板，一般应考虑精制螺栓连接，以减少注：此类连接因无支托板，一般应考虑精制螺栓连接，以减少连接变形。连接变形。连接变形。连接变形。第七节 高强度螺栓连接一、概述一、概述一、概述一、概述n n按受力特性分：按受力特性分：按受力特性分：按受力特性分：摩擦型与承压型摩擦型与承压型摩擦型与承压型摩擦型与承压型pp抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状态；抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状态；抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状态；抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状态；承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏承压型允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏为承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。为承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。为承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。为承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。pp高强螺栓采用高强螺栓采用高强螺栓采用高强螺栓采用级孔，便于施工。级孔，便于施工。级孔，便于施工。级孔，便于施工。pp受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距1.5d1.5d0 0外其外其外其外其它同普通螺栓。它同普通螺栓。它同普通螺栓。它同普通螺栓。n n高强螺栓的材料与强度等级高强螺栓的材料与强度等级高强螺栓的材料与强度等级高强螺栓的材料与强度等级pp由高强材料经热处理制成，按强度等级分由高强材料经热处理制成，按强度等级分由高强材料经热处理制成，按强度等级分由高强材料经热处理制成，按强度等级分10.910.9与与与与8.88.8级。级。级。级。10.910.9级一般为级一般为级一般为级一般为20MnTiB20MnTiB、40Cr40Cr等材料，等材料，等材料，等材料，f fu u1000N/mm1000N/mm2 2，fu/fy0.9fu/fy0.9；8.88.8级一般为级一般为级一般为级一般为4545钢制成，钢制成，钢制成，钢制成，f fu u800N/mm800N/mm2 2，fu/fy0.8fu/fy0.8。n高强螺栓的预拉力高强螺栓的预拉力高强螺栓的预拉力高强螺栓的预拉力（P85P85表表表表3.93.9）二、摩擦型高强螺栓连接计算二、摩擦型高强螺栓连接计算二、摩擦型高强螺栓连接计算二、摩擦型高强螺栓连接计算n受剪连接计算受剪连接计算受剪连接计算受剪连接计算p一个螺栓抗剪承载力一个螺栓抗剪承载力一个螺栓抗剪承载力一个螺栓抗剪承载力p连接所需螺栓数连接所需螺栓数连接所需螺栓数连接所需螺栓数p净截面强度：考虑净截面强度：考虑净截面强度：考虑净截面强度：考虑5050孔前传力孔前传力孔前传力孔前传力n受拉连接高强螺栓计算受拉连接高强螺栓计算受拉连接高强螺栓计算受拉连接高强螺栓计算pp由于高强螺栓的基本承载力为摩擦力，而摩擦力预正压力有由于高强螺栓的基本承载力为摩擦力，而摩擦力预正压力有由于高强螺栓的基本承载力为摩擦力，而摩擦力预正压力有由于高强螺栓的基本承载力为摩擦力，而摩擦力预正压力有关，为保证板件间保留一定的压紧力关，为保证板件间保留一定的压紧力关，为保证板件间保留一定的压紧力关，为保证板件间保留一定的压紧力规范规范规范规范规定规定规定规定:pp受弯连接结算（形心轴在中排）受弯连接结算（形心轴在中排）受弯连接结算（形心轴在中排）受弯连接结算（形心轴在中排）pp拉、剪共同作用连接计算拉、剪共同作用连接计算拉、剪共同作用连接计算拉、剪共同作用连接计算三、承压型高强螺栓连接三、承压型高强螺栓连接三、承压型高强螺栓连接三、承压型高强螺栓连接 受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗剪及孔壁承受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗剪及孔壁承受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗剪及孔壁承受力性能同普通螺栓，拉剪作用时以栓杆抗剪及孔壁承压承力；受拉同摩擦型，计算公式总结如表压承力；受拉同摩擦型，计算公式总结如表压承力；受拉同摩擦型，计算公式总结如表压承力；受拉同摩擦型，计算公式总结如表3.113.11。本章重点1 1、角焊缝的构造与计算；、角焊缝的构造与计算；、角焊缝的构造与计算；、角焊缝的构造与计算；2 2、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；2 2、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；3 3、高强螺栓连接的构造与计算。、高强螺栓连接的构造与计算。、高强螺栓连接的构造与计算。、高强螺栓连接的构造与计算。第四章轴心受力构件l l第一节 概 述l l第二节 轴心受力构件的强度与刚度l l第三节 实腹式轴心受压构件的整体稳定l l第四节 实腹式轴心受压构件的局部稳定l l第五节 实腹式轴心受压构件的截面设计l l第六节 格构式轴心受压构件第一节 概 述n n轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构轴心受力构件分轴心受拉及受压两类构件，作为一种受力构件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。件，就应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。n n正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力正常使用极限状态的要求用构件的长细比来控制；承载能力极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。极限状态包括强度、整体稳定、局部稳定三方面的要求。n n稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问稳定问题是钢构件的重点问题，所有钢构件都涉及到稳定问题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的题，是钢构件设计的重点与难点。本章将简单讲述钢结构的钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。钢结构稳定理论的一般概念，为下序章节打基础。n n轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（轴心受力构件的截面分：实腹式与格构式两类（P97P97图图图图4.24.2）l l实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截实腹式又分型钢截面（包括普通型钢与薄壁型钢），组合截面（钢板组合与型钢组合截面）面（钢板组合与型钢组合截面）面（钢板组合与型钢组合截面）面（钢板组合与型钢组合截面）l l格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面格构式截面又分缀条式截面与缀板式截面第二节 轴心受力构件的强度与刚度一、轴心受力构件的强度一、轴心受力构件的强度一、轴心受力构件的强度一、轴心受力构件的强度 以净截面的平均应力强度为准则：即以净截面的平均应力强度为准则：即以净截面的平均应力强度为准则：即以净截面的平均应力强度为准则：即二、轴心受力构件的刚度二、轴心受力构件的刚度二、轴心受力构件的刚度二、轴心受力构件的刚度 以构件的长细比来控制，即以构件的长细比来控制，即以构件的长细比来控制，即以构件的长细比来控制，即第三节 实腹式轴心受压构件的整体稳定一、稳定问题的概述一、稳定问题的概述一、稳定问题的概述一、稳定问题的概述 所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态的属性。如图的属性。如图的属性。如图的属性。如图4.44.4，稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平，稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平，稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平，稳定分稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡衡。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡衡。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡衡。结构或构件失稳实际上为从稳定平衡状态经过临界平衡状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构或构件的状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构或构件的状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构或构件的状态，进入不稳定状态，临界状态的荷载即为结构或构件的稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之前。稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之前。稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之前。稳定极限荷载，构件必须工作在临界荷载之前。稳定问题为钢结构的重点问题，所有钢结构构件均件均稳定问题为钢结构的重点问题，所有钢结构构件均件均稳定问题为钢结构的重点问题，所有钢结构构件均件均稳定问题为钢结构的重点问题，所有钢结构构件均件均存在稳定问题，稳定问题分构件的存在稳定问题，稳定问题分构件的存在稳定问题，稳定问题分构件的存在稳定问题，稳定问题分构件的整体稳定整体稳定整体稳定整体稳定和和和和局部稳定局部稳定局部稳定局部稳定。二、理想轴心受压构件的整体失稳二、理想轴心受压构件的整体失稳二、理想轴心受压构件的整体失稳二、理想轴心受压构件的整体失稳 1 1、理想条件：绝对直杆、材料均质、无荷载偏心、无初始应、理想条件：绝对直杆、材料均质、无荷载偏心、无初始应、理想条件：绝对直杆、材料均质、无荷载偏心、无初始应、理想条件：绝对直杆、材料均质、无荷载偏心、无初始应 力、完全弹性。力、完全弹性。力、完全弹性。力、完全弹性。2 2、典型失稳形式、典型失稳形式、典型失稳形式、典型失稳形式（p101p101，图，图，图，图4.54.5）弯曲失稳只有弯曲变形；弯曲失稳只有弯曲变形；弯曲失稳只有弯曲变形；弯曲失稳只有弯曲变形；扭转失稳只有扭转变形。扭转失稳只有扭转变形。扭转失稳只有扭转变形。扭转失稳只有扭转变形。弯扭失稳弯曲变形的同时伴随有扭转变形。弯扭失稳弯曲变形的同时伴随有扭转变形。弯扭失稳弯曲变形的同时伴随有扭转变形。弯扭失稳弯曲变形的同时伴随有扭转变形。单对称截面绕对称轴（或不对称截面）弯曲失稳时，由单对称截面绕对称轴（或不对称截面）弯曲失稳时，由单对称截面绕对称轴（或不对称截面）弯曲失稳时，由单对称截面绕对称轴（或不对称截面）弯曲失稳时，由于截面的形心（内力作用点）与剪心（截面的扭转中心）不于截面的形心（内力作用点）与剪心（截面的扭转中心）不于截面的形心（内力作用点）与剪心（截面的扭转中心）不于截面的形心（内力作用点）与剪心（截面的扭转中心）不重合，截面内的内力分量相对于剪心产生偏心产生扭矩，从重合，截面内的内力分量相对于剪心产生偏心产生扭矩，从重合，截面内的内力分量相对于剪心产生偏心产生扭矩，从重合，截面内的内力分量相对于剪心产生偏心产生扭矩，从而产生扭转变形。而产生扭转变形。而产生扭转变形。而产生扭转变形。失稳承载力低于弯曲失稳承载力失稳承载力低于弯曲失稳承载力失稳承载力低于弯曲失稳承载力失稳承载力低于弯曲失稳承载力。只有类似于十字型截面扭转失稳承载力小于弯曲失稳承只有类似于十字型截面扭转失稳承载力小于弯曲失稳承只有类似于十字型截面扭转失稳承载力小于弯曲失稳承只有类似于十字型截面扭转失稳承载力小于弯曲失稳承载力，其他截面一般来说弯曲稳定承载力均大于扭转失稳承载力，其他截面一般来说弯曲稳定承载力均大于扭转失稳承载力，其他截面一般来说弯曲稳定承载力均大于扭转失稳承载力，其他截面一般来说弯曲稳定承载力均大于扭转失稳承载力。载力。载力。载力。3 3、理想构件的弹性弯曲失稳、理想构件的弹性弯曲失稳、理想构件的弹性弯曲失稳、理想构件的弹性弯曲失稳根据右图列平衡方程根据右图列平衡方程根据右图列平衡方程根据右图列平衡方程解平衡方程：得解平衡方程：得解平衡方程：得解平衡方程：得4 4、理想构件的弹塑性弯曲失稳、理想构件的弹塑性弯曲失稳、理想构件的弹塑性弯曲失稳、理想构件的弹塑性弯曲失稳构件失稳时如果截面应力超出弹性构件失稳时如果截面应力超出弹性构件失稳时如果截面应力超出弹性构件失稳时如果截面应力超出弹性极限，则构件进入弹塑性工作阶段，极限，则构件进入弹塑性工作阶段，极限，则构件进入弹塑性工作阶段，极限，则构件进入弹塑性工作阶段，这时应按切线模量理论进行分析这时应按切线模量理论进行分析这时应按切线模量理论进行分析这时应按切线模量理论进行分析3 3、实际构件的整体稳定、实际构件的整体稳定、实际构件的整体稳定、实际构件的整体稳定 实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，缺陷主要有：实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，缺陷主要有：实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，缺陷主要有：实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，缺陷主要有：初始弯曲、残余应力、初始偏心。初始弯曲、残余应力、初始偏心。初始弯曲、残余应力、初始偏心。初始弯曲、残余应力、初始偏心。、初始弯曲的影响、初始弯曲的影响、初始弯曲的影响、初始弯曲的影响、初始偏心的影响、初始偏心的影响、初始偏心的影响、初始偏心的影响、残余应力的影响、残余应力的影响、残余应力的影响、残余应力的影响 前面已讲：钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在前面已讲：钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在前面已讲：钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在前面已讲：钢构件在轧制、焊接、剪切等过程中，会在钢构件中产生内部自相平衡的残余应力，残余应力对构件的钢构件中产生内部自相平衡的残余应力，残余应力对构件的钢构件中产生内部自相平衡的残余应力，残余应力对构件的钢构件中产生内部自相平衡的残余应力，残余应力对构件的强度无影响，但会对构件的稳定承载力产生不利影响。强度无影响，但会对构件的稳定承载力产生不利影响。强度无影响，但会对构件的稳定承载力产生不利影响。强度无影响，但会对构件的稳定承载力产生不利影响。注：残余应力对弱轴的影响大于对注：残余应力对弱轴的影响大于对注：残余应力对弱轴的影响大于对注：残余应力对弱轴的影响大于对 强轴的影响强轴的影响强轴的影响强轴的影响4 4、实际轴压构件的工程计算方法、实际轴压构件的工程计算方法、实际轴压构件的工程计算方法、实际轴压构件的工程计算方法 初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两者初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两者初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两者初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论两者同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为最大（杆长的千分之一）以兼并考虑初弯曲的影响；按弯曲失（杆长的千分之一）以兼并考虑初弯曲的影响；按弯曲失（杆长的千分之一）以兼并考虑初弯曲的影响；按弯曲失（杆长的千分之一）以兼并考虑初弯曲的影响；按弯曲失稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残余应力的影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类型分为a a、b b、c c及及及及d d四类（详见四类（详见四类（详见四类（详见p112p112，图，图，图，图4.164.16及及及及p113p113，表，表，表，表4.4a4.4a）。）。）。）。a a类为残余应力影响较小，类为残余应力影响较小，类为残余应力影响较小，类为残余应力影响较小，c c类为残余应力影响较大，类为残余应力影响较大，类为残余应力影响较大，类为残余应力影响较大，并有弯扭失稳影响，并有弯扭失稳影响，并有弯扭失稳影响，并有弯扭失稳影响，a a、c c类之间为类之间为类之间为类之间为b b类，类，类，类，d d类厚板工字钢绕类厚板工字钢绕类厚板工字钢绕类厚板工字钢绕弱轴。弱轴。弱轴。弱轴。规范规范规范规范计算公式计算公式计算公式计算公式 按按按按 计算计算计算计算