鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計計算

　　鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有焊縫連接、鉚釘連接、普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。

　　焊接是鋼結(jié)構(gòu)的最主要連接方法。

　　同一連接部位中不得采用普通螺栓或承壓型高強(qiáng)度螺栓與焊接共用的連接;在改、擴(kuò)建工程中作為加固補(bǔ)強(qiáng)措施，可采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓與焊接承受同一作用力的栓焊并用連接。

　　一、焊縫連接

　　焊接方法有電弧焊、氣焊、電渣壓力焊、電阻焊等。

　　焊接的形式有平接、搭接、T形連接、角接四種。

　　焊縫形式主要有對接焊縫和角焊縫。

　　鋼結(jié)構(gòu)焊接連接構(gòu)造設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　1.盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸;

　　2.焊縫的布置宜對稱于構(gòu)件截面的形心軸;

　　3.節(jié)點區(qū)留有足夠空間，便于焊接操作和焊后檢測;

　　4.應(yīng)避免焊縫密集和雙向、三向相交;

　　5.焊縫位置宜避開最大應(yīng)力區(qū);

　　6.焊縫連接宜選擇等強(qiáng)配比;當(dāng)不同強(qiáng)度的鋼材連接時，可采用與低強(qiáng)度鋼材相匹配的焊接材料。

　　焊縫的質(zhì)量等級應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況，按下列原則選用：

　　1.受動荷載且需要進(jìn)行疲勞驗算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)連接的焊縫應(yīng)焊透，其質(zhì)量等級應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　(1)作用力垂直于焊縫長度方向的橫向?qū)�接焊縫或T形對接與角接組合焊縫，受拉時應(yīng)為一級，受壓時不應(yīng)低于二級;

　　(2)作用力平行于焊縫長度方向的縱向?qū)�接焊縫不應(yīng)低于二級;

　　(3)重級工作制(A6~A8)和起重量Q≥50t的中級工作制(A4、A5)吊車梁的腹板與上翼緣之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的T形連接部位焊縫應(yīng)焊透，焊縫形式宜為對接與角接的組合焊縫，其質(zhì)量等級不應(yīng)低于二級。

　　2.在工作溫度等于或低于-20℃的地區(qū)，構(gòu)件對接焊縫的質(zhì)量不得低于二級。

　　3.不需要疲勞驗算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的對接焊縫宜焊透，其質(zhì)量等級受拉時不應(yīng)低于二級，受壓時不宜低于二級。

　　4.部分焊透的對接焊縫、采用角焊縫或部分焊透的對接與角接組合焊縫的T形連接部位，以及搭接連接角焊縫，其質(zhì)量等級應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　(1)直接承受動荷載且需要疲勞驗算的結(jié)構(gòu)和吊車起重量等于或大于50t的中級工作制吊車

　　(2)梁以及梁柱、牛腿等重要節(jié)點不應(yīng)低于二級;

　　(3)其他結(jié)構(gòu)可為三級。

　　(一)對接焊縫

　　對接焊縫通常有五種截面形式：不剖口的矩形，剖口的V形、X形、U形和K形。

　　對接焊縫的優(yōu)點是：用料經(jīng)濟(jì)、傳力均勻，沒有顯著的應(yīng)力集中，對于承受動力荷載作用的結(jié)構(gòu)采用對接焊縫最為有利。

　　(二)角焊縫

　　【例17-19/2017考題】焊接T形截面構(gòu)件中，腹板和翼縁相交處的縱向焊接殘余應(yīng)力為：

　　A.壓應(yīng)力;

　　B.拉應(yīng)力;

　　C.剪應(yīng)力;

　　D.零。

　　解：焊接T形截面構(gòu)件，腹板和翼縁用焊縫頂接，腹板和翼縁相交處因焊縫收縮受到兩邊鋼板的阻礙而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。

　　答案：B

　　二、普通螺栓連接

　　普通螺栓根據(jù)加工精度分為A、B和C三級。A、B兩級螺栓(精制螺栓)連接因制造和安裝復(fù)雜很少采用;C級螺栓(粗制螺栓)連接的抗剪性能較差，主要用于受拉安裝連接、次要結(jié)構(gòu)或可拆卸結(jié)構(gòu)的抗剪連接以及安裝時的臨時定位連接。

　　(一)普通螺栓連接計算

　　普通螺栓連接可分為受剪螺栓連接、受拉螺栓連接。

　　受剪螺栓連接依靠螺桿受剪和孔壁承壓傳力，可能發(fā)生以下五種破壞形式：螺桿剪斷、孔壁擠壓破壞、連接板凈截面被拉或壓破壞、連接板端部剪壞和螺桿受彎破壞。前三種破壞可通過計算避免，后兩種可通過構(gòu)造措施避免。

　　(二)構(gòu)造要求

　　三、高強(qiáng)度螺栓連接

　　高強(qiáng)度螺栓的連接可分為摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接和承壓型高強(qiáng)度螺栓連接，前者只靠被連接板件的摩擦力傳力，以摩擦力被克服作為承載能力的極限狀態(tài);后者起初靠摩擦力傳力，摩擦力被克服后，依靠栓桿抗剪和承壓傳力，以栓桿剪切或孔壁承壓破壞作為抗剪的極限狀態(tài)，并要求在正常使用狀態(tài)下(取荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算)被連接板件不發(fā)生滑移。

　　這兩種形式的螺栓在受拉時沒有區(qū)別，在材料、螺栓預(yù)拉力和構(gòu)件摩擦面處理等施工操作技術(shù)要求上也完全相同。

　　承壓型高強(qiáng)度螺栓連接的承載能力比摩擦型的高，可節(jié)約螺栓，但其連接的剪切變形較大，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，承壓型高強(qiáng)螺栓連接不應(yīng)用于直接承受動力荷載作用的結(jié)構(gòu)。

　　四、構(gòu)件間的連接

　　構(gòu)件間的連接節(jié)點可采用栓焊混合連接、螺栓連接、焊接連接、端板連接、頂?shù)捉卿撨B接等構(gòu)造。

　　(一)采用焊接連接或栓焊混合連接(梁翼緣與柱焊接，腹板與柱高強(qiáng)度螺栓連接)的梁柱剛接節(jié)點，其構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　1.H形鋼柱腹板對應(yīng)于梁翼緣部位宜設(shè)置橫向加勁肋，箱形(鋼管)柱對應(yīng)于梁翼緣的位置宜設(shè)置水平隔板。

　　2.梁柱節(jié)點宜采用柱貫通構(gòu)造，當(dāng)柱采用冷成型管截面或壁板厚度小于翼緣厚度較多時，梁柱節(jié)點宜采用隔板貫通式構(gòu)造。

　　3.節(jié)點采用隔板貫通式構(gòu)造時，柱與貫通式隔板應(yīng)采用全熔透坡口焊縫連接。貫通式隔板挑出長度l宜滿足25mm≤l≤60mm;隔板宜采用拘束度較小的焊接構(gòu)造與工藝，其厚度不應(yīng)小于梁翼緣厚度和柱壁板的厚度。當(dāng)隔板厚度不小于36mm時，宜選用厚度方向鋼板。

　　4.梁柱節(jié)點區(qū)柱腹板加勁肋或隔板應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　1)橫向加勁肋的截面尺寸應(yīng)經(jīng)計算確定，其厚度不宜小于梁翼緣厚度;其寬度應(yīng)符合傳力、構(gòu)造和板件寬厚比限值的要求;

　　2)橫向加勁肋的上表面宜與梁翼緣的上表面對齊，并以焊透的T形對接焊縫與柱翼緣連接，當(dāng)梁與H形截面柱弱軸方向連接，即與腹板垂直相連形成剛接時，橫向加勁肋與柱腹板的連接宜采用焊透對接焊縫;

　　3)箱形柱中的橫向隔板與柱翼緣的連接宜采用焊透的T形對接焊縫，對無法進(jìn)行電弧焊的焊縫且柱壁板厚度不小于16mm的可采用熔化嘴電渣;

　　4)當(dāng)采用斜向加勁肋加強(qiáng)節(jié)點域時，加勁肋及其連接應(yīng)能傳遞柱腹板所能承擔(dān)剪力之外的剪力;其截面尺寸應(yīng)符合傳力和板件寬厚比限值的要求。

　　(二)端板連接的梁柱剛接節(jié)點應(yīng)符合下列規(guī)定：

　　1.端板宜采用外伸式端板。端板的厚度不宜小于螺栓直徑;

　　2.節(jié)點中端板厚度與螺栓直徑應(yīng)由計算決定，計算時宜計人撬力的影響;

　　3.節(jié)點區(qū)柱腹板對應(yīng)于梁翼緣部位應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋，其與柱翼緣圍隔成的節(jié)點域抗剪強(qiáng)度的驗算不足時，宜設(shè)斜加勁肋加強(qiáng)。

　　(三)次梁與主梁的連接

　　次梁和主梁的連接一般設(shè)計成鉸接,次梁為簡支承受次梁的反力而不承受端彎矩。