1、金屬結(jié)構(gòu)的連接第三章7/24/20221物流工程學(xué)院 WHUT31連接方法及特點(diǎn)32連接的材料33.焊接接頭型式與焊縫型式34.焊縫的靜強(qiáng)度計(jì)算35設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的注意事項(xiàng)36普通螺栓連接37剪力螺栓連接計(jì)算38拉力螺栓連39拉剪螺栓連接計(jì)算： 310高強(qiáng)度螺栓連接設(shè)計(jì)計(jì)算311銷軸連接7/24/20222物流工程學(xué)院 WHUT 金屬結(jié)構(gòu)是由型材、鑄鍛件間用一定的連接方式組成的能承載的工程結(jié)構(gòu)，常見的連接方式有以下幾種。7/24/20223物流工程學(xué)院 WHUT31連接方法及特點(diǎn)一、方法： 焊接：（廣泛應(yīng)用） 螺栓連接：（用于常裝拆的結(jié)構(gòu)）分為： 普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓 鉚釘連接：（國外僅用于特重

2、型橋吊主梁） 膠合連接：（國內(nèi)未采用） 銷軸連接：（用于兩構(gòu)件間的連接）7/24/20224物流工程學(xué)院 WHUT二、特點(diǎn)： 焊 接：制造簡便，省工省料，不削弱構(gòu) 件截面 易于自動化操作；但易產(chǎn)生殘余應(yīng)力和 變形、焊接缺陷，質(zhì)量不易檢查。 螺栓連接：易裝拆，質(zhì)量易檢查，塑性、韌性 好，但費(fèi)工費(fèi)料，削弱構(gòu)件截面，動載 作用下易松動；高強(qiáng)度螺栓除具有普通 螺栓優(yōu)點(diǎn)以外，還具有傳力均勻， 7/24/20225物流工程學(xué)院 WHUT 應(yīng)力集中小，疲勞強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但 螺栓制造和連接表面要求較高。 鉚 接：承動載能力強(qiáng)，低溫下工作較可靠， 但不能拆。 7/24/20226物流工程學(xué)院 WHUT32連接的

3、材料一、焊接（與焊接方法有關(guān)），焊接方法達(dá) 35種之多。1.金屬結(jié)構(gòu)（起重機(jī)）常用的方法： 氣焊：氧炔焊（氧，乙炔）用于焊薄板， 切割金屬；熱源為氣 7/24/20227物流工程學(xué)院 WHUT電弧焊：應(yīng)用最多 熱源：電弧 手工電弧焊； 埋弧自動（半自動）焊； 氣體保護(hù)焊 電渣焊：熱源：電流通過燃渣產(chǎn)生電阻熱，常用于焊 厚板或大截面構(gòu)件。7/24/20228物流工程學(xué)院 WHUT 2.焊接材料：（電弧焊） 1）手工電弧焊焊條（按等強(qiáng)度原則選） 焊Q235，常用E43型（老T42型） E4303 （一般） 注：“43”為抗拉強(qiáng)度 “0”為位置 “03”為藥皮及電 流 （T422） E4315 E4

4、316 應(yīng)用于重要結(jié)構(gòu) 或重級工作制（T427） （T426）7/24/20229物流工程學(xué)院 WHUT焊16Mn,常用E50型 （T50型） E5003 （T502） E5015 （T507） E5016 （T506）焊Q235與16Mn的混合連接： E43型（一般）. E50型（貼角焊，受力較大的焊縫）7/24/202210物流工程學(xué)院 WHUT 2）埋弧自動（半自動）焊：焊絲+焊劑 焊Q235：H08，H08A，H08Mn + 高硅型焊劑 焊16Mn: H08MnA,H10Mn2 + 低錳型或無錳型焊 劑 3）氣體保護(hù)焊：焊絲+氣體（CO2，氬氣等）7/24/202211物流工程學(xué)院 W

5、HUT二、螺栓分為： 普通螺栓 Q235-A,Q235-B,35； 高強(qiáng)度螺栓 螺栓： d24mm.45,40B,20MnTiB d24mm.20 MnTiB,35VB 螺母：45，15MnVB 墊圈：45 (平墊圈)7/24/202212物流工程學(xué)院 WHUT33.焊接接頭型式與焊縫型式對接接頭 對接焊縫 7/24/202213物流工程學(xué)院 WHUT 搭接接頭 貼角焊縫 塞焊縫（角） 槽形焊縫（角） 7/24/202214物流工程學(xué)院 WHUTT字接頭 開剖口焊縫角接接頭 開剖口焊縫 7/24/202215物流工程學(xué)院 WHUT34.焊縫的靜強(qiáng)度計(jì)算一、對接焊縫的靜強(qiáng)度計(jì)算. 1.承受軸力的

6、對接焊縫： 7/24/202216物流工程學(xué)院 WHUT h=N/Af=N/lfh 式中：lf焊縫計(jì)算長度：有引弧板時(shí) lf=b 無引弧板時(shí) lf=b-52mm h焊縫許用應(yīng)力，查表3-1（P67）7/24/202217物流工程學(xué)院 WHUT 2.承受剪力的對接焊縫（純剪） =Q/Af=Q/lfdh 式中：lf、同前，h查表317/24/202218物流工程學(xué)院 WHUT 3.N、Q、M共同作用下的對接焊縫例1：7/24/202219物流工程學(xué)院 WHUT危險(xiǎn)點(diǎn)：A、B. A：h=N/Af+M/Wf h B: h=QSf/Ifh Sf計(jì)算點(diǎn)到截面邊緣部分的截面面積對中性 軸（通過截面型心的軸）

7、的靜矩7/24/202220物流工程學(xué)院 WHUT例2：7/24/202221物流工程學(xué)院 WHUT危險(xiǎn)點(diǎn)：A，B. A： B: 7/24/202222物流工程學(xué)院 WHUT二、貼角焊縫的靜強(qiáng)度計(jì)算1）側(cè)焊縫7/24/202223物流工程學(xué)院 WHUT（1）應(yīng)力分布規(guī)律：不均勻（曲線）， 兩頭大中間 小（2）破壞形式：剪切破壞，破壞面為 最小剪切面（45度工作面）7/24/202224物流工程學(xué)院 WHUT2）端焊縫7/24/202225物流工程學(xué)院 WHUT （1）應(yīng)力分布規(guī)律：復(fù)雜，應(yīng)力集中在根部（a點(diǎn)）； （2）破壞形式：多樣。3) 圍焊縫（三面圍焊）：塑性低于側(cè)焊，靜強(qiáng)度和 側(cè)焊相當(dāng)，

8、疲勞強(qiáng)度高于側(cè)焊，由于貼角焊縫差別較大，受力復(fù)雜精確計(jì)算十分困難，以往多數(shù)國家采用以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為主要依據(jù)的計(jì)劃設(shè)計(jì)算法。7/24/202226物流工程學(xué)院 WHUT 2.貼角焊縫發(fā)計(jì)算假定： 除忽略焊接殘余應(yīng)力及焊縫的增高影響外，做如下幾點(diǎn)假定： 1）不分側(cè)縫和端縫 2）以焊接的最小截面45斜面作為計(jì)算截面 3）不論連接受拉、壓、剪、彎、把計(jì)算應(yīng)力均視 為剪應(yīng)力。7/24/202227物流工程學(xué)院 WHUT 3.貼角焊縫的靜強(qiáng)度計(jì)算 1）連接受軸向力的搭接接頭例1. 7/24/202228物流工程學(xué)院 WHUT N=N/Af=N/(lff)h f=焊縫計(jì)算厚度. f=0.7hf lf焊縫計(jì)算長度

9、之和. 7/24/202229物流工程學(xué)院 WHUT例2. N=N/Af=N/(lff)h 其中f為周長 lf連接一邊焊縫的計(jì)算長度之和，按下面規(guī)則取值7/24/202230物流工程學(xué)院 WHUT7/24/202231物流工程學(xué)院 WHUT注：焊縫計(jì)算長度的規(guī)定： （1）各條側(cè)縫或端縫的最小計(jì)算長度取為 8 hf且不小于40mm（由構(gòu)造保證）. （2）側(cè)焊縫的最大計(jì)算長度 受靜載：每條側(cè)縫取lf60hf 受動載：每條側(cè)縫取lf40hf （超出部分不考慮）7/24/202232物流工程學(xué)院 WHUT2）受彎矩M的T字接頭7/24/202233物流工程學(xué)院 WHUT危險(xiǎn)點(diǎn)：A Ifx對軸x求慣性矩

10、，稱為軸慣性矩法。 7/24/202234物流工程學(xué)院 WHUT3）承受M的搭接接頭 7/24/202235物流工程學(xué)院 WHUT計(jì)算假設(shè)： （1）構(gòu)件為絕對剛性，焊縫為彈性； （2）在M作用下，構(gòu)件焊縫計(jì)算截面型心作相對轉(zhuǎn)動 由上面假設(shè)有：在一點(diǎn)處，i大小于其到O的距離成正比，方向垂直于連線 當(dāng)點(diǎn)距O為單位長度r=1時(shí)，焊縫計(jì)算應(yīng)力為：1 當(dāng)點(diǎn)距O為單位長度r=i時(shí)，焊縫計(jì)算應(yīng)力為：i 1/r1=i/ri r1=1 i =1r i7/24/202236物流工程學(xué)院 WHUT IP（極慣矩） 所以： 1=M/IP 任一點(diǎn)處： i=iri=riM/IP max=rmaxM/IP 離型心最遠(yuǎn)的焊縫

11、所受的剪應(yīng)力. 強(qiáng)度計(jì)算式：max=rmaxM/IP h 極慣性矩法7/24/202237物流工程學(xué)院 WHUTmax=rmaxM/(Ix+Iy)h軸慣性矩法（常用） 7/24/202238物流工程學(xué)院 WHUT4）復(fù)雜焊縫的強(qiáng)度計(jì)算（1）承受N、Q、M的工字形截面接頭的貼角 的焊縫7/24/202239物流工程學(xué)院 WHUT將外力P、N向焊縫截面簡化得：Q=P，M=Pe ,N.計(jì)算焊縫截面幾何特性參數(shù)：Af,Af,If,WfA,WfB危險(xiǎn)點(diǎn)：A，B強(qiáng)度計(jì)算A:B:7/24/202240物流工程學(xué)院 WHUT式中：Af焊縫總面積. Af腹板焊縫部分的面積. ,WfA,WfB分別為A， B點(diǎn)的抗

12、彎截面模量7/24/202241物流工程學(xué)院 WHUT（2）承受N，Q，M的搭接接頭 7/24/202242物流工程學(xué)院 WHUT將外力向形心轉(zhuǎn)化得：N，Q=P，M=Pe 假設(shè)：在N，Q作用下，應(yīng)力由全部焊縫均擔(dān) 任一點(diǎn)處：N=N/Af() Q=Q/Af() 在M作用下，離O點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)為A，B點(diǎn).危險(xiǎn)點(diǎn)：A（見右上圖分析） sin=ymax/rA cos=xmax/rA 7/24/202243物流工程學(xué)院 WHUT 強(qiáng)度條件： 其中：MA=rAM/IP=rAM/Ix+Iy 7/24/202244物流工程學(xué)院 WHUT35設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的注意事項(xiàng)根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，疲勞失效占金屬結(jié)構(gòu)失效形式的（8090

13、）%，尤其對經(jīng)常滿載，頻繁工作，承受變載，動載的港口裝卸用的起重機(jī)，疲勞破壞往往從焊接接頭處開始產(chǎn)生.一、合理選材：塑、韌性好抗裂性好，慎用高強(qiáng)度鋼材。板厚一般min4mm max40mm Q235max30mm 16Mn7/24/202245物流工程學(xué)院 WHUT二、構(gòu)造設(shè)計(jì)：合理布置焊縫，注意細(xì)節(jié)處理. 1.焊縫不宜太集中7/24/202246物流工程學(xué)院 WHUT2.避免焊縫主體交叉（使主焊縫連續(xù)，次焊縫斷開）3.避免焊縫布置在易產(chǎn)生應(yīng)力集中處7/24/202247物流工程學(xué)院 WHUT4.不同厚（寬）的鋼板對焊接時(shí)，應(yīng)使力流平滑過渡.7/24/202248物流工程學(xué)院 WHUT （滿足

14、表32的不等厚板對接厚度差時(shí)，可不開斜口）對接：6mm (手工焊) 8mm（自動焊） 應(yīng)開剖口，剖口形式詳見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊或國家標(biāo)準(zhǔn)5.不允許采用單面搭接端焊縫7/24/202249物流工程學(xué)院 WHUT 6.焊縫布置應(yīng)便于施工（詳見P75） 7.焊縫高度（貼角焊縫hmin,hmax）,應(yīng)滿足構(gòu)造要 求（P70）7/24/202250物流工程學(xué)院 WHUT 8.焊縫重心線應(yīng)盡量與構(gòu)件重心線重合 焊縫的分配比例見P71，表347/24/202251物流工程學(xué)院 WHUT 9.承靜載時(shí)，宜優(yōu)先采用二面?zhèn)群?承動載時(shí)，宜優(yōu)先采用三面?zhèn)群?桁架節(jié)點(diǎn)7/24/202252物流工程學(xué)院 WHUT36普通螺栓

15、連接一、分類： 普通螺栓：粗制類孔，孔-d栓=1 2mm， 用于主要受拉的連接7/24/202253物流工程學(xué)院 WHUT 精制類孔，孔-d栓=0.20.3mm, （鉸孔）用于同時(shí)承拉，剪，或受剪連接. （鉆模、鉆、沖孔、擴(kuò)鉆、鉸孔）7/24/202254物流工程學(xué)院 WHUT二、連接形式： 剪力螺栓連接 拉力螺栓連接 拉剪力螺栓連接三、螺栓布置的極限尺寸要求（P79，表35） 布置方式及要求：并列 錯(cuò)列 見P28圖3497/24/202255物流工程學(xué)院 WHUT37剪力螺栓連接計(jì)算7/24/202256物流工程學(xué)院 WHUT一、受軸心力作用下的受剪螺栓連接 破壞形式：栓桿剪斷，孔壁或桿身壓

16、壞，板端 剪裂，板端拉裂，板拉斷 常見破壞形式：栓桿剪斷，孔壁擠壞，板拉斷。 計(jì)算內(nèi)容：螺栓、構(gòu)件 計(jì)算方法：先計(jì)算所需螺栓數(shù)，后進(jìn)行布置 先按經(jīng)驗(yàn)布置，后驗(yàn)算按方法.7/24/202257物流工程學(xué)院 WHUT 1.所需螺栓數(shù)： 式中： 單螺栓抗剪許用承載力 和孔壁抗壓 許用承載力 中的較小值 許用剪應(yīng)力見表37 許用壓應(yīng)力表37 擠壓面積 同方向承壓構(gòu)件的較 小總厚度7/24/202258物流工程學(xué)院 WHUT 2.構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算：設(shè)BA （如取構(gòu)件板B計(jì) 算）:7/24/202259物流工程學(xué)院 WHUT危險(xiǎn)截面：并列布置時(shí)為第1列栓孔處（截面）錯(cuò)列布置時(shí)第1列栓孔處（截面） 第1，2列及

17、其后面栓孔處的鋸齒形截 面（）強(qiáng)度驗(yàn)算：=N/Aj Aj截面： Aj=A-n1d 截面： Aj=A-(n1+n2) d+ 7/24/202260物流工程學(xué)院 WHUT 二、偏心力作用下的受剪螺栓連接7/24/202261物流工程學(xué)院 WHUT外力向螺栓群心o轉(zhuǎn)化假定：在過o的P力作用下， 各栓受相同剪力，RP=P/n在M作用下，連接板繞 群心o旋轉(zhuǎn)，各栓受剪力， 大小與其與o距離成正比， 方向垂直于連線oi；R1/r1=Ri/ri=K Ri=Kri Rmax=Krmax7/24/202262物流工程學(xué)院 WHUT分析：危險(xiǎn)螺栓？Rmax=? 危險(xiǎn)螺栓：4和6 在M作用下： 7/24/20226

18、3物流工程學(xué)院 WHUT在P作用下：RP=P/n危險(xiǎn)螺栓強(qiáng)度條件： 式中： 取 和 中的較小者 7/24/202264物流工程學(xué)院 WHUT38拉力螺栓連R:杠桿反力 7/24/202265物流工程學(xué)院 WHUT一、軸心作用下的拉力螺栓 螺栓破壞截面螺紋、根部。 考慮杠桿反力及應(yīng)力集中因素的影響，將螺栓許用應(yīng)力降低20%式中： 單栓抗拉許用承載力. 螺栓抗拉許用應(yīng)力. 螺栓材料許用應(yīng)力 d0螺紋內(nèi)徑 7/24/202266物流工程學(xué)院 WHUT二、力矩作用下的拉力螺栓7/24/202267物流工程學(xué)院 WHUT 假定連接法蘭（板）剛性足夠大，在M作用下，連接板繞受壓邊排螺栓線：x- x軸轉(zhuǎn)動，

19、各螺栓所受拉力與其到x- x軸的距離成正比。 Pi/yi=Pmax/ymax Pi=Pmaxyi/ymax 螺栓強(qiáng)度條件： 7/24/202268物流工程學(xué)院 WHUT 三、偏心受拉螺栓7/24/202269物流工程學(xué)院 WHUT 當(dāng)e時(shí)： 先計(jì)算e=M/N =Ix/n|ymax| 再判斷：e 或 e而后計(jì)算：Pmax 螺栓強(qiáng)度條件： 7/24/202270物流工程學(xué)院 WHUT39拉剪螺栓連接計(jì)算：(自學(xué)) 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果：在拉剪聯(lián)合作用下，符合因形相關(guān)公式： 7/24/202271物流工程學(xué)院 WHUT 若螺栓的計(jì)算拉力、剪力分別為Pll和Pjl，則強(qiáng)度條件為： （結(jié)論：當(dāng) 強(qiáng)度滿足）7/2

20、4/202272物流工程學(xué)院 WHUT310高強(qiáng)度螺栓連接設(shè)計(jì)計(jì)算一、種類、特點(diǎn)及應(yīng)用1.按形狀分： 大六角頭 用扭矩扳手 7/24/202273物流工程學(xué)院 WHUT 扭剪形（日本首例） 先用普通扳手，后用TC型電動扳手套住螺母和卡頭終擰，直至卡頭擰斷。7/24/202274物流工程學(xué)院 WHUT 2.按受剪螺栓受力性能的不同階段分：摩擦型 承壓 型 摩擦型的工作原理：對螺栓施加足夠大的預(yù)緊力使 被連接件接觸面間產(chǎn)生摩擦力 來傳遞力。 承載能力極限狀態(tài)：被連接件間的摩擦阻力剛被克 服作為其極限狀態(tài). 7/24/202275物流工程學(xué)院 WHUT 特點(diǎn)：不松動，耐疲勞。 應(yīng)用：用于直接承受動雜

21、載的結(jié)構(gòu)。 承壓型：承載能力極限狀態(tài)：連接面間滑移后，栓 桿剪斷或孔壁擠壓壞，宜用于承靜載或間接 承動載的結(jié)構(gòu)。7/24/202276物流工程學(xué)院 WHUT 二、摩擦型高強(qiáng)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算 1.軸心力作用下的剪力螺栓7/24/202277物流工程學(xué)院 WHUT N/nP P但栓抗滑許用承載力. P=0.7ZmfPg Zm傳力摩擦面數(shù)； f摩擦系數(shù)（與表面處理方法有關(guān)），查表（3-9） Pg預(yù)拉力（預(yù)緊力）.查表3-8 0.7安全系數(shù)n=1.43的倒數(shù).7/24/202278物流工程學(xué)院 WHUT 2.偏心力作用下的剪力螺栓 計(jì)算公式同普通螺栓，但許用承載力應(yīng)為高強(qiáng)螺栓的許用承載力。7/24/202279物流工程學(xué)院 WHUT 3.剪力和拉力作用下的剪力螺栓.7/24/202280物流工程學(xué)院 WHUT強(qiáng)度條件：單栓抗滑承載力：PQP 單栓抗拉承載力：PN0.7Pg P拉 、剪作用下的單栓抗滑許用承載力 P=0.7Zmf(Pg-1.4Pt) Pt每個(gè)螺栓所受的外拉力