第四章起重運輸機金屬結構的連接

第一節

焊接連接

第二節螺栓連接

第四章作業第四章起重運輸機金屬結構的連接

鋼板、型鋼等基本元件連接構件連接

整體鋼結構焊接鉚接螺栓連接銷軸連接起重運輸機金屬結構常用的連接方式：銷軸連接圖例第一節

焊接連接

起重機金屬結構常用焊接方法：電焊（電弧焊、電阻焊、電渣焊）氣焊

手工焊

電弧焊自動焊半自動焊

一、焊接接頭的型式

頂接對接搭接二、焊縫的種類及構造

1．對接焊縫：板邊開坡口的焊縫都稱為對接焊縫。

圖4-2對接焊縫常用坡口型式及標注方法構造要求：

圖4-3不同寬度或厚度的構件對接

2．角焊縫：不開坡口的焊縫都稱為角焊縫。

角焊縫的兩個主要參數：

焊腳尺寸hf

：等腰直角三角形的腰長(亦稱焊高)；

計算厚度he

：等腰直角三角形斜邊上的高(亦稱有效厚度)。

手工焊：he=hfsin45=0.7hf自動焊：he=hf

he手工焊自動焊

角焊縫的尺寸應符合下列要求：

⑴最小焊腳尺寸

(mm)，當焊件厚度tmax≤4mm時，取hf=tmax。⑵最大焊腳尺寸hfmax≤1.2tmin。⑶角焊縫最小計算長度?fmin≥40mm及8hf。⑷側焊縫最大計算長度?fmax≤60hf

（承受靜載荷時）或40hf（承受動載荷時）。1．對接焊縫

計算截面積=δ(焊縫計算厚度)×?f(焊縫計算長度)

計算假定：計算截面上，應力均勻分布。⑴承受軸心拉力或壓力的對接焊縫計算

對接斜焊縫對接正焊縫三、焊縫計算

?f──焊縫計算長度，采用引弧板時，取焊縫實長，否則取焊縫實長減10mm。[σh]、[τh]──對接焊縫的許用正應力、剪應力，查表4-1。表4-1焊縫的許用應力⑵承受彎矩和剪力共同作用時的對接焊縫計算

如工字鋼：最大正應力（圖示計算點1）最大剪應力（圖示計算點0）折算應力（圖示計算點2）2．角焊縫

側焊縫的破壞形式計算截面積=he×∑?f(焊縫計算長度之和)

計算假定：對角焊縫，無論其受何種力作用（軸向力、彎矩、扭矩等），一律認為角焊縫的破壞形式是沿焊縫450分角面方向發生剪切破壞。

同時假定剪應力在計算截面上均勻分布。

⑴承受軸向拉力（或壓力）的角焊縫計算

受軸向力的角焊縫計算圖剪應力沿側焊縫分布圖lf——焊縫接頭一側，各段角焊縫計算長度之和。規定：側焊縫?fmax≤60hf

(靜載)或40hf(動載)角焊縫按下式驗算強度不對稱構件搭接接頭處焊縫長度的分配：肢背、肢尖焊縫所受剪應力：

角鋼與節點板的搭接接頭

N1

e1=N2e2對重心取矩：若使τ1

=τ2則l1——肢背焊縫長度；l2——肢尖焊縫長度。

不對稱構件搭接接頭處焊縫長度的分配：等肢角鋼不等肢角鋼并以短肢焊連節點板

不等肢角鋼并以長肢焊連節點板不等肢角鋼以短肢焊連節點板不等肢角鋼以長肢焊連節點板⑵承受扭矩和剪力共同作用時的角焊縫計算偏心載荷P計算假定：軸力P扭矩Mn

式中C為比例常數，均布①連板件是絕對剛性的，而焊縫是彈性的。②P+Mn焊縫上任一微面積元傳遞的剪力為

剪力dN繞O點的力矩為全部焊縫傳遞的扭矩應與外扭矩Mn平衡

由此求得比例常數式中Ip──焊縫計算截面對形心O點的極慣性矩，按下式計算:因此焊縫上任一點處的剪應力為剪應力沿坐標軸方向的分量x及y

為

焊縫任一點處的總剪應力為

⑶承受彎矩和剪力共同作用時的角焊縫計算

偏心載荷Q剪力Q+彎矩M

(Q×e)計算假定：剪力Q由腹板焊縫平均承受

彎矩M由全部焊縫承受

τQ與τM的向量和為四、焊接的疲勞強度

工作級別≥A6級的焊接件應驗算疲勞強度(見第三章)。提高焊接接頭疲勞強度的措施

1.合理設計焊縫及焊接接頭型式優先采用對接平焊縫；避免焊縫立體交叉；使焊縫重心與構件重心重合。2.采用合理的焊接工藝盡量采用自動焊；采用合理的焊接程序，盡量避免仰焊和立焊；焊縫兩端采用引弧板；

不同寬、厚構件對接時,接頭處板的寬度或厚度應逐漸過渡。

第二節螺栓連接

第二節螺栓連接

一、概述1.螺栓分類

普通螺栓：材料為35#、45#、Q235等；高強度螺栓：材料40B或45#經熱處理。精制：用于受拉或受剪的連接。粗制：用于受拉的連接或臨時定位用；螺栓普通螺栓高強度螺栓受剪時，按設計準則分為：高強度螺栓摩擦型：外剪力＜摩擦力，用于受動載的連接；承壓型：外剪力＞摩擦力，用于受靜力或間接動載的連接.承壓型螺栓連接普通螺栓連接:靠螺栓的抗剪和承壓來傳遞外剪力。

高強度螺栓連接

摩擦型高強度螺栓連接：僅靠構件間的摩擦力傳遞外剪力；

承壓型高強度螺栓連接：靠構件間的摩擦力和螺栓的承壓、剪切共同傳遞外剪力。

2．螺栓連接的工作原理3．承壓型螺栓連接的破壞形式圖承壓型螺栓連接的破壞型式(a)栓身剪壞；(b)板被剪壞；(c)栓身壓壞；(d)板被壓壞；(e)栓身彎曲破壞；(f)栓身拉斷二、螺栓連接的布置1．布置原則:排列簡單、緊湊，規格盡量統一，結構合理，裝拆方便。2．排列方式

圖螺栓排列及其最小栓距

（a）并列式；

（b）錯列式。

1．單栓抗剪承載力⑴普通螺栓的單栓抗剪承載力

計算假定：壓應力在栓孔直徑平面上均布；剪應力在栓身截面上均布。

根據承壓條件決定的單栓承載力為根據抗剪條件決定的單栓承載力為單栓的抗剪承載力取二者中較小者，即

(4-16a)(4-16b)(4-17)back三、受剪螺栓連接的計算式中 d──螺栓栓身直徑；

──同一方向承壓板件總厚度,取兩個方向板件總厚度較小者；nj──剪切面數目，單剪nj

=1，雙剪nj

=2；=min(，1+2）──孔壁許用承壓應力,對粗制螺栓,,對精制螺栓,為被連接構件基材的許用正應力；

──螺栓的許用剪應力,對粗制螺栓,,對精制螺栓,為螺栓材料的許用正應力.

⑵摩擦型高強度螺栓的單栓抗剪承載力

式中

P──單栓的預緊力，見表4-3；

f──摩擦系數，見表4-4；

nm──傳力摩擦面數，單剪nm=1，雙剪nm=2。

(4-18)2．軸心受剪螺栓連接的計算

計算假定：各螺栓受力相等。

連接所需螺栓數

(4-19)普通螺栓[N]按式（4-17）計算；摩擦型高強度螺栓[N]按式(4-18)計算。

式中[N]對接接頭搭接接頭被連接件強度驗算

(4-20)I—I截面II—II截面Aj計算簡圖（a）并列式；（b）錯列式；（c）計算圖3．偏心受剪螺栓連接的計算⑵扭矩M作用下⑴剪力F

計算假定：

偏心載荷F軸力F+彎矩M(F×e)

任一螺栓傳遞的扭矩為

Mi=NMi?ri=k?ri2(4-22)由此求得比例常數為根據平衡條件，所有螺栓傳遞的扭矩應等于外扭矩任一螺栓所受剪力為

普通螺栓[N]按式（4-17）計算；摩擦型高強度螺栓[N]按式(4-18)計算。

式中[N](4-23)(4-24)在軸力F及扭矩M共同作用，螺栓最大剪力為back

普通螺栓受力分析圖

I-螺栓；II-被連接件。校核式1．受拉螺栓的單栓承載力四、受拉螺栓連接的計算⑴普通螺栓單栓抗拉承載力⑵高強度螺栓的單栓抗拉承載力

校核式：高強度螺栓受力分析圖I-螺栓；II-被連接件。

2.彎矩使螺栓受拉時螺栓連接的計算⑴普通螺栓連接

剛性法蘭板繞邊緣傾覆；中性軸位于y0軸上；Ti與成正比:普通螺栓受力圖計算假定

若第i列螺栓數為mi，則所有螺栓對y0軸的合力矩應與外力矩M平衡：

(4-29)距中性軸最遠點處，螺栓最大拉力驗算式則比例常數距中性軸y0距離為xi的螺栓受力為⑵高強度螺栓連接

校核：(4-30)高強度螺栓受力圖

則假定中性軸為y軸1.同時受拉、受剪螺栓連接的單栓承載力⑴普通螺栓(4-32)可能的破壞形式：螺栓桿受剪兼受拉破壞；孔壁承壓破壞。校核五、同時受拉受剪螺栓連接的計算⑵摩擦型高強度螺栓(4-33)(4-34)校核有拉力T作用時的單栓抗剪承載力為2.同時受拉、受剪螺栓連接的計算①螺栓最大拉力

②在剪力N及扭矩Mn作用下螺栓的計算,見式（4-24）；③在拉力和剪力共同作用下螺栓的計算,見式(4-32)～(4-34)。

受拉又受剪之螺栓連接普通螺栓高強度螺栓六、梁的拼接計算①翼緣板拼接所需的螺栓數

圖梁的安裝拼接翼緣板拼接一側所需螺栓數

按等強度條件計算的內力(4-37)(4-38)(4-39)翼緣板傳遞的內力②腹板的拼接設計

計算假定：

腹板所受彎矩與其慣性矩成正比

剪力F由腹板承受，則每個螺栓所承受的力為

(4-40)(4-41)校核(4-24)Mf引起的NMxA、NMyA見式(4-23)第四章作業4-1設計圖4-33所示桁架桿件與節點板的連接焊縫。已知桿件由等肢雙角鋼制成,節點板厚δ=10mm,材料Q235，焊條型號E43，焊縫許用應力。軸心拉力N=500KN。圖4-33習題4-1用圖圖4-34習題4-2用圖

4-2計算圖4-34所示周邊焊縫的側焊縫長度a。設焊腳尺寸