钢结构的连接设计计算

　　钢结构的连接方法有焊缝连接、铆钉连接、普通螺栓连接和高强度螺栓连接。

　　焊接是钢结构的最主要连接方法。

　　同一连接部位中不得采用普通螺栓或承压型高强度螺栓与焊接共用的连接;在改、扩建工程中作为加固补强措施，可采用摩擦型高强度螺栓与焊接承受同一作用力的栓焊并用连接。

　　一、焊缝连接

　　焊接方法有电弧焊、气焊、电渣压力焊、电阻焊等。

　　焊接的形式有平接、搭接、T形连接、角接四种。

　　焊缝形式主要有对接焊缝和角焊缝。

　　钢结构焊接连接构造设计应符合下列规定：

　　1.尽量减少焊缝的数量和尺寸;

　　2.焊缝的布置宜对称于构件截面的形心轴;

　　3.节点区留有足够空间，便于焊接操作和焊后检测;

　　4.应避免焊缝密集和双向、三向相交;

　　5.焊缝位置宜避开最大应力区;

　　6.焊缝连接宜选择等强配比;当不同强度的钢材连接时，可采用与低强度钢材相匹配的焊接材料。

　　焊缝的质量等级应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，按下列原则选用：

　　1.受动荷载且需要进行疲劳验算的构件中，凡要求与母材等强连接的焊缝应焊透，其质量等级应符合下列规定：

　　(1)作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时不应低于二级;

　　(2)作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝不应低于二级;

　　(3)重级工作制(A6~A8)和起重量Q≥50t的中级工作制(A4、A5)吊车梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形连接部位焊缝应焊透，焊缝形式宜为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级。

　　2.在工作温度等于或低于-20℃的地区，构件对接焊缝的质量不得低于二级。

　　3.不需要疲劳验算的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝宜焊透，其质量等级受拉时不应低于二级，受压时不宜低于二级。

　　4.部分焊透的对接焊缝、采用角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝的T形连接部位，以及搭接连接角焊缝，其质量等级应符合下列规定：

　　(1)直接承受动荷载且需要疲劳验算的结构和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制吊车

　　(2)梁以及梁柱、牛腿等重要节点不应低于二级;

　　(3)其他结构可为三级。

　　(一)对接焊缝

　　对接焊缝通常有五种截面形式：不剖口的矩形，剖口的V形、X形、U形和K形。

　　对接焊缝的优点是：用料经济、传力均匀，没有显著的应力集中，对于承受动力荷载作用的结构采用对接焊缝最为有利。

　　(二)角焊缝

　　【例17-19/2017考题】焊接T形截面构件中，腹板和翼縁相交处的纵向焊接残余应力为：

　　A.压应力;

　　B.拉应力;

　　C.剪应力;

　　D.零。

　　解：焊接T形截面构件，腹板和翼縁用焊缝顶接，腹板和翼縁相交处因焊缝收缩受到两边钢板的阻碍而产生纵向拉应力。

　　答案：B

　　二、普通螺栓连接

　　普通螺栓根据加工精度分为A、B和C三级。A、B两级螺栓(精制螺栓)连接因制造和安装复杂很少采用;C级螺栓(粗制螺栓)连接的抗剪性能较差，主要用于受拉安装连接、次要结构或可拆卸结构的抗剪连接以及安装时的临时定位连接。

　　(一)普通螺栓连接计算

　　普通螺栓连接可分为受剪螺栓连接、受拉螺栓连接。

　　受剪螺栓连接依靠螺杆受剪和孔壁承压传力，可能发生以下五种破坏形式：螺杆剪断、孔壁挤压破坏、连接板净截面被拉或压破坏、连接板端部剪坏和螺杆受弯破坏。前三种破坏可通过计算避免，后两种可通过构造措施避免。

　　(二)构造要求

　　三、高强度螺栓连接

　　高强度螺栓的连接可分为摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接，前者只靠被连接板件的摩擦力传力，以摩擦力被克服作为承载能力的极限状态;后者起初靠摩擦力传力，摩擦力被克服后，依靠栓杆抗剪和承压传力，以栓杆剪切或孔壁承压破坏作为抗剪的极限状态，并要求在正常使用状态下(取荷载标准值计算)被连接板件不发生滑移。

　　这两种形式的螺栓在受拉时没有区别，在材料、螺栓预拉力和构件摩擦面处理等施工操作技术要求上也完全相同。

　　承压型高强度螺栓连接的承载能力比摩擦型的高，可节约螺栓，但其连接的剪切变形较大，《钢结构设计标准》规定，承压型高强螺栓连接不应用于直接承受动力荷载作用的结构。

　　四、构件间的连接

　　构件间的连接节点可采用栓焊混合连接、螺栓连接、焊接连接、端板连接、顶底角钢连接等构造。

　　(一)采用焊接连接或栓焊混合连接(梁翼缘与柱焊接，腹板与柱高强度螺栓连接)的梁柱刚接节点，其构造应符合下列规定：

　　1.H形钢柱腹板对应于梁翼缘部位宜设置横向加劲肋，箱形(钢管)柱对应于梁翼缘的位置宜设置水平隔板。

　　2.梁柱节点宜采用柱贯通构造，当柱采用冷成型管截面或壁板厚度小于翼缘厚度较多时，梁柱节点宜采用隔板贯通式构造。

　　3.节点采用隔板贯通式构造时，柱与贯通式隔板应采用全熔透坡口焊缝连接。贯通式隔板挑出长度l宜满足25mm≤l≤60mm;隔板宜采用拘束度较小的焊接构造与工艺，其厚度不应小于梁翼缘厚度和柱壁板的厚度。当隔板厚度不小于36mm时，宜选用厚度方向钢板。

　　4.梁柱节点区柱腹板加劲肋或隔板应符合下列规定：

　　1)横向加劲肋的截面尺寸应经计算确定，其厚度不宜小于梁翼缘厚度;其宽度应符合传力、构造和板件宽厚比限值的要求;

　　2)横向加劲肋的上表面宜与梁翼缘的上表面对齐，并以焊透的T形对接焊缝与柱翼缘连接，当梁与H形截面柱弱轴方向连接，即与腹板垂直相连形成刚接时，横向加劲肋与柱腹板的连接宜采用焊透对接焊缝;

　　3)箱形柱中的横向隔板与柱翼缘的连接宜采用焊透的T形对接焊缝，对无法进行电弧焊的焊缝且柱壁板厚度不小于16mm的可采用熔化嘴电渣;

　　4)当采用斜向加劲肋加强节点域时，加劲肋及其连接应能传递柱腹板所能承担剪力之外的剪力;其截面尺寸应符合传力和板件宽厚比限值的要求。

　　(二)端板连接的梁柱刚接节点应符合下列规定：

　　1.端板宜采用外伸式端板。端板的厚度不宜小于螺栓直径;

　　2.节点中端板厚度与螺栓直径应由计算决定，计算时宜计人撬力的影响;

　　3.节点区柱腹板对应于梁翼缘部位应设置横向加劲肋，其与柱翼缘围隔成的节点域抗剪强度的验算不足时，宜设斜加劲肋加强。

　　(三)次梁与主梁的连接

　　次梁和主梁的连接一般设计成铰接,次梁为简支承受次梁的反力而不承受端弯矩。