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钢结构连接形式介绍
发布日期:2018-5-31 浏览次数: 325次

 

在设计钢结构工程中,构件与构件之间需要进行有效的连接,以形成一个整体,对于构件之间连接的形式,则有很多的方式可以选择。如何在各种连接节点中选择合理的连接方式,这通常是一个容易模糊的设计盲点,因此在此作一些介绍,以强化钢结构设计概念。

一、连接形式

钢结构中连接节点可分为刚性节点、半刚性节点和铰接节点三种形式,设计时应根据节点的位置及其所要求的强度和刚度,合理确定节点的形式、连接方式、细部构造及其计算方式。

连接形式:刚性节点,半刚性节点,铰接节点

在工程实践中,如何判别一个节点属于刚性、半刚性或铰接连接主要是看其转动刚度,刚性连接应不会产生明显的连接夹角变形,即连接夹角变形对结构抗力的减低应不超过5%。通常定义,连接对于转动约束达到理想刚接的90%以上的连接,可视为刚接;在外力作用下,柱梁轴线夹角的改变量达到理想铰接的80%以上的连接视为铰接。采用理想铰接的假定,意味着梁与柱之间没有弯矩的传递,用铰链在一起的梁和柱将互相独立的转动。

这里用柱脚来具体解释下刚接和铰接的区别。

能抵抗弯矩作用的柱脚称为刚性柱脚,相反不能抵抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚,刚接与铰接的区别在于是否能传递弯矩,从实际看,如果锚栓在翼缘外侧,就是刚接,如果在翼缘内侧,就是铰接。这两种柱脚脚的区别就是对侧移的控制,也就是有吊车荷载的单层工业厂房,因为吊车对侧移比较敏感,而且侧移过大会造成吊车卡轨的现象,且门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002)中3.4.2条规定,刚架柱顶位移设计值的限值,无吊车且采用轻型钢墙板时是h/60,有吊车且吊车仅由地面操作时是h/180,所以把柱脚设计成刚性柱脚,抵抗其侧位移。
    在设计中为简化计算,一般均按完全刚接或理想铰接来考虑,因此半刚性节点在此不做述。
二、连接方式
    连接根据使用材质不同可分为铆接、螺栓连接和焊接三种方式。
连接方式铆接

      螺栓连接:普通螺栓:C级     ,A、B级;

高强度螺栓:摩擦型,承压型

焊接

1.铆接

铆接是通过在构件上打孔,然后用铆钉、铆板将构件连接,因其构造复杂。用钢量多,现在已极少采用。

2.螺栓连接

      螺栓连接根据螺栓不同,可分为普通螺栓和高强度螺栓。普通螺栓分为C级螺栓和A、B级螺栓。高强度螺栓分为摩擦型螺栓和承压螺栓

普通螺栓用于临时固定的安装连接及可拆卸静结构的连接,其中A、B级螺栓目前很少采用,多用高强度螺栓所取代。所以一般所说的普通螺栓均指C级螺栓。
    高强度摩擦型螺栓目前广泛使用于工业民用建筑钢结构连接;是各种连接中最适用于承受动力荷载的连接方式;常用于现场拼接和安装连接的重要部位;凡不采用悍接连接的结构,均可用高强度螺栓代替。高强度摩擦型螺栓是钢结构设计中最常见的螺栓形式。
    高强度承压型螺栓连接紧密,承载能力较摩擦型螺栓高,其与摩擦型螺栓的区别是在螺栓达到****承载力时,连接可产生少量的滑移,且施工的费用较高。
    因为其在承受荷载作用时的变形远大于摩擦型,所以高强度承压型螺栓主要用于非抗震构件的连接、非承受动荷构件的连接及非反复作用构建连接,其余连接均为摩擦型螺栓。
3.焊接
    一般构件的连接均采用焊接,其构造简单,便于施工,连接和密封性能好,不会削弱构件的截面,但采用焊接连接,会对构件本身产生残余热应力,对结构产生不利影响,这也是在构件连接角部焊缝处都留有切角的原因。
3.1焊接的位置
   焊接根据焊接位置的不同,分横焊、立焊、平焊和仰焊。位置分类详见下图。

3.2焊接的方式
    焊接根据焊接方式不同,可分为手工电弧焊、自动埋弧焊、半自动埋弧、气体保护、电渣焊、电阻焊和气焊等。对于焊接现场环境及焊接构件位置的不同,相应的各种焊接方式的选择也是不同的。在实际钢结构生产和施工中,最常见的焊接形式是手工电弧焊和埋弧悍。
手工电弧焊是最常见的一种焊接方法,由手工操作,适用于建筑钢结构中长、短焊缝及形状复杂的焊缝,其施焊灵活,操作简单,适用于不同位置的焊接(平、立、仰、横焊等)。
    埋弧焊有自动和半自动之分,一般钢结构加工工厂采用的均为自动埋弧焊接,适用于有规则的较长焊缝,局部不连续不规则的焊缝可用半自动埋弧焊,人工移动电弧其大部分由机械自动操作,生产效率高,焊缝质量均匀,塑性好,冲击韧性高,抗腐蚀性能强,焊件变形小。

气体保护焊除了仰焊外,适用于其它各种方位的操作,适用于较薄焊件的焊接,其过程是利用焊枪喷出的惰性气体和自动送入的焊丝进行焊接,不需要焊剂,可以手工操作,也可自动焊接,优点是焊接较快,生产率高。(不适用于仰焊)
    电阻焊常用于冷弯薄壁接触点焊,主要承受剪力,其抗拉能力较弱。
3.3焊缝的连接形式

直接对接,通过端板对接,用拼接板的对接,T型接头

3.4为减少焊接应力和应力集中,应注意以下几点
1.焊缝间应有一定的距离,应避免在一处集中大量的焊缝。
2.在采用拼接板的对接接头中,侧面角焊缝的起点至拼缝边的距离不宜小于25mm
3.在接头处,不要使截面有突变,应尽量使应力平缓过渡。
4.应尽量避免三向焊缝相交,可使次要焊缝中断,主要焊缝贯通。

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