第四章起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)的連接

第一節(jié)

焊接連接

第二節(jié)螺栓連接

第四章作業(yè)第四章起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)的連接

鋼板、型鋼等基本元件連接構(gòu)件連接

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

焊接連接

起重機金屬結(jié)構(gòu)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(gòu)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(biāo)注方法構(gòu)造要求：

圖4-3不同寬度或厚度的構(gòu)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(shù)：

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(yīng)符合下列要求：

⑴最小焊腳尺寸

(mm)，當(dāng)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(cè)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(yīng)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(yīng)力、剪應(yīng)力，查表4-1。表4-1焊縫的許用應(yīng)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(yīng)力（圖示計算點1）最大剪應(yīng)力（圖示計算點0）折算應(yīng)力（圖示計算點2）2．角焊縫

側(cè)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(rèn)為角焊縫的破壞形式是沿焊縫450分角面方向發(fā)生剪切破壞。

同時假定剪應(yīng)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(yīng)力沿側(cè)焊縫分布圖lf——焊縫接頭一側(cè)，各段角焊縫計算長度之和。規(guī)定：側(cè)焊縫?fmax≤60hf

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

角鋼與節(jié)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(gòu)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(jié)點板

不等肢角鋼并以長肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼以短肢焊連節(jié)點板不等肢角鋼以長肢焊連節(jié)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(shù)，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(yīng)與外扭矩Mn平衡

由此求得比例常數(shù)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(yīng)力為剪應(yīng)力沿坐標(biāo)軸方向的分量x及y

為

焊縫任一點處的總剪應(yīng)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(yīng)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(shè)計焊縫及焊接接頭型式優(yōu)先采用對接平焊縫；避免焊縫立體交叉；使焊縫重心與構(gòu)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(gòu)件對接時,接頭處板的寬度或厚度應(yīng)逐漸過渡。

第二節(jié)螺栓連接

第二節(jié)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(jīng)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(shè)計準(zhǔn)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(gòu)件間的摩擦力傳遞外剪力；

承壓型高強度螺栓連接：靠構(gòu)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(guī)格盡量統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)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(yīng)力在栓孔直徑平面上均布；剪應(yīng)力在栓身截面上均布。

根據(jù)承壓條件決定的單栓承載力為根據(jù)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(shù)目，單剪nj

=1，雙剪nj

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

──螺栓的許用剪應(yīng)力,對粗制螺栓,,對精制螺栓,為螺栓材料的許用正應(yīng)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(yù)緊力，見表4-3；

f──摩擦系數(shù)，見表4-4；

nm──傳力摩擦面數(shù)，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(shù)

(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(shù)為根據(jù)平衡條件，所有螺栓傳遞的扭矩應(yīng)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(shù)為mi，則所有螺栓對y0軸的合力矩應(yīng)與外力矩M平衡：

(4-29)距中性軸最遠(yuǎn)點處，螺栓最大拉力驗算式則比例常數(shù)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(shù)

圖梁的安裝拼接翼緣板拼接一側(cè)所需螺栓數(shù)

按等強度條件計算的內(nèi)力(4-37)(4-38)(4-39)翼緣板傳遞的內(nèi)力②腹板的拼接設(shè)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(yè)4-1設(shè)計圖4-33所示桁架桿件與節(jié)點板的連接焊縫。已知桿件由等肢雙角鋼制成,節(jié)點板厚δ=10mm,材料Q235，焊條型號E43，焊縫許用應(yīng)力。軸心拉力N=500KN。圖4-33習(xí)題4-1用圖圖4-34習(xí)題4-2用圖

4-2計算圖4-34所示周邊焊縫的側(cè)焊縫長度a。設(shè)焊腳尺寸