现在国内的各种钢结构建筑可以说是蓬勃发展,钢结构以其强度高、刚度大、施工周期短以及抗震能力强的诸多优势被人们广泛地应用在了各个建筑领域,钢结构施工技术也日趋完善和成熟。四川钢结构工程可以说是随处可见。今天我们来讲讲钢结构技术中的重要一环——钢结构连接。
钢结构连接是指钢结构构件或部件之间的互相连接。钢结构连接常用焊缝连接、螺栓连接或铆钉连接。螺栓连接又分普通螺栓连接和高强度螺栓连接。普通螺栓连接使用最早,约从18世纪中叶开始。19世纪20年代开始采用铆钉连接。19世纪下半叶又出现了焊缝连接。20世纪中叶后高强度螺栓连接又得到了发展。
一、焊缝连接
1、焊接连接的优缺点
优点:不需打孔,不削弱截面,省工省时;任何形状的构件可直接连接,连接构造方便;气密性、水密性好,结构刚度较大,整体性较好;可实现自动化操作
缺点:焊接附近有热影响区,材质变脆;焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏,残余变形使结构形状、尺寸发生变化,受压构件承载力降低;焊接裂缝一经发生,便容易扩展;对材质要求高,低温冷脆问题较突出
2、常见的焊接缺陷:
裂纹、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满。
3、焊接质量检查:
焊缝质量检验方法:外观检查、超声波探伤检验、 x射线检验.
焊缝质量分级: 一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x射线检验都合格;二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格;三级焊缝需外观检查合格。
4、焊缝连接型式和焊缝型式
A、焊缝连接型式
按两焊件的相对位置分:平接、搭接、T(顶)接和角接。
B、焊缝型式
1)对接焊缝按受力与焊缝方向分:
直缝:作用力方向与焊缝方向正交
斜缝:作用力方向与焊缝方向斜交
2)角焊缝按受力与焊缝方向分:
端缝:作用力方向与焊缝长度方向垂直
3)按焊缝连续性:
连续焊缝:受力较好
断续焊缝:易发生应力集中
4)、按施工位置:
俯焊、立焊、横焊、仰焊,其中以俯焊施工位置 最好,所以焊缝质量也最好,仰焊最差。
二、普通螺栓连接
1、普通螺栓连接优缺点
优点: 装卸便利,设备简单
缺点: 螺栓精度低时不宜受剪;螺栓精度高时加工和安装复杂,价格较高
2、螺栓的排列三要求
受力要求:在受力方向螺栓的端距过小时,钢材有剪断或撕裂的可能(端距≥2d0).各排螺栓距和线距太小时,构件有沿折线或直线破坏的可能。对受压构件,当沿作用方向螺栓距过大时,被连板间易发生鼓曲和张口现象。
构造要求:防止板翘曲后浸入潮气而腐蚀,限制螺孔中矩最大值;
施工要求:为便于拧紧螺栓,留适当间距(不同的工具有不同要求)。
3、螺栓的分类
按受力性能分为:抗剪螺栓、抗拉螺栓和拉剪螺栓。
抗剪螺栓:靠孔壁承压、螺杆抗剪传力;
抗拉螺栓:靠螺栓受拉;
拉剪螺栓:同时靠螺栓受剪、受拉传力
4、螺栓破坏形式
1)螺栓剪断;
2)钢板孔壁挤压破坏;
3)钢板由于螺孔削弱而净截面拉断 ;
4)钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏(端距e3≥2d0);
5)螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏(板叠厚度≤5d);
其中:后两种破坏通过构造保证,前三种需计算保证。
三、高强螺栓连接
1、高强螺栓连接优缺点
优点: 摩擦型剪切变形小,弹性性能好,特别适用于随动荷载的结构.承压型承载力高于摩擦型,连接紧凑
缺点: 摩擦面处理,安装工艺略为复杂,造价略高;承压型连接的剪切变形大,不得用于承受动力荷载的结构中。
2、性能等级和材料
性能等级:高强度螺栓性能等级有有8.8级和10.9级。材料为8.8级采用的钢材有40B钢、45号钢和35号钢,10.9级采用的钢材有20MnTiB钢和35VB钢。级别划分的小数点前数字是螺栓热处理后的最低抗拉强度,小数点后的数字是屈强比。如8.8级钢材的最低抗拉强度fu=800N/mm2,fy/fu= 0.8;10.9级为fu=1000N/mm2,fy/fu= 0.9。采用的孔洞为Ⅱ类孔。
3、受力性能
高强螺栓连接按受力特征分高强螺栓摩擦型连接、高强螺栓承压型连接和承受拉力的高强度螺栓连接。其螺栓构造、安装基本相同。
摩擦型高强螺栓:靠摩擦力传递荷载,以剪力等于摩擦力为承载力极限状态,所以螺杆与螺孔之差可达1.5~2.0mm.摩擦型高强螺栓的连接较承压型高强螺栓的变形小,承载力低,耐疲劳、抗动力荷载性能好。
承压型高强螺栓 :连接依靠螺杆抗剪和孔壁承压来传力,以螺栓或钢板破坏为承载力极限状态,可能的破坏形式与普通受剪螺栓相同,所以螺杆与螺孔之差略小些,为1.0~1.5mm。承压型高强螺栓连接承载力高,但抗剪变形大,所以一般仅用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接。
承受拉力的高强度螺栓:连接靠螺栓受拉力来承担外力,应保证板叠始终受挤压而不被拉开为承载力极限状态.
4、强度螺栓的预拉力
预拉力施加方法:扭矩法、转角法和扭剪法 .
转角法:通过工艺试验,确定满足预拉力要求所需角度,在实际工程中采用固定转角,不精确;
扭矩法:通过工艺试验,确定满足预拉力要求所需扭 矩,制做特殊扳手,如机械扳手,光电扳手等等;
扭剪法:一种特制螺栓,用特殊扳手,拧断为止——预拉力建立完成。比较准确,且施工简便
四、铆接
1、铆接的优缺点
优点: 传力可靠,韧性和塑性好,质量易于检查,抗动力荷载性能好
缺点: 构造复杂,费钢费工
2、铆接工艺
铆钉是由顶锻性能好的铆钉钢制成。铆钉连接的施工程序,是先在被连接的构件上,制成比钉径大1.0~1.5毫米的孔。然后将一端有半圆钉头的铆钉加热到呈樱桃红色,塞入孔内,再用铆钉枪或铆钉机进行铆合,使铆钉填满钉孔,并打成另一铆钉头。铆钉在铆合后冷却收缩,对被连接的板束产生夹紧力,这有利于传力。铆钉连接的韧性和塑性都比较好。
3、铆接的发展现状
一般情况下在工厂几乎为焊接所代替,在工地几乎为高强度螺栓连接所代替
四川和成都钢结构建筑应用非常广,钢结构桥梁、钢结构天桥、钢结构高层建筑、钢结构厂房、钢结构景观平台等几乎所有的钢结构工程应用在四川都广泛存在并有进一步发展的趋势。四川的钢结构厂家和企业应努力学习提高钢结构设计施工等各方面的技术技能,注意积累钢结构知识和技术细节经验,为建设更多更高质量的钢结构建筑出功出力,促进经济的发展。