钢结构是由钢板或型钢通过必要的连接组成基本构件,再通过构件节点处的连接装配成的空间整体结构。
如:上、中、下三块钢板——通过焊接方式——工字形梁、柱——通过梁柱节点连接——钢框架结构
钢结构连接设计的好坏将直接影响钢结构的质量和建造成本。
钢结构连接设计的基本原则:
1、传力路径直接
2、具有足够的节点承载力
3、具有适当的节点刚度
4、节点构造简单、便于安装和维护
三种方法:焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接

3.1.1 焊缝连接
在很多大型工程中运用——工厂生产的型钢、钢板达不到实际需要的尺寸
目前钢结构连接中使用最多的连接方式——电弧焊,1920年前后开始在工程中应用
利用电弧产生的热能使连接处的焊件钢材局部熔化,并添加焊接时由焊条或焊丝熔化的钢液,冷却后共同形成焊缝,从而使两焊件连成一体。
因此,钢结构的焊缝连接是钢材熔化后经冶金反应而形成焊件钢材分子间的接合。
1.焊缝连接的优点
1)不削弱构件截面——不需要钻孔
2)构造简单,节约钢材——不需要额外的连接件
3)加工方便,生产效率高——可采用自动化操作,
4)焊接连接刚度大,整体性能好,密闭性能好
2.焊缝连接的缺点
1)焊缝附近主体金属存在热影响区,导致钢材变脆
——热影响区宽度大致5~6mm,焊接时可达1600℃,之后受周围常温金属的影响快速降温,其金相组织与性能发生变化,硬度增加,塑性韧性降低,材质变脆
2)焊缝连接存在残余应力和残余变形,使构件变形增大,降低压杆稳定承载力和疲劳强度
3)焊缝易存在各种缺陷,焊接结构低温冷脆问题较突出
3.1.2铆钉连接
19世纪二、三十年代出现,外观效果很美观,性能较好,但目前很少见,已被焊接和螺栓连接所取代。
铆钉连接在以前的工程中仍可看到,如天津市解放桥、兰州黄河大桥(距今100 多年)、南京长江大桥(1960年代)等
1.铆钉连接的优点
塑性韧性好、传力可靠;质量易于检查和保证;可用于承受动载的重型结构
2.铆钉连接的缺点
工艺复杂;用钢量大;施工噪音大,劳动条件差
3.1.3 螺栓连接
连接件开孔后,插入螺杆,再用机械扳手拧上螺帽而形成的连接。
通常,采用螺栓连接的节点,一个节点的螺栓数量通常很多(可达几百个),且基于安全考虑,数量至少为2个。因此随着加工精度的提高,螺栓连接的制作费用随之增加。
一、螺栓的分类
1.普通螺栓
C级粗制螺栓:
采用普通碳素钢Q235制作;加工粗糙、尺寸不准、成本低;安装方便;主要用于受拉连接和临时固定连接
A、B级精制螺栓:
采用优质碳素钢(45号钢35号钢)制作;加工精度高、尺寸准确、成本高;安装精度要求高,工时费用较高;目前应用较少。
A级B级区别——仅尺寸不同,A级d≤24,L ≤ 150mm;B级d>24,L>150mm
2.高强度螺栓
高强度螺栓是指安装过程中使用特制的扳手,保证螺杆中具有规定的预拉力,从而使连接件的接触面上产生规定的预压力的螺栓,这种螺栓必须用高强度钢制造,因此称为高强度螺栓。(通常采用中碳钢或合金钢经热处理(淬火并回火)后制成)
与普通螺栓的区别:
1)材质好,强度高
2)连接变形小,螺栓不易松动
3)需用特制扳手施加预拉力
二、螺栓连接的特点
1.优点
安装方便,便于拆卸
2.缺点
1)需在板件上开孔和拼装时对孔,制作工作量大
2)开孔导致构件截面被削弱
3)被连接的板件需互相搭接或另加拼接板,比焊接费钢材
3.1.4基本连接方式对比

3.1.5学习视频
"钢结构的连接方法"视频链接(3段,时长约42分钟,MOOC):

