鋼結(jié)構(gòu)的連接是將型鋼或鋼板等組合成構(gòu)件,并將各構(gòu)件組裝成整個(gè)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵部件。連接的方式及其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能,因此,在進(jìn)行連接的設(shè)計(jì)時(shí),必須遵循安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材的原則。
鋼結(jié)構(gòu)的連接方法通常有焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種,后兩種又通稱為緊固件連接(圖31)。
焊縫連接
焊縫連接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。其優(yōu)點(diǎn)是:①構(gòu)造簡(jiǎn)單,對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng),任何形式的構(gòu)件均可直接連接;②不削弱截面,省工省材;③制作加工方便,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,工效高,質(zhì)量可靠;④連接的密閉性好,結(jié)構(gòu)的剛度大。
焊縫連接的缺點(diǎn)是①在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi),鋼材的金相組織發(fā)生改變,導(dǎo)致局部材質(zhì)劣化變脆;②焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件的承載力降低;③焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感,局部裂紋一旦發(fā)生,就容易擴(kuò)展到整體,低溫冷脆問(wèn)題較為突出;④對(duì)材質(zhì)要求高,焊接程序嚴(yán)格,質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大。
鉚釘連接
鉚釘連接的制造有熱鉚和冷鉚兩種方法。熱鉚是由燒紅的釘坯插入構(gòu)件的釘孔中,用鉚釘槍或壓鉚機(jī)鉚合而成。冷鉚是在常溫下鉚合而成。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中一般都采用熱鉚。
鉚釘?shù)牟牧蠎?yīng)有良好的塑性,通常采用專用鋼材BL2口和BL3號(hào)鋼制成。
鉚釘打鉚完成后,釘桿由高溫逐漸冷卻而發(fā)生收縮,但被釘頭之間的鋼板阻止住,故釘桿中產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力,對(duì)鋼板則產(chǎn)生壓緊力,使得連接十分緊密。當(dāng)構(gòu)件受剪力作用時(shí),鋼板接觸面上產(chǎn)生很大的摩擦力,因而大大提高連接的工作性能。
鉚釘連接的質(zhì)量和受力性能與釘孔的制作方法密切相關(guān)。釘孔的制作方法分為Ⅰ、Ⅱ兩類。Ⅰ類孔是用鉆模鉆成,或先沖成較小的孔,裝配時(shí)再擴(kuò)鉆而成,質(zhì)量較好。Ⅱ類孔是沖成或不用鉆模鉆成,雖然制法簡(jiǎn)單,但構(gòu)件拼裝時(shí)釘孔不易對(duì)齊,質(zhì)量較差。重要的結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用Ⅰ類孔。
與焊縫連接比較,鉚釘連接的鋼結(jié)構(gòu)的塑性和韌性好,質(zhì)量易于檢查,連接可靠,抗動(dòng)力荷載性能好,對(duì)主體鋼材的材質(zhì)要求低。但是鉚釘連接的構(gòu)造復(fù)雜、制孔和打鉚費(fèi)鋼費(fèi)工,釘孔削弱主材截面,因此,除了在一些重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中仍有應(yīng)用外,一般鋼結(jié)構(gòu)已很少采用。
螺栓連接
螺栓連接分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種
1、普通螺栓連接
普通螺栓分為A,B,C三級(jí)。A級(jí)與B級(jí)為精制螺栓,C級(jí)為粗制螺栓。C級(jí)螺栓材
料性能等級(jí)為4.6級(jí)或4.8級(jí)。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度不小于
400N/m㎡,小數(shù)點(diǎn)及小數(shù)點(diǎn)以后數(shù)字表示其屈強(qiáng)比為0.6或0.8。A級(jí)和B級(jí)螺栓材料
性能等級(jí)則分為5.6級(jí)和8.8級(jí),其抗拉強(qiáng)度分別不小于500N/mm2和800N/mm2,屈強(qiáng)比分別為0.6和0.8。
A、B級(jí)精制螺栓是由毛坯在車床上經(jīng)過(guò)切削加工精制而成。表面光滑,尺寸準(zhǔn)確,螺桿直徑與螺栓孔徑相同,但螺桿直徑僅允許負(fù)公差,螺栓孔直徑僅允許正公差,對(duì)成孔質(zhì)量要求高。由于有較高的精度,因而受剪性能好。但制作和安裝復(fù)雜,價(jià)格較高,已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。
C級(jí)螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。由于螺栓表面粗糙,一般采用在單個(gè)零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計(jì)孔徑的孔(Ⅱ類孔)。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5~3mm(詳見(jiàn)表3.1)。對(duì)于采用C級(jí)螺栓的連接,由于螺栓桿與螺栓孔之間有較大的間隙,受剪力作用時(shí),將會(huì)產(chǎn)生較大的剪切滑移,連接的變形大。但安裝方便,能夠有效的傳承拉力,故一般可用于沿螺栓桿軸向受拉的連接中,以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固定。
(2)高強(qiáng)度螺栓連接
高強(qiáng)度螺栓一般采用45號(hào)鋼40B鋼和20MnTiB鋼加工制作而成,經(jīng)熱處理后,螺栓抗拉強(qiáng)度應(yīng)分別不低于800N/mm2和1000N/mm2,且屈強(qiáng)比分別為0.8和0.9,即前者的性能等級(jí)為8.8級(jí),后者的性能等級(jí)為10.9級(jí)。
高強(qiáng)度螺栓根據(jù)其外形可分大六角頭型[圖32(a)]和扭剪型[圖32(D]兩種。安裝時(shí)通過(guò)特別的扳手,以較大的扭矩上緊螺帽,使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力,將被連接的部件夾緊。當(dāng)以部件的接觸面摩擦力傳遞外力時(shí),稱為高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接。當(dāng)同普通螺栓一樣,允許接觸面滑移,依靠螺栓受剪和孔壁承壓來(lái)傳遞外力時(shí),稱為高強(qiáng)度螺栓承壓型連接。
摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.5~2.0mm承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑d大1.0~1.5mm。摩擦型連接的優(yōu)點(diǎn)是施工方便,對(duì)構(gòu)件的削弱較小,可拆換,螺栓的剪切變形小,能承受動(dòng)力荷載,耐疲勞,韌性和塑性好,包含了普通螺栓和鉚釘連接的各自優(yōu)點(diǎn),目前已成為代替鉚釘連接的優(yōu)良連接形式,特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型連接,但整體性、剛度均較差,剪切變形大,強(qiáng)度儲(chǔ)備相對(duì)較低,故不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。
以上是鋼結(jié)構(gòu)工程中最常用的連接方法,每種方法各有特點(diǎn),適用于不同形式的鋼結(jié)構(gòu)建筑中。具體方案的選擇,還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷。