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)件組裝成整個結(jié)構(gòu)的節(jié)點和關(guān)鍵部件。連接的方式及其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能,因此,在進行連接的設(shè)計時,必須遵循安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡單、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)點是:①構(gòu)造簡單,對幾何形體適應(yīng)性強,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,可實現(xiàn)自動化操作,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)對裂紋很敏感,局部裂紋一旦發(fā)生,就容易擴展到整體,低溫冷脆問題較為突出;④對材質(zhì)要求高,焊接程序嚴格,質(zhì)量檢驗工作量大。
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,對鋼板則產(chǎn)生壓緊力,使得連接十分緊密。當構(gòu)件受剪力作用時,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,裝配時再擴鉆而成,質(zhì)量較好。Ⅱ類孔是沖成或不用鉆模鉆成,雖然制法簡單,但構(gòu)件拼裝時釘孔不易對齊,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,抗動力荷載性能好,對主體鋼材的材質(zhì)要求低。但是鉚釘連接的構(gòu)造復(fù)雜、制孔和打鉚費鋼費工,釘孔削弱主材截面,因此,除了在一些重型和直接承受動力荷載的結(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。A級與B級為精制螺栓,C級為粗制螺栓。C級螺栓材
料性能等級為4.6級或4.8級。小數(shù)點前的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強度不小于
400N/m㎡,小數(shù)點及小數(shù)點以后數(shù)字表示其屈強比為0.6或0.8。A級和B級螺栓材料
性能等級則分為5.6級和8.8級,其抗拉強度分別不小于500N/mm2和800N/mm2,屈強比分別為0.6和0.8。
A、B級精制螺栓是由毛坯在車床上經(jīng)過切削加工精制而成。表面光滑,尺寸準確,螺桿直徑與螺栓孔徑相同,但螺桿直徑僅允許負公差,螺栓孔直徑僅允許正公差,對成孔質(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,價格較高,已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。
C級螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。由于螺栓表面粗糙,一般采用在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計孔徑的孔(Ⅱ類孔)。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5~3mm(詳見表3.1)。對于采用C級螺栓的連接,由于螺栓桿與螺栓孔之間有較大的間隙,受剪力作用時,將會產(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的臨時固定。
(2)高強度螺栓連接
高強度螺栓一般采用45號鋼40B鋼和20MnTiB鋼加工制作而成,經(jīng)熱處理后,螺栓抗拉強度應(yīng)分別不低于800N/mm2和1000N/mm2,且屈強比分別為0.8和0.9,即前者的性能等級為8.8級,后者的性能等級為10.9級。
高強度螺栓根據(jù)其外形可分大六角頭型[圖32(a)]和扭剪型[圖32(D]兩種。安裝時通過特別的扳手,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。當以部件的接觸面摩擦力傳遞外力時,稱為高強度螺栓摩擦型連接。當同普通螺栓一樣,允許接觸面滑移,依靠螺栓受剪和孔壁承壓來傳遞外力時,稱為高強度螺栓承壓型連接。
摩擦型連接高強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)點是施工方便,對構(gòu)件的削弱較小,可拆換,螺栓的剪切變形小,能承受動力荷載,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,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,強度儲備相對較低,故不得用于承受動力荷載的結(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,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)實際情況進行判斷。