在19~20世紀(jì)，很多重要的鋼結(jié)構(gòu)都采用鉚接的方式連接（如埃菲爾鐵塔）。20世紀(jì)末期開始，大量結(jié)構(gòu)開始采用焊接的方式連接，但是一些需要輕量化同時(shí)又對(duì)強(qiáng)度有較高要求的結(jié)構(gòu)，例如鋼結(jié)構(gòu)橋梁則采用了螺栓連接的方式。
鉚接和螺栓連接的具體區(qū)別在哪里，又為什么橋梁采用螺栓連接而不是焊接？本期和大家一起分享關(guān)于構(gòu)件連接形式的知識(shí)點(diǎn)。
鋼結(jié)構(gòu)的連接——鋼結(jié)構(gòu)是一種由預(yù)制材料（鋼材）制作，通過工廠加工成構(gòu)件，再經(jīng)工地現(xiàn)場(chǎng)拼裝而形成的結(jié)構(gòu)，因此構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接節(jié)點(diǎn)是形成鋼結(jié)構(gòu)并保證結(jié)構(gòu)正常工作的重要組成部分。常用的鋼結(jié)構(gòu)連接有焊縫連接、螺栓連接、鉚釘連接。
設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)連接的基本原則
合理設(shè)計(jì)連接，保證節(jié)點(diǎn)具有足夠的承載能力和適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)剛度，以實(shí)現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)處傳遞內(nèi)力。具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)荷載設(shè)計(jì)值所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)力響應(yīng)進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)的計(jì)算。
正確計(jì)算節(jié)點(diǎn)所承受（或傳遞）的內(nèi)力是保證節(jié)點(diǎn)安全傳力的前提，而根據(jù)節(jié)點(diǎn)連接的傳力機(jī)理選擇適當(dāng)連接方式以及連接件的布置則取決于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所承受的荷載特征、連接處的構(gòu)件截面形狀、構(gòu)件尺寸、連接區(qū)的尺度、節(jié)點(diǎn)剛度要求、不同連接方式的構(gòu)造要求、施工的可能性等諸多因素。
鋼結(jié)構(gòu)的基本連接方式及其特點(diǎn)
焊接連接（冶金式）：使金屬高溫融化后形成整體。
焊接是通過加熱或加壓或兩者兼用，還可以選用填充材料，使焊件達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法。
焊接技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。焊接連接是鋼結(jié)構(gòu)工程中一種重要的連接方式，在以焊接連接作為主要連接方式的鋼結(jié)構(gòu)工程中，焊接工時(shí)約占鋼結(jié)構(gòu)主體建造工時(shí)的30%-40%，焊接成本占鋼結(jié)構(gòu)建造成本的20%-40%。因此焊接質(zhì)量是評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的重要指標(biāo)，而鋼結(jié)構(gòu)工程中采用何種焊接方法、焊接工藝，具有十分重要的意義。
焊接連接優(yōu)點(diǎn)是任何形狀的構(gòu)件可直接連接，無(wú)需輔助零配件。加工方便，不需打孔鉆眼，不削弱截面。可自動(dòng)化操作連接的密閉性好，剛度大，整體性好。缺點(diǎn)是材質(zhì)易變脆產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余變形、焊接缺陷。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)疲勞、穩(wěn)定有不利影響較多地依賴焊工的技能水平，質(zhì)量檢驗(yàn)要求較高時(shí)檢驗(yàn)工作量較大。
螺栓連接（機(jī)械式）：將兩個(gè)以上的構(gòu)件用螺栓連接成為一體。
螺栓連接是構(gòu)件預(yù)裝和結(jié)構(gòu)安裝中最簡(jiǎn)便的連接方式。螺栓連接分普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。
20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了高強(qiáng)度螺栓連接方法。比較早期的是英國(guó)水晶宮體育館的建成。高強(qiáng)度螺栓用中碳鋼或中碳合金鋼制成，其強(qiáng)度比普通螺栓高2～3倍。高強(qiáng)度螺栓連接具有施工方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。60年代以后在一些冶金工廠的鋼結(jié)構(gòu)制造安裝中開始應(yīng)用。目前，鋼結(jié)構(gòu)大六角高強(qiáng)度螺栓已經(jīng)形成了從M12～M30的完整體系。
螺栓連接優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，裝拆方便，對(duì)安裝工的要求高。摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接動(dòng)力性能好，耐疲勞，易阻止裂紋擴(kuò)展。缺點(diǎn)是費(fèi)料、開孔截面削弱，螺栓孔加工精度要求高。
鉚釘連接（機(jī)械式）：是利用軸向力將零件鉚釘孔內(nèi)釘桿墩粗并形成釘頭，使多個(gè)零件相連接的方法。
土木工程領(lǐng)域的鋼結(jié)構(gòu)一般比較粗大，用的鉚釘和我們平時(shí)看到的使用氣槍可以直接成型的冷鉚鉚釘不太一樣，它是要先加熱然后再用鉚槍把直端打成鉚頭。
這個(gè)過程中實(shí)際上鉚釘經(jīng)受了『熱處理』和『鍛造』兩個(gè)工藝，今天的現(xiàn)代化工業(yè)條件下，熱處理和鍛造大部分都是在工廠內(nèi)完成的，熱處理的起始溫度、升溫降溫速度都需要控制，鍛造也是用高精度模具完成，現(xiàn)場(chǎng)加工環(huán)境下，顯然兩者都無(wú)法很好的【低成本】控制。
對(duì)于大部分土木工程的現(xiàn)場(chǎng)安裝來(lái)說(shuō)，鉚釘成型之后是在室外自然環(huán)境下降溫，這一過程實(shí)際上是『退火』，退火使得鋼材強(qiáng)度降低延性上升，然而不同于在電爐里面加熱拿著溫度計(jì)去量再靠自控裝置控溫的工廠化熱處理，工程師并不喜歡這樣在野外自然發(fā)生的不受控退火，鉚釘這樣放在構(gòu)件里面自然退火，不能準(zhǔn)確知道強(qiáng)度會(huì)降低多少，會(huì)有多少殘余應(yīng)力，甚至如果遇到了一些意外比如雨水、大風(fēng)甚至?xí)?lái)與『退火』相反的『淬火』。
這種熱鉚鉚釘最終性能的離散性大，為了保證工程整體可靠度，并不會(huì)完全利用鉚釘強(qiáng)度，這樣會(huì)增加鉚釘需要的數(shù)量，帶來(lái)浪費(fèi)和設(shè)計(jì)上的繁雜。加上施工比較麻煩，每個(gè)鉚釘用之前都還要加熱，現(xiàn)在土木領(lǐng)域這種熱鉚鉚釘用的并不多了。
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