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8连接
8.1一般注释
在4到7章中，已经讨论了用于冷成型钢结构中的各个结构构件的设计，例如梁，柱，张紧构件和圆柱形管状构件。经验表明，这种结构构件通过钢板或结构部件使用各种类型的连接进行制造。另外，连接被要求加入整体结构中各个构件之间。在本章中，主要介绍冷成型钢结构的连接类型，各种连接的设计标准，通过连接两个通道制造I-或箱形梁和柱的要求以及在压缩单元中连接的间距。对于连接设计表和示例问题，应参考“设计手册”第四部分。作为AISI规范的一般规则，所有连接应设计为在连接的构件中传递最大设计力，同时适当地考虑偏心。
8.2连接类型
焊接件，螺栓，冷铆钉，螺钉和其他特殊装置如金属缝合和粘合剂通常用于冷成型钢连接件中. AISI规范E包含最常用的焊接，螺栓连接和螺钉连接。这是。在使用冷铆钉的连接设计中，用于螺栓连接的AISI规定可以用作一般指导，除了铆钉的剪切强度可能与螺栓的剪切强度有很大不同之外，不同的故障模式如拉拔和倾斜紧固件也应该考虑。关于连接强度的附加信息应从制造商或测试中获得。第8.6条简要讨论冷铆钉和压接头的应用。
8.3焊接连接
用于建筑施工的焊缝可以分为电弧焊和电阻焊。
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电弧焊是一组通过在待连接表面使用焊接金属而不施加机械压力或冲击而将金属焊接在一起的过程。电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。
8.3.1电弧焊
电弧焊通常用于安装，连接冷成型的钢构件，或将冷成型的钢构件连接到热轧的框架构件上。
在冷成形钢结构中常用的几种电弧焊接是:
1.沟槽焊缝2.电弧点焊（水泥焊缝）3.电弧焊缝4.角焊缝5.扩口焊缝
图8.1显示了不同类型的电弧焊缝。用于薄钢板的电弧点焊点类似于用于较厚钢板的焊点。塞焊和弧点焊的区别在于前者是用预先打孔的孔做的，而后者则不需要预打孔。在顶片上烧了一个洞，然后用焊接金属把它熔合到底片或结构构件上。类似地，电弧缝焊缝与槽缝相同，除了前者不需要预孔。美国焊接协会（AWS）已经制定了一些焊接符号。图8.2显示了冷成型钢结构中使用的焊接符号的基本符号和标准位置。关于电弧焊接的研究工作，早期AISI焊点和电弧点焊的设计规定建立在康乃尔大学在1950年代151次测试的结果。在1970年代，康奈尔大学在AISI的赞助下进行了总共342次的弧形，弧形和电弧缝焊接试验。已经详细研究了用于钢板的最常见类型的电弧焊的结构表现。根据康乃尔大学Pekoz和McGuire的研究结果总结，以及林肯电气公司Blodgett的研究，1978年AWS结构焊接委员会钢板小组委员会制定第一版“焊接钢结构中的规范”。1989年美国国际电工委员会颁布第二版题为“结构焊接规范钢板”的规范。基于相同的数据，1980年，AISI对电弧焊接的设计规定进行了有力的修改，以反映研究结果。 1986年AISI规范中使用了相同的设计规定，附加的电弧点焊拉伸载设计公式包括在1989年荷附录中。1996年进行了轻微修订，添加了新的公式设计闪光斜槽焊缝。在1996年AISI规范的补编中，设计方程被用来代替表格值来确定电阻焊的抗剪强度。下面的章节总结了各种类型的电弧焊接的结构强度的研究：
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图8.1电弧焊接的类型（a）对接缝中的沟槽焊缝 （b）电弧点焊 （c）电弧焊缝 （d）角焊缝 （e）闪光斜槽焊缝（f）闪光V型槽焊缝
图8.2焊接接头的标准符号
如参考文献 8.12和8.13，康奈尔测试程序中使用的钢板厚度范围为0.019至0.138英寸（0.48至3.5毫米），材料的屈服点从33到82 ksi（228到565 MPa）变化，所有实验对象均使用E6010电极焊接。
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8.3.1.1电弧点焊
基于对电弧点焊的126次测试的结果，,发现弧点焊的极限状态包括焊缝融合区域的剪切破坏,沿着焊缝轮廓撕裂钢板伴随裂缝穿过板在焊缝的前缘处，钢板撕裂与焊缝后缘附近的屈曲相结合，并剪切焊后的板材。此外，部分焊接材料在部分由于钢板材料撕裂和变形而导致的焊接脱落。
试验结果的评价表明，该方法可用于预测弧点焊点连接的最终强度窗体底端
试验结果的评价表明，该方法可用于预测弧点焊点连接的最终强度。
弧焊焊缝的剪切强度。 每个电弧点焊的极限剪切能力可由下式确定
（8.1）
每个焊缝的极限剪切力
电弧点熔焊面积
焊接金属的极限剪切强度，按照8.12和8.13取0.75
熔融区域的有效直径
根据电弧点焊31次剪切破坏试验数据，发现熔融区域的有效直径可以计算为：
（8.2）
d 电弧点焊外表面的可见直径
t 参与剪切转移的钢板的基础厚度（不包括涂层）
图8.3显示了de/d的计算比率与测试数据之间的相关性。图8.4显示了可见直径d和有效直径de的定义。
弧点焊点的连接板强度，根据对圆弧焊点周围连接片材应力条件的分析，Blodgett指出，材料中的应力首先前缘处是拉伸应力，然后成为沿着侧面的剪切应力，最终在焊缝的后缘成为压应力，如图8.5所示。如果焊接连接的强度受到连接板的横向撕裂的限制，而不是焊缝的剪切破坏，则每个焊缝的极限载荷（以ips为单位）被发现是
（8.3）
图8.3根据板厚度de / d比值与测试数据之间的相关性
图8.4电弧点焊中d，da和de的定义(a)单层板(b)双层板
图8.5电弧点焊中的张力，压缩和剪切应力
da 电弧点焊平均直径t，单层d- t ，多层d-2t
t窗体顶端
t参与剪切转移的板材的总合基板钢厚度
Fu指定连接片材的最小拉伸强度
同一研究也表明公式（8.3）仅适用于
对于薄板，破坏首先是由于前缘处的张力，然后沿侧面的剪切力撕裂，最后在电弧点焊的后缘附近屈曲。通过图8.6中所示的应力状态，Blodgett开发了以下公式，用于确定每个焊缝的极限载荷：
公式（8.4）仅适用于
图8.6电弧点焊中的张力和剪切应力
对于焊缝的极限载荷可以通过以下转变方程来确定：
图8.7提供了观察到的极限载荷Puo和根据式（8.1）（8.3）（8.4）（8.5）适用情况预测的极限载荷Pup的图形比较；图8.8总结了式（8.3）到（8.5）控制连接板失效的条件。
图8.7电弧点焊的观测和预测极限载荷的比较
弧焊焊缝的拉伸强度，在建筑施工中，电弧点焊经常用于将屋顶板连接到支撑构件，如热轧钢梁和开放式钢筋托梁。 当向屋顶系统施加风力提升力时，这种类型的焊接连接受到张力。
在1989年之前，AISI规范中没有包含设计信息来预测电弧点焊的拉伸强度。 根据Fung的测试结果和Albrechtand Yu和Hsiao的测试数据评估，以下设计方程1989年在1986年版AISI规范附录的E2.2部分中加入：
Put是每个焊缝的最大拉伸能力
t，da，Fu见以前的定义
图8.8电弧点焊失效负荷
上述设计标准在1996年版的AISI规范中进行了修订，因为UMR测试显示可能发生两种可能的极限状态。最常见的破坏形式是焊缝周围的版撕裂破坏。该破坏形式受板厚度，平均焊缝直径和材料拉伸强度的影响。同心圆弧焊点的标称抗拉强度可以通过以下方程式来确定：取决于Fu / E比：
对于：
对于：
在某些情况下，可能会发生焊缝的拉伸破坏。 电弧点焊的拉伸强度基于熔融区域的横截面和焊接金属的拉伸强度。 因此，对于这种类型的破坏形式，公称抗拉强度可以通过式8.7计算:
de 是融合区域的有效直径;Fxx 是焊缝金属的拉伸强度。
应该注意的是，公式（8.6）和公式（8.7）受以下限制：
emin是指从焊接中心线到邻近焊缝的最接近边缘的最小距离或者力被引导到的连接部分的端部处的力线中测量的最小距离，其他符号详见以前定义。当点焊被焊接垫圈加固时，拉伸强度由公式（8.6a）和（8.6b）可以通过使用较小厚度的薄片来实现。公式（8.6）和（8.7）来自于施加的拉伸载荷在点焊上施加同心荷载的试验，例如受到隆起的屋顶系统上的内部焊缝，如图8.9。对于由于风隆起而承受偏心载荷的外部焊缝，测试显示只有50％的标称强度可用于设计。 在两个截面之间的搭接连接处（图8.9），从试验中发现标称强度降低30％。
图8.9内部焊接，外部焊接和搭接连接
8.3.1.2 电弧缝焊接
如图8.10所示，电弧焊缝由两个半圆端和一个纵向焊缝组成。焊接连接的极限载荷是由电弧焊缝的剪切强度和连接板的强度决定的。
电弧焊缝的剪切强度，每个焊缝的极限剪切力是两个半圆端和纵向焊缝的组合剪切力。如下所示：
（8.8）
L是焊缝的长度，不包括圆形端；为了计算方便，L不应超过3d。其他符号的定义在前面进行过定义。
图8.10电弧焊缝接合片支撑构件
弧缝焊接连接片的使用强度：在康奈尔研究项目中，共测试了23个焊接接头用于焊缝焊缝。基于Blodgett的研究和Pekoz和McGuirethe进行的线性回归分析，已经确定下列公式来确定连接片的强度：
（8.9）
方程（8.9）适用于所有值的da / t。 图8.11显示了通过使用公式（8.9）预测的观测到的载荷和极限载荷的比较。
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图8.11电弧缝焊接观测和共识预测极限载荷的比较
8.3.1.3角焊缝
角焊缝经常用于搭接和T形接头。根据焊缝的布置，它们可以分为纵向焊缝或横向焊缝。（“纵向”意味着负载平行于焊缝的长度施加;“横向”表示负载垂直于焊缝的长度施加）从结构效果的角度来看，纵向焊缝由于不同的变形，焊缝沿焊缝的长度不均匀地受力。 横向焊缝在整个长度上更均匀地受到应力。 因此，横向焊缝比相同长度的纵向焊缝更强。 以下讨论涉及使用两种类型的焊丝的焊接连接的强度。
角焊缝剪切强度 如果焊接连接的强度受焊丝的剪切能力的限制，每个焊缝的极限载荷可以确定为
（8.10）
tw有效焊缝宽度
L焊缝长度
Fxx使用以前的定义，在式（8.1）和（8.8）中出现过；假定焊接金属的剪切强度为其拉伸强度的75％。
使用角焊缝连接板的强度
- 纵向焊缝 在康奈尔研究中共测试了64条纵向焊缝，测试数据的评估表明，以下公式可以预测连接片材的极限载荷，包括沿着焊缝轮廓，焊缝剪切和两者组合而导致的断裂破坏的类型：
对于
（8.11a）
对于
（8.11b）
其中Pu1和Pu2是每个焊点的预测极限载荷。而其他符号已经定义。
- 横向焊缝 根据横向焊缝55次试验的结果，发现主要的破坏是沿着焊缝轮廓或沿着靠近焊缝的连接板撕裂。 次级破坏是通过焊缝剪切。 每个焊点的最终极限荷载计算可以用下式计算：
（8.12）
图8.12和8.13分别显示纵向和横向焊缝的观测和公式预测极限载荷的比较。
图8.12纵向焊缝的观测和计算极限载荷的比较
图8.13横向焊缝的观测和计算极限载荷的比较
8.3.1.4闪光槽焊缝
在康奈尔大学的研究中，有42个横向的斜角焊缝(图8.14)和32个纵向的斜角焊缝(图8.15)。结果表明下公式可用于计算极限载荷。
闪光槽焊缝的剪切强度
闪光槽焊缝的极限抗剪强度是
（8.13）
上述公式类似于计算角焊缝的公式（8.10）。
图8.14横向斜面焊接
图8.15纵向斜面焊接
闪光槽焊缝连接板的强度
如果焊接连接的强度由连接的板材决定，每个焊缝的极限载荷可以如下式确定：
- 横向焊接
（8.14）
- 纵向焊缝
如果或者边缘高度小于焊接长度L
（8.15）
如果或者边缘高度大于等于焊接长度L
（8.16）
图8.16和8.17分别显示了横向和纵向的倾斜焊缝的观测和公式预测极限载荷的比较。
图8.16横向斜面角焊缝观测和公式预测极限载荷比较
图8.16纵向斜面角焊缝观测和公式预测极限载荷比较
8.3.2AISI弧焊的设计标准
8.3.2.1厚度限制
在以前版本的AIS
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