接长 是指用于延长或加长的连接。接长例如在可用轧制板材的长度或宽度不足时需要,在安装时则为了限制待运输单个构件的尺寸和重量而需要。覆盖接长断开的板材称为 搭接板。其他所有连接,尤其是不同方向的桁架杆件之间以及不同平面内梁之间的连接,称为 连接节点。
对于常规接头,搭接板和铆钉按全力进行设计。因此,普通接头不要求接头表面彼此接触。
受拉和受压杆件(即主要承受法向力的直杆)的主要应用领域是 桁架。本节的讨论忽略了受压杆件屈曲的危险。首先将讨论静力强度。
受拉杆件中孔洞的扣减
承载力:由于孔/开口的存在,拉杆中的应力状态在局部显著改变。在比例极限范围内,应力分布对应于削弱截面上的应力分布(图 1)。矩形杆中的最大纵向应力按 A. Henning 为:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]

图 1 - 钻孔杆中的纵向和横向应力 a) 按 A. Henning;b) 按 M. Rudeloff
在 d/b = 0 的极限情况下,对于极宽的板条可得 maxσ = 3σm;对于图 1a 所示情况,d/b = 1/3 时,maxσ = 2,42 σm。除纵向应力外,还存在横向应力和剪应力。最大应力出现在孔的周边。在那里首先出现永久变形,即应力峰值被削弱,并在截面上形成_应力均化_。只有当削弱截面中的平均应力 σm 超过屈服极限 σFO 时,孔区才会出现明显的永久变形。在 SF = Fm * σF 时,杆件的总伸长仅比无孔杆件略大。(Fm 为最弱截面的面积)
在带铆钉杆件的拉伸试验中,断裂总是发生在削弱截面处。在通常情况下,断裂载荷可较准确地表示为 SB = Fn * σB。对开孔受拉杆件进行拉断试验所显示的_断裂形态_如图 2 所示。

图 2 - 拉伸杆断裂图
铆接试验表明,单排铆钉的搭接接头,其抗力小于前后多排铆钉的接头。由此,作用截面中的破坏平均应力 σB 为:

受拉杆件的设计程序:按照常规计算方法,平均拉应力必须满足 σm = S/Fm ≤ dozσ,并且适用于所有控制截面 Fm。孔洞折减按孔数最多的净截面确定,而由多个孔组成的折线截面有时会给出更小的 Fm 值(图 2)。从这个意义上讲,对于轧制型材,Fm 按展开计算。对于组合截面也按同样原则处理。
Fm/F 的比值通常介于 0,8 和 0,9 之间,即孔洞扣减量 ΔF = F – Fm 为整个杆截面 F 的 10% 到 20%。对于大型结构,ΔF 对重量影响很大,因此值得寻找孔洞扣减更小的截面。
变形:带孔拉杆的弹性伸长几乎只比可比较的无孔拉杆略大。接头的总伸长几乎与拼接板的总伸长相同。因此,在计算钢结构变形时,只需确定未削弱杆件的 E 和 F 值下的弹性伸长即可。与例如受压杆相比,带削弱截面的杆件具有更高的屈服安全性。
铆钉中的力分布

图 3
杆件中力 S 向各个铆接连接件的分配取决于其弹性特性,它是“静不定”的。在图 3 的情况下,N1、N2、… 的分配取决于铆钉和连接板的变形,并随 Fподvezice/Fštapa 的比值变化。对于 Fподvezice ≠ Fštapa,铆钉中的端部力不再同样大(图 50a)。随着 Fподvezice/Fštapa 比值的降低,Nn 变小,N1 更接近 S。连接厚度差别很大的板条(图 4b)由于第一枚铆钉超载而并不可取。

图 4 - 对于 Fštap > Fpodvezice 的铆钉受力
_板条和拉条刚性,_只有铆钉是弹性的(图 5a)。这样所有铆钉都受到相同的弯曲,铆钉中的全部力必须相等。
铆钉刚性,只有杆件和拉杆为弹性(图 5b)。由于第一和最后一个铆钉之间杆件和拉杆中的伸长必须相等,因此得到 N2 = N3 = … = Nn-1 = 0,除 N1 = S * x1 外。

图 5
实际的力分布介于这些极限情况之间。随着载荷增加,首先在端部铆钉中出现永久变形,受力最大的铆钉得到卸载,力的分布变得越来越均匀。随着较大变形的出现,力的分布趋近于横板和拉条为刚性的情况,即在铆钉中的力几乎都相等,在铆钉剪切起控制作用的情况下亦然。
破坏荷载: 铆钉的铆接方式几乎不影响 τBV。连接的抗剪强度 τBV 实际上与铆钉数量、其布置以及铆接接头的形式无关;破坏荷载在很好的近似下相当于所有铆钉承受均布荷载。顺便说一句,对普通螺栓连接也同样如此,因此可以得出结论:抗滑移能力对承载力没有实质性影响。
尺寸设计:对于钢结构和轴心受压杆件,按均匀分配计算,即每个铆钉 N = S/n。由于在较长的接头中,前几个铆钉很早就会超载,因此应尽可能避免连续使用超过 6 个铆钉。
抗滑移能力:连接中的滑移在相对较小的荷载下就会出现。抗滑移能力首先取决于夹紧力,而夹紧力会受到多种因素影响。在铆接连接及迄今常用螺栓连接的设计中,这一因素通常被忽略。这里指的是采用高强螺栓的连接。
沿宽度方向铆钉中的力分布:当铆钉之间的距离沿力的方向成直角且相等时(图 6a),各个铆钉对应等宽的截面条带 a,因此在第一近似下,铆钉中的力 N = a t σ 大致相等。铆钉间距不均匀时,其分布在静力上是不定的;对于图 6b 所示情形,则按杠杆定律分配。

图。 6
拉杆
续接:采用对称拼接板的续接(图 3 和 4)。杆在续接处的力 S 只能由拼接板承担。续接处的铆接件也应按 S 进行设计,因为它们必须将整根续接杆的全部力传递到拼接板中。
带单侧盖板的接缝会在连接板件、盖板和铆钉中产生显著的附加弯曲应力。由于变形较大,单侧覆盖接缝仅在(图 7)杆件抗弯刚度很大,或侧向支撑使其无法弯曲时才采用。

图 7
间接接头——当搭接条不能直接贴靠在延长板材上时,铆钉和板材将承受显著更大的弯曲应力。因此,根据 m 层中间层的数量,应选取比直接覆盖接头时更多的 n’ 个铆钉,而不是 n 个。

图 8
在复杂截面中,拉条的布置应避免局部应力升高,因此各拉条面积按其所覆盖的截面部分面积确定,并尽可能保持重心位置不变。偏离这一原则的拉条面积分配与应力分布变化有关。图 9 示出单腹杆的延伸,图 10 示出由 4 立板和角钢之间一块腹板组成的双件杆的延伸。

图 9

图。 10
连接: 对于受拉杆件的连接,基本上与接长相同的关系成立。试验证明,对称引入力具有很大优越性。对于单侧连接,在纵向和横向都会产生很大的弯曲(图 11)。尽管附加弯曲应力很大,单侧连接的 L 杆和 C 杆仍几乎可以完全发挥其承载能力。如果不采取措施来平衡附加弯矩,一个连接的承载力可能下降到一半。

图11
对于覆盖接缝,不应采用节点板,而应为此设置专门的盖板。当杆件截面的大部分落在节点板平面内时,与节点板的连接会更容易。

图 12 - 有连接角钢和无连接角钢的连接
受压杆件
对于受压杆件的接长和连接,适用与受拉杆件相同的原则,其全部力由铆钉和拼接板传递,也就是说,按杆件的总截面 F 来确定 F拼接板 和 Fs,分别对应 Fl。通常接长板表面并不精加工贴合。在建筑钢结构中,对于贯穿多层、仅受压力作用的柱,可采用接头搭接较小的做法。受压杆件的承载能力在此前若未发生失稳,至迟在达到屈服极限时即被耗尽,因为这时会出现很大的变形,杆件发生侧向屈曲。由铆钉填充的孔洞对此杆件行为没有可测得的影响。
铆接连接的疲劳强度
对于铆接连接的疲劳强度,首要决定因素是孔边出现的应力峰值。即使仅因孔洞本身,疲劳强度也会显著降低。带开孔的杆件在拉伸疲劳试验中会在削弱截面处断裂,而且疲劳破坏始于孔边裂纹,这些裂纹会不断向截面内部扩展。因此,光滑孔尤为重要。图 13 给出了不同等级下扁杆的疲劳强度(右侧为较高钢级)。在较大的预加载 σu 下,两种材料都承受高于屈服极限的疲劳强度 σDz。两种钢级的应力幅大致相同。

图 13 - 疲劳强度 σDz
对于铆接连接在拉压交变荷载作用下,其基本规律与单向荷载时相似。值得注意的是,交变荷载下的应力幅值约为 1,5 倍(图 14),但在这种荷载下,铆钉比在单向荷载下更易受损。

图 14 - 铆接连接的拉伸疲劳强度