接頭 是指用於延長或加長的連接。接頭例如在可用的軋製板材長度或寬度不足時需要;在安裝時,則因受運輸之個別構件尺寸與重量限制而需要。綁板 是覆蓋接頭中斷處的板材。其他所有連接,特別是不同方向桿件之間以及不同平面中支撐構件之間的連接,稱為 連接點。
對於一般接頭,應依完整受力設計綁板與接頭鉚釘。因此,在標準接頭中,不要求接頭面彼此接觸。
受拉與受壓桿件(即主要承受軸向力的直桿)的主要應用領域是 桁架。本節討論將暫不考慮受壓桿件屈曲的危險。首先將討論靜力強度。
受拉桿件中孔洞的扣除
承載力:受拉桿件中的應力狀態會因孔洞/開口而在局部顯著改變。在比例範圍內,應力分布對應於受削弱截面上的分布(圖 1)。矩形桿中最大的縱向應力依 A. Henning 為:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]

圖 1 - 鑽孔桿中的縱向與橫向應力 a) 依 A. Henning;b) 依 M. Rudeloff
在極限情況 d/b = 0 的極寬條板中,因此得出 maxσ = 3σm;而對於圖 1a 所示情況,d/b = 1/3 時,maxσ = 2,42 σm。除縱向應力外,還有橫向與剪應力。最大的應力位於孔洞周邊。在那裡首先出現永久變形,也就是應力峰值被削平,並在截面上形成_應力均化_。孔洞區域中明顯的永久變形,只有在弱化截面中的平均應力 σm 超過屈服極限 σFO 時才會出現。當 SF = Fm * σF 時,桿件的總伸長僅略大於無孔桿件。(Fm 為最弱截面的面積)
在鉚接棒的拉伸試驗中,斷裂總是發生在削弱截面處。通常情況下,破壞荷載可相當準確地表示為 SB = Fn * σB。對帶有開孔的受拉棒進行拉斷試驗,顯示出的_破壞形態_如圖 2 所示。

圖 2 - 拉伸桿件破壞圖
在鉚接接頭試驗中已證明,只有一排鉚釘的搭接接頭,其抗力小於具有多排前後排列鉚釘的接頭。因此,於有效截面上的破壞平均應力 σB 為:

受拉桿件的尺寸設計程序:按照通常的計算方法,平均拉應力必須滿足 σm = S/Fm ≤ 許用σ,且對所有關鍵截面 Fm 均應如此。孔洞扣除量按孔數最多的垂直截面確定,而帶有更多孔洞的折線截面有時會給出較小的 Fm 值(圖 2)。在這方面,對轧制型材的 Fm 需按展開長度計算。對複合截面亦按相同原則處理。
Fm/F 的比值通常介於 0,8 與 0,9 之間,也就是孔洞扣除量 ΔF = F – Fm 為整個桿件截面 F 的 10% 到 20%。對大型構件而言,ΔF 會明顯影響重量,因此值得尋找孔洞扣除量較小的截面。
變形:帶孔拉杆的彈性伸長量與相對應的無孔拉杆相比,幾乎不會更大。接長件的總伸長量幾乎與接長的板條相同。因此,在計算鋼結構變形時,只需取未削弱杆件的 E 與 F 值來確定彈性伸長即可。對於受削弱的杆件,其抗屈服安全性例如比受壓杆件更高。
鉚釘中的力分布

圖 3
桿件中力 S 在各個連接鉚釘上的分布取決於其彈性特性,屬於「靜不定」。在圖 3 的情況下,分布 N1、N2、… 取決於鉚釘與連接板的變形,其變化與 Fpodvezice/Fštapa 的比值有關。當 Fpodvezice ≠ Fštapa 時,鉚釘中的端部力不再彼此相等(圖 50a)。隨著 Fpodvezice/Fštapa 比值降低,Nn 變小,N1 趨近於 S。將厚度相差很大的翼板連接在一起(圖 4b)並不合適,因為第一個鉚釘會過載。

圖 4 - 當 Fštap > Fpodvezice 時鉚釘受力
夾板與拉條為剛性, 只有鉚釘為彈性(圖 5a)。這樣所有鉚釘都會產生相同的彎曲,鉚釘中的所有力必須相等。
鉚釘為剛性,只有板片與拉條為彈性(圖 5b)。由於第一與最後一個鉚釘之間,桿件與拉條中的伸長量必須相同,因此可得 N2 = N3 = … = Nn-1 = 0,除 N1 = S * x1 外。

圖 5
實際的力分布介於這些極限情況之間。當荷載增加時,首先在端部鉚釘中出現永久變形,受力最大的鉚釘被卸載,力的分布變得越來越均勻。在出現較大變形之後,力的分布趨近於翼板與連接條剛性的情況,也就是說,鉚釘中的力幾乎都相同,當鉚釘剪切為控制因素時即是如此。
破壞荷載: 鉚釘的鉚接方式幾乎不影響 τBV。接頭的剪切強度 τBV 實際上與鉚釘數量、其配置方式及鉚接接頭的形狀無關;破壞荷載在良好近似下相當於所有鉚釘均勻受載。順帶一提,對一般螺栓接頭亦同樣成立,因此可得出結論:抗滑移能力對承載力並無重大影響。
尺寸設計:對於鋼結構與受中心荷載的桿件,按均勻分配計算,即每個鉚釘承受 N = S/n。由於長接頭的第一排鉚釘很早就會過載,因此應盡可能避免超過 6 個鉚釘連續排列。
抗滑移: 接頭中的滑移在相對較小的荷載下即會出現。抗滑移主要取決於夾緊力,而夾緊力受多種因素影響。在鉚接連接及迄今常用螺栓的設計中,這一點通常被忽略。此處應關注高強度螺栓連接。
鉚釘沿寬度方向的力分布:當鉚釘間距彼此相等且垂直於力的方向時(圖 6a),各個鉚釘對應於等寬的截面帶 a,因此在第一近似下,鉚釘中的力 N = a t σ 彼此相等。當鉚釘間距不均勻時,分布在靜力上是不定的;對於圖 6b 的情況,則按槓桿定律分配。

圖。 6
拉桿
續接: 採用對稱吊帶的續接(圖 3 和 4)。桿件在續接處的力 S 必須完全由吊帶承受。續接處的鉚釘也應按 S 來設計,因為它們必須把整個力從被續接的桿件傳遞到吊帶上。
單側加固的接縫在連接的鋼板、加固件與鉚釘中會產生相當大的附加彎曲應力。由於變形較大,單側覆蓋接縫僅在以下情況使用(圖 7):當桿件具有足夠的抗彎剛性,或當其側向受到支撐而無法彎曲時。

圖 7
中間接頭——當加固條無法直接貼靠在被接長的板材上時,鉚釘與板材所承受的彎曲應力會顯著增大。因此,依據 m 層中間墊層的數量,所選用的鉚釘數 n’ 會大於直接覆蓋接頭時的 n。

圖 8
對於複合截面,拉條的配置應避免局部應力升高,因此各拉條的面積應依其所覆蓋截面部分的面積來決定,並盡可能維持重心位置。偏離此原則的拉條面積分配,與應力分布的變化有關。圖 9 顯示單腹式延伸,圖 10 顯示由 4 立板與一塊位於角鋼之間的腹板構成的雙件桿件。

圖 9

圖。 10
接頭:對於受拉桿件的接頭,基本上與接長時適用相同的關係。試驗表明,對稱導入力具有很大的優勢。對於單側接頭,會在縱向與橫向產生很大的彎曲(圖 11)。儘管存在相當大的附加彎曲應力,單側接頭的 L 形與 C 形桿件仍可幾乎完全發揮其承載能力。若未採取措施平衡附加彎矩,一個接頭的承載力可降至一半。

圖 11
對於覆蓋接縫,不應使用節點板,應為此設置專用加固件。當桿件截面的較大部分落在節點板平面內時,與節點板的連接就會更容易。

圖 12 - 有與無連接角鋼的連接
受壓桿件
對於受壓桿件的接長與連接,原則與受拉桿件相同,其總力由鉚釘和綁條傳遞,也就是按桿件的整個截面面積 F 來設計綁條面積 F綁條 與 Fs,亦即 Fl。通常接頭面積不作配合加工。在建築鋼結構中,對於穿過多層、僅承受壓力的柱,常採用接頭重疊較少的通過方式。受壓桿件的承載力,若在此之前未先發生失穩,最遲在達到屈服極限時即已耗盡,因為此時會出現較大的變形,桿件發生側向屈曲。鉚釘填滿的孔對桿件行為並無可察覺的影響。
鉚接連接的疲勞強度
對於鉚接接頭的疲勞強度,首先起決定作用的是孔洞處出現的應力峰值。僅僅由於孔洞本身,疲勞強度就已大幅降低。帶有開孔的棒材在拉伸疲勞試驗中,會在削弱截面處斷裂,且疲勞破壞始於孔邊裂紋,裂紋不斷向截面內延伸。因此,光滑孔洞具有特別重要的意義。圖 13 顯示了不同鋼級下扁平棒材的疲勞強度(右側為較高鋼級)。在較大的前期載荷 σu 下,兩種材料都承受高於屈服極限的疲勞強度 σDz。兩個鋼級的應力幅值大致相同。

圖 13 - 疲勞強度 σDz
對於鉚接接頭在拉力與壓力交變作用下,基本上適用與單向荷載相似的關係。值得注意的是,在交變荷載下,應力幅值約大為 1,5 倍(圖 14),但在此荷載作用下,鉚釘明顯比在單向荷載下更易受損。

圖 14 - 鉚接接合的拉伸疲勞強度