除尘设备构件连接的设计计算及强度公式

除尘设备设计中往往忽视连接部分的设计计算，而这一部分又是非常重要的，在除尘设备事故中连接不良是事故原因之一。除尘设备的杆件、板件连接主要是焊接连接，有时用螺栓连接。

1.焊接连接

（1）焊接连接的形式

1）电弧焊——包含手工电弧焊、半自动埋弧焊、自动埋弧焊气体保护焊；

2）电阻焊；

3）电渣焊；

4）接触焊。

按照被连接构件间的相对位置，焊接连接的形式通常可分为：平接、搭接、T形连接和角接连接（见图4-24）。这些连接所采用的焊缝形式主要有：

图4-24 焊接的连接形式

a）、b）、i）平接 c）、d）、j）、k）、l）搭接 e）、f）T形连接 g）、h）角接连接

1）对接焊缝（见图4-25）

图4-25 局部焊透的对接焊缝截面形式

a）、b）、f）V形坡口 c）K形坡口 d）U形坡口 e）J形坡口

2）角焊缝（见图4-26）

图4-26 T形接头的角焊缝截面形式

a）、b）、c）直角角焊缝截面 d）、e）、f）斜角角焊缝截面

3）焊缝的计算厚度h_e取值：

①V形坡口（见图4-25a）

当α≥60°时，h_e=s

当α＜60°时，h_e=0.75s

②单边V形和K形坡口（见图4-25b、c）

当α=45°、±50°，h_e=s-3

③U形、J形坡口（见图4-25d、e）：h_e=s

T形接头直角角焊缝（见图4-26a～c）：h_e=0.7h_f

T形接头斜角（60°≤α≤135°）角焊缝（见图4-26d～f）

h_e=h_fcosα/2（当根部间隙b≤1.5mm）或h_e=（h_f-b/sinα）cosα/2（当根部间隙b＞1.5mm，但≤5mm）

（2）连接计算

1）焊缝质量等级。焊缝质量等级应根据焊缝形式、应力状态及工作环境等情况来选择。

要求与母材等强的对接焊缝应予焊透，其质量等级为受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。

不要求焊透的T形接头采用的角焊缝，或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝的外观质量标准可为三级。

2）完全焊透的对接焊缝和T形连接焊缝的强度计算。完全焊透的对接焊缝和T形连接焊缝的强度计算公式见表4-21。

表4-21 完全焊透的对接焊缝和T形连接焊缝的强度计算公式

注：1.序号2中当tanθ≤1.5时可不计算；

2.在对接接头和T形接头中，在同时受有较大的正应力和剪应力处（梁腹板横向对接焊缝的端部）才需用式（4-18）计算。

3）角焊缝连接的强度计算。角焊缝连接的强度计算公式见表4-22。

表4-22 角焊缝连接的强度计算公式

4）角钢与钢板连接的角焊缝计算：角钢与钢板连接的角焊缝计算公式见表4-23。

表4-23 角钢与钢板连接的角焊缝计算公式

注：表中h_f1、l_w1分别为一个角钢肢背侧面角焊缝的焊脚尺寸和计算长度；h_f2、l_w2分别为一个角钢肢尖侧面角焊缝的焊脚尺寸和计算长度；h_f3、l_w3分别为一个角钢端部正面角焊缝的焊脚尺寸和计算长度；k₁、k₂分别为角钢肢背和肢尖的角焊缝内力分配系数，可按表4-24确定。

5）角钢肢背和肢尖的角焊缝内力分配系数：角钢肢背和肢尖的角焊缝内力分配系数k₁和k₂值见表4-24。

表4-24 角钢肢背和肢尖的角焊缝内力分配系数k₁和k₂值

（3）对接焊缝及角焊缝的构造要求

1）对接焊缝的构造要求

①钢板的拼接采用对接焊缝时，纵横两方向的焊缝可呈十字形交叉或T字形交叉，T字形交叉点间的距离不得小于200mm（见图4-27）。

图4-27 钢板的拼接

a）十字形交叉 b）T字形交叉

② 对接焊缝的坡口形式，应根据板厚和施工条件按现行《手工电弧焊接接头的基本形式与尺寸》和《焊剂层下自动焊与半自动焊接接头的基本形式与尺寸》的规定选用。

③ 在对接焊缝的拼接处，当钢板的厚度或宽度相差4mm以上时，均应从板的一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5的斜度（见图4-28）。当改变厚度时，焊缝坡口形式应根据较薄板的厚度按现行国家标准的要求选用。

图4-28 变截面钢板的拼接

2）角焊缝的构造要求

① 角焊缝的最小焊脚尺寸h_f，不得小于1.5δ^0.5，δ为较厚焊件的厚度，但对T形连接的单面角焊缝，应增加1mm。当焊件厚度不大于4mm时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。

② 角焊缝的最大焊脚尺寸h_f不得大于较薄焊件厚度的1.2倍，但焊件边缘的焊缝最大焊脚尺寸应符合下列要求：当δ≤6mm时，h_f≤6mm；当δ＞6mm时，h_f≤δ-（1～2）mm。δ为焊件边缘厚度。

③ 侧焊缝或端焊缝的最小计算长度l_w，不得小于8h_f和40mm。

④ 侧焊缝的最大计算长度l_w不宜大于60h_f。当大于60h_f时，其超出部分在计算中不予考虑；当内力沿侧焊缝全长分布时，其计算长度全部有效。

⑤ 间断焊缝的最大间距：间断焊缝长度不得小于10h_f和50mm，间断焊缝之间的净距离要求如下：在受压构件中不大于15δ，在受拉构件中不大于30δ。δ为较薄焊件的厚度。

⑥ 搭接连接中的最小搭接长度不得小于较薄焊件厚度的5倍，并不得小于25mm。

⑦ 杆件与节点板的连接角焊缝，一般为两面侧焊缝，也可用三面围焊；角钢杆件可采用L形围焊，围焊转角处必须连续施焊。

⑧角焊缝端部在构件转角处做长度为2h_f的绕角焊时，转角处必须连续施焊。

⑨当板件的端部仅有两侧角焊缝连接时，每条侧面角焊缝的长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离，同时两侧面角焊缝之间的距离不宜大于16δ（当δ＞12mm时）或190mm（当δ≤12mm时），δ为较薄焊件的厚度。

2.螺栓连接

（1）螺栓承载力设计值

1）普通螺栓受剪的连接中，每个螺栓的承载力设计值应取受剪和承压承载力设计值中的较小者。

受剪承载力设计值：

承压承载力设计值：(www.xing528.com)

式中 n_v——受剪面数目；

d——螺栓杆直径；

Σδ——在不同受力方向中一个受力方向承压构件总厚度的较小值；

f_v^b，f^b_c——螺栓的抗剪和承压强度设计值。

2）普通螺栓、锚栓杆轴方向受拉的连接中，每个普通螺栓、锚栓的承载力设计值应按下列公式计算：

普通螺栓：

锚栓：

式中 d_e——螺栓或锚栓在螺纹处的有效直径；

f_t^b，f^a_t——普通螺栓、锚栓的抗拉强度设计值。

3）同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓，应同时符合下列公式的要求：

式中 N_v，N_t——某个普通螺栓承受的剪力和拉力；

N^b_v，N_t^b，N^b_c——一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力设计值。

在构件的节点处或拼接接头的一端，当螺栓沿轴向受力方向的连接长度L₁大于15d₀时，应将螺栓的承载力设计值乘以折减系数（1.1-L₁/150d₀）。当L₁大于60d₀时，折减系数为0.7，d₀为孔径。

（2）高强度螺栓摩擦型连接计算 高强度螺栓摩擦型连接应按下列规定计算。

1）在抗剪连接中，每个高强度螺栓的承载力设计值按下式（4-41）计算：

N^b_t=0.9n_fμP （4-41）

式中 n_f——传力摩擦面数目；

μ——摩擦面的抗滑移系数，应按表4-25采用；

P——一个高强度螺栓的预拉力，应按表4-26采用。

表4-25 摩擦面的抗滑移系数μ

表4-26 一个高强度螺栓的预拉力P （单位：kN）

2）在螺栓杆轴方向受拉的连接中，每个高强度螺栓的承载力设计值取N^b_t=0.8P。

3）当高强度螺栓摩擦型连接同时承受摩擦面间的剪力和螺栓杆轴方向的外拉力时，其承载力应按下式计算：

式中 N_v，N_t——某个高强度螺栓所承受的剪力和拉力；

N_v^b，N^b_t——一个高强度螺栓的受剪、受拉承载力设计值。

（3）高强度螺栓承压型连接计算 高强度螺栓承压型连接应按下列规定计算：

1）承压型连接的高强度螺栓的预拉力P应与摩擦型连接的高强度螺栓相同。连接处构件接触面应清除油污及浮锈（承压型连接的高强度螺栓不应用于直接承受动力荷载的结构）。

2）在抗剪连接中，每个承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同，但当剪切力在螺纹处时，其受剪承载力设计值应按螺纹处的有效面积进行计算。

3）在螺杆方向受拉的连接中，每个承压型连接高强度螺栓的承载力设计值的计算方法与普通螺栓相同。

4）同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型连接的高强度螺栓，应符合下列公式的要求：

式中 N^b_c——一个高强度螺栓的承压承载力设计值。

（4）螺栓数目 在下列情况的连接中，螺栓的数目应予增加：

1）一个构件借助填板或其他中间板件与另一构件连接的螺栓（摩擦型连接的高强度螺栓除外）数目，应按计算增加10%。

2）当采用搭接或拼接板的单面连接传递轴心力，因偏心引起连接部位发生弯曲时，螺栓（摩擦型连接的高强度螺栓除外）数目应按计算增加10%。

3）在构件的端部连接中，当利用短角钢连接型钢（角钢或槽钢）的外伸肢以缩短连接长度时，在短角钢两肢中的一肢上，所用的螺栓数目应按计算增加50%。

（5）螺栓连接的构造要求

1）每一杆端在节点上以及拼接接头的一端，永久性的螺栓数不宜少于2个。对组合构件的缀条，其端部连接可采用1个螺栓。

2）高强度螺栓孔应采用钻成孔。摩擦型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径d大1.5～2.0m；承压型连接的高强度螺栓的孔径比螺栓公称直径d大1.0～1.5mm。

3）螺栓的距离应符合表4-27的要求。

表4-27 螺栓的最大、最小允许距离

注：1.d₀为螺栓的孔径，δ为外层较薄板件的厚度；

2.钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓的最大间距，可按表4-27中间排的数值采用。

4）对直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接应采用双螺帽或其他能防止螺帽松动的有效措施。

5）C级螺栓宜用于沿其打轴方向受拉的连接，在下列情况下，可用于受剪连接：

①承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要连接；

②承受静力荷载的可拆卸结构的连接；

③临时固定构件用的安装连接。

6）沿杆轴方向受拉的螺栓连接中的端板（法兰板），应适当增加其刚度（如加设加劲肋），以减小撬力对螺栓抗拉承载力的不利影响。

3.连接节点处板件的计算

（1）桁架节点板强度计算 桁架节点板（杆件为轧制T形和双板焊接T形截面者除外）的强度计算，可采用有效宽度法按式（4-43）计算：

σ=N/b_eδ≤f （4-43）

式中 b_e——板件的有效宽度（见图4-29a），当用螺栓连接时（见图4-29b），应减去孔径；

δ——钢材厚度；

f——钢材强度设计值。

图4-29 板件有效宽度（θ为应力扩散角，可取30°）

（2）桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性计算 桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性，可用下列方法进行计算：

1）对有竖腹杆相连的节点板，当c/δ≤15（235/f_y）^0.5时（c为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离），可不计算稳定。否则，应按GB50017附录F进行稳定计算。在任何情况下，c/δ不得大于22（235/f_y）^0.5。

2）对无竖腹杆相连的节点板，当c/δ≤10（235/f_y）^0.5时，节点板的稳定承载力可取为0.8b_eδf。当c/δ＞10（235/f_y）^0.5时，应按GB50017附录F进行稳定计算，但在任何情况下，c/δ不得大于17.5（235/f_y）^0.5。

（3）桁架节点板处的构造要求

1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不应小于15°；

2）斜腹杆与弦杆的夹角应在30°～60°之间；

3）节点板的自由边长度L₁与厚度δ之比不得大于60（235/f_y）^0.5，否则应沿自由边设加劲肋予以加强。