钢结构原理与设计

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1、3-1 钢结构的连接,3-2 对接焊缝的构造和计算,3-3 角焊缝的构造和计算,3-4 焊接残余应力和焊接变形,3-5 普通螺栓的构造和计算,3-6 高强度螺栓连接的构造和计算,第3章 连接,第3章 连接,构件由型钢、钢板等通过连接构成 构件通过安装连接构成整个结构 安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便 节约钢材,连接方法分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接等,3-1 钢结构的连接,3-1 钢结构的连接,钢结构的连接方法（a）焊缝连接（b）铆钉连接；（c）螺栓连接（d）紧固件连接,1. 连接的重要地位 1）型钢组成构件，构件组成结构 2）连接方式直接影响结构构造、制造工艺、造价 3）连接质量影响

2、结构的安全和使用寿命 4）传递连接件间力和弯矩,2. 基本连接形式 1）对接连接 2）搭接连接 3）垂直连接 4）角形连接,3-1 钢结构的连接,3.1.1 焊缝连接,一. 焊缝连接的特点,焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。 优点：1. 构造简单，任何形式的构件都可直接相连； 2. 用料经济，不削弱截面； 3. 制作加工方便，可自动化操作，质量好； 4. 连接的密闭性好，结构刚度大。,缺点：1. 在焊缝附近的热影响区内，钢材组织发生改 变，导致局部材质变脆； 2. 焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力 降低； 3. 焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生， 就容易扩展到整体； 4. 低温

3、冷脆。,3-1 钢结构的连接,二. 钢结构常用的焊接方法,目前应用最多的是手工电弧焊和自动(或半自动)埋弧焊，还有气体保护焊等,1. 手工电弧焊,最常用的一种焊接方法。通电后，在涂有药皮的焊条和焊件间产生电弧。,3-1 钢结构的连接,a）电路；b）施焊过程；1电焊机；2导线；3焊件；4电弧；5药皮；6起保护作用的气体；7熔渣；8焊缝金属；9主体金属；10焊丝；11熔池,优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。 缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技术水平和精神状态有很大的关系。,对Q235钢采用E43型焊条对Q345钢采用E50型对Q390钢和Q42

4、0钢采用E55型,E代表焊条 E后面的两个数字如43表示焊条钢丝抗拉强度为： 43kgfmm2(420Nmm2)。 数字后的两个，表示焊条药皮类型、适用的施焊位置 以及适用的焊接电源,3-1 钢结构的连接,埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊方法 焊丝送进和焊接方向的移动有专门机构控制的 称埋弧自动电弧焊 焊丝送进有专门机构控制，焊接方向移动靠工人操作的 称为埋弧半自动电弧焊 自动或半自动化操作，焊接工艺稳定，焊缝化学成分均 匀，焊缝质量好，焊件变形小。,2. 埋弧焊（自动或半自动）,不同强度钢材焊接，采用与较低强度钢材适应焊接材料 用与较低强度钢材相适应焊条施焊，焊缝塑性性能与冲 击韧性好。,

5、3-1 钢结构的连接,埋弧自动电弧焊1焊丝转盘；2转动焊丝的电动机；3焊剂漏斗；4电源；5熔化的焊剂；6焊缝金属；7焊件；8焊剂；9移动方向,3-1 钢结构的连接,现场用自动行走埋弧焊机焊接重型H型钢,3-1 钢结构的连接,3. 气体保护焊,气体保护焊采用裸焊丝用从焊枪中喷出的气体保护施焊过程中的电弧、熔池和高温焊缝金属，用保护气体代替了焊剂二氧化碳作为保护气体，称为二氧化碳保护焊,3-1 钢结构的连接,二氧化碳保护焊的焊接效率高，金属熔化深度大，焊缝质量好，是一种良好的焊接方法，施焊时周围的风速要小，以免气体被吹散。,3-1 钢结构的连接,4. 电阻焊 电阻焊利用电流通过焊件接触点表面电阻所

6、产生的热来熔化金属，再通过加压使其焊合。 适用于板叠厚度不大于12mm的焊接。对冷弯薄壁型钢构件，电阻焊可用来缀合壁厚不超过3.5mm的构件。,三. 焊接连接形式及焊缝形式1. 焊缝连接形式 分为对接、搭接、T型连接和角部连接 对接连接主要用于厚度相同或接近相同的两构件相互连接。采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。,3-1 钢结构的连接,a)对接接头；(b)搭接接头；（c）T形接头；(d)角接接头。,3-1 钢结构的连接,3-1 钢结构的连接,双层盖板和角焊缝对

7、接连接，传力不均匀、费料，但施工简便，连接两板间隙无需严格控制。角焊缝的搭接连接，适用不同厚度构件连接。传力不均匀，材料较费，但构造简单，施工方便。T型连接省工省料，用于制作组合截面。当采用角焊缝连接时，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构连接。对于直接承受动荷载的结构？,2. 焊缝形式 a) 对接焊缝：正对接焊缝、斜对接焊缝。 b) 角焊缝： 正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝。,3-1 钢结构的连接,c)焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝,连续角焊缝和间断角焊缝,d)焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊,3-1 钢结构的连接,施

8、焊时焊缝在焊件之间的相对空间位置、焊缝连接可分为平焊、横焊、立焊和仰焊等。 平焊有时称作俯焊，施焊方便，质量易保证；仰焊困难。设计和制造时应尽量考虑使多数焊缝能在平焊或较方便的位置焊接避免仰焊。,3-1 钢结构的连接,四. 焊缝缺陷及焊缝质量检验 1. 焊缝缺陷 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透。,3-1 钢结构的连接,2. 焊缝质量检验 缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。,焊缝质量检验一般可用外观检查及无损检验，前者检查外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。无损检验目前广泛采用超声波检验，使用灵活经济，对内部缺陷反应灵敏

9、，但不易识别缺陷性质；最明确可靠的检验方法是x射线或y射线透照或拍片，x 射线应用较广。,3-1 钢结构的连接,超声波探伤一级焊缝标准检测,3-1 钢结构的连接,钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准； 要求全焊透的一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求用超声波探伤进行内部缺陷的检验， 超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验。,3-1 钢结构的连接,3. 焊缝质量等级的规定 GB50017规范规定，焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境、应力状态等情

10、况。,3-1 钢结构的连接,1. 需进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T型对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级 2. 不计算疲劳的构件，要求与母材等强的对接焊缝应予焊透，其质量等级当受拉时应不低于二级，受压时宜为二级,3. 重级工作制和起重量Q50t的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间的T形接头焊缝焊透。焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级4. 不焊透的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，其质量等级为：直接承受动力荷载且需要验算疲劳的

11、结构和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级；对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。,3-1 钢结构的连接,3.1.2 铆钉和螺栓连接,一. 铆钉连接 铆钉连接有热铆和冷铆二种方法。 热铆是由烧红的钉坯插入构件的钉孔中，压铆机铆合而成 冷铆是在常温下铆合而成 在建筑结构中一般采用热铆 专用钢材BL2和BL3号钢制成,铆钉连接的质量和受力性能与钉孔的制法有很大关系。钉孔的制法分为、两类。类孔是用钻模钻成，或先冲成较小的孔，装配时再扩钻而成，质量较好。类孔是冲成或不用钻模钻成，简单，但构件拼装时钉孔不易对齐，故质量较差。,3-1 钢结构的连接,优点 塑性、韧性

12、比焊接连接好 传力可靠，连接质量容易检查 对主体金属材质质量要求比焊接低缺点 钉孔削弱 制孔和打铆 要求技术水平 劳动条件差,铆钉连接由于构造复杂，费钢费工，现已很少采用。,3-1 钢结构的连接,二. 螺栓连接 螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接1. 普通螺栓连接 分为A、B、C三级。 A级与B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓 C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级 A级和B级螺栓材料性能等级则为5.6级或8.8级 8.8级其抗拉强度不小于800N/mm2，屈强比为0.8 C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成 螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.53mm A、B级螺栓由毛坯在车床上经过切削加工精制而

13、成,3-1 钢结构的连接,2. 高强度螺栓连接 45号钢，40B钢和20MnTiB钢加工制作 经热处理后，螺栓抗拉强度应分别不低于 800N/mm2和1000N/mm2 屈强比分别为0.8和0.9 等级分别称为8.8级和10.9级,3-1 钢结构的连接,大六角头型和扭剪型 安装时通过特别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺杆产生很大的预拉力 使接触面间产生摩擦力，传递外力 这种连接称为高强度螺栓摩擦型连接 优点：施工方便，对构件削弱小，可拆换，承受动力荷载，耐疲劳，韧性和塑性好,3-1 钢结构的连接,高强度螺栓也可同普通螺栓一样，允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺栓孔之间的承压来传力。这种连接称为高强度螺栓承压型连接。 摩擦型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径d大1.52.0mm；承压型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径d大1.01.5mm。,3.1.4 焊缝代号、螺栓图例,焊缝符号表示法规定：焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。,3-1 钢结构的连接,焊缝代号,当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示。,3-1 钢结构的连接,螺栓图例,3-1 钢结构的连接,