钢结构原理与设计讲解

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1、钢结构基本原理及设计 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 3-2 3-2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 3-3 3-3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 3-4 3-4 焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力和焊接变形 3-5 3-5 普通螺栓的构造和计算普通螺栓的构造和计算 3-6 3-6 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算 第第3 3章章 连接连接 第第3 3章章 连接连接 钢结构基本原理及设计 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-

2、1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 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 钢结构基本原理及设计 1. 1. 连接的重要地位连接的重要地位 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）连接质量影响结构的安全和使用寿命 4）传递连接件间力和弯矩 2. 2. 基本连接形式基本连接形式 1）对接连接 2）搭接连接 3）垂直连接 4）角形连接 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 3.1.1 3.1.1 焊缝连接焊缝连接 一一. . 焊缝连接的特点焊缝连接

3、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. 低温冷脆。 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 二二. . 钢结构常用的焊接方法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

4、有气体保护焊等 1. 1. 手工电弧焊手工电弧焊 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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 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 钢结构基本原理及设计 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Q420钢采用E55型 E代表焊条 E后面的

5、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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 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. 2. 埋弧焊（自动或半自动）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

6、，焊缝塑性性能与冲 击韧性好。 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 现场用自动行走埋弧焊机焊接重型H型钢 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 3. 3. 气体保护焊气体保护焊 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 3-1 钢结构的连接钢

7、结构的连接 钢结构基本原理及设计 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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 4. 4. 电阻焊电阻焊 电阻焊利用电流通过焊件接触点表面电阻所产生的热来熔 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。 钢结构基本原理及设计 三三. . 焊接连接形式及焊缝形式焊接连接形式及焊缝形式 1. 1. 焊缝连接形式焊缝连接形式 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

8、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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 a)对接接头；(b)搭接接头；（c）T形接头；(d)角接接头。 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 双层盖板和角焊缝对接连接，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

9、，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. 2. 焊缝形式焊缝形式 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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 施焊时焊缝在焊件 之

10、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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 四四. . 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验 1. 1. 焊缝缺陷焊缝缺陷 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。 裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔 夹渣 咬边未熔合未焊透 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 2. 2. 焊缝质量检验焊缝质量检验 缺陷处引起应力集中，故对连接

11、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，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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 超声波探伤 一级焊缝标准检测 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 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

12、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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 3. 3. 焊缝质量等级的规定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、应力状态等情况。 3-1 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 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

13、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 钢结构基本原理及设计 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 3-1 钢结构的连接钢结构的连

14、接 钢结构基本原理及设计 3.1.2 3.1.2 铆钉和螺栓连接铆钉和螺栓连接 一一. . 铆钉连接铆钉连接 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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 优点 塑性、韧性比焊接连接好 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 3-1 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构基本原理及设计 二二. . 螺栓连接螺栓连接 螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接 1. 1. 普通螺栓连接普通螺栓连接 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