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1、1 一 焊缝连接 1 钢结构的连接方法 对接焊缝连接 优点 不削弱截面 方便施工 连接刚度大 缺点 材质易脆 存在残余应力 对裂纹敏感 角焊缝连接 2 三 螺栓连接 优点 连接刚度大 传力可靠 分为 普通螺栓连接 高强度螺栓连接 二 铆钉连接 N 缺点 对施工技术要求很高 劳动强度大 施工条件差 施 工速度慢 优点 拆装方便 缺点 板件有削弱 3 一 钢结构常用焊接方法 1 手工电弧焊 A 焊条的选择 焊条应与焊件 钢材相适应 原理 利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形 成焊缝 2 焊接连接的特性 焊机 导线 熔池 焊条 焊钳 保护气体 焊件 电弧 4 单击图片3 1播放 5 Q390 Q420
2、钢选择E55型焊条 E5500 5518 Q345钢选择E50型焊条 E5000 5048 B 焊条的表示方法 E 焊条 Electrode 第1 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度 kgf mm2 第3 4适用焊接位置 电流及药皮的类型 不同钢种的钢材焊接 宜采用与低强度钢材相适应的焊条 缺点 质量波动大 要求焊工等级高 劳动强度大 效率低 优点 方便 特别在高空和野外作业 小型焊接 Q235钢选择E43型焊条 E4300 E4328 C 优 缺点 6 2 埋弧焊 自动或半自动 焊丝转盘 送丝器焊剂漏斗 焊剂 熔渣 焊件 埋弧自动焊7 A 焊丝的选择应与焊件等强度 B 优 缺点 优点 自动化程
3、度高 焊接速度快 劳动强度低 焊接质量好 缺点 设备投资大 施工位置受限等 送 丝 器 机 器 8 气体保护焊 优 缺点 优点 焊接速度快 焊接质 量好 缺点 施工条件受限制等 9 二 焊接连接形式和焊缝形式 1 焊接连接形式 单击图片3 2播放对接 10 搭接 单击图片3 3播放 11 2 焊缝形式 1 对接焊缝 正对接焊缝 2 角焊缝 T型对接焊缝斜对接焊缝 12 焊缝位置 13 三 焊缝缺陷及焊缝质量检查 1 焊缝缺陷 14 2 焊缝质量检查 外观检查 检查外观缺陷和几何尺寸 内部无损检验 检验内部缺陷 内部检验主要采用超声 波 有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方 法 还可以采用X射
4、线或 射线透照或拍片 15 钢结构工程施工及验收规范 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 一 二级焊缝除外观检查外 尚要求一定数 量的超声波检验并符合相应级别的质量标准 16 钢结构设计规范 GB50017 2003 中 对焊缝 质量等级的选用有如下规定 1 需要进行疲劳计算的构件中 垂直于作用力方向 的横向对接焊缝受拉时应为一级 受压时应为二级 焊缝质量等级及选用 2 在不需要进行疲劳计算的构件中 凡要求与母材 等强的受拉对接焊缝应不低于二级 受压时宜为二级 17 重级工作制和起重量 的中级工作 制吊车梁的腹板与上翼
5、缘板之间以及吊车桁架上弦杆 与节点板之间的 形接头焊透的对接与角接组合焊缝 不应低于二级 角焊缝质量等级一般为三级 直接承受动力荷 载且需要验算疲劳和起重量 的中级工作制 吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级 18 19 4 焊缝代号 详细参见表3 1 图3 13 20 1 对接焊缝的坡口形式 一 对接焊缝的构造 3 对接焊缝的构造与计算 对接焊缝的焊件常做坡口 坡口形式与板厚和 施工条件有关 t 焊件厚度 1 当 t 6mm 手工焊 t20mm时 宜采用U形 K形 X形坡口 21 C 0 5 2mm a C 2 3mm b C 2 3mm C p d C 3 4mmp C 3 4mm p e
6、C 3 4mm p f 22 2 V形 U形坡口焊缝单面施焊 但背面需进行补焊 3 对接焊缝的起 灭弧点易出现缺陷 故一般用引弧 板引出 焊完后将其切去 不能做引弧板时 每条 焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1 t1 较薄焊 件厚度 4 当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时 应做坡 度不大于1 2 5 静载 或1 4 动载 的斜角 以平缓 过度 减小应力集中 1 2 5 1 2 5 23 单击图片3 6播放 24 对接焊缝分为 焊透和部分焊透 自学 两种 动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受 力方向的连接焊缝 对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视 为与母材相同 不与计算 三
7、级焊缝需进行计算 对接焊缝可视作焊件的一部分 故其计算方法与构 件强度计算相同 二 对接焊缝的计算 NN t 25 1 轴心力作用下的对接焊缝计算 式中 N 轴心拉力或压力 t 板件较小厚度 T形连接中为腹板厚度 ftw fcw 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值 NN lw t A 当不满足上式时 可采用斜对 接焊缝连接如图B 另 当tan 1 5时 不用验算 NN t B Nsin Ncos lw 26 2 M V共同作用下的对接焊缝计算 lw t A M V 因焊缝截面为矩形 M V共同作用下应力图为 故其强度计算公式为 式中 Ww 焊缝截面模量 Sw 焊缝截面面积矩 Iw 焊缝截面惯性矩
8、1 板件间对接连接 27 2 工字形截面梁对接连接计算 M V1 焊缝截面 A 对于焊缝的 max和 max应满足式3 2和3 3要求 max 1 1 max B 对于翼缘与腹板交接点焊缝 1点 其折算应 力尚应满足下式要求 1 1 考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数 28 he hf hf 普通式 he hf 1 5hf 平坡式 1 角焊缝的形式 一 角焊缝的形式和受力分析 4 角焊缝的构造与计算 直角角焊缝 斜角角焊缝 1 直角角焊缝 he hf hf 凹面式 29 2 斜角角焊缝 对于 135o 或 15d0 d0为孔径 时 连接进入弹塑性工作状 态后 即使内力重新分布 各个螺栓
9、内力也难以均匀 端部螺栓首先破坏 然后依次破坏 由试验可得连接的 抗剪强度折减系数 与l1 d0的关系曲线 ECCS 试验曲线 8 8级 M22 我国规范 1 0 0 75 0 5 0 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 l1 d0 平均值 长连接螺栓的内力分布 故 连接所需栓数 150 1 1 6015 0 1 010 d l dld h 时 当 59 NN b t t1 b1 普通螺栓群轴心力作用下 为了防止板件被拉断 尚应进行板件的净截面验算 拼接板的危险截面为2 2截面 A 螺栓采用并列排列时 主板的危险截面为1 1截面 1 1 2 2 60 N N t t1 b
10、 c2c3 c4 c1 B 螺栓采用错列排列时 主板的危险截面为1 1和 1 1 截面 1 1 1 1 61 N N b t t1 b1 c2c3 c4 c1 拼接板的危险截面为2 2和2 2 截面 2 2 2 2 62 2 普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算 F作用下每个螺栓受力 F e F T T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 F 1N1F T作用下连接按弹性设计 其假定为 1 连接板件绝对刚性 螺栓为弹性 2 T作用下连接板件绕栓群形心转动 各螺栓剪 力与其至形心距离呈线形关系 方向与ri垂直 63 T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 显然 T作用下 1 号螺栓
11、 所受剪力最大 r1最大 由假定 2 得 由上式可得 由力的平衡条件得 64 T x y N1T N1Tx N1Ty r1 1 从而可得 将N1T沿坐标轴分解得 65 由此可得螺栓1的强度验算公式为 另外 当螺栓布置比较狭长 如y1 3x1 时 可进行 如下简化计算 令 xi 0 则N1Ty 0 66 一 普通螺栓抗拉连接的工作性能 四 普通螺栓的抗拉连接 抗拉螺栓连接在外力作用下 连接板件接触面有 脱开趋势 螺栓杆受杆轴方向拉力作用 以栓杆被拉 断为其破坏形式 二 单个普通螺栓的抗拉承载力设计值 式中 Ae 螺栓的有效截面面积 de 螺栓的有效直径 ftb 螺栓的抗拉强度设计值 67 ded
12、n dm d 公式的两点说明 1 螺栓的有效截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的 所以公式取的是 有效直径de而不是净直径dn 现行国家标准取 68 2 螺栓垂直连接件的刚度对螺栓抗拉承载力的影响 A 螺栓受拉时 一般是通过 与螺杆垂直的板件传递 即螺 杆并非轴心受拉 当连接板件 发生变形时 螺栓有被撬开的 趋势 杠杆作用 使螺杆中 的拉力增加 撬力Q 并产生 弯曲现象 连接件刚度越小撬 力越大 试验证明影响撬力的 因素较多 其大小难以确定 规范采取简化计算的方法 取 ftb 0 8f f 螺栓钢材的抗拉 强度设计值 来考虑其影响 69 B 在构造上可以通过加强连接件的刚度的方法 来减小杠杆作用
13、引起的撬力 如设加劲肋 可以减小 甚至消除撬力的影响 70 三 普通螺栓群的轴拉设计 一般假定每个螺栓均匀受力 因此 连接所需 的螺栓数为 N 71 四 普通螺栓群在弯炬作用下 M 刨平顶紧 承托 板 M 1 2 3 4 受压区 y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和轴 M作用下螺栓连接按弹性设计 其假定为 1 连接板件绝对刚性 螺栓为弹性 2 螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处 各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比 72 显然 1 号螺栓在M作用下所受拉力最大 由力学及假定可得 M 刨平顶紧 承托 板 M 1 2 3 4 受压区 y1 y2 y3 N1 N2 N3 N4 中和轴
14、 73 同前可得 强度要求为 74 五 普通螺栓群在偏心拉力作用下 偏心力作用下普通螺栓连接 可采用偏于安全的 设计方法 即叠加法 刨平顶紧 承托 板 F e N1F 1 2 3 4 F M y1 y2 y3 N1M N2M N3M M F e 中和轴 N4M 75 五 普通螺栓拉 剪联合作用 0 1 1 V e M Ve V 因此 2 由试验可知 兼受剪力和拉力 的螺杆 其承载力无量纲关系 曲线近似为一 四分之一圆 1 普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下 可能出现两种破坏形 式 螺杆受剪兼受拉破坏 孔 壁的承压破坏 3 计算时 假定剪力由螺栓群均 匀承担 拉力由受力情况确定 76 规范规定
15、普通螺栓拉 剪联合作用为了防止螺 杆受剪兼受拉破坏 应满足 为了防止孔壁的承压破坏 应满足 0 1 1 a b 77 另外 拉力和剪力共同作用下的普通螺栓连接 当 有承托承担全部剪力时 螺栓群按受拉连接计算 承托与柱翼缘的连接角焊缝按 下式计算 式中 考虑剪力对角焊缝偏心影响的增大系数 一般取 1 25 1 35 其余符号同前 M 刨平顶紧 承托 板 V 连接角焊缝 78 例8 拉剪扭作用计算 例7 角钢拼接 净截面强度 例9 拉剪弯作用计算 79 高强螺栓由45号 40B和20MnTiB钢加工而成 并经 过热处理 45号 8 8级 40B和20MnTiB 10 9级 a 大六角头螺栓 b 扭
16、剪型螺栓 7 高强度螺栓连接计算 80 一 高强度螺栓的工作性能及单栓承载力 按受力特征的不同高强度螺栓分为两类 摩擦型高强度螺栓 通过板件间摩擦力传递内力 破坏准则为克服摩擦力 承压型高强度螺栓 受力特征与普通螺栓类似 1 高强度螺栓预拉力的建立方法 通过拧紧螺帽的方法 螺帽的紧固方法 A 转角法 施工方法 初拧 用普通扳手拧至不动 使板件贴紧密 81 终拧 初拧基础上用长扳手或电动扳手再拧过一定的 角度 一般为120o 180o完成终拧 特点 预拉力的建立简单 有效 但要防止欠拧 漏拧 和超拧 B 扭矩法 施工方法 初拧 用力矩扳手拧至终拧力矩的30 50 使 板件贴紧密 终拧 初拧基础上 按100 设计终拧力矩拧紧 特点 简单 易实施 但得到的预拉力误差较大 82 C 扭断螺栓杆尾部法 扭剪型高强度螺栓 施工方法 初拧 拧至终拧力矩的60 80 终拧 初拧基础上 以扭断螺栓杆尾部为准 特点 施工简单 技术要求低易实施 质量易保证等 高强度螺栓的施工要求 由于高强度螺栓的承载力很大程度上取决于螺 栓杆的预拉力 因此施工要求较严格 1 终拧力矩偏差不应大于 10 2 如发现欠 漏和超
