钢结构 第3章 钢结构的连接

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1、设计原理钢结构第三章 钢结构的连接设计原理钢结构第三章 钢结构的连接1.了解钢结构连接的种类 及特点。 2.了解焊接的工作性能， 掌握焊接连接的构造要求 和计算方法。 3.掌握螺栓连接的构造要 求和计算方法。 4.掌握焊接残余应力和残 余变形产生的原因及对结 构工作性能的影响。3.1 钢结构的连接方法 3.2 焊接方法和焊缝连接形式 3.3 角焊缝的构造与计算 3.4 对接焊缝的构造与计算 3.5 焊接应力和焊接变形 3.6 螺栓连接的构造 3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算 3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算本章目录基本要求设计原理钢结构第三章 钢结构的连接第3.1节 钢结构的连接方法

2、1. 概述 2. 焊缝连接 3. 螺栓连接 4. 铆钉连接了解钢结构的连接方法及特点 本节目录基本要求设计原理钢结构第三章 钢结构的连接3.1.1 概述连接的作用是通过一定方式将板材或型钢组合成构件,或将若干构件组合成整体结构,以保证其共同工作。钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。 焊接连接 螺栓连接 铆钉连接 图3.1.1设计原理钢结构第三章 钢结构的连接3.1.2 焊缝连接对接焊缝连接角焊缝连接焊缝连接优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。设计原理钢结构第三章 钢结构的连接缺点：在焊

3、缝附近的热影响区内，钢材局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形降低受压构件承载力；对裂纹敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到 整体，低温冷脆问题较为突出。3.1.3 螺栓连接普通螺栓连接高强度螺栓连接螺栓连接粗制螺栓 C级精制螺栓 A、B级摩擦型高强度螺栓承压型高强度螺栓设计原理钢结构第三章 钢结构的连接铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合,常用加热铆合，也可在常温下铆合。铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受动力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷载的结构。但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很少采用。3.1.4 铆钉连接图3.1.2设计原理钢结构第三章 钢结构的连

4、接图3.1.3 铆钉连接设计原理钢结构第三章 钢结构的连接第3.2节 焊接方法和焊缝连接形式1. 钢结构常用焊接方法 2. 焊缝连接形式及焊缝形式 3. 焊缝缺陷及焊缝质量检验了解焊缝连接类型、焊接方法及质量要求等 本节目录基本要求设计原理钢结构第三章 钢结构的连接1、手工电弧焊3.2.1 钢结构常用焊接方法（1）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。 焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件 电弧图3.2.1 手工电弧焊设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（4）焊条的表示方法：E后面加4个数字E表示焊条(Electrode)前两位数字为熔融金属的最小抗拉强度（N/mm2)后两位数字表示适用焊接

5、位置、电流种类及药皮类型等。（2）优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，持别适于焊接短焊缝。（3）缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。 设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（5）焊条的选择焊条应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如：Q390、Q420钢E55型焊条(E5500-5518)Q345钢E50型焊条(E5000-5048)Q235钢E43型焊条（E4300-E4328)2、埋弧焊（自动或半自动）（1）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。设计原理钢结构第三章 钢结构的连接图3.

6、2.2 埋弧自动电弧焊焊丝 转盘送丝器悍剂漏斗悍剂悍件熔渣悍缝金属（2）优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低；电弧热量集中，熔深大，热影响区小；工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（3）缺点：装配精度要求高，设备投资大，施工位置受限等。（4）焊丝的选择：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配，如：Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn等。3、气体保护焊气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护介质，在电弧周围造成局部的保护层，使被熔化的钢材不与空气接触。其优点：电弧加热集中，焊接速

7、度快，熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。 设计原理钢结构第三章 钢结构的连接1、焊缝连接形式3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式按被连接钢材的相互位置，可分为：（1）对接连接有拼接盖板的对接连接设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（2）搭接连接（3）T形连接（4）角部连接设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（5）焊钉连接N（6）槽焊连接N设计原理钢结构第三章 钢结构的连接2、焊缝形式（1）正交平行斜交对接焊缝角焊缝正对接焊缝斜对接焊缝按 受 力 方 向正面角焊缝侧面角焊缝斜焊缝正交斜交设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（2）角焊缝沿长度方向的布置分为：连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形 式。

8、断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中 ，用于次要构件或受力小的连接。 长度b10hf或50mm 受压时间断距离l15t; 受拉时l30t， 其中t为较薄焊件的厚度。bl间隔角焊缝连续角焊缝设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（3）角焊缝按施焊位置分为：船形位置焊（平焊）立 焊立 焊仰焊仰焊仰焊横焊横焊横焊平焊图3.2.3设计原理钢结构第三章 钢结构的连接1、焊缝缺陷3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。 设计原理钢

9、结构第三章 钢结构的连接图3.2.4 焊缝缺陷裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔夹渣咬边未熔合未焊透设计原理钢结构第三章 钢结构的连接2、焊缝质量检验外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、X射线或射线透照或拍片）3、焊缝质量等级及选用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； （1）焊缝质量等级设计原理钢结构第三章 钢结构的连接一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质

10、量标准的要求。钢结构设计规范(GB500172003)中，对焊缝质量等级的选用有如下规定： 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。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。 （2）焊缝等级选用设计原理钢结构第三章 钢结构的连接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。重级工作制和起重量500kN的中级工作制吊车梁的腹板与上翼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，质量不应低于二级。 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500kN的中级工作制

11、吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（3）焊缝符号标 注 方 法相同焊缝安装焊缝双面焊缝单面焊缝三角围焊塞焊缝对接焊缝角焊缝形 式hfOhfhfacv90或135或6mm时，hf,maxt-(12)mm当 t6mm时，hf,maxt hftt1t1ttt1hf贴边焊缝设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（2）最小焊脚尺寸为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂， hf,min 还应满足以下要求: 式中: t较厚焊件厚度另外：对埋弧自动焊hf,min可减小1mm;对T形连接单面角焊缝hf,min应增加1mm;当t4mm时, hf,min=t取

12、整mm数，小数点以后只进不舍。hftt1t1t设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（3）设计焊角尺寸hf 应满足（1）侧面角焊缝的最大计算长度2、焊缝计算长度的构造要求侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果 焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续 加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限 值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发 展，最终导致焊缝破坏。设计原理钢结构第三章 钢结构的连接当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予 考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，lw不受此限制.故侧面焊缝计算长度：（2）侧面角焊缝的最小计算长

13、度对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起灭弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力 集中也越严重，故根据经验，规定：此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。 设计原理钢结构第三章 钢结构的连接（3）侧面角焊缝的计算长度当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：3、搭接连接的构造要求NNlw2hf2hfNNl2l1b钢板拱曲图3.3.6 设计原理钢结构第三章 钢结构的连接试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关。当b / lw1时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应力传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强度过分降低，规范规定：b / lw 1为避免因焊缝横向收缩引起板件的

14、拱曲太大，要求：b16t（t 12mm）或190mm（t12mm）式中：b为两侧焊缝的距离；lw为侧焊缝计算长度；t为较薄焊件的厚度。设计原理钢结构第三章 钢结构的连接在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避开起落弧发生在转角处的应力集中。t1t2（t1t2）图3.3.7 2hf2hf2hf焊缝绕角2hf图3.3.8设计原理钢结构第三章 钢结构的连接3.3.3 直角角焊缝强度计算的基本公式分析计算直角角焊缝时，作如下假定和简化处理: 假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为45； 不计焊缝熔入焊件的深度和焊缝表面

15、的 弧线高度，偏安全地取 破坏面上等腰三角形的 高为直角角焊缝的有效 厚度he，he0.7hf。1、基本假定hc焊脚尺寸焊根熔深焊缝厚度有效厚度凸度焊趾图3.3.9 设计原理钢结构第三章 钢结构的连接有效厚度he与焊缝计算长度lw的乘积称为破坏面的有效截面面积。计算时假定有效截面上应力均匀分布。2、有效截面上的应力状态在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力： 正应力垂直于焊缝有效截面（面外垂直） 剪应力 平行于焊缝长度方向（面内平行） 剪应力 垂直于焊缝长度方向（面内垂直） 图3.3.10 设计原理钢结构第三章 钢结构的连接3、破坏时的极限条件国际标准化组织(ISO)推荐用式(3-1)确

16、定角焊缝的极限强度:式中： fuw -焊缝金属的抗拉强度出于偏于安全考虑,且与母材的能量强度理论的折算 应力公式一致，欧洲钢结构协会(ECCS)，将(3-1)的1.8改 为3即：设计原理钢结构第三章 钢结构的连接我国规范采用了以上折算应力公式，但由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的， 故引入抗力分项系数后上式又可表达为以下图为例，推导直角角焊缝强度计算的实用公式。4、直角角焊缝的强度计算公式ffw角焊缝强度设计值设计原理钢结构第三章 钢结构的连接f 对于有效截面既不是正应力也 不是剪应力，但可 分解为 和 。N f +VVN破坏截面图3.3.11 设计原理钢结构第三章 钢结构的连接在V作用下，在有效截面内产生与焊缝长度方向平行的剪应力为： （3-4）在N作用下