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1、本章主要内容,1.焊缝连接的构造要求，对接焊缝与角焊缝连接的计算； 2.普通螺栓连接的构造要求，普通螺栓连接的计算，高强 度螺栓连接的构造要求； 3.轴心受力构件的强度、刚度验算，实腹式轴心受压构件 的整体稳定性与局部稳定性验算；柱头与柱脚的构造要求 4.受弯构件的强度、刚度、整体稳定性验算，受弯构件局部稳定的概念、设置加劲肋的规定及构造要求；梁的拼接，次梁与主梁连接的构造要求；,第十章 钢 结 构 基 本 构 件,1.了解手工电弧焊、自动及半自动焊、气体保护焊的原 理； 2.理解焊缝连接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接的概 念、特点及应用条件； 3.熟悉焊缝的构造要求。,教学目标：,第一节 钢
2、结构的连接,钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。,一 、钢结构的连接种类,1.焊缝连接 (1) 优点 构造简单，加工方便，节约钢材，连接的刚度大，密封性能好，易于采用自动化作业。 （2）缺点 但焊缝连接会产生残余应力和残余变形，且连接的塑性和韧性较差。 2.螺栓连接 螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。,（1）普通螺栓连接 普通螺栓分为A、B、C三级。 A级和B级为精制螺栓。其抗剪性能比C级螺栓好，但成本高，安装困难，故较少采用。 C级螺栓为粗制螺栓，加工粗糙，尺寸不很准确，只要求类孔（孔径比螺栓直径大1.53mm）。,（2）高强度螺栓连接 1）传递剪力的机理 主要
3、是靠被连接板件间的强大摩擦阻力来传递剪力。 2）优点 施工简便、受力好、耐疲劳、可拆换、工作安全可 靠。 3）应用 广泛用于各种钢结构连接中，尤其适用于承受动力荷 载的结构中。,4）高强度螺栓连接受剪力时，按其传力方式又可分为摩擦型和承压型两种： 摩擦型高强螺栓仅靠被连接板件间的强大摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态。 承压型高强螺栓是靠被连接板件间的摩擦力和螺栓杆共同传递剪力，以螺栓杆被剪坏或被压（承压）坏作为承载力的极限。其承载力比摩擦型高，可节约螺栓。,二、钢结构连接构造与计算 （一）焊接连接 1. 焊接方法、原理与特点 钢结构常用的焊接方法有电弧焊，包括手工电
4、弧焊、自动或半自动埋弧焊及气体保护焊等。 （1） 手工电弧焊 1）原理,如下图所示： 其电路由焊条、焊钳、焊件、电焊机和导线等组成。,2）焊条 手工焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。 其牌号为E43、E50和E55型等，其中E表示焊条，两位数字表示焊条熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为kgf / mm2）。 手工焊采用的焊条应符合国家标准的规定，焊条的选用应与主体金属相匹配。一般情况下，对Q235钢采用E43型焊条，对Q345钢采用E50型焊条，对Q390和Q420钢采用E55型焊条。,3）特点 手工焊具有设备简单，适用性强的优点，特别是短焊缝或曲折焊缝的焊接时，或在施工现场进行高空焊接时，
5、只能采用手工焊接，所以它是钢结构中最常用的焊接方法。 但其生产效率低，劳动强度大，保证焊缝质量的关键是焊工的技术水平，焊缝质量的波动较大。,（2）自动或半自动埋弧焊 1）原理,2）特点及应用 自动埋弧焊焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷少，塑性和韧性好，因此其质量比手工电弧焊好。 半自动埋弧焊质量介于自动焊和手工焊之间。 3）应用 自动埋弧焊只适合焊接较长的直线焊缝。 半自动埋弧焊适合于焊接曲线或任意形状的焊缝。 自动焊或半自动焊应采用与焊件金属强度相匹配的焊丝和焊剂。焊丝应符合焊接用钢丝GB1300-77的规定，焊剂种类根据焊接工艺要求确定。,2.焊缝连接的主要优缺点,优点：构造简单、加工方便、节省
6、钢材；连接刚度大、密封好、易于采用自动化作业 缺点：热应力影响、残余应力、对裂纹敏感,3. 焊缝的形式与构造 焊缝连接可分为:,焊缝的形式是指焊缝本身的截面形式，主要有: 对接焊缝 角焊缝,（1）对接焊缝 1）特点及截面形式 特点 传力均匀平顺，无明显的应力集中，受力性能较好。 但对接焊缝连接要求下料和装配的尺寸准确，保证相连板件间有适当空隙，还需要将焊件边缘开坡口，制造费工。,截面形式 I型、单边V型、V型、J型、U型、K型和 X型等。,2）对接焊缝的构造 当焊件厚度很小(t 10mm)时，可采用I型坡口； 对于一般厚度（t =1020 mm）的焊件，可采用单边V型或V型坡口，以便斜坡口和间
7、隙b组成一个焊条能够运转的空间，使焊缝易于焊透； 对于厚度较厚的焊件（t 20mm），应采用U型、K型或X型坡口。,引弧板：对接焊缝施焊时的起点和终点，常因起弧和灭弧出现弧坑等缺陷，此处极易产生裂纹和应力集中，为避免焊口缺陷，可在焊缝两端设引弧板。,在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4 mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1/4（对承受动荷载的结构）或1/2.5（对承受静荷载的结构）（右图）。当厚度不同时，坡口型式应根据较薄焊件厚度来取用，焊缝的计算厚度等于较薄焊件的厚度。,（2）角焊缝 角焊缝位于板件边缘，传力不均匀，受力情况复杂，受力不均匀容易引起应
8、力集中； 但因不需开坡口，尺寸和位置要求精度稍低，使用灵活，制造方便，故得到广泛应用。 1）截面形式 角焊缝按两焊脚边的夹角可分为直角角焊缝和斜角角焊缝两种。,直角角焊缝,斜角角焊缝,在建筑钢结构中，最常用的是直角角焊缝，斜角角焊缝 主要用于钢管结构中。,角焊缝按其与外力作用方向的不同可分为平行于外力作用方向的侧面角焊缝、垂直于外力作用方向的正面角焊缝（或称端焊缝）和与外力作用方向斜交的斜向角焊缝三种。,2）角焊缝构造 最小焊脚尺寸 ，其中为较厚焊件的板厚，单位mm。 对于自动焊，最小焊脚尺寸可减小1 mm；对于T型连接的单面角焊缝则应增加1 mm。当焊件厚度等于或小于4 mm时，则 应与焊件
9、同厚。,最大焊脚尺寸 角焊缝的最大焊脚尺寸应满足：hf max1.2t1，其中t1为较薄焊件的板厚，单位mm。,当贴着板边缘施焊时，尚应满足：当焊件边缘厚度t6 mm时，取hf max = t ；当焊件边缘厚度t6 mm时， 取hf max = t -（12）mm。 最小计算长度 角焊缝的最小计算长度应大于8hf，且不小于40 mm。 侧面角焊缝的最大计算长度 侧焊缝的计算长度不宜大于60hf（静荷载）或40hf（动荷载）。但当内力沿侧焊缝全长分布时则不受此限。, 在搭接连接中，要求搭接长度l5t1，且不小于25 mm。,4.焊缝的缺陷和质量等级,（1）焊缝的缺陷 裂纹、焊瘤、烧穿、气孔、夹渣
10、、咬边、未熔合、未焊透、焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良,（2）焊缝质量等级 一级：100%探伤检测 二级：抽检比例不小于20%无损探伤 三级：例行外观检查 （3）选用：按钢结构设计规范（GB50017-2003）中的规定选用,5. 焊缝的符号及标注方法,见教材P116-117 表10-1,6. 焊缝的计算 （1）对接焊缝 1）轴心受力对接焊缝的计算,或,2)轴心受力斜对接焊缝,或,【例10.1】 试验算下图所示钢板的对接焊缝强度。图中l=550mm，t=22mm，轴心力的设计值为N=2300kN。钢材为Q235-BF，手工焊，焊条E43型，焊缝质量标准三级。,附表15,2）直角角焊缝的计算公
11、式 在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下 当力垂直于焊缝长度方向时（正面角焊缝） 当力平行于焊缝长度方向时（侧面角焊缝）, 角钢连接角焊缝的计算 采用两侧焊缝连接时： N1=k1N，N2=k2N k 1、k 2角钢肢背与肢尖焊缝的内力分配系数。,角钢肢背和肢尖焊缝所需的长度：,b.采用三面围焊连接时 N1=k1N- N3/2 N2=k2N- N3/2 c.采用L形围焊缝时,【例10.2】在下图所示角钢和节点板采用两侧面焊缝的连接中，N=660k N（静荷载设计值），角钢为211010，节点板厚度t1 =12mm，钢材为Q235-A.F，焊条E43型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺寸和焊缝长
12、度。,4. 焊接应力与焊接变形 （1）焊接应力与焊接变形的产生 焊接应力和焊接变形：在施焊过程中，焊件由于受到不均匀的电弧高温作用所产生的变形和应力，称为热变形和热应力。而冷却后，焊件中所存在的反向应力和变形，称为焊接应力和焊接变形。 （2）减少焊接应力与焊接变形的措施 1）设计方面 选用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度，最好采用细长而不用粗短焊缝。, 焊缝应尽可能布置在结构的对称位置上，以减少焊接残余变形。 对接焊缝的拼接处，应做成平缓过渡，以减少连接处的应力集中。 不宜采用带锐角的板料作为肋板。, 焊缝不宜过于集中。 当拉力垂直于受力板面时，要考虑板材有分层破坏的可能。, 尽量避免三向焊缝相交。应
13、采用使次要焊缝中断而主要焊缝连续通过的构造。对于直接承受动荷载的吊车梁受拉翼缘处，尚应将加劲肋切短50100mm，以提高抗疲劳强度。 要注意施焊方便，尽量避免采用仰焊及立焊等。,2)制造方面 焊前预热或焊后后热法。对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火加热至60左右，然后缓慢冷却，可以消除焊接应力与焊接变形。 选择合理的施焊次序。例如分层施焊，对角跳焊等等。 施焊前给构件施加一个与焊接变形方向相反的预变形，使之与焊接所引起的变形相互抵消，从而达到减小焊接变形的目的。,作业布置： 预 习：螺栓连接； 习 题：10-20,（二） 螺栓连接 1.普通螺栓连接的计算和构造 （1）普通螺栓连接的构造 1）
14、螺栓的规格 钢结构采用的普通螺栓形式为六角头型，其代号用字母M和公称直径的毫米数表示。螺栓直径d应根据整个结构及其主要连接的尺寸和受力情况选定，受力螺栓一般采用M16、M20、M24等。,2）螺栓的排列 螺栓的排列有：并列和错列。,并列,错列,螺栓在构件上的排列应同时考虑受力要求、构造要求及施工要求。 从受力角度出发，螺栓端距不能太小，否则孔前钢板有被剪坏的可能；螺栓端距也不能过大，螺栓端距过大不仅会造成材料的浪费，对受压构件而言还会发生压屈鼓肚现象。 从构造角度考虑，螺栓的栓距及线距不宜过大，否则被连接构件间的接触不紧密，潮气就会侵入板件间的缝隙内，造成钢板锈蚀。,从施工角度来说，布置螺栓还
15、应考虑拧紧螺栓时所必须的施工空隙。 3）螺栓的其他构造要求 每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性的螺栓数不宜少于两个。对组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。 C级螺栓宜用于沿其杆轴方向的受拉连接，在下列情况下可用于受剪连接： 承受静荷载或间接承受动荷载结构中的次要连接； 不承受动荷载的可拆卸结构的连接；,临时固定构件用的安装连接。 对直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其它能防止螺帽松动的有效措施。 （2）普通螺栓连接的计算 普通螺栓连接的受力形式分为三类：外力与栓杆垂直的受剪螺栓连接；外力与栓杆平行的受拉螺栓连接；同时受剪和受拉的螺栓连接。,受剪螺栓,受拉螺栓,受剪和受拉的
16、螺栓,1）受剪螺栓连接 受力特点 受剪螺栓连接达到极限承载力时的五种破坏形式：,受剪破坏,挤压破坏,拉压破坏,冲剪破坏,受弯破坏, 计算方法 a. 受剪螺栓连接受轴心力作用时 首先，计算出连接所需螺栓数目。由于轴心拉力通过螺栓群中心，可假定每个螺栓受力相等，则连接一侧所需螺栓数为：,b.螺栓群在轴心力作用下，当构件节点处或拼接缝一侧螺栓很多，且沿受力方向连接长度过大，应将螺栓承载力设计值乘以折减系数,此时,其次，对构件净截面强度进行验算。构件开孔处净截面强度应满足：,式中 连接件或构件在所验算截面处的净截面面积,净截面强度验算截面应选择最不利截面，即内力最大或净截面面积较小的截面。,N 连接件或构件验算截面处的轴心力设计值；,钢材的抗拉（或抗压）强度设计值。,若该连接采用如下图c所示的螺栓错列布置时，就有如下6种可能的破坏面：,应同时计算出各种
