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1、第三章 钢结构的连接,第一节 钢结构的连接方法 第二节 焊接方法和焊缝连接形式 第三节 角焊缝的构造与计算 第四节 对接焊缝的构造与计算 第五节 焊接应力和焊接变形 第六节 螺栓连接的构造 第七节 普通螺栓连接的工作性能和计算 第八节 高强度螺栓连接的工作性能和计算 第九节 混合连接,第一节 钢结构的连接方法,在传力过程中，连接部位应有足够的强度,被连接件间 应保持正确的位置，以满足传力和使用要求。 钢结构的连接方法： 通常有焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种方式。,1、焊缝连接的特点 优点： 对几何形体适应性强，构造简单，连接方便，省工省时； 不需打孔，用料经济，不削弱截面，省材省工； 加工方
2、便，可实现自动化操作，工效高 ； 密闭性好，结构刚度大，整体性较好。 缺点： 焊接附近有热影响区，材质变脆； 焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，对裂纹比较敏感；残余变形使结构形状、尺寸发生变化； 焊接裂缝一经发生，便容易扩展，低温冷脆问题突出；对动力荷载比较敏感。 对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大。,返回,第一节 钢结构的连接方法,2、铆钉连接的特点 塑性和韧性较好； 连接紧密，传力可靠，质量易于检查； 用于直接承受动力荷载和跨度较大的结构中（如桥梁） 缺点：构造复杂，费工费料。很少使用。 3、螺栓连接的特点 分普通螺栓连接和高强螺栓连接 （1）普通螺栓连接 A、B、C三级：A和
3、B为精制螺栓，C级为粗制螺栓； 材料等级： A和B为8.8级，C级为4.6级或4.8； 等级表示：如4.6级指螺栓成品的最低抗拉强度为400 N/mm2,屈强比为0.6的螺栓。 加工：A、B级由毛坯在车床上精确加工而成精制； C级为由未经加工的圆钢压制而成粗制；,第一节 钢结构的连接方法,螺孔：A、B级需要钻模钻成（类孔），孔径比螺杆大0.3mm左右；C级为一次冲成或不用钻模钻成（类孔）孔径比螺杆大1.53.0mm。 受力：A、B级受力性能好，连接变形小，可以既受拉又受剪，用于重要的连接；C级螺栓连接性能不如A、B级好，主要受拉，用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的次要连接。 费用： A、B级
4、成本昂贵，C级螺栓价格便宜，能用C级螺栓的地方不用A、B级螺栓。 （2）高强螺栓连接 高强螺栓用高强度钢材制成，对结构削弱少，可拆换，摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高 。分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。 摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。,第一节 钢结构的连接方法,承压型高强螺栓：允许接触面滑移（剪力超过摩擦力），以螺杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为承载力极限状态。 受力：摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，塑性韧性好，特别适用动力荷载，目前可以代替铆接；承压型高强螺栓的承载力高于摩擦型，剪切变形大，不得用于
5、承受动力荷载的结构。 材料等级：采用45号钢、40B和20MnTiB钢（热处理），材料等级为 8.8级或10.9级。 孔径：摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大1.52.0mm；承压型高强螺栓孔径比螺栓大1.01.5mm。 4、射钉、自攻螺栓、焊钉连接 灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结 构，不能受较大集中力 。焊钉用于混凝土和钢板的连接。,第一节 钢结构的连接方法,返回,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,一、钢结构常用的焊接方法： 1、 手工电弧焊 最常用，设备简单，操作灵活。但生产效率低，劳动强度大，焊接质量受焊工的影响大。 焊条选择：焊条应与焊件钢材相适应，Q235选择E43型（E
6、43004328)，Q345采用E50型焊条，Q390和Q420采用E55型焊条；不同钢种之间（例Q235与Q345)宜选用低组配方案（E43型），即采用低强度钢材相适应的焊条。 E表示焊条（Electrode），前 两位数字为熔敷金属的最小抗 拉强度（kgf/mm2),后两位为 焊接位置、电流及药皮类型等。,2、自动或半自动埋弧焊 大电流、细焊丝，熔深大，适用于厚板焊接。生产效率高，质量高。焊件变形小。 自动焊的引弧、焊丝送下、焊剂堆落和焊丝沿焊缝方向的移动都是自动的，而半自动焊的焊接前进方式仍是依靠手持焊枪移动。,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,4、电阻焊等 利用电流通过焊件接触点表面的电
7、阻所产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。 适用于薄壁型钢的焊接，板叠厚度不超过12mm。焊点主要承受剪力，抗拉能力较差。,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,3、气体保护焊 二氧化碳气体保护焊是近年来发展起来的先进焊接方法。它是利用气体作为保护气体，使被熔化的金属不与空气接触，电弧加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊丝强度高，塑性好。采用高锰高硅型焊丝，具有较强的抗锈能力，焊缝不易产生气孔，适用于低碳钢、低合金高强度钢以及其他合金钢的焊接。 不适于风大的地方施焊。,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,二、焊缝连接形式 按照被连接构件的相对位置来分为： 平接（直接对接和盖板对接）：厚度相同或相近的
8、两构件 搭接：不同厚度的两构件，传力不均匀，费材料 T形连接（顶接）：组合截面 角部连接：箱形截面,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,盖板对接,三、焊缝形式 按焊缝和两个被连接件间的相对位置分类。 对接焊缝：焊缝和两个被连接件的平行面相连。 角焊缝：焊缝和两个被连接件的相交面相连。,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,对接焊缝按受力与焊缝方向分： a）对接正焊缝：作用力方向与焊缝方向正交 b）对接斜焊缝：作用力方向与焊缝方向斜交 角焊缝按受力与焊缝方向分： a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行 c)斜角焊缝（斜缝）,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,按焊缝连续
9、性： a）连续角焊缝（重要构件） ：受力较好 b）断续角焊缝（次要构件） ：易发生应力集中 断续角焊缝间断距离l15t（受压）和l30t（受拉）， t为较薄件的厚度,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,按施焊位置： 平焊（俯焊）、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差，尽量避免。,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,四、焊缝缺陷 常见的焊接缺陷： 裂纹、焊瘤、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满。 缺陷的存在削弱受力面积，产生应力集中，易产生裂纹。,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,五、焊缝质量检验 焊缝质量等级：钢结构工程施工质量验收规范（GB50205）
10、对焊缝依其质量检查标准分为一级、二级和三级。 焊缝质量检验方法： 外观检查（外部尺寸和缺陷） 内部检查（内部缺陷）：超声波探伤检验（主要) 、X射线、射线等（x射线应用广）检验、磁粉（辅助）、荧光检验（辅助） 。 三级焊缝只要求进行外观检验并符合标准，即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无看得见的裂纹，咬边等缺陷 ；,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,一级焊缝需经外观检查、超声波探伤（检验每条焊缝全部长度）、x射线检验都合格； 二级焊缝需外观检查、超声波探伤（检验每条焊缝的20长度，且不小于200mm）合格； 焊缝等级的选用： 疲劳验算的构件：垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时为一级，受压时
11、为二级； 不进行疲劳计算的构件：对接焊缝要求等强时受拉焊缝不低于二级，受压时宜为二级；三级焊缝的抗拉强度设计值为主体钢材的85%； 重级工作制吊车和Q50T的中级工作制的吊车，吊车梁腹板与上翼缘之间的T形焊透的对接与角接组合焊缝，不低于二级； 角焊缝一般为三级，只对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量Q50T的中级工作制的吊车梁的角焊缝外观质量应符合二级。,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,焊接时为保证质量，需要注意之处： （1）对不熟悉的钢种焊接时，需做工艺性能和力学性能的试验； （2）焊工要进行考核，持证上岗； （3）焊条、焊丝、焊剂按规定烘焙； （4）多层焊接需连续施焊，每层焊道之间要清
12、理； （5）焊缝出现裂缝，应申报、查明原因，方能处理。,第二节 焊接方法和焊缝连接形式,返回,六、焊缝代号、螺栓及其孔眼 焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。 引出线：横线和带箭头的斜线组成，图形符号和焊脚尺寸标在横线上。 图形符号：表示焊缝的基本型式 辅助符号：焊缝的辅助要求。 螺栓及其孔眼图例见课本表3.3。,返回,第三节 角焊缝的构造与计算,一、角焊缝的构造 （1）角焊缝的截面形式： 直角角焊缝和斜角角焊缝。 ）直角焊缝 （a）普通焊缝：应力集中较严重 （b）平坡焊缝 （正面）:承受动力荷载时采用 （c）深熔焊缝 （侧面）:承受动力荷载时采用,2）斜角角焊缝 （d）斜锐角
13、焊缝 （e）斜钝角焊缝 （f）斜凹面角焊缝 l 主要用于钢管连接中,（2） 正面角焊缝（端焊缝）、侧面角焊缝 1）端缝：焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。,2）侧缝：焊缝长度方向与受力方向平行，其特点为应力分布 简单些，但弹性工作阶段分布并不均匀，剪应力两端大，中 间小。侧缝强度低，但塑性较好，两端出现塑性变形后将产 生应力重分布，在规定的长度内应力可趋于均匀。,（3）角焊缝的构造要求 角焊缝的几何特征：焊脚尺寸hf（焊缝直角边的边长）和焊缝计算长度lw。 焊脚尺寸hf:过小，冷却快，产生淬硬，裂纹；
14、 过大，易烧伤、烧穿，热脆区增大，残余应力和残余变形增大。 最大焊脚尺寸：hf1.2 tmin ；对于构件边缘焊缝,为防咬边，当板件厚度t6mm时，一般取 hf t-(12)mm；当t6mm时，取hf t； tmin为较薄焊件厚 。 最小角脚尺寸：hf1.5 mm；对于T形连接的单面角焊缝，应增加1mm；当板件厚度t 4mm时，取 hf为焊件厚度；对自动焊可减1mm。,焊缝计算长度lw :太长，两端应力与中间应力相差太大； 太短，起落弧太近，局部加热严重。 侧面焊缝的最大计算长度：lw 60 hf，当实际长度对于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑； 角焊缝的最小计算长度： lw 8 hf，
15、而且不得小于40mm。 搭接连接的构造要求： 当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，为了避免应力传 递过分弯折而使构件中应力过分不均，应使每条侧焊缝长度大 于它们之间的距离，即lw=b。另外为了避免焊缝收缩时引 起板件的拱曲过大，还应使 b16t(当t12mm)或200mm (当t=12mm)。当不满足规定 时，应加正面角焊缝。,在仅用正面焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小 厚度的5倍及25mm，以减小焊缝收缩而产生的残余应力，以 及因传力偏心而产生的附加应力。,所有围焊的转角处必须连续施焊，对非围焊的角焊缝的端部转角处应连续作2hf的转角焊。,角焊缝的构造,二、直角角焊缝的计算公式 1
16、、有效高度、有效面积和有效截面 两焊脚边的夹角， 焊脚尺寸。 破坏截面： 假设焊缝破坏 截面为有效截 面（沿焊脚的角 平分面破坏， 最小截面）。,2、角焊缝的强度设计值（抗剪条件定） E43系列： E50系列： 3、有效截面的应力 垂直于角焊缝有效截面上的正应力； 有效截面上垂直于焊缝长度方向的剪应力； 有效截面上平行于焊缝长度方向的剪应力。 试验研究表明：三个方向应力与焊缝强度间的关系为,4、实用的计算方法： 设焊缝承受外力 Ny:垂直于lw,沿焊缝长度产生平均应力 不是正应力、剪应力，可分解为 Nz:平行于lw，沿焊缝长度产生平均剪应力 将 带入 得：,如果焊缝承受外力Nx、Ny、Nz，则角焊缝的计算公式为,端焊缝的强度增大系数， 对直接承受动力荷载结构中的角焊缝，取1.0； 按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力； 按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力。,三、角焊缝的计算 角焊缝的受力情况
