第二节钢结构的连接

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1、第二节第二节 钢结构的连接钢结构的连接 钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件如梁、柱、桁架等，再通过一定的安装连接而形成整体结构。 在受力过程中，连接部位应有足够的强度；被连杆件间应保持正确的相互位置，以满足传力和使用要求。连接的加工和安装比较复杂而费工。 因此，选定连接方案是钢结构设计中很重要的环节。好的连接应当符合安全可靠、节约钢材、构造简单和施工方便的原则。 一、钢结构的连接方法钢结构的连接方法可分为焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种 连接种类连接种类：图图19-1 19-1 连接的种类连接的种类a)NNNNc)NNd)NNb)螺栓连接螺栓连接（图（图19-1c19-1c、d d）铆

2、钉连接铆钉连接（图（图19-1b19-1b）焊接连接焊接连接（图（图19-1a19-1a）（1）焊缝连接 焊接是目前钢结构最主要的连接方法，其优点是构造简单，节约钢材，加工方便，易于采用自动化操作。 除少数直接承受动力荷载结构的某些连接，如吊车工作级别A6A8吊车梁和柱、吊车梁和制动梁、制动梁和柱的相互连接，以及桁架式吊车梁的节点连接，不宜采用焊接外，其它情况下的连接均可用焊接。 （2）铆钉连接 铆接由于构造复杂，用钢量多，现已很少采用。但铆钉连接的塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，在一些重型和直接承受动力荷载的结构中，有时仍然采用。（3）螺栓连接螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接

3、两种。1）普通螺栓连接普通螺栓一般用Q235钢（用于螺栓时也称4.6级）制成，“4”指指fu=400MPa， “.6”指指fy和和fu的比值，的比值，因此有，因此有，fy=240MPa。普通螺栓按加工精度分为C级螺栓和A、B级螺栓两种。 常用的螺栓直径为18、20、22、24mm。其优点是施工简单，拆装方便。 公差：公差：11.5mm公差：公差：0.30.5mm普通螺栓连接普通螺栓连接分分C C级螺栓（粗制螺栓）连接级螺栓（粗制螺栓）连接和和A A级或级或B B级螺栓级螺栓( (精制螺栓）连接两类。精制螺栓）连接两类。可拆卸。削弱截面、传力不好、用于次要结构可拆卸。削弱截面、传力不好、用于次要

4、结构螺杆剪力螺杆剪力N2）高强度螺栓连接高强度螺栓的性能等级有10.9级（有20MnTiB钢、40B钢、35VB钢） fu=1000MPa， fy=900MPa和8.8级fu=800MPa， fy=640MPa（有45号钢和35号钢）。 分类：分类： 摩擦型摩擦型对连接的接触面进行了粗糙处理，靠连对连接的接触面进行了粗糙处理，靠连 接板间强大的摩擦力传力；接板间强大的摩擦力传力； 承压型承压型主要靠螺栓杆剪切变形传力。主要靠螺栓杆剪切变形传力。连接板间摩擦力连接板间摩擦力螺杆剪力螺杆剪力N高强度螺栓孔应采用钻成孔；摩擦型的孔径比螺栓公称直径大1.52.0mm，承压型的孔径则大1.01.5mm。

5、安装时将螺栓拧紧，并使螺栓产生预拉力将构件接触面压紧，依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，以达到传递外力的目的，因而变形较小 摩擦型高强度螺栓连接只利用到摩擦传力的工作阶段，具有连接紧密，受力良好，耐疲劳，可拆换，安装简单，便于养护以及动力荷载作用下不易松动等优点。 我国目前在桥梁、大跨房屋以及工业厂房钢结构中，已广泛应用。 承压型高强度螺栓连接，起初由摩擦传力，后期则依靠栓杆抗剪和承压传力，它的承载能力比摩擦型的高，可以节约钢材，也具有连接紧密，可拆换，安装简单，便于养护等优点。 但这种连接在摩擦力被克服后的剪切变形较大，只适用于承受静力荷载，且在正常使用时期连接不致产生滑移的结构。规范规

6、定承压型高强度螺栓不得用于直接承受动力荷载的结构中。优点：优点： 施工简便、连接紧密、施工简便、连接紧密、受力好、耐疲劳、可拆卸。受力好、耐疲劳、可拆卸。应用范围：应用范围： 承压型承压型剪切变形大，只适用于承受静力荷载和剪切变形大，只适用于承受静力荷载和对结构变形不敏感的结构。对结构变形不敏感的结构。规范规范规定：不应用于规定：不应用于直接承受动力荷载的结构。直接承受动力荷载的结构。 摩擦型摩擦型用于动力荷载作用的结构。用于动力荷载作用的结构。二、焊缝连接的特性二、焊缝连接的特性1.钢结构中常用的焊接方法钢结构的焊接方法有电弧焊、电阻焊和气焊等。焊接焊接:焊条与局部焊件熔化、冷却，凝结成焊焊

7、条与局部焊件熔化、冷却，凝结成焊缝。是现代钢结构最主要的连接方法。缝。是现代钢结构最主要的连接方法。电弧焊电弧焊手工电弧焊手工电弧焊自动半自动埋弧电弧焊自动半自动埋弧电弧焊CO2CO2气体保护焊气体保护焊以以C02C02为保护气体，为保护气体，使被熔化的金属不与空气接触使被熔化的金属不与空气接触。 （1）电弧焊电弧焊的质量比较可靠，是最常用的一种焊接方法。电弧焊可分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊，CO2气体保护焊等。手工电弧焊（图12-10）是通电后在涂有焊药的焊条与焊件间产生电弧，由电弧提供热源，使焊条熔化，滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中，并与焊件熔化部分结成焊缝。 手工焊原理手工

8、焊原理 自动焊原理自动焊原理由焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖熔池，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化的液体金属接触，避免形成脆性易裂的化合物。 焊缝金属冷却后就把焊件连成整体。手工电弧焊焊条应与焊件金属品种相适应，对Q235钢焊件用E43系列型焊条，Q345钢焊件用E50系列型焊条，Q390钢焊件用E55系列型焊条。在自动或半自动埋弧焊（图12-11）中，将光焊条理在焊剂层下，通电后，由于电弧的作用使焊条和焊剂熔化。熔化后焊剂浮在熔化的金属表面上保护熔化金属，使之不与外界空气接触，有时焊剂还可供给焊缝必要的合金元素，以改善焊缝质量。自动焊的焊缝质量均匀，塑性好，冲击韧性高。半自动焊除由人工操作前

9、进外，其余过程与自动焊相同，而焊缝质量介于自动焊与手工焊之间。自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂要保证其熔敷金属的抗拉强度不低于相应手工焊焊条的数值。优缺点：优缺点： 优点：构造简单，直接连接，不优点：构造简单，直接连接，不削弱截面，省钢材，施工方便，密削弱截面，省钢材，施工方便，密封性好，刚度大，可自动化操作。封性好，刚度大，可自动化操作。 缺点：焊接残余应力大且不易控缺点：焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大。制，焊接变形大。4.焊缝连接形式及焊缝形式 （l）连接形式 焊缝连接形式按被连接构件间的相对位置分为平接、搭接、T形连接和角接四种。这些连接所采用的焊缝形式主要有对接焊缝和角焊缝。角

10、接（图角接（图12-3d12-3d） T T型连接（图型连接（图12-3c12-3c）搭接（图搭接（图12-3b12-3b）对接（图对接（图12-3a12-3a）a)b)c)d)图图12-3 12-3 连接的型连接的型式式(2)焊缝形式对接焊缝按所受力的方向可分为对接正焊缝和对接斜焊缝（图12-18a、b）。角焊缝长度方向垂直于力作用方向的称为正面角焊缝，平行于力作用方向的称为侧面角焊缝，如图12-18（c）所示。焊缝及其连接型式焊缝及其连接型式 1 1、焊缝的型式、焊缝的型式 （1 1）对接焊缝）对接焊缝 打坡口打坡口 目的：为了焊透目的：为了焊透 （2）角焊缝）角焊缝 不打坡口不打坡口图图

11、12-5 12-5 焊缝的基本型式焊缝的基本型式角焊缝角焊缝对接焊缝对接焊缝对接焊缝对接焊缝被被连接板件连接板件1 1被被连接板件连接板件2 2 2 2、焊缝的施焊方位、焊缝的施焊方位 平焊、立焊、横焊、仰焊。平焊、立焊、横焊、仰焊。图图12-9 施焊位置施焊位置b)c)a)焊条焊条d) 平焊平焊俯焊，环境轻松，施焊质量易保证。俯焊，环境轻松，施焊质量易保证。横、立、仰焊横、立、仰焊工地施焊难以避免，施焊环境差，质工地施焊难以避免，施焊环境差，质 量较难保证。仰焊最突出，应尽量避量较难保证。仰焊最突出，应尽量避 免。免。图图12-9 施焊位置施焊位置a)焊条焊条平焊平焊d)仰焊仰焊b)立焊立焊

12、c)立焊立焊焊缝按施焊位置分，有俯焊（平焊）、立焊、横焊、仰焊几种（图12-19）。俯焊的施焊工作方便，质量最易保证；立焊、横焊的质量及生产效率比俯焊的差一些；仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽量避免采用仰焊焊缝。5.焊缝代号在钢结构施工图上，要用焊缝代号标明焊缝型式，尺寸和辅助要求。建筑结构制图标准（GBT105-2001）规定：焊缝代号由引出线，图形符号和辅助符号三部分组成。图形符号表示焊缝的基本形式。三、对接焊缝的构造与计算三、对接焊缝的构造与计算 1、对接焊缝的构造要求 对接焊缝按坡口形式分为I形缝、V形缝、带钝单边V形缝,带钝边V形缝（也叫Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边双

13、单边V形缝和双Y形缝等，后二者过去分别称为K形缝和X形缝（图12-22）。对接焊缝截面型式对接焊缝截面型式 按坡口型式区分：图按坡口型式区分：图12-2212-22中中 工形缝工形缝 a)a)、b) Vb) V形缝形缝 c) Xc) X形缝形缝d d） 单边单边V V形缝形缝 e) Ke) K形缝形缝 f f）b) I型型e)单边单边V型型f) K型型溶合线溶合线图图12-22 12-22 坡口型式坡口型式a) I型型V型型c)d)X型型12.4 12.4 对接焊缝及其连接的计算对接焊缝及其连接的计算 对接焊缝分焊透和未焊透两种情况分别计算对接焊缝分焊透和未焊透两种情况分别计算一、焊透的对接焊

14、缝计算一、焊透的对接焊缝计算 1 1、轴向受力的对接焊缝轴向受力的对接焊缝 （1 1）正焊缝正焊缝验算截面矩形，只有正应力。验算截面矩形，只有正应力。 N N轴向拉力或压力轴向拉力或压力 焊缝计算长度（有引焊缝计算长度（有引 弧板时为焊件宽度弧板时为焊件宽度b ， 无引弧板时为无引弧板时为b- 1010mm。或或（12-312-3）引弧板引弧板NNNNlwt11矩形截面矩形截面b图图12-26 t t两连接件中较小的厚度，两连接件中较小的厚度，T T形连接时为腹板形连接时为腹板 厚度厚度ftw对接焊缝抗拉设计强度，按不同质检级别定，对接焊缝抗拉设计强度，按不同质检级别定， 除除3级质检外与钢材

15、同。级质检外与钢材同。fcw对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。 焊焊缝缝抗抗拉拉强强度度质质检检分分级级由由“钢钢结结构构工工程程施施工工及及验验收收规规范范”规规定定，分分I、II、III级级。达达到到 I、II级级质质量量时时（x光光 射射线线检检查查），焊焊缝缝抗抗拉拉设设计计强强度度和和母母材材相相同同，III级级质质量量（只只外外观观检检查查）的的抗抗拉拉设设计计强强度度约约为为I、II级的级的0.85。 对对接接连连接接正正焊焊缝缝若若加加引引弧弧板板施施焊焊，且且质质量量达达到到一、二级，则无需焊缝抗拉强度验算。一、二级，则无需焊缝抗拉强度验算。 只

16、只有有以以下下两两种种情情况况，才才需需对对正正焊焊缝缝进进行行抗抗拉拉强强度验算：度验算： 未使用引弧板施焊；未使用引弧板施焊； III级焊缝质量。级焊缝质量。 此时，正焊缝长度不够此时，正焊缝长度不够（b/0.85=1.18b），），需改用斜需改用斜焊缝增加焊缝长度。焊缝增加焊缝长度。图图12-28 对接斜缝承受轴心力对接斜缝承受轴心力b1.18bb1.18b （2 2）斜焊缝）斜焊缝验算截面矩形，有验算截面矩形，有 、 。NNlwNNt NNcosNsin N或或 焊缝长度方向与作用力方向间夹角。焊缝长度方向与作用力方向间夹角。 斜焊缝计算长度。斜焊缝计算长度。 对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。 “规范规范”规定规定 时，不检算焊缝强度。时，不检算焊缝强度。 b0.67b1.2b（1-4）