钢结构的连接

第四章钢结构的连接•焊缝连接•螺栓连接第四章钢结构的连接教学目的、要求教学内容掌握全焊透对接焊缝和直角角焊缝的构造与计算；理解普通螺栓和高强螺栓的构造与计算；了解焊缝的残余应力和残余变形；1.钢结构的连接方法及应用2.全焊透对接焊缝的构造与计算―重点3.角焊缝的构造与计算―重点4.焊缝的残余应力和残余变形5.普通螺栓和高强螺栓的构造与计算―难点第四章钢结构的连接4.1钢结构的连接方法及其应用连接的方式焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材图4.1连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接铆钉连接焊接连接第四章钢结构的连接一、焊接1、焊接—一般通过电弧产生热量使焊条和焊件局部熔化，然后冷却凝结成焊缝，使焊件连接成一体。2、焊接的特点优点：①不需要在钢材上打孔钻眼，节约材料；②任何形状的构件都可以直接焊接，构造简单；③连接的密封性好，刚度大；④易于采用自动化作业，提高焊接的质量。第四章钢结构的连接缺点：①施焊时温度高，使材质变脆②形成焊接残余应力和残余变形③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、焊接的应用除少数直接承受动力荷载结构的某些部位，因容易产生疲劳破坏，其它的部位均可普遍应用。第四章钢结构的连接二、铆接1、铆接—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。2、特点—传力可靠，塑性、韧性均较好；制造费工费料，且劳动强度大。基本被焊接和高强度螺栓连接所代替。第四章钢结构的连接第四章钢结构的连接三、螺栓连接1、普通螺栓连接—普通螺栓分为C级螺栓和A级、B级螺栓两种。⑴A级、B级螺栓采用钢材性能等级5.6级或8.8级制造（5.6级抗拉强度fu不小于500N/mm²，fy/fu=0.6），A级、B级螺栓,尺寸准确，精度较高。螺杆和螺孔间的最大间隙为0.3~0.5mm，螺栓受剪性能良好。但制造和安装过于浪费，目前很少采用。⑵C级螺栓—4.6级和4.8级制造。尺寸不精确，螺栓强度较低，螺杆和螺孔之间的间隙为1.5~3mm，螺栓受剪时板件间产生较大的滑移，故受剪性能较差。受拉性能较好。第四章钢结构的连接2、高强度螺栓连接高强度螺栓连接—采用优质合金结构钢并经过热处理，有10.9S级和8.8S级(S表示高强度螺栓）。⑴高强度螺栓摩擦型连接—利用板叠间的摩擦力即可有效地传递剪力。其特点变形小、不松动、耐疲劳，因此用于直接承受动荷载的结构最佳。⑵高强度螺栓承压型连接—允许超过板叠间的摩擦力并产生滑动，然后利用栓杆与螺栓孔壁靠紧传递剪力。其特点强度高，剪切变形比摩擦型的大。仅用于承受静荷载或间接动荷载的结构。第四章钢结构的连接扭剪型高强度螺栓第三章连接高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接传力机理利用预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承压来传力栓孔直径＝螺杆的公称直径+1.5～2.0mm＝螺杆的公称直径+1.0～1.5mm特点剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动力荷载的结构连接紧凑，但剪切变形大，不得用于直接承受动力荷载的结构高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较第三章连接第四章钢结构的连接连接方法优点缺点焊接对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于自动化，工效高。焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大。对材质要求高，质量检验工作量大。铆接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好。费钢、费工。目前很少采用普通螺栓连接装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大。高强螺栓连接加工方便，对结构削弱少，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好。摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高主要连接方法及优缺点第三章连接第四章钢结构的连接4.2焊接方法、焊缝形式和质量等级1.钢结构常用的焊接方法电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。（1）手工电弧焊原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。图4.2手工电弧焊焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧优点：方便，适用于任意空间位置的焊接，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，生产效率低。第四章钢结构的连接第章连接B、焊条的选择：焊条应与焊件钢材（主体金属）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。第四章钢结构的连接A、焊条的表示方法：E后面加4个数字E—焊条(Electrode)第1、2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第3、4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--E5518)Q345钢选择E50型焊条(E5001--E5048)Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)（2）埋弧焊（自动或半自动）电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件图4.3埋弧自动焊机器优点：自动化程度高，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。焊丝的选择应与焊件等强度。第四章钢结构的连接第章连接第四章钢结构的连接（3）气体保护焊利用焊枪喷出的CO2或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体的侵入。优点：没有熔渣，焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件受限制，不适用于在风较大的地方施焊。（4）电阻焊利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化金属，再通过压力使其焊合。适用于板叠厚度不大于12ｍｍ的焊接。第四章钢结构的连接2.焊接接头及焊缝的形式（1）焊缝连接形式：按被连接钢材的相互位置分为对接、搭接、T形连接和角部连接。第四章钢结构的连接1）对接连接有拼接盖板的对接连接第四章钢结构的连接2）搭接连接3）T形连接4）角部连接第三章连接（2）焊缝形式：按焊缝截面形状分为对接焊缝和角焊缝。1对接焊缝按受力与焊缝方向分：1）正对接焊缝(a)：作用力方向与焊缝方向正交。2）斜对接焊缝(b)：作用力方向与焊缝方向斜交。2角焊缝按受力与焊缝方向分：1）正面角焊缝(c)：作用力方向与焊缝长度方向垂直。2）侧面角焊缝(c)：作用力方向与焊缝长度方向平行。3）斜焊缝（c）：作用力方向与焊缝方向斜交。图4.4焊缝形式第四章钢结构的连接1）对接焊缝正对接焊缝T型对接焊缝斜对接焊缝2）角焊缝第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接3角焊缝沿长度方向的布置分为：第三章连接第四章钢结构的连接①连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。②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。bl间隔角焊缝连续角焊缝第三章连接第三章连接第四章钢结构的连接4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平焊图3.2.3平焊、立焊、横焊和仰焊。第三章连接第四章钢结构的连接3.焊缝符号及标注方法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hfOhfhfαbvαbphf[hfpbbααhf第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接第四章钢结构的连接序号名称示意图符号说明1带垫板符号1)表示焊缝底部有垫板2三面焊缝符号1)表示三面带有焊缝3周围焊缝符号表示环绕工件周围焊缝4现场符号表示在现场或工地上进行焊接5尾部符号可以参照GB5185标注焊接工艺方法等内容第三章连接第四章钢结构的连接示意图标注示例说明表示V形焊缝的背面底部有垫板工件三面带有焊缝，焊接方法为手工电弧焊表示在现场沿工件周围施焊第三章连接（1）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。第三章连接第四章钢结构的连接图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4.焊缝缺陷及焊缝质量检验第三章连接（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r射线透照或拍片）《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；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量标准的要求。第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接（3）焊缝质量等级及选用《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。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。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。3）重级工作制和起重量Ｑ≥50t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Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。4）角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量Q≥50t的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接4.3全焊透对接焊缝的构造和计算4.3.1对接焊缝的构造1.对接焊缝的坡口形式对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。图4.6对接焊缝的坡口形式a）直边缝：适合板厚t10mmb）单边V形、c）双边V形：适合板厚t＝10～20mmd）U形、e）K形、f）X形：适合板厚t20mm第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接2.对接焊缝的优缺点优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。缺点：需剖口，焊件长度要求精确。3.对接焊缝的构造处理垫板垫板垫板图4.7根部加垫板图4.8对接焊缝的引弧板引弧板第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。3）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm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1:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。图4.9不同厚度或宽度的钢板拼接a)改变厚度b)改变宽度第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接4.对接焊缝的强度1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。2）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的85%。3）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接4.3.2对接焊缝的计算1.轴心受力的正对接焊缝图4.3.5直对接焊缝连接wcwtwfftlN或（4.1）lw——焊缝计算长度，t——连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度;ftw、fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（P63表4.2）；（1）对lw的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。（2）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。（3）对接焊缝需要计算焊缝强度的情况:①没有引弧板时需要计算；②受拉情况下的三级焊缝。第三章连接第四章钢结构的连接图4.10斜对接焊缝bwcwtsinfftlNw或（4.2）wvwftlNcos（4.3）第三章连接斜向受力的斜对接焊缝对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈夹角，其计算公式为：l’w——斜焊缝计算长度。加引弧板时，l’w＝b/sin；不加引弧板时，l’w＝b/sin－2t。fvw——对接焊缝抗剪强度设计值。（P63表4.2）规范规定，当斜焊缝倾角≤56.3°，即tan≤1.5时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接2.承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝