钢结构的焊接连接.

第3章钢结构的连接第3章连接焊缝连接螺栓连接第3章钢结构的连接通过本章的学习，要了解钢结构采用的焊接连接和螺栓连接两种常用的连接方法及其特点；深刻理解对接焊缝及角焊缝的工作性能，熟练掌握各种内力作用下，焊接连接的构造和计算方法；理解焊接应力和焊接变形的种类、产生原因、影响以及减小和消除的方法；深刻理解普通螺栓和高强螺栓的工作性能和破坏形式，熟练掌握螺栓连接在传递各种内力时连接的构造和计算方法，理解螺栓排列方式和构造要求。第3章钢结构的连接图3.1连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接铆钉连接焊接连接§3.1钢结构的连接连接的方式有：焊接、铆接和螺栓连接。钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接构成的，各构件再通过安装连接架构成整个结构。因此，连接在钢结构中处于重要的枢纽地位。在进行连接的设计时，必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。第3章钢结构的连接第3章钢结构的连接第3章钢结构的连接*不削弱截面；不需额外连接件；构造简单；*焊接结构的密闭性好、刚度和整体性大；*制作加工方便，可实现自动化操作。焊接的优点焊接的缺点焊接结构的优缺点*焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；*焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏、降低压杆稳定的临界荷载，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；*由于焊接结构的刚度大，焊接裂缝一经发生，便容易扩展到整体；*低温冷脆问题较为突出。3.1.1焊缝连接第3章钢结构的连接钢结构焊接方法最常用的有三种：电弧焊、电阻焊和气焊。（1）手工电弧焊图3.2手工电弧焊1.钢结构常用的焊接方法焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。A、焊条的选择：*焊条应与焊件钢材相适应。*较低强度Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048)Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)第3章钢结构的连接B、焊条的表示方法：E—焊条(Electrode)第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第3、4适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。第3章钢结构的连接、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件图3.3埋弧自动焊（2）埋弧焊（自动或半自动）焊丝的选择应与焊件等强度。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，施工位置受限等。第3章钢结构的连接第3章钢结构的连接（3）气体保护焊优点：焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件受限制等。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。（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。第3章钢结构的连接焊接方法焊条焊剂操作方式适应范围质量状况电弧焊手工焊短焊条(350－400mm)附于焊条之药皮全手动工位复杂，形状复杂之焊缝比自动焊略差自动焊连续焊丝焊剂全自动长而简单的焊缝质量均匀、塑性、韧性好，抗腐蚀性强半自动焊连续焊丝CO2气体保护人工操作前进任意焊缝质量均匀、塑性、韧性好，抗腐蚀性强电阻焊无无通电、加压、机械薄板点焊一般用作构造焊缝气焊短、光焊条无（乙炔还原）手工薄板、小型、不同材质结构中一般用作构造焊缝第3章钢结构的连接3.焊缝连接形式和焊缝的类别（1）焊缝连接形式：分为对接、搭接、T形连接和角部连接。第3章钢结构的连接对接焊缝按受力与焊缝方向分：1）直缝(a)：作用力方向与焊缝方向正交。2）斜缝(b)：作用力方向与焊缝方向斜交。（2）两种重要焊缝形式：分为对接焊缝和角焊缝。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。焊缝形式第3章钢结构的连接1）对接焊缝正对接焊缝2）角焊缝T型对接焊缝斜对接焊缝第3章钢结构的连接焊缝沿长度方向的布置分为：1）连续焊缝：受力较好2）断续焊缝：易发生应力集中焊缝按施工位置分为：俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施焊方便，质量最好。仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，应尽量避免采用。施焊位置a)焊条平焊d)仰焊b)立焊c)横焊第3章钢结构的连接4.焊缝缺陷及焊缝质量检验1）焊缝缺陷焊缝缺陷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。第3章钢结构的连接第3章钢结构的连接2）焊缝质量检验：焊缝质量检验一般可用外观检查及内部无损检验（超声波检验、X射线或r射线透照或拍片）。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。《钢结构工程施工质量验收规范》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；（0.85倍设计值）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。(与焊件钢材相同的强度设计值)3）焊缝质量分三级第3章钢结构的连接《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或T形对接与角接组合焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。4）焊缝质量等级及选用(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，不应低于二级。(4)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3章钢结构的连接5.焊缝代号作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求表示方法：由基本符号、辅助符号和引出线等部分组成第3章钢结构的连接辅助符号——表示焊缝表面形状特征的符号，不需要确切地说明焊缝表面形状时，不加注此符号。补充符号—说明焊缝某些特征而采用的符号，焊缝没有这些特征时，不加注此符号。第3章钢结构的连接双面焊缝的标注方法单面焊缝的标注方法第3章钢结构的连接在图样中一般用焊缝符号表示焊缝，也可采用图示法表示。在视图中需画出焊缝时，可见焊缝用粗线和用细实线绘制的栅线。粗线(粗于可见轮廓线)表示可见焊逢，栅线表示不可见焊缝。栅线应与焊缝垂直。也可采用特粗线（2d～3d）表示，在剖视图或断面图中，焊缝的金属熔焊区应涂黑表示，如图所示。在焊接件图中，当焊缝分布比较简单时，可不画焊缝，而用一般可见轮廓线表示可见焊缝，用虚线表示不可见焊缝。栅线表示第3章钢结构的连接第3章钢结构的连接1.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对接焊缝的坡口形式对接焊缝的焊件常需做成坡口，坡口形式与焊件厚度有关。a）b）c）d）e）f）§3.2对接焊缝的构造和计算3.2.1对接焊缝的构造第3章钢结构的连接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，焊件长度要精确。垫板垫板垫板图3.4根部加垫板对接焊缝的引弧板引弧板3.对接焊缝的构造处理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，焊后将它割除。(计算长度)第3章钢结构的连接4.对接焊缝的强度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。不同厚度或宽度的钢板拼接a)改变厚度b)改变宽度受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，由于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%，而一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。第3章钢结构的连接3.2.2对接焊缝的计算1.轴心受力的对接焊缝（注意图形表示）图3.5直对接焊缝连接wcwtwfftlN或斜向受力的对接焊缝的计算图3.6斜对接焊缝b对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，且与焊缝长度方向呈夹角，wcwtsinfftlNw或wvwftlNcos焊缝内应力分布同母材第3章钢结构的连接“规范”规定tg≤1.5时（≤56.3°），可不检算焊缝强度。tblw2sin式中N——轴心拉力或压力;lw——焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实长减去2t，有引弧板时，取实长;l’w——斜焊缝计算长度；t——平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚;——焊缝长度方向与作用力方向间夹角；ftw、fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值；fvw——对接焊缝抗剪设计强度。图3.6斜对接焊缝bwcwtsinfftlNw或wvwftlNcos第3章钢结构的连接轴心受拉力的钢板，所示钢板的对接焊缝的强度。宽度b=200mm，确定钢板厚度永久荷载标准值为60kN，可变荷载标准值为300kN，钢材为Q235—B，手工焊，焊条为E43型，1.二级检验标准的焊缝，施焊时加引弧板。2.二级检验标准的焊缝，施焊时不加引弧板。第3章钢结构的连接2.承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝wV如图a焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。wmaxt2w6wMMfWlt图a弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝式中V——焊缝承受的剪力；M——焊缝承受的弯矩；Iw——焊缝计算截面惯性矩；Sw——计算剪力处以上焊缝计算截面对中和轴的面积矩。Ww——焊缝计算截面的截面模量。第3章钢结构的连接F第3章钢结构的连接图b弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝11图b所示I字形或T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力:wt21211.13f式中:1、1——为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。1.1为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。第3章钢结构的连接1.焊缝截面几何特征，算应力准备，惯性矩，静矩，2.焊缝截面内力，外力标准---设计3.焊缝的抵抗矩4.功能函数的临界状态5.验算剪应力和折算应力第3章钢结构的连接§3.3角焊缝的构造和计算3.3.1角焊缝的构造1.角焊缝的形式和强度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。当焊件的厚度相差较大或动荷载中，可采用不等焊脚尺寸。第3章钢结构的连接/2hehehe图中，hf—焊脚尺寸；焊缝根脚至焊缝外边的尺寸—焊脚边的夹角；he—破坏面上焊缝厚度称为有效厚度。并有，he＝hfcos/2he=0.7hf(≤90°)he=hfcos/2(＞90°)对于α135o或α60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。第3章钢结构的连接破坏形式he—破坏面上焊缝厚度称为有效厚度。第3章钢结构的连接（1）侧面角焊缝：焊缝长度方向与受力方向平行，应力分布简单。主要承受剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。角焊缝的工作性能分类力线发生弯折第3章钢结构的连接焊脚截面各面都有正应力和剪应力，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，弹性模量大。图3.7角焊缝的应力分布力线弯折，产生较大应力集中（2）正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向，受力后应力状态较复杂第3章钢结构的连接角焊缝荷载与变形关系斜焊缝的受力性能和