钢结构的连接

第二十章钢结构的连接一、钢结构的连接方法连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合成整体结构，以保证其共同工作。连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材。连接方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。焊接连接:在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接的工艺过程称为焊接连接,填充金属带称为焊缝。优点：任何形式的构件都可直接相连，构造简单，制作加工方便；不削弱截面，用料经济；连接的密闭性好，结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构质量。缺点：在热影响区内，金相组织发生改变，局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，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。常用焊接方法：通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、埋弧焊(自动或半自动焊)以及气体保护焊等。手工电弧焊：通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产生可达3000℃的高温电弧，电弧周围的金属被熔为液态，形成熔池，同时焊条中的焊丝熔化而滴入熔池，与焊件的熔融金属结合，冷却后形成焊缝，而焊条上的药皮在焊接过程中产生气体以保护电弧和熔化的金属，并形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔融金属接触而形成易脆物质。焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。自动电弧焊焊丝送进和电弧按焊接方向的移动有专门机构控制完成。半自动电弧焊焊丝送进有专门机构，而电弧按焊接方向的移动靠人手工操作完成。特点电弧热量集中，适于厚板的焊接，生产率高。工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好、焊件变形小。同时，高焊速也减小了热影响区的范围。气体保护焊：利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。优点气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型的过程；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。缺点不适用于在风较大的地方施焊。连接形式对接搭接T形连接角接焊件的连接形式：焊接件之间的相对关系二、焊缝连接(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)搭接对接T型连接角接对接连接：主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。优点：传力均匀平缓，用料经济；缺点：焊件边缘需要加工（坡口，V形），被连接两板的间隙有严格的要求。搭接连接：适用于不同厚度构件的连接。优点：构造简单，施工方便；缺点：传力不均匀，易产生弯矩，材料较费；T形连接：常用于制作组合截面。优点：省工省料；缺点：焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重。角部连接：主要用于制作箱形截面。2、按施焊的位置平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊(又称俯焊)施焊方便。立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。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。焊缝缺陷焊缝缺陷：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：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔夹渣咬边未熔合未焊透焊缝质量检验缺陷削弱焊缝受力面积，导致焊缝处应力集中，对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。外观检查检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验检查内部缺陷，采用超声波检验、磁粉、荧光检验、X射线或γ射线透照或拍片。《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、二、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：外观检查及一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。焊接应力的分类和产生的原因三、焊接应力和焊接变形热变形焊件在焊接时产生的变形焊接残余变形--焊件冷却后产生的变形，焊件中的应力----焊接残余应力减少焊接应力和焊接变形的措施（构造与工艺）构造措施（1）减少焊缝数量、厚度、长度（2）连接过度尽量平缓（3）便于施焊，有合适的空间与角落工艺措施（1）适当的焊接顺序与方向（2）施加反变形（5）施焊前预热（6）锤击ⅠⅡⅢ根部层焊缝中间层焊缝表面层焊缝ⅠⅡⅢ铆钉连接：通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。优点塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，对主体金属的材质质量要求低。缺点削弱截面，费钢费工，要求技工技术水平高，劳动条件差。螺栓连接：在被连接件上钻孔，装上螺杆、拧紧螺帽进行连接，通过螺杆或连接件间的摩擦承受荷载，有普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。N精制螺栓：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。优点：精度较高，受剪性能好。缺点：制作和安装复杂，价格较高，少在钢结构中采用。粗制螺栓：由未经加工的圆钢压制而成。特点：螺栓表面粗糙，螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.5~3mm。特点：螺杆与螺孔间有较大的间隙，受剪力作用时，将会产生较大的剪切滑移，连接的变形大。优点：安装方便，且能有效地传递拉力，可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。1.并列—简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大；B错列A并列中距中距边距边距端距2.错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截面削弱小；螺栓和铆钉连接的排列和构造要求3.螺栓排列的要求（1）受力要求:垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能太小；顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不能太小；对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能太大。（2）构造要求；螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。（3）施工要求为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。普通螺栓连接一、螺栓连接的受力形式FNFA只受剪力B只受拉力C剪力和拉力共同作用2.破坏形式（1）螺栓杆被剪坏栓杆较细而板件较厚时（2）孔壁的挤压破坏栓杆较粗而板件较薄时（3）板件被拉断截面削弱过多时以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN（4）板件端部被剪坏(拉豁)端矩过小时；端矩不应小于2dONN（5）栓杆弯曲破坏螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5dO这两种破坏构造解决N/2NN/2高强度螺栓连接两种类型：摩擦型连接：依靠钢材板间摩擦阻力传力；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；适用范围：承受动力荷载的部位。承压型连接：允许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏的极限承载力作为设计准则。优点：承载力高、连接紧凑、剪切变形大适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。