第三章 钢结构的连接 (2)

第3章连接Chapter3Connections钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第3章连接Chapter3Connections•焊缝连接•螺栓连接第3章连接Chapter3Connections第3章连接Chapter3Connections主要内容•钢结构的连接•对接焊缝的构造和计算•角焊缝的构造和计算•焊接残余应力和焊接变形•普通螺栓的构造和计算•高强度螺栓的构造和计算第3章连接Chapter3Connections§3.1钢结构的连接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3.1.1连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接铆钉连接焊接连接§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections缺点第三章连接Chapter3Connections*构造简单任何形式的构件都可直接相连；*用料经济不削弱截面；*制作加工方便可实现自动化操作；*连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。*材质易变脆；*产生残余应力、残余应变、焊接缺陷*降低压杆稳定、影响疲劳强度*对裂纹十分敏感*低温冷脆问题较为突出。优点3.1.1焊缝连接1.焊缝连接的特点现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛。§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections2.钢结构常用的焊接方法电阻焊电弧焊1）手工电弧焊2）自动半自动埋弧焊气体保护焊（1）手工电弧焊原理：利用电弧产生热量熔化涂有焊药焊条和母材形成焊缝。焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧优点：方便，适应性强，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接，应用最广泛。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，生产效率低。§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3ConnectionsA、焊条的选择：焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。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)B、焊条的表示方法：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。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections（2）埋弧焊（自动或半自动）光焊丝埋在焊剂下，通电后电弧使焊丝、焊件、焊剂熔化形成焊缝。焊剂溶化后形成焊渣浮在溶化金属表面，隔绝空气接触，供给必要的合金元素。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊缝质量好。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。§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections（4）电阻焊（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。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。§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections3.焊接接头及焊缝形式（1）焊接接头：分为对接、搭接、T形连接和角部连接。§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections（2）焊缝形式：分为对接焊缝和角焊缝。对接焊缝按受力与焊缝方向分：1）直对接焊缝2）斜对接焊缝角焊缝按受力与焊缝方向分：1）正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。2）侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。§3.1钢结构的连接对接与角接组合焊缝第3章连接Chapter3Connections角焊缝沿长度方向的布置1）连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。2）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。§3.1钢结构的连接不重要或受力小的构件，可采用间断角焊缝连接≥50或10hf第3章连接Chapter3Connections平焊、立焊、横焊和仰焊。施焊方式图3.1.6施焊方式平焊立焊a)焊条d)仰焊b)c)横焊§3.1钢结构的连接质量好质量一般质量差第3章连接Chapter3Connections4.焊缝缺陷及焊缝质量等级（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。§3.1钢结构的连接裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔夹渣咬边未熔合未焊透第3章连接Chapter3Connections（2）焊缝质量等级《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，适用于一般连接。§3.1钢结构的连接外观检查（肉眼）—尺寸偏差、表面缺陷；无损检验（仪器）—检验内部缺陷（超声波探伤、X射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤）。二级焊缝：外观检查+无损检验（超声波探伤）合格，用于受较大拉应力的重要连接。一级焊缝：外观检查+无损检验（超声波探伤、X射线探伤）合格，用于抗动力、需要验算疲劳的重要连接。第3章连接Chapter3Connections（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。§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections5.焊缝符号及标注方法§3.1钢结构的连接焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成《焊缝符号表示法》（GB/T324-1988）《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001）第3章连接Chapter3Connections3.1.2螺栓连接第3章连接Chapter3ConnectionsChapter3Connections精制螺栓粗制螺栓代号A级和B级C级强度等级5.6级和8.8级4.6级和4.8级加工方式车床上经过切削而成单个零件上一次冲成加工精度螺杆与栓孔直径之差为0.25～0.5mm螺杆与栓孔直径之差为1.5～3mm抗剪性能好较差经济性能价格高价格经济用途构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采用沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时固定1.普通螺栓连接§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections2.高强度螺栓连接高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。由45号、40B和20MnTiB钢经过热处理加工而成。45号－8.8级；40B和20MnTiB－10.9级（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓§3.1钢结构的连接（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓第3章连接Chapter3Connections高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较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，不得用于承受动力荷载的结构§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections铆钉连接及特点铆钉连接是用一端带有半圆形预制钉头的铆钉，将钉杆烧红迅速插入被连接件的钉孔中，再用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，使连接达到紧固。缺点费工费料、劳动强度高。目前承重钢结构连接中已很少应用。优点传力可靠，塑性、韧性好，动力性能好第3章连接Chapter3Connections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§3.1钢结构的连接第3章连接Chapter3Connections1.对接焊缝的坡口形式§3.2对接焊缝的构造和计算3.2.1对接焊缝的构造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。§3.2对接焊缝的构造和计算板厚t＝10～20mm板厚t20mm板厚t10mm第3章连接Chapter3Connections3.对接焊缝的构造处理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。垫板垫板垫板§3.2对接焊缝的构造和计算1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。第3章连接Chapter3Connections2）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。a)改变厚度b)改变宽度§3.2对接焊缝的构造和计算引弧板第3章连接Chapter3Connections4.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）三级质量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、二级质量的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。§3.2对接焊缝的构造和计算第3章连接Chapter3Connections3.2.2对接焊缝的计算1.轴心受力的对接焊缝wcwtwfftlN或（3.2.1）N——轴心拉力或压力设计值lw——焊缝计算长度，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。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（P382表1.3）。与构件母材强度计算方法相同，采用材料力学的计算公式加引弧板（引出板）施焊的情况下，一、二级对接焊缝不需计算。三级焊缝受拉时，或无引弧板（引出板）时才验算。§3.2对接焊缝的构造和计算NNlt要点第3章连接Chapter3Connections斜向受力的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——对接焊缝抗剪设计强度。（P382表1.3）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。§3.2对接焊缝的构造和计算bwcwtsinfftlNw或（3.2.2）wvwftlNcos（3.2.3）第3章连接Chapter3Connections2.承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应