钢结构的连接ppt

力学与结构教研组项目三钢结构建筑结构子项目二钢结构的连接任务一焊缝连接任务二螺栓连接大纲要求1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方法及构造要求；3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。一、焊缝连接

钢结构的连接方法对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。

角焊缝连接三、螺栓连接

优点：连接刚度大，传力可靠；

分为：

普通螺栓连接高强度螺栓连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。一、钢结构常用焊接方法1.手工电弧焊A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。

任务一焊缝连接

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048)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。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。

优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)C、优、缺点2.埋弧焊（自动或半自动）、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件埋弧自动焊A、焊丝的选择应与焊件等强度。B、优、缺点：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。送

丝

器机器3.气体保护焊优、缺点：优点：焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件受限制等。1.焊接连接形式搭接角部连接T形连接对接二焊缝的形式与构造2.焊缝形式（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3.焊缝位置1、对接焊缝的坡口形式:（一）对接焊缝的构造

对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施工条件有关。

t--焊件厚度(1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡口,采用直边缝;(2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口;(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）2、V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1，t1—较薄焊件厚度；4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜角，以平缓过度，减小应力集中。≤1:2.5≤1:2.5hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式1、角焊缝的形式:（二）角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝（1）直角角焊缝hehfhf凹面式（2）斜角角焊缝对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。

破坏形式正面角焊缝的破坏形式2、角焊缝的构造

（1）最大焊脚尺寸hf,max

为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，hf,max应满足以下要求:

hf,max≤1.2t1（钢管结构除外）式中:t1---较薄焊件厚度。tt1hf

对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：

当t≤6mm时，hf,max≤t；当t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t（2）最小焊脚尺寸hf,min

为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:

式中:t2----较厚焊件厚度

另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;

对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;

当t2≤4mm时,hf,min=t2（3）侧面角焊缝的最大计算长度

侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：

注：

1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；

2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。（4）侧面角焊缝的最小计算长度

对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：（5）搭接连接的构造要求

当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：

A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大，规范规定：t1t2bD.在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚

度的5倍，且不得小于25mm。

C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。b2hft1t2三常用焊缝的表示方法焊缝质量检查外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。

内部检验主要采用超声波，有时还用磁粉检验荧光检验等辅助检验方法。还可以采用X射线或γ射线透照或拍片。《钢结构工程施工及验收规范》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；

一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。

四焊缝的计算对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算NNt（一）对接焊缝的计算1、轴心力作用下的对接焊缝计算式中：

N—轴心拉力或压力；

t—板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；

ftw、fcw

—对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNlwtA

当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图B。另:当tanθ≤1.5时,不用验算!NNtBθNsinθNcosθlw（2）工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面A、对于焊缝的σmax和τmax应满足相应要求；σmaxτσ1τ1τmaxB、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应力尚应满足下式要求：1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。（二）直角角焊缝的强度计算公式：NNyNx┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45Ohf对于正面角焊缝，τf=0对于侧面角焊缝，σf=0

以上各式中：

he=0.7hf；

lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。各种受力状态下的直角角焊缝连接计算1、轴心力作用下(1)轴心力作用下的盖板对接连接:A、仅采用侧面角焊缝连接：B、采用三面围焊连接：NNlwlw’(2)T形角焊缝连接NxNyNθN验算焊缝强度，即:(3)角钢角焊缝连接A、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用三面围焊由力及力矩平衡得:余下的问题同情况‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2C、采用L形围焊可得:对于设计问题:Ne1e2bN1xxN3lw1例1试设计角钢与连接板的连接焊缝，轴心设计N=803kN(静)，角钢为2∠125×80×10，长肢相连，连接厚度t=12mm,钢材Q235，手工焊，焊条E43。NxxN

解：1确定焊角尺寸2.计算焊缝长度，确定节点板形状端焊缝受力

肢尖、肢背所需焊缝长：

实际取225+5=230mm实际取86+5=91mm,取90mm

肢尖、肢背受力：五焊接应力和焊接变形（一）焊接残余应力的分类及其产生的原因

1、焊接残余应力的分类

A、纵向焊接残余应力—沿焊缝长度方向;B、横向焊接残余应力—垂直于焊缝长度方向;C、沿厚度方向的焊接残余应力。

2、焊接残余应力产生的原因纵向焊接残余应力

焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++(a)焊缝纵向收缩时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩时的横向应力xy+-+施焊方向(c)焊缝横向收缩时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向残余应力yx结论：焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。

另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力。焊接变形

焊接变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合。

减小焊接残余应力和焊接变形的措施1、设计上的措施；（1）焊接位置的合理安排（2）焊缝尺寸要适当（3）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2、加工工艺上的措施（1）采用合理的施焊顺序（2）采用反变形处理（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理任务二螺栓连接一、螺栓的种类1.普通螺栓C级---粗制螺栓，性能等级为4.6或4.8级；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝1～3mm。A、B级---精制螺栓，性能等级为5.6或8.8级;5或8表示fu≥500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅰ类孔，孔径(do)-栓杆直径(d)＝0.3～0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。2.高强度螺栓由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理45号－8.8级；40B和20MnTiB－10.9级

（a）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓扭剪型高强度螺栓二、螺栓的排列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；

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。三、螺栓连接的构造要求为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其他措施以防螺帽松动；C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：

1、承受静载或间接动载的次要连接；

2、承受静载的可拆卸结构连接；

3、临时固定构件的安装连接。型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；四、普通螺栓连接的计算FNFA

只受剪力B

只受拉力C剪力和拉力共同作用（一）普通螺栓抗剪连接工作性能和破坏形式

1.工作性能对图示螺栓连接做抗剪试验,即可得到板件上a、b两点相对位移δ和作用力N的关系曲线,该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段,即：

(1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)

直线段—连接处于弹性状态；该阶段较短—摩擦力较小。NδO1234NNabNN/2N/22.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5d这两种破坏构造解决N/2NN/2（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值

由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况，故单栓抗剪承载力由以下两式决定:nv—剪切面数目；d—螺栓杆直径；fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值；∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。单栓抗剪承载力：抗剪承载力：承压承载力：d剪切面数目nvNNNN/2N/2N/2N/3N/3N/3N/2（三）普通螺栓群抗剪连接计算1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算N/2Nl1N/2平均值螺栓的内力分布

试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。

当l1≤15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N有各螺栓均担。所以，连接所需螺栓数为：

当l1>15d0(d0为孔径)时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的抗剪强度折减系数η与l1/d0的关系曲线。ECCS试验曲线8.8级

M22我国规范1.00.750.50.2501020304050607080l1/d0η平均值长连接螺栓的内力分布故，连接所需栓数：NNbtt1b1

普通螺栓群轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。拼接板的危险截面为2-2截面:A、螺栓采用并列排列时:主板的危险截面为1-1截面:1122（一）普通螺栓抗拉连接的工作性能三、普通螺栓的抗拉连接

抗拉螺栓连接在外力作用下，连接板件接触面有脱开趋势，螺栓杆受杆轴方向拉力作用，以栓杆被拉断为其破坏形式。（二）单个普通螺栓的抗拉承载力设计值式中：Ae--螺栓的有效截面面积；

de--螺栓的有效直径；

ftb--螺栓的抗拉强度设计值。（三）普通螺栓群的轴拉设计

一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：N五、高强度螺栓连接计算（一）、高强度螺栓的工作性能及单栓