第三章钢的结构连接

第三章钢的结构连接第一节 钢结构的连接种类和特点

一、钢结构的连接种类和特点

普通螺栓连接可采用普通扳手拧紧螺栓。根据螺栓的加工精度可以分为C级螺栓和A、B级螺栓两种。A级螺栓是指螺栓杆直径d≤24mm和螺杆公称长度L≤10d或L≤150mm(按较小值)时的螺栓，否则为B级螺栓。螺栓的级别划分中，小数点前的数字表示螺栓抗拉强度的最小值；小数点后的数字表示屈强比(屈服点与抗拉强度之比)。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，密封性好，结构的刚度大对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大，易产生焊接残余应力及残余变形

铆接传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好截面有削弱，费钢、费工，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，可拆换，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，造价略高焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下优点：1）不需打孔，省工省时；2）任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；3）气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。缺点是：1）焊接附近有热影响区，材质变脆；2）焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；3）焊接裂缝一经发生，便容易扩展。

二、焊缝和焊缝连接形式（一）钢结构常用的焊接方法 钢结构中常用的焊接方法有电弧焊、气体保护焊、电阻焊和电渣焊等

。1．电弧焊（1）焊条电弧焊

（2）埋弧焊

2．气体保护焊

3．电阻焊

4．电渣焊

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（二）焊缝的连接形式焊缝连接形式可分为平接、搭接、T形连接和角接四种。

（三）焊缝形式平接和T形连接为对接焊缝；T形连接、搭接和角接则为角焊缝。对接焊缝一般是沿着焊件厚度方向进行连接的。根据作用力的方向，对接焊缝可分为对接正焊缝和对接斜焊缝。角焊缝一般是沿着被焊件表面进行连接的。根据作用力的方向不同，角焊缝可分为正面角焊缝和侧面角焊缝两种根据焊缝沿长度方向的布置，还可将其分为连续角焊缝和断续角焊缝两种形式。

根据施焊位置划分根据施焊位置，可将焊缝分为平焊、横焊、立焊和仰焊等几种。1．指引线2．基本符号

（四）焊缝符号

名称封底焊缝对接焊缝角焊缝塞焊缝与槽焊缝点焊缝I形焊缝V形焊缝单边V形焊缝带钝边的V形焊缝带钝边的U形焊缝符号形式角焊缝对接焊缝塞焊缝三面围焊单面焊缝双面焊缝安装焊缝相同焊缝标注方法3．辅助符号4．补充符号当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝。

（五）焊缝缺陷、焊缝质量检查及质量等级1．焊缝缺陷在焊接过程中，焊缝易存在裂纹、气孔、未熔合、未焊透、焊瘤和咬边等多种缺陷。

焊接质量检验：焊接时为保证质量，需要注意之处：（1）对不熟悉的钢种焊接时，需做工艺性能和力学性能的试验；（2）焊工要进行考核，持证上岗；（3）焊条、焊丝、焊剂按规定烘焙；（4）多层焊接需连续施焊，每层焊道之间要清理；（5）焊缝出现裂缝，应申报、查明原因，方能处理。

焊缝质量检验方法分：外观检查、超声波探伤检验、X射线检验2．焊缝质量检查及焊缝质量等级

焊缝质量分三级:一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x射线检验都合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格；三级焊缝需外观检查合格。第三节对接焊缝的构造和计算

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。一、对接焊缝的构造（一）构造形式根据焊件厚度t的不同，坡口形式可分为I形、单边V形、Y形、U形、K形、X形焊缝等。a）I形焊缝：适合板厚t10mmb）带钝边的单边V形焊缝、双边V形、Y形焊缝：适合板厚t＝10～20mmc）U形、K形、X形：适合板厚t>20mm

（二）对接焊缝构造处理1、在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度或厚度相差4mm以上时，为使截面平缓过渡，减少应力集中，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。对于直接承受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，斜角坡度不应大于1∶4。

2、起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，在计算时将每条焊缝长度减少2t(t为焊件的较小厚度)。引弧板切割用气割切除，并修磨平整。二、对接焊缝的强度设计值受力情况：受压、受剪、受拉焊缝强度设计值与母材相同情况：1、抗压强度设计值、抗剪强度设计值与母材的相应强度设计值相同；2、一、二级焊缝的抗拉强度设计值可与母材的强度设计值相同三级焊缝中允许存在的焊缝缺陷较多，故将三级焊缝的抗拉强度设计值取为母材强度设计值的85％，同时取以5N/mm2为倍数的整数。部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝的坡口形式可分为V形、单边V形、K形、u形或J形坡口等。在垂直于焊缝长度方向的压力作用下取=1.22；其他情况下取=1.0。

he的取值要求:对接焊缝的简单计算——轴心受力构件

在平接接头及T形接头中，对接焊缝受垂直于焊缝长度方向的轴心拉力或轴心压力N的作用，其焊缝强度应按下式计算：当对接焊缝的强度不能满足要求时，，其强度应按下式计算：例3—1如图所示两块钢板采用对接焊缝拼接。已知钢板截面尺寸为540mmX14mm，承受轴心拉力作用。钢材为Q235，焊条为E43型，焊条电弧焊，施焊时不用引弧板，焊缝质量等级为Ⅳ三级。试确定焊缝所能承受的最大轴心拉力。。第四节角焊缝的构造和计算一、角焊缝的形式和受力特点

（一）角焊缝的形式

直角焊缝和斜角角焊缝

有效截面：在计算时，假设角焊缝破坏面均沿着焊脚/2面(即最小截面)破坏，此破坏面称为有效截面，该截面厚度称为有效厚度或计算厚度he。侧面角焊缝主要承受剪力作用，塑性较好，强度较低。正面角焊缝的受力较复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力，在焊根处应力集中很严重。1．角焊缝的焊脚尺寸现行设计规范规定：角焊缝的焊角尺寸不得小于1.5，t为较厚焊件厚度(单位为mm)。对于埋弧焊，最小焊脚尺寸可减小lmm，即；对于T形连接的单面角焊缝，应增加1mm，即；当焊件厚度小于4mm时，应与焊件厚度相同。角焊缝的焊角尺寸不宜大于较薄焊件厚度t的1.2倍(钢管结构除外)，即≤1.2t。同时板件(厚度为t)边缘的角焊缝的最大焊脚尺寸还应符合下列要求：①当板厚t≤6mm时，≤t；②当板厚t>6mm时，≤t―(1～2)mm。角焊缝的尺寸和构造要求

2．角焊缝的计算长度现行设计规范规定：侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8和40mm，即≥8且≥40mm。现行设计规范规定：侧面角焊缝的计算长度不宜大于60，即3．其他构造要求

图3—33杆件与节点板的连接焊缝(a)二面侧焊；(b)三面围焊；(c)L形围焊

当角焊缝的端部在构件转角处时，可在转角处连续地做长度为2的绕角焊。当板件的端部仅用两条侧面角焊缝连接时，为了避免应力传递的过分弯折，造成板件中的应力分布不均匀，要求每条侧面角焊缝的长度不宜小于两条角焊缝之间的距离b，即≥b同时为了防止焊缝横向收缩引起板件的拱曲过大，要求两条侧面角焊缝之间的距离b不宜大于16t(t>12mm)或者190mm(t≤12mm)，t为较薄焊件的厚度。在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25rnm。焊接残余应力和焊接残余变形焊接应力：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。焊接变形：钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。形成：两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。

焊接应力的分类纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。焊接残余应力对结构性能的影响1．焊接残余应力对静力强度的影响焊接应力不影响结构的静力强度。2．焊接残余应力对结构刚度的影响焊接应力将降低构件的刚度3．焊接残余应力对压杆稳定的影响焊接应力将降低构件的稳定承载力。4．焊接残余应力对低温冷脆的影响焊接应力导致结构产生低温脆断5．焊接残余应力对疲劳强度的影响焊接应力对直接承受动力荷载的焊接结构不利。焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。

表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。焊接残余变形及其影响

纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。减少焊接残余应力和焊接残余变形的措施：1．设计措施

(1)合理布置焊缝位置(2)合理选用焊缝尺寸(3)焊缝数目宜少，且不宜过分集中(4)应尽量避免三向焊缝相交(5)应避免钢板的分层问题(6)应考虑施焊的可能性及方便性2．工艺措施(1)选择合理的施焊顺序及方向。(2)反变形法。(3)其他措施措施预热法

锤击法退火法合理的焊接次序反变形法

合理的焊缝设计：（1）避免焊缝集中、三向交叉焊缝；（2）焊缝尺寸不宜太大；（3）焊缝尽可能对称布置，连接过渡平滑，避免应力集中现象；（4）避免仰焊。螺栓连接的排列与构造

1．螺栓的排列方式并列：布置紧凑，所用拼接板的尺寸小，但螺栓孔对截面的削弱大。错列：布置不如并列紧凑，拼接板的尺寸大，但可减小螺栓孔对截面的削弱。2．螺栓的排列要求(1)受力要求。端距不能太小，端距不应小于2(为螺栓孔的孔径)。同时栓距和线距也不能过小。对受压构件，栓距不能过大，否则两螺栓中心间的钢板易鼓曲。(2)构造要求。(3)施工要求。螺栓连接的构造要求

1)每一杆件在节点上和拼接接头的一段，永久性螺栓(或铆钉)数目不宜少于2个。对于组合构件的缀条，其端部连接可采用1个螺栓(或铆钉)。(2)对直接承受动力荷载的普通螺栓受拉连接，应采用双螺帽或其他能防止螺帽松动的有效措施，如采用弹簧垫圈，或者将螺帽和螺杆焊死等方法。(3)由于C级螺栓与孔壁问有较大的空隙，因此C级螺栓宜用于沿杆轴方向受拉的连接，也可用于下列受剪连接：如承受静力荷载或间接动力荷载结构中的次要连接、承受静力荷载的可拆卸结构的连接以及临时固定构件用的安装连接。(4)当型钢构件拼接采用高强度螺栓连接时，由于型钢的抗弯刚度较大，用高强度螺栓不易使摩擦面贴紧，因此其拼接件宜采用钢板。(5)在高强度螺栓连接范围内，应在施工图中说明构件接触面的处理方法。(6)螺栓公称直径d与螺栓孔径的关系为：当螺栓直径d≤16mm时，螺栓孔径大于螺栓直径1.0mm，即=d+1.0mm；当螺栓直径d>16mm时，螺栓孔径大于螺栓直径1.5mm，即=d+1.5mm。(7)高强度螺栓孔应采用钻成孔。螺栓直径d与螺栓孔径的关系为：承压型连接的高强度螺栓的孔径大于螺栓直径1.0～1.5mm，即=d+(1.0～1.5)mm；摩擦型连接的高强度螺栓的孔径大于螺栓直径1.5～2mm，即mm。螺栓、孔的表示方法

普通螺栓连接的工作性能

根据螺栓的传力方