钢结构的连接方法

钢结构的连接第一节连接的类型

钢结构的连接方法可分为：焊缝连接螺栓连接铆钉连接螺栓连接钢结构连接方法的优缺点

费工费料传力可靠，塑性韧性好，质量易于检查，抗动力荷载性能好铆钉连接摩擦面处理及安装工艺复杂，造价高加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性韧性好高强螺栓螺栓精度低时不宜受剪，精度高时加工和安装难度大装卸便利，设备简单普通螺栓螺栓连接对材质要求高，产生残余应力和变形，质量检验工作量大适应性强，构造简单，省材省工，密封性好,工效高,不削弱结构焊缝连接缺点优点连接方法第二节焊接方法和焊缝强度按焊接方法不同分类：熔化焊：将主体金属在连接处局部加热至熔融状态，并附加融化的填充金属使金属分子相互结合而形成整体。又分为电弧焊和气焊等。电阻焊：将金属通电后由接触面上的电阻使接头加热到塑形状态或局部熔融状态，并施加压力形成接头。钢结构中主要使用电弧焊。第二节焊接方法和焊缝强度一、电弧焊的原理和焊接方法电弧焊（手工焊、自动焊、半自动焊）1、手工电弧焊：采用低电压、大电流引燃电弧，使焊条和焊件之间产生很大热量和强烈弧光，利用电弧热来融化焊件接头和焊条进行焊接。焊条材料和型号焊条是由金属焊芯和药皮两部分所组成的。焊条的型号应与焊件钢材强度相适应。Q235钢用E43，Q345用E50，Q390和Q420用E55。其中43、50和55分别表示焊条熔覆金属或者对接焊缝的抗拉强度为420N/mm2、490N/mm2和540N/mm2。焊芯的作用：是作为电极和填充金属。药皮的作用：稳定电弧；隔离空气；减缓冷却；改善焊缝性能。焊剂层下自动焊示意图2、焊剂层下的自动焊和半自动焊优点：①生产率高②焊缝质量高③节约焊条④技术易掌握缺点：①焊前装配要求严格②受制于自动焊车轨道《焊接方法及设备》机械工业出版社毕惠琴主编二氧化碳气体保护焊过程示意图

是利用二氧化碳气体作为保护介质的一种自动和半自动的电弧焊方法。3、二氧化碳气体保护焊优点：①生产率高②焊接变形小③抗锈能力强④操作方便⑤二氧化碳气体廉价缺点：①设备复杂，易生事故②弧光很强，注意保护③金属熔滴易飞溅造成焊缝缺陷第二节焊接方法和焊缝强度二、焊缝连接的缺陷、质量检验

焊缝连接的缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或邻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(不包括规定不焊透者)等；以及焊缝外形尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。

二、焊缝连接的缺陷、质量检验其中裂纹的危害最大二、焊缝连接的缺缺陷、质量检验二、焊缝连接的缺缺陷、质量检验焊缝质量检验外观检查:检查外观缺陷和几几何尺寸。无损检验：检查内部缺陷。①超声波检验②X射线透照二、焊缝连接的缺缺陷、质量检验焊缝质量检验焊缝的级别①三级焊缝只要求求对全部焊缝作外外观检查，符合三三级质量标准；②二级焊缝要求通通过外观检查和超超声波检验，其中中要求超声波检验每每条焊缝的20%长度；③一级焊缝则要求求通过外观检查和和全部超声波检验验及必要的X射线检验,对抗动力和疲劳性性能有较高要求处处可采用一级焊缝缝。三、焊缝连接的型型式（1）按构件的相对位位置分分为对接、搭接、顶接（2）按构造分分为对接焊缝和角焊缝三、焊缝连接的型型式对接焊缝按作用力力的方向可分为直缝和斜缝角焊缝按作用力的的方向可分为侧缝和端缝三、焊缝连接的型型式焊缝施焊位置

俯焊立焊(平)

立焊(竖)仰焊

三、焊缝连接的型型式四、焊缝的强度设设计值焊缝强度主要决定定于焊缝金属和主体金金属的强度。并与焊接形式、应应力集中程度以及及焊接工艺条件等等有密切关系。对接焊缝的抗压、抗剪强度设设计值与母材相同同；抗拉强度设计值：：Ⅰ、Ⅱ级质量检验焊缝与与母材相同；Ⅲ级质量检验焊缝约约取母材的85%即可。角焊缝中侧面焊缝的强度度低，正面焊缝的的强度高，斜焊缝缝的强度介于两者者之间。但是由于于角焊缝的应力状状态比较复杂，抗拉、抗剪和抗压压不分焊缝质量检检验等级而采用相相同的强度设计值值。四、焊缝的强度设设计值（表3-1）《钢结构设计规范》N/mm2第三节对接焊缝缝的构造和计算一、对接焊缝的构构造优点用料经济，传力平平顺均匀，没有明明显的应力集中，，对于承受动力荷荷载作用的焊接结结构，采用对接焊焊缝最为有利。缺点对接焊缝的焊件边边缘需要进行坡口口加工，焊件长度度必须精确，施焊焊时焊件要保持一一定的间隙。一、对接焊缝的构构造第三节对接焊缝缝的构造和计算图3-7对接焊缝的坡口形形式及符号根据板厚及焊接方方法不同加工成不不同的坡口一、对接焊缝的构构造板厚相差超过四毫毫米时引弧板：影响计算算长度有引弧板lw=l无引弧板lw=l-2t（t为较小焊焊件厚度度）（1）轴心受受力的对对接直焊焊缝计算算二、对接接焊缝的的强度计计算钢材的强强度设计计值(表2-4)焊缝的强强度设计计值（表表3-1）（2）对接焊焊缝承受受弯矩和和剪力二、对接接焊缝的的强度计计算Iw：焊缝截截面对中中和轴惯惯性矩。。Ww：截面抵抵抗矩：：截面对对其形心心轴的惯惯性矩与与界面上上所求点点到形心心轴距离离比值。。Sw：所求应应力点以以上或者者以下焊焊缝截面面对中和和轴的面面积矩。。（3）对接焊焊缝承受受弯矩、、剪力和和轴心力力对接焊缝缝承受弯弯矩、剪剪力和轴轴心力共共同作用用时，焊焊缝正应应力为弯矩和轴轴心力引引起的应应力之和和（a）验算，剪剪应力仍仍按式(b)验算，需需要验算算折算应应力时按按式（c）进行验验算。二、对接接焊缝的的强度计计算钢结构的的连接第四节角角焊焊缝连接接的构造造和计算算第四节角角焊焊缝连接接的构造造和计算算一、受力力特征和和构造要要求1、角焊缝缝按其受受力方向向和位置置分为：：侧面角焊焊缝（侧焊缝）正面焊缝缝（端焊缝）两者联合合使用称称为围焊缝一、受力力特征和和构造要要求hf:焊脚尺寸寸经试验发发现，焊焊缝破坏坏形式为为剪切破破坏，发发生在三三角形最最小厚度度平面。。焊缝的有有效厚度度：普通式平平坡坡式深深熔熔式直角角焊焊缝一、受力力特征和和构造要要求2、角焊缝缝的构造造要求1）考虑焊焊口影响响，计算算长度取取实际长长度减去去2hf。即lw=l-2hf2）最小焊焊脚尺寸寸，，为为较较厚焊件件厚度（（mm）。自动动焊时减减小1mm,T形连接单单面焊时时增加1mm。当时时，用。。一、受力力特征和和构造要要求3）最大焊焊脚尺寸寸，，是是薄焊焊件厚度度（mm）。对板板边焊缝缝还应满满足，为为板件件厚(mm)。一、受力力特征和和构造要要求4）侧焊缝缝，为减减轻剪应应力分布布不均匀匀的程度，对计计算最最大值加加以限制制，受静静荷载时时；受动荷荷载时，，（超过过部分计算不不考虑））。一、受力力特征和和构造要要求5）最小焊焊缝计算算长度及及。。6）在端焊焊缝的搭搭接连接接中，搭搭接长度度不得小小于焊件件较小厚厚度的五五倍，且且不小于于25mm。二、角焊焊缝的符符号三、角焊焊缝的强强度计算算1、角焊缝缝计算的的基本公公式对最薄弱弱面进行行受力分分析：受平面内内的应力力和和竖竖直向上上的应力力，，可再分解解为和和按第四强强度理论论有：1、角焊缝缝计算的的基本公公式带入公式式整理得：：令为为正面焊接接强度的的增大系系数，等于三、角焊焊缝的强强度计算算2、轴心力力（拉、、压）作作用时连连接计算算对于侧焊焊缝，只只有平行行于焊缝缝长度方方向的轴轴心力Ny承受静力力荷载或或间接承承受动力力荷载，，取为1.22；直接承承受动力力荷载时时取为1.0对于正面面焊缝，，只有垂垂直于焊焊缝长度度方向的的轴心力力Nx三、角焊焊缝的强强度计算算2、轴心力（拉拉、压）作用用时连接计算算先计算正面焊焊缝所能承受受的最大Nmax再按照N-Nmax验算侧面焊缝缝Nmax是平均分配在在两侧焊缝上上的三、角焊缝的的强度计算2、轴心力（拉拉、压）作用用时连接计算算肢背焊缝承担担N1=k1N;肢尖焊缝承担担N2=k2N三、角焊缝的的强度计算3、弯矩、剪力力和轴力共同同作用T型连接计算Ww：角焊缝有效效截面模量Aw：角焊缝有效效截面积三、角焊缝的的强度计算4、扭矩、剪力力共同作用下下搭接连接计计算为什么受扭矩矩？各焊缝到力P距离不等！！！三、角焊缝的的强度计算4、扭矩、剪力力共同作用下下搭接连接计计算假定：1）构件是刚性性的，角焊缝缝是弹性的；；2）构件绕形心心O转动，角焊缝缝任意点的应应力方向垂直直于该点与形形心的连线，，应力的大小小与其距离r的大小成正比比。第五节焊焊接应力和焊焊接变形一、焊接应力力和焊接变形形产生的原因因1、原因：电弧弧对钢板的不不均匀加热将沿焊缝方向上上的残余应力力称为纵向应力力，以σx表示；将垂直于焊缝方方向上的残余余应力称为横向应力力，以σy表示；对厚度方向上上的残余应应力以σz表示。一、焊接应应力和焊接接变形产生生的原因2、纵向焊接接应力平板对接时时焊缝上纵纵向应力沿沿焊缝长度度方向上的的分布（此图对于于低碳钢适适用，焊缝缝足够长））第五节焊焊接应力力和焊接变变形不同尺寸、、不同截面面上纵向残残余应力σx的分布（（对于低碳碳钢适用））不同材料上上纵向残余余应力在横横截面上的的分布焊缝纵向应应力沿板材材横向上的的分布a)低碳钢b)低合金钢高温区拉应应力低温区压应应力一、焊接应应力和焊接接变形产生生的原因3、横向焊接接应力=①+②①焊缝沿纵纵向收缩时时，两块钢钢板会向外外弯曲成弓弓形，这种种趋势被焊焊条金属所所阻止；②后焊部分分对先焊部部分的横向向拉应力一、焊接应应力和焊接接变形产生生的原因4、厚度方向向焊接应力力与上述两种种应力形成成了三向同同号拉应力力场使焊缝工作作极为不利利二、焊接残残余应力和和变形的危危害性及解解决措施1、减少或消消除焊接残残余应力的的措施(1)设计角度，，尽量避免免三向拉应应力的情况况(2)制造方面，，采取适当当的焊接次次序焊缝较厚时时采用分层层焊，焊缝缝较长时采采用分段焊焊(3)尽可能采用用对称焊缝缝2、减少或消消除焊接变变形的措施施(1)施焊前使构构件有一个个和焊接变变形相反的的预变形(2)采用合理的的装配和焊焊接顺序(3)对于小尺寸寸的杆件，，可在焊前前预热，或或焊后回火火加热到600℃左右，然后后缓慢冷却却，可消除除焊接变形形。(4)机械矫正：：锤击法第六节螺栓连接一、概述（一）螺栓栓的种类和和特性普通螺栓粗制螺栓，，精致螺栓栓高强螺栓摩擦型、承承压型锚固螺栓第三章钢钢结构的连连接1、普通螺栓栓粗制螺栓（（C级）：螺杆比栓栓孔直径小小1.0-1.5mm，安装制造造简单，成成本低，受受剪时产生生较大滑移移，工作性性能差精制螺栓（（A级、B级）：杆径与孔孔径基本相相同，间隙隙小，约0.3mm，表面光滑滑尺寸准确确，成本高高2、高强螺栓栓：用高强度钢钢材制成，，利用特制制扳手拧紧紧，产生很很大预拉力力，传递到到接触面，，产生很大大摩擦力摩擦型：完全依靠靠被连接件件之间的摩摩阻力传力力承压型：由摩阻力力和螺杆的的剪力、承承压共同传传力3、锚固螺栓栓孔径为杆径径的1.5倍，只能受受拉，不能能受剪第六节螺栓连接（二）连接接形式（对接、搭接接、顶接）按受力分第六节螺栓连接二、普通螺螺栓连接的的构造和计计算（一）构造造1、受力要求求M16,M18,M20,M22,M24,M27,M302、构造要求求3、施工要求求同一种构件件中宜用同种螺栓；；排列简单紧凑，便便于安装二、普通螺螺栓连接的的构造和计计算（一）构造造表3-3螺栓连接的的强度设计计（N/mm2）4.6级的含义：：4表示材料热热处理后的的最低抗拉拉强度fu为400N/mm26表示屈服强强度与最低低抗拉强度度的比值（屈强比））8.8级？(二)普通螺栓连连接的强度度计算1、单个螺栓栓的承载力力设计值抗剪螺栓螺栓被剪坏坏单个螺栓的的抗剪承载载力设计值值普通螺栓的的抗剪强度度设计值钢板被剪坏坏单个螺栓的的承压承载载力设计值值连接件中同同一受力方方向承压钢钢板总厚度度的较小值值螺栓的承压压强度设计计值(二)普通螺栓连连接的强度度计算2、板件受轴轴心力作用用的抗剪螺螺栓连接计计算（1）螺栓数目目的确定（2）构件净截截面强度计计算假定剪力平平均分配An：构件净截截面积f：钢板抗拉拉强度，表表2-4(二)普通螺栓连连接的强度度计算3、受扭矩和和剪力作用用的抗剪螺螺栓连接计计算假定：（1）钢板是刚性性的，螺栓栓是弹性的的；（2）钢板绕螺螺栓中心转转动，螺栓栓受的剪切切力N与r成正比，且且与r垂直。(二)普通螺栓连连接的强度度计算4、受拉力、、剪力和弯弯矩共同作作用的螺栓栓连接计算算单个螺栓的的抗拉承载载力设计值值抗拉螺栓单个螺栓抗抗拉承载力力设计值螺纹内径，，有效面积积，附录五五螺栓抗拉强强度设计值值(二)普通螺栓连连接的强度度计算4、受拉力、、剪力和弯弯矩共同作作用的螺栓栓连接计算算（1）当螺栓单单纯受拉时时，则连接接所需螺栓栓数目为：：单个螺栓抗抗拉承载力力设计值假设各螺栓栓承受的拉拉力相等4、受拉力、、剪力和弯弯矩共同作作用的螺栓栓连接计算算（2）螺栓同时时承受剪力力和拉力，，根据试验验研究，螺螺栓还应满满足相关公公式还应考虑板板件被压坏坏的情况：：单个螺栓承承受的剪力力单个螺栓承承受的拉力力单个螺栓抗抗剪承载力力设计值单个螺栓抗抗拉承载力力设计值单个螺栓承承压承载力力设计值4、受拉力、、剪力和弯弯矩共同作作用的螺栓栓连接计算算（3）螺栓同时时承受剪力力和弯矩——剪力较小的的情况②各螺栓绕最下面的的螺栓转动动（转动中心心）弯矩对于螺螺栓而言产产生拉力拉力大小与与该螺栓到