钢结构的连接方法

钢结构的连接方法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，工效高对材质要求咼，焊接程序严格，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，抗动力何载好费钢、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咼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，造价略高射钉、自攻螺栓连接灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力焊接连接及焊接结构的特性焊接方法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.、几\[T.刖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焊接结构特性焊接连接与铆钉、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。常见的焊接缺陷：裂纹、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满（相关知识一）•焊缝的缺陷形式•钢板用纵横十字交叉或T形交叉焊缝拼接•角焊缝的承载力计算公式来源•外力和角焊缝长度方向成夹角0时的斜焊缝计算•钢管节点连接焊缝构造与计算•角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数•搭接连接的角焊缝在扭矩、剪力作用下的计算假定•未焊透对接焊缝连接的构造要求和计算•圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝1、 焊缝的缺陷形式（图）

4^12、钢板用纵横十字交叉或T形交叉焊缝拼接钢板的拼接，当采用对接焊缝时，纵横两方向可采用十字形交叉或T形交叉。当为T形交叉时，交叉点的间距a不小于200mm （图）d>300<—t3、角焊缝的承载力计算公式来源角焊缝受力后的应力分布很复杂。目前主要以试验为基础，经偏于安全地修正后，建立角焊缝最小截面（450方向的有效截面）上三个相互垂直的应力之间的强度条件公式。

式中:心厂丄—作用于焊缝有效截面上，垂直于焊缝轴线方向的正应力和剪应力;打I——作用于焊缝有效截面上，平行于焊缝轴线方向的剪应力；――角焊缝的强度设计值。作用在焊缝上的外力N可分解成N、N和Nx和y轴都垂直于焊缝长度方向并平行

xy z。于两个直角边（焊脚），z轴沿焊缝长度方向，如图。大多数情况，N=0（或n=0）则破坏截面上沿x方向（或y方向）的正应力为",yx沿z方向的剪应力为J，且式中:he——角焊缝的有效厚度e

l——角焊缝的计算长度，取实际长度减去10mm。从图中可见，有效截面与焊脚边所在截面成45°，因而整理后可得从上式可见，正面角焊缝承载力是侧面角焊缝的1.22倍，比试验得到的1.35〜1.55倍要小。这是因为上述是通过偏于安全地修正的。考虑到正面角焊缝的塑性较差，故钢结构设计规范规定：直接承受动力荷载的结构中的直角角焊缝，不宜考虑正面角焊缝强度的提高，即公式中的系数1.22，改为1.0。因此，钢结构设计规范写成更一般的形式：DrawAspect="Content"ObjectID="_1065196809">式中： 按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力;——按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力； 正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，=1.22=1.0，对直接承受动力荷载的结构， 。4、外力和角焊缝长度方向成夹角时的斜焊缝计算&对于外力和焊缝轴线组成角的斜焊缝，如图所示，

可直接用斜焊缝的强度设计值增大系数，这时:N%=F1sin甌=F1cos^F，如日F，如日_Ns_F■cos8呻=石=札匕整理得：<21600,21600"o:spt="75"o:preferrelative="t"stroked="f"> <![endif]-->stroked="f"> <![endif]-->式中：式中：5、钢管节点连接焊缝构造与计算钢管结构的节点连接型式主要是采用对接连接，如图，钢管结构中的支管与主管连接焊缝沿钢管全周一般采用斜角角焊缝；也可部分采用角焊缝，部分采用对接焊缝图（b）、（c）、（d）分别为图（a）中a、b、c点处斜角角焊缝的截面型式。支管管壁与主管管壁之间的夹角如图（a）,小卅的区域宜采用对接焊缝或带坡口的角焊缝。支管与主管的连接焊缝应沿全周连续焊接，并平滑过渡。支管与主管的连接焊缝不论采用角焊缝还是对接焊缝，计算时可视为全周角焊缝。角焊缝的焊脚尺寸不宜大于支管壁厚的两倍。hf钢管节点连接焊缝计算公式为：= E_<>7式中：N——支管的轴心力；h 角焊缝的焊脚尺寸，hW2t；ffst、ts——主管、支管壁厚；$孑;——角焊缝的强度设计值;lw——支管与主管相交线长度。w当d/dW0.65时：lw=(3.25ds-0.025^X0534/sm^+0.466)当d/d>0.65时：s如=(3.81^-0.389^)(0.534/sin +0.466)式中：d、ds——主管、支管外径；s日一一支管轴线与主管轴线的夹角。支管与主管表面的相交线，是一条空间曲线，精确计算此空间曲线的长度很麻烦，不便于工程应用。上面式子可计算出相交线长度的近似值，而且偏于安全，完全满足工程要求6、角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数角钢类型分配系数角钢肢背K角钢肢尖K等边角钢0.700.30不等边角钢（短边相连）0.750.25不等边角钢（长边相连）0.650.357、 搭接连接的角焊缝在扭矩、剪力作用下的计算假定搭接连接的角焊缝在扭矩和剪力共同作用下的计算采用下列假定:①被连接件是绝对刚性的，而角焊缝是弹性的；②被连接件绕形心O旋转，角焊缝群上任意一点处的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与连线距离r成正比。8、 未焊透对接焊缝连接的构造要求和计算下列情况可能会采用未焊透的对接焊缝：①连接焊缝受力很小或不受力，焊缝主要起连系作用,而且要求焊接结构外观齐平美观,

这时就不必做成焊透的对接焊缝，可用不焊透的对接焊缝；②连接焊缝受力较大，采用焊透

的对接焊缝，其强度又不能充分利用；而采用角焊缝时，焊脚又过大，这时宜采用坡口加强的角焊缝。不焊透的对接焊缝截面型式如图所示。Cci)3)9)(c)"CoD. Cci)3)9)(c)"CoD. 形坡□江d〉U形坡口；〔6」形坡口由于未焊透，在连接处存在着缝隙，应力集中现象严重，可能使这里的焊缝脆断。不焊透的对接焊缝实际上与角焊缝的工作类似。《钢结构设计规范》(GBJ17—88)规定：不焊透的对接焊缝的强度按角焊缝强度公式计算，在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，取炖=1.22；其他情况取炖=1.0。焊缝有效厚度h的取值为eV形坡口匚"0°时，取he=s； 60°时，取he=0.75sU形、J形坡口，取he=s式中，s为坡口根部至焊缝表面的最短距离(不考虑焊缝的余高)；□为V形坡口的角度。焊缝有效厚度h应满足哄\站f为坡口所在焊件的较厚板件厚度，单位为emm。9、圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝如图。其抗剪强度计算为：式中：N——作用在连接处的轴心力；lw——焊缝的计算长度；wh——焊缝的有效厚度，对于圆钢与平板的连接，h=0.7h，圆钢与圆钢的连接,eef&=0.1（%+2爲）4血分别为大圆钢、小圆钢的直径，a为焊缝表面到两个圆钢公切线的距离。圆钢与圆钢、圆钢与钢板间的焊缝有效厚度，不应小于0.2倍圆钢直径（当焊接两圆钢的直径不同时，取平均直径）或3mm,并不大于1.2倍平板厚度，焊缝计算长度不应小于20mm。焊接形式1）按两焊件的相对位置分：2）对接焊缝按受力与焊缝方向分：a）直缝：作用力方向与焊缝方向正交b）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交（3） 角焊缝按受力与焊缝方向分：a） 端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直b） 侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行（4） 按焊缝连续性：a） 连续焊缝：受力较好b） 断续焊缝：易发生应力集中（5）按施工位置：俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好仰焊最差。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。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。对接焊缝的构造对接焊缝的形式：a）直边缝：适合板厚t10mmb） 单边V形：适合板厚t=10〜20mmc） 双边V形：适合板厚t=10〜20mmd） U形：适合板厚t>20mme） K形：适合板厚t>20mmf） X形：适合板厚t>20mm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。对接焊缝的构造处理（1） 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，计算时将焊缝长度两端各减去5mm。（2） 变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避免应力集中。（图）3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的斜边，避免应力集中。（图）对接焊缝的强度有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质量等级有关。焊接应力与焊接变形焊接变形：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。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。•焊接应力的形成和对钢结构的影响•焊接变形的产生和防止减少焊接应力和焊接变形的方法合理的焊缝设计焊接应力的形成和对钢结构的影响（1） 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1600。。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。（2） 焊接应力的分类倉纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力倉横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力倉厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。（3） 焊接应力的影响倉对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，但刚度降低；倉由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；倉降低疲劳强度;逐降低压杆的稳定性；倉使构件提前进入弹塑性工作阶段。焊接变形的产生和防止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