模块二 起重机金属结构-连接课件讲解

02Second模块二港口起重机金属结构单元一起重机金属结构概述单元二起重机金属结构的材料单元三起重机金属结构的连接单元四起重机金属结构的基本受力构件单元三起重机金属结构的连接单元三起重机金属结构的连接金属结构制造和组装时，无论是由基本元件制成部件，或是由部件制成整体结构物，都必不可少的要用连接来实现。连接的好坏，对保证构件安全可靠地工作、提高其技术经济性能、改善作业条件、方便运输和安装等，都有重要的意义。金属结构的连接方法主要由铆钉连接、螺栓连接、焊缝连接、高强度螺栓连接和销轴连接，其中，铆接连接由于工艺复杂，费工费料，应用较少。电渣焊适用于焊接厚度和截面较大的构件，点焊适用于焊接钢管、钢筋和薄板。单元三起重机金属结构的连接焊缝连接焊缝连接源于20世纪，是将连接件局部加热成液态或胶体状态，采用压力或加填金属使之相互结合成整体的方法。其优点是制造简便、节省钢村、不削弱构件截面、连接刚度好以及易于实现自动化作业，生产效率较高。缺点是在内应力影响下，容易产生残余变形，焊缝对低温的敏感性大。起重机金属结构主要采用熔焊法中的气焊、电弧焊和电渣焊，以及压焊法中的点焊。单元三起重机金属结构的连接气焊利用氧气和乙炔气体燃烧发热来熔化焊件局部和焊条，以实现金属分子之间的治练结合或分离，主要用于薄板焊接和金属切割。电弧焊利用焊件与焊条（作为电极）之间的触发电弧产生高温来熔化焊件局部和焊条，以实现金属分子间的治炼结合。按工艺方法可分为焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊。焊条电弧焊的缺点是生产率低，焊接质量取決于焊工自身的技术。为提高生产率和保证焊缝质量，应尽量采用自动焊和氩气或二氧化碳气体保护焊。单元三起重机金属结构的连接焊条是产生电弧、构成焊缝实现焊接的主要工具与原料。涂药焊条用于焊条电弧焊；光焊条（焊丝）配合相应焊剂用于自动焊。焊接质量的好坏，不仅取决于所采用的焊接方法和工艺，还取决于连接的构造是否合理。焊接接头的基本形式及其特点根据两个被连接件之间的装配关系，各种焊接接头的基本型式如图2-2：a）对接接头

（b）盖板接头（c）搭接接头

（d）丁字接头

（e）十字接头

（f）角接接头单元三起重机金属结构的连接对接接头。对接接头是焊接连接中，接头处的形状变化最小，应力集中系数最小的接头型式。由于对接接头直接靠焊缝进行连接而没有其它附件，因此，用材省、自重轻，但要求下料尺寸和装配尺寸有较高的精度，接口装配要求平整对齐，间隙均匀，对于中厚板边还需开—定形状的坡口，以保证焊透。搭接接头和盖板接头。搭接接头和盖板接头的接头处形状有较大的变化，这不仅使接头的应力分布相当复杂，而且应力集中比对接接头严重得多。由于它们具有下料和装配简便的优点，所以仍应用于主要承受静载荷的结构中，以及承受较小载荷，强度条件不是主要矛盾的构件中。单元三起重机金属结构的连接丁字接头和十字接头。丁字接头和十字接头的构造合理、工作可靠。对于直接承受动载的重要接头宜采用开坡口的对接焊缝，对于主要承受静载荷或工作应力较小的接头，可采用角焊缝以便降低备料和装配要求。T型连接可用角焊缝直接连接，也可以将杆件边缘加工（开坡口），然后从一边或两边焊接，这时它与对接平缝的工作相似。角接接头。角接接头实际上是丁字接头的变相，因此，两者在使用性能上和工艺条件上都差不多。单元三起重机金属结构的连接焊缝的基本类型及构造焊缝的基本类型。根据接头焊缝区的形状和连接特点，焊缝可分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝（也称电焊铆钉）、槽焊缝（图2-3）。对接焊缝和角焊缝用得最多。对接接头通常是采用对接焊缝（若不焊透即为角焊缝），搭接接头一定是角焊缝，但丁字接头和角接接头，两种焊缝型式都可能采用，主要区别在于焊缝是否能够在板边整个厚度上连续焊透。对接焊缝的坡口形式及其选择原则。电弧焊对接焊缝开坡口的主要目的是为了保证焊透，当手工焊板厚超过6mm、自动焊或半自动焊板厚超过8mm，一般均应在焊接板边开坡口。图2-3焊缝的基本形式单元三起重机金属结构的连接坡口形式按其形状大致可分为I形、V形，X形、K形、J形和双面J形，坡口形式主要根据板厚和焊接方法来选择，同时还应考虑焊接工作量、坡口加工的难易、焊接变形的大小、工件翻转的难易程度和结构内部的可焊性等因素。例如，对同样厚度的对接接头，X形坡口焊缝比V形坡口焊缝能节省较多的焊接材料和焊接工时，焊接变形也小。但对于不能或不便双向施焊的结构以及无法翻转的大型结构，则选用V形或U形等单向施焊坡口。单元三起重机金属结构的连接

角焊缝的构造要求。根据角焊缝的受力和工艺特点，为了保证接头的质量，角焊缝构造应注意以下几点：焊缝高度的限制范围。为了保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂纹等缺陷，角焊缝的最小高度一般不应小于4mm，主要受力构件的工作焊缝不应小于6mm，当焊件厚度小于4mm时，则与焊件厚度相同，为了防止焊接过热而引起的焊件的“过烧”、过大的焊接应力和变形以及钢材的脆化，角焊缝的最大高度不应超过较薄焊件厚度的（1～1.2）倍；对于搭接接头，角焊缝的最大高度，还应符合下列要求：当δ≤6mm时，hf≤8，（δ指板厚，hf指焊缝高，下同）；当δ>6mm时，hf≤δ—（1～2）mm。单元三起重机金属结构的连接

角焊缝的最小和最大计算长度。考虑到焊接的局部加热作用，当起弧落弧的弧坑相距太近，焊接部分冷却速度过快，很易产生多种缺陷，造成严重的应力集中，使焊缝的可靠性变差。因此，在实际工程中，主要构件角焊缝的最小计算长度不得小于8hf，且不应小于40mm。考虑到侧焊缝的应力分布特点，在实际工程中，侧焊缝的最大计算长度规定为：对承受静载荷的，不宜大于60hf，对承受动载荷的，不宜大于40hf。当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧焊缝全长分布，其计算长度不受此限。3）焊缝的分布应当使焊缝截面的重心与被连接杆件截面的重心相重合或相接近。单元三起重机金属结构的连接

受动载荷的主要承载结构，角焊缝的表面应呈凹弧形或直线形。焊缝直角边的比例，对侧焊缝为1:1，对端焊缝为1:1.5（长边顺作用力方向）。

间断焊缝之间的净距。在次要构件或次要焊缝连接中，当连续角焊缝的计算厚度小于上述规定的最小厚度时，可采用间断焊缝。间断焊缝之间的净距：在受压构件中不应大于15δ，在受拉构件中不应大于30δ。单元三起重机金属结构的连接焊缝的工作性质焊缝根据其工作性质，即其传递内力的情况，可分为工作焊缝和联系焊缝。工作焊缝也称传力焊缝，焊缝一旦断裂，构件或结构就立即破坏失效。工作焊缝中的应力称为工作应力，一般需作强度计算，常采用连续焊缝。联系焊缝也称构造焊缝，理论上不传递内力，因此焊缝即使断裂，构件或结构仍能继续承载。联系焊缝中的应力称为联系应力，不需作强度计算，可以采用断续焊缝或连续焊缝。断续焊缝容易产生工艺缺陷，引起严重的应力集中，故对承受动载的结构往往采用连续焊缝。对于既有工作应力又有联系应力的焊缝，计算时只考虑工作应力，而不计联系应力。单元三起重机金属结构的连接焊缝在施工状态中的空间位置焊缝按施工状态中的空间位置位置可分为：俯焊缝、横焊缝、竖焊缝和仰焊缝。俯焊缝施焊方便，质量最好，其它焊缝施焊困难，质量差。在工厂焊接时，可将结构置于转台上施焊，以便使所有焊缝都能在俯焊位置焊接。没有条件改变施焊位置时，应尽量避免仰焊缝。单元三起重机金属结构的连接提高焊接连接疲劳强度合理构造根据大量的统计资料表明，金属结构由于疲劳而失效的约占失效结构的80%～90%。因此，疲劳断裂是金属结构失效的主要形式。港口起重机的金属结构，由于经常处于满载频繁的工作状态，结构的疲劳断裂已成为结构强度和工艺设计中比较突出的问题。疲劳一般从应力集中处开始，而焊接结构的疲劳往往从焊接接头处产生，特别是当构造因素和工艺缺陷所造成的局部应力集中发生在一起时。为此，设计重要的焊接接头时，应采取措施减小应力集中，提高焊接接头的疲劳强度，具体地说应注意如下几点：单元三起重机金属结构的连接

合理选材。根据结构使用要求，应尽量选用塑性高、韧性和抗裂性较好，并且焊接以后也不会明显降低机械性能的材料，尤其是采用高强度钢，更要慎重，因为高强度钢对应力集中更敏感，如果结构工艺处理不当，对疲劳强度影响很大。

便于结构施工。在设计焊接接头时，要充分考虑部件的装配顺序和焊接位置，以便于施工。并且尽可能采用自动焊和半自动焊；尽可能采用俯焊缝，避免仰焊缝，严格控制工地焊缝，焊接时尽量采用引弧板与收弧板，角焊缝做成直线的或凹形表面，尽量将焊缝表面磨平。

优先选用对接焊缝。实践证明，优良的对接焊缝的疲劳强度接近于主体金属。角焊缝因有较大的局部应力，疲劳强度只有对接焊缝的一半。单元三起重机金属结构的连接

合理设计焊接接头。应尽量采用应力集中情况比较小的焊接接头。对于传递应力的焊缝，应采用全断面焊透的对接焊缝或连续贴角焊，且应满足焊缝的构造要求。

合理设计截面和布置焊缝。构件截面设计应尽量使焊缝对称布置，以利于减小焊接变形；同时，必须避免截面的力流突变，以减少出现应力集中的危险；此外，焊缝应尽量避免密集和立体交叉，让次要的焊缝中断，主要的焊缝连续。焊缝不能布置在受拉高应力区，更不能布置在截面刚度急剧变化的部位。对于大型结构，必须特别注意部件坯料的加工精度和装配精度。不少情况，很难避免少量的错边、间隙、焊接变形等施工误差，所以在设计上也必须对这些加工误差作相应的考虑。

注意结构局部构造细节的处理。单元三起重机金属结构的连接1）在桁架结构中，要注意选择节点板的形状和连接焊缝的构造，如图2-4中，图（a）是比较合理的。图（b）和图（c）都是不太合理的，其中图（b）由于外形变化引起的应力集中恰好与焊缝的端部相重合，使应力集中的影响较为严重；图（c）由于采用搭接，使应力集中情况更为严重。2）注意与受拉翼缘相连接的零部件的构造细节。例如，在受拉翼缘上焊接连接板时，应采用对接焊缝并把连接板的两端加工成大圆弧过渡，如图2-5所示。图2-4桁架节点板的连接构造比较单元三起重机金属结构的连接3）对于受拉构件的设计，要特别注意连接部分的构造细节。如图2-6所示为H型截面拉杆的端部结构。图中件①和件②是由厚度和宽度都不等的板件相对接，在对接焊缝处钢板的厚度和宽度均应从一端逐渐改变，并使板厚和板宽做成不大于1:4的斜度，为了减小件③与件②连接端部处的应力集中，应将件③端部做成大圆弧形，以减小其局部连接刚度，此外，在连接端部应采用包角焊缝。图2-5受拉翼缘的连接构造图2-6拉杆端部的连接构造细节单元三起重机金属结构的连接螺栓连接普通螺栓主要有粗制和精制的两种。精制螺栓一般用中碳钢锻压热处理车制而成，表面光洁，尺寸精确，栓杆具有规定的允差，其价格较高，安装时，杆与孔的装配间隙靠公差保证，螺孔采用I类孔，即：在装配好的杆件上，按设计孔径钻孔；在单个杆件上，按设计孔径分别用钻模钻孔；在单个杆件上先钻成或冲成较小的孔径，然后再在装配好的杆件上扩钻至设计的孔径。粗制螺栓一般用低碳钢或中碳钢锻压后搓丝制成，螺杆表面不经特别加工，螺孔采用II类孔，即一般用画线而不用钻模钻成设计孔径的孔，螺孔直径一般比螺杆直径大1.5～3.0mm，粗制螺栓受剪性能很差，只能承受拉力，在有剪力作用的连接上必须采用一定数量的精制螺栓配合粗制螺栓工作。单元三起重机金属结构的连接螺栓连接的形式普通螺栓连接按其受力性质或者说按螺栓受力情况可分为三种类型：（1）剪力螺栓连接。（2）拉力螺栓连接。（3）拉-剪螺栓连接。单元三起重机金属结构的连接图（a）为搭接，搭接是将被连接的构件直接相互重叠，由于两构件不在同一平面内，当连接受载时会产生附加弯曲，并由此产生附加应力，且螺栓受单剪，所以这种连接形式仅用于次要的连接；图（b）为带拼接板的对接连接，当仅在一侧采用拼接板时，则受力情况与上面搭接情况一样，当在两侧对称地采用拼接板时，则螺栓受双剪并可防止板材的弯曲，所以连接的受力情况较好，图（c）为桁架节点的连接情况。（a）（b）（c）单元三起重机金属结构的连接受偏心力作用的“剪力螺栓”连接形式如图2-8所示，由于作用在连接上的力线不通过螺栓群的重心，连接存在偏心作用力矩。图2-9所示是螺栓受拉力的连接形式。在工程实际中，螺栓仅仅受拉力的连接情况并不多见，螺栓受拉又受剪的连接情况较多见，见图2-10所示。图2-10图2-9图2-8单元三起重机金属结构的连接螺栓连接的布置螺栓应根据构件的截面大小和受力特点进行布置，在满足连接构造要求和便于施工的条件下，应力求使构造简单，紧凑可靠。螺栓布置方式有两种：并列（图2-11（a））和错列（图2-11（b））。（a）并列

（b）错列图2-11螺栓排列及其最小距离单元三起重机金属结构的连接螺栓布置间距的极限尺寸应符合规范，控制螺栓最大允许距离的目的是为了保证被连接的板层贴合紧密，以免潮气侵入而引起锈蚀；约束螺栓最小允许距离的目的是为了便于拧紧螺母，避免过分的栓孔削弱。为了保证螺栓连接的可靠性，规范规定每一杆件在节点处或接头的一侧，螺栓数不得少于两个。沿受力方向，每行螺栓数不宜多于5个。对于重要结构，为了使连接受力合理，应尽量使螺栓群的重心落在杆件的重心线上，以免产生不必要的附加力矩。为了便于制造和安装，在整个结构中或同一类型的构件中，应尽量减少螺栓的直径规格。单元三起重机金属结构的连接高强度螺栓连接高强度螺栓的类型从力的传递方式来看，高强度螺栓连接可分为两类：摩擦型——依靠被连接件之间的摩擦力传递构件内力；承压型——除依靠摩擦力外，还通过螺栓受剪，孔壁承压共同传力。单元三起重机金属结构的连接承压型高强度螺栓连接，考虑连接滑移后螺栓杆与孔壁压紧而产生承压力，连接通过摩擦、剪切和承压的联合作用来传递构件内力，可以更有效地利用高强度螺栓的承载能力。但是，由于连接受载后存在滑移，所以构件必然产生与连接滑动相适应的变形，这种连接不适用于直接承受动载荷的结构和在连接处有反向内力作用的结构，因此在起重机承载结构中一般不采用此类连接。单元三起重机金属结构的连接高强度螺栓的使用高强度螺拴连接的形式和尺寸与普通螺栓连接基本上一样，所不同的是在安装这种螺栓时必须将螺帽拧得很紧，使螺栓中的预拉力达到屈服点的80%左右，从而对构件产生很高的预紧力。为安装方便，孔径比螺栓杆径约大1～2毫米，螺栓杆与孔壁并不接触，因此在外力作用下，高强度螺栓连接就全靠构件之间的摩擦来传递内力，而不发生滑动。高强度螺栓连接工作可靠，不易松动，安装迅速，施工方便，不仅可适合一般结构，也适用于受变化和动力载荷的重型结构，所以是一种很有发展前途的连接形式。在不宜采用焊接或粗制螺栓的安装连接中，或在受变化载荷作用的连接中，宜优先采用高强度螺栓连接。单元三起重机金属结构的连接为了使螺栓预拉力能均匀地由螺栓传给构件，需要在螺栓头和螺