钢结构制作与安装（第4版）课件：钢结构的连接

钢结构的连接课题1钢结构的连接种类、特点螺栓连接焊缝连接铆钉连接钢结构连接的种类：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接.螺栓连接铆钉连接焊接连接螺栓连接焊缝连接铆钉连接优点：*构造简单任何形式的构件都可直接相连。*用料经济不削弱截面。*制作加工方便可实现自动化操作。*连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。

1、焊缝连接现代钢结构最基本的连接方式，应用广泛。螺栓连接焊缝连接铆钉连接缺点*材质易变脆。低温冷脆问题较为突出。*产生残余应力、残余应变、焊接缺陷。对裂纹十分敏感。*降低压杆稳定、影响疲劳强度。螺栓连接焊缝连接铆钉连接2.螺栓连接缺点优点1）施工简单，拆装方便。2）摩擦型高强度螺栓连接动力性能好。3）耐疲劳，易阻止裂纹扩展。1）费料、开孔截面削弱。2）螺栓孔加工精度要求高。螺栓连接焊缝连接铆钉连接3.铆钉连接缺点费工费料、劳动强度高。优点传力可靠，塑性、韧性好，动力性能好。课题2焊接方法、焊缝形式及标注焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法1焊接方法电弧焊1）焊条电弧焊2）自动或半自动埋弧焊3）气体保护焊焊接方法有：电弧焊、电阻焊、气焊。常用电弧焊。

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法1）焊条电弧焊

焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧原理：利用电弧产生热量熔化涂有焊药的焊条和母材形成焊缝。

优点：方便，适应性强，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接，应用最广泛。焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--E5518)Q345钢选择E50型焊条(E5001--E5048)Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)B、焊条的表示方法：E—焊条(Electrode)第1、2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第3、4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法2）埋弧焊（自动或半自动）光焊丝埋在焊剂下，通电后电弧使焊丝、焊件、焊剂熔化形成焊缝。焊剂溶化后形成焊渣浮在溶化金属表面，隔绝空气接触，供给必要的合金元素。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊丝转盘送丝器焊剂漏斗焊剂熔渣焊件焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法3）气体保护焊利用焊枪喷出的CO2或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体的侵入。

优点：没有熔渣，焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件受限制，不适用于在风较大的地方施焊。焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法2焊接连接的形式

焊接连接的形式按被连接钢材的相互位置：分为对接、搭接、T形连接和角部连接。有拼接盖板的对接连接对接连接

搭接连接焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法T形连接角部连接焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法

3、焊缝的标注

焊缝的结构形式用焊缝代号来表示，焊缝代号主要由：基本符号、辅助符号、补充符号、指引线和焊缝尺寸等组成。1、指引线

采用细实线绘制，一般由带箭头的指引线（称为箭头线）和两条基准线（其中一条为实线，另一条为虚线，基准线一般与图纸标题栏的长边平行）必要时可以加上尾部（90°夹角的两条细实线。焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法2、箭头线当箭头线直接指向焊缝时，基本符号应标注在实线侧。当箭头线指向焊缝的另一侧时，基本符号应标注在基准线的虚线侧。焊缝在箭头侧焊缝在非箭头侧焊缝连接的形式焊接方法焊缝连接的缺陷焊缝符号及标注方法3、焊缝基本符号焊缝基本符号是表示焊缝横断面形状的符号。见教材表3-1列出常见的基本符号，其它详见《焊缝符号表示法》。）。5、焊缝尺寸符号基本符号必要时可附带有尺寸符号及数据，这些尺寸符号见教材表3-4。4、补充符号补充符号是为了补充说明焊缝或接头的某些特征而采用的符号，见表教材3-3。课题3对接焊缝连接对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造1对接焊缝连接的形式和构造1)对接焊缝按受力与焊缝方向分:直对接焊缝、斜对接焊缝.直对接焊缝

斜对接焊缝对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造1、对接焊缝的坡口形式

对接焊缝常做成带坡口的形式，故又称为坡口焊缝。坡口的形式的选择：根据焊件厚度按保证焊缝质量，便于施焊及减小焊缝截面积的原则选用。

常用的坡口形式如下：I形缝带钝边单边V形缝带钝边V形缝（Y形缝）对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造带钝边U形缝带钝边K形缝X形缝钝边：沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分p称为钝边。钝边的作用：是防止根部烧穿。对于没有条件清根和补焊者，要事先加垫板。对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造2、变截面钢板拼接a）钢板宽度不同b）钢板厚度不同c）当厚度差不大于规定值时，由焊缝找坡，计算时，焊缝厚度取较薄板厚度。对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造3、引弧板

对接焊缝的起弧和落弧，常因不能熔透而出现凹形的焊口，焊口处常产生裂纹和应力集中。施焊时可采用引弧板消除此影响；焊后将引弧板切除，并用砂轮将表面磨平。引弧板对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造2

对接焊缝连接的计算1.对接焊缝在轴心力作用下的计算N——轴心拉力或压力设计值；lw——焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度；t——连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度

；ftw、fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。与构件母材强度计算方法相同，采用材料力学的计算公式。NNlt对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造当正对接焊缝的连接强度低于焊件的连接强度时，可改用斜对接焊缝。bl

w——斜焊缝计算长度。加引弧板时，l

w＝b/sinq；不加引弧板时，lw′＝b/sinq-2t。

fvw——对接焊缝抗剪设计强度。规范规定，当斜焊缝倾角

≤56.3°，即tan

≤1.5时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造2.对接焊缝在弯矩和剪力作用下的计算焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。

M——焊缝承受的弯矩；Ww——焊缝截面模量。V——焊缝承受的剪力；Iw——焊缝计算截面惯性矩；Sw——焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩。对接焊缝连接的计算对接焊缝连接的形式和构造对于工字形、箱形、T形等构件除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力：式中：

1、

1——验算点处（腹板、翼缘交接点）的正应力和剪应力。1.1为考虑到最大折算应力只在焊缝局部出现，而将焊缝强度设计值适当提高的系数。课题4角焊缝连接角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求1角焊缝形式

1、角焊缝按受力与焊缝方向分：

正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。

侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。

斜焊缝：焊缝轴线方向倾斜于作用力方向角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求

连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。

间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。

2、角焊缝按沿长度方向的布置分：注意:1.L不宜过长在受压构件中L≤15t

在受拉构件中L≤30t

（t为较薄焊件的厚度）2.不重要或受力小的构件，可采用间断角焊缝连接。连续角焊缝bl间隔角焊缝角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求3、角焊缝按焊缝的施焊位置分：平焊、立焊、横焊和仰焊。

平焊（仰焊）施焊方便，质量易于保证；仰焊操作条件最差，质量不易保证，应尽量避免。平焊立焊焊条仰焊横焊角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求4、按角焊缝的截面分直角角焊缝：两边夹角一般为900。斜角角焊缝：夹角大于1350或小于600。除钢管结构外，一般不宜用作受力焊缝。

角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求

（a）普通型（b）平坦型（c）凹面型

直角角焊缝截面he

＝hfcos45°=0.7hf角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求斜角角焊缝截面（d）锐角焊缝（e）钝角普通型焊缝（f）钝角凹面角焊缝hehehehf—焊脚尺寸；—焊脚边的夹角；

he—有效厚度（破坏面上焊缝厚度）

he

＝hfcos(/2)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。角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求hfmax≤1.2t

t—较薄焊件的板厚。

1)最大焊脚尺寸(hfmax)

对板件（厚度t）边缘的角焊缝（贴边焊） 当t≤6mm时，hfmax≤t

；

当t＞6mm时，hfmax≤t-(1～2)mm。为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接残余应力和残余变形。hf,max应满足以下要求:贴边焊2角焊缝的构造要求角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂。2)最小焊脚尺寸(hf,min)手工焊角焊缝：t—较厚焊件的厚度。自动焊（熔深较大）：T形连接单面角焊缝：角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求3)最小计算长度（lwmin）

为了使焊缝能有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：lwmin≥8hf和40mm4)侧焊缝最大计算长度（lwmax）

lwmax≤60hf

若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。

角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求5)搭接长度要求

仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍或25mm。≥5t及25mmtblw侧焊缝引起焊件拱曲为了避免焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，两侧面角焊缝距离不宜过大。

b≤16t（t>12mm）或190mm（t≤12mm）；6)构件端部仅有两边侧缝连接角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求

7)绕角焊

所有围焊的转角应连续施焊，当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避开起落弧发生在转角处的应力集中。2hf2hf绕角焊缝角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求3角焊缝连接的计算1)侧面角焊缝连接Slw－连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和1、角焊缝受轴心力作用的计算角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求2)正面角焊缝连接3)采用三面围焊连接正面角焊缝承担的内力：侧面角焊缝的强度：角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求桁架腹杆节点板的连接2、角钢的连接的角焊缝受轴心力作用下的计算角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求1)仅用侧面焊缝连接解上式得肢背和肢尖的受力为：由平衡条件得：NN1N2e1e2角钢的侧缝连接肢背肢尖K1、K2—角钢肢背、肢尖焊缝的内力分配系数肢背、肢尖焊缝强度：角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求角钢角焊缝内力分配系数K角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求

b)角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3

，

并算出它所能承受的内力N3

：通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为:N2N1N3e1e2肢背、肢尖焊缝强度：角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求c)当采用L形围焊时，令N2＝0，得：L形围焊角焊缝计算公式为：肢背侧面角焊缝：正面角焊缝：N1N3e1e2角焊缝连接的计算角焊缝连接的形式角焊缝连接的构造要求3.弯矩、剪力、轴力共同作用下角焊缝计算危险点A的受力：课题5螺栓连接1螺栓连接的特点、类型

螺栓连接分为：普通螺栓连接、高强度螺栓连接。普通螺栓：通常采用Q235钢制成。高强度螺栓：用高强度钢材经热处理制成；预应力螺栓。普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算1)A、B级精制螺栓

由毛坯在车床上切削加工精制而成，孔径d0=d+0.3～0.5mm，强度等级为8.8级。受剪性能好，但制作安装复杂，价格较高，已很少采用。普通螺栓共分A、B、C三级。1、普通螺栓连接普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算2)C级粗制螺栓

采用圆钢压制而成，大六角头；孔径d0=d+1.5～3mm，强度等级为4.6、4.8级。应用：适于受拉连接；一般静力荷载构件、间接动力荷载次要构件及临时构件的连接。普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算2、高强螺栓连接按抗剪受力性能分：高强螺栓摩擦型连接高强螺栓承压型连接。

高强螺栓摩擦型连接：剪力不超过最大摩擦力,板件不会发生相对滑移变形只靠摩擦阻力传力，以剪力达到接触面的摩擦力作为承载力极限状态。

高强螺栓承压型连接：

抗剪设计时，允许外剪力超过最大摩擦力，被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触.以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算高强螺栓摩擦型连接：变形小，施工较简单，适用于承受动力荷载的结构。高强螺栓承压型连接：承载力高于摩擦型连接，连接紧凑，剪切变形大，不能用于承受动力荷载的结构。普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算2普通螺栓连接的构造1、螺栓的规格1）代号:M和公称直径的毫米数。例M16、M20;建筑工程中常采用M16、M20、M24、M27、M30等。2）图例符号普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算2、螺栓的排列B错列A并列中距中距边距边距端距并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面的削弱较大；错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓空排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算

限制最小容许距离的目的：减小板件的应力集中；防止钢板端部剪断；防止钢板面积削弱过多；为方便施工需要。

限制最大容许距离的目的：防止构件凸曲现象；防止连接件的接触面不够紧密，易腐蚀。普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算螺栓的最大、最小容许距离普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算

1）每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。2）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防止螺帽松动

的有效措施。3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。承

受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装

连接中，也可用C级螺栓受剪。

3、螺栓连接的构造要求普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算N（B）受拉力螺栓F（C）剪力和拉力共同作用F（A）受剪螺栓普通螺栓连接按传力形式分：3普通螺栓连接受剪、受拉时的工作性能普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算1、

受剪普通螺栓连接的计算1）受剪普通螺栓连接的破坏形式栓杆被剪断孔壁承压破坏板件净截面破坏板件冲剪破坏栓杆弯曲破坏

普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算2）单个螺栓抗剪承载力计算单个剪力螺栓的设计承载力：受剪承载力设计值：承压承载力设计值：t1t2t1t2t3普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算3）轴心力作用下普通螺栓群抗剪连接计算连接所需螺栓数为：连接所需栓数：当l1≤15d0时连接所需螺栓数:连接板净截面强度:普通螺栓连接的构造与计算螺栓连接的特点、类型高强螺栓连接的构造与计算2、

受拉普通螺栓连接的计算一个拉力螺栓的