3.【钢结构知识】.ppt

1、本章内容： 3.1连接方法3.2焊接方法和焊接形式3.3对接焊接的结构和计算3.4角焊的结构和计算3.5焊接应力和焊接变形3.6螺栓连接的结构要求3.7螺栓的工作性能和承载力3.8螺栓连接的设计管理，3.1连接方法钢结构的零件制作和整体安装要求零件和零件间钢结构的主要接合方法是焊接和螺栓接合，有时也使用铆钉接合。 焊接连接螺栓连接铆钉连接，3，(1)焊接连接，在被连接金属件间的间隙区域，在高温下使被连接金属和填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接的工艺称为焊接连接，填充金属带称为焊接。 焊接连接不削弱构件截面，接头紧凑，可以采用自动操作，是现代钢结构的最主要连接方法。 但是，由于焊接附近的高温作

2、用而形成的热影响部使钢材的金相组织和力学性能发生变化，材质变脆，局部发生裂纹时容易扩展，特别是在低温下容易变脆，另外，在焊接中发生焊接应力和焊接变形，多对结构的工作性能产生不良影响。 紧固方法，(2)螺栓紧固螺栓紧固需要在被紧固之间开孔，安装螺栓，拧紧螺母进行紧固。 5、螺栓(bolt )分为普通螺栓和高强度螺栓两种。 普通螺栓：分为a、b、c三个阶段。 a、b级螺栓称为精制螺栓，成本高，其性能等级为8.8级(表示拉伸强度为800N/mm2以上，屈服点和拉伸强度之比为0.8 )。 c级螺栓为粗制螺栓，低成本，性能等级为4.6级或4.8级。 高强度螺栓：高强度螺栓由优质碳钢或低合金钢制成，经热处

3、理，材料性能等级达到8.8级以上。 高强度螺栓根据工作性能分为摩擦型和受压型。 (3)铆钉连接铆钉(rivet )连接也可以在将铆钉插入铆钉孔后，对铆钉的端部进行加压铆接，充分加热铆接，常温下进行铆接。 铆钉连接的塑性、韧性好，连接变形小，承受动力载荷时的疲劳阻力性能好，适用于重型机械和直接承受动力载荷的结构。 但是，铆钉连接费很费工夫，噪音很大，所以一般不怎么被采用。 连接方法、3.2焊接方法和焊接形式3.2.1钢结构焊接方法很常用：电弧焊(手动电弧焊，自动(或半自动)埋弧焊)、气体保护电弧焊和电阻焊。 手动弧焊、手动弧焊的焊条必须与焊材钢材一致： Q235-E43； Q345-E50； q

4、 390-e 5，8，自动埋弧焊，埋弧焊的焊条必须与焊材钢材一致： Q235-H08、H08A、H08MnA； Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn、气体保护焊接：气体保护焊接简称气电焊，以惰性气体或二氧化碳气体为保护介质，在电弧周围形成局部保护层，为了使熔化的钢材不与空气接触，电弧加热集中，焊接速度快电阻焊接：电阻焊接是利用焊接物接触点表面的电阻产生的热来熔化金属，并在压力下进行焊接。 冷弯薄壁型钢焊接常用的这种接触点焊(图)。 电阻焊接适合板厚在12mm以下的焊接。 电阻焊接、焊接方法、3.2.2焊接形式和焊接连接形式的焊接形式主要有两种。 根据对接焊接和圆角焊接，焊接时焊工

5、具有的焊接棒与焊接物的相对位置关系，焊接除了采用：焊接形式、12 :上述主要形式之外，也可以采用焊接钉和槽焊接。 即，在板材上加工圆孔或槽孔，在孔内焊接一部分或全部。 焊接钉和槽焊接可以用于搭接连接，可以传递剪切力，防止搭接部分弯曲，也可以用于组件连接。 3.2.3焊接缺陷和焊接质量检测(1)焊接缺陷焊接常见缺陷：焊接连接中最危险的缺陷(defect )。 根据龟裂发生的时间，分为热龟裂和冷龟裂。(2)焊接质量检查和焊接强度焊接检查检查焊接及焊接热影响区域有无各种缺陷，进行相应的处理，评价焊接质量、性能是否满足设计要求，确保焊接的安全性。 达到不同质量检查等级的焊接，焊接的强度设计值也不同(参

6、照附表1.3 )。 钢结构设计规范(GB50017-2003 )是关于各种情况下焊接质量等级的要求而规定的，设计时是根据规范选择的。 3.2.4焊接号焊接号在钢结构施工图中表示焊接号，表示焊接形式、尺寸和辅助要求。 一般的焊接编号和标记方法如下：，表3.1焊接编号和标记方法，在焊接分布复杂的情况下，或者，用上述的标记方法不能明确表现的情况下，在标记焊接编号的同时，在图中标上格线显示焊接焊接编号、3.3对接焊接的结构和计算3.3.1对接焊接的结构对接焊接总是带坡口的形式，也称为坡口焊接。 一般的坡口形式有直线状、单边状、v状、u状、k状、x状(参照下图)。 做坡口是为了容易实施焊接，为了保证焊接

7、质量，必须根据焊接物的厚度选择不同的坡口形式。 坡口形状参数包括斜坡角度、钝边厚度p、间隙宽度c。 在焊接物的厚度t6mm (手动焊接)或t10mm (埋弧焊)的情况下，可以采用直角焊接，相对于一般的厚度(t820mm )，可以采用单边v或v焊接，灯口和间隙c形成焊棒可以焊接的空间，焊棒间隙c过大时，为了防止熔融金属溢出，可以采用垫板，实施焊接成形后，去除或留下垫板。 对接焊接的构造，对接焊接加上电弧板，对接焊接的构造，对接焊接的两端，因不能很好地熔化而产生凹状的焊口，焊口产生裂纹和应力集中。 因此，在焊接焊接时，在必须使用起弧板来消除该影响的特殊状况下不能使用圆弧板的情况下(t形接头的对接焊

8、接等)，各焊接的计算长度(有效长度)焊接长度2t(t是薄的焊接的厚度)。 在对接焊接的接缝处，两个焊接物的宽度或厚度相差4mm以上时，必须将宽度或厚度宽的一侧的板材分别与1:2.5以下的斜边和宽度或薄的焊接物焊接，使截面缓慢过渡，减小应力集中。 对接焊接的结构，3.3.2对接焊接的强度计算焊接的强度计算，计算焊接受到各种力时是否满足强度条件，以保证连接的可靠性。 (1)对接焊接受轴心力的作用，对接焊接垂直于轴力时，焊接截面的应力均匀分布，强度计算式为：式中n轴心的拉力或压力lw焊接的计算长度。 不使用电弧启动板时lw l2t，使用电弧启动板时lwl； l焊接的几何长度t被连接材的小厚度，在t形

9、连接中为腹板的厚度ftw、fcw对接焊接的拉伸、抗压强度设计值(参照附表1.3 )。 在焊接质量等级为1、2级的对接焊接中，其强度与钢材的强度相等。 因此，如果在连接中使用起弧板，钢材的强度满足焊接强度，可以不进行管理。 焊接质量为三级的焊接，强度比钢材的强度低，必须用式(3.1 )计算。 如果不满足对接焊接的强度计算、25、直焊接的强度，可以使用斜对接焊接(图)来增加焊接长度和减少应力。 若采用焊接和力之间的角度56.3o(tan 1.5)，则斜焊的强度不会低于钢材，也可以不加以管理。 (2)对接焊接的弯矩和剪切力起作用，对接焊接连接的山形轮廓图示出来，焊接的弯矩和剪切力起作用。截面上的正应

10、力、剪切应力的分布如图所示，上、下法兰边缘有最大的正应力，腹板中央部有最大的剪切应力，属于一个方向的应力状态，可以管理各两点的弯曲强度和剪切强度：另外，在法兰边缘和腹板的交点处如果考虑到换算应力仅局部出现，则焊接的强度设计值可以提高10，因此，计算式如下：m、v合作，式中的Iw焊接计算截面的惯性矩，计算Sw剪切应力部位以外的焊接，计算截面对中和轴的面积力矩的Ww焊接在式中的1腹板与法兰的交点上，由于弯曲力矩产生的正应力1腹板与法兰的交点的剪切应力、(3)对接焊接受到轴心力、弯曲力矩和剪切力的共同作用，使轴心力的作用产生的正应力与弯曲力矩产生的正应力重合。 此时，最大正应力是法兰边缘，在一个方向

11、上受力的剩馀部分受到正应力和剪切应力的作用，是两个方向的应力状态，其中法兰和腹板交点的正应力和剪切应力较大。 需要对上述两点进行强度管理，计算式如下：例3.1，3.4角焊接的结构和计算3.4.1角焊接的截面形式和受力性能， 角焊接的截面形式分为直角角焊接和斜角角焊接两种：其中直角角焊接的直角边长hf称为角角尺寸，he称为焊接的有效厚度，是计算角焊接的破坏面积的参数之一。 直角角焊接和截面形式，斜角角焊接和截面形式，角焊的结构，31，角焊根据受力的状况分为正面角焊和侧面角焊。 焊接的长度方向与力的作用方向垂直的角焊接称为正面角焊接(也称为端焊接)，与力的作用方向平行的角焊接称为侧角焊接(简称侧焊

12、)。 侧角焊接在外力的作用下主要受到剪应力，塑性好，强度低。 在弹性阶段，应力在焊接长度方向上分布不均匀，两端大中间小，断裂的起点总是焊接两端，断裂面约450斜面。 断裂过程(演示)、受力性能：正面角焊的应力状态比侧面角焊复杂，截面作用正应力和剪切应力。 正面角焊比侧面角焊强度高，但塑性差，应力集中在焊接的根部拐角处突出，在这里最先发生龟裂并被破坏。 在直接承受动态载荷的构造中，正面圆角焊接的截面平面式较好，侧面圆角焊接的截面常用凹面式。 受力性能：3.4.2焊缝焊接的结构要求，为了避免焊缝尺寸过大或过小引起的“烧伤”，“变脆”等缺陷，焊接长度过长或过短引起的焊接的受力不均等，对角焊接的焊缝计

13、算圆角焊接连接时，不仅要满足焊接的强度条件，还必须满足以下结构要求：1)最小圆角尺寸手动焊接：埋弧焊： t型连接的单面圆角焊接：式中tmax较厚的焊接厚度。 如果焊接件的厚度小于4mm，则最小圆角尺寸与焊接件的厚度相同。结构要求，2 )最大圆角尺寸式t薄的焊接物的厚度。 如果、两个钢板的厚度差很大，直角等腰焊接不能满足最大、最小圆角尺寸的要求，可以使用不等圆角尺寸满足右图的要求(其中t1t2 )。，焊缝焊接粘贴在焊板的边缘上进行焊接时，为了不发生“咬住”现象，焊缝焊接的最大焊缝尺寸为圆孔或槽孔内角焊接的最大焊缝尺寸为圆孔直径或槽孔短径的13是图示的要件3 )最小计算长度，本规定适用于正面圆角焊

14、接和侧面圆角焊接。结构要求，计算长度：4 )最大计算长度在侧面圆角焊接受到静力载荷或间接动力载荷的情况下，直接受到动力载荷的情况下，以满足力和结构要求为前提，从减小焊接热的影响的观点出发，必须尽量采用圆角尺寸小而长的焊接。 在总结设计时，焊接必须满足：圆角尺寸：结构要求，38，5 )其他结构要求，如果板材的端部仅用两侧角焊连接的话，为了避免应力传递过度弯曲，各侧角焊要避免构件的应力变得不均匀结构要求：同时，为了避免焊接的横向收缩引起板材翘曲，侧面圆角焊接之间的距离b不得大于16t(t12mm )或190mm(t12mm )。 t是薄焊接材料的厚度。 不符合上述规定时，请插入正面圆角焊接或焊钉。

15、 如果圆角焊接的端部位于构件拐角处，最好连续绕过拐角进行2hf焊接，以防止在应力集中的拐角处产生起弧缺陷。 在卷板连接中，卷板长度必须为焊接物的小厚度的5倍以上、25mm以上，减小焊接的收缩应力和偏心引起的旋转对连接的影响。 结构要求是，和断续圆角焊接长度l必须在10hf以上50mm以上，断续圆角焊接的间距e不要太长。 请不要因为断续太大而使连接变得紧密。 受压部件：间距e 15t拉伸部件：间距e30t t薄的焊接物的厚度。 结构要求：3.4.3在分析直角圆角焊接计算的基本式计算直角圆角焊接时，作为以下的假定和简化处理：假设圆角焊接破坏面和直角边的角度为45o，无视焊接溶解于焊接物的深度和焊接

16、表面的电弧高度，在破坏面上的等腰三角形的有效厚度he和焊接计算长度lw的积称为破坏面的有效截面积。 角焊接的计算概略图：因此角焊接的强度条件：式中，在与焊接的有效截面垂直的有效截面中垂直焊接的长度方向的剪应力有效截面中与焊接的长度方向平行的剪应力ffw角焊接的强度设计值，是角焊接的剪阻试验相当于焊接的单向拉伸强度设计值。 这是因为：世代(3.7 )式整理为：所以，可以从，基本式，式(3.8 )导出正面圆角焊接和侧面圆角焊接的计算式： Ny=0，f=0时，仅轴心力Nx起作用，焊接为正面圆角焊接，其计算式为：， Nx=0，f0时，只有轴心力Ny起作用，焊接是侧面圆角焊接，其计算式为： 式中： f是

17、被称为正面角焊接的静力载荷或间接受到动力载荷的结构中的正面角焊接，即正面角焊接的强度是侧面角焊接的强度的1.22倍，对于直接受到动力载荷的结构的正面角焊接，认为刚性大，韧性差，降低强度基本公式、lw圆角焊接的计算长度。 考虑到圆弧的影响，每个焊接的计算长度等于实际长度减去2hf。 公式(3.83.10 )是圆角焊接计算的基本公式。 基本公式在分析中简化了处理，但计算结果与试验结果一致，满足了圆角设计计算的要求。 在受到了、3.4.4各种力的状态下，直角焊缝连接计算(1)基于轴心力的焊缝连接计算罩连接可以采用两侧侧面焊缝连接，正面焊缝连接和三面焊缝连接。 仅连接、侧焊接的情况下，仅连接了用式(3.10 )计算的正面角焊的情况下，采用用式(3.9 )计算的三面焊接