钢结构连接 (3)

第4章 钢结构的连接,钢结构：由钢板、型钢、冷弯薄壁型钢等通过连接而组成的结构。,钢结构,钢材,连结,构造措施,§41 钢结构的连接方法及其应用P53,一、焊接weld（缝）连接：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝（weld seam）。借助原子或分子的结合把相互分离着的固体材料联成整体。,二、铆钉（接）（rivet）连接：,需在构件上开孔，用加热的铆钉铆合，费钢费工，少用；但传力可靠，韧性、塑性好，质量易于检查，在经常受动力荷载作用的结构，有时仍用。,（1） 普通螺栓精制（A、B级）粗制（C级螺栓）装卸方便，临时及次要结构常用（2） 高强螺栓摩擦型常用承压型承载力高,三、螺栓连接（bolt）：,§42 焊接方法、焊缝形式和质量等级P55,一、焊接方法1电弧焊利用通电后焊条和焊件间强大的电弧提供热源，熔化焊条，滴落在焊件上被电弧吹成的凹槽熔池中，与焊件熔化部分结成焊缝，将两焊件连成整体。,1）手工电弧焊,1 电源 2 导线 3 夹具 4 焊条 5电弧 6 焊件 7 焊缝,2）自动或半自动电弧焊,3）电渣焊,电渣焊主要有熔嘴电渣焊、非熔嘴电渣焊、丝极电渣焊、板极电渣焊等。 电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，将填充金属和母材熔化，凝固后形成金属原子间牢固连接。在开始焊接时，使焊丝与起焊槽短路起弧，不断加入少量固体焊剂，利用电弧的热量使之熔化，形成液态熔渣，待熔渣达到一定深度时，增加焊丝的送进速度，并降低电压，使焊丝插入渣池，电弧熄灭，从而转入电渣焊焊接过程。,4）电阻焊,5）气焊乙炔：用于薄钢板或小型结构中。 CO2气体保护焊加热集中、焊接速度快，强度比手工焊高，适合厚或特厚钢板。,用于薄壁型钢的焊接。,二、焊接接头及焊缝的形式P57,1、按构件的相对位置分：平(对）接、搭接和顶接(T形）。2、按焊缝形式分为：对接和角焊以及它们的组合连接。,对接焊缝：全焊透和部分焊透,角焊缝：直角和斜角,对接与角焊组合焊缝： 全焊透：增加角焊缝可减少应力集中，提高疲劳强度。部分焊透：减小坡口或焊脚尺寸，节约焊缝金属。,俯焊 立（横）焊 仰焊,3、按施焊位置分：俯（平）焊、横焊、立焊、仰焊,三、焊接结构的优缺点 （与铆钉、螺栓连接比较）,1、优点 (1) 不需打孔钻眼，截面不减损。(2) 不需要辅助零件，构造简单，(3) 气密性和水密性好，刚性大，整体性好。2、缺点 (1) 焊缝附近材质变脆。(2) 有残余应力和残余变形。(3) 低温冷脆。,四、焊缝符号及标准方法P59,按焊缝符合表示法（GB/T324-2008)和建筑结构制图标准(GB/T50105-2010)规定标注。完整的焊缝符号包括基本符号、指引线、补充符号、尺寸符号及数据等。为了简化，通常只标基本符号和指引线。,4.1 基本符号：表示焊缝横截面的基本形式或特征。,P62,五、焊缝质量等级P60,1、 裂纹最危险的缺陷,热裂纹 冷裂纹,2、气孔,气孔均匀分布,焊跟处,焊趾,焊缝的缺陷,3、其它缺陷,烧穿,夹渣,根部未焊透,边缘未熔合,焊缝层间未熔合,横焊缝咬边,平角焊缝咬边,平对接焊缝的咬边,横焊缝 的焊瘤,平角焊缝的焊瘤,平对接焊缝的焊瘤,钢结构工程施工及验收规范（GB502052001）规定：三个不同的质量标准。三级：外观检查其尺寸是否符合设计要求，有无裂纹、咬边等缺陷。二级：用超声波检验每条焊缝长度的20，一级：用超声波检验每条焊缝的全长。承受动载的重要构件焊缝，可增加射线探伤。施焊条件较差的高空安装焊缝，强度设计值应乘以 折减系数0.9。,P60 设计规范按焊缝受力性质和所处位置将焊缝质量分为三个等级。,P60 设计规范规定：结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等，选择不同的质量等级。,GB50017-2003,基本原则：拉高于压；动力高于静力；对接高于角焊。,§4.3 (全焊透)对接焊缝和对接与角接组合焊缝的构造和计算 P61,一、对接焊缝（ full penetration seam）的构造1、对接焊缝的形式：,引弧板,根部加垫板（没有条件补焊时）,焊透T形连接,不同宽度或厚度 钢板的拼接；,一般不大于1：2.5 ；动力不大于1：4。,2、全焊透的对接与角接组合焊缝：,外增焊角不小于t/4，疲劳验算t/2但不大于10.,3、对接焊缝的特点：1）用料经济，传力平顺。2）对承受动力荷载作用的结构有利。3） 焊件边缘需剖口加工。,二、对接焊缝的计算,1、轴心受力的对接焊缝的计算,t 连接件中厚度较小者；,lw 焊缝的计算长度，未加引弧板实际长度减2t；, 对接焊缝的抗拉、抗压设计强度P63表4.2。,2、斜向受力对接焊缝的计算, 斜向焊缝的计算长度，未加引弧板实际长度减2t,斜焊缝可提高承载力和抗动力荷载性能，但费材料。,tg1.5焊缝强度可不必计算, 对接焊缝的抗剪设计强度,3、受剪力作用的对接焊缝的计算,焊缝受剪是指作用通过焊缝形心，且平行焊缝长度方向。,假定剪力由腹板，且剪应力均匀分布。V/Aw,4、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝的计算,受拉区腹板与翼缘的交界处,5、轴力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝的计算,对工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘的交界处的折算应力：,例4.1,例题：P65,作业：P112,4.1,三、焊条表示（按化学成分或用途）：,1） 碳钢焊条GB/T51171995（2012）代号 E ； 结构钢焊条 J 2） 低合钢焊条 GB/T51181995 （2012）代号 E结构钢焊条 J，钼和铬钼耐热钢焊条 R低温钢焊条 W 3） 不锈钢焊条 GB/T9831995 （2012）代号 E ； 不锈钢焊条 G（铬），A（奥）,焊条型号和牌号表示：,1、碳钢焊条型号E×1 ×2 ×3 ×4 ； E表示电焊条×1 ×2表示熔敷金属deposited metal 抗拉强度的最小值（kgf/mm2)；×3表示焊条适用的位置；×4表示焊条药皮类型及电流种类。2、碳钢和低合金牌号J ×1 ×2 ×3 ； ×1 ×2 表示熔敷金属抗拉强度的最小值（kgf/mm2)；×3 表示焊条药皮类型及电流种类。,焊剂型号：,1）埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂（GB/T52931999）HJ ×1 ×2 ×3 ×4H × × ×HJ 表示埋弧焊用焊剂×1表示焊缝金属的拉伸力学性能×2表示拉伸试样和冲击试样的状态×3 表示焊缝金属冲击韧性值不小于34J/cm2时的最低试验温度H × × ×表示焊接试件用的典型焊丝牌号按（GB/T149571994）,表示碳素钢埋弧焊用焊剂采用HJ403 H08MnA焊丝，按（GB/T52931999）所规定的焊接参数焊接试件，焊态的焊缝金属的抗拉强度为420550Mpa，屈服强度不小于336Mpa，伸长率不小于22%，-30时的冲击韧性不小于34J/cm2,如： HJ403 H08MnA,2）低合金埋弧焊用焊剂（GB/T24701990）F ×1 ×2 ×3 ×4H × × ×F 表示低合金埋弧焊用焊剂×1表示焊缝金属的拉伸力学性能×2表示试样的状态×3 表示焊缝金属冲击吸收功的分级代号×4 表示焊剂渣系代号,表示低合金埋弧焊用焊剂采用H08MnMoA焊丝，按（GB/T12701990）所规定的焊接参数焊接试件，其试样经热处理后，焊缝金属的抗拉强度为480650Mpa，屈服强度不小于380Mpa，伸长率不小于22%，-20时的V形缺口冲击韧性不小于34J/cm2。,如： F5121 H08MnMoA,§44角焊缝的构造和计算P66,一、角焊缝连接的构造 1、角焊缝截面:直角和斜角角焊缝，斜角焊缝用于钢管结构焊脚高度hf ：不等边角焊缝为较小焊脚尺寸。,2、角焊缝的应力分布,1）侧面角焊缝,弹性阶段：两端大而中间小，越长剪应力分布越不均匀。塑性阶段：应力重分布，在规定的长度范围内，应力分布趋于均匀 。,2）正面角焊缝（端焊缝）,应力状态复杂，有正应力和剪应力，破坏强度高，塑性变形差。跟部应力集中，破坏从跟部开始，扩展至整个截面。应力沿焊缝长度的分布较均匀，两端的应力比中间略低。,3、角焊缝的尺寸限制,1）焊脚最小焊缝高度,自动焊，减1mm；T形连接的单面角焊缝，增加1mm；焊件厚度小于4mm时，与焊件厚度相同。2) 焊脚最大焊缝高度hfmax1.2tmin板件(厚度为t)的边缘焊缝最大hf，还应符合下列要求：(a)当t6mm时，hf t；(b)当t>6mm时，hf=t-(12)mm。两焊件厚度相差悬殊，可用不等焊脚尺寸。P63,3）焊缝最小长度lfmin8hf +2tf或40mm。 4）焊缝最大长度lfmax60hf静荷，40hf 动荷 5）角焊缝的其他构造要求：a) 杆件与节点板的连接焊缝，一般采用两面侧焊，或三面围焊。,b) 角钢杆件可用L形围焊，转角处须连续施焊。c) 角焊缝的端部在构件转角处，作长2hf的绕角焊。,d) 板件仅两条侧焊缝连接时，要求lwb；b16t(t>12mm时)或190mm(t12mm时)，t较薄焊件厚度。,当b不满足时，加正面角焊缝，或加槽焊、塞焊。,e) 搭接连接：不能只用一条正面角焊缝，搭接长度不得小于焊件较小厚度的五倍，且不得小于25mm。,二、角焊缝的受力特点及强度P68,1.角焊缝破坏面直角角焊缝：1) 侧焊缝以45°“咽喉截面”破坏居多；2) 端焊的强度是侧焊的1.351.55倍。计算假定：破坏面为45°截面，有效厚度 he=0.7hf应力不分抗拉、抗压或抗剪都采用同一强度设计值ffw 。,2.角焊缝破坏面上的应力：,复杂应力状态下，按强度理论。,3.实用计算公式：,将应力沿焊缝轴线和垂直焊缝轴线分解：,将 、 、 代入上述公式,整理后得实用计算公式：,f按焊缝有效截面计算垂直于焊缝长度方向的应力； f按焊缝有效截面计算沿焊缝长度方向的剪应力； f端焊缝强度增大系数，静力荷载为1.22，动力荷载为1.0 。,(4.10),三、角焊缝的计算P68：,1、焊缝受轴心拉力或压力（端焊缝）作用时,lw 焊缝的有效长度， 每条焊 缝取实际长度减去2hf 。,3、焊缝受弯矩作用,2、焊缝受轴心剪力（侧焊缝）,4、轴心力、弯矩、剪力共同作用时的角焊缝计算P75,计算步骤： （1）求单独外力作用下角焊缝的应力。判断是正应力还是剪应力；(2) 将各种外力作用下产生的应力迭加。注意：取截面上同一点的应力进行迭加(3) 代入下式计算。,5、角钢连接焊缝的计算：P71,分配系数：,双面焊接 肢背：,肢尖：,肢尖：,肢背：,三面围焊： 端面所受的力,P72 表4.4,P73 例题4-2 ：,例4-3：,例4-4:,作业：P112,4.2 4.3,6、扭矩作用下连接焊缝的计算：P77,1 焊缝群受扭：计算假定：1) 被连接构件绝对刚性，焊缝弹性2) 被连接构件绕焊缝有效截面形心旋转焊缝上任一点的应力方向垂直该点与形心的连线，且应力的大小与其距离r的大小成正比。,角焊缝有效截面上A点应力计算公式：,J=Ix+Iy,将应力沿x轴和y轴分解,代入公式得,7、扭矩、剪力、轴力共同作用下连接焊缝的计算,解题步骤：（1）求焊缝有效截面的形心x、y （2）将外力向形心简化 （3）计算截面特性值Ix、Iy、A （4）计算最危险点应力 （5）验算焊缝强度,剪力产生的,轴力产生的,代入,扭矩产生的,P78 例4.5,作业：P112,4.5 4.6,§46 斜角角焊缝有效厚度： 见P79(略),当600a1350时，he =hfcos(/2)(根部间隙b，bl或b21.5mm)或 (b， bl或b2>1.5mm但5mm)， 为两焊脚边的夹角；斜角角焊缝计算时，取f=1.0。,