4钢结构的连接

第四章钢结构连接第一节连接的要求与方法一、连接的作用1、钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件，各构件再通过一定的安装连接而形成整体结构。2、连接部位应有足够的强度、刚度以及延性。3、连接方式直接影响结构的构造、制造工艺和工程造价。4、连接的质量直接影响到结构的安全和使用寿命。选择合适的连接方案和节点构造是钢结构设计中重要环节二、连接的方法钢结构的连接方法可根据连接件的不同分为焊接、铆接、螺栓连接，螺栓连接有普通螺栓连接和高强度螺栓连接。第四章钢结构连接1、焊缝连接优点是构造简单、不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密封性好、刚度大。缺点是焊接残余应力和残余变形对结构有不利影响，焊接结构的低温冷脆问题也比较突出。直接承受动载结构不适应焊缝连接外，焊接广泛应用于工民建钢结构和桥梁结构。第四章钢结构连接第四章钢结构连接2、螺栓普通螺栓和高强螺栓，可拆卸，干作业，施工方便，钢材用量大，不受季节影响，适用于安装连接和需要经常拆装的结构。3、铆钉铆钉连接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动力荷载结构的连接。缺点是构造复杂，用钢量多，目前已很少采用。第四章钢结构连接第四章钢结构连接第二节焊缝连接的特性一、常用的焊接方法钢结构中一般采用的焊接方法有电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。1、电弧焊电弧焊的质量比较可靠，是钢结构最常用的焊接方法。电弧焊可分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊。a、手工电弧焊药皮焊条（flux）、焊枪（electrodeholder），高温电弧熔融焊缝附近金属，焊药形成焊渣和保护气体，灵活方便。高空作用，焊后清渣、质量离散性大。第四章钢结构连接b、埋弧焊自动和半自动，将光焊丝埋在焊剂层下，通电后，由电弧的作用使焊丝和焊剂熔化。电流大、热量集中而熔深大，并且焊缝质量均匀，塑性好，冲击韧性高，效率高，用于车间构件成型。第四章钢结构连接2、气体保护焊用焊枪中喷出的惰性气体代替焊剂，焊丝可自动送入，如C02气体保护焊是以C02作为保护气体，使被熔化的金属不与空气接触，电弧加热集中，熔化深度大，焊接速度快，焊缝强度高，塑性好。第四章钢结构连接3、电渣焊利用电流通过熔渣所产生的电阻来熔化金属，焊丝作为电极伸人并穿过渣池，使渣池产生电阻热将焊件金属及焊丝熔化，沉积于熔池中，形成焊缝。一般用于厚板的焊接，需专用设备。第四章钢结构连接5、焊条和焊丝焊条和焊丝必须与焊接方法和钢材的品种匹配：（1）手工焊条－Q235钢采用E43焊条，Q345钢采用E50焊条，Q390和Q420钢采用E55焊条；（2）埋弧焊－Q235钢采用H08、H08A焊丝，Q345钢采用H08A、H08MnA和H10Mn2焊丝；（3）电渣焊－Q235钢采用H08MnA焊丝，Q345钢采用H08AMnMoA。（4）气体保护焊－H10MnSi、H08MnSi焊丝；第四章钢结构连接二、焊(缝)接连接的优缺点1、优点(1)不需打孔钻眼，省工省时，截面不减损，充分利用材料。(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)容易形成热影响区，金属组织和机械性能变化，焊缝附近材质变脆。(2)有残余应力发生脆性破坏和残余变形发生形变。(3)局部裂缝容易扩展到整体，低温下冷脆。第四章钢结构连接第四章钢结构连接第二节焊缝缺陷焊缝中可能存在裂纹、气孔、烧穿和未焊透等缺陷。裂纹气孔烧穿夹杂第四章钢结构连接第二节焊缝缺陷根部未焊透咬边焊缝层间未熔合焊瘤边缘未熔合焊缝质量检查：《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2002）规定：焊缝质量检查标准分为三级，其中三级只要求通过外观检查．即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无看得见的裂纹、咬边等缺陷。对重要结构或要求焊缝金属强度等于被焊金属强度的对接焊缝，必须进行一级或二级质量检验，即在外观检查后再做无损检验。第四章钢结构连接焊缝质量检查：二级要求用超声波检验每条焊缝的20％长度，一级要求用超声波检验每条焊缝全部长度。对承受动载的重要构件焊缝，还可增加射线探伤。焊缝质量与施焊条件有关，对于施焊条件较差的高空安装焊缝，其强度设计值应乘以折减系数0.9。第四章钢结构连接第四章钢结构连接第三节焊缝的连接型式及焊缝的型式一、连接形式焊缝连接型式按被连接构件间的相对位置分为对接(a-c)、搭接(d)、T形连接(e,f)和角接(g,h)四种。这些连接所采用的焊缝型式主要有对接焊缝和角焊缝。第四章钢结构连接二、焊缝型式对接焊缝按所受力的方向可分为对接正焊缝和对接斜焊缝。角焊缝长度方向垂直于力作用方向的称为正面角焊缝，角焊缝长度方向平行于力作用方向的称为侧面角焊缝。第四章钢结构连接焊缝按沿长度方向的分布情况来分，有连续角焊缝和断续角焊缝两种型式。连续角焊缝受力性能较好，为主要的角焊缝形式。断续角焊缝容易引起应力集中，重要结构中应避免采用，它只用于一些次要构件的连接或次要焊缝中第四章钢结构连接第四章钢结构连接焊缝按施焊位置分，有俯焊(平焊)、立焊、横焊、仰焊几种。俯焊的施焊工作方便，质量最易保证。立焊、横焊的质量及生产效串比俯焊的差一些。仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽量避免采用仰焊焊缝。第四章钢结构连接第四节焊缝的代号在钢结构施工图上要用焊缝代号标明焊缝型式、尺寸和辅助要求。焊缝符号由指引线和表示焊缝截面形状的基本符号组成，必要时可加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。第四章钢结构连接一、指引线二、基本符号－用以表示焊缝截面形状。角焊缝竖线在三角形的左边。第四章钢结构连接三、辅助符号－用以表示焊缝表面形状特征四、补充符号－补充说明焊缝的某些特征而采用的符号。第四章钢结构连接第四节对接焊缝的构造和计算一、对接焊缝的构造要求1、焊缝的形式t≤10mm，采用不切坡口I形缝。t=10~20mm时，采用有斜坡口的单边V形缝或双边v形缝。t≥20mm，采用U型缝、K形缝、x形缝。其中焊件厚度为t。保证焊缝焊透措施：坡口、清根、补焊以及事先加垫板第四章钢结构连接2、不同宽度或厚度钢板的拼接3、焊缝的起弧和落弧点为减小应力集中，当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差4mm以上，应分别在宽度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5(静力荷载)或1:4(动力荷载)的斜角。避免焊口缺陷保证等强度，将焊接的起弧点和落弧延伸至引弧板。4、对于焊透的T形连接焊缝第四章钢结构连接5、钢板的拼接采用对接焊缝在直接承受动载的结构中，为提高疲劳强度，应将对接焊缝的表面磨平，打磨方向应与应力方向平行。垂直于受力方向的焊缝应采用焊透的对接焊缝，不宜采用部分焊透的对接焊缝。第四章钢结构连接二、对接焊缝的计算对接焊缝应力分布情况基本与母材相同。对于重要构件，按照一、二级标准检验焊缝质量，焊缝和构件等强，不必另行计算。1、直焊缝受轴力N作用（1）焊缝的计算长度lw－采用引弧板施焊时，取焊缝实际长度；未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去2t；（2）应力计算：wwtcwNforfltN—轴心拉力或压力t—连接件中厚度较小者－对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值(表4.2)wcwtff、第四章钢结构连接焊缝的设计强度（1）与焊接工艺、焊缝形式、钢材标号、钢板的厚度有关。（2）对接焊缝－抗压、抗剪与钢材等强度，受拉时一、二级焊缝与钢材等强度、三级焊缝抗拉强度为钢材强度的85%。(3)角焊缝－Q235钢，抗压、抗拉和抗剪强度为160N/mm2，Q345钢，抗压、抗拉和抗剪强度为200N/mm2(表4.2)第四章钢结构连接2、直焊缝受剪力V和M作用剪应力计算正应力计算折算应力计算wtwMfWIw、Sw和Ww分别为由lw×t焊缝尺寸计算的截面特性。221131.1weqtf工字钢在腹板与翼缘交接处正应力和剪应力均较大第四章钢结构连接3、斜焊缝受轴力N作用当正缝连接的强度低于焊件的强度时，为了提高连接的承载能力，可改用斜缝，但用斜缝时焊件较费材料。作用力分解为法向分量Nsinθ和切向分量Ncosθ。第四章钢结构连接焊缝剪应力计算焊缝正应力计算折算应力计算1wwvNflt1wtwNflt221131.1weqtf规范规定当斜缝和作用力间交角θ符合tanθ=1.5时，可不计算焊缝强度。第四章钢结构连接4、弯矩、剪力和轴力同时作用最大正应力最大剪应力正应力和剪应力较大处的折算应力wtwwMNfWA221131.1weqtf第四章钢结构连接三、部分焊透的对接焊缝适用条件：钢板较厚，而板件连接受力较小。焊接轴心受压方形柱，由于焊缝主要起联系作用，就可以用部分焊透的坡口焊缝。在此情况下，用焊透的坡口焊缝并非重要，而采用角焊缝则外形不能平整。垂直焊缝长度方向受力，对于直接承受动力荷载的连接不宜采用；但当平行于焊缝长度方向受力时，其影响较小可以采用。第四章钢结构连接规范规定：设计中应按角焊缝的计算，取f=1.0，仅在垂直于焊缝长度的压力作用下，可取f=1.22。其有效厚度则取为：V形坡口，当a600时，he=s，当a600时，he=0.75s单边V形和K形坡口(图7-2lb，c)，a=450±50，he=s-3U、J形坡口，he=s其中，s为坡口跟部至焊缝表面(不考虑余高)的最短距离，a为V形坡口的夹角。当熔合线处截面边长等于或接近于最短距离s时，其抗剪强度设计值应按角焊缝的强度设计值乘以0.9采用。第四章钢结构连接计算实例：计算T形对接焊缝，已经牛腿翼缘宽度为130mm，厚度为12mm，腹板高200mm，厚10mm，牛腿承受竖向力设计值V＝150kN，e＝150mm，钢材为Q345，焊条E50型，施焊时无法引弧板，焊缝质量标准为三级。1、确定焊缝的计算长度：翼缘焊缝的计算长度为130-2×12＝106mm，腹板焊缝的计算长度为200-10＝190mm；2、计算焊缝有效截面的几何性质：形心轴的计算：110.61.20.619.01.010.76.6510.61.219.01.0ycm219.01.26.6513.55y计算截面的惯性矩：3234110.619.019.014.051.210.61.26.051350.331212xIcm3、截面处的计算荷载150,1500.1522.5VkNMVekNm4、验算翼缘处焊缝的应力翼缘上边处焊缝的拉应力：621422.566.510110.8265/1350.3310wttxMyfNmmI翼缘下边处焊缝的压应力：622422.5135.510225.78310/1350.3310wccxMyfNmmI剪应力：321501078.95/19010wVNmmA5、验算折算应力腹板下端点正应力和剪应力均较大，故验算腹板下端点的折算应力：22222113225.7878.95263.951.11.1265291.5/weqtfNmm焊缝满足要求。第四章钢结构连接第四节角焊缝的构造和计算一、角焊缝连接的构造和强度1、角焊缝应用广泛应用于钢板搭接、T形连接、角接、构件组装、加劲肋、铰接节点，施工简便。第四章钢结构连接2、角焊缝形式直角和斜角角焊缝，斜角焊缝，除钢管结构外，不宜作受力焊缝，不等边角焊缝以较小焊脚尺寸为hf在承受动力荷载的连接中，可采用平坡或凹焊缝。第四章钢结构连接2、角焊缝的应力分布A、侧面角焊缝作用力与焊缝方向平行；焊缝受剪应力为主，两端大而中间小；焊缝越长剪应力分布越不均匀；由于侧面角焊缝塑性较好，两端出现塑性变形，产生应力重分布，规范规定长度范围内，应力分布可趋于均匀。第四章钢结构连接B、正面角焊缝－端焊缝作用力与焊缝方向垂直，应力复杂，焊缝根部应力集中开裂。其破坏强度比侧面角焊缝高，但塑性变形要差。第四章钢结构连接3、角焊缝破坏面等边角焊缝的与两边焊脚成a/2角(直角角焊缝为450)的最小