第3章钢结构的连接课件2

钢结构设计原理土木工程专业第3章钢结构的连接第3章钢结构的连接连接方式和特点角焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算焊接残余应力和残余变形普通螺栓的构造和计算高强度螺栓的构造和计算钢结构设计原理土木工程专业第3章钢结构的连接1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方法及构造要求；3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。大纲要求钢结构设计原理土木工程专业3.1钢结构常用的连接方法及特点铆钉连接螺栓连接焊缝连接3.1钢结构常用连接方法及特点钢构件的连接方法有焊接、紧固件连接(螺栓连接、射钉、自攻钉、拉铆钉)及铆接三种。钢结构设计原理土木工程专业南京大胜关长江大桥高强螺栓连接施工铆接连接广州电视塔外筒钢结构焊接施工3.1钢结构常用连接方法及特点钢结构设计原理土木工程专业焊接的特点•材质易变脆•产生残余应力、残余变形、焊接缺陷•对钢结构疲劳、稳定有不利影响•较多地依赖焊工的技能水平缺点现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛优点•构造简单—任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件•省工省料—加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面•施工快速—可自动化操作•连接的密闭性好，刚度大，整体性好3.1钢结构常用连接方法及特点钢结构设计原理土木工程专业螺栓连接的特点•施工简单，装拆方便，对安装工的要求高•摩擦型高强度螺栓连接动力性能好•耐疲劳，易阻止裂纹扩展•费料、开孔截面削弱•螺栓孔加工精度要求高优点缺点工厂构件焊接、工地节点螺栓连接钢结构发展方向3.1钢结构常用连接方法及特点钢结构设计原理土木工程专业传统铆钉的连接特点优点缺点塑性、韧性好，动力性能好费料、加热铆合过程极其费工目前承重钢结构连接中已很少应用3.1钢结构常用连接方法及特点钢结构设计原理土木工程专业栓（焊）钉连接的特点•栓钉将钢板与混凝土板连接起来•栓钉承受剪力3.1钢结构常用连接方法及特点钢结构设计原理土木工程专业射钉、自攻螺钉、新型铆钉射钉枪•用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接•可采用射枪、铆枪等专用工具安装3.1钢结构常用连接方法及特点钢结构设计原理土木工程专业1.电弧焊2.气体保护焊3.电渣焊4.气焊5.电阻焊（1）手工电弧焊（2）自动埋弧焊（3）半自动埋弧焊3.2焊接连接的形式和焊缝质量3.2焊接连接的形式和焊缝质量一、钢结构常用焊接方法钢结构设计原理土木工程专业1.手工电弧焊A、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。焊机导线熔池焊条焊钳保护气体焊件电弧3.2焊接连接的形式和焊缝质量原理：•采用涂有焊药的焊条•通电后，焊条与焊件之间产生电弧•高热量使焊条熔化和母材形成焊缝交流弧焊机直流弧焊机焊条钢结构设计原理土木工程专业B、焊条的表示方法：E—焊条(Electrode)第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第3位数字代表焊接的位置，第3、4位数字代表适用电源种类及药皮类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328)Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048)Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)C、优、缺点3.2焊接连接的形式和焊缝质量钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量2.埋弧焊（自动或半自动）•采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下•通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝•熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上埋弧焊时焊缝的形成埋弧自动焊的焊接过程钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量A、焊丝的选择应与焊件等强度。B、优、缺点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：需专用焊接设备，设备投资大，施工位置受限等。电脑自动埋弧焊生产线埋弧自动焊机钢结构设计原理土木工程专业•采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝•电弧使焊丝熔化形成焊缝•CO2气体保护被焊金属与空气接触3.气体保护焊逆变CO2气体保护焊机CO2气体保护焊CO2气体保护焊丝3.2焊接连接的形式和焊缝质量钢结构设计原理土木工程专业优点：二氧化碳气体保护焊施焊时焊缝被保护，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接加热集中，焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流时电弧也能稳定燃烧，是一种高效率，低成本的焊接方法。缺点：焊缝熔深浅，只适合于焊接＜6mm薄板。3.2焊接连接的形式和焊缝质量钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量焊缝形式:正对接焊缝正对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝T型对接焊缝T型对接焊缝（1）对接焊缝（2）角焊缝钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量角焊缝钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量对接焊缝钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量对接焊缝的坡口形式:对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施工条件有关。t--焊件厚度(1)当:t≤6mm(手工焊),t≤10mm(埋弧焊)时可不做坡口,采用直边缝;(2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口;(3)t20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量C=0.5~2mm（a）C=2~3mm（b）αC=2~3mm（C）αp（d）C=3~4mmpC=3~4mmp（e）C=3~4mmp（f）引弧板钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量角焊缝的分类直角焊缝斜角焊缝钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量二、焊接连接形式和焊缝形式焊接前根据焊接部位的形状、尺寸、受力的不同，选择合适的接头类型。常见的接头型式有对接、搭接、T形连接和角接等。常见的连接形式钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量对接搭接T形连接角接钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量按施焊位置分为：俯焊横焊立焊仰焊质量好质量一般质量差钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量三、焊接质量焊缝缺陷：热裂纹冷裂纹气孔根部未焊透边缘未熔合焊缝层间未熔合咬边焊瘤烧穿夹渣钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量肉眼外观检查＋超声波用于有较大拉应力的较重要连接肉眼外观检查用于一般连接肉眼外观检查＋超声波＋X射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接焊缝质量检验超声波检测设备钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量四、焊缝符号作用：表明焊缝形式、尺寸和辅助要求表示方法：指引线、基本符号，必要时加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸；指引线：基准线（一实一虚）和箭头线；基本符号：表示焊缝的形状钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量正面焊缝安装焊缝背面焊缝钢结构设计原理土木工程专业3.2焊接连接的形式和焊缝质量钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算3.3角焊缝的构造要求和计算一、角焊缝的构造1.角焊缝的分类直角焊缝斜角焊缝角焊缝按其与作用力的关系分为正面角焊缝（端焊缝），侧面角焊缝和斜焊缝。端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算正面角焊缝钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算斜焊缝钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算普通型深熔型平坡型直角焊缝截面形式适宜动力荷载，但施焊不便施焊方便，最常用钢结构设计原理土木工程专业2.角焊缝的计算厚度ehhfhf普通焊缝hf1.5hf平坡焊缝（1）直角角焊缝hfhf深熔焊缝（2）斜角角焊缝:对于α135°或α60°斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfαhfhfhfαa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hfcoshfhfαhfhfαα2按he=hfcosα2按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfαhfhfhfαa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hfcoshfhfαhfhfαα2按he=hfcosα2按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfαhfhfhfαa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hfcoshfhfαhfhfαα2按he=hfcosα2按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfαhfhfhfαa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hfcoshfhfαhfhfαα2按he=hfcosα2锐角角焊缝钝角角焊缝fehh7.03.3角焊缝的构造要求和计算钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算3.焊脚尺寸的确定fh（1）最小焊脚尺寸maxmin5.1thf式中:tmax----较厚焊件厚度另:对于埋弧自动焊hfmin可减去1mm;对于T型连接单面角焊缝hfmin应加上1mm;当t≤4mm时,hfmin=t（2）最大焊脚尺寸minmax2.1thf（钢管结构除外）式中:tmin---较薄焊件厚度。对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：当t≤6mm时，hfmax=t；当t6mm时，hfmax=t-(1~2)mm；tt1hf钢结构设计原理土木工程专业4.角焊缝的计算长度3.3角焊缝的构造要求和计算（1）最小计算长度侧面角焊缝或正面角焊缝的最小计算长度：mmhlfw40,8maxmin（2）最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度：fwhl60max注：①、当实际长度大于以上值时，计算时不予考虑；②、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。连续焊缝钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算5.搭接连接的构造要求当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：blwB、为了避免焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，规范规定：）（或）（mmttbmmtmm121612190minminminbl钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算D.在搭接连接中（仅有端焊缝），搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。bl2hfmmt255min且t1t2钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算端焊缝均取焊缝45°处有效截面（假定破坏截面）：welhfehh7.0f2h-每条连续焊缝的长度wl二、直角角焊缝的计算认为焊缝有效截面上应力均匀分布钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算角焊缝受力特性－侧焊缝侧焊缝应力分布•主要受剪应力，分布不均，两头大中间小•剪断面常发生在45°斜平面上•强度较低，塑性较好钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算角焊缝受力特性－端焊缝•端焊缝应力状态远比侧焊缝复杂•正、剪应力都有，且分布很不均匀•根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点•焊缝破坏强度高，但塑性差BDCA端焊缝应力分布钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算1.侧面角焊缝wfewffhlNwffewffhlNwfffff22角焊缝的强度设计值wff2.正面角焊缝（端焊缝）—正面角焊缝的强度设计值增大系数；静载、间接动载时取1.22，直接动载时取1.0。f角焊缝计算公式：f按有效截面计算垂直于焊缝长度方向的应力按有效截面计算平行于焊缝长度方向的剪应力f钢结构设计原理土木工程专业3.3角焊缝的构造要求和计算三、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算ewffhbfNwfwefflhN1、轴心力作用下(1)轴心力作用下的盖板连接:A、仅用侧面角焊缝连接：B、采用三面围焊连接：wfewffhlNNN