钢结构的材料、连接及轴心受力构件讲义.doc

钢结构讲义钢结构的材料、连接及轴心受力构件讲义第一章 概述1.1 钢结构的特点及其合理的应用范围一. 特点钢结构是由钢板、型钢、冷弯薄壁型钢等通过焊接或螺栓连接所组成的结构。1轻质高强轻质材料的比强度fu/(Nm/kg)大。混凝土：(1.252.4)106钢：(3.104.9)1062塑性、韧性好塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量塑性承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证；韧性承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。3各向同性，性能稳定可以直接应用力学中给出的结论，如叠加原理等。4可焊性，不易渗漏可焊性使连接简化，使结构应用范围增大，容易做成复杂形状。不易渗漏：各种压力容器后果：存在残余应力5制造简便，施工周期短6钢材的可重复使用性绿色建材7耐腐蚀性差8耐热但不耐火100以内 强度无影响150以上 必须进行遮挡处理600左右 E0结构倒塌措施：防火涂料，防火漆，外包混凝土9存在稳定问题设计时考虑二.合理的应用范围大跨度大。上海浦东航站楼、国家大剧院、广州会展中心等。金门桥（GordonGateBridge），西陵长江大桥，徐浦大桥，汕头海湾大桥等。重主要是重工业厂房，内有大吨位重级工作制吊车，如鞍钢，首钢，宝钢及一些电厂的主厂房等。高高层建筑，塔桅结构。广州西塔、广州东塔、广州新电视塔、地王大厦等。动受动力作用的厂房，机座，地震区内要求较高的建筑。轻荷载较小的轻型结构，其用钢量可能低于RC的用钢量，如大棚等。小小型、可拆装结构，临时建筑等。如塔吊，临时展棚等。钢结构按其特点，应该在绝大多数建筑领域采用，但实际则不然。因为钢结构的应用还要受到国民经济发展的制约，我国的钢产量一直不高。1949十几万吨19905000万吨19957000万吨19961亿吨2010 6.28亿吨2014 8.227亿吨1.2 钢结构的设计方法钢结构设计规范（GB500172003）的设计原则是根据现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068）制定的，采用以概率理论为基础的近似概率极限状态设计法。结构设计的目的是使所设计的结构满足各种预定功能要求并具有适当的可靠性。一结构的功能要求与结构可靠度1安全性结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载、外加变形等的作用，在偶然事件发生后，能保证整体稳定性，不致倒塌。2 适用性结构在正常使用荷载下，应具有良好的工作性能。如不发生影响结构正常使用的过大的变形等。3 耐久性结构在正常维护下，随时间变化仍能满足预定功能要求，如锈蚀而影响寿命等。以上三方面的功能要求可以概括为结构的可靠性可靠性指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能的能力。可靠度度量可靠性的指标。在预定时间内规定条件下完成预定功能的概率。Ps可靠概率，Pf失效概率Ps+Pf=1可靠度的制定要依赖于国民经济发展水平和国家财富积累程度，随着国家富强、国民经济发展，Pf将逐渐减小。工程结构可靠性设计统一标准（GB50153-2008）条文中说明：失效概率是根据对20世纪70年代各类材料结构设计规范校准所得的结果，经综合平衡后确定。此次修订的原则是“可靠度适当提高”。二结构的极限状态作用能使结构产生效应（如：结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因的总称，称为结构上的作用。分为直接作用和间接作用。直接作用施加在结构上的荷载。如结构自重、楼面活荷载、风荷载、雪荷载等。间接作用引起结构外加变形和约束变形的其他作用。如地震、基础沉降、温度变化、焊接等。作用是随机变量。作用效应（S）结构上的作用引起的结构或其构件的内力和变形。由于作用是随机变量，所以作用效应也是随机变量。结构抗力（R）结构或构件承受作用效应的能力。由于结构抗力是材料性能、几何参数及计算模式的函数，都是不确定的，因此结构抗力也是随机变量。结构或构件的极限状态结构或构件能够满足设计规定的某一功能要求的临界状态。承载力极限状态（第一极限状态）结构或构件达到最大承载力（如强度、稳定、疲劳）或不适于继续承载的巨大变形（如塑性变形）。正常使用极限状态（第二极限状态）结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值，如挠度等。当SR时 结构处于可靠状态当SR时 结构失效（不可靠）当SR时 结构处于极限状态ZRS0极限状态方程或功能函数因为R和S都是随机变量，且假定都服从正态分布，根据概率原理，状态函数ZRS0也服从正态分布。图1.1正态分布曲线图且有，从图中可以看出，与失效概率Pf之间存在着对应关系，当增大，则Pf减小。因此定义为可靠指标。即只要知道R，S的平均值和标准差，便可算得，使其满足规定即可。2.73.23.74.2PfQ235：=33.1，Pf 0.001；Q345：=3.23.3，Pf 0.0005问题：R和S的分布非常复杂，一般假定为正态分布,另外，目前的统计数据也不够多，因此结果只能是近似的，因此称为“近似概率极限状态设计法”直接应用此法目前还有困难：（1）统计参数还差很多（2）大家还不习惯三采用分项因数的极限状态设计法现行规范的规定根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载力极限状态和正常使用极限状态分布进行荷载组合，并取各自最不利的组合进行设计。计算强度、稳定及连接等第一极限状态问题用荷载的设计值，疲劳、变形用荷载的标准值。1. 第一极限状态设计公式（第一极限状态）1）对于基本组合，荷载效应设计值S取下列组合的最不利值a）由可变荷载效应控制的组合： b）由永久荷载效应控制的组合结构重要性因数。0.9，1.0，1.1。永久荷载分项因数，由可变荷载效应控制的组合取1.2，由永久荷载效应控制的组合取1.35，效应对结构有利的组合取1.0，具体规定见荷载规范。可变荷载分项因数，一般情况取1.4，活荷载取值比较大的（大于4kN/m2）的工业建筑，取1.3具体规定见荷载规范。可变荷载的组合值系数，按荷载规范取。可变荷载考虑设计使用期的调整系数。注：当无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为，选其中最不利的荷载效应组合。2）结构抗力R经统计计算，Q235(A3)，=1.087Q345，Q390,Q420，=1.111将各分项因数代入，即有3）对于疲劳，目前还不能用上述方法设计，因其极限状态的概念还不清楚，仍用容许应力法。2. 第二极限状态不考虑分项因数，荷载采用标准值设计公式（第二极限状态）式中C结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。S按下列情况采用1）标准组合2）频遇组合3）准永久组合式中可变荷载Q1的频遇值系数。可变荷载Qi的准永久值系数。四说明：规范当中已经考虑了抗力分项系数。如轴心压杆强度计算公式中，外力N是要考虑分项因数的，而，已经考虑了抗力分项因数。1.3 钢结构的发展一 高性能钢材的研究与应用。如H型钢，冷弯薄壁型钢，耐腐蚀钢等；二设计准则进一步完善；二 稳定理论的进一步发展。如压弯构件的弯扭屈曲，薄板的屈曲后强度，各种体系的稳定等；四 预应力钢结构。用部分高强钢材代替部分普通钢材，以节省钢材；五 空间结构的研究；六 组合结构的研究与应用。如组合梁，组合柱，组合楼层等；七 高层钢结构的研究与应用。-147-第二章 钢结构的材料2.1 建筑钢材的两种主要破坏形式塑性破坏破坏前有明显的变形，破坏历时时间长，断口发暗，可以采取补救措施。脆性破坏破坏前没有明显的变形和征兆，破坏时产生的变形远比材料应有的变形能力小，破坏发生突然，断口平齐、发亮，无机会补救。1972年廊坊因一个杆脆断屋架倒塌1979年吉林煤气罐大爆炸（12月中旬）1995年南朝鲜大桥倒塌1999年四川綦江大桥倒塌原因：钢材内部缺陷、焊接缺陷、构造不合理、使用不当等。原则：在制作和使用过程中，应充分考虑各方面因素，尽量发挥材料的塑性，避免一切脆性破坏的可能性。2.2 建筑钢材单轴应力作用下的工作性能一 一次拉伸条件：标准试件（GB22863），常温（20）下缓慢加载，一次完成。含碳量为1%3%。标准试件=5，10；标距；d直径。标准拉伸曲线可以分为四个阶段：1弹性段（）：材料处于纯弹性，卸载时，=0；2弹塑性段（）：呈非线性；3塑性段（波动段，下屈服点稳定）：水平段；4强化段从拉伸曲线可以得到以下指标：1）屈服点 fy应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力（取屈服阶段波动部分的应力最低值），它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。2）抗拉强度 fu 应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破坏前所能承受的最大应力。3）钢材的塑性当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用断面收缩率y和伸长率d表示，通过静力拉伸试验得到。伸长率试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。l0 原标距长；l1 拉断后标距长度；d0 试件直径。试件有两种标距：l0/ d0=5 和 l0/ d0=10 相应的伸长率用5和10表示。断面收缩率y是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比。A0 试件原来的断面面积；A1 试件拉断后颈缩区的断面面积。断面收缩率y越大，钢材的塑性越好。由于在测量试件的断面面积时容易产生较大的误差，因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求。4）理想弹塑性模型通过对曲线的分析，假定钢材为理想的弹性塑性体。因为：1. 计算简便；2. 与相差不大3. 虽然，但对应的应变非常大（第二极限状态不满足）；4. 以作为设计强度的依据，具有较大的强度储备，出现偶然因素，使人们有机会补救。屈强比。Q235为0.57，Q345为0.67二 冷弯性能冷弯性能是描述钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。冷弯试验常温下弯曲180(按原有厚度)，检查外表面，不能有裂纹、起层（或分层）。这是衡量材料塑性及均匀程度的更加严格的要求。冷弯试验结果要求（GB/T700）牌号样式方向冷弯试验（B=2a1800）钢板厚度（直径）/mm60100=100200弯心直径dQ215纵0.5a1.5a2a横a2a2.5aQ235纵a2a2.5a横1.5a2.5aaQ255-2a3a3.5aQ275-3a3a4.5a注：B为式样宽度，a为钢材厚度（直径）三冲击韧性冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，通过弯曲冲击韧性试验确定，是钢材在受动力荷载时的韧性指标。1. 梅氏（Mesnager）试件与恰贝（Charpy）试件冲击韧性与试件刻槽（缺口）有关，常用缺口形式为恰贝V型，恰贝钥孔型和梅氏U型，我国国家标准规定：冲击试验缺口采用恰贝V型。2. 试验装置及原理3. 符号及单位：，4. 冲击韧性还与试验的温度有关。低温下，冲击韧性急剧下降，故应测其负温冲击韧性。我国钢材标准中将试验分为四档，即+20, 0，-20和-40时的冲击韧性。GB/T70088给出了钢材常温及负温冲击韧性指标。如Q235(A3)20：27J 0：27J20：27J5. Z向收缩率钢板沿厚度方向的受力性能（主要为延性性能）称为 Z 向性能Z向收缩率试验试件采用圆柱体，可由整个板厚加工而成。试件直径 d0 = 10mm( 板厚25mm 时) ，长度 l01.5 d0，并沿钢板轧制方向的任一端中部截取。试件拉断后，其断口处横截面面积 A1比原横截面面积A0的缩减百分比值 z，称为厚度方向（Z向）的断面收缩率。钢材的性能可以排列为：2.3 复杂应力状态下的工作性能一. 假定1材料由弹性转入塑性的强度指标用变形时单位体积中积聚的能量来表达；2当复杂应力状态下变形能等于单轴受力时的变形能时，钢材即由弹性转入塑性。写成设计公式二. 讨论1当相近时，从公式中表现为无论应力值多么大，材料都不破坏当真？（1）当三向应力皆为压力静水压力，不破坏。（2）当三向应力皆为拉力时，一定破坏。此时材料由于三向受拉限制了材料的塑性发展，材料要发生脆性破坏。能量理论所得的公式只适用于塑性材料。因此，形式上的不破坏与实际的脆性破坏是不矛盾的，只是实际的脆性破坏不再符合能量理论的基本假定。2对于一般应力状态，可以根据具体应力状态及形式，采用如上公式对构件进行检查。如实腹梁腹板，则f3纯剪状态，三. 不同受力状态对钢材材性的影响1. 相对于单向拉伸而言，钢材在钢材在双向拉力作用下屈服点和抗拉强度提高，但是塑性下降。2. 主应力同号时，不易屈服，塑性下降，越接近越明显。3. 主应力异号时，易屈服，破坏呈塑性，差别越大越明显。2.4 钢材的疲劳一 钢材疲劳破坏的特征1概念循环荷载结构或构件承受的随时间变化的荷载；应力幅（）在循环荷载作用下，应力从最大到最小重复一次为一次循环，最大应力与最小应力之差为应力幅。应力循环次数（n）结构或构件破坏时所经历的应力变化次数n。常幅疲劳荷载所有应力循环中，应力幅保持常量。变幅疲劳荷载在应力循环过程中，应力幅是变量。钢材的疲劳钢材在连续循环荷载作用下，当循环次数达到某一值n时钢材的破坏。2特点：（1）疲劳破坏时，应力远小于材料静力强度；（2）破坏属于突然的脆性破坏。3原因：缺陷 微观裂纹 宏观裂纹裂纹源裂纹源4影响因素：（1）应力幅（2）应力循环次数n（3）二 常幅疲劳计算，考虑安全因数后对应于n次循环的容许应力幅C,因数，按构件及连接的类型分8类，查表。设计计算：其中：计算部位的应力幅；焊接部位：；其他部位：说明：1）计算时用荷载的标准值；2）由于来源于试验，已考虑动力效应，计算时不再考虑动力因数；3）n=510为最低疲劳寿命，GB500172003规定，当n510时，进行疲劳计算；4）对于只有压应力的应力循环作用，由于钢材内部缺陷不易开展，则不会发生疲劳破坏，不必进行疲劳计算。5）实际工程中，只有重级工作制吊车梁需要计算，中、轻级工作制吊车梁不必算。6）对于海水腐蚀、低周疲劳等情况不属于此计算范畴。三 变幅疲劳计算变幅疲劳的等效应力幅；按下式确定： 以应力幅循环次数表示的结构预期使用寿命；预期寿命内应力幅达到的应力循环次数。四 重级工作制吊车梁和重级、中级吊车梁桁架的疲劳可作为常幅疲劳按下式计算（规范设计公式）欠载效应因数。重级、硬钩：1.0；重级、软钩：0.8；中级：0.5。时的容许应力。五 提高疲劳强度和疲劳寿命的措施a）采取合理构造细节设计，尽可能减少应力集中；b）严格控制施工质量，减小初始裂纹尺寸；c）采取必要的工艺措施如打磨、敲打等。2.5 各种因素对钢材性能的影响一 化学成分普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；普通低合金钢中有5%的合金元素。碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加，塑性、冷弯性能、冲击性能、疲劳强度降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2以下时，可焊性良好。硫（S）：热脆性。有害元素，引起热脆和分层。不得超过0.05%。磷（P）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，（熔点为1600），可以消除一部分S的有害作用。硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。，可细化精粒，提高强度，且不影响其它性能，但过量会恶化焊接性和抗锈性。钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。氧（O）：有害杂质。氮（N）：有害杂质。碳当量 (carbon equivalent )把钢中合金元素的含量按其对某种性能(如焊接性、铸造工艺性等)的作用换算成碳的相当含量。Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15二 冶金缺陷常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。1. 偏析：金属结晶后化学成分分布不均匀的现象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。2. 非金属夹杂：指钢材中的非金属化合物，如硫化物、氧化物，他们使钢材性能变脆。3. 裂纹：钢材中存在的微观裂纹。4. 气泡：浇铸时由FeO和C作用所生成的CO气体不能充分逸出而滞留在钢锭那形成的微小空洞。5. 分层：浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层。三 构造缺陷试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力应力集中。结果：塑性降低，脆性增加。原因：不正确的设计（构造不合理）、制造（不光滑）及使用（在构件上乱打火等）。四 加荷速度1. 加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。因此，1）材性试验要求缓慢加载2）要考虑动荷载对结构的不利影响2. 循环荷载的影响钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤，产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏疲劳破坏。五 钢材的硬化冷作硬化当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。（主观的）时效硬化随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。（客观的）应变时效钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。六 温度的影响1正温范围100以内对钢材性能无影响；100以上随温度升高，总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大250左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。250350产生徐变现象。600左右弹性模量趋于零，承载能力几乎完全丧失。2负温范围当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加。之间温度转变脆性区，Akv急剧下降。而且不同的钢材其脆性转变区温度不同，必须通过试验确定。使用温度必须高于，但不一定高于（浪费）。七 厚度、直径的影响钢材要经过轧制最后成型。一般为热轧，即钢锭在120013000C经轧机轧制成型。经过轧机压力的作用，使钢材的晶粒变得细密均匀，内部的裂纹和气泡得以焊合。所以，钢材轧制得越薄，其强度、塑性和韧性就越好。钢材的分组尺寸（mm）组 别钢 号Q235Q345Q390Q420钢材直径或厚度第一组16161616第二组1640163516351635第三组4060355035503550第四组60100501005010050100八 残余应力的影响（第三章详述）残余应力和残余变形影响构件的受力和使用，并且是形成各种焊接裂纹的因素之一。2.6 钢材的种类和规格一 钢材的分类1. 按用途分类：普通结构钢合金结构钢工具钢特殊性能钢不锈钢、抗磨钢等专门用途钢钢筋钢、钢轨钢、桥梁钢等2. 按化学成分分类：碳素钢：低碳钢 C0.25中碳钢 0.260.6高碳钢 0.62.11普通碳素钢 S0.05 P0.045优质碳素钢 S0.045 P0.04高级优质碳素钢S0.035 P0.03特级优质碳素钢合金钢：低合金钢 10%3. 按炉种分类平炉钢 成本高，质量好（6小时百吨左右）氧气转炉钢 成本低，质量也可（15分钟150t）电炉钢 成本高，质量好（每小时50吨左右）4. 脱氧程度按脱氧程度可分为特殊镇静钢（Tz）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和沸腾钢（F）。二 常用结构钢种 普通碳素钢 Q235(A3钢) 普通低合金钢 Q345(16Mn，16Mnq) Q390 (15MnV，15MnVq) Q420三 钢材编号1 碳素钢4个牌号Q195，Q215，Q235，Q275牌号格式：Q质量等级（AD）和脱氧程度（F,b,Z,TZ）Q是“屈”字汉语拼音的首位字母， 屈服点值根据钢材的化学成分和冲击韧性不同化分为A、B、C、D共4个质量等级：A：无冲击功规定B：20冲击功=27 JC：0 冲击功=27 JD：20冲击功=27脱氧方法符号也有四种，其中F代表沸腾钢，b代表半镇静钢，Z代表镇静钢，TZ代表特种镇静钢，在具体标注时Z和TZ可以省略。如：Q235-A F，代表屈服点为235N/mm2的A级沸腾碳素结构钢2低合金高强度结构钢8个牌号Q295，Q345，Q390，Q420，Q460，Q500，Q550，Q620和Q690含碳量均不大于0.20，强度的提高主要依靠添加少量几种合金元素来达到，但合金元素的总量低于5。低合金高强度结构钢的牌号命名与碳素结构钢相似，只是质量等级分为A、B、C、D、E五等，低合金高强度结构钢采用的脱氧方法均为镇静钢或特殊镇静钢，故可不加脱氧方法的符号。3. 优质碳素结构钢经热处理后再供货，因此也称为“热处理钢”。磷、硫等有害元素的含量均不大于0.045，对于其他缺陷的限制也较严格。优质碳素结构钢共有31个牌号，除了3个是沸腾钢，其余都是镇静钢。如：35Mn含碳量为0.35%的较高锰含量的优质碳素结构钢4 合金结构钢合金结构钢牌号由含碳量的万分量的两位数、主要合金元素符号及含量的百分量的一位数组成。如：35Mn2含碳量为0.35%，含锰量为1.5%2.49%的合金结构钢。四 钢材的选择1. 在选择钢材时应考虑：1) 结构或构件的重要性；2) 荷载的种类（静，动）；3) 连接方法；4) 工作条件（温度，腐蚀等）。5) 板厚尺寸等。国内推荐采用B级和优于B级的Q235和Q345钢材例如： 重级工作制吊车梁：Q235-C；焊接钢屋架：Q235-B，C0.2%2. 依次考虑的性能为： 3. 用于抗震结构的钢材应满足：1) fu / fy1.2；2) 20，且应有明显的屈服台阶；3) 具有良好的焊接性能和合格的冲击韧性4. 对要求屈服耗能的构件，其钢材的实际屈服强度不应大于标准屈服强度太多。目前国内尚无明确规定。5. 对于外露、非保温建筑中的钢结构宜采用耐大气腐蚀和抗冷脆的钢材。 五 钢材的规格1热扎型钢（1）工字钢“I20a”（2）槽钢“20b”（3）角钢“635”（等肢角钢），“125808”（不等肢角钢）（4）钢管“2735”（5）H型钢“HW3003001119”，“HN2001005.68.5”截面高翼缘宽腹板厚翼缘厚2热轧钢板“宽厚度长度”3冷弯薄壁型钢“B120402.5”压型钢板：YX波高-波距-有效覆盖宽度第三章 钢结构的连接3.1 连接的种类和特点钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接构成的，各构件再通过安装连接架构成整个结构。一 连接形式：平接（对接），搭接，垂直连接二连接方法（焊缝连接，铆钉连接，螺栓连接，紧固件连接）1焊接连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。（1）手工焊原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。原则：焊缝和母材等强度。优点：手工电弧焊设备简单，操作灵活方便，适用于任意空间位置的焊接，特别适用于焊接短焊缝和曲折焊缝。高空焊接时，只能采用手工焊。；焊条：E43Q235（A3）E50Q345E55Q390，Q420其中43，50，55最小抗拉强度，单位为；电流种类，药皮及不同焊接位置。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。（2）自动（半自动）埋弧焊优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好，焊缝内部缺陷少缺点：设备投资大，施工位置受限等。 焊丝：H08A Q235H08MnAH08MnA Q345H10MnSiH10MnSi Q390、Q420H08Mn2Si 焊剂：1) 按商品牌号表示HJ其中由HJ和后面的三位组成HJ表示熔炼焊剂；第一位数字表示MnO含量，第二位数字表示SiO2和CaF2的含量，第三位数字表示同一类型焊剂的不同编号。2) 型号表示法FH字母F表示焊剂；第一数字表示焊丝-焊剂组合的熔敷金属抗拉强度的最小值；第二位字母表示试件的热处理状态；第三位数字表示熔敷金属冲击吸收功不小于27J时的最低试验温度；“-”号后面表示焊丝的牌号。（3）气体保护焊气体保护焊是利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。优点：焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工地点受限制。（4）电渣焊电渣焊是利用通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。电渣焊一般分为熔嘴电渣焊和非熔嘴电渣焊。优点：焊接速度快，焊接质量好。缺点：输入的热量大，接头在高温下停留时间长、焊缝附近容易过热，焊缝金属呈粗大结晶的铸态组织，冲击韧性低，焊件在焊后一般需要进行正火和回火热处理。（5）压力焊压力焊焊接过程中必须要施加压力，可能加热也可能不加热才能完成的焊接。包括电阻焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、爆炸焊、扩散焊、磁力焊。其特点是焊接变形小、裂纹少、易实现自动化等特点。2铆钉连接孔比钉直径大1mm，加热9001000，铆钉枪打铆。连接刚度大，传力可靠，但是，对施工技术要求很高，劳动强度大，施工速度慢，将逐步被高强螺栓所取代。3螺栓连接I类孔：孔精确对准，内壁光滑，孔轴垂直于被连接板。0.30.5mmII类孔：达不到I类孔要求的，为II类孔。12mm。（1）普通螺栓粗制螺栓（C级螺栓）：用未加工的圆钢制成，尺寸很不准确，、只需II类孔。精制螺栓（A、B级）：栓杆由车床加工而成，表面光滑，尺寸准确，用I类孔。A级：d24mm，l150mm和10dB级：d24mm，l150mm和10d（2）高强螺栓按材料等级分两种类型：8.8级（）10.9级（）按计算方法分两种类型：1) 摩擦型只靠挤压力产生的摩擦阻力传递剪力，摩擦阻力被克服即为破坏，只要求II类孔；2) 承压型在摩擦阻力被克服后继续靠栓杆承担荷载，连接变形比摩擦型大，只能用于承受静荷，要求用I类孔。4. 紧固件连接自攻螺钉、钢拉铆钉、射钉等。（用于压型钢板之间或与冷弯型钢之间的连接）三、焊缝代号、螺栓图例1. 焊缝代号由引出线（横线和带箭头的斜线）、图形符号（单边角焊缝、双边角焊缝、V型坡口焊缝、塞焊缝、围焊缝等）和辅助符号（如现场安装焊缝）组成。2. 螺栓及其孔眼图例3.2 焊缝及其连接形式一 焊缝的形式1对接连接的形式按焊缝与受力方向间的关系可分为直焊缝和斜焊缝为了保证焊接质量，根据被连接板的厚度，坡口型式可分为I型（垂直坡口），V型，单面V型，U型，单面U型，X型，K型。2角焊缝的截面形式二 施焊位置横焊、平焊、立焊、仰焊三 焊缝缺陷及焊缝质量检验1. 焊缝的缺陷裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透2. 焊缝质量检验外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。钢结构工程施工及验收规范规定：焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准； 一、二级焊缝除对全部焊缝作外观检查并符合相应级别的质量标准外，尚要求一定数量（100%和20%）的超声波探伤，必要时采用射线探伤检验。3. 焊缝质量等级的规定钢结构设计规范（GB50017-2003）规定，焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态，选用不同的质量等级：A、 在需要进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透，其质量等级为： 作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T型对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级； 作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。B、 不需要计算疲劳的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应予焊透，其质量等级当受拉时应不低于1级，受压时宜为二级。C、 重级工作制和起重量Q50t的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝均要求焊透。焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级。D、 不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为： 对直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量等于或大于50t的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级； 对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。四 角焊缝的标注方法3.3 直角角焊缝连接的构造和计算一 定义侧焊缝焊缝轴线平行于力线；端焊缝焊缝轴线垂直于力线；斜焊缝焊缝轴线倾斜于力线。二 直角角焊缝应力分析大量试验结果表明，侧面角焊缝主要承受剪应力。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。试验证明：1侧焊缝以45“咽喉截面”破坏居多；2端焊缝的强度是侧焊缝强度的1.351.55倍。规范规定：在焊缝计算时以侧焊缝强度为基准（）,端焊缝强度为1.22，斜焊缝强度为三 直角角焊缝的构造1最小焊缝高度：=，较厚板件的厚度；2最大焊缝高度：，较薄板件的厚度；对于贴边焊当t6mm时，=t；当t6mm时，=t（12）mm要求：3最大焊缝长度：=60（静荷）=40（动荷）若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限；4最小焊缝长度：=840mm要求：5搭接连接的构造要求试验结果表明，连接的承载力与b/lw有关。要求： 和 当b不满足上述要求时，应加焊正面焊缝将两板贴合。围焊的转角处必须连续施焊。在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，搭接长度不少于5倍板厚。四 直角角焊缝的计算1. 基本假定：（1） 所有角焊缝只承受剪应力，只区分侧焊缝和端焊缝；（2） 焊缝计算截面为45“咽喉截面”，面积为0.7(10mm)；（3） 在静力条件下，考虑端焊缝强度提高22%；动力荷载下，不考虑其强度的提高；2计算公式：其中：端焊缝受力总和；侧焊缝受力总和；焊缝强度提高因数，动力荷载时为1.0，静力荷载时为1.22。3计算步骤（1）求出同一平面的焊缝群的形心；（2）将荷载向形心简化，找出最不利位置；（3）分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力；（4）区分侧焊缝受力与端焊缝受力，视荷载种类（静荷或动荷）代入公式，进行计算。4几种典型的焊缝受力分析（1）焊缝受轴心拉力（端焊缝）（2）焊缝受轴心剪力（侧焊缝）（3）焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用，（4）焊缝受弯矩作用（5）焊缝偏心受剪，（6）焊缝受N，M，V联合作用，（7）焊缝受扭矩作用，（8）围焊缝受偏心剪力扭矩剪力（9）角钢连接焊缝的计算0.70.650.750.30.350.25双面焊接：三面围焊：五 斜角角焊缝的计算两焊脚边的夹角不是90的角焊缝为斜角角焊缝。这种焊缝往往用于料仓壁板、管形构件等的端部T形接头连接中。斜角角焊缝的计算方法与直角焊缝相同，应按公式计算，只是应注意以下两点：（1）不考虑应力方向，任何情况都取=1.0。这是因为以前对角焊缝的试验研究一般都是针对直角角焊缝进行的，对斜角角焊缝研究很少。而且，我国采用的计算公式也是根据直角角焊缝简化而成，不能用于斜角角焊缝。（2）在确定斜角角焊缝的有效厚度时假定焊缝在其所成夹角的最小斜面上发生破坏。因此规范规定：当两焊角边夹角或，且根部间隙（b、b1或b2）不大于1.5mm时，取焊缝有效厚度为：当根部间隙大于1.5mm时，焊缝有效厚度取为：任何根部间隙不得大于5mm。当图（a）中的b15mm时，可将板端切割成图（b）的形式。对于夹角a135或a60的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。3.4 对接焊缝及其连接的计算一 对接连接构造（加引弧板） （不加引弧板）不同板宽和不同板厚的对接焊缝直接承受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，斜角坡度不应大于1:4。二 焊透的对接焊缝的计算1轴心受拉（压）or对接连接中较小的厚度，忽略焊缝起鼓；对接焊缝抗拉强度；对接焊缝抗压强度；焊缝的计算长度。通过一、二级检验的对接焊缝的强度可以认为与母材等强度，连接不必验算；而仅通过三级检验的焊缝，=0.85,需要如上验算。若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当a/b1.5时，可以不算。b2弯剪共同作用受拉区腹板与翼缘的交界处1.13.5 焊接残余应力和残余变形热变形和热应力焊接构件在施焊过程中，由于受到不均匀的电弧高温作用，在焊件中将产生变形和应力（有约束）。残余应力和残余变形冷却后，焊件产生反向的应力和变形。一成因及特点1基本假设1) 假定焊件由纤维组成，但各纤维之间相互约束（变形时保持平面）。2) 当温度t500时，弹性模量E=const.t600时，E0；500t600时，E按线性变化。2 残余应力1) 纵向焊接应力2) 横向焊接应力3) 厚度方向的焊接应力3 成因：不均匀分布的温度场，同时存在局部高温，加上纤维间的相互约束，便产生了焊接残余应力。由于约束程度不同，一部分残余应力会以残余变形的形式释放出来。4 特点：自相平衡力系。二焊接残余应力对构件工作的影响1对强度无影响2降低构件的刚度3降低构件的稳定承载力由于刚度降低，有效截面减小，过早地进入弹塑性区,弹性模量降低，所以稳定承载力降低（因为）4降低构件的疲劳强度残余应力的存在，加快了疲劳裂纹的开展速度（双向或三向拉力场），因此，疲劳强度降低。5加剧低温冷脆材料在低温下呈脆性，焊接残余应力的同号拉力场会阻碍材料塑性的发展，加重了脆性因素。三 焊接残余变形对构件工作的影响1构件不平整，安装困难，且产生附加应力；2变轴心受压构件为偏心受压构件。四 保证焊接质量及减小焊接残余应力的措施1设计方面（1）采用细长，不采用短粗的焊缝；（2）对称布置焊缝，减小变形；（3）不等高连接加不大于1:2.5(直接承受动力荷载且需验算疲劳的结构不大于1:4)的斜坡，减小应力集中；（4）尽量防止锐角连接；（5）焊缝不宜过于集中，不要出现三向交叉焊缝；（6）注意施焊方便，以保证焊接质量。2制造方面（1）焊件预热法；（2）锤击法； 减小残余应力（3）退火法；（4）反变形法；（5）合理施焊次序； 减小残余变形（6）局部加热法。3.6 普通螺栓和铆钉连接的构造和计算抗剪连接板件之间有相对错动的趋势；抗拉连接板件之间有相互脱开的趋势。一普通螺栓（铆钉）的计算1抗剪螺栓（铆钉）的计算（1）单个螺栓（铆钉）的受剪工作性能1）弹性段（01）：板件间相互挤压，靠摩擦阻力传力；2）相对滑移段（12）：摩擦阻力被克服后，板件间产生滑移，栓（钉）杆与孔壁相接触，滑移量取决于栓（钉）杆与孔的间距；3）弹塑性工作阶段（23）：螺栓杆既受剪又受弯直到破坏为止。（2）对一组螺栓连接，有五种可能的破坏形式1）栓杆被剪断；2）被连接板被挤压破坏；3）被连接板被拉（压）破坏；4）被连接板被剪破坏拉豁；5）栓杆受弯破坏。（3）针对如上情况，应避免所有破坏的可能性1）栓（钉）杆长度（）防止受弯破坏；2），栓距避免拉豁；3）通过计算保证螺栓（铆钉）抗剪；4）通过计算保证螺栓（铆钉）抗挤压；5）通过计算保证被连接构件具有足够的拉压强度。（4）螺栓群受剪计算1）轴心受力基本假定：螺栓群均匀受力。一个螺栓的抗剪承载能力：剪切面数；螺栓直径；螺栓抗剪设计强度。一个螺栓抗挤压承载能力：螺栓直径；被连接板中受力一侧的总厚度的较小值；螺栓承压设计强度。当受力一边螺栓分布长度时，会出现较严重的传力不均匀现象，故采用强度折减系数对螺栓的承载能力进行折减：当时，取这样，设计计算时，对受力最大的螺栓进行验算：2）螺栓群受扭基本假定： 被连接板是刚性的； 螺栓是弹性的； 在扭矩作用下，绕螺栓群中心旋转，每个螺栓受力大小与其到形心的距离成正比，方向垂直于矢径。根据平衡条件：为方便计算，将其分解则例：P将荷载向螺栓群形心简化；确定受力最不利螺栓；计算该螺栓的受力合成、比较2抗拉螺栓的计算（1）受拉螺栓的工作特点杠杆效应由于被连接件的刚度不够，在螺栓中产生附加应力。规范中考虑杠杆效应，降低了螺栓的抗拉强度，同时要求设计中应采取构造措施以减少不利影响。（2）螺栓抗拉计算一个螺栓的抗拉承载能力螺栓的有效面积，可查表；螺栓受拉设计强度（已考虑杠杆效应的不利影响）。（3）螺栓群受弯计算基本假定：1）在弯矩作用下，板件绕最边缘的螺栓旋转；2）每个螺栓受力大小与其到旋转中心的距离成正比。假定有m列螺栓，则1个“1”号螺栓在弯矩M作用下产生的拉力；第个螺栓距旋转中心的距离。当偏心受拉时：以形心为旋转中心，每个螺栓到中心的距离。有两种可能性：1）当0时，按小偏心计算，结果正确。2）当0时，应按大偏心计算，此时，应绕边缘螺栓“”点旋转，力臂及螺栓位置均应以该点为基准。螺栓到“”点的距离。（4）螺栓受拉剪联合作用1 判别条件（经验公式）且最危险螺栓所受剪力和拉力；螺栓的抗剪和抗拉承载能力。通常做法不让螺栓受拉时受剪，用承托，则剪力由承托承担，螺栓只受拉力。二 螺栓（铆钉）的排列和构造要求1受力要求：如边距2等；2构造要求：间距不能太大，避免压不紧潮气进入腐蚀；3施工要求：螺栓间距不能太近，满足净空要求，便于安装。3.7 高强螺栓连接的计算一预拉力的建立1