钢结构的连接(一)

第七章钢结构连接 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 连接方式直接影响结构的构造 制造工艺和工程造价 3 连接的质量直接影响到结构的安全和使用寿命 二 连接的方法钢结构的连接方法可分为焊接 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 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 2 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 第七章钢结构连接 第七章钢结构连接 3 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 第七章钢结构连接 高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别是 普通螺栓扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小 由板面挤压力产生的摩擦力可以忽略不计 普通螺栓连接抗剪时是依靠孔壁承压和栓杆抗剪来传力 高强度螺栓除了其材料强度高之外 施工时还给螺栓杆施加很大的预拉力 使被连接构件的接触面之间产生挤压力 因此板面之间垂直于螺栓杆方向受剪时有很大的摩擦力 依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移 以达到传递外力的目的 因而变形较小 高强度螺栓抗剪连接分为摩擦型连接和承压型连接 高强度螺栓摩擦型连接只利用摩擦传力这一工作阶段 具有连接紧密 受力良好 耐疲劳 可拆换 安装简单以及动力荷载作用下不易松动等优点 目前在桥梁 工业与民用建筑结构中得到广泛应用 以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态 高强度螺栓承压型连接 起初由摩擦传力 后期则依靠栓杆抗剪和承压传力 它的承载能力比摩擦型的高 可以节约钢材 也具有连接紧密 可拆换 安装简单等优点 但这种连接在摩擦力被克服后的剪切变形较大 规范规定高强度螺栓承压型连接不得用于直接承受动力荷载的结构 以栓杆被剪坏或被压坏为承载力的极限状态 第七章钢结构连接 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 焊缝附近材质变脆 2 有残余应力和残余变形 3 局部裂缝容易扩展到整体 低温下冷脆 第七章钢结构连接 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 第七章钢结构连接 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平接 搭接 T形连接和角接四种 这些连接所采用的焊缝型式主要有对接焊缝和角焊缝 第七章钢结构连接 一 连接形式 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 焊缝长度方向垂直于力作用方向的称为正面角焊缝 平行于力作用方向的称为侧面角焊缝 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 焊缝符号表示方法 CB324 88规定 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 第七章钢结构连接 一 指引线 二 基本符号 用以表示焊缝截面形状 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 焊件厚度tt 10mm 采用直边缝 t 10一20mm时 采用有斜坡口的单边V形缝或双边v形缝 t 20mm 采用v形缝 U型缝 K形缝 x形缝 第七章钢结构连接 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破读不大于1 2 5的斜角 避免焊口缺陷保证等强度 4 对于焊透的T形连接焊缝 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 二 对接焊缝的计算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 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 第七章钢结构连接 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 角接焊缝 Q235钢 抗剪强度为160N mm2 Q345钢 抗剪强度为200N mm2 第七章钢结构连接 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 Iw Sw和Ww分别为由lw t焊缝尺寸计算的截面特性 第七章钢结构连接 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Nsin 和切向分量Ncos 第七章钢结构连接 焊缝剪应力计算焊缝正应力计算折算应力计算 规范规定当斜缝和作用力间交角 符合tan 1 5时 可不计算焊缝强度 第七章钢结构连接 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 第七章钢结构连接 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 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 第七章钢结构连接 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a 600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