钢结构的连接ppt课件

钢结构设计原理钢结构的连接,河北建筑工程学院HeBeiInstituteofArchitectureandCivilEngineering,(土木工程系钢结构教研组),3.1钢结构的连接方法,优点：不削弱构件截面，节省钢材；焊件间可直接焊接，构造简单，加工简便；连接的密封性好，刚度大；易于采用自动化生产。,焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。,缺点：在焊缝的热影响区内材质变脆；焊接结构中残余应力和残余变形；焊接结构对裂纹很敏感在低温下更易发生脆裂。,螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。,优点:施工工艺简单、安装方便，特别适用于工地安装连接，工程进度和质量易得到保证；,缺点:栓孔对构件截面有一定的削弱，有时在构造上还须增设辅助连接件，故用料增加，构造较繁。螺栓连接需制孔，拼装和安装时需对孔，工作量增加，且对制造的精度要求较高。,焊缝连接的特性,钢结构中常用的焊接方法,钢结构的焊接方法最常用的有电弧焊、电阻焊和气焊。,1.电弧焊电弧焊的质量比较可靠，是最常用的一种焊接方法。电弧焊可分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊及CO2气体保护焊等。,电阻焊利用电流通过焊件接触点表面产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。,气焊是利用乙炔在氧气中燃烧而形成的火焰来熔化焊条形成焊缝，气焊用于薄钢板或小型结构中,焊缝连接形式,1.焊接的连接形式按构件的相对位置可分为:,2.焊接连接形式按构造分：对接焊缝和角焊缝两种角焊缝可分为正面角焊缝和侧面角焊缝,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(LW10hf或50mm)两种形式,3.按施焊位置分焊缝按施焊位置分俯焊、立焊、横焊和仰焊等几种,allweldedmomentresistingconnection,submergedarc-welding,焊缝连接的质量检验,钢结构工程施工及验收规范（GB50205）规定，焊缝质量检查标准分为三级，其中三级只要求对全部焊缝通过外观检查，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。对于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，即在外观检查的基础上再做无损检验。二级焊缝应进行抽检，抽检比例应小于20%，其合格等级应为现行国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分级法（GB11345）B级检验的级及级以上；一级焊缝应进行100%的检验，其合格等级应为现行国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分级法（GB11345）B级检验的级及级以上。,焊缝符号及标注方法,在钢结构施工图上应将焊缝的形式、尺寸和辅助要求用焊缝符号标注出来。焊缝符号由国家标准焊缝符号表示法（GB324-88）和建筑结构制图标准（GBJ105-87）规定。根据焊缝符号表示法（GB324-88），焊缝符号主要由引出线和基本符号组成，必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号，见表（下页）。,对接焊缝连接,对接焊缝的形式有直边缝(t45mm的SM490A钢制构件，针对其中数量较多的或具有代表性的接头形式进行了相应焊接方法的工艺评定试验。试验钢材规格包括SMK490离心铸钢(壁厚45mm)、SM490A(板厚25mm)、H型梁(翼缘厚25mm)。焊接位置为柱一柱横焊、柱一梁平焊、T型角立焊。柱一枚、柱一梁焊接方法为CO2气保焊，T型接头为手工电弧焊，坡口形式及尺寸按设计要求。焊后外观及超声波检查合格后取样进行力学和物理试验，证明全部试验接头抗拉强度达到母材抗拉强度标准值。接头冷弯1800、侧弯(d=50)、面弯、背弯(d=3)无裂纹，洛氏硬度(HR均低于855，说明所采用的钢材在规定的焊接方法、焊接参数、焊接条件下，其焊接接头综合性能达到并超过了设计和规定要求。此外，采用的焊接材料和焊接设备技术条件均符合国家标准，性能优良。清渣、气刨、焊条保温等装置齐全有效。,5.2.2手工电弧焊及气保焊焊材和设备焊条在高温烘干箱中烘干。低氢型焊条烘干方法为：在高温箱中加热到3800C后保温1.5h，再在高温箱中降温到1100C后保存，使用时从烘干箱中取出应立即放入100-1100C的焊条保温筒中，并在4h内用完。焊条烘干次数不得超过两次。焊丝包装应完好，如有破损面导致焊丝污染或弯折、紊乱时应部分弃之。CO2气体纯度不低于9999(体积比)，含水量低于0.05(重量比)，瓶内高压低于lMPa时应停止使用。焊接前要先检查气体压力表的指示，然后检视气体流量并调节气体流量(20-80L/min)。焊机电压应正常，地线压紧牢固，接触可靠，电缆及焊丝无破损，送丝机应能均匀送丝，气管应无漏气或堵塞。5.3安装焊接程序及一般规定焊接的一般程序为：焊前检查-加热除锈-装焊垫板及引弧板-焊接-检验-填写作业记录。焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量，坡口内和两侧之锈斑、油污、氧化皮等应清除干净。装焊垫板及引弧板，其表面清洁程度要求与坡口表面相同，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接应牢固。焊接时第一道应封焊坡口内母材与垫板之连接处，然后逐道逐层焊至填满坡口，每道焊缝焊完后都应清除焊渣及飞溅物，出现缺陷应及时磨去并修补。遇雨、雪天时应停焊，环境温度低于零度时应按规定预热、后热措施施工，构件焊口周围及上方应有挡风雨棚，风速大于5ms时应停焊。一个接口必须连续焊完，如不得己而中途停焊时，应进行保温缓冷处理，再焊以前应加热。焊缝冷却到环境温度时进行外观检查，SM490钢构件焊缝超声波检查在焊完24小时后；进行。焊工及检验人员应认真填写作业记录表。,54典型节点的焊接顺序和工艺参数5.4.1圆管柱一柱焊接先在上下柱无吊装耳板侧由两名焊工在两个半圆弧对称焊至板厚的13时，切去吊装耳板。然后对称连续焊至坡口填满。坡口填满后应用磨光机磨平焊缝，焊接最后一层盖面焊缝。每两层之间焊道的接头应相互错开，两名焊工焊接的焊道接头要注意每层错开，如有焊瘤及焊接缺陷要铲磨掉后再继续焊接。焊接工艺参数：手工电弧焊焊条直径mm，电流170-180A，焊速150mmmin。气保焊焊丝直径12mm，电流220-300A，电压29-36V，焊速150-500mm/min，焊丝伸出长度约20mm，气体流量20-80L/min。5.4.2柱一梁焊接先由两名焊工同时焊接柱子对称侧的两个焊口，先焊接梁的下翼缘。梁腹板两侧翼缘的焊道要保持对称焊接，可由一名焊工在腹板一侧先焊l-2层后换至另一侧焊接，焊完24层后再换一侧施焊，反复倒换直至焊完。各焊道的接头在上下层间要错开。然后焊接上翼缘，仍由2名焊工同时对称施焊。焊接工艺参数：手工电弧焊焊条直径4mm，电流170-210A，焊速160mmmin。CO2气保焊焊丝直径1.2mm，电流260-340A，电压30-38V，焊速150-500mmmin，焊丝伸出长度约20mm，气体流量20-80L/mm。,6特殊节点焊接施工顺序及焊接工艺6.122层至29层变截面倾斜柱安装焊接顺序22层至29层变截面倾斜柱柱长每根133m，构件重每根97t。采用60045mm离心铸钢管。安装时必须考虑临时支撑、倾斜吊装时的吊点、安装时临时校正角度等。焊接时应考虑收缩量及残余应力的合理分布，以确保安装焊接顺利进行。倾斜柱具体的安装顺序如下：1)待21层安装、焊接、压型钢板铺设完毕后，在21层安装一根临时支撑柱，吊装22层梁，安放在核心简连接板和临时支撑柱上固定；2)在22层梁上安装临时支撑柱，吊装23层大梁，安放在核心筒连接板和临时支撑柱上固定；3)吊装柱子安装在21层的柱头上并同22、23层大梁连接固定，在三个节间的柱、梁安装完毕校正后，终拧高强度螺栓。,6.2倾斜圆管柱焊接工艺6.2.1倾斜圆管柱现场焊接的特点倾斜圆管柱焊接时包含所有的焊接姿势，而且还要连续地变化。在接头的下面、侧面、上面须改变焊接条件，如电流、电压、速度等。由于接头下面的焊肉容易下垂，且难以看到坡口内部，因此难以准确地瞄准焊接位置，下面的坡口面容易产生焊不透。接头上方焊接时用俯焊方式，坡口内不易看清，定位困难，上方坡口有不易熔透倾向。考虑到以上这些因素，在现场进行焊接施工时，须注意以下事项：1)由于焊接条件，焊接姿势不能进行连续变化，因此，如图7所示，将焊接接头分成四个部分进行施工。为了减少残余应力，将全板厚分二次进行焊接，焊接顺序如图8；2)进行第二次焊接时，应用砂轮处理接头部位，以免在此部位产生缺陷；3)在焊接中如发生焊道不良、焊瘤等缺陷时，应用砂轮或碳弧气刨修理平滑后再进行焊接；4)焊接时，摆动幅度不能太大，应进行多层多道焊接。,图7圆管焊接顺序图8斜管焊接顺序,6.2.2倾斜圆管柱焊接顺序和工艺参数先在仰焊位置由A、B焊工分别从左、右方向焊接，A焊工焊接l23部位：B焊工焊接l43部位，焊接时要求基本同步。A、B焊工第一次焊接完毕，切去吊装耳板，进行打磨修整后继续第二次焊接。每层之间焊道的接头应相互错开，两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开，每道焊完要清除焊渣和飞溅物，如有焊瘤和焊接缺陷要铲磨清理后再焊，焊接过程中要注意检测和保持层间温度。焊接工艺参数见表5和表6。,表5手工电弧焊工艺参数,6.3圆管柱对接处间隙大时的处理方法结构吊装至24层柱时，离心铸钢柱换成焊接圆管柱。此时正值调整柱标高，发现其中有两根柱间隙在19-21mm。经监理工程师同意，采用手工电弧焊增加焊肉再正式施焊的方法。圆管柱的接头见图9。焊接前应将焊缝坡口周围的铁锈、油污、氧化皮、杂物清理干净。用气焊烤枪在坡口两侧100mm范围内加热，加热至50-800C时再一次清除杂物。由一名焊工在下柱顶板上堆焊一层三道焊缝，焊脚高一般控制在4mm以内，接着堆焊二层焊缝直至焊到离坡口垫板1mm处，由监理工程师检查合格后，进行封焊坡口，接着按圆管柱正常焊接方法施焊(图9)。,7焊缝质量管理措施高层建筑钢结构安装焊接质量主要包括焊接接头质量和钢构架的尺寸精度，其质量控制是一项综合技术。焊接质量受材料性能、工艺方法、设备、工艺参数、气候和焊工技术及情绪的影响。安装尺寸精度的影响因素则有安装方法、顺序、设备仪器、构件制作、构件自重、焊接变形、气候光照等，因而必须各个环节紧密配合，并以完善的制度和组织作保证，做好质量管理工作。施工人员在施工前应认真熟悉图纸，以便及时发现施工中出现的问题。本工程中，柱子、梁、衍架型号多，又分不同材质，使用前应特别注意。为了加强管理，制定了焊接质量管理保证体系。首层柱焊接时，由于板厚、自重大，在安装三节间的柱、梁完成后，从中间柱、梁开始焊接，焊接前重新测量偏差，根据偏差制订焊接顺序。现场专业人员要按管理制度施工，对施工人员进行技术交底，并编制焊接工艺卡，便于每个焊接人员明确操作要领，以及材料的使用和质量要求，严格按预定的工艺施工焊接。每焊完一道焊缝都应清理，有缺陷的铲磨，这样才能保证整个焊接接头质量。施工中认真执行三检制，焊工应做好焊前和焊接中的记录，专职人员检查时应逐条焊缝检查验收，作好记录，经超声波检测人员检验合格后填写评定表。上海浦东国际金融大厦钢结构工程从1997年5月22日至1998年6月8日，共施焊7563条焊缝，其中I级焊缝7426条，占98.18；II级焊缝138条，占1.82%；III级焊缝34条，占0.45，经返修有32条达到I级焊缝，2条达到II级焊缝。,3.6.1普通螺栓的构造,3.6普通螺栓连接,普通螺栓分A、B级和C级。螺栓在构件上的排列可以是并列或错列，排列时应考虑下列要求：,1受力要求：为避免钢板端部被剪断，螺栓的端距不应小于2d0，d0为栓孔径。对受压构件，当沿作用力方向的栓距过大时，在被连接的板件间易发生张口或鼓曲现象。因此，从受力的角度规定了最大和最小的容许间距。2构造要求：若栓距及线距过大，则构件接触面不够紧密，潮气易于侵入缝隙而发生锈蚀，因此规定了螺栓的最大容许间距。3施工要求：要保证有一定的空间，便于转动螺栓扳手，因此规定了螺栓最小容许间距。根据以上要求，规范规定的螺栓最大和最小间距见图3.43和表3.4。,3.6普通螺栓连接,3.6.1普通螺栓的构造,普通螺栓分A、B级和C级。螺栓在构件上的排列可以是并列或错列，排列时应考虑下列要求：,3.6.2普通螺栓的工作性能,普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为受剪螺栓和受拉螺栓连接。图3.45a为受剪螺栓，依靠螺栓杆的承压和抗剪来传力。图3.45b所示外力平行于螺栓杆，该螺栓为受拉螺栓。,1受剪螺栓连接螺栓杆和螺栓孔壁发生接触，螺栓杆受剪，同时螺栓杆和孔壁间互相接触挤压,图3.47表示螺栓连接有五种可能破坏情况。其中对螺栓杆被剪断、孔壁挤压以及板被拉断三种情况要进行计算。而对于钢板剪断和螺栓杆弯曲破坏两种形式式可以通过限制端距e22d0，以避免板因受螺栓杆挤压而被剪断（图3.47d），限制板叠厚度不超过5d，以避免螺杆弯曲过大（图3.47e）而破坏。,一个受剪螺栓的设计承载力按下列两式计算：受剪承载力设计值（3.33）承压承载力设计值（3.34）,式中nV螺栓受剪面数（图3.48），单剪nV=1.0，双剪nV=2.0等；d螺栓杆直径；t在同一方向承压的构件较小总厚度，如图3.48b中，对于双剪面t取（a+c）或b的较小值；普通螺栓的抗剪、承压强度设计值，按附录C附表C-3采用。,2受拉螺栓连接在受拉螺栓连接（图3.49）中，外力趋向于将被连接构件拉开，而使螺栓受拉，最后螺栓杆会被拉断。,3.6.3普通螺栓的计算,1.剪力螺栓群的计算（1）螺栓群在轴心力作用下当连接处于弹性阶段时，螺栓群中各螺栓受力不相等，两端大而中间小（图3.50），超过弹性阶段出现塑性变形后，因内力重分布使各螺栓受力趋于均匀。规范规定，当l1大于15d0时，应将螺栓的承载力乘以折减系数予以降低。在设计时，当外力通过螺栓群中心时，可认为所有螺栓受力相同。,图示钢结构静截面面积,（2）螺栓群在扭矩作用下承受扭矩的螺栓连接，一般都是先布置好螺栓再计算受力最大螺栓所承受的剪力和一个抗剪螺栓的承载力设计值进行比较。计算时假定：（1被连接构件是刚性的，而螺栓则是弹性的；（2各螺栓绕螺栓群形心O旋转（图3.52c），其受力大小与其至螺栓群形心的距离成正比，力的方向与其和螺栓群形心的连线相垂直。,（3）螺栓群在扭矩、剪力、轴心力共同作用下螺栓群承受扭矩T、剪力V、轴心力N的共同作用（图3.52）。设计时，通常先布置好螺栓，再进行验算。,【例题3.5】试验算一受斜向拉力设计值F=120kN作用的C级普通螺栓连接的强度（图3.53）。螺栓M20，钢材Q235钢。,2.受拉螺栓群的计算,(1)螺栓群在轴心力作用下抗拉计算当设计拉力N通过螺栓群形心时，所需要的螺栓数目为（3.48）(2)受拉螺栓群在弯矩作用下的计算,图3.54所示为工字形截面柱翼缘与牛腿用螺栓的连接。计算时，通常近似假定牛腿绕最底排螺栓旋转，从而使螺栓受拉。各排螺栓所受拉力的大小与该排螺栓到转动轴线的距离y成正比。因此顶排螺栓“1”所受拉力最大,并偏安全地忽略端板压力形成的力矩，认为外弯矩只与螺栓拉力产生的弯矩平衡。这样，由平衡条件和基本假定得：,(3)在弯矩和轴力共同作用下的计算图3.55所示弯矩M和轴力N共同作用下的螺栓群，其受力情况有两种：即M/N较小时和M/N较大时。,3.剪-拉螺栓群的计算,3.7高强度螺栓连接,3.7.1高强度螺栓连接的性能,高强度螺栓，分为摩擦型高强度螺栓、承压型高强度螺栓。,摩擦型高强度螺栓连接单纯依靠被连接构件间的摩擦阻力传递剪力，以剪力等于摩擦力为承载能力的极限状态。承压型高强度螺栓以螺栓或钢板破坏为承载能力的极限状态，可能的破坏形式和普通螺栓相同。,boltedcolumnsplice,boltedgirdersplice,cutoutloadedseveralhighstrengthbolts,cutoutloadedhighstrengthbolt,高强度螺栓的预拉力，是通过扭紧螺帽实现的。一般采用扭矩法、转角法或扭掉螺栓尾部梅