钢结构制造与安装单元二

1、 钢结构制作与安装教案单元二 钢结构的连接 单元单元2 2 钢结构的连接钢结构的连接课题课题1 1 钢结构连接的种类、特点钢结构连接的种类、特点课题课题2 2 焊接方法、焊缝形式及标注焊接方法、焊缝形式及标注 课题课题3 3 对接焊缝连接对接焊缝连接课题课题4 4 角焊缝连接角焊缝连接课题课题5 5 螺栓连接螺栓连接小结小结本章重点本章重点 图图2-1 2-1 钢结构的连接方式钢结构的连接方式（a a）焊接连接；（）焊接连接；（b b）铆钉连接；（）铆钉连接；（c c）螺栓连接）螺栓连接 钢钢 结结 构构 的的 连连 接接 方方 法法 课题课题2 2 焊接方法、焊缝形式及标注焊接方法、焊缝形式

2、及标注 一、钢结构的焊接方法一、钢结构的焊接方法 焊接方法很多，但在钢结构中通常采用电弧焊。电弧焊焊接方法很多，但在钢结构中通常采用电弧焊。电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊（埋弧自动或半自动焊）以及气体保有手工电弧焊、埋弧焊（埋弧自动或半自动焊）以及气体保护焊等护焊等, ,具体见单元具体见单元7 7。 二、焊缝连接形式二、焊缝连接形式 焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、接、T T形连接和角部连接四种如图形连接和角部连接四种如图2-22-2所示。这些连接所采用所示。这些连接所采用的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝。的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝

3、。 （a a）对接焊缝的平接连接）对接焊缝的平接连接 （b b）用拼接板和角焊缝的平接连接）用拼接板和角焊缝的平接连接（ c c ）用角焊缝的搭接连接）用角焊缝的搭接连接图图2-2 2-2 焊缝连接形式焊缝连接形式 （d d）用角焊缝的）用角焊缝的T T形连接形连接 （e e）焊透的）焊透的T T形连接形连接 （f f）用角焊缝的角部连接）用角焊缝的角部连接 （g g）用对接焊缝的角部连接）用对接焊缝的角部连接 图图2-2 2-2 焊缝连接形式焊缝连接形式 三焊缝代号及标注方法三焊缝代号及标注方法 焊缝代号主要由引出线焊缝代号主要由引出线、图形符号、辅助符号三部分图形符号、辅助符号三部分组成。

4、组成。 引出线由横线和带箭头的斜线组成。引出线由横线和带箭头的斜线组成。 图形符号用来表示焊缝的基本形式。图形符号用来表示焊缝的基本形式。 辅助符号用来表示焊缝的辅助要求。辅助符号用来表示焊缝的辅助要求。 焊缝代号见教材表焊缝代号见教材表2-12-1。 图图2-4 2-4 焊缝形式焊缝形式a a）正对接焊缝）正对接焊缝 b b）斜对接焊缝）斜对接焊缝 （a a）I I形缝形缝 （b b）带钝边单边）带钝边单边V V形缝形缝 （c c）Y Y形缝形缝（d d）带钝边）带钝边U U形缝形缝 （e e）带钝边双单边）带钝边双单边V V形缝形缝 （f f）双）双Y Y形缝形缝 直边缝：适合板厚直边缝：

5、适合板厚t t 10mm 10mm 单边单边V V形：适合板厚形：适合板厚t t 101020mm 20mm 双边双边V V形：适合板厚形：适合板厚t t 101020mm 20mm U U形：适合板厚形：适合板厚t 20mm t 20mm K K形：适合板厚形：适合板厚t 20mm t 20mm X X形：适合板厚形：适合板厚t 20mm t 20mm （g g）、（）、（h h）、（）、（i i）加垫板的）加垫板的I I形缝、带钝边单边形缝、带钝边单边V V形缝和形缝和Y Y形缝形缝 2.2.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理 起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板起落弧处易有

6、焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去度两端各减去2tmm2tmm（t t为较薄焊件厚度）为较薄焊件厚度） 。 图图2-6 2-6 用引弧板焊接用引弧板焊接 变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1 1：2.52.5的斜面，避免应力集中。的斜面，避免应力集中。 变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1 1：2.52.5的斜边，避免应力集中。的斜边，避免应力集中。图图2-7 2-7 变

7、截面钢板拼接变截面钢板拼接 a a）改变宽度）改变宽度 b b）、）、c c）改变厚度）改变厚度a)a)b)b)c)c) 1.1.轴心受力对接焊缝的计算轴心受力对接焊缝的计算 (2-1)(2-1)式中式中 N N 轴心拉力或轴心压力的设计值；轴心拉力或轴心压力的设计值； lw w 焊缝计算长度，当未采用引弧板时，每条焊焊缝计算长度，当未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去缝取实际长度减去2t2t； t t 在对接接头中为连接件的较小厚度；在在对接接头中为连接件的较小厚度；在T T形接形接头中为腹板厚度头中为腹板厚度; ; w wt t 、w wc c 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的

8、抗拉、抗压强度设计值。 二、对接焊缝连接计算二、对接焊缝连接计算 wt或wctlNw 2.2.对接焊缝在弯矩和剪力共同作用下的计算对接焊缝在弯矩和剪力共同作用下的计算 = = w wt t (2-2) (2-2) V SV Sw w（I Iw wt t）w wV V (2-3) (2-3) 图图2-9 对接焊缝受弯矩和剪力共同作用对接焊缝受弯矩和剪力共同作用式中式中W Ww w 焊缝截面抵抗矩（焊缝截面抵抗矩（mmmm3 3）；）； S Sw w 受拉部分截面到中和轴的面积矩（受拉部分截面到中和轴的面积矩（mmmm3 3）；）； I Iw w 焊缝截面惯性矩（焊缝截面惯性矩（mmmm4 4）。

9、）。 fw wv v 对接焊缝的抗剪强度设计值（对接焊缝的抗剪强度设计值（N/mmN/mm2 2）。）。wwMtlMw26 1.1 1.1w wt t (2-4) (2-4) 受弯受剪的工字形截面对接连接受弯受剪的工字形截面对接连接 3.3.对接焊缝在弯矩和剪力对接焊缝在弯矩和剪力、轴心力共同作用下的计算轴心力共同作用下的计算 + = + + = + w wt t (2-7) (2-7) w wV V (2-8) (2-8) 1.11.1w wt t 式中式中W Ww w 焊缝截面抵抗矩（焊缝截面抵抗矩（mmmm3 3）；）； S Sw w 受拉部分截面到中和轴的面积矩（受拉部分截面到中和轴的

10、面积矩（mmmm3 3）；）； I Iw w 焊缝截面惯性矩（焊缝截面惯性矩（mmmm4 4）。）。 fw wv v 对接焊缝的抗剪强度设计值（对接焊缝的抗剪强度设计值（N/mmN/mm2 2）。）。tlNwwwMtlMw26tIVSwwtlNw 课题课题4 4 角焊缝连接角焊缝连接 一、角焊缝的形式一、角焊缝的形式 角焊缝按其与作用力的关系可分为：角焊缝按其与作用力的关系可分为： 焊缝长度方向与作用力垂直的正面角焊缝；焊缝长度方向与作用力垂直的正面角焊缝； 焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝 角焊缝按沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间

11、断角角焊缝按沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝。焊缝。 图图2-13 2-13 （a a）俯焊（平焊）俯焊（平焊） （b b）立焊（）立焊（c c）横焊（）横焊（d d）仰焊）仰焊 角焊缝按截面形式可分为直角角焊缝如图角焊缝按截面形式可分为直角角焊缝如图2-142-14所所示和斜角角焊缝如图示和斜角角焊缝如图2-152-15所示所示. . 图图2-15 2-15 斜角角焊缝斜角角焊缝图图2-14 2-14 直角角焊缝直角角焊缝 角焊缝两边夹角一般为角焊缝两边夹角一般为9090（直角角焊缝），夹角大（直角角焊缝），夹角大于于135135或小于或小于6060的斜角角焊缝，除钢管结构外，一般

12、的斜角角焊缝，除钢管结构外，一般不宜不宜用作受力焊缝。用作受力焊缝。 角焊缝的有效截面为平分角焊缝夹角角焊缝的有效截面为平分角焊缝夹角 的截面，破坏的截面，破坏往往从这个截面发生。有效截面的高度（不考虑焊缝余往往从这个截面发生。有效截面的高度（不考虑焊缝余高）称为角焊缝的有效厚度高）称为角焊缝的有效厚度h he e： 当当 90 90 时，时，h he e0.7 0.7 h hf f； 当当 90 90 时，时，h he eh hf fcos(cos( /2) /2)。 二、角焊缝的构造要求二、角焊缝的构造要求 1.1.最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸h hfmax fmax hfmaxfmax1.2

13、tmin min （tminmin为较薄焊件厚度）为较薄焊件厚度）对于板件边缘的焊缝：对于板件边缘的焊缝： 当当t t 6mm6mm时时，h hf f t t ； 当当t t 6mm6mm时时，h hf f t t(1-2)mm(1-2)mm。 2.2.最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸h hfmin fmin hfmin fmin 1.5 tmaxmax（tmaxmax为较厚焊件的厚度）。为较厚焊件的厚度）。 3 3. .焊缝长度焊缝长度lw w 侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不宜小于宜小于8 8h hf f或或40mm 40mm ，且不宜大于，且不宜大于6060h

14、 hf f 。 4.4.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝的计算长侧面角焊缝的计算长度应满足：度应满足：l lw w60 h60 hf f（承受静力荷载或间接承受动力荷载）（承受静力荷载或间接承受动力荷载）或或40h40hf f（直接承受动力荷载）。（直接承受动力荷载）。 三、角焊缝连接的计算三、角焊缝连接的计算 计算角焊缝强度时，假定有效截面上的应力均匀分布，计算角焊缝强度时，假定有效截面上的应力均匀分布，并且不分抗拉，抗压或抗剪，都用同一强度设计值并且不分抗拉，抗压或抗剪，都用同一强度设计值f f w wf f。 (1) (1)侧面角焊缝或作用力平行于焊缝长度方向

15、的角焊缝：侧面角焊缝或作用力平行于焊缝长度方向的角焊缝： (2-9) (2-9) (2)(2)正面角焊缝或作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝：正面角焊缝或作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝： (2-10) (2-10) 式中式中 l lw w连接一侧所有焊缝的计算长度之和，每条连接一侧所有焊缝的计算长度之和，每条焊缝按实际长度减去焊缝按实际长度减去2 2h hf f。 wffwefflhNwfwefflhN1. 1. 角焊缝受轴心力作用时的计算角焊缝受轴心力作用时的计算 2 2、角钢连接的角焊缝受轴心力作用时的计算、角钢连接的角焊缝受轴心力作用时的计算 角钢与连接板用角焊缝连接可以采用三种形式，即

16、采角钢与连接板用角焊缝连接可以采用三种形式，即采用两侧缝、三面围焊和用两侧缝、三面围焊和L L形围焊。为避免偏心受力，应使焊形围焊。为避免偏心受力，应使焊缝传递的合力作用线与角钢杆件的轴线相重合。（具体见缝传递的合力作用线与角钢杆件的轴线相重合。（具体见教材）教材） 3. 3.弯矩、扭矩、轴心力共同作用弯矩、扭矩、轴心力共同作用时，分别计算受力最时，分别计算受力最不利点的正应力和剪应力，按下式计算：不利点的正应力和剪应力，按下式计算： (2-27) (2-27) wfff22)()( 课题课题5 5 螺栓连接螺栓连接一螺栓连接的特点、类型一螺栓连接的特点、类型 螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺

17、栓连接两种。螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。 普通螺栓通常采用普通螺栓通常采用Q235 Q235 钢材制成，安装时用普通扳钢材制成，安装时用普通扳手拧紧；手拧紧； 高强度螺栓则用高强度钢材经热处理制成，用能控制高强度螺栓则用高强度钢材经热处理制成，用能控制螺栓杆的扭矩或拉力的特制扳手，拧紧到预定的预拉力值，螺栓杆的扭矩或拉力的特制扳手，拧紧到预定的预拉力值，把被连接件高度夹紧。把被连接件高度夹紧。 图图2-25 2-25 螺栓的排列螺栓的排列a a）并列布置）并列布置 b b）错列布置）错列布置 2 . 2 .螺栓的排列螺栓的排列 螺栓的排列有并列和错列两种基本形式。螺栓的排列有并

18、列和错列两种基本形式。 并列较简单，但对栓孔有削弱（图并列较简单，但对栓孔有削弱（图a a）；）； 错列较紧凑，可减少截面削弱，但排列较繁杂（图错列较紧凑，可减少截面削弱，但排列较繁杂（图b b）。）。 钢结构设计规范钢结构设计规范根据螺栓孔直径、钢材边缘加根据螺栓孔直径、钢材边缘加工情况（轧制边、切割边）及受力方向，规定了螺栓中工情况（轧制边、切割边）及受力方向，规定了螺栓中心间距及边距的最大、最小限制，见教材表心间距及边距的最大、最小限制，见教材表2-52-5。 bV2VbVf4dnNbCbCftdNbCbVbminV;minNNNN 受剪螺栓的承载力计算受剪螺栓的承载力计算 bt2bt4

19、1fdNe fANnbNNnmin bminNNn7.01501.101dl btNNn MnMMNNyNmM211nMnMMyNyNyN2211bt211NymyMNiM（2-37） 2. 2. 高强螺栓的材料与强度等级高强螺栓的材料与强度等级 由高强材料经热处理制成，按强度等级分由高强材料经热处理制成，按强度等级分10.910.9与与8.88.8级。级。 10.910.9级一般为级一般为20MnTiB20MnTiB、40Cr40Cr等材料，等材料，f fu u1000N/mm1000N/mm2 2，fu/fy0.9fu/fy0.9； 8.88.8级一般为级一般为4545号钢制成，号钢制成， f fu u800N/mm800N/mm2 2，fu/fy0.8fu/fy0.8。 3.3.高强螺栓的预拉力高强螺栓的