钢结构课件-第三章钢结构的连接a对焊

1、大纲要求大纲要求1.1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.2.了解焊接连接的工作性能了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方掌握焊接连接的计算方法及构造要求；法及构造要求；3.3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构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；工作的影响；4.4.了解螺栓连接的工作性能了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算掌握螺栓连接的计算和构造要求。和构造要求。一、一、焊缝连接焊缝连接 3.1 3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法对接焊缝连接对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；优点：不削弱截面，

2、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。缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。 角焊缝连接角焊缝连接三、螺栓连接三、螺栓连接 优点：连接刚度大，传力可靠；优点：连接刚度大，传力可靠； 分为：分为： 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接二、铆钉连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，劳动强度大，施工条件差， 施施工速度慢。工速度慢。一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊A A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊焊条应与焊件钢材相适应。件钢材相适应。原理：利用电

3、弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 3.2 3.2 焊接方法和焊接连接形式焊接方法和焊接连接形式 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E焊条焊条( (Electrode) )第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（

4、kgf/mm2) )第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。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。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；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点2.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、焊丝转盘焊丝转

5、盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊u要获得高质量的焊接接头，必须针对不同的钢种，选用合适的焊丝，并配用合适的焊剂。u一般情况下，对低碳钢、低合金钢的焊接，应根据母材强度，选用相匹配的焊丝，并根据焊丝的成分选配合适的焊剂。u同时，还应根据产品的技术要求和生产条件，选用合适的焊丝焊剂组合，并根据焊接工艺评定，焊缝金属力学性能检测的结果，考核检验所选焊接材料是否合适。A A、焊丝的选择、焊丝的选择 (1)碳钢焊丝焊剂的匹配选用u选用高锰高硅低氟焊剂时，配用H08A即可，如H08A+HJ431( HJ430 )。u选用中锰、低锰或无锰的高硅低氟焊剂时，应配用含锰

6、较高的焊丝，如H08MnA，H10MnSi + HJ330( HJ230，HJ130 )等。u选用烧结焊剂时，SJ401, SJ301, SJ501和H08A配用，都能获得满意的效果。(2)低合金高强度钢焊丝焊剂的匹配选用u焊接低合金高强度钢时，应选用与母材强度相当的焊接材料，并综合考虑焊缝金属的冲击韧性、塑性及接头抗裂性能。u焊缝金属的强度不宜太高，确保焊缝金属的冲击韧性、塑性及接头抗裂综合性能。u如对于Q345钢，选用H08MnA、H10Mn2焊丝与HJ430、HJ431熔炼焊剂，或SJ301、SJ501、SJ101烧结焊剂，都能获得满意的效果。B B、优、缺点、优、缺点： 优点：自动化程

7、度高，焊接速度快，劳动强度低，优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。焊接质量好。 缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。 送送丝丝器器机机器器3.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好。量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。4.4.电阻焊电阻焊 优、缺点：优、缺点： 优点：焊接接头可靠，优点：焊接接头可靠，操作简单，效率高。操作简单，效率高。 缺点：设备复杂、投资缺点：设备复杂、投资大等。大等。 利用电流通过焊件接触点利用电流通过焊件接触点表明电阻所产生的热来融化金表明

8、电阻所产生的热来融化金属，再通过加压使其焊合。属，再通过加压使其焊合。电阻焊电阻焊 利用通过液体溶渣利用通过液体溶渣所产生的电阻热进行所产生的电阻热进行焊接。生产效率高，焊接。生产效率高，焊接质量好焊接质量好5.5.电渣焊电渣焊 二、焊接连接形式和焊缝形式二、焊接连接形式和焊缝形式1.1.焊接连接形式焊接连接形式搭接搭接角部连接角部连接T形连接形连接对接对接2.2.焊缝形式焊缝形式（1 1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝（2 2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝3. 3. 焊缝位置焊缝位置三、焊缝缺陷及焊缝质量检查三、焊缝缺陷及焊缝质量检查1.1.焊缝缺陷焊缝缺

9、陷夹渣夹渣 咬边咬边 未熔合未熔合 未焊透未焊透裂纹裂纹 焊瘤焊瘤 烧穿烧穿 弧坑弧坑 气孔气孔2.2.焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还可以采用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定：规定： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和

10、三级。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焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级质量标准； 一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：缝质量等级的选用有如下规定： (1) (1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。的横向对接焊缝

11、受拉时应为一级，受压时应为二级。 3.3.焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用(2) (2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 4.4.焊缝符号标注焊缝符号标注4 4、焊缝符号标注、焊缝符号标注B B、符号标注法的要素、符号标注法的要素 焊缝符号标注中有许多要素，其中焊缝基本符号和指引线构成了焊缝的基本要素，属于必须标注的内容。 除焊缝基本要素外，在必要时还应加注其他辅助要素，如辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号及焊接工艺等内容。4 4 、焊缝符号标

12、注、焊缝符号标注（1）焊缝基本符号是表示焊缝横断面形状的符号，共有13个(详见GB/324-88)，例如： 序号名称示意图符号1角焊缝2V形焊缝3单边V形焊缝4带钝边V形焊缝序号名称示意图符号5带钝边单边V形焊缝6带钝边U形焊缝7I形焊缝8卷边焊缝C C、焊缝符号及其标注、焊缝符号及其标注4 4、焊缝符号标注、焊缝符号标注（2）辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号。不需要确切地说明焊缝的表面形状时可以不加注辅助符号。辅助符号配置在基本符号固定位置。辅助符号有3个。序号名称示意图符号标注位置说明1平面符号焊缝表面齐平（一般通过打磨或加工）2凹面符号焊缝表面凹陷3凸面符号焊缝表面凸起4 4、焊缝符

13、号标注、焊缝符号标注 （3）补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，一共有5个。a)、带垫板符号： b) 、三面焊缝符号： c)、周围焊缝符号： e)、现场符号 ：表示在现场或工地上进行焊接；f)、尾部符号 ：标注焊接工艺方法或者焊缝数量。4 4、焊缝符号标注、焊缝符号标注（4）特殊符号是为了满足某些特殊情况而规定的焊缝符号，共有4个。 a)、喇叭形焊缝： b) 、单边喇叭形焊缝： c)、堆焊缝： d)、锁边焊缝： 4 4、焊缝符号标注、焊缝符号标注指引线由箭头线和基准线组成。 D D、指引线及其标注、指引线及其标注l箭头可指向接头侧和非接头侧；l箭头线相对焊缝的位置一般没有特 殊要

14、求；l允许箭头线弯折一次。（1）箭头线：4 4、焊缝符号标注、焊缝符号标注（2）基准线 l基准线含有实线基准线和虚线基准线。虚线基准线可画在实线基准线的上方或下方;l焊缝符号标注在实线基准线上说明焊缝在箭头侧，标注在虚线基准线上说明焊缝在非箭头侧;l标注双面或对称焊缝时可不加虚线。4 4、焊缝符号标注、焊缝符号标注（1）焊缝标注有必要时可附带有焊缝尺寸符号及数据。焊缝尺寸符号共有16个（详见GB/324-88），例如： E E、焊缝尺寸符号及其标注、焊缝尺寸符号及其标注符号名称示意图符号名称示意图坡口角度l焊缝长度b根部间隙e焊缝间距p钝边n焊缝段数K焊角尺寸N相同焊缝数量符号4 4、焊缝符号

15、标注、焊缝符号标注（2）焊缝尺寸符号及数据的标注原则(如图)：l 焊缝横截面上的尺寸标注在基本符号的左侧；长度方向的尺寸标在右侧；l 坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标在基本符号的上侧或下侧。l 相同焊缝数量的符号标在尾部。l 在基本符号的右侧无任何标注且又无其他说明时，意味着焊缝在工件的整个长度上是连续的；l 在基本符号的左侧无任何标注且又无其他说明时，表示对接焊缝要完全焊透。 （3）焊缝标注实例）焊缝标注实例问题1 1 如何理解如何理解“焊条应与焊件钢材相适应焊条应与焊件钢材相适应”这句话？这句话？2 2 什么叫电阻焊？其主要适用于哪些方面？什么叫电阻焊？其主要适用于哪些方面？ 3 3

16、 一级、二级和三级焊缝在焊缝质量检查上一级、二级和三级焊缝在焊缝质量检查上 有何具体要求？有何具体要求？4 4 该焊缝符号该焊缝符号 表示什么意思？表示什么意思？5 5 焊透和部分焊透对接焊缝有何区别？焊透和部分焊透对接焊缝有何区别？1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式: :一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造3.3 3.3 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和施工条件施工条件有关。有关。 t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm3)

17、t20mm时，宜采用时，宜采用U U形、形、K K形、形、X X形坡口。形坡口。C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）2 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，t t1 1较薄焊较薄

18、焊件厚度；件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，减小应力集中。过度，减小应力集中。1:2.51:2.5对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透（自学）部分焊透（自学）两种两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受垂直受力方向力方向的连接焊缝；的连接焊缝；对于静载作用下的对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相

19、同，不与计算。为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。件强度计算相同。二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算NNt问题1 1 用材料力学知识，谈谈构件在轴向拉力作用用材料力学知识，谈谈构件在轴向拉力作用下如何验算材料的强度条件？下如何验算材料的强度条件？2 2 用材料力学知识，谈谈构件在受弯作用下用材料力学知识，谈谈构件在受弯作用下如如何验算材料的强度条件？何验算材料的强度条件？3 3 用材料力学知识，谈谈构件在剪、弯轴向用材料力学知识，谈谈构件在剪、弯轴向拉力作用下如

20、何验算材料的强度条件？拉力作用下如何验算材料的强度条件？1、轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算)283( wcwtwfftlN或 式中：式中： N N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t t板件较小厚度；板件较小厚度；T T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； f ft tw w、f fc cw w 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNl lw wtA 当不满足上式时，可采用斜对接当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图焊缝连接如图B B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或另另: :当当tantan1.51.5时时, ,不用

21、验算不用验算! !NNtBNsinsinNcoscosl lw w2、M、V共同作用下的对接焊缝计算共同作用下的对接焊缝计算l lw wtAMV)293(62max wtwwftlMWM )303(23max wVwwwftlVtIVS 因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M M、V V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。（1 1）板件间对接连接）板件间对接连接（2 2）工字形截面梁对接连接计算工字形截面

22、梁对接连接计算MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式3-293-29和和3-303-30要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1 1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求：)313(1 . 132121 wtf 1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。【例1】 验算两钢板的对接焊缝的强度。板宽为验算两钢板的对接焊缝的强度。板宽为500mm500mm，厚，厚12mm12mm，轴心，轴心拉的设计值力拉的

23、设计值力N=1100kNN=1100kN。钢材为。钢材为Q235-BQ235-BF F，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43E43型，三级焊缝，施焊时不用引弧板。型，三级焊缝，施焊时不用引弧板。【解】直对接焊缝连接其计算长度直对接焊缝连接其计算长度lwlw500-2500-212=476mm12=476mm。焊缝正应力为：焊缝正应力为： 223185N/mmN/mm6 .19212476101100wtwftlN不满足要求，改用斜对接焊缝，取截割斜度为不满足要求，改用斜对接焊缝，取截割斜度为1.5:l1.5:l，即即 =56=56。斜缝计算长度。斜缝计算长度lwlw500/sin500/sin

24、 - -2 212=579mm12=579mm。故此时焊缝正应力为：。故此时焊缝正应力为： 5 . 1tan223185N/mmN/mm3 .1311257956sin101100sinwtwftlN223125N/mmN/mm5 .881257956cos101100coswvwftlN这就说明当这就说明当 时，焊缝强度能够保证，可不必时，焊缝强度能够保证，可不必计算。计算。5 . 1tan 若不采用斜对接焊缝，可考虑加引弧板，这时直缝计若不采用斜对接焊缝，可考虑加引弧板，这时直缝计算长度算长度lwlw500mm500mm。焊缝正应力为：。焊缝正应力为： 223185N/mmN/mm3 .18312500101100wtwftlN【例2】计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度( (图图3-3-6)3-3-6)。F=550kN(F=550kN(设计值设计值) )，偏心距，偏心距e=300mme=300mm。钢材为。钢材为Q235-BQ235-BF F，焊条，焊条为为E43E43型，手工焊。三级焊缝。上、下翼缘加引弧板施焊。型，手工焊。三级焊缝。上、下翼缘加引弧板施焊。【解解】因有引弧板，对接焊缝的计算截面与牛腿的截面相因有引弧板，对接焊缝的计算截面与牛腿的截面相同，因而同，因而48331081. 3380)1