钢结构制造与安装

1、钢结构制造与安装第1页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三钢结构制作与安装教案单元二 钢结构的连接第2页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三单元2 钢结构的连接课题1 钢结构连接的种类、特点课题2 焊接方法、焊缝形式及标注 课题3 对接焊缝连接课题4 角焊缝连接课题5 螺栓连接小结本章重点 第3页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三课题1 钢结构连接的种类、特点 钢结构的连接通常有焊接，铆接和螺栓连接三种方式（图2-1）。 图2-1 钢结构的连接方式（a）焊接连接；（b）铆钉连接；（c）螺栓连接第4页，共52页，2022年，5月20日，23

2、点4分，星期三钢 结 构 的 连 接 方 法连 接 方 法 优 点 缺 点 焊 接 构造简单 ，用料经济， 制作方便 ，密闭性好 焊缝附近热影响区内，易导致材质变脆；焊接残余应力和残余变形会使构件的刚度降低；对裂纹敏感，一旦出现裂纹易延伸到整体。对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大。 铆 接 传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好 构造复杂，既费材料又费工 普通螺栓连接 装卸便利，设备简单 螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大 高强螺栓连接 加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好 摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高 第5页，

3、共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三课题2 焊接方法、焊缝形式及标注 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,具体见单元7。 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、搭接、T形连接和角部连接四种如图2-2所示。这些连接所采用的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝。 第6页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 （a）对接焊缝的平接连接 （b）用拼接板和角焊缝的平接连接（ c ）用角焊缝的搭接连接图2-2 焊缝连接形式第7页，共52页，2022年，5月20日，2

4、3点4分，星期三 （d）用角焊缝的T形连接 （e）焊透的T形连接 （f）用角焊缝的角部连接 （g）用对接焊缝的角部连接 图2-2 焊缝连接形式第8页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三三焊缝代号及标注方法 焊缝代号主要由引出线、图形符号、辅助符号三部分组成。 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。 辅助符号用来表示焊缝的辅助要求。 焊缝代号见教材表2-1。 第9页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三课题3 对接焊缝连接 一、对接焊缝的形式和构造 1.对接焊缝的形式 对接焊缝按所受力的方向分为正对接焊缝如图2-4a所示和斜对接焊缝如

5、图2-4b所示。 图2-4 焊缝形式a）正对接焊缝 b）斜对接焊缝第10页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 对接焊缝的坡口形式分为I形缝、V形缝、带钝边单边V形缝、带钝边V形缝（也叫Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边双单边V形缝和双Y形缝等。（a）I形缝 （b）带钝边单边V形缝 （c）Y形缝（d）带钝边U形缝 （e）带钝边双单边V形缝 （f）双Y形缝第11页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三直边缝：适合板厚t 10mm 单边V形：适合板厚t 1020mm 双边V形：适合板厚t 1020mm U形：适合板厚t 20mm K形：适合板厚t 20mm X形：适合

6、板厚t 20mm （g）、（h）、（i）加垫板的I形缝、带钝边单边V形缝和Y形缝 第12页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 2.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2tmm（t为较薄焊件厚度） 。 图2-6 用引弧板焊接第13页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：2.5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1：2.5的斜边，避免应力集中。图2-7 变截面钢板拼接 a）改变宽度 b）

7、、c）改变厚度a)b)c)第14页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三1.轴心受力对接焊缝的计算 (2-1)式中 N 轴心拉力或轴心压力的设计值； lw 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2t； t 在对接接头中为连接件的较小厚度；在T形接头中为腹板厚度; wt 、wc 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 二、对接焊缝连接计算 wt或wc第15页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三2.对接焊缝在弯矩和剪力共同作用下的计算 = wt (2-2) V Sw（Iwt）wV (2-3) 图2-9 对接焊缝受弯矩和剪力共同作用式中Ww 焊缝截面抵抗矩

8、（mm3）； Sw 受拉部分截面到中和轴的面积矩（mm3）； Iw 焊缝截面惯性矩（mm4）。 fwv 对接焊缝的抗剪强度设计值（N/mm2）。第16页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 1.1wt (2-4) 受弯受剪的工字形截面对接连接第17页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三3.对接焊缝在弯矩和剪力、轴心力共同作用下的计算 + = + wt (2-7) wV (2-8) 1.1wt 式中Ww 焊缝截面抵抗矩（mm3）； Sw 受拉部分截面到中和轴的面积矩（mm3）； Iw 焊缝截面惯性矩（mm4）。 fwv 对接焊缝的抗剪强度设计值（N/mm2）。

9、第18页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三课题4 角焊缝连接 一、角焊缝的形式 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断角焊缝。 间断角焊缝的间断距离l不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。一般在受压构件中应满足l15t；在受拉构件中l30t，t为较薄焊件的厚度。第19页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 按施焊时焊缝在焊件之间的相对空间位置，焊缝连接可分为俯焊（平焊） 、横焊、立焊及仰焊。图2-13 （a）俯焊（平焊）

10、 （b）立焊（c）横焊（d）仰焊 第20页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 角焊缝按截面形式可分为直角角焊缝如图2-14所示和斜角角焊缝如图2-15所示. 图2-15 斜角角焊缝图2-14 直角角焊缝第21页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三角焊缝两边夹角一般为90（直角角焊缝），夹角大于135或小于60的斜角角焊缝，除钢管结构外，一般不宜用作受力焊缝。 角焊缝的有效截面为平分角焊缝夹角的截面，破坏往往从这个截面发生。有效截面的高度（不考虑焊缝余高）称为角焊缝的有效厚度he ： 当 90 时，he0.7 hf ； 当 90 时，hehf cos( /2

11、)。 第22页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 二、角焊缝的构造要求 1.最大焊脚尺寸hfmax hfmax1.2tmin （tmin为较薄焊件厚度）对于板件边缘的焊缝： 当t 6mm时，hf t ； 当t 6mm时，hf t(1-2)mm。 2.最小焊脚尺寸hfmin hfmin 1.5 tmax（tmax为较厚焊件的厚度）。 第23页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 3.焊缝长度lw 侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不宜小于8hf或40mm ，且不宜大于60hf 。 4.侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝的计算长度应满足：lw60 hf（承受静

12、力荷载或间接承受动力荷载）或40hf（直接承受动力荷载）。 第24页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 5.在搭接连接中，要求搭接长度l5t1（t1为较薄焊件厚度），且25mm。 6.板件的端部仅用两侧缝连接时应使lwb（b为两侧焊缝的距离，lw为侧焊缝长度）；同时尚应使b16t（当t12mm时）或190mm（当t 12mm时），t为较薄焊件厚度。若不满足此规定则应加焊端缝。 7.当角焊缝的端部在构件的转角处时，宜作长度为2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊，以改善连接的受力性能。第25页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三三、角焊缝连接的计算 计算角焊缝

13、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f wf。 第26页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 (1)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)正面角焊缝或作用力垂直于焊缝长度方向的角焊缝： (2-10) 式中lw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2hf。 1. 角焊缝受轴心力作用时的计算第27页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三2、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，即采用两侧缝、三面围焊和L形围焊。为避免偏心受力，应使焊缝

14、传递的合力作用线与角钢杆件的轴线相重合。（具体见教材）第28页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 3.弯矩、扭矩、轴心力共同作用时，分别计算受力最不利点的正应力和剪应力，按下式计算： (2-27) 第29页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三课题5 螺栓连接一螺栓连接的特点、类型 螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。 普通螺栓通常采用Q235 钢材制成，安装时用普通扳手拧紧； 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。第30页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，

15、星期三 1.普通螺栓连接 普通螺栓分为A、B、C三级。C级为粗制螺栓，由未经加工的圆钢压制而成，制作精度差，螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.53mm。但安装方便，且能有效的传递拉力，故可用于沿螺栓杆轴心受拉的连接，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定中。 A、B级精制螺栓是由毛坯在车床上经过切削加工精制而成。表面光滑，尺寸准确，螺栓直径与螺栓孔径之间的缝隙只有0.30.5。由于有较高的精度，因而受剪性能好，但制作和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中采用。第31页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 2.高强度螺栓连接 高强度螺栓连接有两种类型： 一种是只依靠摩擦阻力传力

16、，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则的，称为摩擦型连接。 另一种是允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则的，称为承压型连接。第32页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三二普通螺栓连接及计算1.螺栓的规格 钢结构采用的普通螺栓形式为大六角头型，其代号用字母M和公称直径的毫米数表示。为制造方便，一般情况下，同一结构中宜尽可能采用一种栓径和孔径的螺栓，需要时也可采用23种螺栓直径。 建筑工程中常采用M16、M20和M24等。第33页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三图2-25 螺栓的排列a）并列布置 b）错列布置 2 .螺栓的排列 螺栓的排列

17、有并列和错列两种基本形式。 并列较简单，但对栓孔有削弱（图a）； 错列较紧凑，可减少截面削弱，但排列较繁杂（图b）。第34页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 钢结构设计规范根据螺栓孔直径、钢材边缘加工情况（轧制边、切割边）及受力方向，规定了螺栓中心间距及边距的最大、最小限制，见教材表2-5。第35页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 3、普通螺栓的抗剪承载力计算 普通螺栓连接按螺栓传力方式，可分为抗剪螺栓连接和抗拉螺栓连接。如图。第36页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 抗剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有： 螺栓受剪破

18、坏 孔壁挤压破坏 连接板净截面破坏 螺栓受弯破坏 连接板冲剪破坏。第37页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 单个受剪螺栓的承载力计算 螺栓抗剪 （2-28） 孔壁承压 （2-29） 最大承载力 受剪螺栓的承载力计算第38页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 4.普通螺栓的抗拉承载力计算 单个受拉螺栓的承载力设计值： （2-30）第39页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 5、普通螺栓群连接计算 （1）受剪螺栓群在轴心力作用下的连接计算 受力特性：受剪螺栓群沿受力方向，受力分配不均，两端大中间小，在一定范围内，靠塑变可以均布内力，过大

19、时，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数 。 当连接长度l 15d0时： （2-31） 连接板净截面强度 （2-32） 第40页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三当连接长度l15d0时： 连接所需螺栓数量： 第41页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三（2)普通螺栓群轴心受拉 通常假定每个螺栓平均受力，则连接所需螺栓数为： （2-35）式中 N bt单个螺栓的抗拉承载力设计值，按式(2-30)计算。第42页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三（3）螺栓群在弯矩作用受拉（2-37）第43页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星

20、期三 二、高强度螺栓连接 1. 按受力特性分：摩擦型高强螺栓与承压型螺栓; 摩擦型螺栓:抗剪连接时摩擦型以板件间最大摩擦力为承载力极限状态； 承压型螺栓:允许克服最大摩擦力后，以螺杆抗剪与孔壁承压破坏为承载力极限状态（同普通螺栓）。受拉时两者无区别。 高强螺栓采用级孔，便于施工。 受传力机理的要求，构造上除连接板的边、端距1.5d0外其它同普通螺栓。 第44页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 2. 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10.9与8.8级。 10.9级一般为20MnTiB、40Cr等材料，fu1000N/mm2，fu/fy0.9；

21、8.8级一般为45号钢制成， fu800N/mm2，fu/fy0.8。 3.高强螺栓的预拉力 （2-38）第45页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三4.高强度螺栓的紧固法 我国现有大六角头型和扭剪型两种型式的高强度螺栓。它们的预拉力是安装螺栓时通过紧固螺帽来实现的，为确保其数值准确，施工时应严格控制螺母的紧固程度。通常有转角法、力矩法和扭掉螺栓尾部的梅花卡头三种紧固方法。大六角头型用前两种，扭剪型用后者。第46页，共52页，2022年，5月20日，23点4分，星期三 5.高强螺栓连接计算 （1）摩擦型高强螺栓受剪连接计算 一个螺栓抗剪承载力: （2-39） 连接所需螺栓数: （2-40） 净截面强度：考虑50孔前传力 （2-42）第47页，共52页，2