钢结构制造与安装

钢结构制造与安装第1页，共52页，2023年，2月20日，星期四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，2023年，2月20日，星期四单元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，2023年，2月20日，星期四课题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，2023年，2月20日，星期四钢结构的连接方法

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，共52页，2023年，2月20日，星期四课题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，2023年，2月20日，星期四

（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，2023年，2月20日，星期四

（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，2023年，2月20日，星期四三．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，2023年，2月20日，星期四课题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，2023年，2月20日，星期四

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，2023年，2月20日，星期四直边缝：适合板厚t10mm

单边V形：适合板厚t＝10～20mm双边V形：适合板厚t＝10～20mmU形：适合板厚t>20mmK形：适合板厚t>20mmX形：适合板厚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，2023年，2月20日，星期四

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，2023年，2月20日，星期四

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）、c）改变厚度a)b)c)第14页，共52页，2023年，2月20日，星期四1.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;

ƒwt

、ƒwc——

对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。

二、对接焊缝连接计算

＝≤ƒwt或ƒwc第15页，共52页，2023年，2月20日，星期四2.对接焊缝在弯矩和剪力共同作用下的计算

＝=≤ƒwt(2-2)＝VSw／（Iwt）≤ƒwV(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（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，2023年，2月20日，星期四≤1.1ƒwt(2-4)

受弯受剪的工字形截面对接连接第17页，共52页，2023年，2月20日，星期四3.对接焊缝在弯矩和剪力、轴心力共同作用下的计算

＝+=+≤ƒwt(2-7)＝≤ƒwV(2-8)

≤1.1ƒwt

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）。第18页，共52页，2023年，2月20日，星期四课题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l≤15t；在受拉构件中l≤30t，t为较薄焊件的厚度。第19页，共52页，2023年，2月20日，星期四

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）（b）立焊（c）横焊（d）仰焊

第20页，共52页，2023年，2月20日，星期四

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，2023年，2月20日，星期四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，he＝0.7hf

；当

>90°

时，he＝hf

cos(/2)。

第22页，共52页，2023年，2月20日，星期四

二、角焊缝的构造要求

1.最大焊脚尺寸hfmax

hfmax≤1.2tmin（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≥1.5tmax（tmax为较厚焊件的厚度）。

第23页，共52页，2023年，2月20日，星期四

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：lw≤60hf（承受静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，2023年，2月20日，星期四

5.在搭接连接中，要求搭接长度l≥5t1（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lw≥b（b为两侧焊缝的距离，lw为侧焊缝长度）；同时尚应使b≤16t（当t＞12mm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，2023年，2月20日，星期四三、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，并且不分抗拉，抗压或抗剪，都用同一强度设计值fwf。

第26页，共52页，2023年，2月20日，星期四(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，2023年，2月20日，星期四2、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，2023年，2月20日，星期四

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，2023年，2月20日，星期四课题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，2023年，2月20日，星期四

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1.5～3mm。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0.3～0.5㎜。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，2023年，2月20日，星期四

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，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，2023年，2月20日，星期四二．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2～3种螺栓直径。建筑工程中常采用M16、M20和M24等。第33页，共52页，2023年，2月20日，星期四图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，2023年，2月20日，星期四《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，2023年，2月20日，星期四

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，2023年，2月20日，星期四

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，2023年，2月20日，星期四

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，2023年，2月20日，星期四4.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，2023年，2月20日，星期四

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，过大时，设计计算时仍按均布，但强度需乘折减系数η

。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，2023年，2月20日，星期四当连接长度l≥15d0时：

连接所需螺栓数量：

第41页，共52页，2023年，2月20日，星期四（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Nbt——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，2023年，2月20日，星期四（3）螺栓群在弯矩作用受拉（2-37）第43页，共52页，2023年，2月20日，星期四

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Ⅱ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，2023年，2月20日，星期四

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，fu≥1000N/mm2，fu/fy≥0.9；

8.8级一般为45号钢制成，fu≥800N/mm2，fu/fy≥0.8。

3.高强螺栓的预拉力（2-38）第45页，共52页，2023年，2月20日，星期四4.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，2023年，2月20日，星期四5.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