钢结构课件3.ppt

1、钢结构设计原则第三章连接、焊接连接、螺栓连接、主要内容、钢结构连接、对接焊缝的构造和计算、角焊缝的构造和计算、焊接残余应力和变形、普通螺栓的构造和计算、高强度螺栓的构造和计算、3.1钢结构连接、连接方法：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接。连接原理安全可靠，传力清晰，结构简单，制造方便，节约钢材。图3.1.1连接方法：螺栓连接、铆钉连接和焊接连接，3.1钢结构连接，缺点、第3章连接、* *材料经济性不削弱截面；*制造加工方便，可实现自动化操作；*连接具有良好的气密性、高结构刚度和良好的完整性。*材料容易变脆；*产生残余应力、残余应变和焊接缺陷；压杆的稳定性降低，疲劳强度受到影响；裂纹敏感性非常高；低

2、温下的冷脆性更为突出。优点，3.1.1焊接接头，1。焊接接头作为现代钢结构最基本的连接方式，其特点被广泛应用。3.1钢结构的连接，2 .钢结构中常用的焊接方法，如电阻焊和气体保护焊，以及(1)手工电弧焊。原理：利用电弧产生的热量熔化涂有焊剂的焊条和母材，形成焊缝。优点：方便，适应性强，特别适合高空和户外作业，小规模焊接，应用最广泛。缺点：质量波动大，焊工水平高，劳动强度大，生产效率低。3.1钢结构的连接，a .焊条的选择：焊条应与焊件钢(主要金属)相容。Q390和Q420钢选用E55焊条(E5500-E5518)，Q345钢选用E50焊条(E5001-E5048)，Q235钢选用E43焊条(E

3、4300-E4328)。不同钢种的钢筋焊接，宜采用适应低强度钢筋的焊条。3.1钢结构连接，(2)埋弧焊(自动或半自动)，将轻焊丝埋在焊剂下，焊丝、焊件和焊剂通电后被电弧熔化形成焊缝。焊剂熔化后形成的焊渣漂浮在熔化的金属表面，隔离空气接触并提供必要的合金元素。优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：设备投资大，建设位置有限。焊丝的选择应等于焊件的强度。3.1、钢结构的连接，(4)电阻焊，(3)气体保护焊，电弧焊方法使用CO2或其他惰性气体代替焊剂从焊枪中喷出。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，防止有害气体侵入。优点：无夹渣，焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件有限，不

4、适合在有风的地方焊接。金属被通过焊接件接触点表面电阻的电流产生的热量熔化，然后通过压力焊接。适用于板叠厚度不大于12的焊接。3.1钢结构连接，3 .焊接接头和焊接形式，(1)焊接接头：对接接头、搭接接头、丁字接头和转角接头。3.1、钢结构的连接，(2)焊缝形式：分为对接焊缝和角焊缝。对接焊缝根据应力和焊接方向分为1)直对接焊缝2)斜对接焊缝和角焊缝1)前角焊缝：作用力方向垂直于焊缝长度方向。2)侧角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。3.1钢结构的连接、对接和角焊缝，以及角焊缝沿长度方向的布置，1)连续角焊缝：机械性能良好，是主要的角焊缝形式。2)不连续角焊缝：在引弧和熄弧处容易造成应力集中。

5、3.1、钢结构的连接，不重要或受力较轻的构件，可采用不连续角焊缝、水平焊缝、垂直焊缝、水平焊缝和高架焊缝进行连接。焊接方法，图3.1.6焊接方法，3.1钢结构连接，4。焊接缺陷和焊缝质量常见缺陷包括裂纹、飞边、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等，焊缝尺寸不符合要求，焊缝成形不良等。3.1、钢结构的连接，(2)焊缝质量等级，根据GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范，焊缝根据其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只需要对所有焊缝进行目视检查，并符合三级质量标准，适用于一般连接。3.1、钢结构的连接、外观检查(肉眼)、尺寸偏差和表面缺陷；无损检测(仪器)检查内部

6、缺陷(超声波检测、x光检测、磁粉检测、渗透检测)。二次焊缝：外观检查和无损检测(超声波探伤)合格，用于拉应力大的重要连接。一级焊缝：外观检查和无损检测(超声波探伤和X射线探伤)合格，用于重要的耐动力和耐疲劳连接。(3)焊接质量等级和选择。钢结构设计规范(GB50017 - 2003)中，焊缝质量等级的选择有如下规定：(1)在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，拉伸时应为一级，压缩时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级焊缝。2)在不需要进行疲劳计算的构件中，要求与母材一样强度的拉伸对接焊缝不得低于二级；压力应该是次要的。3)起重能力为50t的重型系统和中型系统的

7、吊车梁腹板和上翼缘板之间的对接焊缝和角焊缝组合焊缝的焊缝形状不应低于二级。4)角焊缝质量等级一般为三级，但直接承受动载荷，需要检查疲劳和起吊重量Q50t的中间工作吊车梁的角焊缝外观质量应符合二级。3.1钢结构的连接，5 .焊接符号和标记方法，3.1钢结构的连接，焊接符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等组成。焊接符号表示法(GB/T324-1988)，建筑结构图标准(GB/T50105-2001)，3.1.2螺栓连接，第一章，由45号钢、40B钢和20号钢热处理后制成。45号，8.8级；40B级和20M级B10.9，(a)大六角头螺栓，(b)扭转剪切螺栓，3.1钢结构连接，(a)大六角头螺栓，

8、(b)扭转剪切螺栓，高强度螺栓的摩擦型连接和承压型连接的比较，3.1钢结构连接，铆钉连接和特点，铆钉连接是用一端带有半圆形预制钉头的铆钉，并迅速将钉杆插入连接件。目前，它很少用于承重钢结构的连接。3.1钢结构连接的主要连接方法、优缺点1 .对接焊缝的坡口形式3.2结构和对接焊缝的计算3.2.1对接焊缝的结构通常需要做成坡口，也称坡口焊缝。坡口形式与焊件的厚度有关。3.2对接焊缝的结构和计算，板厚10毫米，3。对接焊缝的结构处理，2。对焊的优缺点，优点：节省材料，传力均匀，无明显应力集中，有利于承受动载荷。缺点：需要切割焊缝，焊接件的长度需要精确。3.2对接焊缝的结构和计算，1)为防止熔融金属流

9、动，必要时可在坡口下增加垫板。2)焊缝熄弧处经常出现弧坑等缺陷，因此可在焊接时设置引弧板和引出板，焊接后切断。3)当对接焊缝拼接处的焊缝宽度或厚度相差大于4毫米时，应从宽度方向或厚度方向的一侧或两侧分别形成不大于1:2.5的斜角，以使截面过渡平缓，减少应力集中。3.2对接焊缝的结构和计算，4。对接焊缝的强度，1)对接焊缝在压缩和剪切下的强度等于母材的强度。2)允许有许多缺陷3)一级和二级质量焊缝的抗拉强度可视为等于母材的抗拉强度。3.2对接焊缝的结构和计算，3.2.2对接焊缝的计算，1。轴向应力下的对接焊缝，(3.2.1)，计算的lw焊缝长度与轴向张力或压力的设计值，计算的焊缝长度与实际长度减

10、去2t(无弧板时)；如果有引弧板，取实际长度。t型接头的较小厚度是t型接头的腹板厚度；ftw和fcw对接焊缝的拉伸和压缩强度设计值(P382表1.3)。与构件母材强度计算方法相同。当采用材料力学计算公式，电弧板(引出板)焊接时，不需要计算一次和二次对接焊缝。只有当三级焊缝处于拉伸状态，或者没有引弧板(引出板)时，才能进行检查。3.2、对接焊缝的结构和计算、关键点、带斜力的对接焊缝、对接焊缝的斜力是指力穿过焊缝的重心并与焊缝的长度方向形成一个夹角，其计算公式为：lw计算斜焊缝的长度。Lwb/sinq。添加引弧板时；不带引弧板的Lwb/sinq2t。Fvw对接焊缝剪切设计强度。(P382表1.3)

11、，根据规范，当斜焊缝的倾角为56.3，即tan1.5时，可以认为对接斜焊缝与母材一样强，所以不需要计算。3.2对接焊缝的结构和计算，b，(3.2.2)，(3.2.3)，2。承受弯曲距离和剪切力联合作用的对接焊缝具有与母材相同的内应力分布。焊缝截面为矩形，正应力和剪应力分布分别为三角形和抛物线形，最大值应分别满足以下强度条件。(3.2.5)、(3.2.4)、M焊缝的弯矩；Ww焊接截面模量。v焊缝承受的剪切力；Iw焊缝截面惯性矩的计算：剪应力以上定心轴的面积力矩由Sw焊缝横截面计算。3.2对于对接焊缝的结构和计算，对于工字形或丁字形截面，应分别检查最大法向应力和最大剪应力，腹板和法兰连接处的转换应

12、力也应检查为： (3.2.6)，其中： 1和1是腹板和法兰连接处的法向应力和剪应力。1.1考虑到最大减小应力仅发生在焊缝局部，适当提高焊缝强度设计值的系数。工字梁弯曲时，弯曲正应力主要由上下翼缘承受，剪应力主要由腹板承受，充分利用了截面各处的材料。3.2对接焊缝的结构和计算，3。对接焊缝在轴力、弯矩和剪力的共同作用下，在剪力的作用下产生正应力和剪应力。计算公式为：(3.2.4*)、(3.2.5*)、(3.2.6*)，其中：(3.2.5*)，对接焊缝的计算方法与母材强度计算方法完全相同，只是焊缝长度是否减小，焊缝强度是否减小。3.2、对接焊缝的结构和计算、对接焊缝的计算步骤和载荷的确定；分析截面

13、的应力状态；计算截面的几何特征值；强度校核计算。3.2、不同作用条件下对接焊缝的计算(矩形、工字形)，结构和对接焊缝的计算，检查钢板对接焊缝的连接如图所示。M=1008kN.m，V=240KN，Q235钢，E43焊条，手工焊接，质量等级3级，采用弧板。1。截面几何特征值的计算，示例3.1，解决方法，3.2对接焊缝的构造和计算，2。计算焊缝强度，检查牛腿和柱之间的对接焊缝连接，如图所示。F=170kN，Q390钢，E55焊条，手工焊接，质量等级为三级，不使用弧板。示例3.2，3.2对接焊缝的构造和计算，2。负载计算，1。截面几何特征值的计算，解法，3.2对接焊缝的构造和计算，3。焊缝强度的检查计

14、算，3.2对接焊缝的构造和计算，1。角焊缝的形式和强度，3.3.1角焊缝的构造，3.3 (1)直角角焊缝通常做成等腰直角三角形截面(A)，表面略呈凸面。对于承受动载荷的结构，前角焊缝的横截面通常为(B)形，而侧角焊缝的横截面为凹形(C)。3.3、角焊缝的构造和计算，(2)斜角角焊缝的两焊接边之间的夹角为90或90。常用于钢制漏斗和钢管结构。hf焊脚尺寸；焊接脚之间的角度；有效厚度(失效表面上的焊缝厚度)也是，he hfcos/2。对于135或60斜角角焊缝，除钢管结构外，不适合用作应力焊缝。3.3角焊缝的构造和计算，(2)前角焊缝：焊缝垂直于应力方向，应力状态复杂。焊缝横截面各边都有正应力和剪

15、应力，分布不均匀，峰值应力形成在焊缝根部，容易开裂。破坏强度高，但塑性差，弹性模量大。(1)侧角焊缝：焊缝长度方向与应力方向平行，应力分布简单。它主要承受剪应力，在弹性阶段剪应力分布不均匀，两端大中间小；强度低，弹性模量低，但塑性好。图3.3.3角焊缝的应力分布，图3.3角焊缝的结构和计算，图3.3.4角焊缝的载荷和变形之间的关系，角焊缝的力学性能和强度介于前角焊缝和侧角焊缝之间。q是试验焊缝和试样水平方向之间的夹角。前角焊缝的破坏强度高于侧角焊缝。3.3角焊缝的构造和计算，2。结构要求，角焊缝焊脚尺寸是指从焊脚到焊缝外侧的尺寸高频，(1)角焊缝尺寸，以确保焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因快速

16、冷却速度而产生硬化结构，导致母材开裂。3.3角焊缝的构造和计算，手工角焊缝，厚焊件的厚度。自动焊接(高且均匀的温度):当焊件厚度为t4mm时：取hfmin=t，t形连接的单面角焊缝(快速冷却):b)最大角焊缝尺寸(hfmax)，当t6mm、hfma XT时，板边缘角焊缝(边缘焊接)厚度t；当t6mm，hfma XT-(12) mm时，为了避免焊缝局部过热，应烧穿薄焊件并减少焊接残余应力和变形。Hf和max应满足以下：的要求，直焊钢管结构的尺寸不应超过支管壁厚的两倍。圆孔或槽中的角焊缝尺寸不应大于圆孔直径或槽短直径的1/3。3.3角焊缝的结构和计算，(2)角焊缝的计算长度，最小最大最小最大最小最大最小最大最小计算长度(最小最小)。为了使焊缝具有一定的承载能力，根据使用经验，侧角焊缝和前角焊缝的计算长度不应小于lwmin8hf和40mm，考虑到焊缝两端的缺陷，实际长度应比上述值大2hf。如果实际长度2hf，lwmax60hf超过上述值