第三章鋼的結(jié)構(gòu)連接

第三章鋼的結(jié)構(gòu)連接第一節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的連接種類和特點(diǎn)

一、鋼結(jié)構(gòu)的連接種類和特點(diǎn)

普通螺栓連接可采用普通扳手?jǐn)Q緊螺栓。根據(jù)螺栓的加工精度可以分為C級螺栓和A、B級螺栓兩種。A級螺栓是指螺栓桿直徑d≤24mm和螺桿公稱長度L≤10d或L≤150mm(按較小值)時(shí)的螺栓，否則為B級螺栓。螺栓的級別劃分中，小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示螺栓抗拉強(qiáng)度的最小值；小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示屈強(qiáng)比(屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度之比)。連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接對幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡單，省材省工，易于自動(dòng)化，工效高，密封性好，結(jié)構(gòu)的剛度大對材質(zhì)要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大，易產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力及殘余變形

鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動(dòng)力荷載好截面有削弱，費(fèi)鋼、費(fèi)工，普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡單螺栓精度低時(shí)不宜受剪，螺栓精度高時(shí)加工和安裝難度較大高強(qiáng)螺栓連接加工方便，對結(jié)構(gòu)削弱少，可拆換，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價(jià)略高焊接連接與鉚釘、螺栓連接比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：1）不需打孔，省工省時(shí)；2）任何形狀的構(gòu)件可直接連接，連接構(gòu)造方便；3）氣密性、水密性好，結(jié)構(gòu)剛度較大，整體性較好。缺點(diǎn)是：1）焊接附近有熱影響區(qū)，材質(zhì)變脆；2）焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化；3）焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴(kuò)展。

二、焊縫和焊縫連接形式（一）鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法 鋼結(jié)構(gòu)中常用的焊接方法有電弧焊、氣體保護(hù)焊、電阻焊和電渣焊等

。1．電弧焊（1）焊條電弧焊

（2）埋弧焊

2．氣體保護(hù)焊

3．電阻焊

4．電渣焊

焊接方法焊條焊劑操作方式適應(yīng)范圍質(zhì)量狀況電弧焊手工焊短焊條(350－400mm)附于焊條之藥皮全手動(dòng)工位復(fù)雜，形狀復(fù)雜之焊縫比自動(dòng)焊略差自動(dòng)焊

連續(xù)焊絲焊劑全自動(dòng)長而簡單的焊縫質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)半自動(dòng)焊連續(xù)焊絲CO2氣體保護(hù)人工操作前進(jìn)任意焊縫質(zhì)量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強(qiáng)電阻焊無無通電、加壓、機(jī)械薄板點(diǎn)焊一般用作構(gòu)造焊縫氣焊短、光焊條無（乙炔還原）手工薄板、小型、不同材質(zhì)結(jié)構(gòu)中一般用作構(gòu)造焊縫（二）焊縫的連接形式焊縫連接形式可分為平接、搭接、T形連接和角接四種。

（三）焊縫形式平接和T形連接為對接焊縫；T形連接、搭接和角接則為角焊縫。對接焊縫一般是沿著焊件厚度方向進(jìn)行連接的。根據(jù)作用力的方向，對接焊縫可分為對接正焊縫和對接斜焊縫。角焊縫一般是沿著被焊件表面進(jìn)行連接的。根據(jù)作用力的方向不同，角焊縫可分為正面角焊縫和側(cè)面角焊縫兩種根據(jù)焊縫沿長度方向的布置，還可將其分為連續(xù)角焊縫和斷續(xù)角焊縫兩種形式。

根據(jù)施焊位置劃分根據(jù)施焊位置，可將焊縫分為平焊、橫焊、立焊和仰焊等幾種。1．指引線2．基本符號

（四）焊縫符號

名稱封底焊縫對接焊縫角焊縫塞焊縫與槽焊縫點(diǎn)焊縫I形焊縫V形焊縫單邊V形焊縫帶鈍邊的V形焊縫帶鈍邊的U形焊縫符號形式角焊縫對接焊縫塞焊縫三面圍焊單面焊縫雙面焊縫安裝焊縫相同焊縫標(biāo)注方法3．輔助符號4．補(bǔ)充符號當(dāng)焊縫分布比較復(fù)雜或用上述注標(biāo)方法不能表達(dá)清楚時(shí)，可在標(biāo)注焊縫代號的同時(shí)，在圖上加?xùn)啪€表示焊縫。

（五）焊縫缺陷、焊縫質(zhì)量檢查及質(zhì)量等級1．焊縫缺陷在焊接過程中，焊縫易存在裂紋、氣孔、未熔合、未焊透、焊瘤和咬邊等多種缺陷。

焊接質(zhì)量檢驗(yàn)：焊接時(shí)為保證質(zhì)量，需要注意之處：（1）對不熟悉的鋼種焊接時(shí)，需做工藝性能和力學(xué)性能的試驗(yàn)；（2）焊工要進(jìn)行考核，持證上崗；（3）焊條、焊絲、焊劑按規(guī)定烘焙；（4）多層焊接需連續(xù)施焊，每層焊道之間要清理；（5）焊縫出現(xiàn)裂縫，應(yīng)申報(bào)、查明原因，方能處理。

焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)方法分：外觀檢查、超聲波探傷檢驗(yàn)、X射線檢驗(yàn)2．焊縫質(zhì)量檢查及焊縫質(zhì)量等級

焊縫質(zhì)量分三級:一級焊縫需經(jīng)外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗(yàn)都合格；二級焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級焊縫需外觀檢查合格。第三節(jié)對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

對接焊縫的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：用料經(jīng)濟(jì)、傳力均勻、無明顯的應(yīng)力集中，利于承受動(dòng)力荷載。缺點(diǎn)：需剖口，焊件長度要精確。一、對接焊縫的構(gòu)造（一）構(gòu)造形式根據(jù)焊件厚度t的不同，坡口形式可分為I形、單邊V形、Y形、U形、K形、X形焊縫等。a）I形焊縫：適合板厚t10mmb）帶鈍邊的單邊V形焊縫、雙邊V形、Y形焊縫：適合板厚t＝10～20mmc）U形、K形、X形：適合板厚t>20mm

（二）對接焊縫構(gòu)造處理1、在對接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度或厚度相差4mm以上時(shí)，為使截面平緩過渡，減少應(yīng)力集中，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1∶2.5的斜角。對于直接承受動(dòng)力荷載且需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的結(jié)構(gòu)，斜角坡度不應(yīng)大于1∶4。

2、起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復(fù)雜，除承受動(dòng)力荷載外，一般不用，在計(jì)算時(shí)將每條焊縫長度減少2t(t為焊件的較小厚度)。引弧板切割用氣割切除，并修磨平整。二、對接焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值受力情況：受壓、受剪、受拉焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與母材相同情況：1、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與母材的相應(yīng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值相同；2、一、二級焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可與母材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值相同三級焊縫中允許存在的焊縫缺陷較多，故將三級焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為母材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的85％，同時(shí)取以5N/mm2為倍數(shù)的整數(shù)。部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫的坡口形式可分為V形、單邊V形、K形、u形或J形坡口等。在垂直于焊縫長度方向的壓力作用下取=1.22；其他情況下取=1.0。

he的取值要求:對接焊縫的簡單計(jì)算——軸心受力構(gòu)件

在平接接頭及T形接頭中，對接焊縫受垂直于焊縫長度方向的軸心拉力或軸心壓力N的作用，其焊縫強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：當(dāng)對接焊縫的強(qiáng)度不能滿足要求時(shí)，，其強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：例3—1如圖所示兩塊鋼板采用對接焊縫拼接。已知鋼板截面尺寸為540mmX14mm，承受軸心拉力作用。鋼材為Q235，焊條為E43型，焊條電弧焊，施焊時(shí)不用引弧板，焊縫質(zhì)量等級為Ⅳ三級。試確定焊縫所能承受的最大軸心拉力。。第四節(jié)角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算一、角焊縫的形式和受力特點(diǎn)

（一）角焊縫的形式

直角焊縫和斜角角焊縫

有效截面：在計(jì)算時(shí)，假設(shè)角焊縫破壞面均沿著焊腳/2面(即最小截面)破壞，此破壞面稱為有效截面，該截面厚度稱為有效厚度或計(jì)算厚度he。側(cè)面角焊縫主要承受剪力作用，塑性較好，強(qiáng)度較低。正面角焊縫的受力較復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，在焊根處應(yīng)力集中很嚴(yán)重。1．角焊縫的焊腳尺寸現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：角焊縫的焊角尺寸不得小于1.5，t為較厚焊件厚度(單位為mm)。對于埋弧焊，最小焊腳尺寸可減小lmm，即；對于T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm，即；當(dāng)焊件厚度小于4mm時(shí)，應(yīng)與焊件厚度相同。角焊縫的焊角尺寸不宜大于較薄焊件厚度t的1.2倍(鋼管結(jié)構(gòu)除外)，即≤1.2t。同時(shí)板件(厚度為t)邊緣的角焊縫的最大焊腳尺寸還應(yīng)符合下列要求：①當(dāng)板厚t≤6mm時(shí)，≤t；②當(dāng)板厚t>6mm時(shí)，≤t―(1～2)mm。角焊縫的尺寸和構(gòu)造要求

2．角焊縫的計(jì)算長度現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長度不得小于8和40mm，即≥8且≥40mm?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：側(cè)面角焊縫的計(jì)算長度不宜大于60，即3．其他構(gòu)造要求

圖3—33桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫(a)二面?zhèn)群福?b)三面圍焊；(c)L形圍焊

當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可在轉(zhuǎn)角處連續(xù)地做長度為2的繞角焊。當(dāng)板件的端部僅用兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)，為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折，造成板件中的應(yīng)力分布不均勻，要求每條側(cè)面角焊縫的長度不宜小于兩條角焊縫之間的距離b，即≥b同時(shí)為了防止焊縫橫向收縮引起板件的拱曲過大，要求兩條側(cè)面角焊縫之間的距離b不宜大于16t(t>12mm)或者190mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的厚度。在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，并不得小于25rnm。焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形焊接應(yīng)力：焊接后冷卻時(shí)，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為焊接應(yīng)力。焊接變形：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)在焊接過程中，局部區(qū)域受到很強(qiáng)的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。形成：兩塊鋼板上施焊時(shí)，產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫附近溫度高達(dá)1600C，其鄰近區(qū)域溫度較低，且冷卻很快。冷卻時(shí)鋼材收縮，冷卻慢的區(qū)域收縮受到限制，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，冷卻快的區(qū)域受到壓應(yīng)力。

焊接應(yīng)力的分類縱向應(yīng)力：沿著焊縫長度方向的應(yīng)力橫向應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力厚度方向應(yīng)力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響1．焊接殘余應(yīng)力對靜力強(qiáng)度的影響焊接應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度。2．焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)剛度的影響焊接應(yīng)力將降低構(gòu)件的剛度3．焊接殘余應(yīng)力對壓桿穩(wěn)定的影響焊接應(yīng)力將降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。4．焊接殘余應(yīng)力對低溫冷脆的影響焊接應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生低溫脆斷5．焊接殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度的影響焊接應(yīng)力對直接承受動(dòng)力荷載的焊接結(jié)構(gòu)不利。焊接變形是由于焊接過程中焊區(qū)的收縮變形引起的，表現(xiàn)在構(gòu)件局部的鼓起、歪曲、彎曲或扭曲等。

表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。焊接殘余變形及其影響

縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。減少焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的措施：1．設(shè)計(jì)措施

(1)合理布置焊縫位置(2)合理選用焊縫尺寸(3)焊縫數(shù)目宜少，且不宜過分集中(4)應(yīng)盡量避免三向焊縫相交(5)應(yīng)避免鋼板的分層問題(6)應(yīng)考慮施焊的可能性及方便性2．工藝措施(1)選擇合理的施焊順序及方向。(2)反變形法。(3)其他措施措施預(yù)熱法

錘擊法退火法合理的焊接次序反變形法

合理的焊縫設(shè)計(jì)：（1）避免焊縫集中、三向交叉焊縫；（2）焊縫尺寸不宜太大；（3）焊縫盡可能對稱布置，連接過渡平滑，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象；（4）避免仰焊。螺栓連接的排列與構(gòu)造

1．螺栓的排列方式并列：布置緊湊，所用拼接板的尺寸小，但螺栓孔對截面的削弱大。錯(cuò)列：布置不如并列緊湊，拼接板的尺寸大，但可減小螺栓孔對截面的削弱。2．螺栓的排列要求(1)受力要求。端距不能太小，端距不應(yīng)小于2(為螺栓孔的孔徑)。同時(shí)栓距和線距也不能過小。對受壓構(gòu)件，栓距不能過大，否則兩螺栓中心間的鋼板易鼓曲。(2)構(gòu)造要求。(3)施工要求。螺栓連接的構(gòu)造要求

1)每一桿件在節(jié)點(diǎn)上和拼接接頭的一段，永久性螺栓(或鉚釘)數(shù)目不宜少于2個(gè)。對于組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用1個(gè)螺栓(或鉚釘)。(2)對直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓受拉連接，應(yīng)采用雙螺帽或其他能防止螺帽松動(dòng)的有效措施，如采用彈簧墊圈，或者將螺帽和螺桿焊死等方法。(3)由于C級螺栓與孔壁問有較大的空隙，因此C級螺栓宜用于沿桿軸方向受拉的連接，也可用于下列受剪連接：如承受靜力荷載或間接動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的次要連接、承受靜力荷載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接以及臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接。(4)當(dāng)型鋼構(gòu)件拼接采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，由于型鋼的抗彎剛度較大，用高強(qiáng)度螺栓不易使摩擦面貼緊，因此其拼接件宜采用鋼板。(5)在高強(qiáng)度螺栓連接范圍內(nèi)，應(yīng)在施工圖中說明構(gòu)件接觸面的處理方法。(6)螺栓公稱直徑d與螺栓孔徑的關(guān)系為：當(dāng)螺栓直徑d≤16mm時(shí)，螺栓孔徑大于螺栓直徑1.0mm，即=d+1.0mm；當(dāng)螺栓直徑d>16mm時(shí)，螺栓孔徑大于螺栓直徑1.5mm，即=d+1.5mm。(7)高強(qiáng)度螺栓孔應(yīng)采用鉆成孔。螺栓直徑d與螺栓孔徑的關(guān)系為：承壓型連接的高強(qiáng)度螺栓的孔徑大于螺栓直徑1.0～1.5mm，即=d+(1.0～1.5)mm；摩擦型連接的高強(qiáng)度螺栓的孔徑大于螺栓直徑1.5～2mm，即mm。螺栓、孔的表示方法

普通螺栓連接的工作性能

根據(jù)螺栓的傳力方