钢结构的连接-焊接
钢结构的连接焊缝
3.2 焊接方法和焊缝连接形式
3．2．2 焊缝连接形式及焊缝形式 3．2．2．2 焊缝形式
焊缝形式：主要有对接焊缝和角焊缝（连续角焊缝和间断续角
焊缝）。
对接焊缝：分为正对接焊缝[图3.5(a)]和斜对接焊缝[图3.5(b)]。
角焊缝：可分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝[图3.5(c)] 。
3.2 焊接方法和焊缝连接形式
3．2．1 钢结构常用焊接方法 3．2．1．3 气体保护焊
气体保护焊：利用二氧化碳气体或其他惰性气体
作为保护介质的一种电弧熔焊方法。它直接依靠保护 气体在电弧周围造成局部的保护区，以防止有害气体 的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。
特点：气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能
3.4(a)所示为采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在 同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济， 但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。
3.2 焊接方法和焊缝连接形式
3．2．2 焊缝连接形式及焊缝形式 3．2．2．1 焊缝连接形式
角焊缝的对接连接：图3.4(b)所示为用双层盖板和角焊缝
3.2.4 焊缝代号（参考p195~197《焊缝符号表示方法》GB324-88)
《建筑结构制图标准》规定：焊 缝代号由引出线、图形符号和辅 助符号三部分组成。引出线由横 线和带箭头的斜线组成。箭头指 到图形上的相应焊缝处，横线的 上面和下面用来标注图形符号和 焊缝尺寸。
3.2 焊接方法和焊缝连接形式
倾斜角焊缝受力状态:
而斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面 角焊缝之间。
3．3 角焊缝的构造与计算
A钢结构的连接(焊缝)
沿焊缝长度方向的力Nx ， 在有效截面上引起平行于焊 缝长度方向的剪应力 f 。
直角角焊缝的计算
则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：
f —— 正面角焊缝的强度设计值增大
系数 。静载时 f ＝1 .22 ，对直接承受
当焊件厚度 hf=tx
tm≤4mm时，则取
2 . 式最中大tm焊ax 脚为较尺厚寸焊件h的f m厚ax度（mm)
tmin为较薄焊件的厚度。
板件厚度为t1 的板件边缘焊缝尚应满足：
(1)
当t1≤6mm时，h r ≤ t
(2)
当t 1>6mm时，hf≤t1-(1～2)mm。
为什么焊脚尺寸不能过小？
焊脚尺寸过小 ，在施焊过程中高温的焊缝热量很快被焊件吸收， 焊缝冷却过快 ， 焊缝金属易产生硬组织 ，焊缝易变脆。
强度计算（焊透的对接焊缝）
1 、承担轴心力
2 、承担弯矩和剪力
在正应力和剪应力同时作用点处： 1. 1为考虑到最大折算应力只 在局部出现，而将强度设计值适当提高系数 。
采用斜焊缝时（三级焊缝）
当
时 ， 即 6≤67.2 时
斜焊缝与钢板等强 。
规范规定 ， 当斜焊缝与作用力N间的夹角 符合tg 56 . 3º)时 ， 可不验算其强度 。 工程中通常取 =45º 。
V
eF
1
2
MM
h1 h h2 x
x
2’
σf1 σf2
τf
h1
对于2点：
强度验算公式：
h 2— 腹板焊缝的实际长度； l w2—腹腹板板焊焊缝缝的的计计算算长长度度 ; he2—腹板焊缝截面有效高度。
钢结构的连接方式
§3-1钢结构的连接钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接（connections）构成的，各构件再通过安装连接架构成整个结构。
因此，连接在钢结构中处于重要的枢纽地位。
在进行连接的设计时，必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。
钢结构的连接方法可分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接和轻型钢结构用的紧固件连接等（图3.1.1）。
3.1.1 焊缝连接一、焊缝连接的特点焊接连接(welded connection)是现代钢结构最主要的连接方法。
其优点是：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。
其缺点是：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。
二、钢结构常用的焊接方法1、手工电弧焊这是最常用的一种焊接方法（3.1.2）。
通电后，在涂有药皮的焊条和焊件间产生电弧。
电弧提供热源，使焊条中的焊丝熔化，滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中。
由电焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖着熔池，防止空气中的氧、氮等气体与熔化的液体金属接触，避免形成脆性易裂的化合物。
焊缝金属冷却后把被连接件连成一体。
手工电弧焊设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。
但生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技术水平和精神状态有很大的关系。
手工电弧焊所用焊条应与焊件钢材（或称主体金属）相适应，例如：对Q235钢采用E43型焊条（E4300～E4328）；对Q345钢采用E50型焊条（E5000～E5048）；对390钢和Q420钢采用E55型焊条（E5500～E5518）。
焊条型号中字母E表示焊条类型等。
不同钢种的钢材相焊接时，宜采用低组配方案，即宜采用与低强度钢相适应的焊条。
钢结构的连接方法-焊接
钢结构的连接方法焊接连接及焊接结构的特性焊接方法焊接结构特性焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下优点：1）不需打孔，省工省时；2）任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；3）气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。
缺点是：1）焊接附近有热影响区，材质变脆；2）焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；3）焊接裂缝一经发生，便容易扩展。
常见的焊接缺陷：裂纹、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满。
（相关知识一）∙焊缝的缺陷形式∙钢板用纵横十字交叉或T形交叉焊缝拼接∙角焊缝的承载力计算公式来源∙外力和角焊缝长度方向成夹角θ时的斜焊缝计算∙钢管节点连接焊缝构造与计算∙角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数∙搭接连接的角焊缝在扭矩、剪力作用下的计算假定∙未焊透对接焊缝连接的构造要求和计算∙圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝1、焊缝的缺陷形式（图）2、钢板用纵横十字交叉或T形交叉焊缝拼接钢板的拼接，当采用对接焊缝时，纵横两方向可采用十字形交叉或T形交叉。
当为T 形交叉时，交叉点的间距a不小于200mm （图）3、角焊缝的承载力计算公式来源角焊缝受力后的应力分布很复杂。
目前主要以试验为基础，经偏于安全地修正后，建立角焊缝最小截面（450方向的有效截面）上三个相互垂直的应力之间的强度条件公式。
式中：——作用于焊缝有效截面上，垂直于焊缝轴线方向的正应力和剪应力；——作用于焊缝有效截面上，平行于焊缝轴线方向的剪应力；——角焊缝的强度设计值。
作用在焊缝上的外力N可分解成N x、N y 和N z。
x和y轴都垂直于焊缝长度方向并平行于两个直角边（焊脚），z轴沿焊缝长度方向，如图。
大多数情况，N y＝0（或N x＝0），则破坏截面上沿x方向（或y方向）的正应力为，沿z方向的剪应力为，且式中：h e——角焊缝的有效厚度；l w——角焊缝的计算长度，取实际长度减去10mm。
从图中可见，有效截面与焊脚边所在截面成45°，因而整理后可得：从上式可见，正面角焊缝承载力是侧面角焊缝的1.22倍，比试验得到的1.35～1.55倍要小。
钢结构的连接方法
钢结构的连接方法
钢结构的连接方法主要包括：
1.焊接：焊接是采用焊接焊条或电弧焊将钢结构连接在一起的一种方法。
具体的焊接方式包括：焊接板焊、焊缝焊、插焊、双面焊等。
2.螺栓连接：利用螺栓将所连接的板件固定在一起。
螺栓连接方式包括：普通螺栓连接、拧紧螺母系统、膨胀螺栓系统等。
3.剪切连接：剪切连接是将钢板条和角钢以剪切变形的方式结合在一起。
剪切连接包括：
常规剪切连接、法兰连接、超高度剪切连接、超宽度剪切连接等。
4.组合连接：组合连接是在焊接和螺栓连接的基础上，将两者相结合，相互补充来实现钢结构连接的方式，如拉杆焊接和螺栓连接等。
5.跨度连接：跨度连接是将壳体系支撑在支撑点之间，以产生超长的
结构的连接方法。
常见的跨度连接方式有套筒支撑系统、群支撑系统、球
支撑系统等。
钢结构的焊接连接
课程辅导材料二钢结构的焊接连接钢结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。
焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。
它的优点是：（1）焊件间可直接相连，构造简单，制作加工方便；（2）不削弱截面，用料经济；（3）连接的密闭性好，结构刚度大；（4）可实现自动化操作，提高焊接结构的质量。
缺点是：（1）在焊缝附近的热影响区内，钢材的材质变脆；（2）焊接残余应力和变形使受压构件承载力降低；（3）焊接结构对裂纹很敏感，低温时冷脆的问题较为突出。
一、焊缝的形式1．角焊缝图 1 直角角焊缝截面图 2 斜角角焊缝截面角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。
两焊脚边的夹角为90°的焊缝称为直角角焊缝，直角边边长h f称为角焊缝的焊脚尺寸，h e＝0.7h f为直角角焊缝的计算厚度。
斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。
对于夹角大于135°或小于60°的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）。
2．对接焊缝对接焊缝的焊件常需加工成坡口，故又叫坡口焊缝。
焊缝金属填充在坡口内，所以对接焊缝是被连接件的组成部分。
坡口形式与焊件厚度有关。
当焊件厚度很小（手工焊6mm ，埋弧焊10mm ）时，可用直边缝。
对于一般厚度（t=10～20mm ）的焊件可采用具有斜坡口的单边V 形或V 形焊缝。
斜坡口和离缝c 共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；钝边p 有托住熔化金属的作用。
对于较厚的焊件（t ＞20mm ），则采用U 形、K 形和X 形坡口。
对于V 形缝和U 形缝需对焊缝根部进行补焊。
对接焊缝坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准《建筑结构焊接规程》的要求进行。
凡T 形，十字形或角接接头的对接焊缝称之为对接与角接组合焊缝。
图3 对接焊缝的坡口形式3．焊缝质量检验《钢结构工程施工质量验收规范》规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。
三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。
钢结构的三种连接方式
钢结构的三种连接方式钢结构是一种高强度、轻质、耐久性强的建筑结构，广泛应用于各种建筑物中。
在钢结构建筑中，连接方式是非常重要的一环，直接关系到建筑结构的牢固度和安全性。
钢结构的连接方式主要有三种：焊接连接、螺栓连接和铆接连接。
一、焊接连接焊接连接是钢结构中最常用的一种连接方式。
焊接连接采用电弧焊接或气焊接，将钢结构件直接连接起来，使之成为一个整体。
这种连接方式具有以下优点：1、焊接连接的强度非常高，可以使钢材的强度得到充分的利用，使整个建筑结构更加稳定。
2、焊接连接可以节省螺栓等连接件的使用，降低了建筑造价。
3、焊接连接可以使结构更加美观，连接处平整光滑，不影响建筑外观。
但是，焊接连接也存在一些缺点：1、焊接连接需要专业的技术和工人，技术要求较高，如果焊接质量不好，会影响建筑结构的安全性。
2、焊接连接会给结构带来局部热变形，如果不加控制，可能会对结构造成不良影响。
二、螺栓连接螺栓连接是钢结构中另一种常用的连接方式。
螺栓连接是通过螺栓和螺母将钢结构件连接在一起的。
这种连接方式具有以下优点：1、螺栓连接可以方便拆卸和更换，适用于需要经常维护的建筑结构。
2、螺栓连接可以使建筑结构的安装更加方便，可以先将各个部件连接好，再将整个结构组装起来。
3、螺栓连接具有灵活性，可以根据需要调整连接方式，适应不同的建筑结构。
但是，螺栓连接也存在一些缺点：1、螺栓连接需要使用大量螺栓和螺母，增加了建筑造价。
2、螺栓连接的强度比焊接连接略低，需要采用更多的连接件才能达到相同的强度。
三、铆接连接铆接连接是钢结构中另一种较为常用的连接方式。
铆接连接是通过铆钉将钢结构件连接在一起的。
这种连接方式具有以下优点：1、铆接连接的强度比螺栓连接高，可以使建筑结构更加稳定。
2、铆接连接不需要专业的焊接技术，适用于一些技术水平较低的工人。
3、铆接连接可以在野外施工时进行，不需要电力和气源等辅助设备，适应性较强。
但是，铆接连接也存在一些缺点：1、铆接连接需要较多的铆钉和铆枪等设备，增加了建筑造价。
钢结构连接-焊接
钢结构连接（1）要点：♦连接类型概述；焊接方法；焊接质量和焊缝缺陷；焊接应力和焊接变形♦对接焊缝的等级；对接焊缝的型式；坡口；引弧板；对接焊缝符号**；对接焊缝受轴向力的计算；斜向焊缝受力计算；受剪计算♦角焊缝的型式；角焊缝的构造要求；角焊缝的表示方法，角焊缝受力特点；角焊缝强度♦普通螺栓：传力机理和破坏特征；单个螺栓的计算；螺栓群受扭、受弯和复合受力计算。
♦承压型高强螺栓：计算特点，母材净截面面积。
♦摩擦型高强螺栓：传力机理和破坏形式，抗拉、抗剪承载力计算，螺栓群受扭、受弯和复合受力。
♦承压型高强螺栓：计算特点，母材净截面面积。
♦思考题与习题：8.1，8.3，8.5，8.6，8.7；8.9，8.10，8.12，8.14，8.15钢结构的连接方式焊接、螺栓连接、铆钉连接。
p.219焊接通过高温使熔化焊件连接处金属（以及焊条）将两焊缝连接成整体。
螺栓连接普通螺栓：通过螺杆承担剪力和杆件孔壁承担压力来传力的，分为（A、B级和C级）。
♦A、B级：螺孔直径要求严格，螺孔直径较螺杆大0.5~0.8mm要求严格。
♦C级：螺孔直径较螺杆大1.0~1.5mm要求严格。
高强螺栓：使螺杆产生很大的预拉力，预拉力使部件接触面间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力传递。
铆钉连接♦将铆钉墩粗挤压螺孔，通过铆钉承担剪力和杆件孔壁承担压力来传力的。
焊接连接的特性一、焊接方法→p.220♦电弧焊：利用通电后焊条和焊件之间产生的强大电弧提供热源，熔化焊条、滴落在焊件上被电弧吹成的小凹槽的熔池中，并与焊件熔化部分结成焊缝，将两焊缝连接成整体。
♦电阻焊：利用电流通过杆件接触表面产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。
♦气焊：利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰来熔化焊条，形成焊缝。
二、焊缝连接形式→p.2221．按构件的相对位置分：平接、搭接和顶接2．按构造分：♦对接焊缝：全熔透焊、半熔透焊♦和角焊缝：侧缝、端缝；连续焊缝与断续焊缝3. 按施焊位置分：俯焊、立焊、横焊、仰焊三、焊接结构的优缺点p.224四、焊接应力和焊接变形1．焊接残余应力→p249♦特点：自平衡内力♦影响：构件提前进入塑性阶段→疲劳强度降低、受压稳定性降低。
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第七章 钢结构的连接
§7.3 对接焊缝计算
对接焊缝应用：钢板拼接、构件组装、等强度连接，吊车梁、
牛腿、刚接节点，强度高，施工复杂；
一、对接焊缝形式及构造
1. 焊缝形式
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
2. 构造
做坡口——保证焊透
引弧板 ——避免焊口缺陷，保证等强度 加垫板
——单面焊，焊
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
二、对接焊缝计算
1. N作用
N N
max
直焊缝
N lw t f t orf c
w w
l
t
lw
l w 焊缝长度，无引弧板为 焊缝长度减去 t 2
一、二级和无拉应力三级对接焊缝无须计算。
斜焊缝
N
N
l
【回顾】
1. 钢材类型及选用
a.碳素钢 b.低合金钢
2. 钢结构的连接方法及各自优、缺点和适用范围
焊缝连接 对接接头
搭接接头 T形接头 角接接头
角焊缝：端缝、侧缝 对接焊缝:直缝、斜缝
螺栓连接
普通螺栓连接
高强度螺栓：摩擦型、承压型。
铆钉连接
7.3 对接焊缝计算
w w 2 2
M
b
max
a
My a Iw My b Iw
27.2 10 68.9 13.05 10
6 6
6
143.6 N / mm f t 300 N / mm
w
2
2
max
b
27.2 10 (190 12 68.9) 13.05 10
2
【小结】
N,M,V共同作用下对接焊缝计算（矩形、I形） 对接焊缝计算步骤
1. 确定荷载；
1. N作用
N N
max
f t orf c
w w
N lw t
l
t
lw
2. M,V作用
max M
矩形、工字形截面
ft
w
max
M V
w
Ww
V M
max
VSw Iwt
fV
2
1
h0 h
max
1
1
1
V S w1 I w tw
eq
w
2
2
122.4 N / mm 1.1 f t 1.1 265 291.5 N / mm ，满足。
2
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
对接焊缝计算步骤
1. 确定荷载； 2. 进行截面应力状态分析； 3. 计算截面几何特征值； 4. 强度验算。
N
N lw t N Aw f t orf c
2 w
6
277.4 N / mm f c 350 N / mm
2
max
eq
V Aw
b 2
170 10 1900
3
89.5 N / mm fV 205 N / mm ，满足。
w
2
2
2
M 3 max
2
277.4 3 89.5
w
2
2
317.8 N / mm 1.1 f t 1.1 300 330 N / mm ，满足。
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
【例题2】
验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。M=1008kN.m， V=240KN，钢材Q235，E43焊条，手工焊，质量等级为三级，采 max 16 用引弧板。
M V 10
1
250
1000 16
max
1
1
【解】
1. 截面几何特征值计算
Iw
Ww
若满足： 56or tan 1.5, 可不必计算。
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
【例题1】
验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。N=700KN，钢材 Q235，E43焊条，质量等级为三级，不采用引弧板。
f t 185 N / mm
w 2
Af 500 8 215 860000 N 700000 N , 满足
第七章 钢结构的连接
2. 荷载计算
V F 170kN M 170 0.160 27.2kN m
160 F a b
2 w
96 12
M
a
10 190
max
3. 焊缝强度计算
f t 300 N / mm , f c 350 N / mm , fV 205 N / mm
2
【小结】
不同作用情况下对接焊缝计算（矩形、I形）
max f t orf c
w w
N
N lw t
M
M Ww
max
VSw I w tw
fV
w
1
VSw 1 Iw tw
eq
3 1.1 f t
2 2
w
【回顾】
不同作用情况下对接焊缝计算（矩形、I形）
250 1032 240 1000
3
3
2898 10 mm
6 6 3
4
12
Iw ymax 2898 10 516
6
5.6163 10 mm
6 3
S w1 250 16 508 2.032 10 mm
S w S w1 500 10 250 3.282 10 mm
w
max
M V
w
V M
max
max
VSw Iwt
fV
工字形（T形）截面
1 max h0 h
max
M V
V M
max
1
2
1
w
1
1
V S w1 I w tw
eq
1 31 1.1 f t
2
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
w
3
173.0 50 223.0 N / mm f t 265 N / mm , 满足。
2
max
VSw Iwt
100 10 0.167 10 32.33 10 8
2 w
6
3
6
64.5 N / mm fV 180 N / mm ，满足。
2
7.3 对接焊缝计算
6
3
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
12 8
N
M
1
100
200 12
max
1
1
2. 焊缝强度计算
f t 265 N / mm , fV 180 N / mm
w w 2 2
max
M Ww
N Aw
50 10
6 6
0.289 10
2
200 10 4000
VSw Iwt
fV
w
eq
N 3 max 1.1 f t
2
2
w
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
工字形（T形）截面
N
N M V V M N
M
1
w
N N
M1
max
1
max N M f t orf c
w
max
VSw I w tw
6
3
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
2. 焊缝强度计算
查表，f t 185 N / mm , fV 125 N / mm
w 2 w 2
max
max
max
M Ww
1008 10
6
1
2 w 2
1
5.6163 10
6
179.5 N / mm f t 185 N / mm , 满足。
1 31 1.1 f t
2
w
1 max
7.3 对接焊缝计算
第七章 钢结构的连接
3. N,M,V作用
矩形截面
N
N
M
N N
M V
V M
N
max
M
M Ww f t orf c
w w
max N M f t orf c
w
w
N Aw
max
Iw 100 224 92 200 12
Iw ymax 32.33 10 112
6
2
3
3
32.33 10 mm
6 3
6
4
Ww
0.289 10 mm
6 3
S w 1 100 12 106 0.127 10 mm
6
S w 0.127 10 100 8 50 0.167 10 mm
h
Sx
2
y bdy
1 8
h 2
bh
2
0
y
S1 A1 y1 bh1 (
h
h1 2
)
h
Ix
A0
y0 y1
x
2
y b dy
2
1 12
bh
3