钢结构设计原理电子教案

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第三章钢结构的连接

第一节第二节第三节第四节第五节第六节第七节第八节第九节钢结构的连接方法焊接方法和焊缝连接形式角焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算焊接应力和焊接变形螺栓连接的构造普通螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算混合连接

第一节钢结构的连接方法

在传力过程中，连接部位应有足够的强度, 在传力过程中，连接部位应有足够的强度,被连接件间应保持正确的位置，以满足传力和使用要求。应保持正确的位置，以满足传力和使用要求。钢结构的连接方法：钢结构的连接方法：通常有焊缝连接铆钉连接和螺栓连接三种方式焊缝连接、三种方式。通常有焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种方式。

(a)

(b)

(c)

连接方法 (a)焊缝连接 (b) 铆钉连接(c)螺栓连接

第一节钢结构的连接方法

1、焊缝连接的特点优点：优点： ? 对几何形体适应性强，构造简单，连接方便，省工省时；对几何形体适应性强，构造简单，连接方便，省工省时； ? 不需打孔，用料经济，不削弱截面，省材省工；不需打孔，用料经济，不削弱截面，省材省工； ? 加工方便，可实现自动化操作，加工方便，可实现自动化操作，工效高； ? 密闭性好，结构刚度大，整体性较好。密闭性好，结构刚度大，整体性较好。缺点：缺点： ? 焊接附近有热影响区，材质变脆；焊接附近有热影响区，材质变脆； ? 焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，对裂纹比较敏感；焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，对裂纹比较敏感；残余变形使结构形状、尺寸发生变化；残余变形使结构形状、尺寸发生变化； ? 焊接裂缝一经发生，便容易扩展，低温冷脆问题突出；焊接裂缝一经发生，便容易扩展，低温冷脆问题突出；对动力荷载比较敏感。动力荷载比较敏感。 ? 对材质要求高，焊接程序严格，对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大。返回

第一节钢结构的连接方法

2、铆钉连接的特点 ? 塑性和韧性较好；塑性和韧性较好； ? 连接紧密，传力可靠，质量易于检查；连接紧密，传力可靠，质量易于检查； ? 用于直接承受动力荷载和跨度较大的结构中（如桥梁）用于直接承受动力荷载和跨度较大的结构中（如桥梁） ? 缺点：构造复杂，费工费料。很少使用。缺点：构造复杂，费工费料。很少使用。

3、螺栓连接的特点分普通螺栓连接和高强螺栓连接（1）普通螺栓连接 ? A、B、C三级：A和B为精制螺栓，C 级为粗制螺栓；三级：为精制螺栓，级为粗制螺栓； ? 材料等级： A和B为8.8级，C 级为4.6级或4.8；材料等级： 8.8级级为4.6级或4.8 4.6级或4.8；等级表示：级指螺栓成品的最低抗拉强度为400 等级表示：如4.6级指螺栓成品的最低抗拉强度为级指螺栓成品的最低抗拉强度为 N/mm2,屈强比为的螺栓。屈强比为0.6的螺栓屈强比为的螺栓。 ? 加工：A、B级由毛坯在车床上精确加工而成加工：级由毛坯在车床上精确加工而成——精制；精制；精制级为由未经加工的圆钢压制而成——粗制；粗制； C级为由未经加工的圆钢压制而成粗制

第一节钢结构的连接方法

? 螺孔：A、B级需要钻模钻成（Ⅰ类孔），孔径比螺杆大螺孔：级需要钻模钻成（类孔），孔径比螺杆大）， 0.3mm左右左右；级为一次冲成或不用钻模钻成（类孔） 0.3mm左右；

C级为一次冲成或不用钻模钻成（Ⅱ类孔）孔径比螺杆大1.5 3.0mm。 1.5～孔径比螺杆大1.5～3.0mm。 ? 受力：A、B级受力性能好，连接变形小，可以既受拉又受力：级受力性能好，连接变形小，受剪，用于重要的连接；级螺栓连接性能不如A 受剪，用于重要的连接；C级螺栓连接性能不如A、B级主要受拉，好，主要受拉，用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的次要连接。的次要连接。 ? 费用： A、B级成本昂贵，C级螺栓价格便宜，能用C级费用：级成本昂贵，级螺栓价格便宜，能用C 螺栓的地方不用A 级螺栓。螺栓的地方不用A、B级螺栓。（2）高强螺栓连接 ? 高强螺栓用高强度钢材制成，对结构削弱少，可拆换，高强螺栓用高强度钢材制成，对结构削弱少，可拆换，摩擦面处理，安装工艺略为复杂，摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高。分为摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓。型高强螺栓和承压型高强螺栓。 ? 摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传摩擦型高强螺栓：递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。

第一节钢结构的连接方法

? 承压型高强螺栓：允许接触面滑移（剪力超过摩擦力），以承压型高强螺栓：允许接触面滑移（剪力超过摩擦力），以），螺杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为承载力极限状态。 ? 受力：摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，受力：摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，塑性韧性好，特别适用动力荷载，目前可以代替铆接；塑性韧性好，特别适用动力荷载，目前可以代替铆接；承压型高强螺栓的承载力高于摩擦型，剪切变形大，型高强螺栓的承载力高于摩擦型，剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构。受动力荷载的结构。 ? 材料等级：采用45号钢、40B和20MnTiB钢（热处理），材料材料等级：采用45号钢、40B和20MnTiB钢热处理）， 45号钢），材料等级为 8.8级或10.9级。 8.8级或10.9级级或10.9 ? 孔径：摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大1.5～2.0mm；承压型高孔径：摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大 1.5 2.0mm； 1.5～强螺栓孔径比螺栓大 1.0 1.5mm。 1.0～强螺栓孔径比螺栓大1.0～1.5mm。射钉、自攻螺栓、 4、射钉、自攻螺栓、焊钉连接灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结焊钉用于混凝土和钢板的连接。构，不能受较大集中力。焊钉用于混凝土和钢板的连接。返回

第二节焊接方法和焊缝连接形式

一、钢结构常用的焊接方法：钢结构常用的焊接方法： 1、手工电弧焊 ? 最常用，设备简单，操作灵活。但生产效率低，劳动强最常用，设备简单，操作灵活。但生产效率低，度大，焊接质量受焊工的影响大。度大，焊接质量受焊工的影响大。 ? 焊条选择：焊条应与焊件钢材相适应，Q235选择E43型焊条选择：焊条应与焊件钢材相适应，Q235选择E43型选择E43 （E4300~4328)，Q345采用E50型焊条，Q390和Q420采用 E4300~4328)，Q345采用E50型焊条，Q390和Q420采用采用E50型焊条 E55型焊条不同钢种之间（ Q235与Q345)宜选用低组型焊条； E55型焊条；不同钢种之间（例Q235与Q345)宜选用低组配方案（E43型），即采用低强度钢材相适应的焊条即采用低强度钢材相适应的焊条。配方案（E43型），即采用低强度钢材相适应的焊条。 E表示焊条（Electrode），前表示焊条（Electrode），前），两位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（ ),后两位为拉强度（kgf/mm2),后两位为焊接位置、电流及药皮类型等。焊接位置、电流及药皮类型等。

3 2

4 5

6

1

7

手工电弧焊 1-电源 2-导线 3-夹具 4-焊条 5-电弧 6-焊件 7-焊逢

第二节焊接方法和焊缝连接形式

2、自动或半自动埋弧焊大电流、细焊丝，熔深大，适用于厚板焊接。生产效率高，大电流、细焊丝，熔深大，适用于厚板焊接。生产效率高，质量高。焊件变形小。质量高。焊件变形小。自动焊的引弧、焊丝送下、自动焊的引弧、焊丝送下、焊剂堆落和焊丝沿焊缝方向的移动都是自动的，移动都是自动的，而半自动焊的焊接前进方式仍是依靠手持焊枪移动。焊枪移动。

4 8 9

3 2

12 10 6 5 7 11 1

自动埋弧电弧焊 1 电源 2 导线 3 夹具 4 焊丝 5 电弧 6 焊件 7 焊逢 8 转盘 9 漏斗 10 溶剂 11 熔化的溶剂 12 移动方向

第二节焊接方法和焊缝连接形式

3、气体保护焊二氧化碳气体保护焊是近年来发展起来的先进焊接方法。二氧化碳气体保护焊是近年来发展起来的先进焊接方法。它是利用气体作为保护气体，使被熔化的金属不与空气接触，电弧是利用气体作为保护气体，使被熔化的金属不与空气接触，加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊丝强度高，塑性好。加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊丝强度高，塑性好。采用高锰高硅型焊丝，具有较强的抗锈能力，焊缝不易产生气孔，用高锰高硅型焊丝，具有较强的抗锈能力，焊缝不易产生气孔，适用于低碳钢、低合金高强度钢以及其他合金钢的焊接。适用于低碳钢、低合金高强度钢以及其他合金钢的焊接。不适于风大的地方施焊。不适于风大的地方施焊。

2

4、电阻焊等利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来熔化金属，电阻所产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。再通过压力使其焊合。适用于薄壁型钢的焊接，适用于薄壁型钢的焊接，板叠厚度不超过12mm 12mm。度不超过12mm。焊点主要承受剪抗拉能力较差。力，抗拉能力较差。

3 6 1 4

5

电阻焊

1 电源

2 导线

3 夹头

4 焊件

5 压力

6 焊逢

第二节焊接方法和焊缝连接形式

焊接方法电弧焊手工焊焊条

短焊条 (350 － 400m m)

焊剂附于焊条之药皮焊剂

操作方式全手动

适应范围工位复杂，形状复杂之焊缝长而简单的焊缝任意焊缝

质量状况比自动焊略差

自动焊

连续焊丝

全自动

质量均匀、质量均匀、塑性、韧性塑性、好，抗腐蚀性强质量均匀、质量均匀、塑性、塑性、韧性好，抗腐蚀性强一般用作构造焊缝一般用作构造焊缝

半自动焊

连续焊丝

CO2 气体保护无

人工操作前进

电阻焊

无

通电、通电、加压、加压、机械手工

薄板点焊

薄板、薄板、小型、不同材质结构中

气

焊

短、光焊条

无（乙炔还原）

第二节焊接方法和焊缝连接形式

二、焊缝连接形式按照被连接构件的相对位置来分为：按照被连接构件的相对位置来分为： ?平接（直接对接和盖板对接）：厚度相同或相近的两构件平接（）：厚度相同或相近的两构件平接直接对接和盖板对接）： ?搭接：不同厚度的两构件，传力不均匀，费材料搭接：搭接不同厚度的两构件，传力不均匀， ?T形连接（顶接）：组合截面）：组合截面 T形连接（顶接）： ?角部连接：箱形截面角部连接：角部连接盖板对接

第二节焊接方法和焊缝连接形式

三、焊缝形式按焊缝和两个被连接件间的相对位置分类。按焊缝和两个被连接件间的相对位置分类。对接焊缝：焊缝和两个被连接件的平行面相连。对接焊缝：焊缝和两个被连接件的平行面相连。角焊缝：焊缝和两个被连接件的相交面相连。角焊缝：焊缝和两个被连接件的相交面相连。

第二节焊接方法和焊缝连接形式

?对接焊缝按受力与焊缝方向分：对接焊缝按受力与焊缝方向分：对接焊缝按受力与焊缝方向分 a）对接正焊缝：作用力方向与焊缝方向正交）对接正焊缝： b）对接斜焊缝：作用力方向与焊缝方向斜交）对接斜焊缝： ?角焊缝按受力与焊缝方向分：角焊缝按受力与焊缝方向分：角焊缝按受力与焊缝方向分端缝： a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直侧缝： b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行 c)斜角焊缝斜缝）斜角焊缝（ c)斜角焊缝（斜缝）

(a) (b)

(c)

(d)

焊逢的形式 (a) 对接焊逢（直缝） (b)对接焊逢（斜缝） (c) 角焊逢（端缝） (d) 角焊逢（恻缝）

第二节焊接方法和焊缝连接形式

?按焊缝连续性：按焊缝连续性：按焊缝连续性 a）连续角焊缝（重要构件）：受力较好）连续角焊缝（重要构件） b）断续角焊缝（次要构件）：易发生应力集中）断续角焊缝（次要构件）角焊缝间断距离l≤15t 受压） l≤30t（受拉）， l≤15t（断续角焊缝间断距离l≤15t（受压）和l≤30t（受拉）， t为较薄件的厚度

(a)

(b