3钢结构的连接-焊缝连接
钢结构(第三版)戴国欣主编 课后习题答案
第三章 钢结构的连接3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。
钢材为Q235B ，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。
解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α=213α= 确定焊脚尺寸：,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=，,min 5.2f h mm ≥==， 8f h mm =内力分配：30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑ 3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-=焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w wf fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。
22196.691100.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取120mm 。
（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取18f h mm =， 26f h m m = 内力分配：22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算：116673720.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑，则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+='，取390mm 。
223332480.720.76160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060260262481=⨯=<=⨯+='，取260mm 。
3.钢结构的连接-焊缝解读
C、采用L形围焊
l1 N1 e1 e2 b
N2 0
代入式3.21，3.22得:
N3
N
N 3 2k 2 N
( 3.23) ( 3.24)
x x
N 1 N N 3 k1 k 2 N
对于校核问题:
f1 f3
N1 f fw l w1he1 N3 f f fw l w 3 he 3
试验表明：侧面焊缝的破坏截面多在 45°截面； 正面焊缝的破坏截面多不在 45°截面； 正面焊缝的破坏强度大，也认为在 45°截面破坏。
1. 侧面焊缝的受力分析
N N N
V
M
N
e
将N转化为剪力 V 和 弯矩 M＝Ne，
M产生垂直于轴向方向的σ⊥，较小，忽略。 V产生沿轴向的τf ，τf 沿轴向分布不均， «规范»规定在规定的计算长度范围内是均匀分布的。 N f f fw ( 3 7) he l w 式中：he＝0.7hf ffw：角焊缝的设计强度（实际为抗剪设计强度）
b
要求：lw≥b (减小力线弯折程度)
lw
b 16t t 12mm 且： b 200mm t 12mm
目的防止横向收缩、起拱。
⑤ 围焊和绕角焊：
绕角焊：转角处构件应力集中，如 在此处起弧、落弧，可能出现弧坑 和咬肉现象，加大应力集中程度， 故采用绕角焊，减小应力集中程度。 2h f 或围起来。 2h f
l w min 8h f 40mm
lw过长 应力分布不均
l w max 60h f
lw
多余长度不计入lw，但焊接工字梁翼缘与腹板连 接处的焊缝、加劲肋与腹板的焊缝，不受此限。
钢结构习题答案单元2、3
单元2 钢结构的连接复习思考题2-1钢结构的连接方式有几种？各有何特点？目前常用哪些方法？答：钢结构的连接方法有焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。
焊缝连接：1）优点：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。
2）缺点：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，低温冷脆现象较为突出。
螺栓连接：1）优点：施工工艺简单、安装方便，特别适用于工地安装连接，工地进度和质量易得到保证；且由于装拆方便，适用于需装拆结构的连接和临时性连接。
2）缺点：螺栓连接需制孔，拼装和安装需对孔，增加了工作量，且对制造的精度要求较高；此外，螺栓连接因开孔对截面有一定的削弱，有时在构造上还须增设辅助连接件，故用料增加，构造较繁。
在钢结构工程中，焊缝连接、螺栓连接是最常用的连接方法。
铆钉连接：1）优点：铆钉连接的塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查。
2）缺点：构造复杂，费钢费工。
2-2对接焊缝的坡口形式主要由什么条件决定？通常用的坡口形式有哪几种？并绘图示意。
答：对接焊缝的坡口形式取决于焊件厚度t 。
常用对接焊缝的坡口形式有以下6种：（a）直边缝（b）单边V形坡口（c）V形坡口（d）U形坡口（e）K形坡口（f）X形坡口2-3对接焊缝在哪种情况下才需要进行抗拉强度计算？答：由于一、二级质量的焊缝与母材强度相等，故只有三级质量的焊缝才需进行抗拉强度验算。
2-4引弧板起什么作用？答：引弧板可消除焊缝的起灭弧处弧坑等缺陷，避免产生应力集中和裂纹。
2-5焊缝的起弧、落弧对焊缝有何影响？对接焊缝和角焊缝计算中如何考虑？ 答：焊缝的起弧、落弧易产生弧坑等缺陷，使焊缝的计算长度减小。
对接焊缝：若未加引弧板，则每条焊缝的引弧及灭弧端各减去t （t 为较薄焊件厚度）后作为焊缝的计算长度。
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。
国开作业钢结构（本）-3.1小练习19参考（含答案）
题目：1.钢结构的连接按照连接的方法主要包括焊缝连接（电弧焊、气焊等）、螺栓连接（普通螺栓、高强度螺栓）、铆钉连接和销轴连接，其中最早出现的连接方法是（）选项A：螺栓连接选项B：焊缝连接选项C：铆钉连接选项D：销轴连接答案：螺栓连接题目：2．摩擦型高强度螺栓抗剪连接的承载力取决于（）选项A：螺旋强度和螺栓的长度选项B：螺栓孔的大小和螺栓直径的大小选项C：高强度螺栓的预拉力和板件接触面间的摩擦系数的大小选项D：连接件的厚度和强度答案：高强度螺栓的预拉力和板件接触面间的摩擦系数的大小题目：3．摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接的不同之处体现在（）选项A：设计计算方法和孔径方面选项B：材料和预拉力方面选项C：接触面的处理方面选项D：施工要求方面答案：设计计算方法和孔径方面题目：4．4.6级的螺栓的屈服强度与抗拉强度之比为（）选项A：4选项B：0.6选项C：4.6选项D：2.4答案：0.6题目：5．下列关于焊缝连接说法有误的一项是（）选项A：焊缝连接是通过热熔并加填料的方法完成构件之间的连接选项B：焊缝连接具有构造简单、适应性强、自动化程度高、连接刚度大等优点选项C：焊接可提高被焊钢材的塑性和韧性选项D：焊接过程产生较大的焊接残余应力，容易导致焊缝区和热熔区发生脆断和疲劳破坏答案：焊接可提高被焊钢材的塑性和韧性题目：1．钢结构的连接是指通过一定的方式将钢板或型钢组合成构件，或者将若干个构件组合成整体结构，以保证其共同工作。
（）选项A：对选项B：错答案：对题目：2．铆钉连接的方式分热铆和冷铆两种。
（）。
钢结构A-3.钢结构的连接(焊缝)
侧面角焊缝 f＝0，力N与焊缝长度方向平行。
N f f fw helw
以上各式中： he=0.7hf； lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧 缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。
角焊缝的抗剪强度： Q235钢
Q345钢
160MPa 200MPa
Q390钢、Q420钢
220MPa
焊接连接形式和焊缝形式
接头形式：
对接接头 搭接接头 T形接头 角部连接
焊缝类别：
对接焊缝—— 坡口焊缝 Groove Weld 角焊缝 ——侧面角焊缝、正面角焊缝 Fillet Weld 多为直角焊缝，少数为斜角焊缝
2 2 2 σ 1.8(τ τ∥) f uw
d
a
∥
a
c
d c
角焊缝有效截面上的应力
式中： fuw --焊缝金属的抗拉强度
出于偏于安全考虑，且与母材的能量强度理论的折算 应力公式一致，欧洲钢结构协会（ECCS），将上式的1.8 改为3，即：
2 2 2 σ 3( τ τ∥) f uw
有效截面：有效厚度×计算长度 计算时假定有效截面上应力均匀 分布。
直角角焊缝截面
2）有效截面上的应力状态 在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力： —正应力，与焊缝长度方向（面外垂直） ∥—剪应力，与焊缝长度方向（面内平行） —剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直） 国际标准化组织（ISO）推荐 下式确定角焊缝的极限强度
电阻焊是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，再通过压力使其焊合。冷弯薄壁型钢的焊 接，常用电阻点焊，板叠总厚度一般不超过12mm，焊点应主 要承受剪力，其抗拉(撕裂)能力较差。
第三章 钢结构的连接课后习题答案
第三章 钢结构的连接3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。
钢材为Q235B ，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。
解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α=213α= 确定焊脚尺寸： ,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=， ,min min 1.5 1.512 5.2f h t mm ≥==， 8f h mm = 内力分配：30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-= 焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w w f fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。
22196.691100.720.78160w w f f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取120mm 。
（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取18f h mm =， 26f h mm = 内力分配：22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算： 116673720.720.78160w w f f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑，则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+='，取390mm 。
钢结构的连接(焊接,螺栓连接)
F N
.
50
三、普通螺栓抗剪连接
（一）工作性能和破坏形式
N
1.工作性能
对图示螺栓连接做抗剪试验,即可 N/2 得到板件上a、b两点相对位移δ 和作用力N的关系曲线,该曲线清 N/2 a
楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个 N 阶段,即：
(1)摩擦传力的弹性阶段(0~1段)
直线段—连接处于弹性状态； 该阶段较短—摩擦力较小。
端距 中距
边距 中距 边距
A 并列
B 错列
.
46
3.螺栓排列的要求
（1）受力要求:
垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、截 面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能 太小；
顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，端距不 能太小；
对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，中距不能 太大。
（2）构造要求；
Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)
B、焊条的表示方法：
E—焊条(Electrode)
第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)
第3、4适用焊接位置、电流及药皮的类型。
不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。
C、优、缺点
优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；
第三章
3.1 钢结构的连接方法 一、焊缝连接 优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；
缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。
对接焊缝连接
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角焊缝连接
2
二、铆钉连接
优点：连接刚度大，传力可靠； 缺点：对施工技术要求很高，劳动 强度大，施工条件差， 施工速度慢。
三、螺栓连接
分为： 普通螺栓连接 高强度螺栓连接