1、1.了解钢结构连接的种类及特点。2.了解焊接的工作性能，掌握焊接连接的 构造要求和计算方法。3.掌握螺栓连接的构造要求和计算方法。4.掌握焊接残余应力和残余变形产生的原 因及对结构工作性能的影响。,基本要求,项目二 焊接,(一) 焊接的方法、形式、焊缝符号标注及焊缝质量等级,钢结构是由钢构件连接形成的结构，因此连接在钢结构中占有很重要的位置，它直接关系钢结构的安全和经济。在受力过程中，连接应具有足够的强度，以使被连接构件之间保持正确的相互位置。,连接的作用是通过一定方式将板材或型钢组合成构件,或将若干构件组合成整体结构,以保证其共同工作。,钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种
2、。,焊缝连接,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。,钢结构连接特点,缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材局部材质变脆； 焊接残余应力和残余变形降低受压构件承载力； 对裂纹敏感，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。,螺栓连接,普通螺栓连接：装卸便利，设备简单；螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大。,高强螺栓连接：加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好；需进行摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高。,铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉
3、端部铆合,常用加热铆合，也可在常温下铆合。 铆钉连接的传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，连接变形小，承受动力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷载的结构。 但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很少采用，逐渐被高强螺栓取代。,铆钉连接,1、手工电弧焊,钢结构常用焊接方法,（1）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。,（4）焊条的表示方法：E后面加4个数字,E表示焊条(Electrode),前两位数字为熔融金属的最小抗拉强度（N/mm2),后两位数字表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。,（2）优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，持别适于焊接短焊缝。
4、,（3）缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。,（5）焊条的选择,焊条应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如：,Q390、Q420钢E55型焊条(E5500-5518),Q345钢E50型焊条(E5000-5048),Q235钢E43型焊条（E4300-E4328),2、埋弧焊（自动或半自动）,（1）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。,（2）优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低；电弧热量集中，熔深大，热影响区小；工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。,（3）缺点：装配精度要
5、求高，设备投资大，施工位置受限等。,（4）焊丝的选择：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配，如：Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn等。,3、气体保护焊,气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护介质，在电弧周围造成局部的保护层，使被熔化的钢材不与空气接触。其优点：电弧加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。,1、焊缝连接形式,焊缝连接形式及焊缝形式,按被连接钢材的相互位置，可分为：,（1）对接连接,2、焊缝形式,（1）,正交,平行,斜交,对接焊缝,角焊缝,正对接焊缝,斜对接焊缝,按受力方向,正面角焊缝,侧面角焊缝,斜焊缝,
6、（2）角焊缝沿长度方向的布置分为：,连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。,断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，用于次要构件或受力小的连接。,长度b10hf或50mm,受压时间断距离l15t;受拉时l30t，其中t为较薄焊件的厚度。,（3）角焊缝按施焊位置分为：,焊缝符号及标注,图2-17 对接焊缝的坡口形式、符号及尺寸标注,图2-15 焊缝标注图形,1、焊缝缺陷,焊缝缺陷及焊缝质量检验,焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。,常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。,2、焊
7、缝质量检验,外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸； 内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、X射线或射线透照或拍片）,3、焊缝质量等级及选用,钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001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；,（1）焊缝质量等级,一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。,钢结构设计规范(GB500172003)中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：,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
8、缝受拉时应为一级，受压时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。,（2）焊缝等级选用,在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。,重级工作制和起重量500kN的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。,角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量500kN的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。,对接焊缝坡口的型式,对接焊缝的形式,(二) 对接焊缝的形式与构造,(1)对手工焊，焊件厚度t6mm；对埋弧焊t10mm时可不做坡口，采用直
9、边缝。,对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。,(2)当焊件厚度t=720mm时，宜采用单边V形或双边V形坡口。,(3) 当t20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。,2、对接焊缝的优缺点,优点：用料经济、力线不弯折、传力均匀、无明显的 应力集中，利于承受动力荷载。缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。,为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。,（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去t(t为较薄焊件的厚度)。,对接焊缝的构造处理,（2）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡
10、度不大于1:2.5的斜角，以平缓过度，减小应力集中。对于直接受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，斜角坡度应不大于1:4。,图2-20 变截面钢板拼接,对接焊缝又可分为焊透的和未焊透的两种焊缝。焊透的对接焊缝强度高，传力性能好，一般对接焊缝多采用焊透的，只有构件较厚，内力较小时，方可采用未焊透的焊缝。,(三) 对接焊缝的计算,1.轴心力(拉力或压力)作用时的对接焊缝计算,图2-22 轴心力(拉力或压力)作用下的对接焊缝,（1）直缝 验算截面矩形，只有正应力。,焊缝抗拉强度质检分级由钢结构工程施工及验收规范规定，分I、II、III级。达到 I、II级质量时（x光射线检查），焊缝抗拉设计强度和母材相
11、同，III级质量（只外观检查）的抗拉设计强度约为I、II级的0.85倍（以5N/mm2倍数取整）。,或,对接连接正焊缝若加引弧板施焊，且质量达到一、二级，则无需焊缝抗拉强度验算。 只有以下两种情况，才需对正焊缝进行抗拉强度验算： a.未使用引弧板施焊； b.III级焊缝质量。 正焊缝长度不够时可增加焊缝长度或改用斜焊缝。 三级检验标准时，当 时，不需要验算焊缝强度。,（2）斜焊缝验算截面矩形，有 、 。,或,焊缝长度方向与作用力方向间夹角。 斜焊缝计算长度。 对接焊缝抗剪设计强度。 “规范”规定 时，不检算焊缝强度。,2.受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝,焊缝截面的截面模量 焊缝截面惯性矩 焊缝
12、计算剪应力处以上或以下部分截 面对中性轴的面积矩,分别验算、,（1）矩形截面,（2）工字形截面,在腹板和翼缘连接处（1点）， 、 均较大。除按式（2-7,2-8）对max、max进行检算外，还要用最大折算应力进行检算。 折算应力检算公式（规范规定采用以下公式）：,3.承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝,轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其计算公式为：,腹板与翼缘交界处的折算应力:,式中,焊透的对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强度要否折减外，其计算方法与母材的强度计算完全相同。,【例】试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度。图中a=540mm,t=22mm,轴
13、心力的设计值为N=2150kN。钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型，焊缝为三级检验标准,施焊时加引弧板和引出板。,【解】由附表1-3可知，,不满足要求,改用斜对接焊缝,取截割斜度为1.5:1，即 ,焊缝长度:,故此时焊缝的正应力为：,剪应力为：,焊缝强度能够保证，可不必计算。,【例】如下图所示节点连接，钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。连接受45斜向静拉力，设计值为566kN,节点板与主构件采用开坡口的对接焊缝，质量检验标准为三级。无引弧板和引出板，则对接焊缝的实际长度l1(mm)与下列何项系数值最为接近。 （A）375 （B)260 （C）235 （D）215,【解】此T形连接
14、的坡口对接焊缝同时承受拉力H和剪力V作用，应分别按拉应力和剪应力计算焊缝长度,并取其较大值。 查附表1-3得，,按受拉计算：,按受剪计算：,焊缝长度由受剪控制，取整后 ,故选（B）,【例】 计算工字形截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度(下图）。F550kN（设计值）,偏心距e300mm。钢材为Q235B，焊条为E43型，手工焊。焊缝为三级检验标准，加引弧板施焊。,【解】对接焊缝的计算截面与牛腿的截面相同，因此：,最大正应力：,最大剪应力：,上翼缘和腹板交接处“1”点的正应力：,“1”点的剪应力：,由于“1”点同时受有较大的正应力和剪应力，故应验算折算应力：,【例】设计钢梁与钢柱间连接的对接焊缝。钢材Q235，焊条E43型，手工焊，焊缝质量三级,施焊时有引出板。偏心力N=400kN，e=25cm。验算焊缝强度。,1,V=N=400kN, M=Ne =40025=10000kNcm,(2) 强度验算 确定焊缝强度设计值 查规范: ftw=185 N/mm2, fvw=125 N/mm2 最大应力验算,计算（1）计算截面几何量与外力, 折算应力验算 “1”点弯曲正应力和剪应力,“1”点折算应力,满足验算要求。,
