第11章 钢结构

WW 2898 106 / 516 5.6163 106 mm3
SW1 250 16 508 2.032 106 mm3
SW 2.032 106 10 500 500 / 2 3.282 106 mm3
(3) 焊缝强度计算 由表 11.1 查得 ftw=185N/mm2 ， fvw=125N/mm2 。
●其牌号为 E43 、 E50 和 E55 型等，其中 E 表示焊条，
两位数字表示焊条熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为 kgf/mm2）。 ●手工焊采用的焊条应符合国家标准的规定，焊条 的选用应与主体金属相匹配。一般情况下，对Q235钢采 用 E43 型焊条，对 Q345 钢采用 E50 型焊条，对 Q390 和 Q420钢采用E55型焊条。
5. 受弯构件的强度、刚度、整体稳定性验算，受弯构件局
部稳定的概念、设置加劲肋的规定及构造要求；梁的拼接，
次梁与主梁连接的构造要求； 6. 钢屋盖的结构布置，钢屋架的节点构造，轻钢屋盖、网 架结构简介； 7. 扣件式钢管脚手架及钢模板结构的设计计算。
第一讲 教学目标：
1.了解手工电弧焊、自动及半自动焊、气体保护焊的原 理； 2.理解焊缝连接、普通螺栓连接、高强度螺栓连接的概 念、特点及应用条件； 3.掌握焊缝的构造要求。
重 点
对接焊缝与角焊缝连接的计算。
难 点
对接焊缝与角焊缝连接的计算。
§11.1 钢结构的连结 3. 焊缝的计算
（1）对接焊缝
1）轴心受力对接焊缝的计算
N N W ft AW lW t
或
fc
W
式中
N——轴心力（拉力或压力） ；
lW
——焊缝的计算长度，当未采用引弧板施焊
l 2t ，当采用
w
h0 VS w1 1 max , 1 h I wt w
【例11.1.2】某8m跨度简支梁的截面和荷载设计值
(含梁自重)如图11.1.17所示。在距支座2.4m处有翼缘和
腹板的拼接连接，试设计其拼接的对接焊缝。已知钢材 为Q235，采用E43型焊条，手工焊，三级质量标准，施 焊时采用引弧板。
图11.1.10 a 直角角焊缝
图11.1.10 b 斜角角焊缝 建筑钢结构中，最常用的是直角角焊缝， 斜角角焊缝主要用于钢管结构中。
●角焊缝受力形式：按其与外力作用方向的不同可分为
平行于外力作用方向的侧面角焊缝、垂直于外力作用方向的 正面角焊缝（或称端焊缝）和与外力作用方向斜交的斜向角 焊缝三种。
【例11.1.1】 试验算下图所示钢板的对接焊缝强度。 图中l=550mm，t=22mm，轴心力的设计值为N=2300kN。钢材 为Q235-B·F，手工焊，焊条E43型，焊缝质量标准三级。
【解】 由表 11.1.1 查得焊缝抗拉强度设计值 f t w=175N/mm2 直缝连接时计算长度 l w=550-2× 22=506mm。焊缝正应力为：
1）传递剪力的机理 主要是靠被连接板件间的强大摩擦阻力来传递剪力。 2）优点 施工简便、受力好、耐疲劳、可拆换、工作安全可靠 3）应用 广泛用于各种钢结构连接中，尤其适用于承受动力荷
载的结构中。
4）高强度螺栓连接受剪力时，按其传力方式又可分为
摩擦型和承压型两种： ①摩擦型高强螺栓：仅靠被连接板件间的强大摩擦阻 力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限 状态。 ②承压型高强螺栓：是靠被连接板件间的摩擦力和螺 栓杆共同传递剪力，以螺栓杆被剪坏或被压（承压）坏作
故此时焊缝的正应力为：
N sin 2300 103 sin 56 139.79 N/mm2 lW t 620 22
< f t =175N/mm2
W
剪应力为：
N cos 2300 103 cos 56 94.29 N/mm2 lW t 620 22
【解】 (1) 距支座 2.4m 处的内力
V q(l / 2 a) 150(8 / 2 2.4) 240 kN
M qab/ 2 150 2.4 (8 2.4) / 2 1008kN .m
(2) 焊缝计算截面的几何特征值
IW (250 10323 240 10003 ) / 12 2898 106 mm4
塑性和韧性较差。 2.螺栓连接 螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接 两种。
（1）普通螺栓连接
●普通螺栓分为A、B、C三级。 ● A 级和 B 级为精制螺栓。其抗剪性能比 C 级螺栓好， 但成本高，安装困难，故较少采用。 ●C级螺栓为粗制螺栓，加工粗糙，尺寸不很准确， 只要求Ⅱ类孔。
（2）高强度螺栓连接
重 点
对接焊缝及角焊缝的构造要求。
难 点
对接焊缝及角焊缝的构造要求。
§ 11.1
种。
钢结构的连接
钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三
1.焊缝连接
(1) 优点 构造简单，加工方便，节约钢材，连接的刚度大， 密封性能好，易于采用自动化作业。 （2）缺点
但焊缝连接会产生残余应力和残余变形，且连接的
max M 1008 10 6 179.5 N/mm2 6 WW 5.6163 10
<ftw=185N/mm2 ，满足。
max
VSW 240 103 3.282 10 6 I W tW 2898 10 6 10
=27.2N/mm2 <fvw=125N/mm2 ，满足。
I型、单边V型、V型、J型、U型、K型和 X型等。
2）对接焊缝的构造
●当焊件厚度很小(t≤10mm)时，可采用I型坡口；
●对于一般厚度（t=10～20 mm）的焊件，可采用单边
V型或V型坡口，以便斜坡口和间隙b组成一个焊条能够
运转的空间，使焊缝易于焊透； ●对于厚度较厚的焊件（t >20mm），应采用U型、K型 或X型坡口。
百度文库< ft
W
=175N/mm2
2） 弯矩、剪力共同作用时对接焊缝的计算
max =
M W max ft Ww
或
fc
W
VSW W fV I W tW
式中
M、V——焊缝承受的弯矩和剪力； IW、 WW——焊缝计算截面的惯性矩和抵抗矩； SW——计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面 对中和轴的面积矩；
1 max h0 1000 179.5 173.9 N/mm2 h 1032
VSW 1 240 103 2.032 10 6 2 1 16.8 6 N/mm I W tW 2898 10 10
1 31 173.9 2 3 16.8 2 176.3 N/mm2
N N 2300 10 3 206.61N/mm2 AW lW t 506 22
W > f t =175N/mm2
不满足要求。 改用斜对接焊缝，取截割斜度为 1.5：1，即 θ=56°，则焊缝长度
l 550 lW 2t 2 22 620 mm sin sin 56
tW ——计算剪应力处焊缝计算截面的宽度；
fV ——对接焊缝的抗剪强度设计值。
W
注意：
①对于矩形焊缝截面：
②对于工字形或T形焊缝截面： 除了满足下上述11.1.2及11.1.3公式外，在同时 承受较大应力和较大剪应力处，还应满足如下折算应力 公式
eq 3 1.1 f t
2 1 2 1
为承载力的极限。其承载力比摩擦型高，可节约螺栓。
11.1.1
1. 焊接原理
焊缝连接
钢结构常用的焊接方法有电弧焊，包括手工电弧 焊、自动或半自动埋弧焊及气体保护焊等。 （1） 手工电弧焊 1）原理
如下图所示： 其电路由焊条、焊钳、焊件、电焊机和导线等组成。
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2）焊条
●手工焊常用的焊条有碳钢焊条和低合金钢焊条。
较薄焊件厚度来取用，焊缝的计算厚
度等于较薄焊件的厚度。
（2）角焊缝
缺点：角焊缝位于板件边缘，传力不均匀，受力情况复
杂，受力不均匀容易引起应力集中； 优点：但因不需开坡口，尺寸和位置要求精度稍低，使 用灵活，制造方便，故得到广泛应用。 1）截面型式 ●角焊缝按两焊脚边的夹角可分为直角角焊缝和斜角 角焊缝两种。
当贴着板边缘施焊时，尚应满足：当焊件边缘厚度t≤6
mm时，取hfmax = t ；当焊件边缘厚度t＞6 mm时， 取hfmax = t -（1～2）mm。 ③最小计算长度 角焊缝的最小计算长度应大于8hf，且不小于40 mm。 ④侧面角焊缝的最大计算长度 侧焊缝的计算长度不宜大于60hf（静荷载）或40hf（动 荷载）。但当内力沿侧焊缝全长分布时则不受此限。
焊缝连接可分为:
对接
搭接
T形连接
角接
焊缝的型式是指焊缝本身的截面型式，主要有:
对接焊缝
角焊缝
（1）对接焊缝
1）特点及截面型式 ① 特点 传力均匀平顺，无明显的应力集中，受力性能较好。 但对接焊缝连接要求下料和装配的尺寸准确，保证相 连板件间有适当空隙，还需要将焊件边缘开坡口，制造费 工。
② 截面型式
●引弧板：对接焊缝施焊时的起点和终点，常因 起弧和灭弧出现弧坑等缺陷，此处极易产生裂纹和应 力集中，为避免焊口缺陷，可在焊缝两端设引弧板。
●在对接焊缝的拼接处，当焊件
的宽度不同或厚度相差4 mm以上时， 应分别在宽度方向或厚度方向从一侧 或两侧做成坡度不大于1/4（对承受 动荷载的结构）或1/2.5（对承受静 荷载的结构）（图11.1.9）。 当厚度不同时，坡口型式应根据
时，每条焊缝取实际长度减去 2t，即 lW 引弧板施焊时，取焊缝的实际长度；
t ——在对接接头中取连接件的较小厚度， 在T
型接头中取腹板厚度；
AW
ft
W
——焊缝的计算截面面积， AW
lW t ；
、f cW ——对接焊缝的抗拉、 抗压强度设计值。
注意：如果直角焊缝不满足要求可采用对接斜焊缝。 但不宜多用。焊缝与作用力夹角应满足：tanθ ≤1.5
第十一 章 钢 结 构
本章主要内容
1. 焊缝连接的构造要求，对接焊缝与角焊缝连接的计算； 2. 减小焊接应力与焊接变形的措施； 3. 普通螺栓连接的构造要求，普通螺栓连接的计算，高强 度螺栓连接的构造要求；
4. 轴心受力构件的强度、刚度验算，实腹式轴心受压构件
的整体稳定性与局部稳定性验算；柱头与柱脚的构造要求；
⑤ 在搭接连接中，要求搭接长度l＞5t1，且不小于25 mm。
小 结：
1. 钢结构连接的形式、概念、特点、应用；
2. 焊接原理、特点、应用；
3. 焊缝的形式与构造。
作业布置：
预 习：焊缝连接计算； 思考题： 11.1、11.2、11.3。
第十一章 钢 结 构
第二讲 教学目标：
掌握对接焊缝及角焊缝连接的计算。
●半自动埋弧焊质量介于自动焊和手工焊之间。
3）应用
●自动埋弧焊只适合焊接较长的直线焊缝。
●半自动埋弧焊适合于焊接曲线或任意形状的焊缝。 自动焊或半自动焊应采用与焊件金属强度相匹配的焊 丝和焊剂。焊丝应符合《焊接用钢丝》GB1300-77 的规定， 焊剂种类根据焊接工艺要求确定。
2. 焊缝的型式与构造
3）特点
●手工焊设备简单，适用性强，特别是短焊缝或
曲折焊缝的焊接时，或在施工现场进行高空焊接时， 只能采用手工焊接，所以它是钢结构中最常用的焊接 方法。 ●但其生产效率低，劳动强度大，保证焊缝质量 的关键是焊工的技术水平，焊缝质量的波动较大。
（2）自动或半自动埋弧焊
1）原理
2）特点 ●自动埋弧焊焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷少，塑性 和韧性好，因此其质量比手工电弧焊好。
2
2
<1.1ftw=1× 185=203.5N/mm2 ，满足。
（2）角焊缝
1）直角角焊缝的受力特点 ●侧焊缝的破坏截面以 45°喉部截面居多； ●而端焊缝则多数不在该截面破坏， 并且端焊缝的破 坏强度是侧焊缝的 1.35～1.55 倍。 ●假定直角角焊缝的破坏截面在 45°喉部截面处。
2）角焊缝构造
①最小焊脚尺寸
h f min 1.5 t 2 ，其中t2为较厚焊件的板厚，单位mm。
对于自动焊，最小焊脚尺寸可减小1 mm；对于T型连接
的单面角焊缝则应增加1 mm。当焊件厚度等于或小于4 mm 时，则 应与焊件同厚。 ②最大焊脚尺寸 角焊缝的最大焊脚尺寸应满足：hfmax≤1.2t1，其中t1为较 薄焊件的板厚，单位mm。