钢结构教材

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； 缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。
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2.埋弧焊（自动或半自动）
送丝器
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（二）螺栓的排列 1.并列—简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大； 2.错列—排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；
端距 中距 中距 边距 边距
A 并列
B 错列
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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。
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二、焊接连接形式和焊缝形式 1.焊接连接形式 单击图片3-2播放
对接
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单击图片3-3播放
搭接
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2.焊缝形式 （1）对接焊缝
正对接焊缝 （2）角焊缝
斜对接焊缝
T型对接焊缝
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3. 焊缝位臵
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三、焊缝缺陷及焊缝质量检查
1.焊缝缺陷
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2.焊缝质量检查 外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；
3 1.1 f t
2 1 2 1
w
( 3 31)
1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。28
3.4 角焊缝的构造与计算
一、角焊缝的形式和受力分析 1、角焊缝的形式: 直角角焊缝、斜角角焊缝
（1）直角角焊缝
hf
hf
hf
hf 普通式
1.5hf 平坡式
hf 凹面式
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（2）斜角角焊缝
Nsinθ
lw
N
θ t B
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Ncosθ
另:当tanθ≤1.5时,不用验算!
2、M、V共同作用下的对接焊缝计算 （1）板件间对接连接 因焊缝截面为矩形，M、
V M
V共同作用下应力图为：
故其强度计算公式为：
t A
σ
lw
τ
max
max
M 6M 2 f tw Ww l w t
VS w 3 V fVw I w t 2 lw t
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3.焊缝质量等级及选用 《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊 缝质量等级的选用有如下规定：
(1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向
的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 (2) 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。
4.焊缝代号
详细参见表3-1，图3-13
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3.3 对接焊缝的构造与计算
一、对接焊缝的构造
1、对接焊缝的坡口形式:
对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和
施工条件有关。
(1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡
口,采用直边缝; (2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口;
直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽， 或其他措施以防螺帽松动；
C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情 况可用于抗剪连接： 1、承受静载或间接动载的次要连接； 2、承受静载的可拆卸结构连接； 3、临时固定构件的安装连接。
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二、螺栓连接的受力形式
A 只受剪力 F
B 只受拉力
C 剪力和拉力 共同作用 F
3
N
3.2 焊接连接的特性
一、钢结构常用焊接方法 1.手工电弧焊 原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形 成焊缝。
焊条 焊钳
A、焊条的选择： 焊条应与焊件
焊机
保护气体
钢材相适应。
焊件
电弧
熔池 导线 4
单击图片3-1播放
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Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328) Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048) Q390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518) B、焊条的表示方法： E—焊条(Electrode)
d
N nv
b v
d
4
2
f vb
( 3 32)
N cb d t f cb
(3 33)
b b b 单栓抗剪承载力： N min min N v ，N c


(3 34)
nv—剪切面数目； d—螺栓杆直径； fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值； ∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。
B. 正面角焊缝的破坏形式
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（3）斜角焊缝 斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊 缝之间。
单击图片3-8播放
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例3.4
角钢与连接板连接
例3.5 例3.6
牛腿与柱连接-焊缝受弯剪 牛腿与柱连接-焊缝受扭剪
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三、焊接变形 焊接变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、 角变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合。
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1、轴心力作用下的对接焊缝计算 N N f t w 或f cw ( 3 28) lw t t 式中： A N—轴心拉力或压力； t—板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度； ftw、fcw —对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。
N
当不满足上式时，可采用斜对 接焊缝连接如图B。 N
N sin f t w 或f cw lw t N cos f vw lw t
（2）构造要求；
螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合 不密，潮气侵入腐蚀钢材。 47
（3）施工要求
为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3do。 根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。
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（三）螺栓连接的构造要求
为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接 接头一端不宜少于两个永久螺栓，但组合构件的 缀条除外；
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（３）重级工作制和起重量 Ｑ＞５０ｔ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Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，
不应低于二级。
（４）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Ｑ＞５０ｔ的中级工 作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。
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内部无损检验：检验内部缺陷。
内部检验主要采用超声
波，有时还用磁粉检验
荧光检验等辅助检验方
法。还可以采用X射线或
γ射线透照或拍片。
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《钢结构工程施工及验收规范》规定：
焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级
和三级。 一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数 量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。 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。
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剪切面数目nv
按he=hf cos α 2
对于α>135 或α<60 斜
o
o
hf
按he=0.7hf
α hf
α
hf
hf
按he=hf cos α 2
角角焊缝,除 钢管结构外, 不宜用作受 力焊缝。
hf
按he=0.7hf
α hf
α hf
hf
(a)
(b)
斜角角焊缝 a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝
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2.直角角焊缝的受力分析 （1）侧面角焊缝（侧焊缝） 单击图片3-7播放
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A. 应力分析
剪应力τf
N
N
lw
试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较
低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故
剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf 越大剪应力分布越不均匀。
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B. 破坏形式
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（2）正面角焊缝
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A. 应力分析
正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差， 35 但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。
( 3 29)
( 3 30)
M ftw Ww
VS w f vw I wt
式中：Ww—焊缝截面模量； Sw--焊缝截面面积矩； Iw--焊缝截面惯性矩。 27
（2）工字形截面梁对接连接计算
M V 1 焊缝截面 σ1
τmax
σmax
τ
τ1
A、对于焊缝的σmax和τmax应满足式3-2和3-3要求； B、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应 力尚应满足下式要求：
(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。
t--焊件厚度
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α
C=0.5~2mm
C=2~3mm
（ a）
（b）
α p
C=2~3mm
p （d）
C=3~4mm
（ C）
p
C=3~4mm
p
C=3~4mm
（ e）
（ f）
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2、V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊； 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧 板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条 焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1，t1—较薄焊 件厚度； 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡 度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜角，以平缓 过度，减小应力集中。
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二、对接焊缝的计算 对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学）两种；
动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受