第4章钢结构连接

Sw--焊缝截面面积 矩；
Iw--焊缝截面惯性矩。
(2)剪应 :m力 a xV Iwtw S2 3lV wtfV w
2、工字形截面梁对接连接计算
M V
1 焊缝截面
σ1
σmax
τmax
τ τ1
(1)正应 :力 max W M wftw
(2)剪应:力 maxVIwtSwfVw
(3)折算: 应 1 23力 1 21.1ftw
缺点：施工条件受限制等。
优点： 焊接速 度快， 焊接质生的热量来熔化金 属，再通过压力使其焊合。 薄壁型钢的焊接常采用电 阻焊。电阻焊适用于板叠 厚度不超过12mm的焊接。
（五）气焊
是利用乙炔在氧气中燃烧
而形成的火焰来熔化焊条，
形成焊缝。气焊用于薄钢
见P42例4-2
1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
§4.4 角焊缝的构造与计算
一、角焊缝的形式
1、按截面形式：普通型、平坦型、凹面型三种。
（1）普通型角焊缝：由于表面不需特殊处理，成形简单， 因而在钢结构连接中经常选用；但其应力线弯折，应力集中严 重，不适合承受动力荷的结构中。
（2）平坦型、凹面型：受力平缓，对承受动力荷载的结构 正面角焊缝处理成平坦形，侧面角焊缝处理成凹面型角焊缝。
按 h e= 0 .7 h f α hf
hf
hf
按
he= hf
cos
α 2
α hf
按
he= hf
cos
α 2
α hf
hf
(a)
(b )
斜角角焊缝 a） 锐 角 角 焊 缝 ； b） 钝 角 角 焊 缝
对于α>135o 或α<60o斜角
角焊缝,除钢 管结构外,不 宜用作受力 焊缝。
17正侧面角焊缝
18正面、斜焊缝
、
熔渣
、
、
、 、 、
、、
、 、
、、
、
焊剂 焊件
埋弧自动焊
焊剂漏斗
1.焊丝的选择应与焊件等强度。 2.优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接 质量好。 缺点：设备投资大，施工位置受限等。
送
机
丝
器
器
(三)气体保护焊
直接利用CO2或其他惰性气体作为保护介 质的一种电弧熔焊方法形成保护层，防 止有害气体侵入并保证焊接过程的稳定 性。
（2）角焊缝：2hf（hf焊脚尺
寸）
※（四）宽度和厚度不同时的板件连接
1、当对接焊拼接处的焊件宽度不同或厚度相差4mm 以上时，应将较宽或较厚的板件加工成坡度不大于1： 4（动力荷载）或1：2.5（静力荷载）的斜坡，以形 成平缓过渡，使构件传力平缓，减少应力集中。 2、当厚度相差不大于4mm时，可不做斜坡，直接利 用焊缝表面斜坡即可满足要求。
板或小型结构中。
二、焊接连接形式和焊缝形式 (一)按连接构件间的相互位置
(二)按焊缝构造形式分
1.对接焊缝
※特点：
正对接焊缝 斜对接焊缝
1、对接焊缝截面与构件截面相同， 因而传力均匀平顺，没有明显的应 力集中，受力性能较好。 2、对直接承受动力荷载的接头有利。
3、但由于焊件一般需作坡口 加工、下料尺寸必须精确，所 以在制造时费工费时。
tanθ≤1.5时,不用验算! 则强度不低于母材，可不再作计算。采用斜焊缝可
加长焊缝计算长度，提高连接承载力，但焊件斜 接较费钢材。 （3）用二级直焊缝。
3、公式应用：
（二）M、V共同作用下的对接焊缝计算 1、板件间对接连接(矩形截面)
V M
lw
t
στ
A
Ww—焊缝截面模量；
(1)正应 :m力 a xW M w6 lM w 2t ftw
（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。
四、焊缝的符号及标注方法
T型对接焊缝
※2.角焊缝
※特点：
1、位于板边缘，传力不 均匀，受力情况复杂，受 力不均匀容易引起应力集 中；
2、但因不需开坡口，尺 寸和位置要求精度稍低， 使用灵活，制造较方便， 故得到广泛应用。
（三）按作用力与焊缝方向
1、对接焊缝：可分为直焊缝和斜焊缝； 2、角焊缝：分为端缝（正面角焊缝）、侧缝（侧面
t--焊件厚度
C=0.5~2mm
（a）
α
p
C=2~3mm
（C）
p
C=3~4mm
（e）
α
C=2~3mm
（b）
p
C=3~4mm
（d）
p
C=3~4mm
（f）
（二）关于垫板的设置 V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；
对于没有条件补焊时，要事先在根部加垫板。
※（三）关于引弧板的设置
（1）对接焊缝：2t（t：对接 接头取较小厚度；T形接头取腹 板厚度）。
※5 、当不同强度的钢材连接时，可采用与低强度 钢材相适应的焊接材料。 6、焊条所包焊药的作用： 手工焊的焊条表面敷有1~1.5mm厚的药皮。 生成气体（CO2）和熔渣则覆盖熔池，起着稳定电弧、 保护熔融金属不氧化、降低冷却速度的作用。
(二)埋弧焊（自动或半自动）
送丝器
焊丝转盘
、、、、、、
、 、 、
1、强度焊缝 只作为传递内力之用；
2、密强焊缝 除传递内力外，还必须保证不使气体或液体渗漏。
(五)按施焊位置分
※三、焊缝缺陷及焊缝质量检查 （一）焊缝缺陷
（二）焊缝质量检查方法
1、外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸； 2、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、 、等辅助检验方法。还 可以采用X射线或γ射线 透照或拍片。
§4.2 焊接方法和焊接连接形式
一、钢结构常用焊接方法
(一)手工电弧焊
1.原理 利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。
2.特点 设备简单，操作灵活方便，实用性强，应用极为广泛。但生产 效率比自动或半自动差，质量较低，且变异异性大，焊缝质量 在一定程度上取决于焊工的技术水平，劳动条件差。
焊机
焊条 保护气体
应力和残余变形，对结构的刚度、稳定承载力、抗冲
击断裂、抗疲劳强度降低，发生脆性破坏的可能性增
（三）适用范围
大。
除少数直接承受动力荷载的结构连接不宜采有焊接外，
普遍用于工业与民用建筑的钢结构中。
二.铆钉连接 （热铆和冷铆）
(一 )优点： 塑性和韧性好，连接刚度大，传力可靠，质量易于检查 。
（二）缺点： 构造复杂,费工费时,对施工技术要求很高，劳动强度大， 施工条件差， 施工速度慢,现已很少采用。
3、高强螺栓价格较贵。
（三）适用范围：
1、普通螺栓连接
(1)用于受拉：一般用于承受拉力的连接；
(2)用于受剪：承受静力荷载结构中的连接或间 接承受动力荷载的结构的次连接；不承受动力荷 载的可装拆结构的受剪连接；安装时的临时连接 等。
2、高强螺栓连接
(3)广泛应用在桥梁、大跨度的工业厂房及民用 建筑中。
二、角焊缝的构造要求
※(一）焊脚尺寸要求 1、最大焊脚尺寸hf,max
（三）适用范围： 在一些重型和直接承受动力荷载的结构中，有时仍然采 用。
三.螺栓连接 N
普通螺栓连接和高强螺栓
（一）优点 1、安装方便、所需设备简单易得、施工效率和质量容 易得到保证; 2、可方便拆装。 （二）缺点
1、由于需要在构件上制孔，所以对构件截面有削弱;
2、需配有连接件，使得钢材用量增加，构造较为复杂， 工作量有所增加;
焊钳
焊件
电弧
熔池
导线
※3.焊条的选择： 1、E43型焊条（E4300--E4328) 2、E50型焊条(E5001--5048)
Q235 Q345
3、E55型焊条(E5500--5518)
Q390、Q420
4、焊条的表示方法：
E—焊条(Electrode)
（1）第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)
（一）基本符号： 也叫图形符号，表示焊缝的基本截面形式。如⊿角焊缝；‖表
示Ⅰ型坡口、V型坡口的对接焊缝等。 （二）辅助符号： 是表示焊缝表面形状特征的符号，如表示对接V形坡口焊缝表面
的余高部分应加工使之与焊件表面平齐。
（三）补充符号： 补充说明焊缝某些特征的符号。○周围焊缝、［表示三面围焊
等。 （四）引出线：斜线及箭头线和两水平基准线，一实一虚。
hf hf
hf
hf 普通式
1.5hf 平坡式
hf 凹面式
2、按两焊脚边的夹角
（1）直角角焊缝：受力性能好，施工方便，应用广 泛。 （2）斜角角焊缝：不宜作受力焊缝，一般只在钢管 结构中得到应用。
3、按与外力作用方向：
（1）正面角焊缝：垂直作用力方向; （2）侧面角焊缝：平行于作用力方向。
hf
按 h e= 0 .7 h f α hf
（三）焊缝质量等级及检验要求 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。
1、三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查。
即只检查焊缝外观缺陷（气孔、咬边）和几何尺寸是否符 合三级标准的要求；
2、二级的检验项目规定除对全部焊缝按三级标准检查外 观外，还须按要求用超声波抽查焊缝长度的50%；
3、一级的检验项目则规定除对全部焊缝按三级标准检查 外观外，尚需按要求用超声波检查100%，并用X射线抽 查焊缝长度2%，且部分拍片。
（2）第3位表示适用的焊接位置
0和1：表示适用于全位置施焊；
2：表示适用于平焊及水平角焊
4：表示适用于向下立焊
（3）第3位和4位组合表示药皮类型和适用的电流种类.
如15、16、18的焊条为低氢型焊条，其所得焊缝具 有较好的塑性、韧性和抗裂性，故直接承受动力荷 载的重要结构以及处理低温条件下工作的结构，一 般指定上述型号。 而非低氢型焊条，可用于其他结构。
（四）焊缝强度等级
1、对接焊缝一、二级质量的强度与母材相同；三 级质量的抗拉强度设计值则降低了15%；
2、角焊缝均为三级质量，其强度设计值不论拉、 压、剪均取统一值。
（五）焊缝质量等级及选用
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。
（五）钢板拼接要求
钢板拼接时，纵横两个方向的对接焊缝，采 用十字型交叉或T字形交叉，交叉点距离不 小于200mm。
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
力方向的连接焊缝；
N
N
t
➢ 对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视 为与母材相同，不用计算。三级焊缝需进行计算；
➢ 对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构 件强度计算相同。
（一）轴心力作用下的对接焊缝计算
1、计算公式
N
lw
N lwt
ftw或fcw
t A
N sin
lwt
f
t
w
或f
w c
N
Nsinθ
N cos
lwt
f
w v
Ncosθ θ
N
N
t
P32表3-9
B
2、不满足要求时的措施
（1）将直焊缝移到拉应力较小的部位； （ 2 ） 斜 焊 缝 与 作 有 力 的 夹 角 θ≤56.3° 或
（五）尺寸标注：标在基准线上，且在图形符号的左侧。 见教材P38表4-1
§4.3 对接焊缝的构造与计算
一、对接焊缝的构造 ※（一）对接焊缝的坡口形式
(1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做 坡 (2口)t,=采1用0~直20边m缝m; 时，宜采用单边V形和双边V形 坡口; (3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。
第 四 章
大纲要求
1.了解钢结构连接的种类及各自的特点； 2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算
方法及构造要求； 3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构
工作的影响； 4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算
和构造要求。
§4.1 钢结构的连接方法和特点
一、焊缝连接
是通过电弧产生的热量，使焊条和焊件局部熔化，经冷却凝成 焊缝，从而将焊件连为一体。
（一）优点 （1）对钢材的任何方位、角度和形状一般都直接焊接， 不削弱构件截面，节约钢材。 （2）构造简单、施工方便、连接刚度大、密封性能好。 （3）易采用自动化作业，生产效率高。
对接焊缝连接
角焊缝连接
（二）缺点：
（1）由于施焊时的高温作用，钢材的材质变脆。
（2）钢材受到不均匀高温和冷却，使结构产生残余
角焊缝）、斜向角焊缝等。
（四）按沿长度方向变化的布置：
1、连续角焊缝： 受力情况较好，应用广泛。 2、间断角焊缝： 易在分段的两端引起严重的应力集中，重要结构应避 免使用。受力间断角焊缝的间断距离不宜过大，要求 如下：
（1）受拉翼缘：≤30t； （2）受压翼缘：≤15t；（t为较薄焊件的厚度）
（五）按工作性质分