学习情景3 钢结构连接设计1

所以该构件焊缝的轴心受拉承载力不满足要求。需 采取措施。
练习1、图示两块轴心受拉Q235不等厚钢板采用 对接焊缝连接；手工电弧焊，焊条为E43，焊 缝质量为三级 ，采用引弧板和引出板施焊。 已知板宽度均为550mm，厚度分别为20mm、16m m,承受恒载标准值N＝1180KN，试验算该构件 焊缝的轴心受拉承载力。
四、焊缝的符号及标注方法 P132 焊缝符号：引出线、基本符号，必要时加上辅助符号。 1、引出线由带箭头的指引线和两条基准线组成（其中一条
为实线，一条为虚线）
2、基本（图形）符号 3、辅助符号
§2 对接焊缝连接
一、对接焊缝的形式和构造
1、对接焊缝的形式
a) I型
b) I型
c) 单边V型
一、焊接方法
焊接的类型
适用范围
特点
利用焊条与焊件之间产生的电弧热焊接，
手工 交流焊机 焊接普通钢结构
设备简单，操作灵活，可进行各种位置 的焊接，是建筑工地应用最广泛的焊接
焊
方法。
直流焊机
焊接要求较高的钢结 构
焊接技术与交流焊机相同，成本比交流 焊机高，但焊接时电弧稳定。
电弧焊
埋弧自动焊
焊贴规接角律长焊的度缝直较，焊大一缝的般对是接有、利高件效用，好焊埋质，接在量是方焊好大法剂，型。层操构下作件的技制电术作弧要中热求应焊低用接，最，劳广效动的率条高
例3-1 设计牛腿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。验算焊缝强度。 偏心力N=400kN（间接动力荷载引起），e=25cm。 采用引弧板施焊。
N
V
M
计算:（1）计算截面几何量与外力
Ix
1 12
1 363
2
2
20 192
32768cm4
Wx
32768 20
半自动焊
焊接较短的或弯曲的 与埋弧自动焊基本相同，操作灵活，但 对接、贴角焊缝 使用不够方便
CO2气体保护焊
用于构件长焊缝的自 动焊
用CO2或惰性气体保护的实芯焊丝或药芯 焊接，设备简单，操作简便，焊接效率 高，质量好
电渣焊
用于箱型梁及柱隔板 利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热 与面板全焊透连接 焊接，能焊大厚度焊缝
/ mm2
400 10 3 3600
111 N / mm 2
fV w
125 N / mm 2
③ 折算应力验算
1点弯曲正应力和剪应力
1
61
36 40
55N
/
mm2
1
400 103 3600
111N
/ mm 2
1点折算应力
552 31112 199N / mm2 1.1175 192.5N / mm2
a) N
b) N
c) N
N
N
N
焊接连接
连接 方法
铆钉连接 优点
螺栓连接 缺点
焊接
对几何形体适应性强，构造简 单，不削弱截面，省材省工， 易于自动化，工效高。
焊接残余应力大且不易控制， 焊接变形大对材质要求高， 焊接程序严格，质量检验工 作量大
铆接
传力可靠，韧性和塑性好，质 量易于检查，抗动力荷载好
费钢、费工,逐渐被高强螺栓 取代
X-X
Sw 25016 508 50010 250 3282000mm3
S1 25016 508 2032000mm3
(2) 强度验算
① 确定焊缝强度设计值
查《规范》，ftw=185, fvw=125
② 最大应力验算 支座反力N=240x6/2=720kN,
V=720-240x2.4=144kN, M=720×2.4-240x2.4x1.2=1036.8kN·m
二、焊缝连接的形式
1、按焊缝的性质 a)对接焊缝 b)角焊缝
对接焊缝
被连接板件1
被连接板件2
对接焊缝
角焊缝
2、按焊缝连续性 a）连续焊缝：受力较好
b）断续焊缝：易发生应力集中
3、对接焊缝按受力与焊缝方向分
a）直缝：作用力方向与焊缝方向正交
b）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交
4、角焊缝按受力与焊缝方向分
b
引弧板
（2）垫板：为防止熔化金属流淌必要时可在坡口 下加垫板。
垫板
垫板 加垫板的坡口
垫板
(3)切成斜面均匀过度：板厚相差4mm或变 宽度板对接，在板的一面或两面切成坡度 不大于1:2.5(1:4动力荷载)的斜面，避免应 力集中。
二、对接焊缝连接的计算
对接焊缝只有验算。 所有验算的思路如下(步骤不限)： 1、分析题目，考虑该验算采用什么计算公式； 2、计算或查出该计算公式中所有的参数； 3、将参数代入进计算公式，进行比较大小； 4、如果应力小于强度(满足计算公式要求)，则 满足要求；反之，则不满足要求。 特例，如果应力大于强度，但是不超过5%，即(应
－1000×10 -250×16
计算（1）计算截面几何量与外力
Ix
1 12
10 10003
2( 1 12
250 163
250165082 )
2898.016106 mm4
Wx
2898.016 106 516
5616310.078mm3
1-1
W1
2898.016 106 500
5796032mm3
焊件宽度b ，无引弧扳时为b-2t(mm)。
t— 两连接件中较小的厚度，T形连接时为腹板厚度 ftw—对接焊缝抗拉设计强度，按不同质检级别定，
除3级质检外(为主体钢材的0.85倍)与钢材同。 fcw—对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。
对接连接直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。
(851000-850000)/850000=0.12%<5%
所以该构件焊缝的轴心受拉承载力满足要求。
例3、图示两块轴心受拉Q235不等厚钢板采用对 接焊缝连接；手工电弧焊，焊条为E43，焊缝 质量为三级 。已知板宽度均为550mm，厚度分 别为20mm、16mm,承受恒载标准值N＝1180KN， 试验算该构件焊缝的轴心受拉承载力。
只有以下两种情况，才需对直焊缝进行抗 拉强度验算：
a.未使用引弧板施焊； b.III级焊缝质量。
b
直焊缝长度不够时可增加焊缝长度 或改用斜焊缝。 （2）三级检验标准，使用引弧板施焊,
当tanθ≤1.5时， 斜焊缝强度不低于母材强度，
不需要验算焊缝强度。
≥1.18b
b
=56.3
=1.2b
例1、图示两块Q235钢板为对接焊缝连接；采用手 工电弧焊，焊条为E43，焊缝质量为三级。已知 板截面为460mm×10mm,承受轴心拉力设计值N＝8 50KN，试验算该构件焊缝的轴心受拉承载力。
199192.5 3.38% 5%
192.5
验算满足要求。
例3-2 某6m跨度简支梁的截面和荷载如图示。
在距支座2.4m处有翼缘和腹板的拼接连接，试
验算其拼接的对接焊缝。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。
q=240KN/m
-250×16
2.4m 6m
1638.4cm3
A 36010 3600mm2
(2) 强度验算
① 确定焊缝强度设计值
查《规范》，ftw=175,
② 最大应力验算
fvw=125
V=N=400kN,
M=Ne =400×25=10000kN·cm
max
10000 104 1638 .4103
61N
/ mm2
ft w
175 N
力—强度)/强度X100%≤5%，这种情况可以认为满足要求。 当然，也可以直接认定不满足要求。
1.轴心受力的对接焊缝
（1）直缝 验算截面矩形，只有正应力。
N
N
lw
N
N
t
N
lwt
ftw 或
f
w c
(2-3)
百度文库
矩形截面
b 引弧板
N
lwt
ftw 或
f
w c
N—轴向拉力或压力设计值
l w—焊缝计算长度（有引弧扳时为
2、受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
（1）矩形截面
M
M
lw
lw
Vt
V
t
分别 验算 、
m
ax
M Wx
ftw
max
VS w I xtw
f
w v
Wx —焊缝截面的截面模量
(2-4) (2-5)
验算截面
M y
I VS
I xtw
I—x 焊缝截面惯性矩 S—焊缝计算剪应力处以上或以下部分截
面对中性轴的面积矩
V
课程主要内容
1
绪论
6 结构类型简介及识图
主
2 钢结构的材料 7 钢结构的加工制作
要
学 习
3 钢结构的连接
8 钢结构的安装
情
境
4 柱(轴心受力构件) 9 涂装工程
5
梁(受弯构件)
10 钢结构工程施工质量验收
3、钢结构的连接
3.1 钢结构的连接的种类及其特点 3.2 焊接 3.3 螺栓连接
3.1钢结构的连接的种类及其特点
a）侧缝（侧面角焊缝）：作用力方向与焊缝长度方向平行
b）端缝（正面角焊缝） ：作用力方向与焊缝长度方向垂直
c) 斜缝: 作用力与焊缝长度方向斜交
a)
N b)
c) N
N θ
角焊缝的种类
5、按两焊件的相对位置分
6、按施工位置 俯（平）焊、立焊、横焊、仰焊。
其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。
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
摩擦面处理，安装工艺略为 复杂，造价略高
3.2 焊接
§1 焊缝连接的常识 §2 对接焊缝连接 §3 角焊缝连接
§1 焊缝连接的常识
d) V型
e) 单边U型
板厚t≤12mm(埋弧焊)
f) U型
g) X型
板厚t=12~20mm (埋弧焊)
h)K型
溶合线
板厚t＞ 20mm (埋弧焊)
2、对接焊缝的构造处理
（1）引弧板：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)。
A
（2）工字形截面
M
M
V
.1
V
验算截面
问题特点：
在腹板和翼缘连接处（1点）， 、 均较大。除按式（2-4,2-
5）对max、max进行检算外，还要用最大折算应力进行检算。
折算应力验算公式：(P30)
2 1
3
2 1
1.1 ftw
（2-6）
1、1—受拉区1点的正应力、剪应力。
系数1.1考虑折算应力发生在焊缝局部，设计强度提高10%。
x max
1036.8 106 5616310.078
184.61N
/ mm2
ftw
185N
/ mm2
xmax
VSw Ixtw
144103 3282000 2898016000 10
16.31N
/ mm2
fvw
125N
/ mm2
1-1
③ 折算应力验算
1点弯曲正应力和剪应力
X-X
1
1036.8106 5796032
所以该构件焊缝的轴心受拉承载力不满足要求。需采取 措施。
例2、如下图，除在施焊时采用引弧板和引出板 外，其余条件同例1，焊缝质量为三级 。试验 算该构件焊缝的轴心受拉承载力。
解、因Q235钢、板厚t=10mm＜16mm、对接焊缝、三级， 故由附表1－3可知ftw=185N/mm2。 因N=850KN，lw=460mm，t=10mm， 故[N]=ftw（lwt）＝185×（460×10） ＝851000N> N＝ 850×103N。
a) 焊条
b)
c)
d)
平焊
立焊
横焊
仰焊
三、焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量级别
1、焊缝连接的缺陷 常见的缺陷形式：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、 气孔、夹渣、咬边、未融合、未焊透
2、焊缝质量检验
焊缝质量检验方法分：外观检查、超声波探伤检 验、X射线检验。
3、焊缝质量等级
焊缝质量分三级: 一级焊缝、二级焊缝需经外观检查、超声波探 伤，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采 用射线探伤。以确保无外观、内部缺陷。 探伤比例：一级焊缝100%，二级焊缝20%。 三级焊缝需外观检查合格。
解、因Q235钢、板厚t=10mm＜16mm、对接焊缝、三级， 故由P255附表1－3可知ftw=185N/mm2。 因N=850KN,lw=460-2t=460-2×10=440mm，t=10mm， 故σ＝N/（lwt）＝850×103/（440×10） ＝193.2N/mm2>ftw=185N/mm2。
178.881N
/ mm2
ft w
185N / mm2
1
VS1 Ixtw
144103 2032000
2898016000 10
10.097N
/ mm2
fvw
125N / mm2
1点折算应力
2 3 2 178.8812 310.0972 179.7N / mm2 1.1 ftw 1.1185 203.5N / mm2
解、因Q235钢、较小板厚t=16mm、对接焊缝、三级， 故由附表1－3可知ftw=185N/mm2。 因Nk=1180KN,N=1.35×1180=1593KN，lw=550-2 t=550-2×16=518mm，t=16mm，
故σ＝N/（lwt）＝1593×103/（518×16） ＝192.2N/mm2>ftw=185N/mm2。