第三章 焊接铆接

(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。
（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，
第 三 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。
§3.1
一、焊缝连接
钢结构的连接方法
优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大； 缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。
当 t≤6mm时，hf,max≤t；
当 t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm； t
hf
t1
t
hf
t1
2、最小焊脚尺寸hf,min 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬 硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:
h f ,min 1.5 t 2
式中: t2----较厚焊件厚度
定：
l w 8h f
且不得小于 mm 40
5. 搭接连接的构造要求 当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时： A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力 不均，规范规定： lw
lw b
b
B、为了避免焊缝横向收 缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：
b 16t（t 1 12mm ） 1 或190mm （t 1 12mm ）
值N=1400kN（静力荷载）。钢材为Q235，采用E43系列型焊条， 手工焊。
解：查附表 A-12
f
w f
160N/mm
2
h f min 1.5 tmax 1.5 28 7 .9mm
hf max 16 (1 ~ 2) 15 ~ 14mm
取hf min 10mm
（1）采用侧面角焊缝时 焊缝总长度
对接焊缝连接
角焊缝连接
二、铆钉连接 优点：连接刚度大，传力可靠； 缺点：对施工技术要求很高， 劳动强度大，施工条件差， 施
工速度慢。
三、螺栓连接 分为： 普通螺栓连接 高强度螺栓连接 N
§3.2 焊接连接特性
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。
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=10~20mm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。
t--焊件厚度
α
C=0.5~2mm
C=2~3mm
（a）
（b）
α p
C=2~3mm
p （d）
C=3~4mm
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
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。
（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3-4和3-5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：
N 1400 103 lw 1250 mm w 0.7h f f f 0.7 10 160
一条焊缝的实际长度
盖板长度
lw 1250 l w 2h f 2 10333mm60h f 600mm 4 4
取680mm。
L板 2l w a 2 333 10 676mm
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
hf
按he=0.7hf
α hf
α hf
hf
(a)
(b)
力焊缝。
斜角角焊缝 a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝
2.直角角焊缝的受力分析 （1）侧面角焊缝（侧焊缝）
A. 应力分析
剪应力τf
N
N
lw
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。
4.焊缝代号
焊缝表示：由引出线（箭头线）、焊缝
符号和基准线三部分组成。
§3.3 对接焊缝连接
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
N
f f fw
( 3 12)
对于侧面角焊缝，σf=0
f
he l w
f fw
( 3 9)
以上各式中： he=0.7hf； f 静荷载取1.22，动荷载取1 lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实际长度减去2hf。
3.4.3
常用角焊缝设计
1、轴心力焊件的拼接 (1)轴心力作用下的盖板对接连接: A、仅采用侧面角焊缝连接：
（1）采用三面围焊时，正面角焊缝承担力为
N ' 0.7hf lw ' f f fw 0.7 10 2 240 1.22 160 655870 N
侧面角焊缝承担的力 焊缝长度计算 N1=N-N’
N1 1400 103 655870 lw 664mm w 0.7h f f f 0.7 10 160
继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的
长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：
l w 60h f
注：
1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑； 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。
4.侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热 严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊 缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规
1.1—考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
§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
（2）斜角角焊缝
按he=hf cos α 2
对于α>135 或α<60 斜
o
(计算数值只进不舍！ )
另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm; 对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm; 当t2≤4mm时, hf,min=t2
3.侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均， 两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。 如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，
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；
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，不与计算。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。
Leabharlann Baidu、轴心力作用下的对接焊缝计算
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。
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
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)
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。
B. 破坏形式
（2）正面角焊缝
A. 应力分析
正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差， 但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。
lw
lw
’
f
he l w
N
f
N
w f
N
B、采用三面围焊连接：
N f f h
w f e
l
w
N N f f fw he l w
例： 用拼接板的角焊缝连接，设计拼接盖板。主板截面宽 B=270mm，厚度t1=28mm，拼接板厚度t2=16mm。承受轴心力设计
t1
t2
C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕 角焊，且转角处必须连续施焊。
lw
2hf t1 b
5t1且25
t2
D. 在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度 的5倍，且不得小于25mm。
3.4.2 直角角焊缝的强度计算公式
对于正面角焊缝，τf=0
f
he l w N
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。
2.埋弧焊（自动或半自动）
送丝器
、、 、、 、、
二.焊缝连接形式 （1）对接焊缝
焊接的连接形式？ 平接 搭接 顶接
正对接焊缝 （2）角焊缝
斜对接焊缝
T型对接焊缝
3. 焊缝位臵
（a）平焊
（b）横焊
（c）立焊
（d）仰焊
三、焊缝缺陷及质量检查
1.焊缝缺陷
2.焊缝质量检查 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。
内部检验主要采用超声
一条焊缝的实际长度
盖板长度
lw 664 l w h f 10 176mm 4 4
取 180mm
L板 2l w a 2 180 10 370mm
盖板为
370 mm 240 mm 16 mm
2、轴心受力角钢的连接 A、仅采用侧面角焊缝连接 由力及力矩平衡得:
选定拼接盖板b=240mm，则
A' 240 2 16 7680 2 A 270 28 7560 2 满足强度。 mm mm
根据构造要求，应满足
b 240mm l w 315mm
且 b 16t 16 16 256 mm
满足要求，故选择拼接盖板尺寸为 680 mm 240 mm 16 mm
焊剂漏斗
焊丝转盘
、 、 、
、
、
熔渣
、 、 、 、、 、 、 、 、、 、
焊剂 焊件
埋弧自动焊
A、焊丝的选择应与焊件等强度。 B、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，施工位臵受限等。
机 器
送 丝 器
3.气体保护焊 优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质 量好。 缺点：施工条件受限制等。
B. 正面角焊缝的破坏形式
（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。
二、角焊缝的构造 1、最大焊脚尺寸hf,max 为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余 应力和残余变形，hf,max应满足以下要求: hf,max≤1.2t1（钢管结构除外） 式中: t1---较薄焊件厚度。 对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：
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
Nsinθ
lw
N
N
t
N
θ t B
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、
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。
《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。 三级焊缝：全部外观检测；
二级焊缝：全部外观检测，50%做超声波检测；
一级焊缝：全部外观检测，超声波检测，2%做X
射线检测；
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：
（C）
p
C=3~4mm
p
C=3~4mm
（e）
（f）
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。