钢结构设计原理详解
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本章重点：角焊缝的构造与计算，普通螺栓连接的计 算，高强度螺栓连接的计算。
本章难点：如何运用相关公式进行各种连接计算。
3.1 钢结构的连接方法
3.1.1 钢结构连接种类
焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接
Hale Waihona Puke Baidu
对接焊缝 1、焊接
角焊缝
2、铆接
(a)
(b)
(c)
图3.1 钢结构的连接方法
(a) 、(b)焊缝连接；(c)铆钉连接
3.2 焊接方法和焊缝连接形式
3.2.1 钢结构常用焊接方法
电弧焊： 手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。
1.手工电弧焊
打火引弧---电弧周围的金属液化(溶池)—焊条熔化— 滴入溶池—与焊件的熔融金属结和冷却即形成焊缝。 优点：方便，特别在高空和野外作业； 缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，
2.焊缝质量检验
三级：只进行外观检查（即检查外观缺陷和几何尺寸） 二级：除外观检查，超声波抽检 一级：同二级
3.焊缝质量等级的选用 （1）需要进行疲劳计算的构件，凡是对接焊缝均应 焊透。其中垂直于作用力方向的横向对接焊缝或T形对 接与角接组合焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级； 作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。
3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例
《焊缝符号表示法》规定：焊缝符号一般由基本 符号与指引线组成，必要时还可加上补充符号和焊缝 尺寸。
基本符号：表示焊缝的横截面形状，如用“ ”表示 角焊缝,用“V”表示V形坡口听对接焊缝； 补充符号：补充说明焊缝的某些特征，如用“ ”表 示现场安装焊缝，用“ ”表示焊件三面带有焊缝； 指引线 ：一般由横线和带箭头的斜线组成，箭头指 向图形相应焊缝处，横线上方和下方用来标注基本符 号和焊缝尺寸等。
摩擦型：只靠摩擦阻力传力，以剪力达到接触面的摩擦力 作为承载力极限状态——设计准则。
承压型：以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏作为承 载力极限状态——设计准则。
摩擦型螺栓连接：变形小，弹性性能好，耐疲劳，施工较 简单，适用于承受动力荷载的结构。
承压型螺栓连接：承载力高于摩擦型连接，连接紧凑，剪 切变形大，不能用于承受动力荷载的结构。
（2）不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母
材等强的对接焊缝应焊透。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≥500kN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形接头均要求焊透，质量等级 不应低于二级。
（4）不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分 焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的 角焊缝，一般仅要求外观质量检查，具体规定如下: 三级检验;承受动力荷载且需要验算疲劳和Q≥500kN 的中级吊车梁，二级。
效率低。
手工电弧焊
焊条：焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。
Q235—E43××焊条； Q345—E50××焊条； Q390（Q420）—E55××焊条。 E——焊条；型号由四部分组成 E×× ×× 前两位数 — 焊缝金属最小抗拉强度(43kg/mm2)； 后两位数 — 焊接位置、电流及药皮类型。 不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度钢材相适 应的焊条。
普通螺栓：靠螺栓杆承压和
3、螺栓连接
受剪传递荷载
高强螺栓
图3.2 螺栓连接
3.1.2 连接特点
1、焊缝连接
优点：（1）构造简单，制造省工； （2）不削弱截面，经济； （3）连接刚度大，密闭性能好； （4）易采用自动化作业，生产效率高。
缺点：（1）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆； （2）产生焊接残余应力和残余应变； （3）裂缝易扩展，低温下易脆断。
2、高强螺栓连接
（1）性能等级 高强钢材制成：优质碳素钢：35号、45号
合 金 钢：20MnTiB、40B、35VB 性能等级：8.8级、10.9级。
小数点前8、10——螺栓材料经热加工后的最低抗拉 强度为800、1000N/mm2；
小数点后0.8、0.9——屈强比 f0.2 / fu
（2）按抗剪性能分
2. 自动（半自动）埋弧焊
电弧在焊剂层下燃烧的一种方法。 优点：质量好，效率高； 缺点：需要专用设备。
3. 气体保护焊
利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为 保护介质的一种方法。 优点：质量好； 缺点：对环境要求高。
3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式
1.焊缝连接形式
（ 被连接钢材的相互位置）
焊缝连接形式
钢 结构
基本原理
土木工程学院
2007年——2008年第二学期
3 钢结构的连接
本章内容：(1) 钢结构的连接方法 (2) 焊接方法和焊接连接形式 (3) 角焊缝的构造与计算 (4) 对接焊缝的构造与计算 (5) 螺栓连接的构造 (6) 普通螺栓连接的工作性能和计算 (7) 高强度螺栓连接的工作性能和计算
正对接焊缝：焊缝垂直于力线
按 受
对接焊缝 斜对接焊缝：焊缝倾斜于力线
力
方
向 划
正面角焊缝：焊缝垂直于力线
分 角焊缝 侧面角焊缝：焊缝平行于力线
斜角焊缝: 焊缝倾斜于力线
(2)焊缝沿长度方向的布置
图3.7 连接角焊缝和断续角焊缝
注意: L不宜过长
在受压构件中 L≤15t
在受拉构件中 L≤30t
（t为较薄焊 件的厚度）
2、螺栓连接
优点：安装拆卸方便。 缺点：构造复杂，削弱截面，不经济。
1、普通螺栓连接
由235钢制成，根据加工精度分A、B、C三级。 A、B级精制螺栓 ,Ⅰ类孔，孔径比杆径大 0.30.5mm，抗剪性能好, 制造安装费工，少用。 C 级粗制螺栓,Ⅱ类孔，孔径比杆径大1.5-2.0mm， 抗剪性能差，但传递拉力性能好，性能等级为4.6级 或4.8级。
对接连接 搭接连接 T型连接 角部连接
图3.3 T形连接 图3.4 搭接连接
焊缝连接形式
图3.5 焊缝连接的形式
(a)对接连接；(b)用拼接盖板的对接连接；(c)搭接连接；(d)、(e) T形连接；(f)、(g)角部连接
2.焊缝形式
(1)按焊缝的截面形式分
对接焊缝 角焊缝
图3.6 焊缝形式
(a)正对接连接；(b)斜对接焊缝；(c)角焊缝
（3）焊缝的施焊方位
平焊（俯焊） 横焊
立焊
仰焊
图3.8 焊缝施焊位置
(a)平焊；(b)横焊；(c)立焊；(d)仰焊
3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验
1、焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热 影响区钢材表面或内部的缺陷
图3.9 焊缝缺陷
(a)裂纹；(b)焊瘤；(c)烧穿；(d)弧坑；(e)气孔；(f)夹渣；(g)咬边；(h)未熔合；(i)未焊缝
本章难点：如何运用相关公式进行各种连接计算。
3.1 钢结构的连接方法
3.1.1 钢结构连接种类
焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接
Hale Waihona Puke Baidu
对接焊缝 1、焊接
角焊缝
2、铆接
(a)
(b)
(c)
图3.1 钢结构的连接方法
(a) 、(b)焊缝连接；(c)铆钉连接
3.2 焊接方法和焊缝连接形式
3.2.1 钢结构常用焊接方法
电弧焊： 手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊。
1.手工电弧焊
打火引弧---电弧周围的金属液化(溶池)—焊条熔化— 滴入溶池—与焊件的熔融金属结和冷却即形成焊缝。 优点：方便，特别在高空和野外作业； 缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，
2.焊缝质量检验
三级：只进行外观检查（即检查外观缺陷和几何尺寸） 二级：除外观检查，超声波抽检 一级：同二级
3.焊缝质量等级的选用 （1）需要进行疲劳计算的构件，凡是对接焊缝均应 焊透。其中垂直于作用力方向的横向对接焊缝或T形对 接与角接组合焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级； 作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。
3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例
《焊缝符号表示法》规定：焊缝符号一般由基本 符号与指引线组成，必要时还可加上补充符号和焊缝 尺寸。
基本符号：表示焊缝的横截面形状，如用“ ”表示 角焊缝,用“V”表示V形坡口听对接焊缝； 补充符号：补充说明焊缝的某些特征，如用“ ”表 示现场安装焊缝，用“ ”表示焊件三面带有焊缝； 指引线 ：一般由横线和带箭头的斜线组成，箭头指 向图形相应焊缝处，横线上方和下方用来标注基本符 号和焊缝尺寸等。
摩擦型：只靠摩擦阻力传力，以剪力达到接触面的摩擦力 作为承载力极限状态——设计准则。
承压型：以作用剪力达到栓杆抗剪或孔壁承压破坏作为承 载力极限状态——设计准则。
摩擦型螺栓连接：变形小，弹性性能好，耐疲劳，施工较 简单，适用于承受动力荷载的结构。
承压型螺栓连接：承载力高于摩擦型连接，连接紧凑，剪 切变形大，不能用于承受动力荷载的结构。
（2）不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母
材等强的对接焊缝应焊透。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≥500kN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形接头均要求焊透，质量等级 不应低于二级。
（4）不要求焊透的T形接头采用的角焊缝或部分 焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的 角焊缝，一般仅要求外观质量检查，具体规定如下: 三级检验;承受动力荷载且需要验算疲劳和Q≥500kN 的中级吊车梁，二级。
效率低。
手工电弧焊
焊条：焊条应与焊件钢材相适应（等强度要求）。
Q235—E43××焊条； Q345—E50××焊条； Q390（Q420）—E55××焊条。 E——焊条；型号由四部分组成 E×× ×× 前两位数 — 焊缝金属最小抗拉强度(43kg/mm2)； 后两位数 — 焊接位置、电流及药皮类型。 不同钢种的钢材相焊接时，宜采用与低强度钢材相适 应的焊条。
普通螺栓：靠螺栓杆承压和
3、螺栓连接
受剪传递荷载
高强螺栓
图3.2 螺栓连接
3.1.2 连接特点
1、焊缝连接
优点：（1）构造简单，制造省工； （2）不削弱截面，经济； （3）连接刚度大，密闭性能好； （4）易采用自动化作业，生产效率高。
缺点：（1）焊缝附近有热影响区，该处材质变脆； （2）产生焊接残余应力和残余应变； （3）裂缝易扩展，低温下易脆断。
2、高强螺栓连接
（1）性能等级 高强钢材制成：优质碳素钢：35号、45号
合 金 钢：20MnTiB、40B、35VB 性能等级：8.8级、10.9级。
小数点前8、10——螺栓材料经热加工后的最低抗拉 强度为800、1000N/mm2；
小数点后0.8、0.9——屈强比 f0.2 / fu
（2）按抗剪性能分
2. 自动（半自动）埋弧焊
电弧在焊剂层下燃烧的一种方法。 优点：质量好，效率高； 缺点：需要专用设备。
3. 气体保护焊
利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为 保护介质的一种方法。 优点：质量好； 缺点：对环境要求高。
3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式
1.焊缝连接形式
（ 被连接钢材的相互位置）
焊缝连接形式
钢 结构
基本原理
土木工程学院
2007年——2008年第二学期
3 钢结构的连接
本章内容：(1) 钢结构的连接方法 (2) 焊接方法和焊接连接形式 (3) 角焊缝的构造与计算 (4) 对接焊缝的构造与计算 (5) 螺栓连接的构造 (6) 普通螺栓连接的工作性能和计算 (7) 高强度螺栓连接的工作性能和计算
正对接焊缝：焊缝垂直于力线
按 受
对接焊缝 斜对接焊缝：焊缝倾斜于力线
力
方
向 划
正面角焊缝：焊缝垂直于力线
分 角焊缝 侧面角焊缝：焊缝平行于力线
斜角焊缝: 焊缝倾斜于力线
(2)焊缝沿长度方向的布置
图3.7 连接角焊缝和断续角焊缝
注意: L不宜过长
在受压构件中 L≤15t
在受拉构件中 L≤30t
（t为较薄焊 件的厚度）
2、螺栓连接
优点：安装拆卸方便。 缺点：构造复杂，削弱截面，不经济。
1、普通螺栓连接
由235钢制成，根据加工精度分A、B、C三级。 A、B级精制螺栓 ,Ⅰ类孔，孔径比杆径大 0.30.5mm，抗剪性能好, 制造安装费工，少用。 C 级粗制螺栓,Ⅱ类孔，孔径比杆径大1.5-2.0mm， 抗剪性能差，但传递拉力性能好，性能等级为4.6级 或4.8级。
对接连接 搭接连接 T型连接 角部连接
图3.3 T形连接 图3.4 搭接连接
焊缝连接形式
图3.5 焊缝连接的形式
(a)对接连接；(b)用拼接盖板的对接连接；(c)搭接连接；(d)、(e) T形连接；(f)、(g)角部连接
2.焊缝形式
(1)按焊缝的截面形式分
对接焊缝 角焊缝
图3.6 焊缝形式
(a)正对接连接；(b)斜对接焊缝；(c)角焊缝
（3）焊缝的施焊方位
平焊（俯焊） 横焊
立焊
仰焊
图3.8 焊缝施焊位置
(a)平焊；(b)横焊；(c)立焊；(d)仰焊
3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验
1、焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热 影响区钢材表面或内部的缺陷
图3.9 焊缝缺陷
(a)裂纹；(b)焊瘤；(c)烧穿；(d)弧坑；(e)气孔；(f)夹渣；(g)咬边；(h)未熔合；(i)未焊缝