钢结构的连接方法[详细]

一、受力特征和构造要求
直角角焊缝
普通式 平坡式 深熔式
hf:焊脚尺寸
经试验发现，焊缝破坏形式为剪切破坏，发生在三 角形最小厚度平面。
焊缝的有效厚度： he hf cos450 0.7hf
一、受力特征和构造要求
2、角焊缝的构造要求
1）考虑焊口影响，计算长度取实际长度减去2hf。 即lw=l-2hf
一、焊接应力和焊接变形产生的原因 2、纵向焊接应力
平板对接时焊缝上纵向应力沿焊缝长度方向上的分布 （此图对于低碳钢适用，焊缝足够长）
不同尺寸、不同截面上纵向残余应力σx的分布
（对于低碳钢适用）
不同材料上纵向残余应力在横截面上的分布 高温区拉应力 低温区压应力
焊缝纵向应力沿板材横向上的分布 a)低碳钢 b)低合金钢
装卸便利，设备简单
螺栓精度低时不宜受剪，精 度高时加工和安装难度大
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
摩擦面处理及安装工艺复杂， 造价高
传力可靠，塑性韧性好， 质量易于检查，抗动力 费工费料 荷载性能好
第二节 焊接方法和焊缝强度
按焊接方法不同分类： 熔化焊：将主体金属在连接处局部加热至熔融状态， 并附加融化的填充金属使金属分子相互结合而形成 整体。又分为电弧焊和气焊等。 电阻焊：将金属通电后由接触面上的电阻使接头加 热到塑形状态或局部熔融状态，并施加压力形成接 头。 钢结构中主要使用电弧焊。
2）最小焊脚尺寸 hf 1.5 ，tmax为较t厚m a焊x 件厚度
（mm）。自动焊时减小1mm,T形连接单面焊时
增加1mm。当 tmax 4时m，m用
。h f tmax
一、受力特征和构造要求
3）最大焊脚尺寸 hf 1.2，tmin 是薄tm焊in 件厚度
（mm）。对板边焊缝还应满足 h f t1, t1 6mm; h f t1 (1 ~ 2mm), t1 6mm
（
fM
f
fN
）2
2 fV
f
w f
三、角焊缝的强度计算
4、扭矩、剪力共同作用下搭接连接计算
为什么受扭矩？ 各焊缝到力P距离不等！！
三、角焊缝的强度计算
4、扭矩、剪力共同作用下搭接连接计算
假定： 1）构件是刚性的，角焊缝是弹性的；
2）构件绕形心O转动，角焊缝任意点的应力 方向垂直于该点与形心的连线，应力的大小与
焊芯的作用：是作为电极和填充金属。 药皮的作用：稳定电弧；隔离空气；减缓冷却；改善 焊缝性能。
焊剂层下自动焊示意图
《焊接方法及设备》 机械工业出版社 毕惠琴主编
2、焊剂层下的自动焊和 半自动焊 优点： ①生产率高 ②焊缝质量高 ③节约焊条 ④技术易掌握 缺点： ①焊前装配要求严格 ②受制于自动焊车轨道
2
)2
2f）
3
f
w f
2 3
2 f
2 f
f
w f
令 为f 正面焊接强度的增大系数，等于
（
f f
）2
2 f
f
w f
3 1.22 2
三、角焊缝的强度计算
2、轴心力（拉、压）作用时连接计算 f承受静力荷载或 间接承受动力荷载， 取为1.22；直接承 受动力荷载时取为 1.0
对于侧焊缝，只有平行于 对于正面焊缝，只有垂直于 焊缝长度方向的轴心力Ny 焊缝长度方向的轴心力Nx
1、减少或消除焊接残余应力的措施 (1)设计角度，尽量避免三向拉应力的情况 (2)制造方面，采取适当的焊接次序 焊缝较厚时采用分层焊，焊缝较长时采用分段焊
(3)尽可能采用对称焊缝
2、减少或消除焊接变形的措施 (1)施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形
(2)采用合理的装配和焊接顺序 (3)对于小尺寸的杆件，可在焊前预热，或焊后回 火加热到600℃左右，然后缓慢冷却，可消除焊接 变形。 (4)机械矫正：锤击法
f
w v
12 312 1.1 ftw
Iw：焊缝截面对中和轴惯性矩。 Ww：截面抵抗矩：截面对其形心轴的惯性矩与界 面上所求点到形心轴距离比值。 Sw：所求应力点以上或者以下焊缝截面对中和轴的 面积矩。
二、对接焊缝的强度计算
（3）对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力 对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时，焊
， t1为板件厚(mm)。
一、受力特征和构造要求
4）侧焊缝，为减轻剪应力分布不均匀的程
度，对 lw计算最大值加以限制，受静荷载时
lw 6；0h受f 动荷载时
分计算不考虑）。
l，w （4超0h过f 部
一、受力特征和构造要求
5）最小焊缝计算长度 lw 40m及m 。8h f
6）在端焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件 较小厚度的五倍，且不小于25 mm。
二、角焊缝的符号
三、角焊缝的强度计算
1、角焊缝计算的基本公式
对最薄弱面进行受力分析：
受平面内的应力 f 和竖直向上的应力 ，f
可再分解为
f
和
按第四强度理论有：
2
（ 3
2
2f）
3
f
w f
1、角焊缝计算的基本公式
f
2
带入公式
2
（ 3
2
2f）
3
f
w f
整理得：
( f
2
)2
（ 3 ( f
验及必要的X射线检验,对抗动力和疲劳性能有较高要 求处可采用一级焊缝。
三、焊缝连接的型式
（1）按构件的相对位置分 分为对接、搭接、顶接
（2）按构造分 分为对接焊缝和角焊缝
三、焊缝连接的型式 对接焊缝按作用力的方向可分为直缝和斜缝
角焊缝按作用力的方向可分为侧缝和端缝
三、焊缝连接的型式
焊缝施焊位置
其距离r的大小成正比。
（
Ty
f
Vy
）2
(
Tx
Vx )2
f
w f
第五节 焊接应力和焊接变形
一、焊接应力和焊接变形产生的原因
1、原因：电弧对钢板的不均匀加热
将沿焊缝方向上的残 余应力称为纵向应力，
以σx表示；
将垂直于焊缝方向上 的残余应力称为横向
应力，以σy表示；
对厚度方向上的残余
应力以σz表示。
第五节 焊接应力和焊接变形
第二节 焊接方法和焊缝强度
一、电弧焊的原理和焊接方法 电弧焊（手工焊、自动焊、半自动焊） 1、手工电弧焊：采用低电压、大电流引燃电弧，使 焊条和焊件之间产生很大热量和强烈弧光，利用电 弧热来融化焊件接头和焊条进行焊接。
焊条材料和型号
焊条是由金属焊芯和药皮两部分所组成的。
焊条的型号应与焊件钢材强度相适应。Q235钢用 E43，Q345用E50，Q390和Q420用E55。其中43、50和 55分别表示焊条熔覆金属或者对接焊缝的抗拉强度为 420N/mm2、 490N/mm2和540N/mm2。
二、焊缝连接的缺陷、质量检验
焊缝质量检验
外观检查: 检查外观缺陷和几何尺寸。 无损检验：检查内部缺陷。
①超声波检验 ②X射线透照
二、焊缝连接的缺陷、质量检验
焊缝质量检验
焊缝的级别 ①三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查，符合
三级质量标准； ②二级焊缝要求通过外观检查和超声波检验，其
中要求超声波检验每条焊缝的20%长度； ③一级焊缝则要求通过外观检查和全部超声波检
角焊缝中侧面焊缝的强度低，正面焊缝的强度高， 斜焊缝的强度介于两者之间。但是由于角焊缝的应力 状态比较复杂，抗拉、抗剪和抗压不分焊缝质量检验 等级而采用相同的强度设计值。
四、焊缝的强度设计值（表3-1）
《钢结构设计规范》 N/mm2
第三节 对接焊缝的构造和计算
一、对接焊缝的构造
优点 用料经济，传力平顺均匀，没有明显的应力集中，
一、焊接应力和焊接变形产生的原因 3、横向焊接应力=①+②
①焊缝沿纵向收缩时，两块钢板会向外弯曲成 弓形，这种趋势被焊条金属所阻止； ②后焊部分对先焊部分的横向拉应力
一、焊接应力和焊接变形产生的原因 4、厚度方向焊接应力
与上述两种应力形成了三向同号拉应力场 使焊缝工作极为不利
二、焊接残余应力和变形的危害性及解决措施
俯焊
立焊(平) 立焊(竖)
仰焊
三、焊缝连接的型式
四、焊缝的强度设计值
焊缝强度主要决定于焊缝金属和主体金属的强度。 并与焊接形式、应力集中程度以及焊接工艺条件等有 密切关系。
对接焊缝的抗压、抗剪强度设计值与母材相同； 抗拉强度设计值：Ⅰ、 Ⅱ级质量检验焊缝与母材相 同； Ⅲ级质量检验焊缝约取母材的85%即可。
对于承受动力荷载作用的焊接结构，采用对接焊缝最 为有利。 缺点
对接焊缝的焊件边缘需要进行坡口加工，焊件长 度必须精确，施焊时焊件要保持一定的间隙。
第三节 对接焊缝的构造和计算 一、对接焊缝的构造
图3-7 对接焊缝的坡口形式及符号 根据板厚及焊接方法不同加工成不同的坡口
一、对接焊缝的构造
板厚相差超过 四毫米时
再按照N-Nmax验算侧面焊缝 Nmax是平均分配在两侧焊缝上的
三、角焊缝的强度计算
2、轴心力（拉、压）作用时连接计算
肢背焊缝承担N1=k1N;肢尖焊缝承担N2=k2N
三、角焊缝的强度计算
3、弯矩、剪力和轴力共同作用T型连接计算
fM
M Ww
; fN
N AW
; fV
V Aw
Ww：角焊缝有效截面模 量
钢结构的连接
第一节 连接的类型 钢结构的连接方法可分为：
焊缝连接 螺栓连接 铆钉连接
螺栓连接
钢结构连接方法的优缺点
连接方法
焊缝连接
普通 螺 螺栓 栓 连 高强 接 螺栓
铆钉连接
优点
缺点
适应性强，构造简单， 对材质要求高，产生残余应
省材省工，密封性好,工 力和变形，质量检验工作量
效高,不削弱结构
大
表3-3 螺栓连接的强度设计（N/mm2）
4.6级的含义： 4表示材料热处 理后的最低抗 拉强度fu为 400N/mm2 6表示屈服强度 与最低抗拉强 度的比值 （屈强比）
3、二氧化碳气体保护焊
优点：
①生产率高②焊接变形 小③抗锈能力强④操作 方便⑤二氧化碳气体廉 价
二氧化碳气体保护焊过程示意图
是利用二氧化碳气体作为保 护介质的一种自动和半自动 的电弧焊方法。
缺点：
①设备复杂，易生事故
②弧光很强，注意保护
③金属熔滴易飞溅造成 焊缝缺陷
第二节 焊接方法和焊缝强度
二、焊缝连接的缺陷、质量检验
第三章 钢结构的连接
第六节 螺栓连接
一、概述 （一）螺栓的种类和特性
普通螺栓 粗制螺栓，精致螺栓
高强螺栓 摩擦型、承压型
锚固螺栓
1、普通螺栓 粗制螺栓（C级）：螺杆比栓孔直径小1.01.5mm，安装制造简单，成本低，受剪时产生较 大滑移，工作性能差 精制螺栓（A级、B级）：杆径与孔径基本相同， 间隙小，约0.3mm，表面光滑尺寸准确，成本高 2、高强螺栓：用高强度钢材制成，利用特制扳手 拧紧，产生很大预拉力，传递到接触面，产生很 大摩擦力 摩擦型：完全依靠被连接件之间的摩阻力传力 承压型：由摩阻力和螺杆的剪力、承压共同传力 3、锚固螺栓 孔径为杆径的1.5倍，只能受拉，不能受剪
缝正应力为弯矩和轴心力引起的应力之和（a）验算， 剪应力仍按式(b)验算，需要验算折算应力时按式（c） 进行验算。
N AW
M Ww
ftw
(a)
VSw I wt
f
w v
(b)
12 312 1.1 ftw (c)
钢结构的连接
第四节 角焊缝连接的构造和计算
第四节 角焊缝连接的构造和计算
一、受力特征和构造要求 1、角焊缝按其受力方向和位置分为： 侧面角焊缝（侧焊缝） 正面焊缝（端焊缝） 两者联合使用称为围焊缝
焊缝连接的缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或 邻近热影响区钢材表面或内部的缺陷，常见的缺陷有 裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔 合、未焊透(不包括规定不焊透者)等；以及焊缝外形 尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。
二、焊缝连接的缺陷、质量检验 其中裂纹的危害最大
二、焊缝连接的缺陷、质量检验
第六节 螺栓连接
（二）连接形式（对接、搭接、顶接）
按受力分
第六节 螺栓连接
二、普通螺栓连接的构造和计算
（一）构造
1、受力要求 M16,M18,M20,M22, M24,M27,M30 2、构造要求
3、施工要求 同一种构件中宜用 同种螺栓；排列简 单紧凑，便于安装
二、普通螺栓连接的构造和计算 （一）构造
f
Ny 0.7hf lw
f
w f
f
Nx he lw
Nx 0.7hf lw
f
f
w f
f
Nx he lw
Nx 0.7hf
lw
;
f
Ny 0.7hf lw
带入上面公式
三、角焊缝的强度计算
2、轴心力（拉、压）作用时连接计算
先计算正面焊缝所能承受的最大Nmax
Nmax
0.7hf lw f
f
w f
引弧板：影响计算长度 有引弧板lw=l 无引弧板lw=l-2t（t为较 小焊件厚度）
二、对接焊缝的强度计算 （1）轴心受力的对接直焊缝计算
N lwt
f
t
w或f
w c
钢材的强度设计值(表2-4) 焊缝的强度设计值（表3-1）
二、对接焊缝的强度计算
（2）对接焊缝承受弯矩和剪力
M Ww
ftw
VSw I wt