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第二十章第二十章钢结构的连接钢结构的连接 钢结构的连接方式可分为焊接连接、螺栓连接钢结构的连接方式可分为焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。和铆钉连接三种。一、焊缝连接一、焊缝连接 优点优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；大；缺点缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。敏感。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接对接焊缝连接对接焊缝连接角焊缝连接角焊缝连接二、铆钉连接二、铆钉连接 优点优点：连接刚度大，传力可靠；：连接刚度大，传力可靠；缺点缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工条件差，施工速度慢。施工速度慢。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接三、螺栓连接三、螺栓连接分为：分为：普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接优点：优点：拆装方便拆装方便缺点：缺点：板件有削弱板件有削弱第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接N第二十章第二十章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 焊缝连接焊缝连接20.2 普通螺栓连接普通螺栓连接20.3 高强度螺栓连接高强度螺栓连接第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接20.1.1 钢结构中的焊接方法和焊缝连接的形式钢结构中的焊接方法和焊缝连接的形式1)1)焊接方法焊接方法 11.手工电弧焊手工电弧焊 原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。成焊缝。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接2.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。B B、优、缺点：、优、缺点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。强度低，焊接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接送送丝丝器器机机器器20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接3.3.气体保护焊气体保护焊 优点优点：焊接速度快，焊接质量好。：焊接速度快，焊接质量好。缺点缺点：施工条件受限制等。：施工条件受限制等。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接2 2）焊缝连接的形式）焊缝连接的形式（1 1）对接焊缝）对接焊缝第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接正对接焊缝正对接焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝（2 2）角焊缝）角焊缝20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接 焊缝按施焊位置可分为俯焊、立焊、横焊和仰焊缝按施焊位置可分为俯焊、立焊、横焊和仰焊。焊。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接3 3）焊缝连接的缺陷及质量检验焊缝连接的缺陷及质量检验焊缝缺陷焊缝缺陷第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；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。内部无损检验：检验内部缺陷。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接 内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还可以采用X射线射线或或射线透照或拍片。射线透照或拍片。20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接20.1.2 20.1.2 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算1）对接焊缝的构造）对接焊缝的构造对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式:对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施工条件有关。施工条件有关。(1)(1)当当:t6mmt6mm(手工焊手工焊),),t10mmt20mmt20mm时，宜采用时，宜采用U U形、形、K K形、形、X X形坡口。形坡口。t-t-焊件厚度焊件厚度第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接2)2)对接焊缝的计算对接焊缝的计算(1)(1)轴心拉力作用下的对接焊缝计算轴心拉力作用下的对接焊缝计算第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接NNlw wtA式中：式中：N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力；t板件较小厚度；板件较小厚度；T T形连接中为腹形连接中为腹板厚度；板厚度；t对接焊缝的抗拉容许应力。对接焊缝的抗拉容许应力。20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图如图B B。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接NNtBNsinsinNcoscoslw wt对接焊缝的抗剪容许应力。对接焊缝的抗剪容许应力。20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接（2 2）弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝计算弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝计算第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接lw wtAMV因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M M、V V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：Ww-焊缝截面模量；焊缝截面模量；Sw-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩；Iw-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接工字形截面梁对接连接计算工字形截面梁对接连接计算第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接max11maxMV1焊缝截面焊缝截面 对于翼缘与腹板交接点焊缝对于翼缘与腹板交接点焊缝（1 1点）点），其折，其折算应力尚应满足下式要求：算应力尚应满足下式要求：1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。大系数。20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接20.1.3 20.1.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算1 1）角焊缝的构造角焊缝的构造（1 1）角焊缝的形式：角焊缝的形式：按照截面形式可分为两焊脚边夹角为直角的按照截面形式可分为两焊脚边夹角为直角的直角角焊缝和夹角为锐角或钝角的斜角角焊直角角焊缝和夹角为锐角或钝角的斜角角焊缝。缝。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式hehfhf深熔式深熔式20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接对于对于135o或或6mm时时,h hf,maxf,maxt-(12)mmt-(12)mm；tt t1 1hf fhf ft t1 1t20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产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，生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以应满足以下要求下要求:式中式中:tmax-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另:对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,min可减去可减去1mm;对于对于T T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm;当当tmax4mm时时,hf,min=tmax20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接 侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受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，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，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，继续加载，应力焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，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可能破坏首先发生在焊缝两端.当角焊缝承受动载时：当角焊缝承受动载时：当角焊缝承受动载时：当角焊缝承受动载时：20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接 角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加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，热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，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，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：规范规定：规范规定：规范规定：第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接 搭接连接的构造要求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：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，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：规范规定：规范规定规范规定：第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接t1t2b为了避免焊缝横向收缩时引起为了避免焊缝横向收缩时引起为了避免焊缝横向收缩时引起为了避免焊缝横向收缩时引起的板件的拱曲过大，规范规定：的板件的拱曲过大，规范规定：的板件的拱曲过大，规范规定：的板件的拱曲过大，规范规定：20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2 2 2 2hfhf的绕的绕的绕的绕 角焊，且转角处必须连续施焊。角焊，且转角处必须连续施焊。角焊，且转角处必须连续施焊。角焊，且转角处必须连续施焊。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接b2hf ft1t2在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的厚度的厚度的厚度的5 5 5 5倍，且不得小于倍，且不得小于倍，且不得小于倍，且不得小于25mm25mm25mm25mm。20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接（3 3）角焊缝的受力特点角焊缝的受力特点 侧面角焊缝主要承受平行于侧面角焊缝主要承受平行于侧面角焊缝主要承受平行于侧面角焊缝主要承受平行于焊缝长度方向的剪应力焊缝长度方向的剪应力焊缝长度方向的剪应力焊缝长度方向的剪应力 的作的作的作的作用。在用。在用。在用。在弹弹性性性性阶阶段，段，段，段，应应力沿力沿力沿力沿焊焊缝长缝长度方向分布不均匀，两度方向分布不均匀，两度方向分布不均匀，两度方向分布不均匀，两端大、中端大、中端大、中端大、中间间小，但塑性小，但塑性小，但塑性小，但塑性较较好，好，好，好，可可可可产产生生生生应应力重分布。力重分布。力重分布。力重分布。进进入入入入弹弹塑性塑性塑性塑性阶阶段后，在不超段后，在不超段后，在不超段后，在不超过过最大最大最大最大计计算算算算长长度的度的度的度的规规定定定定时时，应应力分力分力分力分布可布可布可布可趋趋于均匀，破坏常由两于均匀，破坏常由两于均匀，破坏常由两于均匀，破坏常由两端开始，在出端开始，在出端开始，在出端开始，在出现现裂裂裂裂纹纹后，即后，即后，即后，即很快地沿很快地沿很快地沿很快地沿焊缝焊缝有效截面（最有效截面（最有效截面（最有效截面（最小截面）迅速断裂。小截面）迅速断裂。小截面）迅速断裂。小截面）迅速断裂。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接2 2）角焊缝的计算角焊缝的计算（1 1 1 1）轴心力作用下角焊缝的计算）轴心力作用下角焊缝的计算）轴心力作用下角焊缝的计算）轴心力作用下角焊缝的计算 当构件承受轴心力作用时，角焊缝中的应力认当构件承受轴心力作用时，角焊缝中的应力认当构件承受轴心力作用时，角焊缝中的应力认当构件承受轴心力作用时，角焊缝中的应力认为是均匀分布的，正面角焊缝和侧面角焊缝的强度为是均匀分布的，正面角焊缝和侧面角焊缝的强度为是均匀分布的，正面角焊缝和侧面角焊缝的强度为是均匀分布的，正面角焊缝和侧面角焊缝的强度计算公式为：计算公式为：计算公式为：计算公式为：第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接NN式中：式中：式中：式中：f f 为角焊缝为角焊缝为角焊缝为角焊缝的容许应力。的容许应力。的容许应力。的容许应力。20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接（2 2）轴心力作用下角钢角焊缝的计算）轴心力作用下角钢角焊缝的计算第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w2当承受轴心力当承受轴心力当承受轴心力当承受轴心力 的角钢用两面的角钢用两面的角钢用两面的角钢用两面侧焊缝连接时，利用侧焊缝连接时，利用侧焊缝连接时，利用侧焊缝连接时，利用 两个平衡条件，可得到：两个平衡条件，可得到：两个平衡条件，可得到：两个平衡条件，可得到：20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接（3 3）扭矩和剪力共同作用下角钢角焊缝的计算）扭矩和剪力共同作用下角钢角焊缝的计算第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接Fe1e2x0l1l2xxyy假定假定假定假定:A A A A、被连接件绝对刚性，焊、被连接件绝对刚性，焊、被连接件绝对刚性，焊、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：缝为弹性，即：缝为弹性，即：缝为弹性，即：T T T T作用下被作用下被作用下被作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的连接件有绕焊缝形心旋转的连接件有绕焊缝形心旋转的连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；趋势；趋势；趋势；B B B B、T T T T作用下焊缝群上任意点作用下焊缝群上任意点作用下焊缝群上任意点作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊的应力方向垂直于该点与焊的应力方向垂直于该点与焊的应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与缝形心的连线，且大小与缝形心的连线，且大小与缝形心的连线，且大小与r r r r成正比；成正比；成正比；成正比；C C C C、在、在、在、在V V V V作用下，焊缝群上的作用下，焊缝群上的作用下，焊缝群上的作用下，焊缝群上的应力均匀分布。应力均匀分布。应力均匀分布。应力均匀分布。将将将将F F F F向焊缝群形心向焊缝群形心向焊缝群形心向焊缝群形心简化得简化得简化得简化得:V=FV=F T=F(e T=F(e1 1+e+e2 2)0TVrAA20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接T T作用下作用下A A点应力点应力:第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接将其沿将其沿x x轴和轴和y y轴分解轴分解:A A点的焊缝中的最大组合应力验算公式为：点的焊缝中的最大组合应力验算公式为：20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接N N作用下作用下A A点应力点应力:（4 4）弯矩、剪力和轴心力共同作用下角钢角焊）弯矩、剪力和轴心力共同作用下角钢角焊缝的计算缝的计算第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接N N作用下作用下A A点应力点应力:V V作用下作用下A A点应力点应力:M M作用下作用下A A点应力：点应力：A A点的焊缝中的最大组合应力验算公式为：点的焊缝中的最大组合应力验算公式为：20.1.4 焊接残余应力及残余变形焊接残余应力及残余变形1 1）焊接残余应力）焊接残余应力 焊接残余应力是一种无荷载作用的内应力，焊接残余应力是一种无荷载作用的内应力，因此会在构件内自相平衡。焊接残余应力因此会在构件内自相平衡。焊接残余应力包括纵向应力、横向应力和构件厚度方向包括纵向应力、横向应力和构件厚度方向的应力。的应力。（1 1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力 （2 2）横向焊接残余应力）横向焊接残余应力 （3 3）厚度方向焊接残余应力）厚度方向焊接残余应力第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接2 2）焊接残余变形）焊接残余变形 焊接过程中，焊件不均匀和不均匀冷却将焊接过程中，焊件不均匀和不均匀冷却将产生焊接残余应力和焊接残余变形。焊接产生焊接残余应力和焊接残余变形。焊接残余变形包括纵向和横向收缩、弯曲变形、残余变形包括纵向和横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。角变形、波浪变形和扭曲变形等。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接3）减小焊接残余应力和残余变形的方法减小焊接残余应力和残余变形的方法（1 1）构造措施构造措施 为避免焊接热量集中引起焊接应力过为避免焊接热量集中引起焊接应力过于集中，应尽量减少焊缝数量以及焊缝的于集中，应尽量减少焊缝数量以及焊缝的厚度和长度。厚度和长度。为避免截面突变引起应力集中现象，为避免截面突变引起应力集中现象，连接过渡应尽量平缓。连接过渡应尽量平缓。为避免焊接缺陷引起应力集中，焊缝为避免焊接缺陷引起应力集中，焊缝应布置在便于施焊的位置，并且有合适的应布置在便于施焊的位置，并且有合适的空间和角度，尽量避免仰焊。空间和角度，尽量避免仰焊。第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接（2 2）焊接工艺措施焊接工艺措施 采取适当的焊接顺序和方向。采取适当的焊接顺序和方向。施加反变形施加反变形 施焊前预热施焊前预热 施焊后高温回火施焊后高温回火 锤击锤击第第2020章章 钢结构的连接钢结构的连接返回返回20.1 20.1 20.1 20.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接