1、第三章第三章 鋼結構的連接鋼結構的連接(1-18 2hrs)3.1 鋼結構的連接方法鋼結構的連接方法3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式3.3 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 3.4 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算3.5 焊接應力和焊接變形焊接應力和焊接變形3.6 螺栓連接的構造螺栓連接的構造3.8 高強度螺栓連接的工作性能和計算高強度螺栓連接的工作性能和計算 3.9 混合連接混合連接(自學）自學）31鋼結構的連接方法3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法鋼結構中通常采用：鋼結構中通常采用：電弧焊：電弧焊

2、有手工電弧焊、埋弧焊電弧焊：電弧焊有手工電弧焊、埋弧焊(埋弧自動或半自動焊埋弧自動或半自動焊)以及氣體保護焊等。以及氣體保護焊等。電渣焊：熔嘴電渣焊電渣焊：熔嘴電渣焊電阻焊電阻焊3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法 3211 手工電弧焊手工電弧焊 工藝流程：工藝流程：(圖圖3.2)，通電后，在，通電后，在涂有藥皮的焊條與焊件之間產生涂有藥皮的焊條與焊件之間產生電弧。電弧的溫度或高達電弧。電弧的溫度或高達3000。在高溫作用下，電弧周圍的金屬在高溫作用下，電弧周圍的金屬變成液態，形成熔池。同時，焊變成液態，形成熔池。同時，焊條中的焊絲很

3、快熔化，滴落入熔條中的焊絲很快熔化，滴落入熔池中，與焊件的熔融金屬相互結池中，與焊件的熔融金屬相互結合，冷卻后即形成焊縫。焊條藥合，冷卻后即形成焊縫。焊條藥皮則在焊接過程中產生氣體，保皮則在焊接過程中產生氣體，保護電弧熔化金屬，并形成熔渣覆護電弧熔化金屬，并形成熔渣覆蓋著焊縫，防止空氣中的氧、氮蓋著焊縫，防止空氣中的氧、氮等有害氣體與熔化金屬接觸而形等有害氣體與熔化金屬接觸而形成易脆的化合物。成易脆的化合物。 3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法3211 手工電弧焊手工電弧焊焊條。焊條。3.2焊接方法和焊縫連接形式321鋼結構常用焊接

4、方法3212埋弧焊(自動或半自動)3.2焊接方法和焊縫連接形式321鋼結構常用焊接方法3212埋弧焊(自動或半自動)度相適應，即要求焊縫與度相適應，即要求焊縫與主體金屬等強度。主體金屬等強度。3.2焊接方法和焊縫連接形式321鋼結構常用焊接方法3213氣體保護焊用于野外或有風的地方施焊。用于野外或有風的地方施焊。3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法3214 電渣焊和電阻焊電渣焊和電阻焊o電渣焊和電阻焊參見課本電渣焊和電阻焊參見課本p1913.2焊接方法和焊縫連接形式322焊縫連接形式及焊縫形式3221焊縫連接形式o按相互位置可分為：對

5、接、搭接、T形連接和角部連接o四種(圖3.4)。3.2焊接方法和焊縫連接形式322焊縫連接形式及焊縫形式3221焊縫連接形式3.2焊接方法和焊縫連接形式322焊縫連接形式及焊縫形式3221焊縫連接形式3.2焊接方法和焊縫連接形式322焊縫連接形式及焊縫形式3221焊縫連接形式3.2焊接方法和焊縫連接形式322焊縫連接形式及焊縫形式3221焊縫連接形式3.2焊接方法和焊縫連接形式322焊縫連接形式及焊縫形式3222焊縫形式o焊縫形式：主要有對接焊縫和角焊縫連續角焊縫和間斷續角o焊縫）。o對接焊縫：分為正對接焊縫圖3.5(a)和斜對接焊縫圖3.5(b)。o角焊縫：可分為正面角焊縫、側面角焊縫和斜焊

6、縫圖3.5(c)。3.2焊接方法和焊縫連接形式322焊縫連接形式及焊縫形式3222焊縫形式3.2焊接方法和焊縫連接形式323焊縫缺陷及焊縫質量檢驗3231焊縫缺陷3.2焊接方法和焊縫連接形式323焊縫缺陷及焊縫質量檢驗3232焊縫質量檢驗o焊縫缺陷的存在將削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應力集中，故對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。因此，焊縫質量檢驗極為重要。o檢驗方法：一般可用外觀檢查及無損檢查，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢驗內部缺陷。無損檢驗目前廣泛采用超聲波檢驗，使用靈活、經濟，對內部缺陷反應靈敏，但不易識別缺陷性質；有時還用磁粉檢驗、熒光屏等較簡單的方法作為輔助；當

7、前最明確可靠的方法是X射線或射線透照或拍片，X射線應用較廣。3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式323 焊縫缺陷及焊縫質量檢焊縫缺陷及焊縫質量檢驗驗3232 焊縫質量檢驗焊縫質量檢驗3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式3.2.4 焊縫代號參考焊縫代號參考p195197GB324-88)3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式324 焊縫代號焊縫代號3.2焊接方法和焊縫連接形式324焊縫代號o當引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時，應將圖形符當引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時，應將圖形符號和焊縫尺寸等標注在水平橫線的上面；號和焊縫尺寸等標注在水平橫線的上面

8、；o當箭頭指向對應焊縫所在的另一面時，則應將圖形符當箭頭指向對應焊縫所在的另一面時，則應將圖形符號和焊縫尺寸標注在水平橫線的下面。必要時，可在號和焊縫尺寸標注在水平橫線的下面。必要時，可在水平橫線的末端加一尾部作為其他說明之用。水平橫線的末端加一尾部作為其他說明之用。o圖形符號表示焊縫的基本型式，如用圖形符號表示焊縫的基本型式，如用 表示角焊縫，表示角焊縫，用用V表示表示V型坡口的對接焊縫。輔助符號表示焊縫的型坡口的對接焊縫。輔助符號表示焊縫的輔助要求，如用輔助要求，如用 表示現場安裝焊縫等。表表示現場安裝焊縫等。表3.2列出列出了一些常用焊縫代號，可供設計時參考。了一些常用焊縫代號，可供設計

9、時參考。3.2焊接方法和焊縫連接形式324焊縫代號o當焊縫分布比較復雜或用上述標注方法不能當焊縫分布比較復雜或用上述標注方法不能表達清楚時，在標注焊縫代號的同時，可在表達清楚時，在標注焊縫代號的同時，可在圖形上加柵線表示圖形上加柵線表示(圖圖3.9)。33 角焊縫的構造與計算（角焊縫的構造與計算（#）331 角焊縫的形式和受力狀態角焊縫的形式和受力狀態 33角焊縫的構造與計算（#）331角焊縫的形式和受力狀態33角焊縫的構造與計算（#）331角焊縫的形式和受力狀態33角焊縫的構造與計算331角焊縫的形式和受力狀態33角焊縫的構造與計算331角焊縫的形式和受力狀態33角焊縫的構造與計算331角焊

10、縫的形式和受力狀態33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求 1 最大焊腳尺寸最大焊腳尺寸o根據角焊縫的工藝和根據角焊縫的工藝和力學性能，為了避免力學性能，為了避免焊 縫 區 的 基 本 金 屬焊 縫 區 的 基 本 金 屬“過燒過燒”，減小焊件，減小焊件的焊接殘余應力和殘的焊接殘余應力和殘余變形，角焊縫的焊余變形，角焊縫的焊腳尺寸不宜大于較薄腳尺寸不宜大于較薄焊件厚度的焊件厚度的1.2倍。倍。33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求1 最大焊腳尺寸最大焊腳尺寸o對板件邊緣的角焊縫：當板件厚度對板件邊緣的角焊

11、縫：當板件厚度t6mm時，取時，取hft(12)mm，當，當t6mm時，取時，取hft。如。如果另一焊件厚度果另一焊件厚度tt時，還應滿足時，還應滿足hf1.2 t的要的要求。求。33角焊縫的構造與計算332角焊縫的構造要求t33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求33角焊縫的構造與計算332角焊縫的構造要求33角焊縫的構造與計算332角焊縫的構造要求33角焊縫的構造與計算332角焊縫的構造要求33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算333 直角角焊縫強度計算的基本

12、公式直角角焊縫強度計算的基本公式key point)行簡化行簡化wff3)(32/22wuf)( 32/22wff3wufwffo1o1o1o133 角焊縫的構造與計算333 直角角焊縫強度計算的基本公式o1334 各種受力狀態下直角角焊縫連接的計算各種受力狀態下直角角焊縫連接的計算1 承受軸心力作用時角焊縫連接計算承受軸心力作用時角焊縫連接計算o11 承受軸心力作用時角焊縫連接計算承受軸心力作用時角焊縫連接計算o11 承受軸心力作用時角焊縫連接計算承受軸心力作用時角焊縫連接計算(2)承受斜向軸心力的角焊縫連接計算承受斜向軸心力的角焊縫連接計算2 承受彎矩、軸心力或剪力聯合作用的 角焊縫連接計

13、算o應該指出的是上述計算方法中，假定軸心力產生的應應該指出的是上述計算方法中，假定軸心力產生的應力為平均分布。實際上，在圖力為平均分布。實際上，在圖3.313.31所示軸心力作用下，所示軸心力作用下，水平焊縫為正面焊縫，而豎直焊縫為側面焊縫，兩者水平焊縫為正面焊縫，而豎直焊縫為側面焊縫，兩者單位長度分擔的應力是不同的，前者較大后者較小。單位長度分擔的應力是不同的，前者較大后者較小。顯然，軸心力產生的應力假設為平均分布，與前面基顯然，軸心力產生的應力假設為平均分布，與前面基本公式推導中，考慮焊縫方向的思路不符。同樣，在本公式推導中，考慮焊縫方向的思路不符。同樣，在確定形心位置以及計算扭矩下所產生

14、的應力時，也沒確定形心位置以及計算扭矩下所產生的應力時，也沒有考慮焊縫方向，而只在最后驗算式中引起了系數，有考慮焊縫方向，而只在最后驗算式中引起了系數，上面計算方法有一定的近似性。上面計算方法有一定的近似性。335 斜角角焊縫的計算斜角角焊縫的計算ff335 斜角角焊縫的計算斜角角焊縫的計算o在確定焊縫有效厚度時在確定焊縫有效厚度時(圖圖3.32)，假定焊縫在其所成，假定焊縫在其所成夾角的最小斜面上發生破壞。因此，鋼結構設計規范規夾角的最小斜面上發生破壞。因此，鋼結構設計規范規定：當兩焊腳邊夾角定：當兩焊腳邊夾角60 90或或 o90 135，且根部間隙不大于，且根部間隙不大于1.5mm時，時

15、，o焊縫有效厚度為：焊縫有效厚度為：2cosahhfeaa335 斜角角焊縫的計算斜角角焊縫的計算o當根部間隙大于當根部間隙大于1.5mm時，則焊縫有效厚度取為：時，則焊縫有效厚度取為：2cos)sin(aahhfe根部間隙34 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算34對接焊縫的構造與計算34 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算34 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算3.4.2對接焊縫的計算1焊透的對接焊縫的計算 對接焊縫的強度與所用鋼材的牌號、焊條型號及焊縫對接焊縫的強度與所用鋼材的牌號、焊條型號及焊縫質量的檢驗標準等因素有關。因此：質量的檢驗標準等因素有關。因此： 一、二級

16、檢驗的焊縫的抗拉強度可認為與母材強度相一、二級檢驗的焊縫的抗拉強度可認為與母材強度相等不用計算。三級檢驗的焊縫允許存在的缺陷較多，故其等不用計算。三級檢驗的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的抗拉強度為母材強度的85%，當受拉時要求計算。，當受拉時要求計算。 （如果焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強度是高于（如果焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強度是高于母材的。但由于焊接技術問題，焊縫中可能有氣孔、夾渣、母材的。但由于焊接技術問題，焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。實驗證明，焊接缺陷對受壓、受剪咬邊、未焊透等缺陷。實驗證明，焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，故可認為

17、受壓、受剪的對接焊縫與的對接焊縫影響不大，故可認為受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等，但受拉的對接焊縫對缺陷甚為敏感。當缺母材強度相等，但受拉的對接焊縫對缺陷甚為敏感。當缺陷面積與焊件截面積之比超過陷面積與焊件截面積之比超過5%時，對接焊縫的抗拉強時，對接焊縫的抗拉強度將明顯下降。）度將明顯下降。）342 對接焊縫的計算對接焊縫的計算1 焊透的對接焊縫的計算焊透的對接焊縫的計算(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫2 部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫 f2 部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫a2 部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫ao 當熔合線處焊

18、縫截面邊長等于或接近于最短距離當熔合線處焊縫截面邊長等于或接近于最短距離S S時時 下列圖下列圖 (b) (b)、(c)(c)、(d)(d)，應驗算焊縫在熔合線上的抗，應驗算焊縫在熔合線上的抗剪強度，其強度設計值取剪強度，其強度設計值取0.90.9倍角焊縫的強度設計值。倍角焊縫的強度設計值。o 部分焊透對接焊縫的最小有效厚度為部分焊透對接焊縫的最小有效厚度為1.5 1.5 ，t t為為坡口所在焊件的較大厚度坡口所在焊件的較大厚度( (單位取單位取mm)mm)。t2 部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫35 焊接應力和焊接變形焊接應力和焊接變形351 焊接應力的分類和產生的原因焊接應力的分類和產

19、生的原因 焊接連接因方便快捷，在鋼結構工程中得到了廣泛焊接連接因方便快捷，在鋼結構工程中得到了廣泛使用，但因為施焊過程中不均勻溫度場的存在，會產生使用，但因為施焊過程中不均勻溫度場的存在，會產生兩類問題：兩類問題：焊接殘余應力：對結構和構件的力學性能及承載力產生焊接殘余應力：對結構和構件的力學性能及承載力產生不利影響。種類有有沿焊縫長度方向的縱向焊接應力，不利影響。種類有有沿焊縫長度方向的縱向焊接應力，垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應力和沿厚度方向的焊垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應力和沿厚度方向的焊接應力。接應力。焊接殘余變形：構件外形發生扭曲焊接殘余變形：構件外形發生扭曲 這兩類問題都直接影響

20、到結構的安全和正常使用，因這兩類問題都直接影響到結構的安全和正常使用，因此必須防止和考慮其不利影響。此必須防止和考慮其不利影響。351 焊接應力的分類和產生的原因焊接應力的分類和產生的原因1縱向焊接應力和焊縫軸線方向平行）(b)。種原因產生的合應力種原因產生的合應力 圖圖(d)。352 焊接應力對結構性能的影響焊接應力對結構性能的影響1 對結構靜力強度的影響對結構靜力強度的影響352 焊接應力對結構性能的影響焊接應力對結構性能的影響1 對結構靜力強度的影響對結構靜力強度的影響在軸心力N作用下，部分截面的焊接拉應力已達屈服點，應力不再增加，如果鋼材具有一定的塑性，拉力N就僅由受壓彈性區承擔。兩側

21、受壓區應力由原來受壓逐漸變為受拉，最后應力也達到屈服點，這時全截面應力都達到屈服點圖(b)?？梢娪袩o焊接應力，結構的最終強度承載力都為Btfyo1o在厚板或具有交叉焊在厚板或具有交叉焊縫縫(圖圖3.45)的情況下，的情況下，將產生三向焊接拉應將產生三向焊接拉應力，阻礙了塑性變形力，阻礙了塑性變形的發展，增加了鋼材的發展，增加了鋼材在低溫下的脆斷傾向。在低溫下的脆斷傾向。因此，降低或消除焊因此，降低或消除焊縫中的殘余應力是改縫中的殘余應力是改善結構低溫冷脆性能善結構低溫冷脆性能的重要措施之一。的重要措施之一。在焊縫及其附近的主體金屬殘余拉應力通常達到鋼材的屈服點，此部位正是形成和發展疲勞裂紋最為敏感的區域。因此，焊接殘余應力對結構的疲勞強度有明顯不利影響。353 焊接變形焊接變形o在焊接過程中，在焊接過程中，由于不均勻的加由于不均勻的