1、鋼結構制造與安裝第1頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三鋼結構制作與安裝教案單元二 鋼結構的連接第2頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三單元2 鋼結構的連接課題1 鋼結構連接的種類、特點課題2 焊接方法、焊縫形式及標注 課題3 對接焊縫連接課題4 角焊縫連接課題5 螺栓連接小結本章重點 第3頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三課題1 鋼結構連接的種類、特點 鋼結構的連接通常有焊接，鉚接和螺栓連接三種方式（圖2-1）。 圖2-1 鋼結構的連接方式（a）焊接連接；（b）鉚釘連接；（c）螺栓連接第4頁，共52頁，2022年，5月20日，23

2、點4分，星期三鋼 結 構 的 連 接 方 法連 接 方 法 優 點 缺 點 焊 接 構造簡單 ，用料經濟， 制作方便 ，密閉性好 焊縫附近熱影響區內，易導致材質變脆；焊接殘余應力和殘余變形會使構件的剛度降低；對裂紋敏感，一旦出現裂紋易延伸到整體。對材質要求高，焊接程序嚴格，質量檢驗工作量大。 鉚 接 傳力可靠，韌性和塑性好，質量易于檢查，抗動力荷載好 構造復雜，既費材料又費工 普通螺栓連接 裝卸便利，設備簡單 螺栓精度低時不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大 高強螺栓連接 加工方便，對結構削弱少，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好 摩擦面處理，安裝工藝略為復雜，造價略高 第5頁，

3、共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三課題2 焊接方法、焊縫形式及標注 一、鋼結構的焊接方法 焊接方法很多，但在鋼結構中通常采用電弧焊。電弧焊有手工電弧焊、埋弧焊（埋弧自動或半自動焊）以及氣體保護焊等,具體見單元7。 二、焊縫連接形式 焊縫連接形式按被連接鋼材的相互位置可分為對接、搭接、T形連接和角部連接四種如圖2-2所示。這些連接所采用的焊縫主要有對接焊縫和角焊縫。 第6頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 （a）對接焊縫的平接連接 （b）用拼接板和角焊縫的平接連接（ c ）用角焊縫的搭接連接圖2-2 焊縫連接形式第7頁，共52頁，2022年，5月20日，2

4、3點4分，星期三 （d）用角焊縫的T形連接 （e）焊透的T形連接 （f）用角焊縫的角部連接 （g）用對接焊縫的角部連接 圖2-2 焊縫連接形式第8頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三三焊縫代號及標注方法 焊縫代號主要由引出線、圖形符號、輔助符號三部分組成。 引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。 圖形符號用來表示焊縫的基本形式。 輔助符號用來表示焊縫的輔助要求。 焊縫代號見教材表2-1。 第9頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三課題3 對接焊縫連接 一、對接焊縫的形式和構造 1.對接焊縫的形式 對接焊縫按所受力的方向分為正對接焊縫如圖2-4a所示和斜對接焊縫如

5、圖2-4b所示。 圖2-4 焊縫形式a）正對接焊縫 b）斜對接焊縫第10頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 對接焊縫的坡口形式分為I形縫、V形縫、帶鈍邊單邊V形縫、帶鈍邊V形縫（也叫Y形縫）、帶鈍邊U形縫、帶鈍邊雙單邊V形縫和雙Y形縫等。（a）I形縫 （b）帶鈍邊單邊V形縫 （c）Y形縫（d）帶鈍邊U形縫 （e）帶鈍邊雙單邊V形縫 （f）雙Y形縫第11頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三直邊縫：適合板厚t 10mm 單邊V形：適合板厚t 1020mm 雙邊V形：適合板厚t 1020mm U形：適合板厚t 20mm K形：適合板厚t 20mm X形：適合

6、板厚t 20mm （g）、（h）、（i）加墊板的I形縫、帶鈍邊單邊V形縫和Y形縫 第12頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 2.對接焊縫的構造處理 起落弧處易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧板施工復雜，除承受動力荷載外，一般不用，計算時將焊縫長度兩端各減去2tmm（t為較薄焊件厚度） 。 圖2-6 用引弧板焊接第13頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 變厚度板對接，在板的一面或兩面切成坡度不大于1：2.5的斜面，避免應力集中。 變寬度板對接，在板的一側或兩側切成坡度不大于1：2.5的斜邊，避免應力集中。圖2-7 變截面鋼板拼接 a）改變寬度 b）

7、、c）改變厚度a)b)c)第14頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三1.軸心受力對接焊縫的計算 (2-1)式中 N 軸心拉力或軸心壓力的設計值； lw 焊縫計算長度，當未采用引弧板時，每條焊縫取實際長度減去2t； t 在對接接頭中為連接件的較小厚度；在T形接頭中為腹板厚度; wt 、wc 對接焊縫的抗拉、抗壓強度設計值。 二、對接焊縫連接計算 wt或wc第15頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三2.對接焊縫在彎矩和剪力共同作用下的計算 = wt (2-2) V Sw（Iwt）wV (2-3) 圖2-9 對接焊縫受彎矩和剪力共同作用式中Ww 焊縫截面抵抗矩

8、（mm3）； Sw 受拉部分截面到中和軸的面積矩（mm3）； Iw 焊縫截面慣性矩（mm4）。 fwv 對接焊縫的抗剪強度設計值（N/mm2）。第16頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 1.1wt (2-4) 受彎受剪的工字形截面對接連接第17頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三3.對接焊縫在彎矩和剪力、軸心力共同作用下的計算 + = + wt (2-7) wV (2-8) 1.1wt 式中Ww 焊縫截面抵抗矩（mm3）； Sw 受拉部分截面到中和軸的面積矩（mm3）； Iw 焊縫截面慣性矩（mm4）。 fwv 對接焊縫的抗剪強度設計值（N/mm2）。

9、第18頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三課題4 角焊縫連接 一、角焊縫的形式 角焊縫按其與作用力的關系可分為： 焊縫長度方向與作用力垂直的正面角焊縫； 焊縫長度方向與作用力平行的側面角焊縫以及斜焊縫 角焊縫按沿長度方向的布置分為連續角焊縫和間斷角焊縫。 間斷角焊縫的間斷距離l不宜過長，以免連接不緊密，潮氣侵入引起構件銹蝕。一般在受壓構件中應滿足l15t；在受拉構件中l30t，t為較薄焊件的厚度。第19頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 按施焊時焊縫在焊件之間的相對空間位置，焊縫連接可分為俯焊（平焊） 、橫焊、立焊及仰焊。圖2-13 （a）俯焊（平焊）

10、 （b）立焊（c）橫焊（d）仰焊 第20頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 角焊縫按截面形式可分為直角角焊縫如圖2-14所示和斜角角焊縫如圖2-15所示. 圖2-15 斜角角焊縫圖2-14 直角角焊縫第21頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三角焊縫兩邊夾角一般為90（直角角焊縫），夾角大于135或小于60的斜角角焊縫，除鋼管結構外，一般不宜用作受力焊縫。 角焊縫的有效截面為平分角焊縫夾角的截面，破壞往往從這個截面發生。有效截面的高度（不考慮焊縫余高）稱為角焊縫的有效厚度he ： 當 90 時，he0.7 hf ； 當 90 時，hehf cos( /2

11、)。 第22頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 二、角焊縫的構造要求 1.最大焊腳尺寸hfmax hfmax1.2tmin （tmin為較薄焊件厚度）對于板件邊緣的焊縫： 當t 6mm時，hf t ； 當t 6mm時，hf t(1-2)mm。 2.最小焊腳尺寸hfmin hfmin 1.5 tmax（tmax為較厚焊件的厚度）。 第23頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 3.焊縫長度lw 側面角焊縫或正面角焊縫的計算長度不宜小于8hf或40mm ，且不宜大于60hf 。 4.側面角焊縫的最大計算長度 側面角焊縫的計算長度應滿足：lw60 hf（承受靜

12、力荷載或間接承受動力荷載）或40hf（直接承受動力荷載）。 第24頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 5.在搭接連接中，要求搭接長度l5t1（t1為較薄焊件厚度），且25mm。 6.板件的端部僅用兩側縫連接時應使lwb（b為兩側焊縫的距離，lw為側焊縫長度）；同時尚應使b16t（當t12mm時）或190mm（當t 12mm時），t為較薄焊件厚度。若不滿足此規定則應加焊端縫。 7.當角焊縫的端部在構件的轉角處時，宜作長度為2hf的繞角焊，且轉角處必須連續施焊，以改善連接的受力性能。第25頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三三、角焊縫連接的計算 計算角焊縫

13、強度時，假定有效截面上的應力均勻分布，并且不分抗拉，抗壓或抗剪，都用同一強度設計值f wf。 第26頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 (1)側面角焊縫或作用力平行于焊縫長度方向的角焊縫： (2-9) (2)正面角焊縫或作用力垂直于焊縫長度方向的角焊縫： (2-10) 式中lw連接一側所有焊縫的計算長度之和，每條焊縫按實際長度減去2hf。 1. 角焊縫受軸心力作用時的計算第27頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三2、角鋼連接的角焊縫受軸心力作用時的計算 角鋼與連接板用角焊縫連接可以采用三種形式，即采用兩側縫、三面圍焊和L形圍焊。為避免偏心受力，應使焊縫

14、傳遞的合力作用線與角鋼桿件的軸線相重合。（具體見教材）第28頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 3.彎矩、扭矩、軸心力共同作用時，分別計算受力最不利點的正應力和剪應力，按下式計算： (2-27) 第29頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三課題5 螺栓連接一螺栓連接的特點、類型 螺栓連接分普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。 普通螺栓通常采用Q235 鋼材制成，安裝時用普通扳手擰緊； 高強度螺栓則用高強度鋼材經熱處理制成，用能控制螺栓桿的扭矩或拉力的特制扳手，擰緊到預定的預拉力值，把被連接件高度夾緊。第30頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，

15、星期三 1.普通螺栓連接 普通螺栓分為A、B、C三級。C級為粗制螺栓，由未經加工的圓鋼壓制而成，制作精度差，螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.53mm。但安裝方便，且能有效的傳遞拉力，故可用于沿螺栓桿軸心受拉的連接，以及次要結構的抗剪連接或安裝時的臨時固定中。 A、B級精制螺栓是由毛坯在車床上經過切削加工精制而成。表面光滑，尺寸準確，螺栓直徑與螺栓孔徑之間的縫隙只有0.30.5。由于有較高的精度，因而受剪性能好，但制作和安裝復雜，價格較高，已很少在鋼結構中采用。第31頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 2.高強度螺栓連接 高強度螺栓連接有兩種類型： 一種是只依靠摩擦阻力傳力

16、，并以剪力不超過接觸面摩擦力作為設計準則的，稱為摩擦型連接。 另一種是允許接觸面滑移，以連接達到破壞的極限承載力作為設計準則的，稱為承壓型連接。第32頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三二普通螺栓連接及計算1.螺栓的規格 鋼結構采用的普通螺栓形式為大六角頭型，其代號用字母M和公稱直徑的毫米數表示。為制造方便，一般情況下，同一結構中宜盡可能采用一種栓徑和孔徑的螺栓，需要時也可采用23種螺栓直徑。 建筑工程中常采用M16、M20和M24等。第33頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三圖2-25 螺栓的排列a）并列布置 b）錯列布置 2 .螺栓的排列 螺栓的排列

17、有并列和錯列兩種基本形式。 并列較簡單，但對栓孔有削弱（圖a）； 錯列較緊湊，可減少截面削弱，但排列較繁雜（圖b）。第34頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 鋼結構設計規范根據螺栓孔直徑、鋼材邊緣加工情況（軋制邊、切割邊）及受力方向，規定了螺栓中心間距及邊距的最大、最小限制，見教材表2-5。第35頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 3、普通螺栓的抗剪承載力計算 普通螺栓連接按螺栓傳力方式，可分為抗剪螺栓連接和抗拉螺栓連接。如圖。第36頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 抗剪螺栓連接達到極限承載力時，可能的破壞形式有： 螺栓受剪破

18、壞 孔壁擠壓破壞 連接板凈截面破壞 螺栓受彎破壞 連接板沖剪破壞。第37頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 單個受剪螺栓的承載力計算 螺栓抗剪 （2-28） 孔壁承壓 （2-29） 最大承載力 受剪螺栓的承載力計算第38頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 4.普通螺栓的抗拉承載力計算 單個受拉螺栓的承載力設計值： （2-30）第39頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 5、普通螺栓群連接計算 （1）受剪螺栓群在軸心力作用下的連接計算 受力特性：受剪螺栓群沿受力方向，受力分配不均，兩端大中間小，在一定范圍內，靠塑變可以均布內力，過大

19、時，設計計算時仍按均布，但強度需乘折減系數 。 當連接長度l 15d0時： （2-31） 連接板凈截面強度 （2-32） 第40頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三當連接長度l15d0時： 連接所需螺栓數量： 第41頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三（2)普通螺栓群軸心受拉 通常假定每個螺栓平均受力，則連接所需螺栓數為： （2-35）式中 N bt單個螺栓的抗拉承載力設計值，按式(2-30)計算。第42頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三（3）螺栓群在彎矩作用受拉（2-37）第43頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星

20、期三 二、高強度螺栓連接 1. 按受力特性分：摩擦型高強螺栓與承壓型螺栓; 摩擦型螺栓:抗剪連接時摩擦型以板件間最大摩擦力為承載力極限狀態； 承壓型螺栓:允許克服最大摩擦力后，以螺桿抗剪與孔壁承壓破壞為承載力極限狀態（同普通螺栓）。受拉時兩者無區別。 高強螺栓采用級孔，便于施工。 受傳力機理的要求，構造上除連接板的邊、端距1.5d0外其它同普通螺栓。 第44頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 2. 高強螺栓的材料與強度等級 由高強材料經熱處理制成，按強度等級分10.9與8.8級。 10.9級一般為20MnTiB、40Cr等材料，fu1000N/mm2，fu/fy0.9；

21、8.8級一般為45號鋼制成， fu800N/mm2，fu/fy0.8。 3.高強螺栓的預拉力 （2-38）第45頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三4.高強度螺栓的緊固法 我國現有大六角頭型和扭剪型兩種型式的高強度螺栓。它們的預拉力是安裝螺栓時通過緊固螺帽來實現的，為確保其數值準確，施工時應嚴格控制螺母的緊固程度。通常有轉角法、力矩法和扭掉螺栓尾部的梅花卡頭三種緊固方法。大六角頭型用前兩種，扭剪型用后者。第46頁，共52頁，2022年，5月20日，23點4分，星期三 5.高強螺栓連接計算 （1）摩擦型高強螺栓受剪連接計算 一個螺栓抗剪承載力: （2-39） 連接所需螺栓數: （2-40） 凈截面強度：考慮50孔前傳力 （2-42）第47頁，共52頁，2