第三章鋼的結構連接第一節 鋼結構的連接種類和特點

一、鋼結構的連接種類和特點

普通螺栓連接可采用普通扳手擰緊螺栓。根據螺栓的加工精度可以分為C級螺栓和A、B級螺栓兩種。A級螺栓是指螺栓桿直徑d≤24mm和螺桿公稱長度L≤10d或L≤150mm(按較小值)時的螺栓，否則為B級螺栓。螺栓的級別劃分中，小數點前的數字表示螺栓抗拉強度的最小值；小數點后的數字表示屈強比(屈服點與抗拉強度之比)。連接方法優點缺點焊接對幾何形體適應性強，構造簡單，省材省工，易于自動化，工效高，密封性好，結構的剛度大對材質要求高，焊接程序嚴格，質量檢驗工作量大，易產生焊接殘余應力及殘余變形

鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質量易于檢查，抗動力荷載好截面有削弱，費鋼、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，造價略高焊接連接與鉚釘、螺栓連接比較，有以下優點：1）不需打孔，省工省時；2）任何形狀的構件可直接連接，連接構造方便；3）氣密性、水密性好，結構剛度較大，整體性較好。缺點是：1）焊接附近有熱影響區，材質變脆；2）焊接的殘余應力使結構易發生脆性破壞，殘余變形使結構形狀、尺寸發生變化；3）焊接裂縫一經發生，便容易擴展。

二、焊縫和焊縫連接形式（一）鋼結構常用的焊接方法 鋼結構中常用的焊接方法有電弧焊、氣體保護焊、電阻焊和電渣焊等

。1．電弧焊（1）焊條電弧焊

（2）埋弧焊

2．氣體保護焊

3．電阻焊

4．電渣焊

焊接方法焊條焊劑操作方式適應范圍質量狀況電弧焊手工焊短焊條(350－400mm)附于焊條之藥皮全手動工位復雜，形狀復雜之焊縫比自動焊略差自動焊

連續焊絲焊劑全自動長而簡單的焊縫質量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強半自動焊連續焊絲CO2氣體保護人工操作前進任意焊縫質量均勻、塑性、韌性好，抗腐蝕性強電阻焊無無通電、加壓、機械薄板點焊一般用作構造焊縫氣焊短、光焊條無（乙炔還原）手工薄板、小型、不同材質結構中一般用作構造焊縫（二）焊縫的連接形式焊縫連接形式可分為平接、搭接、T形連接和角接四種。

（三）焊縫形式平接和T形連接為對接焊縫；T形連接、搭接和角接則為角焊縫。對接焊縫一般是沿著焊件厚度方向進行連接的。根據作用力的方向，對接焊縫可分為對接正焊縫和對接斜焊縫。角焊縫一般是沿著被焊件表面進行連接的。根據作用力的方向不同，角焊縫可分為正面角焊縫和側面角焊縫兩種根據焊縫沿長度方向的布置，還可將其分為連續角焊縫和斷續角焊縫兩種形式。

根據施焊位置劃分根據施焊位置，可將焊縫分為平焊、橫焊、立焊和仰焊等幾種。1．指引線2．基本符號

（四）焊縫符號

名稱封底焊縫對接焊縫角焊縫塞焊縫與槽焊縫點焊縫I形焊縫V形焊縫單邊V形焊縫帶鈍邊的V形焊縫帶鈍邊的U形焊縫符號形式角焊縫對接焊縫塞焊縫三面圍焊單面焊縫雙面焊縫安裝焊縫相同焊縫標注方法3．輔助符號4．補充符號當焊縫分布比較復雜或用上述注標方法不能表達清楚時，可在標注焊縫代號的同時，在圖上加柵線表示焊縫。

（五）焊縫缺陷、焊縫質量檢查及質量等級1．焊縫缺陷在焊接過程中，焊縫易存在裂紋、氣孔、未熔合、未焊透、焊瘤和咬邊等多種缺陷。

焊接質量檢驗：焊接時為保證質量，需要注意之處：（1）對不熟悉的鋼種焊接時，需做工藝性能和力學性能的試驗；（2）焊工要進行考核，持證上崗；（3）焊條、焊絲、焊劑按規定烘焙；（4）多層焊接需連續施焊，每層焊道之間要清理；（5）焊縫出現裂縫，應申報、查明原因，方能處理。

焊縫質量檢驗方法分：外觀檢查、超聲波探傷檢驗、X射線檢驗2．焊縫質量檢查及焊縫質量等級

焊縫質量分三級:一級焊縫需經外觀檢查、超聲波探傷、x射線檢驗都合格；二級焊縫需外觀檢查、超聲波探傷合格；三級焊縫需外觀檢查合格。第三節對接焊縫的構造和計算

對接焊縫的優缺點優點：用料經濟、傳力均勻、無明顯的應力集中，利于承受動力荷載。缺點：需剖口，焊件長度要精確。一、對接焊縫的構造（一）構造形式根據焊件厚度t的不同，坡口形式可分為I形、單邊V形、Y形、U形、K形、X形焊縫等。a）I形焊縫：適合板厚t10mmb）帶鈍邊的單邊V形焊縫、雙邊V形、Y形焊縫：適合板厚t＝10～20mmc）U形、K形、X形：適合板厚t>20mm

（二）對接焊縫構造處理1、在對接焊縫的拼接處，當焊件的寬度或厚度相差4mm以上時，為使截面平緩過渡，減少應力集中，應分別在寬度方向或厚度方向從一側或兩側做成坡度不大于1∶2.5的斜角。對于直接承受動力荷載且需要進行疲勞計算的結構，斜角坡度不應大于1∶4。

2、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，在計算時將每條焊縫長度減少2t(t為焊件的較小厚度)。引弧板切割用氣割切除，并修磨平整。二、對接焊縫的強度設計值受力情況：受壓、受剪、受拉焊縫強度設計值與母材相同情況：1、抗壓強度設計值、抗剪強度設計值與母材的相應強度設計值相同；2、一、二級焊縫的抗拉強度設計值可與母材的強度設計值相同三級焊縫中允許存在的焊縫缺陷較多，故將三級焊縫的抗拉強度設計值取為母材強度設計值的85％，同時取以5N/mm2為倍數的整數。部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫的坡口形式可分為V形、單邊V形、K形、u形或J形坡口等。在垂直于焊縫長度方向的壓力作用下取=1.22；其他情況下取=1.0。

he的取值要求:對接焊縫的簡單計算——軸心受力構件

在平接接頭及T形接頭中，對接焊縫受垂直于焊縫長度方向的軸心拉力或軸心壓力N的作用，其焊縫強度應按下式計算：當對接焊縫的強度不能滿足要求時，，其強度應按下式計算：例3—1如圖所示兩塊鋼板采用對接焊縫拼接。已知鋼板截面尺寸為540mmX14mm，承受軸心拉力作用。鋼材為Q235，焊條為E43型，焊條電弧焊，施焊時不用引弧板，焊縫質量等級為Ⅳ三級。試確定焊縫所能承受的最大軸心拉力。。第四節角焊縫的構造和計算一、角焊縫的形式和受力特點

（一）角焊縫的形式

直角焊縫和斜角角焊縫

有效截面：在計算時，假設角焊縫破壞面均沿著焊腳/2面(即最小截面)破壞，此破壞面稱為有效截面，該截面厚度稱為有效厚度或計算厚度he。側面角焊縫主要承受剪力作用，塑性較好，強度較低。正面角焊縫的受力較復雜，截面中的各面均存在正應力和剪應力，在焊根處應力集中很嚴重。1．角焊縫的焊腳尺寸現行設計規范規定：角焊縫的焊角尺寸不得小于1.5，t為較厚焊件厚度(單位為mm)。對于埋弧焊，最小焊腳尺寸可減小lmm，即；對于T形連接的單面角焊縫，應增加1mm，即；當焊件厚度小于4mm時，應與焊件厚度相同。角焊縫的焊角尺寸不宜大于較薄焊件厚度t的1.2倍(鋼管結構除外)，即≤1.2t。同時板件(厚度為t)邊緣的角焊縫的最大焊腳尺寸還應符合下列要求：①當板厚t≤6mm時，≤t；②當板厚t>6mm時，≤t―(1～2)mm。角焊縫的尺寸和構造要求

2．角焊縫的計算長度現行設計規范規定：側面角焊縫或正面角焊縫的計算長度不得小于8和40mm，即≥8且≥40mm。現行設計規范規定：側面角焊縫的計算長度不宜大于60，即3．其他構造要求

圖3—33桿件與節點板的連接焊縫(a)二面側焊；(b)三面圍焊；(c)L形圍焊

當角焊縫的端部在構件轉角處時，可在轉角處連續地做長度為2的繞角焊。當板件的端部僅用兩條側面角焊縫連接時，為了避免應力傳遞的過分彎折，造成板件中的應力分布不均勻，要求每條側面角焊縫的長度不宜小于兩條角焊縫之間的距離b，即≥b同時為了防止焊縫橫向收縮引起板件的拱曲過大，要求兩條側面角焊縫之間的距離b不宜大于16t(t>12mm)或者190mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的厚度。在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，并不得小于25rnm。焊接殘余應力和焊接殘余變形焊接應力：焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產生的應力稱為焊接應力。焊接變形：鋼結構構件或節點在焊接過程中，局部區域受到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程中產生的變形稱為焊接變形。形成：兩塊鋼板上施焊時，產生不均勻的溫度場，焊縫附近溫度高達1600C，其鄰近區域溫度較低，且冷卻很快。冷卻時鋼材收縮，冷卻慢的區域收縮受到限制，從而產生拉應力，冷卻快的區域受到壓應力。

焊接應力的分類縱向應力：沿著焊縫長度方向的應力橫向應力：垂直于焊縫長度方向且平行于構件表面的應力厚度方向應力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構件表面的應力。焊接殘余應力對結構性能的影響1．焊接殘余應力對靜力強度的影響焊接應力不影響結構的靜力強度。2．焊接殘余應力對結構剛度的影響焊接應力將降低構件的剛度3．焊接殘余應力對壓桿穩定的影響焊接應力將降低構件的穩定承載力。4．焊接殘余應力對低溫冷脆的影響焊接應力導致結構產生低溫脆斷5．焊接殘余應力對疲勞強度的影響焊接應力對直接承受動力荷載的焊接結構不利。焊接變形是由于焊接過程中焊區的收縮變形引起的，表現在構件局部的鼓起、歪曲、彎曲或扭曲等。

表現主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。焊接殘余變形及其影響

縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。減少焊接殘余應力和焊接殘余變形的措施：1．設計措施

(1)合理布置焊縫位置(2)合理選用焊縫尺寸(3)焊縫數目宜少，且不宜過分集中(4)應盡量避免三向焊縫相交(5)應避免鋼板的分層問題(6)應考慮施焊的可能性及方便性2．工藝措施(1)選擇合理的施焊順序及方向。(2)反變形法。(3)其他措施措施預熱法

錘擊法退火法合理的焊接次序反變形法

合理的焊縫設計：（1）避免焊縫集中、三向交叉焊縫；（2）焊縫尺寸不宜太大；（3）焊縫盡可能對稱布置，連接過渡平滑，避免應力集中現象；（4）避免仰焊。螺栓連接的排列與構造

1．螺栓的排列方式并列：布置緊湊，所用拼接板的尺寸小，但螺栓孔對截面的削弱大。錯列：布置不如并列緊湊，拼接板的尺寸大，但可減小螺栓孔對截面的削弱。2．螺栓的排列要求(1)受力要求。端距不能太小，端距不應小于2(為螺栓孔的孔徑)。同時栓距和線距也不能過小。對受壓構件，栓距不能過大，否則兩螺栓中心間的鋼板易鼓曲。(2)構造要求。(3)施工要求。螺栓連接的構造要求

1)每一桿件在節點上和拼接接頭的一段，永久性螺栓(或鉚釘)數目不宜少于2個。對于組合構件的綴條，其端部連接可采用1個螺栓(或鉚釘)。(2)對直接承受動力荷載的普通螺栓受拉連接，應采用雙螺帽或其他能防止螺帽松動的有效措施，如采用彈簧墊圈，或者將螺帽和螺桿焊死等方法。(3)由于C級螺栓與孔壁問有較大的空隙，因此C級螺栓宜用于沿桿軸方向受拉的連接，也可用于下列受剪連接：如承受靜力荷載或間接動力荷載結構中的次要連接、承受靜力荷載的可拆卸結構的連接以及臨時固定構件用的安裝連接。(4)當型鋼構件拼接采用高強度螺栓連接時，由于型鋼的抗彎剛度較大，用高強度螺栓不易使摩擦面貼緊，因此其拼接件宜采用鋼板。(5)在高強度螺栓連接范圍內，應在施工圖中說明構件接觸面的處理方法。(6)螺栓公稱直徑d與螺栓孔徑的關系為：當螺栓直徑d≤16mm時，螺栓孔徑大于螺栓直徑1.0mm，即=d+1.0mm；當螺栓直徑d>16mm時，螺栓孔徑大于螺栓直徑1.5mm，即=d+1.5mm。(7)高強度螺栓孔應采用鉆成孔。螺栓直徑d與螺栓孔徑的關系為：承壓型連接的高強度螺栓的孔徑大于螺栓直徑1.0～1.5mm，即=d+(1.0～1.5)mm；摩擦型連接的高強度螺栓的孔徑大于螺栓直徑1.5～2mm，即mm。螺栓、孔的表示方法

普通螺栓連接的工作性能

根據螺栓的傳力方