鋼結(jié)構(gòu)制造與安裝

鋼結(jié)構(gòu)制造與安裝第1頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝教案單元二鋼結(jié)構(gòu)的連接第2頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四單元2鋼結(jié)構(gòu)的連接課題1鋼結(jié)構(gòu)連接的種類、特點(diǎn)課題2焊接方法、焊縫形式及標(biāo)注課題3對(duì)接焊縫連接課題4角焊縫連接課題5螺栓連接小結(jié)本章重點(diǎn)第3頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四課題1鋼結(jié)構(gòu)連接的種類、特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的連接方式（a）焊接連接；（b）鉚釘連接；（c）螺栓連接第4頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

連接方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)焊接

構(gòu)造簡(jiǎn)單，用料經(jīng)濟(jì)，制作方便，密閉性好

焊縫附近熱影響區(qū)內(nèi)，易導(dǎo)致材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形會(huì)使構(gòu)件的剛度降低；對(duì)裂紋敏感，一旦出現(xiàn)裂紋易延伸到整體。對(duì)材質(zhì)要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大。鉚接傳力可靠，韌性和塑性好，質(zhì)量易于檢查，抗動(dòng)力荷載好構(gòu)造復(fù)雜，既費(fèi)材料又費(fèi)工普通螺栓連接裝卸便利，設(shè)備簡(jiǎn)單螺栓精度低時(shí)不宜受剪，螺栓精度高時(shí)加工和安裝難度較大高強(qiáng)螺栓連接加工方便，對(duì)結(jié)構(gòu)削弱少，可拆換，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，塑性、韌性好摩擦面處理，安裝工藝略為復(fù)雜，造價(jià)略高第5頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四課題2焊接方法、焊縫形式及標(biāo)注

一、鋼結(jié)構(gòu)的焊接方法焊接方法很多，但在鋼結(jié)構(gòu)中通常采用電弧焊。電弧焊有手工電弧焊、埋弧焊（埋弧自動(dòng)或半自動(dòng)焊）以及氣體保護(hù)焊等,具體見(jiàn)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(duì)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(duì)接焊縫和角焊縫。

第6頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

（a）對(duì)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(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

（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(duì)接焊縫的角部連接圖2-2焊縫連接形式第8頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三．焊縫代號(hào)及標(biāo)注方法焊縫代號(hào)主要由引出線、圖形符號(hào)、輔助符號(hào)三部分組成。引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。圖形符號(hào)用來(lái)表示焊縫的基本形式。輔助符號(hào)用來(lái)表示焊縫的輔助要求。焊縫代號(hào)見(jiàn)教材表2-1。第9頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四課題3對(duì)接焊縫連接

一、對(duì)接焊縫的形式和構(gòu)造

1.對(duì)接焊縫的形式對(duì)接焊縫按所受力的方向分為正對(duì)接焊縫如圖2-4a所示和斜對(duì)接焊縫如圖2-4b所示。

圖2-4焊縫形式a）正對(duì)接焊縫b）斜對(duì)接焊縫第10頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

對(duì)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(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四直邊縫：適合板厚t10mm

單邊V形：適合板厚t＝10～20mm雙邊V形：適合板厚t＝10～20mmU形：適合板厚t>20mmK形：適合板厚t>20mmX形：適合板厚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(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2.對(duì)接焊縫的構(gòu)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(fù)雜，除承受動(dòng)力荷載外，一般不用，計(jì)算時(shí)將焊縫長(zhǎng)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(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

變厚度板對(duì)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(yīng)力集中。變寬度板對(duì)接，在板的一側(cè)或兩側(cè)切成坡度不大于1：2.5的斜邊，避免應(yīng)力集中。圖2-7變截面鋼板拼接

a）改變寬度b）、c）改變厚度a)b)c)第14頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.軸心受力對(duì)接焊縫的計(jì)算

(2-1)式中N

——

軸心拉力或軸心壓力的設(shè)計(jì)值；

lw

——

焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，當(dāng)未采用引弧板時(shí)，每條焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；

t

——

在對(duì)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(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

二、對(duì)接焊縫連接計(jì)算

＝≤?wt或?wc第15頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.對(duì)接焊縫在彎矩和剪力共同作用下的計(jì)算

＝=≤?wt(2-2)＝VSw／（Iwt）≤?wV(2-3)圖2-9對(duì)接焊縫受彎矩和剪力共同作用式中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(duì)接焊縫的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）。第16頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四≤1.1?wt(2-4)

受彎受剪的工字形截面對(duì)接連接第17頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.對(duì)接焊縫在彎矩和剪力、軸心力共同作用下的計(jì)算

＝+=+≤?wt(2-7)＝≤?wV(2-8)

≤1.1?wt

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(duì)接焊縫的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）。第18頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四課題4角焊縫連接一、角焊縫的形式角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：焊縫長(zhǎng)度方向與作用力垂直的正面角焊縫；焊縫長(zhǎng)度方向與作用力平行的側(cè)面角焊縫以及斜焊縫

角焊縫按沿長(zhǎng)度方向的布置分為連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫。

間斷角焊縫的間斷距離l不宜過(guò)長(zhǎng)，以免連接不緊密，潮氣侵入引起構(gòu)件銹蝕。一般在受壓構(gòu)件中應(yīng)滿足l≤15t；在受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的厚度。第19頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

按施焊時(shí)焊縫在焊件之間的相對(duì)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）（b）立焊（c）橫焊（d）仰焊

第20頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

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(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四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(jié)構(gòu)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(gè)截面發(fā)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(dāng)≤90°

時(shí)，he＝0.7hf

；當(dāng)

>90°

時(shí)，he＝hf

cos(/2)。

第22頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

二、角焊縫的構(gòu)造要求

1.最大焊腳尺寸hfmax

hfmax≤1.2tmin（tmin為較薄焊件厚度）

對(duì)于板件邊緣的焊縫：當(dāng)t≤6mm時(shí)，hf＝t；當(dāng)t>6mm時(shí)，hf＝

t－(1-2)mm。

2.最小焊腳尺寸hfmin

hfmin≥1.5tmax（tmax為較厚焊件的厚度）。

第23頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3.焊縫長(zhǎng)度lw側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜小于8hf或40mm，且不宜大于60hf

。

4.側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)滿足：lw≤60hf（承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載）或40hf（直接承受動(dòng)力荷載）。

第24頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

5.在搭接連接中，要求搭接長(zhǎng)度l≥5t1（t1為較薄焊件厚度），且≥25mm。

6.板件的端部?jī)H用兩側(cè)縫連接時(shí)應(yīng)使lw≥b（b為兩側(cè)焊縫的距離，lw為側(cè)焊縫長(zhǎng)度）；同時(shí)尚應(yīng)使b≤16t（當(dāng)t＞12mm時(shí)）或190mm（當(dāng)t≤12mm時(shí)），t為較薄焊件厚度。若不滿足此規(guī)定則應(yīng)加焊端縫。

7.當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件的轉(zhuǎn)角處時(shí)，宜作長(zhǎng)度為2hf的繞角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊，以改善連接的受力性能。第25頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、角焊縫連接的計(jì)算

計(jì)算角焊縫強(qiáng)度時(shí)，假定有效截面上的應(yīng)力均勻分布，并且不分抗拉，抗壓或抗剪，都用同一強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fwf。

第26頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)側(cè)面角焊縫或作用力平行于焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)度方向的角焊縫：

(2-10)

式中l(wèi)w——連接一側(cè)所有焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度之和，每條焊縫按實(shí)際長(zhǎng)度減去2hf。

1.角焊縫受軸心力作用時(shí)的計(jì)算第27頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、角鋼連接的角焊縫受軸心力作用時(shí)的計(jì)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(cè)縫、三面圍焊和L形圍焊。為避免偏心受力，應(yīng)使焊縫傳遞的合力作用線與角鋼桿件的軸線相重合。（具體見(jiàn)教材）第28頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3.彎矩、扭矩、軸心力共同作用時(shí)，分別計(jì)算受力最不利點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，按下式計(jì)算：

(2-27)第29頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四課題5螺栓連接一．螺栓連接的特點(diǎn)、類型

螺栓連接分普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。普通螺栓通常采用Q235鋼材制成，安裝時(shí)用普通扳手?jǐn)Q緊；高強(qiáng)度螺栓則用高強(qiáng)度鋼材經(jīng)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(yù)定的預(yù)拉力值，把被連接件高度夾緊。第30頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1.普通螺栓連接普通螺栓分為A、B、C三級(jí)。C級(jí)為粗制螺栓，由未經(jīng)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1.5～3mm。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(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固定中。

A、B級(jí)精制螺栓是由毛坯在車(chē)床上經(jīng)過(guò)切削加工精制而成。表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，螺栓直徑與螺栓孔徑之間的縫隙只有0.3～0.5㎜。由于有較高的精度，因而受剪性能好，但制作和安裝復(fù)雜，價(jià)格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。第31頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2.高強(qiáng)度螺栓連接

高強(qiáng)度螺栓連接有兩種類型：一種是只依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過(guò)接觸面摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的，稱為摩擦型連接。另一種是允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的，稱為承壓型連接。第32頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二．普通螺栓連接及計(jì)算1.螺栓的規(guī)格

鋼結(jié)構(gòu)采用的普通螺栓形式為大六角頭型，其代號(hào)用字母M和公稱直徑的毫米數(shù)表示。為制造方便，一般情況下，同一結(jié)構(gòu)中宜盡可能采用一種栓徑和孔徑的螺栓，需要時(shí)也可采用2～3種螺栓直徑。建筑工程中常采用M16、M20和M24等。第33頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖2-25螺栓的排列a）并列布置b）錯(cuò)列布置2.螺栓的排列螺栓的排列有并列和錯(cuò)列兩種基本形式。并列較簡(jiǎn)單，但對(duì)栓孔有削弱（圖a）；錯(cuò)列較緊湊，可減少截面削弱，但排列較繁雜（圖b）。第34頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)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(guī)定了螺栓中心間距及邊距的最大、最小限制，見(jiàn)教材表2-5。第35頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3、普通螺栓的抗剪承載力計(jì)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(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

抗剪螺栓連接達(dá)到極限承載力時(shí)，可能的破壞形式有：螺栓受剪破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(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

單個(gè)受剪螺栓的承載力計(jì)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(jì)算第38頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.普通螺栓的抗拉承載力計(jì)算單個(gè)受拉螺栓的承載力設(shè)計(jì)值：

（2-30）第39頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

5、普通螺栓群連接計(jì)算

（1）受剪螺栓群在軸心力作用下的連接計(jì)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(nèi)，靠塑變可以均布內(nèi)力，過(guò)大時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)仍按均布，但強(qiáng)度需乘折減系數(shù)η

。當(dāng)連接長(zhǎng)度l≤15d0時(shí)：（2-31）連接板凈截面強(qiáng)度（2-32）

第40頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)連接長(zhǎng)度l≥15d0時(shí)：

連接所需螺栓數(shù)量：

第41頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2)普通螺栓群軸心受拉通常假定每個(gè)螺栓平均受力，則連接所需螺栓數(shù)為：（2-35）式中Nbt——單個(gè)螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值，按式(2-30)計(jì)算。第42頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）螺栓群在彎矩作用受拉（2-37）第43頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

二、高強(qiáng)度螺栓連接

1.按受力特性分：摩擦型高強(qiáng)螺栓與承壓型螺栓;

摩擦型螺栓:抗剪連接時(shí)摩擦型以板件間最大摩擦力為承載力極限狀態(tài)；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(tài)（同普通螺栓）。受拉時(shí)兩者無(wú)區(qū)別。高強(qiáng)螺栓采用Ⅱ級(jí)孔，便于施工。受傳力機(jī)理的要求，構(gòu)造上除連接板的邊、端距≥1.5d0外其它同普通螺栓。

第44頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2.高強(qiáng)螺栓的材料與強(qiáng)度等級(jí)由高強(qiáng)材料經(jīng)熱處理制成，按強(qiáng)度等級(jí)分10.9與8.8級(jí)。

10.9級(jí)一般為20MnTiB、40Cr等材料，fu≥1000N/mm2，fu/fy≥0.9；

8.8級(jí)一般為45號(hào)鋼制成，fu≥800N/mm2，fu/fy≥0.8。

3.高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力（2-38）第45頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.高強(qiáng)度螺栓的緊固法

我國(guó)現(xiàn)有大六角頭型和扭剪型兩種型式的高強(qiáng)度螺栓。它們的預(yù)拉力是安裝螺栓時(shí)通過(guò)緊固螺帽來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為確保其數(shù)值準(zhǔn)確，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制螺母的緊固程度。通常有轉(zhuǎn)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(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.高強(qiáng)螺栓連接計(jì)算（1）摩擦型高強(qiáng)螺栓受剪連接計(jì)算一個(gè)螺栓抗剪承載力:

（2-39）連接