電力工程施工技術(shù)：專題五-鋼結(jié)構(gòu)工程課件

專題五鋼結(jié)構(gòu)工程鋼結(jié)構(gòu)是采用鋼板、型鋼通過(guò)連接而形成的結(jié)構(gòu)，與其他材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、重量輕、結(jié)構(gòu)制作工業(yè)化程度高、施工工期短等特點(diǎn)，因此，在現(xiàn)代工程建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)及其材料特性1．鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)+不足）鋼結(jié)構(gòu)與其他材料建成的結(jié)構(gòu)相比，具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)（優(yōu)勢(shì)）：鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，延性好與混凝土、磚石和木材等建筑材料相比，鋼材強(qiáng)度高，鋼材材質(zhì)均勻性好，且具有良好的塑性和韌性。這種特性使鋼材適合于建造大跨度、承載重的結(jié)構(gòu)。鋼材材質(zhì)均勻性好和塑性好的特點(diǎn)，使鋼結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)出現(xiàn)超載而突然破壞，可以依靠變形增大調(diào)整內(nèi)力并進(jìn)行重新分配，為結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固提供了余地。鋼材韌性好的特點(diǎn)，使鋼結(jié)構(gòu)適合在動(dòng)力荷載下工作，使鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能?！皲摻Y(jié)構(gòu)的重量輕與混凝土材料相比，鋼材雖然密度較大，但其強(qiáng)度高，重量輕，為其安裝運(yùn)輸提供了便利條件，同時(shí)減輕了基礎(chǔ)的負(fù)荷。●鋼結(jié)構(gòu)制作便利與混凝土、磚石結(jié)構(gòu)的施工相比，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高，所用材料均可在工廠制作，具備成批生產(chǎn)加工的條件，且制作精密度較高。運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后通過(guò)組裝，便于形成整體結(jié)構(gòu)。施工中安裝簡(jiǎn)便，施工機(jī)械化程度高，周期短，可全天候施工作業(yè)。●鋼結(jié)構(gòu)密閉性好鋼結(jié)構(gòu)的材料通過(guò)焊接連接可以做到完全密封，適宜建造對(duì)氣密性和水密性有一定要求的高壓容器、大型油庫(kù)油罐、輸油或輸水壓力管道等。●鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式靈活鋼結(jié)構(gòu)可以較大程度地超越結(jié)構(gòu)形式的束縛，通過(guò)各種線形的構(gòu)件，組合出多種形式的空間和新奇優(yōu)美的造型。●鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式靈活●鋼結(jié)構(gòu)符合可持續(xù)發(fā)展的需要鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)對(duì)資源和能源的利用相對(duì)合理，對(duì)環(huán)境破壞相對(duì)較少，利于實(shí)現(xiàn)綠色化施工，施工中的邊角廢料可以回收利用。同時(shí)，由于在施工中較少使用砂、石、水泥等散料，從而很大程度的避免了揚(yáng)塵、廢水等污染問(wèn)題?！皲摻Y(jié)構(gòu)符合可持續(xù)發(fā)展的需要鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)及不足●鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差由于鋼材容易腐蝕，因此其維護(hù)費(fèi)用較高。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)特別是薄壁構(gòu)件必須注意防腐保護(hù)，處于較強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)內(nèi)的建筑物不宜采用鋼結(jié)構(gòu)。在施工過(guò)程中也應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)受潮、淋雨?！皲摬哪蜔岬荒突痄摬氖軣釙r(shí)，當(dāng)溫度在250度以內(nèi)時(shí)，其主要力學(xué)性能降低不多，但當(dāng)溫度超過(guò)250度以后，材質(zhì)發(fā)生較大變化，強(qiáng)度逐步降低；當(dāng)溫度達(dá)600℃時(shí)，鋼材已不能繼續(xù)承載，因此，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定鋼材表面溫度超過(guò)150度后即需加以隔熱防護(hù)和防火保護(hù)措施。●鋼結(jié)構(gòu)可能發(fā)生脆性斷裂鋼結(jié)構(gòu)在低溫和某些條件下，可能發(fā)生脆性斷裂，還有厚板的層狀撕裂，這對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的安全使用極為不利?！皲摻Y(jié)構(gòu)容易發(fā)生失穩(wěn)和變形破壞鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)來(lái)自其構(gòu)件一般截面小而薄，但受壓時(shí)易被發(fā)生失穩(wěn)和變形破壞，所以需要附設(shè)加勁肋或綴材達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、減小結(jié)構(gòu)使用階段變形的目的，從而相應(yīng)增加了構(gòu)件連接的工作量和繁雜程度。2.鋼材的種類按照用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊用途鋼等。2.鋼材的種類按照化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼。2.鋼材的種類

目前，建筑用鋼的主要品種有中厚板、薄板、鍍鋅卷板、彩色深層卷板、中小型鋼（工字鋼、槽鋼、角鋼）、熱軋或焊接H型鋼、焊管（直縫管和螺旋管）、冷彎型鋼及無(wú)縫鋼管等，特別是熱軋H型鋼的生產(chǎn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展起到推動(dòng)作用。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的大量興建，建筑鋼材的需求呈多樣化趨勢(shì)，發(fā)展趨勢(shì)是以中厚板為主，H型鋼、冷彎型鋼、鋼管、彩色涂層卷板需求增加，大中型角鋼、工字鋼、槽鋼用量減少?！駸彳堜摪鍩彳堜摪灏ê皲摪?、薄鋼板和扁鋼等。厚鋼板的厚度一般為4.5-60mm，寬度為600--3000mm，長(zhǎng)度為4--12m，廣泛用于焊接構(gòu)件的組成。薄鋼板的厚度為0.35--4mm，寬度為500--1500mm，長(zhǎng)度為0.5--4m，是冷彎薄壁型鋼的原料。扁鋼的厚度為4--60mm，寬度為12--200mm．長(zhǎng)度為3--9m。鋼板的表示方法是在鋼板橫斷面符號(hào)“—”后加“厚x寬x長(zhǎng)”，單位毫米?！駸彳埿弯摕彳埿弯摪ń卿摗⒐ぷ咒?、H型鋼、槽鋼和鋼管等。角鋼分為等邊和不等邊兩種，主要用來(lái)制作桁架等格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件和支撐等連接桿件，等邊角鋼的表示方法是在符號(hào)“L”后加“邊長(zhǎng)x厚度”，如L125x8；不等邊角鋼的表示方法是在符號(hào)“L”后加“長(zhǎng)邊寬x短邊寬x厚度”，如乙125x80x8，單位均為mm。角鋼的長(zhǎng)度一般為3--19m，規(guī)格有L20x3--L200x24和L25x16x3--L200x125x18。

工字鋼分力普通工字鋼和輕型工字鋼，這兩種工字鋼的兩個(gè)主軸方向的慣性矩相差較大，不宜單獨(dú)用作受壓構(gòu)件，而宜用作腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件或由工字鋼與其他型鋼組成的組合構(gòu)件或格構(gòu)式構(gòu)件。

普通工字鋼的型號(hào)是用符號(hào)“工”后加截面高度的厘米數(shù)來(lái)表示；20號(hào)以上的工字鋼，又按腹板的厚度不同，同一號(hào)數(shù)分為a、b或a、b、c等類別，a類腹板較薄；如工36a表示截面高度為36cm的a類工字鋼。輕型工字鋼的腹板和翼緣均比普通工字鋼的薄，因而在相同重量的前提下截面回轉(zhuǎn)半徑較大。

H型鋼是目前使用很廣泛的熱軋型鋼，與普通工字鋼相比，其翼緣板的內(nèi)外兩側(cè)平行，便于與其他構(gòu)件連接。其基本類型可分為寬翼緣H型鋼（代號(hào)HW，翼緣寬度b與截面高度h相等）、中翼緣H型鋼（代號(hào)HM，b＝(1／2—2／3)h）及窄翼緣H型鋼（代號(hào)HN，b＝(1／3—1／2)h）。各種H型鋼均可按T型鋼供應(yīng)，代號(hào)分別為TW、TM、TN。H型鋼和T型鋼的型號(hào)分別為代號(hào)后加“高度x寬度x腹板厚度x翼緣厚度，例如HW400x400x13x21和TW200x400x13x21等，單位均為mm。寬翼緣和中翼緣H型鋼可用于鋼柱等受壓構(gòu)件，窄翼緣H型鋼則適用于鋼梁等受彎構(gòu)件。

槽鋼分為普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，適于作檁條等雙向受彎的構(gòu)件，也可用其組成組合或格構(gòu)式構(gòu)件。普通槽鋼的型號(hào)與工字鋼相似，如[36a指截面高度為36cm、腹板厚度為a類的槽鋼。號(hào)碼相同的輕型槽鋼，其翼緣和腹板較普通槽鋼寬而薄，回轉(zhuǎn)半徑較大，重量較輕。鋼管有熱軋無(wú)縫鋼管或由鋼板卷好的焊接鋼管兩種。鋼管截面對(duì)稱，外形圓滑，受力性能良好，由于回轉(zhuǎn)半徑較大，常用作桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等平面和空間格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桿件，在鋼管混凝土柱中也有廣泛的應(yīng)用。規(guī)格用符號(hào)“Φ”后加“外徑x壁厚”表示，如Φ400x16，單位為mm。3.鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求鋼材的種類繁多，性能差別很大，適用于鋼結(jié)構(gòu)的鋼材只是其中的一部分，用作鋼結(jié)構(gòu)的鋼材必須滿足下列要求?！駨?qiáng)度要求用作鋼結(jié)構(gòu)的鋼材必須具有較高的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)?？估瓘?qiáng)度是鋼材塑性變形和將破壞時(shí)的強(qiáng)度，其值高可以減小截面，減輕自重，結(jié)構(gòu)的安全也才能得到保障。●加工性能鋼材應(yīng)具有良好的加工性能，以保證其易于組成各種形式的結(jié)構(gòu)。加工性能包括冷熱加工和可焊性能。根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，在必要時(shí)還要求鋼材具有低溫和腐蝕性環(huán)境下的作業(yè)性能。●變形能力鋼材有兩種完全不同的破壞形式：塑性破壞和脆性破壞。

塑性破壞的主要特征是破壞前具有較大的塑件變形，常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯(cuò)的銹跡剝落線，只有當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后才會(huì)發(fā)生破壞，破壞后的斷口呈纖維狀，色澤發(fā)暗。

由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發(fā)生，且變形持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，容易被發(fā)現(xiàn)和搶修加固，因此，不至于發(fā)生嚴(yán)重后果。

此外，鋼材塑性破壞前的較大塑性變形能力可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，使結(jié)構(gòu)原先受力不等的部分應(yīng)力趨于均勻，提高了結(jié)構(gòu)的承載能力。

脆性破壞的主要特征是破壞前塑性變形很小或根本沒(méi)有塑性變形而突然迅速斷裂。斷裂從應(yīng)力集中處開始，破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或有人字紋。

由于破壞前沒(méi)有任何預(yù)兆，破壞速度又極快，無(wú)法察覺和補(bǔ)救，而且一旦發(fā)生常引發(fā)整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞，后果非常嚴(yán)重，因此在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中，要特別注意防止這種破壞的發(fā)生。4.影響鋼材性能的因素●化學(xué)成分的影響

鋼材中含有很多金屬元素，直接影響了鋼材的性能。其中：

碳是鋼中重要元素，碳含量的提高，鋼的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，而塑性、韌性和冷彎性能、可焊性、抗腐蝕性卻在下降，因此鋼結(jié)構(gòu)一般不選用含碳量高的鋼材。

硅是一種強(qiáng)脫氧劑，適量的硅含量，可提高鋼材強(qiáng)度，改善鋼的冷脆傾向，但過(guò)量則焊接性能不好；

鋁是一種強(qiáng)脫氧劑，能夠細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和低溫韌性；

銅可以顯著提高鋼的抗腐蝕性能，也可以提高鋼的強(qiáng)度；但對(duì)鋼材的可焊性有不利影響?！皲摬挠不挠绊?/p>

冷作硬化：常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行冷拉、冷彎、沖孔、剪切等冷加工，會(huì)使鋼材發(fā)生塑性變形，降低了鋼材的韌性和塑性；高溫時(shí)，溶于鋼中的少量碳和氮會(huì)逐漸析出，提高強(qiáng)度，塑性和韌性降低，稱為時(shí)效硬化，俗稱老化?！駵囟鹊挠绊?/p>

鋼材的性能受溫度影響十分明顯，溫度升高與降低將使鋼材性能發(fā)生較大變化：200度以內(nèi)：鋼材性能沒(méi)有很大變化；430度--540度：強(qiáng)度急劇下降；600度：強(qiáng)度幾乎為0，不能承受荷載；250度左右時(shí)：抗拉強(qiáng)度有局部性的提高，屈服點(diǎn)回升，塑性降低；該區(qū)間進(jìn)行熱加工很容易引起裂紋。一般鋼材的設(shè)計(jì)應(yīng)以150度的規(guī)定為適宜，超過(guò)之后應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)采取有效的防護(hù)措施。●應(yīng)力集中的影響由于實(shí)際結(jié)構(gòu)中不可避免地存在著孔洞、槽口、凹角、截面突變及鋼材內(nèi)部缺陷等，鋼材截面中的應(yīng)力分布不再保持均勻，而是出現(xiàn)局部區(qū)域高峰應(yīng)力，另外區(qū)域應(yīng)力降低，形成所謂的應(yīng)力集中現(xiàn)象。研究表明，在應(yīng)力高峰區(qū)域總是存在同類的雙向或三向應(yīng)力，使材料處于復(fù)雜受力狀態(tài)，應(yīng)力場(chǎng)會(huì)使鋼材有變脆的趨勢(shì)，而且應(yīng)力越集中，趨勢(shì)越嚴(yán)重，鋼材越趨于脆性。截面尺寸改變程度越大的試件，其應(yīng)力集中越嚴(yán)重，引起鋼材脆性破壞的危險(xiǎn)性越大?！穹磸?fù)荷載作用的影響鋼材在直接、連續(xù)的反復(fù)荷載作用下，先在其缺陷處發(fā)生塑性變形和硬化而生成微觀裂痕，然后逐漸發(fā)展為宏觀裂紋；

構(gòu)件截面削弱并在裂紋尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)。長(zhǎng)期頻繁的直接承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接，在設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行鋼材的疲勞計(jì)算。

鋼結(jié)構(gòu)的連接是將型鋼或鋼板等組合成構(gòu)件，并將各構(gòu)件組裝成整個(gè)結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的連接方法通常有焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。施工時(shí)需遵循安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制作方便的原則.第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法一、焊縫連接

焊縫連接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法，優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、對(duì)幾何形體適應(yīng)性強(qiáng)，任何形式的構(gòu)件均可以直接連接，不削弱截面，省工省材，制作加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，工效高，質(zhì)量可靠，連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)的剛度大。

缺點(diǎn)是焊縫附近熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織會(huì)發(fā)生不同程度的改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)劣化變脆，焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件的承載力下降。焊接對(duì)鋼材裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體。同時(shí)，低溫冷脆問(wèn)題也比較突出，對(duì)材料要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢驗(yàn)工作量大。二、鉚釘連接鉚釘連接有熱鉚和冷鉚兩種。熱鉚是由燒紅的釘坯插入構(gòu)件的釘孔中，用鉚釘槍或壓鉚機(jī)將連接件鉚合而成；冷鉚是在常溫下鉚合而成。鉚釘通常用專用鋼材制成，應(yīng)具有良好的韌性。在鋼結(jié)構(gòu)中，一般采用熱鉚，鉚釘打鉚完成后，鉚桿由高溫逐漸冷卻而發(fā)生收縮，但被釘頭之間的鋼板所阻止因此釘桿中產(chǎn)生收縮應(yīng)力，對(duì)鋼板則產(chǎn)生壓緊力，使得連接部位十分緊密。當(dāng)構(gòu)件受剪力作用時(shí)，鋼板接觸面上產(chǎn)生很大的摩擦力，因而大大提高了連接件的工作性能。二、鉚釘連接鉚釘連接的質(zhì)量和受力性能與釘孔的制作方法密切相關(guān)。釘孔的制作方法分為兩類：一類孔是用鉆模鉆成，或先鉆成較小的孔，裝配時(shí)再擴(kuò)孔而成。此類孔質(zhì)量較好，外觀整齊，規(guī)格尺寸易于保證。另一類孔是采用沖成方法，雖制法簡(jiǎn)單，但構(gòu)建拼裝時(shí)釘孔不易對(duì)齊，質(zhì)量較差。重要的結(jié)構(gòu)一般采用一類孔。與焊縫連接比較，鉚釘連接的鋼構(gòu)件塑性和韌性較好，質(zhì)量易于檢查，連接可靠，抗動(dòng)力荷載性能好，對(duì)主體鋼材的材質(zhì)要求低；但是鉚釘連接的構(gòu)造復(fù)雜，制孔和打鉚費(fèi)鋼、費(fèi)工，釘孔削弱鋼材截面。因此，鉚釘連接除了在一些重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中仍有應(yīng)用外，一般鋼結(jié)構(gòu)已很少使用。三、螺栓連接分為普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。1.普通螺栓連接

普通螺栓可分為A、B、C三級(jí)，A級(jí)和B級(jí)為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓。三、螺栓連接C級(jí)螺栓材料性能等級(jí)可分為4.6級(jí)和4.8級(jí)兩個(gè)級(jí)別。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度不小于400N/平方毫米，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字表示其屈強(qiáng)比為0.6或0.8。A級(jí)和B級(jí)螺栓材料性能等級(jí)則分為5.6級(jí)和8.8級(jí)，其抗拉強(qiáng)度分別不小于500N/平方毫米和800N/平方毫米，屈強(qiáng)比分別為0.6或0.8。A、B級(jí)精制螺栓是由毛坯在車床上經(jīng)過(guò)切削加工精制而成的，該螺栓表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，螺桿直徑與螺栓孔徑相同；但螺桿直徑僅允許負(fù)公差，螺栓孔直徑僅允許正公差，對(duì)成孔質(zhì)量要求高。此類螺栓受剪性能好，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。三、螺栓連接C級(jí)螺栓是由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成的。由于螺栓面粗糙，一般采用在單個(gè)零件上一次沖成，螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5-3mm。對(duì)于采用C級(jí)螺栓的鋼構(gòu)件連接，由于螺栓與螺栓孔之間有較大間隙，受剪力作用時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的剪切位移，連接處的變形較大，但安裝方便，能夠有效的傳承拉力，因此一般可用于沿螺栓桿軸間的受拉連接及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固定。2、高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓一般采用45號(hào)鋼、40B鋼和20MnTiB鋼加工制作而成，經(jīng)熱處理后，螺栓抗拉強(qiáng)度應(yīng)分別不低于800N/平方毫米和1000N/平方毫米，且屈強(qiáng)比分別為0.8和0.9，即前者的性能等級(jí)為8.8，后者的性能等級(jí)為10.9級(jí)。安裝高強(qiáng)度螺栓時(shí)，需通過(guò)特別的扳手，以較大的扭矩上緊螺母，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力，將被連接的部件夾緊。當(dāng)以部件的接觸面摩擦力傳遞外力時(shí)，該連接方法稱為高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接。當(dāng)允許接觸面滑移，依靠螺栓受剪和孔壁承壓來(lái)傳遞外力時(shí)，該連接方法稱為高強(qiáng)度螺栓承壓型連接。摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓的孔徑一般比螺栓公稱直徑d大1.5-2mm，承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大1-1.5mm。摩擦型連接的優(yōu)點(diǎn)是施工方便，對(duì)構(gòu)件的削弱較小，可拆換，螺栓的剪切變形小，能承受動(dòng)力荷載，耐疲勞，韌性和塑性好，包含了普通螺栓和鉚釘連接的優(yōu)點(diǎn)，目前已成為代替鉚釘連接的主要連接形式，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。承壓型連接的承載力高于摩擦型連接，但整體性、剛度均較差，剪切變形大，強(qiáng)度儲(chǔ)備相對(duì)較低，因此不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。一、焊接連接方法鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法有手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。1、手工電弧焊手工電弧焊是最常用的一種焊接方法。通電后，在涂有藥皮的焊條和焊件之間產(chǎn)生電弧。電弧提供溫度可高達(dá)3000度的熱源，使焊條中的焊絲熔化，滴落在焊件上被電弧所吹成的小凹槽熔池中，由焊條藥皮形成的熔渣和氣體覆蓋著焊縫熔池，防止空氣中的氧、氮等有害氣體與熔化的液體金屬接觸，避免形成脆性易裂的化合物，并在焊縫金屬冷卻后把被連接件連成一體。手工電弧焊的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量與焊工的技術(shù)水平和精神狀態(tài)有很大關(guān)系。第三節(jié)焊接連接手工電弧焊手工電弧焊焊接●埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。利用埋弧焊進(jìn)行焊接時(shí)，由于埋弧焊產(chǎn)生的電弧熱量集中，溶深大，因此，這種焊接方法適用于厚板的焊接，且具有很高的生產(chǎn)效率。這種方法有自動(dòng)和半自動(dòng)焊接之分。焊接時(shí)，當(dāng)焊絲送進(jìn)和焊接方向的移動(dòng)有專門的機(jī)構(gòu)控制時(shí)，這種焊接稱為自動(dòng)埋弧焊。若焊絲送進(jìn)有專門機(jī)構(gòu)控制，而焊接方向的移動(dòng)靠人工操作，則稱為半自動(dòng)埋弧焊。如果在焊接中采用了自動(dòng)或者半自動(dòng)操作，焊接的工藝條件穩(wěn)定，較高的焊速也減小了熱影響區(qū)的范圍，那么焊縫的質(zhì)量也就比較高，焊件變形小。在焊接時(shí)，埋弧焊的焊絲不涂藥皮，施焊端被焊劑所覆蓋，電弧完全被埋在焊劑之內(nèi)，所以，焊縫在高溫時(shí)不會(huì)被氧化。埋弧焊對(duì)焊件邊緣的裝配精度要求比手工電弧焊高。氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰件氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。焊接時(shí)，這種方法直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍形成局部保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入，并保證了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。氣體保護(hù)焊的焊縫熔化區(qū)沒(méi)有熔渣，焊工能夠清楚看到焊縫成型的過(guò)程。由于氣體保護(hù)焊接時(shí)熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，因此所形成的焊縫強(qiáng)度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接，但不適用于在風(fēng)較大的地方施焊?！耠娮韬甘抢秒娏魍ㄟ^(guò)焊件接觸點(diǎn)表面時(shí)，電阻所產(chǎn)生的熱來(lái)熔化金屬，再通過(guò)加壓使其焊合。電阻焊所產(chǎn)生的能量相對(duì)較小，只適用于板厚度不大于12mm的鋼材焊接。2.焊縫的施焊方法焊縫按施焊位分為平焊、立焊、橫焊及仰焊。平焊又稱俯焊，施焊方便，質(zhì)量最好。立焊和橫焊要求焊工的操作水平比較高，焊縫質(zhì)量及生產(chǎn)效率比平焊差一些。仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此應(yīng)盡量避免采用仰焊。3.焊縫連接的形式焊縫連接的形式按被連接鋼材的相互置可分為對(duì)接、搭接、T形連接和角部連接四種。這些連接所采用的焊縫主要有對(duì)接焊縫和角焊縫。對(duì)接連接主要用于厚度相同或接近相同的兩構(gòu)件的相互連接。對(duì)接連接的兩構(gòu)件在同一個(gè)平面內(nèi)，傳力均勻平緩，沒(méi)有明顯的應(yīng)力集中，且用料經(jīng)濟(jì)。但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴(yán)格的要求。

搭接連接比較費(fèi)料，但傳力均勻、施工簡(jiǎn)便，廣泛應(yīng)用于鋼桁架結(jié)構(gòu)中。

T形連接省工省料，常用于制作組合截面。當(dāng)采用角焊縫連接時(shí)，焊件間存在縫隙、截面突變，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，疲勞強(qiáng)度較低，可用于不直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。

角部連接主要用于制作箱形截面構(gòu)件。4.焊縫的構(gòu)造要求●焊縫的最小長(zhǎng)度焊縫的焊腳尺寸大而長(zhǎng)度較小時(shí)，焊件的局部加熱嚴(yán)重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，加之焊縫中可能產(chǎn)生的其他缺陷使焊縫不夠可靠。因此，如果焊縫長(zhǎng)度過(guò)小，也會(huì)造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的長(zhǎng)度均不得小于8倍的焊縫高度和40mm。●側(cè)面角焊縫的最大長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫的應(yīng)力沿長(zhǎng)度分布不均勻，兩端較小，中間大，且焊縫越長(zhǎng)差別越大。當(dāng)焊縫太長(zhǎng)時(shí)，雖然仍有因塑性變形產(chǎn)生的內(nèi)力重分布，但兩端應(yīng)力可首先達(dá)到強(qiáng)度極限而破壞。因此，側(cè)面角焊縫的長(zhǎng)度不宜大于60倍的焊縫高度。。●焊接殘余應(yīng)力的消除

焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過(guò)程。在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫及其附近溫度最高，而鄰近區(qū)域溫度則低。不均勻的溫度場(chǎng)產(chǎn)生不均勻的膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，因而產(chǎn)生了熱塑性壓縮。焊縫冷卻后，被塑性壓縮的焊縫區(qū)又要恢復(fù)，但受到兩側(cè)鋼材限制而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。這樣，在構(gòu)件的焊接中就會(huì)反復(fù)出現(xiàn)不同程度的內(nèi)應(yīng)力，這些應(yīng)力被稱為焊接殘余應(yīng)力。

實(shí)際證明，焊接殘余應(yīng)力的反復(fù)出現(xiàn)不僅會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度，而且也會(huì)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓曲變形，降低構(gòu)件的承載力。因此，焊接殘余應(yīng)力對(duì)鋼結(jié)構(gòu)影響較大。

為了盡可能的消除焊接殘余應(yīng)力，在施工中常采取一些措施來(lái)控制焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，主要的措施有：在保證結(jié)構(gòu)承載能力的條件下，應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸。盡可能減少不必要的焊縫。只要結(jié)構(gòu)上允許，安排焊縫時(shí)盡可能對(duì)稱于截面中性軸，或者使焊縫接近中性軸，以減小構(gòu)件的焊接變形。見圖a、b、c、d。如幾塊鋼板交匯一處進(jìn)行連接時(shí)，應(yīng)采用是適當(dāng)?shù)倪B接方式，盡量避免焊縫的過(guò)分集中和交叉。見圖e、f。對(duì)于工字型構(gòu)件，為了讓腹板與翼緣的縱向連接焊縫連續(xù)通過(guò)，加勁肋應(yīng)進(jìn)行切角，其與翼緣和腹板的連接焊縫均在切角處中斷，避免了三條焊縫的交叉。見圖g。盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力，這種應(yīng)力構(gòu)造常引起厚板的層狀撕裂。見圖h、i。應(yīng)采用合理的焊接順序和方向，盡量是焊接能自由收縮，如鋼板對(duì)接時(shí)可采用分段退焊，厚焊縫采用分層焊，工字形截面采用對(duì)角跳焊，鋼板分塊拼接焊接時(shí)先焊構(gòu)件工作中受力較大的焊縫或收縮量較大的焊縫等。在工地焊接工字梁的接頭時(shí)，應(yīng)留出一段翼緣角焊縫最后焊接，先焊受力最大的翼緣對(duì)接焊縫，再焊腹板對(duì)接焊縫，這種措施均可有效地降低焊接應(yīng)力。對(duì)于工字型構(gòu)件，為了讓腹板與翼緣的縱向連接焊縫連續(xù)通過(guò)，加勁肋應(yīng)進(jìn)行切角，其與翼緣和腹板的連接焊縫均在切角處中斷，避免了三條焊縫的交叉。見圖g。盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力，這種應(yīng)力構(gòu)造常引起厚板的層狀撕裂。見圖h、i。應(yīng)采用合理的焊接順序和方向，盡量是焊接能自由收縮，如鋼板對(duì)接時(shí)可采用分段退焊，厚焊縫采用分層焊，工字形截面采用對(duì)角跳焊，鋼板分塊拼接焊接時(shí)先焊構(gòu)件工作中受力較大的焊縫或收縮量較大的焊縫等。在工地焊接工字梁的接頭時(shí)，應(yīng)留出一段翼緣角焊縫最后焊接，先焊受力最大的翼緣對(duì)接焊縫，再焊腹板對(duì)接焊縫，這種措施均可有效地降低焊接應(yīng)力?！窈缚p缺陷及質(zhì)量檢查焊縫的缺陷是指焊接過(guò)程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、未熔合、咬邊、焊瘤以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。

裂紋是焊縫連接中最危險(xiǎn)的缺陷。產(chǎn)生裂紋的原因很多，如鋼材的化學(xué)成分不當(dāng)、焊接工藝條件（電流、電壓、焊速、施焊次序等）選擇不合適、焊件表面油污未清除干凈等。

焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)一般可用外觀檢查以及無(wú)損檢查，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢查內(nèi)部缺陷。無(wú)損檢查目前廣泛采用越聲波檢驗(yàn)，有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn)、熒光檢驗(yàn)等較簡(jiǎn)單的方法作為輔助；當(dāng)前最可靠的檢驗(yàn)方法是x射線或Γ射線透照。焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)，其中三級(jí)焊縫只要求通過(guò)外觀檢查，即檢查焊縫實(shí)際尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求和有無(wú)看得見的裂紋，咬邊等缺陷。對(duì)于重要結(jié)構(gòu)，必須進(jìn)行一級(jí)或二級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)，在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無(wú)損檢驗(yàn)。其中二級(jí)要求用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫的20％長(zhǎng)度，且不小于200mm。一級(jí)要求用超聲波檢驗(yàn)每條焊縫的全部長(zhǎng)度，以便揭示焊縫內(nèi)部缺陷。第四節(jié)螺栓連接1.普通螺拴連接普通螺栓連接按螺栓傳力方式可分為受剪螺栓連接、受拉螺栓連接和拉剪螺栓連接三種。螺栓連接分為普通螺拴連接和高強(qiáng)螺拴連接。

受剪螺栓連接是靠栓桿受剪和孔壁承壓傳力，受剪螺栓連接破壞可能有五種形式：●栓桿被剪斷：當(dāng)栓桿直徑較細(xì)而板件相對(duì)較厚時(shí)可能發(fā)生。如圖A所示?！窨妆跀D壓破壞：當(dāng)栓桿直徑較粗而板件相對(duì)較薄時(shí)可能發(fā)生。如圖B所示。1.普通螺栓連接●鋼板被拉斷：當(dāng)板件因螺栓孔削弱過(guò)多時(shí)，可能沿開孔截面發(fā)生破斷。如圖C所示?！穸瞬夸摪灞患糸_：當(dāng)順受力方向的端距過(guò)小時(shí)可能發(fā)生。如圖D所示。●栓桿受彎破壞：當(dāng)栓桿過(guò)長(zhǎng)時(shí)可能發(fā)生。如圖E所示。

受拉螺栓連接是靠沿桿軸方向受拉傳力。受拉螺栓連接在外力作用下，構(gòu)件相互間有分離的趨勢(shì)，因此，破壞形式常是栓桿被拉斷，其部位多在被螺紋削弱的栓桿截面處。拉剪螺栓連接則是同時(shí)兼有上述兩種傳力方式。拉剪螺栓連接在外力作用下，構(gòu)件相互間既有分離的趨勢(shì)，也有滑動(dòng)的可能，因此使栓桿受剪、孔壁承壓，并使螺栓沿桿軸方向受拉。因此，破壞形式常是栓桿被剪斷或孔壁擠壓破壞或栓桿被拉斷。（2）普通螺栓的排列與構(gòu)造要求螺栓在構(gòu)件上的排列應(yīng)簡(jiǎn)單劃一、力求緊湊。通常采用并列和錯(cuò)列兩種形式。并列比較簡(jiǎn)單整齊．所用連接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，對(duì)構(gòu)件截面的削弱較大。錯(cuò)列可減少截面削弱，但排列較繁，連接板尺寸較大。不論采用那種排列，螺栓在構(gòu)件上的中距、端距和邊距還應(yīng)滿足以下要求：●螺栓中距不應(yīng)過(guò)小，否則會(huì)使構(gòu)件截面削弱過(guò)多?！衤菟ǖ闹芯嗖粦?yīng)過(guò)大，否則鋼板不能緊密貼合?！衤菟ㄩg應(yīng)保持足夠距離，以便于轉(zhuǎn)動(dòng)扳手，擰緊螺母。（2）普通螺栓的排列與構(gòu)造要求螺栓除了要滿足上述排列的容許間距外，根據(jù)不同情況還需要滿足下列要求：為了使構(gòu)件連接可靠，每一桿件在節(jié)點(diǎn)上及拼接接頭的一端，永久螺栓的數(shù)量不宜少于兩個(gè)。但對(duì)于組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用一個(gè)。直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺母或其他防止螺母松動(dòng)的措施，如采用彈簧墊圈，或?qū)⒙菽负吐輻U焊死等方法。如果螺栓與孔壁有較大的間隙，則只宜用于沿桿軸方向受拉的連接。當(dāng)型鋼構(gòu)件的拼接采用高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，由于型鋼的剛度大，不能保證摩擦面接觸緊密，因此不宜用型鋼作為拼接件，而應(yīng)采用鋼板。在高強(qiáng)度螺栓連接范圍內(nèi)，在施工圖中應(yīng)注明構(gòu)件接觸面的處理方法，以確保構(gòu)件的可靠連接。通常鋼結(jié)構(gòu)在連接中一般多用一種連接方法，即要么用焊接，要么用螺栓連接或者用鉚釘連接。但有時(shí)也把兩種連接方法混合使用.例如高強(qiáng)度螺栓和焊縫混合連接，或者高強(qiáng)度螺栓和鉚釘混合連接。這種混合連接有兩種形式.第一種形式是不同連接方法分別用于同一節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)不同受力面。第二種形式是將不同的連接方法用于同一受力面上。第五節(jié)混合連接第一種形式是不同連接方法分別用于同一節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)不同受力面。圖所示為高層鋼結(jié)構(gòu)中梁與柱的剛性接連接，其中梁的上、下翼緣分別采用焊縫連接，而腹板則采用高強(qiáng)度螺栓連接。這種構(gòu)造方式受力合理，施工方便。腹板上的螺栓孔，在安裝時(shí)可以設(shè)置臨時(shí)性的定位螺栓（采用普通螺栓），以便于梁在焊前進(jìn)行就位和調(diào)整，待粱翼緣焊接完成后，再將腹板上的臨時(shí)螺栓換成高強(qiáng)度螺栓，形成永久螺栓。這種混合連接形式，使得焊縫和高強(qiáng)度螺栓各自的傳力路線明確，可按各自的計(jì)算方法分別進(jìn)行計(jì)算，不必考慮相互協(xié)調(diào)傳力問(wèn)題，因而成為工程中一種主要的混合連接方法。第二種形式是將不同的連接方法用于同一受力面上。圖所示為高強(qiáng)度螺栓和角焊縫的混合連接．在同一受剪面上螺栓和焊縫共同受力。使用這種混合連接或是對(duì)已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，或是在已有連接強(qiáng)度不足的情況下再加一種連接進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；或是在新設(shè)計(jì)的連接中同時(shí)使用兩種方法以減小連接的幾何尺寸；兩種連接方式共同傳力，必須考慮能夠協(xié)同工作。一、栓-焊混合連接栓-焊混合連接是指摩擦型高強(qiáng)度螺栓與側(cè)面焊縫或?qū)雍缚p的混合連接。由于普通螺栓抗滑移能力較低，不能提高連接的承載力，因此不宜采用。高強(qiáng)度螺栓只有在栓桿和栓孔之間配合十分緊密時(shí)，栓桿才能在加載之初就與孔壁直接接觸，并與焊縫共同傳力。但這種接頭的制作費(fèi)用高，施工也極為不便，因此實(shí)際工程中較少采用。采用這種連接方法時(shí)，栓--焊能否協(xié)同工作及協(xié)同工