鋼結(jié)構(gòu)全套課件

結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求鋼材的主要機(jī)械性能影響鋼材性能的主要因素鋼材的疲勞鋼材的鋼種、鋼號(hào)及選擇國(guó)外鋼材品種和鋼號(hào)選擇

鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求結(jié)構(gòu)鋼材的破壞形式特征斷口后果

塑性破壞（延性破壞）構(gòu)件應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)，并且達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度后，構(gòu)件產(chǎn)生明顯的變形并斷裂。常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。在破壞前有很明顯的變形，并有較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。

脆性破壞在破壞前無(wú)明顯變形，平均應(yīng)力也小（一般都小于屈服點(diǎn)），沒(méi)有任何預(yù)兆。平直和呈有光澤的晶粒。突然發(fā)生的，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量避免。鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求2-1較高強(qiáng)度（Strength）足夠的變形能力（Deformation）良好的加工性能（Fabrication）勝任惡劣環(huán)境的耐久性（Endurance）鋼材的生產(chǎn)鋼材的生產(chǎn)錄像煉鋼鋼材生產(chǎn)過(guò)程煉鐵煉鋼澆鑄加工電爐鋼是利用電熱原理，在電弧爐內(nèi)冶煉。（質(zhì)量好，但耗電量大，成本高，一般只用來(lái)冶煉特種用途的鋼材。）

煉鋼爐有三種形式：轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐。

轉(zhuǎn)爐鋼是利用高壓空氣或氧氣使?fàn)t內(nèi)生鐵熔液的碳和其它雜物氧化，在高溫下使鐵液變?yōu)殇撘?。（生產(chǎn)周期短，效率高，質(zhì)量好，成本低，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外發(fā)展最快的煉鋼方法。）

平爐鋼是利用煤氣和其它燃料供應(yīng)熱能，把廢鋼、生鐵熔液或鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼。（生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，成本高，現(xiàn)已逐步被轉(zhuǎn)爐鋼所取代。）脫氧煉鋼根據(jù)脫氧方法區(qū)分的四種碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼液在煉鋼爐中進(jìn)行脫氧的方法和程度不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。

脫氧澆鑄特殊鎮(zhèn)靜鋼在錳和硅脫氧后，再用鋁補(bǔ)充脫氧，其脫氧程度高于鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼采用的脫氧劑為脫氧能力較弱的錳，因此脫氧不完全，且澆注時(shí)會(huì)有氣體逸出，出現(xiàn)鋼液的沸騰現(xiàn)象，由于沸騰鋼在鑄模中冷卻很快，氣體逸出不完全，凝固后的鋼材中留有較多的雜質(zhì)和氣體，鋼的質(zhì)量較差。鎮(zhèn)靜鋼采用錳加硅做脫氧劑，脫氧較完全，由于硅在還原的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，使鋼液冷卻緩慢，讓氣體充分逸出，鋼的質(zhì)量好，但成本高。半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度和鋼材質(zhì)量介于上述二者之間，一般不用。

脫氧加工澆鑄是指把熔煉好的鋼液做成鋼錠或鋼坯。用連續(xù)鑄造法生產(chǎn)鋼坯的工藝和設(shè)備，由于機(jī)械化、自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸取代了笨重而復(fù)雜的鑄錠工藝和設(shè)備。澆鑄冷加工的目的和影響熱處理

指通過(guò)加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼材的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的加工工藝。（退火、正火、淬火和回火）熱加工

指將鋼坯加熱至塑性狀態(tài)，依靠外力改變其形狀，生產(chǎn)出各種厚度的鋼板和型鋼。（熱加工的開(kāi)軋和鍛壓溫度控制在1150-1300℃）冷加工

指在常溫（冷）下對(duì)鋼材進(jìn)行加工。（冷作硬化現(xiàn)象）

加工熱處理的目的和方法冷加工鋼的種類（1）淬火把鋼材加熱至900℃以上，放入水或油中快速冷卻，硬度和強(qiáng)度提高，但塑性和韌性降低。（2）正火把鋼材加熱至850~900℃以上，在空氣中緩慢冷卻，可改善組織，細(xì)化晶粒。（3）回火把淬火后的鋼材加熱至500~600℃，在空氣中緩慢冷卻，可減小脆性，提高鋼的綜合性能。（4）淬火+回火（也稱調(diào)質(zhì)處理）強(qiáng)度很高的鋼材，都要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。熱處理常用鋼的種類鋼的種類鋼材的主要機(jī)械性能鋼的種類碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用作制造冷拔高強(qiáng)鋼絲、高強(qiáng)螺栓以及自攻螺釘?shù)?。單向拉伸時(shí)的性能鋼材的主要機(jī)械性能單向拉伸時(shí)的性能冷彎性能沖擊韌性鋼材受壓和受剪時(shí)的性能可焊性耐久性試驗(yàn)條件標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)加載方法標(biāo)準(zhǔn)溫度試驗(yàn)條件試驗(yàn)曲線機(jī)械性能指標(biāo)單向拉伸時(shí)的性能

有明顯屈服點(diǎn)-低碳鋼與低合金鋼無(wú)明顯屈服點(diǎn)-高強(qiáng)度鋼（彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮）（彈性、強(qiáng)化、頸縮）屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率有明顯屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系試驗(yàn)條件

（1）試件的尺寸要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，表面光滑，沒(méi)有孔洞、刻槽等缺陷。試件的標(biāo)定長(zhǎng)度取其直徑的5或10倍。（2）荷載要分級(jí)逐次增加，直到試件破壞。（3）試驗(yàn)溫度要控制在室溫20℃左右。

d標(biāo)準(zhǔn)試件

標(biāo)準(zhǔn)試件在室溫（100C～350C)、以滿足靜力加載的加載速度一次加載所得鋼材的應(yīng)力σ～應(yīng)變?chǔ)徘€顯示的鋼材機(jī)械性能。

OBCDAE無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼材強(qiáng)化階段(DE段)頸縮階段(EF段)F有明顯屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

彈性階段(OB段)屈服階段(BD段)單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?.2％所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力

作為屈服點(diǎn)——“條件屈服點(diǎn)”或“名義屈服點(diǎn)”fy=f0.20.2%fuεp沒(méi)有明顯屈服點(diǎn)的鋼材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有屈服階段，塑性變形小，破壞突然。

無(wú)明顯屈服點(diǎn)鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

伸長(zhǎng)率單向拉伸時(shí)鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)屈服強(qiáng)度f(wàn)y應(yīng)力應(yīng)變曲線開(kāi)始產(chǎn)生塑性流動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力（取屈服階段波動(dòng)部分的應(yīng)力最低值），它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的重要指標(biāo)。極限強(qiáng)度f(wàn)u

應(yīng)力應(yīng)變曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，它是鋼材破壞前所能承受的最大應(yīng)力。鋼材的塑性

當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，鋼材能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立即斷裂的性質(zhì)。塑性好壞可用斷面收縮率

和伸長(zhǎng)率

表示，通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到。屈強(qiáng)比（fy/fu)越小，反映塑性變形的能力越強(qiáng)。試件斷裂前的永久變形與原標(biāo)定長(zhǎng)度的百比。l0—原標(biāo)距長(zhǎng)l1

—拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度d0

—試件直徑試件有兩種標(biāo)距：l0/d0=5和l0/d0=10相應(yīng)的伸長(zhǎng)率用δ5和δ10表示。實(shí)際工程中以伸長(zhǎng)率

代表材料斷裂前具有的塑性變形能力。截面收縮率伸長(zhǎng)率應(yīng)力-應(yīng)變曲線的簡(jiǎn)化模型是指試件拉斷后，頸縮區(qū)的斷面面積縮小值與原斷面面積比值的百分比。

A0

——試件原來(lái)的斷面面積

A1

——試件拉斷后頸縮區(qū)的斷面面積

斷面收縮率

越大，鋼材的塑性越好。由于在測(cè)量試件的斷面面積時(shí)容易產(chǎn)生較大的誤差，因而鋼材塑性指標(biāo)仍然采用伸長(zhǎng)率作為保證要求。A0A1斷面收縮率強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化的依據(jù)：1）鋼材在屈服點(diǎn)之前的性質(zhì)接近理想的彈性體。2）屈服點(diǎn)之后的流幅現(xiàn)象又接近理想的塑性體，并且流幅的范圍（e≈0.15％-2.5％）已足夠用來(lái)考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性變形的發(fā)展。ε2.5%

fy

ε00.15%ε鋼材是符合理想中的彈性-塑性材料

冷彎性能強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)沖擊韌性冷彎性能

沖擊試驗(yàn)的缺口形式韌性鋼材在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力。用斷裂時(shí)吸收的總能量（彈性和非彈性能）來(lái)表示。是衡量鋼材抵抗可能因低溫、應(yīng)力集中、沖擊荷載作用等而致脆性斷裂能力的一項(xiàng)機(jī)械性能。沖擊韌性試驗(yàn)一般采用試件長(zhǎng)55mm，截面10×10mm2，中間一小槽。在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，沖斷試件后，讀出擺錘消耗的功。沖擊韌性試驗(yàn)沖擊韌性

對(duì)韌性的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)

沖擊韌性與試件刻槽（缺口）有關(guān)，常用缺口形式為夏氏V型，夏氏鑰孔型和梅氏U型，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：沖擊試驗(yàn)缺口采用夏氏V型。

沖擊試驗(yàn)試件的缺口形式?jīng)_擊韌性還與試驗(yàn)的溫度有關(guān)。我國(guó)鋼材標(biāo)準(zhǔn)中將試驗(yàn)分為四檔，即+20℃,0℃，-20℃和-40℃時(shí)的沖擊韌性。溫度越低，沖擊韌性越低。沖擊韌性

對(duì)韌性的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)

鋼材受壓和受剪時(shí)的性能沖擊韌性

可焊性鋼材在單向受壓（短試件）時(shí)，受力性能基本上與單向受拉相同。受剪的情況也相似，但屈服點(diǎn)τy及抗剪強(qiáng)度τu均低于fy和fu；剪變模量G也低于彈性模量E。鋼材受壓和受剪時(shí)的性能

耐久性碳含量在0.12%～0.20%范圍內(nèi)的碳素鋼，可焊性最好（如Q235B）。對(duì)于高強(qiáng)度低合金鋼中，低合金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ81-2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》推薦使用碳當(dāng)量來(lái)衡量低合金鋼的可焊性。當(dāng)碳當(dāng)量小于0.38%，鋼材的可焊性好(如Q345)，可不采取措施直接施焊。

可焊性

可焊性—指采用一般焊接工藝就可達(dá)到合格焊縫性能。具體表現(xiàn)為：

施工上—正常焊接工藝下，焊縫不出現(xiàn)裂紋口

使用上－焊縫力學(xué)性能不低于母材力學(xué)性能鋼材可焊性與碳、合金元素的含量有關(guān)，需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)鑒定可焊性的好壞、確定焊接工藝要求影響鋼材性能的主要因素耐久性

化學(xué)成分的影響影響鋼材性能的主要因素化學(xué)成分的影響鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響溫度的影響冷加工硬化和時(shí)效硬化復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響應(yīng)力集中的影響荷載類型的影響防止脆性斷裂的方法生產(chǎn)過(guò)程的影響抗腐蝕性化學(xué)成分的影響軋制的影響

1.偏析金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊性變壞。3.裂紋鋼材中存在的微觀裂紋。

2.非金屬夾雜指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、氧化物，他們使鋼材性能變脆。4.氣泡澆鑄時(shí)由FeO和C作用所生成的CO氣體不能充分逸出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。5.分層澆鑄時(shí)的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響薄厚鋼板的特點(diǎn)鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響溫度的影響鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響正溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響℃fufyδE溫度的影響防火措施在室溫～200℃范圍，鋼材強(qiáng)度、彈模、塑性、韌性沒(méi)大的變化；在250℃左右時(shí)，鋼材抗拉強(qiáng)度↑，而沖擊韌性↓，稱“藍(lán)脆”（表面呈藍(lán)色)，應(yīng)避免鋼材在藍(lán)脆溫度范圍進(jìn)行熱加工；超過(guò)300℃后，屈服強(qiáng)度↓、極限強(qiáng)度↓，塑性顯著↑達(dá)到600℃時(shí)，強(qiáng)度已很低，不能承載。負(fù)溫度的影響溫度的影響冷加工硬化和時(shí)效硬化的影響2-2沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖脆性破壞兩種破壞均有塑性破壞轉(zhuǎn)變溫度區(qū)沖擊斷裂功試驗(yàn)溫度T1T0T2T從室溫下降時(shí)，鋼材強(qiáng)度略有提高，而塑性和沖擊韌性↓(變脆)。溫度下降到某一數(shù)值時(shí)，鋼材的沖擊韌性突然急劇↓↓，稱低溫冷脆。沖擊功曲線的反彎點(diǎn)T0稱為轉(zhuǎn)變溫度。界限溫度T1和T2分別為脆性轉(zhuǎn)變溫度和全塑性轉(zhuǎn)變溫度。在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使環(huán)境溫度高于T1，但不要求高于T2。溫度的影響冷作硬化設(shè)計(jì)要求

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般不利用冷加工硬化造成的強(qiáng)度提高，而且對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)還應(yīng)設(shè)法消除冷加工硬化的影響，如將局部硬化部分用刨邊或擴(kuò)鉆予以消除。時(shí)效硬化人工時(shí)效時(shí)效硬化應(yīng)變時(shí)效硬化鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后，鐵素體晶體中的固溶碳和氮更容易析出，從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化現(xiàn)象。人工時(shí)效為加快測(cè)定鋼板時(shí)效后的性能，可先使鋼材產(chǎn)生10%的塑性變形，再加熱到200~300℃，然后冷卻到室溫進(jìn)行試驗(yàn)，這樣可使時(shí)效在幾小時(shí)內(nèi)完成，稱為人工時(shí)效。

目的有些重要結(jié)構(gòu)要求對(duì)鋼材進(jìn)行人工時(shí)效，然后測(cè)定其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)期的抗脆性破壞能力。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的影響2-3第四能量強(qiáng)度理論材料由彈性轉(zhuǎn)入塑性的強(qiáng)度指標(biāo)用變形時(shí)單位體積中積聚的能量來(lái)表達(dá)推導(dǎo)當(dāng)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下變形能等于單軸受力時(shí)的變形能時(shí)，鋼材即由彈性轉(zhuǎn)入塑性。oZXY單元體受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的分量單元體受主應(yīng)力鋼材單元體上的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件三向應(yīng)力狀態(tài)下鋼材的屈服條件應(yīng)力狀態(tài)的簡(jiǎn)化

在三向應(yīng)力作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的條件，可以用折算應(yīng)力和鋼材在單向應(yīng)力時(shí)的屈服點(diǎn)相比較來(lái)判斷。（2-1）用主應(yīng)力、、表示時(shí)，有:（2-4）或當(dāng) 時(shí)鋼材處于彈性階段 時(shí)鋼材處于塑性階段VonMises屈服條件復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件不同受力狀態(tài)對(duì)鋼材性能的影響當(dāng)鋼材厚度較薄時(shí)，厚度方向的應(yīng)力很小，?？珊雎圆挥?jì)，這時(shí)三向應(yīng)力狀態(tài)可以簡(jiǎn)化為平面應(yīng)力狀態(tài)：

一般梁中只存在正應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ，則上式可寫為：（2-2）純剪時(shí)σ=0則有：（2-3）鋼材的剪切屈服點(diǎn)是拉伸屈服點(diǎn)的0.58倍復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件三向應(yīng)力的影響不同受力狀態(tài)對(duì)鋼材材性的影響（a）—單向拉伸（b）—雙向拉伸（c）—雙向異號(hào)應(yīng)力分析結(jié)果：

（1）相對(duì)于單向拉伸而言，鋼材在鋼材在雙向拉力作用下屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，但是塑性下降。雙向應(yīng)力作用下對(duì)鋼材材性的影響σ0ε(a)(b)(c)（3）主應(yīng)力異號(hào)時(shí)，易屈服，破壞呈塑性，差別越大越明顯。

（2）主應(yīng)力同號(hào)時(shí)，不易屈服，塑性下降，越接近越明顯。應(yīng)力集中的影響同號(hào)的三向主應(yīng)力作用三個(gè)主應(yīng)力相差不大時(shí)（s1

s2

s3

）時(shí)，即使各主應(yīng)力很高，材料也很難進(jìn)入屈服和有明顯的變形，但是由于高應(yīng)力的作用，聚集在材料內(nèi)的體積改變應(yīng)變能很大，因而材料一旦遭到破壞，便呈現(xiàn)出無(wú)明顯癥兆的脆性破壞特征。不同受力狀態(tài)對(duì)鋼材材性的影響應(yīng)力集中的影響在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，此時(shí)截面中的應(yīng)力分布不再保持均勻，而是在一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，形成所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。

應(yīng)力集中現(xiàn)象應(yīng)力集中的影響荷載類型的影響由于結(jié)構(gòu)鋼材塑性很好，在靜力荷載作用下，能使應(yīng)力進(jìn)行重分布，直到構(gòu)件全截面的應(yīng)力都達(dá)到屈服強(qiáng)度，應(yīng)力集中一般不影響構(gòu)件的靜力極限承載力。有應(yīng)力集中的鋼材，材性變脆。應(yīng)力集中處常常產(chǎn)生三向的同號(hào)拉應(yīng)力，易使鋼材開(kāi)裂時(shí)也沒(méi)有明顯的塑性變形（脆斷）。應(yīng)力集中對(duì)塑性良好的鋼結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度影響不大，但是對(duì)負(fù)溫下或動(dòng)力荷載作用下的結(jié)構(gòu)的不利影響很大。應(yīng)力集中的影響防止脆性斷裂的方法荷載可分為靜力和動(dòng)力兩大類1.加荷速度的影響

這是加載過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。加荷速度過(guò)快，構(gòu)件來(lái)不及變形，得到的屈服點(diǎn)也高，且呈脆性。特別在低溫時(shí)對(duì)鋼材性能的影響要比常溫下大得多。因此，試驗(yàn)時(shí)需規(guī)定加載速度；靜力加載試驗(yàn)一般應(yīng)加載5分鐘后再讀數(shù)據(jù)。2.循環(huán)荷載的影響鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會(huì)逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞（疲勞破壞）。荷載類型的影響正確制造外因鋼材在構(gòu)造和加工工程中引起的應(yīng)力集中、低溫影響、動(dòng)力荷載的作用、冷作硬化和應(yīng)變時(shí)效硬化等內(nèi)因鋼材的化學(xué)成分、組織構(gòu)造和缺陷等(1）合理的選用鋼材;(2）對(duì)于低溫工作和受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)使所選鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度;(3)盡量使用較薄的型鋼和板材，使其具有良好的沖擊韌性;(4）設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要合理，避免構(gòu)件截面的突然改變，使之能均勻、連續(xù)的傳遞應(yīng)力，從而減小構(gòu)件的應(yīng)力集中。影響鋼材出現(xiàn)脆性破壞的因素合理設(shè)計(jì)防止脆性斷裂的方法合理使用正確制造(1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，不得隨意進(jìn)行鋼材代換，不得隨意將螺栓連接改為焊接連接，不得隨意加大焊縫厚度。(2)為了避免冷作硬化現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)采用鉆孔或沖孔后再擴(kuò)鉆的方法，以及對(duì)剪切邊進(jìn)行刨邊。(3)為了減少焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)力集中，應(yīng)該制定合理的焊接工藝和技術(shù)措施，并由考試合格的焊工施焊，必要時(shí)可采用熱處理方法消除主要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。(4)焊接中不得在構(gòu)件上任意打火起弧，影響焊接的質(zhì)量，應(yīng)按照規(guī)范的要求進(jìn)行。防止脆性斷裂的方法鋼材的疲勞合理使用(1)不得隨意改變結(jié)構(gòu)使用用途或超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu)。(2)原設(shè)計(jì)在室溫工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)時(shí)要注意保暖。(3)不要在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接或附加零件懸掛物。(4)避免因生產(chǎn)和運(yùn)輸不當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)造成的撞擊或機(jī)械損傷。(5)平時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)注意檢察和維護(hù)。

防止脆性斷裂的方法疲勞斷裂的過(guò)程定義：鋼材在循環(huán)荷載作用下，應(yīng)力雖然低于極限強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，但仍然會(huì)發(fā)生斷裂破壞，這種破壞形式就稱為疲勞破壞。破壞特點(diǎn)：（3）疲勞對(duì)缺陷十分敏感。

（2）疲勞破壞的斷口與一般脆性破壞的斷口不同。一般脆性破壞后的斷口平直，呈有光澤的晶粒狀或人字紋。而疲勞破壞的主要斷口特征是放射和年輪狀花紋。疲勞破壞的特征（1）破壞時(shí)塑性變形很小，突然破壞，屬于脆性破壞范疇，危險(xiǎn)性大。疲勞斷裂過(guò)程疲勞破壞的實(shí)例疲勞破壞斷口疲勞破壞的原因疲勞斷裂破壞實(shí)例疲勞破壞的實(shí)例疲勞分類疲勞斷裂破壞實(shí)例引起疲勞破壞的交變荷載不同進(jìn)行分類疲勞分類變幅疲勞常幅交變荷載----常幅應(yīng)力----常幅疲勞變幅交變荷載----變幅應(yīng)力----變幅疲勞

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（n，疲勞壽命）常幅疲勞影響疲勞強(qiáng)度的因素當(dāng)應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力幅隨機(jī)變化時(shí)為變幅疲勞。情形一能夠測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律ΔσiΔσ2Δσ1Δσi-1σt變幅荷載情形二不能測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律

變幅疲勞影響疲勞強(qiáng)度的因素變幅疲勞情形一能夠測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律情形二不能測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律

常幅疲勞計(jì)算影響疲勞強(qiáng)度的因素？疲勞計(jì)算構(gòu)件和連接的類別

疲勞計(jì)算采用容許應(yīng)力幅法，按彈性狀態(tài)計(jì)算。只適用于無(wú)高溫（t≤150℃）、無(wú)嚴(yán)重腐蝕環(huán)境中的高周低應(yīng)變的疲勞計(jì)算（應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n≥5×104)。（2-5）n——應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；C、β——參數(shù)，根據(jù)表2-2中的構(gòu)件和連接的類別按表2-3采用。常幅疲勞計(jì)算

對(duì)于焊接部位的設(shè)計(jì)應(yīng)力幅:=max-min

；

對(duì)于非焊接部位的折算應(yīng)力幅：=max-0.7min

max 每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位的最大拉應(yīng)力（取正值）

min

每次應(yīng)力循環(huán)中，計(jì)算部位的最小拉應(yīng)力或壓應(yīng)力 （拉應(yīng) 力取正值，壓應(yīng)力取負(fù)值）；[

] 常幅疲勞的容許應(yīng)力幅;焊接結(jié)構(gòu)的疲勞疲勞計(jì)算的構(gòu)件和連接分類容許應(yīng)力幅與鋼材的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，這表明不同種類的鋼材具有相同的抗疲勞性能。焊接結(jié)構(gòu)的疲勞通過(guò)大量試驗(yàn)研究表明，控制焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命最主要的因素是構(gòu)件和連接的類型、應(yīng)力幅Ds以及循環(huán)次數(shù)n，而與應(yīng)力比無(wú)關(guān)。焊縫部位存在殘余拉應(yīng)力，通常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度f(wàn)y，該處是產(chǎn)生和發(fā)展疲勞裂紋最敏感的區(qū)域。最大：最小：真實(shí)應(yīng)力比：殘余應(yīng)力的分布焊縫附近真實(shí)應(yīng)力比的大小取決于應(yīng)力幅Ds的大小變幅疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算方法

e—等效常幅疲勞應(yīng)力幅。[

]—常幅疲勞的容許應(yīng)力幅。

情形一能夠測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律變幅疲勞計(jì)算等效常幅疲勞應(yīng)力幅計(jì)算不能測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律計(jì)算

若能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在使用壽命期間各種荷載的應(yīng)力幅以及次數(shù)分布所構(gòu)成的設(shè)計(jì)應(yīng)力譜，則根據(jù)累積損傷原理可將變幅疲勞折合為等效常幅疲勞，將隨機(jī)變化的應(yīng)力幅折算為等效應(yīng)力幅

e按下式進(jìn)行疲勞計(jì)算：(2-7)Σni 以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)表示的結(jié)構(gòu)預(yù)期使用壽命；

ni 預(yù)期壽命內(nèi)應(yīng)力幅水平達(dá)到

i的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)變幅疲勞計(jì)算吊車梁參數(shù)取值表格情形二不能測(cè)得使用期內(nèi)應(yīng)力變幅規(guī)律

設(shè)計(jì)重級(jí)工作制吊車的吊車梁和重級(jí)、中級(jí)工作制吊車桁架時(shí)，應(yīng)力幅是按滿載得出的，實(shí)際上常常發(fā)生不同程度欠載情況。如果沒(méi)有對(duì)實(shí)際應(yīng)力幅的統(tǒng)計(jì)資料，即屬本情形。使用欠載效應(yīng)系數(shù)，按常幅疲勞進(jìn)行計(jì)算。

（2-9）

—欠載效應(yīng)的等效系數(shù)—循環(huán)次數(shù)為n=2×106次的容許應(yīng)力幅。變幅疲勞計(jì)算疲勞計(jì)算應(yīng)注意的問(wèn)題1.00.80.5重級(jí)工作制硬鉤吊車重級(jí)工作制軟鉤吊車梁中級(jí)工作制吊車

f吊車梁類別表2-4吊車梁或吊車桁架欠載效應(yīng)系數(shù)59697890103118144176N/mm2[

]n=2×10687654321連接形式類別表2-5n=2×106的容許應(yīng)力幅值變幅疲勞計(jì)算2)疲勞驗(yàn)算采用的是容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法，而不是以概率論為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。這主要是因?yàn)楹附訕?gòu)件焊縫周圍的力學(xué)性能非常復(fù)雜，目前還沒(méi)有較好試驗(yàn)或數(shù)值方法對(duì)其進(jìn)行以概率論為基礎(chǔ)的研究。疲勞計(jì)算應(yīng)注意的問(wèn)題3)疲勞計(jì)算采用的是容許應(yīng)力幅法，計(jì)算公式是以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的，實(shí)驗(yàn)中已包含了動(dòng)力的影響，故荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值且不乘動(dòng)力系數(shù)，應(yīng)力幅按彈性工作計(jì)算。1)當(dāng)n≥105時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。疲勞計(jì)算應(yīng)注意的問(wèn)題鋼材的鋼種、鋼號(hào)及選擇5）對(duì)于只有壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開(kāi)展，則不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，不必進(jìn)行疲勞計(jì)算。4）國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)證明，大多數(shù)焊接連接類別的疲勞強(qiáng)度不受鋼材強(qiáng)度的影響，故可認(rèn)為疲勞容許應(yīng)力幅與鋼種無(wú)關(guān)。6）提高疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命的措施 （ａ）采取合理構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，盡可能減少應(yīng)力集中； （ｂ）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，減小初始裂紋尺寸； （ｃ）采取必要的工藝措施如打磨、敲打等。疲勞計(jì)算應(yīng)注意的問(wèn)題碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)及特點(diǎn)碳素結(jié)構(gòu)鋼1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的表達(dá)方式由（屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法符號(hào)）四個(gè)部分組成。2)質(zhì)量等級(jí)符號(hào)是根據(jù)鋼材的化學(xué)成分和沖擊韌性不同化分為A、B、C、D共4個(gè)質(zhì)量等級(jí)。3)脫氧方法符號(hào)也有四種，其中F代表沸騰鋼，b代表半鎮(zhèn)靜鋼，Z代表鎮(zhèn)靜鋼，TZ代表特種鎮(zhèn)靜鋼，在具體標(biāo)注時(shí)Z和TZ可以省略。4）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》將Q235牌號(hào)的鋼材選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。其化學(xué)成分和脫氧方法、拉伸和沖擊試驗(yàn)以及冷彎試驗(yàn)結(jié)果均應(yīng)符合規(guī)范GB/T700的要求。牌號(hào)表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼沖擊韌性的規(guī)范規(guī)定碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235－表示方法沖擊韌性的規(guī)范規(guī)定低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1)含碳量均不大于0.20％，強(qiáng)度的提高主要依靠添加少量幾種合金元素來(lái)達(dá)到，但合金元素的總量低于5％。2)牌號(hào)為Q345，Q390,Q420的鋼材都有較高的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性和焊接性能，被《規(guī)范》選為承重結(jié)構(gòu)用鋼。3)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)命名與碳素結(jié)構(gòu)鋼相似，只是質(zhì)量等級(jí)分為A、B、C、D、E五等，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼采用的脫氧方法均為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，故可不加脫氧方法的符號(hào)，例如Q345—B，Q390—D，Q420—E。4)鋼材的化學(xué)成分和拉伸、沖擊、冷彎試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足規(guī)范GB/T1591要求。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼表示方法低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼低合金鋼Q345－表示方法鋼絲1)磷、硫等有害元素的含量均不大于0.035％，對(duì)于其他缺陷的限制也較嚴(yán)格。2)主要用作制造冷拔高強(qiáng)鋼絲、高強(qiáng)螺栓以及自攻螺釘?shù)?。?yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T699-1988)鋼絲、平行鋼絲索、鋼絞線、鋼絲繩的總稱。 鋼索優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、鋼索平行鋼絲索鋼絲鋼絞線平行鋼絲索鋼絲繩鋼絞線專用結(jié)構(gòu)鋼鋼絲繩鋼材的選擇原則2)耐候鋼在鋼材冶煉時(shí)加入少量的合金元素如Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等，提高鋼材的耐腐蝕性能。也稱為耐大氣腐蝕鋼。例如15MnCuCr—QT鋼表示含碳量為0.15%，合金元素為錳、銅、鉻的淬火加回火熱處理耐候鋼。3)連接用鋼鋼結(jié)構(gòu)連接中的鉚釘、高強(qiáng)度螺栓、焊條用鋼絲等，也采用滿足各自連接件要求的專門用鋼。

專用結(jié)構(gòu)鋼1)專用結(jié)構(gòu)鋼的鋼號(hào)用在相應(yīng)鋼號(hào)后再加上專業(yè)用途代號(hào)（壓力容器、橋梁、船舶和鍋爐用鋼材的專業(yè)用途代號(hào)分別為R、q、C和g）來(lái)表示。鋼材選擇的建議鋼材的選擇原則2-4鋼材選擇的建議1）承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700和《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591的規(guī)定。當(dāng)采用其他牌號(hào)的鋼材時(shí)，應(yīng)符合相應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。2）承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚具有含碳量的合格保證。

3）對(duì)于需要驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)和非焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有沖擊韌性的合格保證。鋼材選擇的建議常用鋼材的規(guī)格4）重要的受拉或受彎的焊接構(gòu)件中，厚度大于等于16mm的鋼材應(yīng)具有常溫沖擊韌性合格的保證。5)當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用Z向鋼時(shí)，其材質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《厚度方向性能鋼板》GB/T5313的規(guī)定。

6)對(duì)于外露環(huán)境，且對(duì)大氣腐蝕有特殊要求的或在腐蝕性氣態(tài)和固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)，宜采用耐候鋼，其質(zhì)量要求應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《焊接耐候鋼》GB/T4172的規(guī)定。鋼材選擇的建議常用鋼材的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼材主要有熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼。熱軋鋼板熱軋鋼板1)分為厚鋼板、薄鋼板和扁鋼。2)表示方法：在符號(hào)“-”后加“寬度×厚度×長(zhǎng)度”

3)供應(yīng)規(guī)格（單位：mm）

厚度寬度長(zhǎng)度厚鋼板4.5-60600-30004000-12000薄鋼板0.35-4500-1500500-4000扁鋼4-6012-2003000-9000熱軋型鋼熱軋型鋼—角鋼常用的熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼、鋼管等。角鋼1)分為等邊和不等邊兩種。2）表示方法為在符號(hào)“∟”后加“長(zhǎng)邊寬×短邊寬×厚度”（對(duì)不等邊角鋼），或加“邊長(zhǎng)×厚度”（對(duì)等邊角鋼）。3）我國(guó)生產(chǎn)的角鋼最大邊長(zhǎng)為200mm，角鋼的供應(yīng)長(zhǎng)度一般為4-19m?！现珜挾取林穸?/p>

等邊角鋼∠長(zhǎng)肢寬度×短肢寬度×肢厚度

不等邊角鋼鋼材的規(guī)格1)分為普通工字鋼、輕型工字鋼和H型工字鋼三種。3)H型鋼的基本類型分為寬翼緣（HW），中翼緣（HM）和窄翼緣（HN）三類，表示方法為在代號(hào)后加“高度×寬度×腹板厚度×翼緣厚度”。2）普通工字鋼的型號(hào)用符號(hào)“工”后面加截面高度的厘米數(shù)表示，20號(hào)以上的工字鋼，又按腹板的厚度不同，分為a、b或a、b、c等類別，輕型工字鋼的表示方法同普通工字鋼。4）普通工字鋼的型號(hào)為10-63號(hào)，輕型工字鋼的型號(hào)為10-70號(hào)，供應(yīng)長(zhǎng)度為5-19m。槽鋼熱軋型鋼—工字鋼槽鋼

1)分為普通槽鋼和輕型槽鋼兩種。2）表示方法和工字鋼相似。3）國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的最大型號(hào)為［40c。供應(yīng)長(zhǎng)度為5-19m。tD鋼管

1)分為無(wú)縫鋼管和焊接鋼管兩種

。2）型號(hào)可用代號(hào)“D”后加“外徑×壁厚”表示。

3）國(guó)產(chǎn)熱軋無(wú)縫鋼管的最大外徑可達(dá)630mm，供應(yīng)長(zhǎng)度為3-12m。

冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板熱軋型鋼冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板冷彎薄壁型鋼（壁厚1.5-6mm）和壓型鋼板（壁厚0.4-1.6mm），截面形式和尺寸均可按受力特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)，能充分利用鋼材的強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。在國(guó)內(nèi)外輕鋼建筑結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用。我國(guó)目前建筑鋼材存在的主要問(wèn)題我國(guó)目前建筑鋼材存在的主要問(wèn)題

國(guó)外鋼材品種和鋼號(hào)簡(jiǎn)介1）厚板可焊性差，Q345等厚板焊接時(shí)，易出現(xiàn)層狀撕裂。應(yīng)采用Z向鋼，即《厚度方向性能鋼板GB5313》，要求沿厚度方向有良好的抗層狀撕裂性能，用厚度方向拉力試驗(yàn)的斷面收縮率來(lái)評(píng)定。應(yīng)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特厚鋼。2）高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼在冷彎薄壁型鋼中的應(yīng)用尚未解決好，不能滿足輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的需要,主要應(yīng)解決其沖壓性差的問(wèn)題。3）我國(guó)現(xiàn)只能生產(chǎn)鍍鋅鋼板，不能生產(chǎn)抗腐蝕性能更好的鍍鋁鋅鋼板，需引進(jìn)生產(chǎn)線或?qū)＠麃?lái)解決。4）型材品種規(guī)格還不能滿足建筑需要，要開(kāi)發(fā)生產(chǎn)薄壁熱軋H型鋼等。5）建筑用高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼品種太少，生產(chǎn)耐火鋼。鋼材品種比較表國(guó)外鋼材品種和鋼號(hào)簡(jiǎn)介

各國(guó)的鋼號(hào)基本上是以強(qiáng)度等級(jí)來(lái)劃分，表示方式為：

字首符號(hào)鋼材的強(qiáng)度值鋼材質(zhì)量等級(jí)

字首符號(hào)：美國(guó)采用A(Alloy)；日本采用SS（一般結(jié)構(gòu)用軋制鋼材，第一個(gè)S為Steel的第一個(gè)字母）、SM（焊接結(jié)構(gòu)用軋制鋼材）、SMA（焊接結(jié)構(gòu)用耐候性軋制鋼材）等；德國(guó)采用St（德文鋼Stahl）；意大利采用Fe；法國(guó)采用A、E等；獨(dú)聯(lián)體各國(guó)采用C（俄文鋼的第一個(gè)字母）；英國(guó)無(wú)字首符號(hào)。

鋼材的強(qiáng)度值:單位一般為N/mm2，但美國(guó)為Ksi(千磅／英寸2)。強(qiáng)度值有的采用fu，有的采用fy。ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、歐共體各國(guó)、日本等采用fu，美國(guó)、獨(dú)聯(lián)體各國(guó)等采用fy。

鋼材質(zhì)量等級(jí):分為A、B、C、D、E等。鑄鋼品種比較表各國(guó)鋼材品種與我國(guó)鋼材品種對(duì)應(yīng)表中國(guó)美國(guó)日本英國(guó)法國(guó)德國(guó)俄羅斯Q235A36SS400SM400SMA40040E24St37C235Q345A572-50SM490YASM490YBSM52050DE36St44C345Q390A572-60SM57050FA50St50C390Q420A572-65A60St60C440結(jié)束國(guó)外鑄鋼品種與我國(guó)鑄鋼品種對(duì)應(yīng)表中國(guó)(GB)美國(guó)日本(JIS)英國(guó)(BS)法國(guó)(NF)德國(guó)（DIN）前蘇聯(lián)(TOCT)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）ASTMUNSZG200-400—J01700SC360AW1,CLA9E20-40MGS-38GS-CK1615Л200-400ZG230-450LC8J03003SC410CLA1Gr.BE23-45MGS-52GS-CK2525Л230-450ZG270-500—J04000SC480A2—GS-60GS-6235Л270-480ZG310-57080-40J05002SCC5A3AW2—GS-70GS-CK4545Л340-550ZG340-640—J05000————55Л—鋼結(jié)構(gòu)的連接焊縫連接螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法連接的方式----焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接連接的原則安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際連接圖片鋼結(jié)構(gòu)的連接方法焊縫連接焊縫連接20世紀(jì)初開(kāi)始在工程結(jié)構(gòu)上較廣泛應(yīng)用。焊接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一。*構(gòu)造簡(jiǎn)單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連；*用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面；*制作加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；*連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好。

優(yōu)點(diǎn)焊縫連接缺點(diǎn)*焊縫附近有熱影響區(qū)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；*焊接的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞、降低壓桿穩(wěn)定的臨界荷載，殘余變形使結(jié)構(gòu)形狀、尺寸發(fā)生變化；*焊接裂縫一經(jīng)發(fā)生，便容易擴(kuò)展到整體；*低溫冷脆問(wèn)題較為突出；*對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的疲勞、穩(wěn)定有不利影響；*較多地依賴焊工的技能水平。焊縫連接鉚釘連接19世紀(jì)20～30年代出現(xiàn)鉚釘連接。把鉚釘加熱到1000～1500℃，用鉚釘槍鉚合。*塑性和韌性較好；*傳力可靠，質(zhì)量易于檢查和保證；*可用于承受動(dòng)載的重型結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)*工藝復(fù)雜，噪音大，勞動(dòng)條件差，用鋼量大；*現(xiàn)已很少采用。缺點(diǎn)鉚釘連接栓釘連接*栓釘將鋼板與混凝土板連接起來(lái)；*栓釘承受剪力。栓（焊）釘連接射釘、自攻螺釘、新型鉚釘連接*用于薄壁構(gòu)件（壓型鋼板屋面板、墻板與梁、柱）連接；*釘承受剪力。射釘、自攻螺釘、新型鉚釘連接螺栓連接1）C級(jí)螺栓連接：用圓鋼制成，桿身粗糙，尺寸不很準(zhǔn)確。主要用于受拉連接和安裝螺栓。2）A、B級(jí)螺栓連接：螺桿機(jī)加工制成，尺寸準(zhǔn)確，孔加工精度高。制造安裝費(fèi)工。A級(jí)：d≤24mm，l≤150mmh和10d，B級(jí)：d>24mm，l>150mmh和10d。普通螺栓連接普通螺栓連接精制螺栓粗制螺栓代號(hào)A級(jí)和B級(jí)C級(jí)強(qiáng)度等級(jí)5.6級(jí)和8.8級(jí)4.6級(jí)和4.8級(jí)加工方式車床上經(jīng)過(guò)切削而成單個(gè)零件上一次沖成加工精度螺桿與栓孔直徑之差為0.25～0.5mm螺桿與栓孔直徑之差為1.5～3mm抗剪性能好較差經(jīng)濟(jì)性能價(jià)格高價(jià)格經(jīng)濟(jì)用途構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)（機(jī)械結(jié)構(gòu)）；在鋼結(jié)構(gòu)中很少采用沿螺栓桿軸受拉的連接；次要的抗剪連接；安裝的臨時(shí)固定普通螺栓連接高強(qiáng)螺栓連接20世紀(jì)中鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)始采用。高強(qiáng)度螺栓采用高強(qiáng)度鋼材并經(jīng)熱處理制成。擰緊螺栓使板件接觸面產(chǎn)生很大摩擦力，依靠摩擦力傳力。連接緊密，耐疲勞，承受動(dòng)載可靠。是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一。高強(qiáng)螺栓連接高強(qiáng)螺栓連接

高強(qiáng)度螺栓是高強(qiáng)螺桿和配套螺母的合稱。由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼經(jīng)過(guò)熱處理加工而成。

45號(hào)－8.8級(jí)；40B和20MnTiB－10.9級(jí)（a）大六角頭螺栓（b）扭剪型螺栓高強(qiáng)螺栓連接比較高強(qiáng)螺栓連接高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓承壓型連接傳力機(jī)理利用預(yù)拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的摩擦力，外力通過(guò)摩擦力來(lái)傳遞允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺孔之間的承壓來(lái)傳力栓孔直徑＝螺桿的公稱直徑+1.5～2.0mm＝螺桿的公稱直徑+1.0～1.5mm特點(diǎn)剪切變形小，彈性性能好，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接和承壓型連接比較高強(qiáng)螺栓連接優(yōu)缺點(diǎn)高強(qiáng)螺栓連接*安裝方便，便于拆卸，對(duì)安裝工的要求高；*摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接動(dòng)力性能好；*耐疲勞，易阻止裂紋擴(kuò)展；優(yōu)點(diǎn)*需要在板件上開(kāi)孔和拼裝時(shí)對(duì)孔，制造工作量大；*螺栓孔還使構(gòu)件截面削弱；*被連接的板件需要相互搭接或另加拼接板，比焊接連接多費(fèi)鋼材。缺點(diǎn)螺栓連接鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法高強(qiáng)螺栓連接優(yōu)缺點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法電弧焊埋弧焊電渣焊氣體保護(hù)焊電阻焊手工電弧焊熔化焊手工電弧焊原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材形成焊縫。

手工電弧焊優(yōu)點(diǎn)：方便，適用于任意空間位置的焊接，特別適用于在高空和野外作業(yè)，小型焊接。缺點(diǎn)質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。手工電弧焊手工電弧焊手工電弧焊焊條的選擇焊條應(yīng)與焊件鋼材（主體金屬）相適應(yīng)。Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500--E5518)Q345鋼選擇E50型焊條(E5001--E5048)Q235鋼選擇E43型焊條（E4300--E4328)焊條的表示方法：E—焊條(Electrode)第1、2位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度（kgf/mm2)第3、4表示適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。埋弧焊手工電弧焊電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器焊劑漏斗焊劑熔渣焊件埋弧自動(dòng)焊機(jī)器優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限。焊絲的選擇應(yīng)與焊件等強(qiáng)度。埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）電渣焊電渣焊電渣焊電渣焊常用于箱形梁、柱內(nèi)部的橫隔板焊接。氣體保護(hù)焊電渣焊氣體保護(hù)焊利用焊槍噴出的CO2或其他惰性氣體代替焊劑的電弧溶焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍形成保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入。

優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有熔渣，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。目前工廠很常用的焊接方法。缺點(diǎn)：施工條件受限制，不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。電阻焊電阻焊焊縫類型焊縫類型按被連接構(gòu)件間的相對(duì)位置分為對(duì)接、搭接、T形連接和角接四種。按構(gòu)造分:對(duì)接焊縫、角焊縫。按工作性質(zhì)分：強(qiáng)度焊縫（只作為傳遞內(nèi)力）、密強(qiáng)焊縫（除傳遞內(nèi)力外，還須保證不使氣體或液體滲漏）。按施焊位置分：俯焊(平焊)、立焊、橫焊和仰焊。應(yīng)盡量避免采用仰焊焊縫。焊縫連接形式焊縫形式對(duì)接焊縫連接形式對(duì)接焊縫按受力與焊縫方向分：1）正對(duì)接焊縫(a)：作用力方向與焊縫方向正交。2）斜對(duì)接焊縫(b)：作用力方向與焊縫方向斜交。焊縫形式T型對(duì)接焊縫正對(duì)接焊縫斜對(duì)接焊縫角焊縫連接形式角焊縫按受力與焊縫方向分：1）正面角焊縫(c)：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。2）側(cè)面角焊縫(c)：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向平行。3）斜焊縫（c）：作用力方向與焊縫方向斜交。角焊縫形式角焊縫連接形式角焊縫沿長(zhǎng)度方向的布置

1）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。

2）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，不重要或受力小的構(gòu)件可采用。焊縫的施工位置角焊縫形式焊縫的施工位置平焊立焊橫焊仰焊焊縫的特點(diǎn)焊縫特點(diǎn)焊縫缺陷焊縫缺陷指焊接過(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。焊縫缺陷焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)：檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。（超聲波檢驗(yàn)、X射線或g射線透照或拍片）焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017--2003）中，對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定：1）需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。平行于作用力方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級(jí)。2）在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的受拉對(duì)接焊縫應(yīng)不低于二級(jí)；受壓時(shí)宜為二級(jí)。

3）重級(jí)工作制和起重量Ｑ＞50t的中級(jí)工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的Ｔ形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，質(zhì)量不應(yīng)低于二級(jí)。4）角焊縫質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，但對(duì)直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量Q＞50t的中級(jí)工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級(jí)。焊縫質(zhì)量等級(jí)及選用焊縫代號(hào)焊縫代號(hào)對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求對(duì)接焊縫的坡口形式對(duì)接焊縫的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊縫。坡口形式與焊件厚度有關(guān)。

對(duì)接焊縫的坡口形式a）直邊縫：適合板厚t

10mm

b）單邊V形、c）雙邊V形：適合板厚t＝10～20mmd）U形、e）K形、f）X形：適合板厚t>20mm

對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求對(duì)接焊縫的構(gòu)造處理墊板墊板墊板根部加墊板對(duì)接焊縫的引弧板引弧板對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求1）為防止熔化金屬流淌必要時(shí)可在坡口下加墊板。2）在焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時(shí)可設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它們割除。對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求3）在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面過(guò)渡和緩，減小應(yīng)力集中。不同厚度或?qū)挾鹊匿摪迤唇觓)改變厚度b)改變寬度≤1:2.5≤1:2.5對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求對(duì)接焊縫的強(qiáng)度

1）受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等。2）一、二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等。3）三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%。4）采用一般的材料力學(xué)、彈性力學(xué)計(jì)算公式對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造要求軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算（3-1a）lw——焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，t——連接件的較小厚度，對(duì)T形接頭為腹板的厚度

;ftw、fcw——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（P9表1-4）；1）對(duì)lw的取值：考慮到起落弧缺陷的影響，無(wú)引弧板時(shí)，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；有引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度。2）在一般加引弧板施焊的情況下，所有受壓、受剪的對(duì)接焊縫以及受拉的一、二級(jí)焊縫，均與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算。

3）直對(duì)接焊縫需要計(jì)算焊縫強(qiáng)度的只有兩種情況：a)沒(méi)有引弧板時(shí)需要計(jì)算。b)受拉情況下的三級(jí)焊縫。軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算斜對(duì)接焊縫b

對(duì)接焊縫斜向受力是指作用力通過(guò)焊縫重心，并與焊縫長(zhǎng)度方向呈

夾角，其計(jì)算公式為：l’w——斜焊縫計(jì)算長(zhǎng)度。加引弧板時(shí)，l’w＝b/sinq；不加引弧板時(shí)，l’w＝b/sinq－2t。

fvw——對(duì)接焊縫抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。（P9表1-4）規(guī)范規(guī)定，當(dāng)斜焊縫傾角q≦56.3°，即tanq≦1.5時(shí)，可認(rèn)為對(duì)接斜焊縫與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算。斜向受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算水工鋼結(jié)構(gòu)軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算按容許應(yīng)力法計(jì)算水工鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，其計(jì)算公式為：N——按荷載標(biāo)準(zhǔn)值得出的軸心拉力或壓力；[σtw][σcw]——對(duì)接焊縫抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。（P12表1-9）水工鋼結(jié)構(gòu)軸心受力對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算彎矩和剪力作用的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算以后按容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，只需要將相應(yīng)公式里的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值改用相應(yīng)的容許應(yīng)力，荷載效應(yīng)N、V、M是按荷載標(biāo)準(zhǔn)值求得。焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件。

彎矩和剪力共同作用下的對(duì)接焊縫彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算彎矩和剪力作用的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件。

（3-3）M——焊縫承受的彎矩；Ww——焊縫截面模量。V——焊縫承受的剪力；Iw——焊縫計(jì)算截面慣性矩；Sw——計(jì)算剪應(yīng)力處以上（或以下）焊縫計(jì)算截面對(duì)中和軸的面積矩。彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算彎矩和剪力作用的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算（3-2）對(duì)于工字形或T形截面除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力與最大剪應(yīng)力外，還應(yīng)驗(yàn)算腹板與翼緣交接處的折算應(yīng)力:（3-4）式中:1、1——為腹板與翼緣交接處的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。

1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)，而將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高系數(shù)。

彎矩和剪力聯(lián)合作用下的對(duì)接焊縫工字形截面梁在彎曲時(shí)，彎曲正應(yīng)力主要由上、下翼緣承擔(dān)，剪應(yīng)力主要由腹板承擔(dān)，這使得截面上各處的材料能達(dá)到充分的利用。彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算軸力、彎矩和剪力作用的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算軸力、彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算牛腿處對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算軸力、彎矩和剪力聯(lián)合作用下的對(duì)接焊縫軸力和彎矩作用下對(duì)接焊縫產(chǎn)生正應(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生剪應(yīng)力，其計(jì)算公式為：（3-5）（3-6）

同樣對(duì)于工字形、箱形截面，還要計(jì)算腹板與翼緣交界處的折算應(yīng)力，其公式為：

（3-7）式中軸力、彎矩和剪力作用對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算角焊縫的形式和強(qiáng)度角焊縫按截面形式（兩焊腳邊的夾角）可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。（a）（b）（c）實(shí)際焊縫截面1、直角角焊縫角焊縫的形式和強(qiáng)度角焊縫的形式和強(qiáng)度hf—焊腳尺寸；he—有效厚度（破壞面上焊縫厚度）并有，he＝hfcos45°=0.7hf理論焊縫截面2、斜角角焊縫兩焊邊的夾角a>90°或a<90°的焊縫。通常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。（d）斜銳角焊縫（e）斜鈍角焊縫（f）斜凹面角焊縫hehehe

—焊腳邊的夾角；

he—有效厚度（破壞面上焊縫厚度）并有，he＝hfcos/2對(duì)于α>135o或α<60o斜角角焊縫,除鋼管結(jié)構(gòu)外,不宜用作受力焊縫。角焊縫的形式和強(qiáng)度角焊縫的破壞形式側(cè)面角焊縫的破壞形式正面角焊縫的破壞形式正面角焊縫的破壞形式角焊縫的受力特性角焊縫荷載與變形關(guān)系

斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。正面角焊縫的破壞強(qiáng)度比側(cè)面角焊縫高。

q為試驗(yàn)焊縫與試件水平方向的夾角。角焊縫的受力特性角焊縫的計(jì)算模型角焊縫的計(jì)算模型角焊縫的構(gòu)造d

c

b

a

dcbahehfhf面積？為了保證焊縫的最小承載能力以及防止焊縫由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開(kāi)裂，hf,min應(yīng)滿足以下要求:

最小焊腳尺寸(hf,min)角焊縫的焊腳尺寸自動(dòng)焊（溫度高而均勻）：手工焊角焊縫：t—較厚焊件的厚度。焊件厚度t≤4mm時(shí)：取hfmin=tT形連接單面角焊縫（冷卻快）：角焊縫的焊腳尺寸hfmax≤1.2t

t—較薄焊件的板厚。最大焊腳尺寸(hfmax)

對(duì)板件（厚度t）邊緣的角焊縫（貼邊焊）

當(dāng)t≤6mm時(shí)，hfmax≤t； 當(dāng)t＞6mm時(shí)，hfmax≤t-(1～2)mm。

為了避免焊縫局部過(guò)熱，燒穿較薄的焊件，減小焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，hf,max應(yīng)滿足以下要求:

直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)的尺寸不宜大于支管壁厚的2倍。對(duì)于圓孔或槽孔內(nèi)的角焊縫尺寸不宜大于圓孔直徑或槽孔短徑的1/3。角焊縫的焊腳尺寸角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度（lw）取值lwmin≤lw

≤lwmax

焊腳尺寸的取值hfmin≤hf≤hfmax最小計(jì)算長(zhǎng)度（lwmin）為了使焊縫能有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，側(cè)面角焊縫和正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度均不得小于：lwmin≥8hf和40mm考慮到焊縫兩端的缺陷，其實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hflwmax≤60hf

若計(jì)算長(zhǎng)度超過(guò)以上數(shù)值，則超過(guò)部分不納入計(jì)算長(zhǎng)度中。若內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度不受此限制。

側(cè)焊縫最大計(jì)算長(zhǎng)度（lwmax）角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度減少角焊縫應(yīng)力集中的措施tblw側(cè)焊縫引起焊件拱曲為了避免焊縫橫向收縮引起板件的拱曲太大，b≤16t（t>12mm）或200mm（t≤12mm）；構(gòu)件端部?jī)H有兩邊側(cè)縫連接時(shí)試驗(yàn)結(jié)果表明，連接的承載力與b/lw有關(guān)。為了避免應(yīng)力傳遞的過(guò)分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，每條側(cè)縫長(zhǎng)度b

/lw≤1；b為兩側(cè)縫之間的距離；lw為焊縫長(zhǎng)度；t為較薄焊件的厚度。減小角焊縫應(yīng)力集中的措施減少角焊縫應(yīng)力集中的措施3、直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，角焊縫表面應(yīng)做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：正面角焊縫宜為1:1.5，長(zhǎng)邊與內(nèi)力方向一致；側(cè)面角焊縫可用直角焊縫為1:1。2、僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍或25mm。4、當(dāng)焊縫端部在焊件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)將焊縫延續(xù)繞過(guò)轉(zhuǎn)角加焊2hf。避開(kāi)起落弧發(fā)生在轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。b)2hfa)2hf2hf繞角焊縫減小角焊縫應(yīng)力集中的措施減少角焊縫應(yīng)力集中的措施5、在次要構(gòu)件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫的長(zhǎng)度不得小于10hf或50mm，斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應(yīng)大于15t（對(duì)受壓構(gòu)件）或30t（對(duì)受拉構(gòu)件），t為較薄焊件的厚度。以防板件局部凸曲鼓起，而對(duì)受力不利或潮氣易于侵入而引起銹蝕。斷續(xù)角焊縫減小角焊縫應(yīng)力集中的措施直角焊縫的破壞面角焊縫有效截面上的應(yīng)力在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個(gè)應(yīng)力：

—正應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面外垂直）

∥—剪應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面內(nèi)平行）

—剪應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面內(nèi)垂直）

直角焊縫有效截面上的應(yīng)力狀態(tài)（3-8）ffw——角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（見(jiàn)P9表1-4），把它看作是剪切強(qiáng)度。我國(guó)《規(guī)范》采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項(xiàng)系數(shù)后得角焊縫計(jì)算公式為：直角焊縫強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算公式

如圖所示承受互相垂直的Nx、

Ny、Nz軸心力作用的直角角焊縫，

Nx產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向平均應(yīng)力

fx，

Ny產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向平均應(yīng)力

fy，

Nz平行于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力

fz，

直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式Nx作用下應(yīng)力D

如圖所示承受互相垂直的Nx、

Ny、Nz軸心力作用的直角角焊縫，

Nx產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向平均應(yīng)力

fx，

Ny產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向平均應(yīng)力

fy，

Nz平行于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力

fz，

直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式Nx作用下應(yīng)力

NyDNxNx產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力

fx，其在有效截面上引起的應(yīng)力值為：

fx對(duì)于有效截面既不是正應(yīng)力也不是剪應(yīng)力，但可分解為

和

。直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式Ny作用下應(yīng)力

NyNxNy產(chǎn)生垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力

fy，其在有效截面上引起的應(yīng)力值為：

fy對(duì)于有效截面既不是正應(yīng)力也不是剪應(yīng)力，但可分解為

和

。直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式Nz作用下應(yīng)力

NyNx沿焊縫長(zhǎng)度方向的力Nz，在有效截面上引起平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力

fz。直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式破壞面上應(yīng)力疊加D（3-8）直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式直角焊縫強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算公式

NyNx則直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計(jì)算公式為：（3-8）（3-9）直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式特殊情況下直角焊縫強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算公式正面角焊縫

f＝0，力N與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。側(cè)面角焊縫

f＝0，力N與焊縫長(zhǎng)度方向平行。（3-11）（3-10）直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式斜向角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算

f

——正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。靜載時(shí)

f

＝1.22，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，

f

＝1.0。

垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的分力Nsin

平行于焊縫長(zhǎng)度方向的分力Ncos

外力N和焊縫長(zhǎng)度方向斜交代入（3-9），得焊縫計(jì)算公式：斜向角焊縫

（3-13）軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算直角焊縫強(qiáng)度實(shí)用計(jì)算公式軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算

當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過(guò)連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。用蓋板的對(duì)接連接僅采用側(cè)面角焊縫連接NNlwSlw－連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算（3-10）軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算

當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過(guò)連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。用蓋板的對(duì)接連接僅采用正面角焊縫連接Slw－連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和（3-11）NNlw軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算采用三面圍焊菱形拼接板連接為了使傳力線平緩過(guò)渡，減小矩形拼接板轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，可改為菱形拼接板，菱形拼接板的正面角焊縫的長(zhǎng)度較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可不考慮應(yīng)力方向，按下式計(jì)算：Slw－角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和NN軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算采用三面圍焊矩形拼接板連接NNlwlw’先計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力Slw′－連接一側(cè)的正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和再計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度Slw－連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算承受軸心力的角鋼端部連接

在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫常用兩面?zhèn)群?，或三面圍焊，特殊情況也允許采用L形圍焊（如圖所示）。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。桁架腹桿節(jié)點(diǎn)板的連接軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算NN1N2eb角鋼的側(cè)縫連接用側(cè)面焊縫連接解上式得肢背和肢尖的受力為：（3-16a）（3-16b）

在N1、N2作用下，側(cè)縫的計(jì)算長(zhǎng)度為：肢背肢尖K1—角鋼肢背焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)K2—角鋼肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K（和圖3-22一致）軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算角鋼用三面圍焊時(shí)，可減小角鋼的搭接長(zhǎng)度?？上燃俣ㄕ娼呛缚p的焊腳尺寸hf3，并算出它所能承受的內(nèi)力N3

：（3-17a）通過(guò)平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為:（3-17b）角鋼角焊縫圍焊的計(jì)算NN1N2ebN3lw2lw1在N1、N2作用下，側(cè)焊縫的長(zhǎng)度用公式同前面。軸心力作用時(shí)的角焊縫計(jì)算軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算當(dāng)采用L形圍焊時(shí)，令N2＝0，得：L形圍焊角焊縫計(jì)算公式為：若求出得hf3大于hfmax

,則不能采用L形圍焊。復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算角鋼角焊縫L圍焊的計(jì)算NN1N2ebN3lw1軸心力（拉、壓和剪力）作用時(shí)的角焊縫計(jì)算受彎矩M、剪力V、軸力N聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算由軸心拉力Nx產(chǎn)生的應(yīng)力：由彎矩M產(chǎn)生的最大應(yīng)力：復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算A點(diǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力：A點(diǎn)控制應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)A點(diǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力由兩部分組成：軸心拉力Nx和彎矩M產(chǎn)生的正應(yīng)力。直接疊加得：代入角焊縫實(shí)用計(jì)算公式（3-13）：復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算三面圍焊受扭矩、剪力和軸力聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算承受偏心力的三面圍焊將F向焊縫群形心簡(jiǎn)化得:軸心力V＝F扭矩T=Fe故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為A點(diǎn)和A’點(diǎn)計(jì)算時(shí)按彈性理論假定:①被連接件絕對(duì)剛性，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而焊縫本身為彈性。②扭距在角焊縫群上產(chǎn)生的任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長(zhǎng)度r成正比。③在軸心力V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算0TVr復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算NT作用下A點(diǎn)應(yīng)力:Ip——為焊縫計(jì)算截面對(duì)形心的極慣性矩，Ip=Ix+Iy

Ix，Iy——焊縫計(jì)算截面對(duì)x、y軸的慣性矩；xmax、ymax——為焊縫形心到焊縫驗(yàn)算點(diǎn)在x、y方向的距離。復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算V作用下A點(diǎn)應(yīng)力:N作用下A點(diǎn)應(yīng)力:復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫計(jì)算復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算A點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為:

vy，

Ty，平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為:

Nx,

Tx強(qiáng)度驗(yàn)算公式：（3-21）焊接殘余應(yīng)力的分類復(fù)雜受力時(shí)的角焊縫連接計(jì)算焊接殘余應(yīng)力的分類▲縱向焊接應(yīng)力：長(zhǎng)度方向的應(yīng)力▲橫向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力；▲厚度方向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力的成因焊接殘余應(yīng)力的成因1)焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻過(guò)程，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫處可達(dá)1600oC，而鄰近區(qū)域溫度驟降。縱向焊接殘余應(yīng)力2)高溫鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度低、膨脹小的鋼材限制，產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮，焊縫冷卻時(shí)被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側(cè)鋼材的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，該拉應(yīng)力可以使鋼材達(dá)到屈服強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力的成因3)焊接殘余應(yīng)力是無(wú)荷載的內(nèi)應(yīng)力，故在焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力的成因焊接殘余應(yīng)力的成因橫向焊接殘余應(yīng)力1)

焊縫的縱向收縮，使焊件有反向彎曲變形的趨勢(shì)，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處中部受拉，兩端受壓；焊接殘余應(yīng)力的成因焊接殘余應(yīng)力的成因(a)焊縫縱向收縮時(shí)的變形趨勢(shì)-+-(b)焊縫縱向收縮時(shí)的橫向應(yīng)力xy橫向焊接殘余應(yīng)力2)焊接時(shí)已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力；應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)。焊接殘余應(yīng)力的成因焊接殘余應(yīng)力的成因+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時(shí)的橫向應(yīng)力xy(a)焊縫縱向收縮時(shí)的變形趨勢(shì)-+-(b)焊縫縱向收縮時(shí)的橫向應(yīng)力xy+-+施焊方向(c)焊縫橫向收縮時(shí)的橫向應(yīng)力xy-++施焊方向(e)-+-施焊方向(d)xyyx不同施焊方向下,焊縫橫向收縮時(shí)產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力的成因--+(f)焊縫橫向殘余應(yīng)力yx焊接殘余應(yīng)力的成因沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力1)在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。2)焊接時(shí)沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力。3)因此，除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力

x，

y外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力

z，這三種應(yīng)力形成同號(hào)(受拉)三向應(yīng)力，大大降低連接的塑性。焊接殘余變形的產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力的成因在施焊時(shí)，由于不均勻的加熱和冷卻，焊區(qū)的縱向和橫向受到熱態(tài)塑性壓縮，使構(gòu)件產(chǎn)生變形。表現(xiàn)主要有：縱向收縮和橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。焊接殘余變形焊接殘余變形的產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故：當(dāng)板件全截面達(dá)到fy，即N=Ny時(shí)：結(jié)論：焊接殘余應(yīng)力不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度焊接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響焊接殘余應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，因截面的bt部分拉應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到fy，故該部分剛度為零（屈服），這時(shí)在N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋骸鳓?>△ε2當(dāng)截面上沒(méi)有焊接殘余應(yīng)力時(shí)，在N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋航Y(jié)論：焊接殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)變形增大，即降低了結(jié)構(gòu)的剛度。焊接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響低溫冷脆的影響低溫冷脆的影響對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生三向焊接殘余拉應(yīng)力，阻礙塑性的發(fā)展，使裂縫容易發(fā)生和發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。所以，降低或消除焊接殘余應(yīng)力是改善結(jié)構(gòu)低溫冷脆性能的重要措施。

在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的敏感區(qū)域。因此焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯的不利影響。

對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力使其撓曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力。對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響焊接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響焊接殘余應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能總的影響▲常溫下不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度；

▲增大結(jié)構(gòu)的變形，降低結(jié)構(gòu)的剛度；

▲降低疲勞強(qiáng)度；

▲在厚板或交叉焊縫處產(chǎn)生三向應(yīng)力狀態(tài)，阻礙了塑性 變形，在低溫下使裂紋易發(fā)生和發(fā)展；

▲降低壓桿的穩(wěn)定性。焊接變形的影響▲焊接變形若超出驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定，需花許多工時(shí)去矯正；▲影響構(gòu)件的尺寸和外形美觀，還可能降低結(jié)構(gòu)的承載力，引起事故。焊接應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響焊接應(yīng)力的影響

減少影響的措施（1）采用合理的施焊順序和方向（2）采用反變形法減小焊接變形或焊接應(yīng)力（3）錘擊或碾壓焊縫使焊縫得到延伸（4）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理合理的焊縫設(shè)計(jì)（1）合理的選擇焊縫的尺寸和形式（2）盡可能減少不必要的焊縫（3）合理的安排焊縫的位置（4）盡量避免焊縫的過(guò)分集中和交叉（5）盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力合理的工藝措施減少焊接應(yīng)力和變形的措施焊縫問(wèn)題解法焊縫問(wèn)題解法驗(yàn)算型問(wèn)題（1）已知尺寸和荷載情況，問(wèn)是否滿足設(shè)計(jì)要求。（2）解法①驗(yàn)算是否滿足構(gòu)造條件；②將荷載向焊縫形心簡(jiǎn)化，分析焊縫受力性質(zhì)，確定受力最大點(diǎn)；③按相應(yīng)公式驗(yàn)算。焊縫設(shè)計(jì)型問(wèn)題解法（1）特點(diǎn)已知荷載和連接構(gòu)造情況，需完成連接設(shè)計(jì)。（2）解法①確定連接方式和焊縫布置及受力最大點(diǎn)位置；②依構(gòu)造條件初選hf，按相應(yīng)公式求lw。或者依問(wèn)題定出lw，按相應(yīng)公式求hf。③根據(jù)求出的hf或lw，調(diào)整確定hf和lw的設(shè)計(jì)采用值。④驗(yàn)算hf或lw是否滿足構(gòu)造條件。若不滿足，重選hf，重復(fù)上述過(guò)程，直到滿足為止。設(shè)計(jì)型問(wèn)題

焊縫問(wèn)題解法普通螺栓的種類和特性普通螺栓的種類和特性普通螺栓的排列普通螺栓的排列

螺栓的排列應(yīng)簡(jiǎn)單、統(tǒng)一而緊湊