《鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝教案》教案完整

緒論教案

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緒論

1鋼結(jié)構(gòu)的類(lèi)型及組成

結(jié)構(gòu)：由若干個(gè)構(gòu)件通過(guò)正確連接組成的能夠承受并傳遞荷載和其它間接作用的房

屋骨架。

鋼結(jié)構(gòu)：由鋼板和型鋼經(jīng)過(guò)加工，制作成各種基本構(gòu)件，如梁、桁架、柱、板等構(gòu)

件，然后將這些各種基本構(gòu)件之間按一定的連接方式（焊縫連接、螺栓連接或鉀釘連接,

有些鋼結(jié)構(gòu)還部分采用鋼絲繩或鋼絲束連接）連接組成的結(jié)構(gòu)。

（1）鋼結(jié)構(gòu)的類(lèi)型

1）大跨度結(jié)構(gòu)

2）重工業(yè)廠房：（包鋼廠房）

3）高層建筑：深圳地王大廈

4）高聳構(gòu)筑物：電視塔

5）容器：油罐

6）輕型鋼結(jié)構(gòu)：食堂三樓球形網(wǎng)架、輕型門(mén)式剛架

7）可拆卸和移動(dòng)的結(jié)構(gòu)：（塔吊、起重臂桿）

8）鋼和碎組成的組合結(jié)構(gòu)

（2）鋼結(jié)構(gòu)的組成

1）單層房屋鋼結(jié)構(gòu)的組成

平面結(jié)構(gòu)體系：承重結(jié)構(gòu)體系和附加構(gòu)件；

空間結(jié)構(gòu)體系：平板網(wǎng)架，空間網(wǎng)殼圓屋頂都屬于空間結(jié)構(gòu)體系。

2）多層房屋鋼結(jié)構(gòu)的組成

框架體系、帶支撐的框架體系、筒式結(jié)構(gòu)體系、支撐筒

2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

1）建筑鋼材強(qiáng)度高、重量輕（輕質(zhì)高強(qiáng)）

鋼材強(qiáng)度較高，彈性模量也高，因而鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件小而輕。對(duì)同樣跨度、承受同樣的

荷載的鋼屋架和鋼筋砂屋架，鋼屋架的重量最多不過(guò)鋼筋碎屋架的1/3?1/4,冷彎薄壁

型鋼屋架接近l/10o

在同樣的受力情況下鋼材自重較小，可以作成跨度較大的結(jié)構(gòu)，由于桿件小，也便

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于安裝和運(yùn)輸。

2）塑性、韌性好（拉伸試驗(yàn)、沖擊荷載試驗(yàn)）。

鋼結(jié)構(gòu)的塑性和韌性好，適于承受沖擊和動(dòng)力荷載，有較好的抗震性能。

3）鋼材材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算假定比較符合，可靠性高。

鋼材內(nèi)部組織均勻，各個(gè)方向的物理力學(xué)性能基本相同，接近于各向同性體，且

在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系，故和力學(xué)計(jì)算假定比較符合。

4）鋼結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)便，施工工期短。

5）鋼結(jié)構(gòu)密閉性好。

鋼結(jié)構(gòu)組織致密，有不滲透性和耐高壓性，水密性、氣密性較好，可制成密閉的

板殼結(jié)構(gòu)，常壓和高壓容器結(jié)構(gòu)和大直徑的管道。

補(bǔ)充其他優(yōu)點(diǎn)：

6）鋼結(jié)構(gòu)占有面積小，增加了使用面積。

7）鋼結(jié)構(gòu)易于改造，且減少砂石的用量，減輕了對(duì)不可再生資源的破壞。

8）管線布置方便。

（2）鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

1）鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕性差（在涂油漆以前需徹底除銹）在潮濕和腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中易

發(fā)生銹蝕，需要定期維護(hù)。目前已研制出耐候鋼。

2）鋼結(jié)構(gòu)耐火性差

150℃以上（設(shè)計(jì)規(guī)定）需加以隔熱防護(hù)。

200℃以?xún)?nèi)屈服點(diǎn)、彈性模量下降不多；

200C以上強(qiáng)度急劇下降、發(fā)生蘭脆、徐變現(xiàn)象；

600℃時(shí)進(jìn)入塑性狀態(tài)，承載力基本降為零。

3）鋼材在低溫下可能發(fā)生脆性斷裂（設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意）。

3鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展

（1）鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

1.重工業(yè)廠房：（包鋼廠房）一一重型車(chē)間的承重骨架以及重型設(shè)備支架

2.大跨度結(jié)構(gòu)一一用于鍍跨度的倉(cāng)儲(chǔ)建筑和公共建筑，其結(jié)構(gòu)體系主要采用框架結(jié)

構(gòu)、拱架結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)

3.高聳結(jié)構(gòu)：電視塔、輸電塔、無(wú)線電桅桿等

4.多層、高層和超高層建筑：用于旅館、飯店、住宅等多層、高層建筑，帝王大廈（深

圳）

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5.承受振動(dòng)荷載影響及地震作用的結(jié)構(gòu)

6.板殼結(jié)構(gòu)

7.輕型鋼結(jié)構(gòu)

8.其他特種結(jié)構(gòu)

9.可拆卸和移動(dòng)的結(jié)構(gòu)(塔吊、起重臂桿)

10.與混凝土的組合結(jié)構(gòu)

(2)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展

1.從鋼結(jié)構(gòu)的材料看：鑄鐵、鍛鐵、鋼

2、從鋼結(jié)構(gòu)的連接方式看：銷(xiāo)釘連接、鉀釘連接、焊接連接、高強(qiáng)度螺栓連接

3.從結(jié)構(gòu)形式看：橋梁、塔、工業(yè)及民用房屋和水工結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)、空間大

跨度鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)。

4、從材質(zhì)方面看：高強(qiáng)度低合金鋼、抵抗大氣腐蝕的耐候鋼、抵抗層狀撕裂的Z

向鋼、H型鋼、剖分T型鋼；

(3)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向

1.發(fā)展建筑鋼材

研制與應(yīng)用高效能鋼材，一是研制出高強(qiáng)度而性能好的鋼材，二是采用各種有效措

施，提高鋼材的有效承載力，更好地發(fā)揮鋼材的使用效果，從而節(jié)約鋼材，如改進(jìn)截面

形式。

2.發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)施工工藝

積極開(kāi)發(fā)制造和現(xiàn)場(chǎng)施工中的計(jì)算機(jī)放樣、自動(dòng)切割、打孔技術(shù)。3.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理

論的深入研究從合理和經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，采用以概率為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，而

更為先進(jìn)的全概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法是今后的研究方向，此外彈塑性穩(wěn)定問(wèn)題和屈曲后

的強(qiáng)度也應(yīng)深入研究。

4.發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)

要重視新型鋼結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用，在目前國(guó)內(nèi)發(fā)展較快應(yīng)用較多的是組合梁和鋼管

混凝土結(jié)構(gòu)。

4鋼結(jié)構(gòu)的研究'設(shè)計(jì),制造'安裝'使用的相互關(guān)系

鋼結(jié)構(gòu)的研究、設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用是一個(gè)有機(jī)的體系，各方面之間存在相輔

相成的關(guān)系。

1.使用的需求是鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。

鋼結(jié)構(gòu)具有工業(yè)化程度高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，因而更適合于運(yùn)行節(jié)奏快、勞動(dòng)力

價(jià)格不斷提高的現(xiàn)代社會(huì)。鋼結(jié)構(gòu)自重輕，因而特別適合于大跨度建筑或活載占比例較

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小的建筑結(jié)構(gòu)，在這種條件下應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)能充分體現(xiàn)其在經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性。鋼結(jié)構(gòu)自

重輕，有較好的柔性，因而在軟土地基或地震區(qū)使用鋼結(jié)構(gòu)就顯得更為合理。也就是說(shuō),

鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展有其內(nèi)在的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)原因。從我國(guó)建筑業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)看，目前正處在鋼結(jié)

構(gòu)快速發(fā)展的前期，鋼結(jié)構(gòu)的使用促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的研究、設(shè)計(jì)、制造和安裝技術(shù)的發(fā)展。

2.鋼結(jié)構(gòu)的研究課題源于工程實(shí)踐，其目的是要在一定概率意義上確保工程的安全

并求得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

目前鋼結(jié)構(gòu)的研究主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

(1)新型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的研究：如輕鋼結(jié)構(gòu)體系的研究、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系的研究等。

這是一類(lèi)綜合性的研究，涉及主體結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)、配套材料及施工工藝。這些研究成果可

直接轉(zhuǎn)換為社會(huì)生產(chǎn)力。

(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究：目前對(duì)于一般的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算問(wèn)題已有成熟的計(jì)算方法。

但對(duì)于某些特殊結(jié)構(gòu)形態(tài)及荷載條件下的結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)則還要進(jìn)行深入的分析,

這主要是動(dòng)力問(wèn)題、非線性問(wèn)題、穩(wěn)定問(wèn)題和疲勞問(wèn)題的研究。研究的成果用于指導(dǎo)設(shè)

計(jì)規(guī)范的編制。

目前鋼結(jié)構(gòu)理論研究的一個(gè)主要特點(diǎn)是往往同時(shí)伴隨著計(jì)算軟件的研究和開(kāi)發(fā)。這

使得研究成果可以直接為設(shè)計(jì)人員使用。

(3)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究：試驗(yàn)研究的作用一是可以驗(yàn)證理論研究結(jié)果的正確

性，二是可以發(fā)現(xiàn)并進(jìn)一步闡明某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的特殊受力現(xiàn)象，從而為理論研究和規(guī)范

編制提供依據(jù)。這對(duì)于形態(tài)和受力較為復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)研究特別有效，是理論研究不能替代

的。

(4)制造工藝和安裝方法的研究：鋼結(jié)構(gòu)的建造離不開(kāi)良好的制造和安裝技術(shù)。隨

著鋼結(jié)構(gòu)使用條件的變化，新的設(shè)計(jì)、材料、構(gòu)造形式層出不窮。為此要進(jìn)行大量理論

和實(shí)踐的研究工作，從研制新的設(shè)備、制定制造和安裝工藝標(biāo)準(zhǔn)、直到培訓(xùn)施工技術(shù)人

員。

3.鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括選擇結(jié)構(gòu)類(lèi)型和材料：計(jì)算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定；確定合

理的構(gòu)造形式和具體參數(shù)。

鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)大量的理論研究和試驗(yàn)研究工作；鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還必須密切配合

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制造和安裝工藝。

按國(guó)際慣例，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具體可分為技術(shù)設(shè)計(jì)和施工大樣圖設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。技術(shù)

設(shè)計(jì)要確定結(jié)構(gòu)的形式和材料、結(jié)構(gòu)各部分截面參數(shù)及連接方式。技術(shù)設(shè)計(jì)由專(zhuān)門(mén)的設(shè)

計(jì)單位完成。施工大樣圖設(shè)計(jì)是在技術(shù)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，根據(jù)加工及安裝要求將鋼結(jié)構(gòu)分

解成單個(gè)構(gòu)件，分別畫(huà)出其大樣圖，并注明其加工步驟和工藝要求。這一工作一般由鋼

結(jié)構(gòu)制造廠的技術(shù)人員完成。

4.鋼結(jié)構(gòu)的制造必須遵循設(shè)計(jì)和相應(yīng)的規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

鋼結(jié)構(gòu)制造的前期準(zhǔn)備包括材料準(zhǔn)備和技術(shù)準(zhǔn)備。制造的工序有校正、放樣、下料、

切割、鉆孔、組裝、焊接、整形、表面處理、包裝等。每一道工序均有一定的檢測(cè)方法,

并要求達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，從而確保鋼結(jié)構(gòu)組裝的最終質(zhì)量。

鋼結(jié)構(gòu)的制造除了滿足設(shè)計(jì)要求外，還須滿足運(yùn)輸和安裝條件。要根據(jù)運(yùn)輸條件和

安裝起吊能力來(lái)限定構(gòu)件的大小和重量；要根據(jù)安裝方法及防腐蝕處理方法確定節(jié)點(diǎn)連

接的方式，構(gòu)造要求及實(shí)施步驟。

5.鋼結(jié)構(gòu)的安裝包括安裝方案的確定、安裝實(shí)施過(guò)程及安裝質(zhì)量的檢驗(yàn)。

安裝方案的確立既要考慮結(jié)構(gòu)特征和現(xiàn)有的設(shè)備狀況，也要考慮安全性。凡是利用

結(jié)構(gòu)本身作為安裝支托的一定要經(jīng)設(shè)計(jì)審核，并要考慮設(shè)備安裝、使用和拆卸全過(guò)程。

在選擇方案時(shí)，經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備的先進(jìn)性應(yīng)該兼顧，要從安裝工作的實(shí)際效率和安全性出

發(fā)作出適當(dāng)?shù)倪x擇。

鋼結(jié)構(gòu)的安裝應(yīng)該嚴(yán)格按規(guī)范和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，逐個(gè)構(gòu)件逐段地控制質(zhì)量，一絲不

茍地做好安全保障和設(shè)備保障。

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《鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝》教案

單元一建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材

模塊一鋼結(jié)構(gòu)材料及基本技術(shù)理論

單元一建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材

1建筑鋼材的主要力學(xué)性能

力學(xué)性能又稱(chēng)機(jī)械性能，是衡量鋼材質(zhì)量的重要指標(biāo)。

冶煉、軋制缺陷最終體現(xiàn)在一力學(xué)性能上。

Wriv

圖2.1碳素結(jié)構(gòu)鋼的。-e曲線圖2.2高強(qiáng)度鋼的。-e曲線

1.強(qiáng)度強(qiáng)度和塑性一般由常溫靜載下單向拉伸試驗(yàn)曲線表明。

強(qiáng)度體現(xiàn)材料的承載能力，主要指標(biāo)有屈服點(diǎn)力和抗拉強(qiáng)度加，通過(guò)

靜力拉伸試驗(yàn)得到。

（1）屈服點(diǎn)力

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常把鋼材應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)為作為評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的標(biāo)志。

（2）抗拉強(qiáng)度加

fu~是鋼材承受靜載的極限能力，表示鋼材達(dá)到屈服點(diǎn)后還有多少安全貯備，是抵

抗塑性破壞的重要指標(biāo)。

2.塑性鋼材的塑性為當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，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)。主要指標(biāo)有伸長(zhǎng)率3和斷面收縮率g通過(guò)靜力拉伸試驗(yàn)得到。

（1）伸長(zhǎng)率S反映鋼材斷裂前經(jīng)受變形的能力。S越大，鋼材破壞吸收的應(yīng)變能愈

多，塑性越好。

cLi-Lo

8=X100%

L0/do=5,以65表示；L0/do=10,以610表示。

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（2）截面收縮率”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

分率。

力上裂X100%

Ao

標(biāo)志著鋼材頸縮區(qū)在三向拉應(yīng)力狀態(tài)下的最大塑性變形能力。山越大，塑性越好。

3.韌性

韌性是衡量鋼材在動(dòng)力荷載作用下，抵抗脆性破壞的能力。衡量指標(biāo)沖擊韌性值，用

沖擊試驗(yàn)測(cè)定。

沖擊試驗(yàn)：用帶夏比V形缺口的標(biāo)準(zhǔn)試件，在試驗(yàn)機(jī)上通過(guò)動(dòng)擺施加沖擊荷載，使之

斷裂。由此測(cè)出試件受沖擊荷載發(fā)生斷裂所吸收的沖擊功，即為材料的沖擊韌性值。單位

“J”。

范圍：只有經(jīng)常承受較大動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)、特別是焊接結(jié)構(gòu)低溫工作；

4.冷彎性能

冷彎性能是指鋼材冷加工（常溫）產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)產(chǎn)生裂紋的抵抗能力。冷彎性

能是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下的塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。用冷彎試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。

冷彎試驗(yàn)的目的：

（1）檢驗(yàn)鋼材能否適應(yīng)構(gòu)件加工制作過(guò)程的冷加工工藝；

（2）暴露出鋼材的內(nèi)部缺陷（是否有顆粒組織結(jié)晶狀況、夾雜物分布和夾層、內(nèi)部

微觀裂紋氣泡和夾層）

要求：以試件在冷彎180°后其外側(cè)不出現(xiàn)裂紋和分層為合格。

5.良好的工藝性能（冷加工、熱加工、可焊性）

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服點(diǎn)、碳、

硫磷含量的合格保證；焊接結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證；對(duì)某些承受動(dòng)力荷載

的結(jié)構(gòu)以及重要的受拉或受彎的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有常溫或負(fù)溫沖擊韌性的合格保證；

2各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響

1、化學(xué)成份

碳素結(jié)構(gòu)鋼基本元素是Fe（99%）

其它元素約占1%—但對(duì)鋼材的性能有決定性影響（強(qiáng)度、塑性、韌性、可焊性）

1.碳（c）：含量增加時(shí)鋼材強(qiáng)度增加，塑性降低，冷彎性能、沖擊韌性，尤其是低

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溫下的沖擊韌性也會(huì)降低，還會(huì)使鋼材的可焊性和防銹性能降低。

2.硅（si）：強(qiáng)脫氧劑，可以提高鋼材強(qiáng)度，對(duì)塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性

沒(méi)有明顯影響。

3.鎰（Mn）：弱脫氧劑，可以提高鋼材強(qiáng)度，對(duì)塑性、冷彎性能、沖擊韌性不會(huì)過(guò)多

降低。還可改善冷脆的傾向。

4.硫（S）磷（P）：有害雜質(zhì)，S一熱脆，P-冷脆。

5.氧、氮（0、N）：有害雜質(zhì)，0-熱脆，N-冷脆。

2、軋制與冶金缺陷

常見(jiàn)現(xiàn)象：偏析、非金屬雜質(zhì)、裂紋、分層

3、鋼材的硬化

（1）冷作硬化（應(yīng)變硬化）

冷拉、冷彎、沖孔機(jī)械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高鋼材的屈服

點(diǎn)，降低鋼材的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷作硬化。

（2）時(shí)效硬化

在高溫中熔化于鐵中的少數(shù)氮和碳（N、C）隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸從純鐵中析出，形成

自由碳化物和氮化物，對(duì)純鐵的塑性變形起抑制作用。強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降、（亦

稱(chēng)老化）

分為：人工時(shí)效、自然時(shí)效

注意：在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化后所提高的強(qiáng)度；有些重要的鋼結(jié)構(gòu)要求對(duì)人工

時(shí)效后的鋼材檢驗(yàn)其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有抗脆性破壞的能力。

4、溫度的影響

鋼材隨溫度變動(dòng)而有所變化，總的趨勢(shì)是：溫度升高，鋼材強(qiáng)度降低，應(yīng)變?cè)龃?；?/p>

之，溫度降低，鋼材強(qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和韌性都會(huì)降低而變脆。

5、應(yīng)力集中

鋼結(jié)構(gòu)的工作性能和力學(xué)性能指標(biāo)都是以軸心受拉桿件中的應(yīng)力在截面均勻分布的

情況作為基礎(chǔ)的。

實(shí)際上鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件有著存在著孔洞、槽口、凹角、截面突變、內(nèi)部缺陷一應(yīng)力分布

不再均勻一應(yīng)力集中

原因：構(gòu)造情況（靜載一不考慮應(yīng)力集中）

6.反復(fù)荷載作用的影響

1.鋼材的疲勞斷裂的概念

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教案首頁(yè)

鋼材的疲勞斷裂是微觀裂紋在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。

鋼材的疲勞強(qiáng)度取決于應(yīng)力集中（或缺口效應(yīng)）和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。

2、破壞機(jī)理

過(guò)程：

（1）截面幾何形狀突然改變處的應(yīng)力集中，對(duì)疲勞很為不利，在高峰應(yīng)力形成雙向

或三向同號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，在反復(fù)應(yīng)力作用下，首先在應(yīng)力高峰處出現(xiàn)微觀裂紋一宏觀裂縫。

（2）在反復(fù)荷載的繼續(xù)作用下，裂縫不斷開(kāi)展、AeI、應(yīng)力集中現(xiàn)象tt一裂縫增

加。

（3）在雙向或三向同號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，材料的塑性變形受到限制，因此，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)

到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，裂縫的開(kāi)展使截面削弱過(guò)多經(jīng)不住外力的作用，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂,

產(chǎn)生鋼材疲勞破壞。

（4）存在殘余應(yīng)力，在交變荷載作用下，加劇疲勞破壞。

注：鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞：屬高周低應(yīng)變疲勞。即總應(yīng)變幅小，破壞前荷載循環(huán)次數(shù)多。

分為：人工時(shí)效、自然時(shí)效

注意：在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化后所提高的強(qiáng)度；有些重要的鋼結(jié)構(gòu)要求對(duì)人工

時(shí)效后的鋼材檢驗(yàn)其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有抗脆性破壞的能力。

4、溫度的影響

鋼材隨溫度變動(dòng)而有所變化，總的趨勢(shì)是：溫度升高，鋼材強(qiáng)度降低，應(yīng)變?cè)龃螅环?/p>

之，溫度降低，鋼材強(qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和韌性都會(huì)降低而變脆。

5、應(yīng)力集中

鋼結(jié)構(gòu)的工作性能和力學(xué)性能指標(biāo)都是以軸心受拉桿件中的應(yīng)力在截面均勻分布的

情況作為基礎(chǔ)的。

實(shí)際上鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件有著存在著孔洞、槽口、凹角、截面突變、內(nèi)部缺陷一應(yīng)力分布

不再均勻一應(yīng)力集中

原因：構(gòu)造情況（靜載一不考慮應(yīng)力集中）

6.反復(fù)荷載作用的影響

1.鋼材的疲勞斷裂的概念

鋼材的疲勞斷裂是微觀裂紋在連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展直至斷裂的脆性破壞。

鋼材的疲勞強(qiáng)度取決于應(yīng)力集中（或缺口效應(yīng)）和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。

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教案首頁(yè)

2、破壞機(jī)理

過(guò)程：

（1）截面幾何形狀突然改變處的應(yīng)力集中，對(duì)疲勞很為不利，在高峰應(yīng)力形成雙向

或三向同號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，在反復(fù)應(yīng)力作用下，首先在應(yīng)力高峰處出現(xiàn)微觀裂紋一宏觀裂縫。

（2）在反復(fù)荷載的繼續(xù)作用下，裂縫不斷開(kāi)展、AeI、應(yīng)力集中現(xiàn)象tt一裂縫增

加。

（3）在雙向或三向同號(hào)拉應(yīng)力場(chǎng)，材料的塑性變形受到限制，因此，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)

到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，裂縫的開(kāi)展使截面削弱過(guò)多經(jīng)不住外力的作用，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂,

產(chǎn)生鋼材疲勞破壞。

（4）存在殘余應(yīng)力，在交變荷載作用下，加劇疲勞破壞。

注：鋼結(jié)構(gòu)的疲勞破壞：屬高周低應(yīng)變疲勞。即總應(yīng)變幅小，破壞前荷載循環(huán)次數(shù)多。

設(shè)計(jì)規(guī)定：當(dāng)循環(huán)次數(shù)N25X104,應(yīng)進(jìn)行疲勞計(jì)算。

為了防止脆性破壞的發(fā)生，一般需要在設(shè)計(jì)，制造及使用中注意下列各點(diǎn)：

（1）合理的設(shè)計(jì)構(gòu)造應(yīng)力求合理，使能均勻、連續(xù)地傳遞應(yīng)力，避免構(gòu)件截面

劇烈變化。對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)，可參考焊接連接的內(nèi)容。低溫下工作受動(dòng)力作用的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)選

擇合適的鋼材，使所用鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度低于結(jié)構(gòu)的工作溫度，例如分別選用Q235-C

（或D）、Q345-C（或D）鋼等，并盡量使用較薄的材料。

（2）正確的制造應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)對(duì)制造所提出的技術(shù)要求，例如盡量避免使材

料出現(xiàn)應(yīng)變硬化，因剪切、沖孔而造成的局部硬化區(qū)，要通過(guò)擴(kuò)鉆或刨邊來(lái)除掉；要正確

地選擇焊接工藝，保證焊接質(zhì)量，不在構(gòu)件上任意起弧、打火和錘擊，必要時(shí)可用熱處理

的方法消除重要構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力；重要部位的焊接，要由經(jīng)過(guò)考試挑選的有經(jīng)驗(yàn)的

焊工操作。

（3）正確的使用例如：不在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接附加的零件，不任意懸掛重物,

不任意超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu)；要注意檢查維護(hù)，及時(shí)油漆防銹，避免任何撞擊和機(jī)械損傷；原

設(shè)計(jì)在溫室工作的結(jié)構(gòu)，在冬季停產(chǎn)檢修時(shí)要注意保暖等。

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教案首頁(yè)

3建筑用鋼材的種類(lèi)'規(guī)格及選擇

1.鋼材的種類(lèi)

按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼；

結(jié)構(gòu)鋼分為：建筑用鋼和機(jī)械用鋼；

按治煉方法分：轉(zhuǎn)爐鋼（氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼）、平爐鋼；

按脫氧方法分：沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）；

按成形方法分：軋制鋼（冷軋、熱軋）鍛鋼、鑄鋼；

按化學(xué)成分分：碳素鋼、合金鋼；

建筑上采用的是碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q,屈服點(diǎn)數(shù)值，質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D）,脫氧方

法符號(hào)等四個(gè)部分按順序組成。

其中A級(jí)只保證抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率，必要時(shí)可附加冷彎；B、C、D均保證抗

拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率、冷彎、沖擊韌性（-20℃、0℃、20℃）o

例：Q235-B?F

Q235-C

一般將碳素結(jié)構(gòu)鋼按屈服點(diǎn)，數(shù)值分為五個(gè)牌號(hào)：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275（根

據(jù)鋼材厚度直徑W16mm）（1#、2#、3#V、4#、5#、）

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

在碳素鋼中加入合金元素可較好的改善鋼材機(jī)械性能，加入合金元素的碳素鋼稱(chēng)為合

金鋼。（合金元素含量W5%稱(chēng)為低合金鋼）

牌號(hào)

新標(biāo)準(zhǔn)不用鋼的品種表示鋼的牌號(hào)，采用與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同的鋼的牌號(hào)表示法，仍然

依據(jù)鋼材厚度dWl6mm時(shí)的屈服點(diǎn)大小。

牌號(hào)：Q345、Q390、Q420、Q460

質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D、E

注：E（主要要求-40℃的沖擊韌性）

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般為鎮(zhèn)靜鋼。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

2鋼材的品種和規(guī)格

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教案首頁(yè)

鋼結(jié)構(gòu)采用的型材有熱軋成型的鋼板、型鋼。

1、鋼板

1.鋼板類(lèi)型：厚鋼板（4.5~60nlm）、薄鋼板（0.35~4nlm）、扁鋼；

2.鋼板的表示方法：在符號(hào)“一”后加“寬度X厚度X長(zhǎng)度”

如：-600X10X1200（mm）

3,鋼板的規(guī)格：

厚鋼板：厚度為4.5?60mm,寬度為600?3000mm,長(zhǎng)4?12m。

薄鋼板：厚度為0.35?4mm,寬度為500~1500mm,長(zhǎng)0.5?4m。

扁鋼：厚度為4?60nlm,寬度為12?200mm,長(zhǎng)3?9m。

2、型鋼

1）角鋼

等邊角鋼“L”后加“肢寬X肢厚”L100X10

不等邊角鋼“L”后加“長(zhǎng)肢X短肢X肢厚”L100X80X8

2）工字鋼包括普通工字鋼、輕型工字鋼

工字鋼：用號(hào)數(shù)表示，號(hào)數(shù)即為其截面高度的厘米數(shù)，20號(hào)以上的工字鋼，同一號(hào)數(shù)

有三種不同的腹板厚度分別為a、b、c三類(lèi)。長(zhǎng)度為5?19m。

3）熱軋H型鋼

熱軋H型鋼：HW（寬）、HM（中）、HN（窄）一T

表示方法：高度HX寬度BX腹板厚度tiX翼緣厚度tz；

例：HM340X250X9X14

4）熱軋剖分T型鋼

TW（寬）、TM（中）、TN（窄）一

表示方法：高度HX寬度BX腹板厚度翼緣厚度t?；

TM170X250X9X14

5）槽鋼普通槽鋼、輕型槽鋼30a

a、b、c表示腹板厚，從［14a、（b）以14cm起有不同腹板厚，用其截面高度的cm數(shù)

表示，長(zhǎng)度為5?19m。

6）鋼管：無(wú)縫鋼管、焊接鋼管

7）冷彎薄壁型鋼

薄壁型鋼是用薄鋼板（一般采用Q235、Q345鋼）經(jīng)模壓或彎曲而制成，其壁厚1.5?

12mm。

3、壓型鋼板

壓型鋼板采用熱鍍鋅鋼板或彩色鍍鋅鋼板，經(jīng)輻壓冷彎成各種波型、具有輕質(zhì)，高強(qiáng)

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教案首頁(yè)

美觀、耐用、施工方便、抗震、防火等特點(diǎn)。

保溫要求：采用雙層鋼板中間夾保溫層（超細(xì)玻璃纖維棉或巖棉）；

尺寸：寬以50nlm為模數(shù)，長(zhǎng)500nlm為模數(shù)，厚4nim,長(zhǎng)4m。

太空板

太空板采用高強(qiáng)水泥發(fā)泡工藝制備的人工輕石為芯材，以玻璃纖維網(wǎng)（或纖維束）增

強(qiáng)的上下水泥面層及鋼邊肋（或碎邊肋）復(fù)合而成的新型輕質(zhì)屋面板材。具有剛度好，強(qiáng)

度高，延性好等特點(diǎn)，有良好的結(jié)構(gòu)性能和工程應(yīng)用前途。

常用尺寸：3X3m\1.5X6m\3X3m2

4、厚度方向性能鋼板

高層及超高層鋼結(jié)構(gòu)柱，常由厚鋼板組成。

厚鋼板的層狀撕裂發(fā)生階段：焊接過(guò)程中受力過(guò)程中

層狀撕裂的機(jī)理：殘留在鋼材中的非金屬薄片，也就是一種微裂紋，在沿板厚方向拉

力作用下，這些微裂紋將擴(kuò)展，并逐漸連通，最后形成貫通的階梯狀裂縫而突然斷裂。

層狀撕裂一般發(fā)生在板厚方向有較大拉應(yīng)力時(shí)。

焊接節(jié)點(diǎn)的焊縫冷卻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生收縮變形。若鋼板很厚或有加勁肋甚至相鄰板件的約

束，鋼板不能自由變形，會(huì)在垂直于板面方向產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力。這種局部應(yīng)力可能數(shù)

倍于材料的屈服極限，致使鋼板產(chǎn)生焊后層狀撕裂。

引起層狀撕裂的因素：鋼材的化學(xué)成分;鋼板和型鋼的輻軋工藝;焊接工藝；節(jié)點(diǎn)的構(gòu)

造型式。

《厚度方向性能鋼板》GB5313鋼板厚度方向性能級(jí)別：Z15、Z20、Z25

3鋼材的選用

1、選用原則：保證結(jié)構(gòu)安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)約鋼材

2、考慮因素：選擇鋼材應(yīng)考慮的因素有：

1）結(jié)構(gòu)的重要性：

2）荷載情況

3）連接方法

4）工作條件（結(jié)構(gòu)所處的溫度和環(huán)境）

5）鋼材的厚度

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教案首頁(yè)

《施秸構(gòu)喇作與安裝》教案

單元2鋼結(jié)構(gòu)的連接

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單元二鋼結(jié)構(gòu)的連接

課題1鋼結(jié)構(gòu)連接的種類(lèi)'特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為三種：釧釘連接和螺栓連接、焊縫連接。

（a）焊縫連接（b）鉀釘連接（c）螺栓連接

鋼結(jié)構(gòu)的連接必須遵循安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材的原則。

連接接頭應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，要有適宜于施行連接手段的足夠空間。

焊縫連接

焊縫連接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。

1、優(yōu)點(diǎn)：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。

2、缺點(diǎn)：

1）在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；

2）焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；

3）焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體。

二.鉀釘連接

1、優(yōu)點(diǎn)：連接處塑性、韌性好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，在一些重型、直接承受

動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，有時(shí)仍然采用。

2、缺點(diǎn)：構(gòu)造復(fù)雜、費(fèi)鋼費(fèi)工、現(xiàn)已很少采用。

三.螺栓連接

1、優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單、安裝方便，特別是用于工地安裝連接，工程進(jìn)度和質(zhì)量

易保證，裝拆方便，適用于需裝拆結(jié)構(gòu)連接和臨時(shí)連接。

2、缺點(diǎn)：需制孔，拼裝和安裝需對(duì)孔，增加了工作量，且對(duì)制造的精度要求高；

螺栓開(kāi)孔對(duì)截面有削弱，有時(shí)需增設(shè)輔助連接件，用料增加，構(gòu)造復(fù)雜。

教案首頁(yè)

課題2焊縫方法'焊縫形式及標(biāo)注

一、焊接方法

常用焊接方法是電弧焊，包括手工電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊。

L手工焊

(1)原理

(2)常用的焊條：E43、E50、E55o

E一表示電焊條

XX一表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度的最小值(430N/mm2)

選用焊條時(shí)，應(yīng)與主題金屬匹配。一般情況下，Q235采用E43,Q345采用E50,Q390、

Q420采用E55。

不同強(qiáng)度的兩種鋼材相焊，宜采用低組配方案，即宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊

條。如：Q235、Q345兩種鋼材相焊，宜采用Q235。

2.埋弧焊：自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊

3.氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方

法。它直接依靠保護(hù)氣體在電弧周?chē)斐删植康谋Ｗo(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。

二、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。

采用的焊縫有對(duì)接焊縫、角焊縫兩種基本形式。

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。

特點(diǎn)：(a)由于相互連接的兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，因而傳力均勻平緩，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。

(b)用雙層蓋板和角焊縫的對(duì)接連接，這種連接傳力不均勻、費(fèi)料、但施工簡(jiǎn)便,

所連接兩板的間隙大小無(wú)需嚴(yán)格控制。

(c)用角焊縫的搭接連接，特別適用于不同厚度構(gòu)件的連接。傳力不均勻，材料

較費(fèi)，但構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便。

(d)(e)為T(mén)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，可用于不直接承受力荷載結(jié)

構(gòu)的連接中。對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，如重級(jí)工作制吊車(chē)梁，其上翼緣與腹板的

連接，應(yīng)采用K形坡口焊縫進(jìn)行連接。

⑴角部連接主要用于制作箱形截面。

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教案首頁(yè)

0)g

TTnr

S(0(f)(f)

(a)對(duì)接連接(b)拼接蓋板的對(duì)接連接(c)搭接連接(d)(e)T形連接(f)(g)角部連接

三、焊縫符號(hào)及標(biāo)注方法

焊縫代號(hào)由引出線，圖形符號(hào)，輔助符號(hào)三部分組成。

課題3對(duì)接焊縫連接

對(duì)接焊縫中常采用坡口型式焊縫，即將焊件邊緣加工成坡口。

對(duì)接焊縫按是否焊透分為：焊透的和部分焊透的。

焊透的對(duì)接焊縫：強(qiáng)度高，受力性能好，一般采用焊透的對(duì)接焊縫。

部分焊透的對(duì)接焊縫：應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力現(xiàn)象較嚴(yán)重，故直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)

構(gòu)不宜采用，只有較厚而內(nèi)力較小或甚至不受力時(shí)采用，以省工省料和減少焊接變形。

我們所講的僅為焊透的對(duì)接焊縫。

1對(duì)接焊縫的形式和構(gòu)造

1.對(duì)接焊縫的坡口型式：對(duì)接焊縫的坡口型式取決于焊件厚度t。

匚口匚二口—

a)直邊縫b)單邊Z形坡口c)，形坡口

直邊縫(I形焊縫)：當(dāng)焊件厚度tW10mm時(shí)采用；

斜坡口的單邊V形或V形焊縫：當(dāng)焊件厚度t=10?20nlm時(shí)采用；

02匚unu

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教案首頁(yè)

（d）〃形坡口（e）/形坡口（f）了形坡口

U形，K形和X形坡口：當(dāng)焊件厚度t>20mm時(shí)采用。

對(duì)于U形縫和V形縫需對(duì)焊縫根部進(jìn)行補(bǔ)焊，而且埋弧焊的熔深較大，同樣坡口

形式的適用板厚t可適當(dāng)加大，對(duì)接間隙C可稍小些，鈍邊高度P可稍大。

鈍邊：沿板件厚度方向高度為P，間隙為b的一段不開(kāi)坡口稱(chēng)為鈍邊。焊接從鈍邊

處（根部）開(kāi)始。

2.引弧板的設(shè)置

設(shè)置引弧板的原因：在焊縫的起滅?。ㄊ┖傅钠瘘c(diǎn)和終點(diǎn)）處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺

陷，該處極易產(chǎn)生應(yīng)力集中和裂紋。對(duì)承受動(dòng)力荷載尤為不利，故焊接時(shí)一般應(yīng)設(shè)置引

弧板，焊后將它割除。

對(duì)受靜力荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)置引弧板有困難時(shí)，允許不設(shè)置引弧板，則每條焊縫的引弧

及滅弧端各減去t后作為焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。

圖用引弧板焊接

3.變截面鋼板拼接

當(dāng)對(duì)焊縫拼接處的焊件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的斜坡，以使截面過(guò)渡緩和，減小應(yīng)力集中。

如果兩鋼板厚度相差小于4mm時(shí)，也可不做斜坡，直接用焊縫表面斜坡來(lái)找坡，焊

縫的計(jì)算厚度等于較薄板的厚度。

（a）改變寬度（b）、（c）改變厚度

2對(duì)接焊縫的計(jì)算

對(duì)接焊縫分焊透和部分焊透兩種。以下介紹焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算

對(duì)接焊縫是焊件截面的組成部分，計(jì)算方法與構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算一樣。

1、軸心力作用的對(duì)接焊縫

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教案首頁(yè)

N

a"或A"

Tw1

式中N——軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；

Zw—焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。當(dāng)未采用引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；

t——對(duì)接接頭中為連接件的較小厚度；T形接頭中為腹板厚度；

*、f：——對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

2、彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫

對(duì)接接頭受到彎矩和剪力的共同作用，正應(yīng)力與剪應(yīng)力的最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)

度條件：

式中WL焊縫的截面模量；

Sw—焊縫的截面面積矩；

7w—焊縫的截面慣性矩。

工字形或H形截面梁的接頭，采用對(duì)接焊縫，除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力

外，對(duì)于同時(shí)受有較大正應(yīng)力和較大剪應(yīng)力處，例如腹板與翼緣的交接點(diǎn)，還應(yīng)按下式

驗(yàn)算折算應(yīng)力：

舊+3蠟W1”

式中6、7—驗(yàn)算點(diǎn)處焊縫的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；

1.1——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)提高的系

數(shù)

課題4角焊縫連接

28

教案首頁(yè)

1、角焊縫的形式

1、按其與作用力的關(guān)系可分為：

正面角焊縫（焊縫長(zhǎng)度方向與作用力垂直）、側(cè)面角

焊縫（焊縫長(zhǎng)度方向與作用力平行）以及斜焊縫。

2、角焊縫按沿其長(zhǎng)度方向的布置分為：連續(xù)角焊縫、

間斷角焊縫。

連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。

間斷角焊縫：起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，重要結(jié)構(gòu)應(yīng)避免采用，只能用于一些次

要構(gòu)件的連接或受力很小的連接中。

間斷角焊縫的間斷距離，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，W15/；在受拉構(gòu)件中，W30f,/為較薄焊件的厚度。

3、按施焊時(shí)焊縫在焊件之間的相對(duì)空間位置分為：平焊、橫焊、立焊、仰焊。

平焊（又稱(chēng)俯焊）施焊方便，質(zhì)量最好。

立焊和橫焊的質(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，因此盡量避免采用仰焊。

4、按兩焊邊的夾角可分為：直角角焊縫和斜角角焊縫。

直角角焊縫通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面。在直接承受動(dòng)力荷截的結(jié)構(gòu)中，正

面角焊縫的截面常采用平坦型，側(cè)面角焊縫的截面則作成凹面型。

兩焊腳邊的夾角a>90°或a<90°的焊縫稱(chēng)為斜角角焊縫。斜角角焊縫常用于鋼漏

斗和鋼管結(jié)構(gòu)中，對(duì)于夾角a>120。或a<60°的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作

受力焊縫。

5、角焊縫按其截面形式分為：普通型、平坦型、凹面型。

29

教案首頁(yè)

2、角焊縫的構(gòu)造要求

1）最小焊腳尺寸%叫:

規(guī)定原因：如果板件厚度較大而焊縫焊腳尺寸過(guò)小，則施焊時(shí)焊縫冷卻速度過(guò)快，可

能產(chǎn)生淬硬組織，易使焊縫附近主體金屬產(chǎn)生裂紋。

%min21-5J/max

tmax為較厚焊件的厚度

注：

1）自動(dòng)焊的熱量集中，因而熔深較大，故最小焊腳尺寸11fmi0可較上式減小1廊。

2）T形連接單面角焊縫可靠性較差，應(yīng)增加1mm。

3）當(dāng)焊件厚度等于或小于4mm時(shí)，hfMn應(yīng)與焊件同厚。

2）最大焊腳尺寸%皿

規(guī)定原因：角焊縫的hf過(guò)大，焊接時(shí)熱量輸入過(guò)大，焊縫收縮時(shí)將產(chǎn)生較大的焊接殘

余應(yīng)力和殘余變形，且熱影響區(qū)擴(kuò)大易產(chǎn)生脆裂，較薄焊件易燒穿。板件邊緣的角焊縫與

板件邊緣等厚時(shí)，施焊時(shí)易產(chǎn)生咬邊現(xiàn)象。

hfmaxWl.2tmin（mm）

tmin為較薄焊件厚度。

對(duì)板件邊緣（厚度為ti）的角焊縫尚應(yīng)符合下列要求：

當(dāng)ti>6mni時(shí)，hfmax=ti~（1?2）mm；

當(dāng)tiW6mm時(shí)，hfmax~ti□

3）焊縫最小計(jì)算長(zhǎng)度

規(guī)定原因：角焊縫的焊縫長(zhǎng)度過(guò)短，焊件局部受熱嚴(yán)重，且施焊時(shí)起落弧坑相距過(guò)近,

再加上一些可能產(chǎn)生的缺陷使焊縫不夠可靠。

規(guī)定：角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度iw》8hf,且>40mm。

30

教案首頁(yè)

4）側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度

規(guī)定原因：側(cè)縫沿長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力分布很不均勻，兩端大而中間小，且隨焊縫長(zhǎng)度

與其焊腳尺寸之比值的增大而更為嚴(yán)重。當(dāng)焊縫過(guò)長(zhǎng)時(shí)，其兩端應(yīng)力可能達(dá)到極限，而中

間焊縫卻未充分發(fā)揮承載力。對(duì)承受直接動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)更為不利。

規(guī)定：側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)滿足：

承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載iwW60h「

直接承受動(dòng)力荷載iw<40hfo

當(dāng)側(cè)縫的實(shí)際長(zhǎng)度超過(guò)上述規(guī)定數(shù)值時(shí)，超過(guò)部分在計(jì)算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)縫

全長(zhǎng)分布時(shí)則不受此限，例如工字形截面柱或梁的翼緣與腹板的角焊縫連接等。

5）搭接長(zhǎng)度要求

在搭接連接中，為減小因焊縫收縮產(chǎn)生過(guò)大的焊接殘余應(yīng)力及因偏心產(chǎn)生的附加彎

矩，要求搭接長(zhǎng)度i三5ti,且三25nlm

圖搭接長(zhǎng)度要求

6）板件的端部?jī)H用兩側(cè)縫連接時(shí)，為避免應(yīng)力傳遞過(guò)于彎折而致使板件應(yīng)力過(guò)分不

均勻，應(yīng)使iw^b；同時(shí)為避免因焊縫收縮引起板件變形拱曲過(guò)大，尚應(yīng)使bWl6t（當(dāng)t

>12mm時(shí)）或190mm（當(dāng)tWl2mm時(shí)）。若不滿足此規(guī)定則應(yīng)加焊端縫。

7）繞角焊當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件的轉(zhuǎn)角處時(shí)，為避免起落弧缺陷發(fā)生在此應(yīng)力集

中較嚴(yán)重的轉(zhuǎn)角處，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。

3角焊縫的計(jì)算

1、直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

式中口一垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力;

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教案首頁(yè)

Tf—平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力；

一正面角焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)，小產(chǎn)1.22；直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫，

出=1.0;

—角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

上式為角焊縫的基本計(jì)算公式。只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力

5和平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力盯，上述基本公式可適用于任何受力狀態(tài)。

對(duì)正面角焊縫，?=0,得

N

tietw

對(duì)側(cè)面角焊縫，G=0,得

口=匕工于:

fie

式中he—直角角焊縫的有效厚度，瓦=0.7協(xié)；

lw—焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷，按各條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度每端減去加計(jì)算。

2、承受軸心力作用的角焊縫連接計(jì)算

1、采用蓋板連接

當(dāng)軸心力通過(guò)連接焊縫中心時(shí)，可認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。

當(dāng)只有側(cè)面角焊縫時(shí)=—<r

Tfff

helw

當(dāng)只有正面角焊縫時(shí)af=—</3r

fff

helw

當(dāng)采用三面圍焊時(shí)，先計(jì)算正面角焊縫所承擔(dān)的內(nèi)力Ni=/3ff；￡heJ

式中z/一連接一側(cè)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T=<于;

f工叭

式中z。一連接一側(cè)正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和。

2、承受斜向軸心力

32

教案首頁(yè)

將N力分解為垂直于焊縫和平行于焊縫的分力Nx=NsinNcosO

NsinO

Ncos。

驗(yàn)算角焊縫的強(qiáng)度

3、承受軸心力的角鋼角焊縫計(jì)算

鋼桁架中角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?，特殊情況也可

采用L形圍焊。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。

圖角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接

對(duì)于三面圍焊，可先假定正面角焊縫的焊腳尺寸勺3,求出正面角焊縫所分擔(dān)的軸心

力N3。當(dāng)腹桿為雙角鋼組成的T形截面，且肢寬為b時(shí)，

(6)

由平衡條件（2/=°）可得：

"=(7)

b22

式中M、N]—角鋼肢背和肢尖的側(cè)面角焊縫所承受的軸力；

e—角鋼的形心距；

kx、k2——角鋼肢背和肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)，可查表得到。

對(duì)于兩面?zhèn)群?，?=0,則：

N、=k[N

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教案首頁(yè)

N2=k2N

求得各條焊縫所受的內(nèi)力后，按構(gòu)造要求假定肢背和肢尖焊縫的焊腳尺寸，即可求出

焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。對(duì)雙角鋼截面

/=^—

M2x0.7""；

/-M

w22X0.7/?/2/；

式中憶、晨—一個(gè)角鋼肢背上的側(cè)面角焊縫的焊腳尺寸及計(jì)算長(zhǎng)度；

hf2、心一一個(gè)角鋼肢尖上的側(cè)面角焊縫的焊腳尺寸及計(jì)算長(zhǎng)度。

實(shí)際焊縫長(zhǎng)度為計(jì)算長(zhǎng)度加2號(hào)。對(duì)于三面圍焊，焊縫實(shí)際長(zhǎng)度為計(jì)算長(zhǎng)度加與；對(duì)

于采用繞角焊的側(cè)面角焊縫實(shí)際長(zhǎng)度等于計(jì)算長(zhǎng)度（繞角焊縫長(zhǎng)度2%不進(jìn)入計(jì)算）。

當(dāng)桿件受力很小時(shí)，可采用L形圍焊。由于只有正面角焊縫和角鋼肢背上的側(cè)面角焊

縫，令N[=0,得：

N3=2k2N

N1二N-N3

角鋼端部的正面角焊縫的長(zhǎng)度已知，可按下式計(jì)算其焊腳尺寸：

72X0.7&%77

式中，l“，3=b-hfo

課題5螺栓連接

1螺栓連接的特點(diǎn)和類(lèi)型

螺栓連接分為：普通螺栓連接、高強(qiáng)度螺栓連接：

普通螺栓連接：通常采用Q235鋼制成，安裝時(shí)用普通扳手?jǐn)Q緊

高強(qiáng)度螺栓連接：用高強(qiáng)度鋼材經(jīng)熱處理制成，用能控制螺栓桿的力矩或拉力的特制

扳手，擰緊到預(yù)定的預(yù)拉力，把被連接件高度夾緊。

34

教案首頁(yè)

1、普通螺栓連接

普通螺栓連接分A、B、C三級(jí)。

C級(jí)螺栓（粗制螺栓）：由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。由于螺栓表面粗糙，一般采用在

單個(gè)零件上一次沖成或不用鉆模鉆成的孔（II類(lèi)孔）。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大

1.5~3mmo,對(duì)于采用C級(jí)螺栓的連接，由于螺栓桿與螺栓孔之間有較大的間隙，受剪力

作用時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的剪切滑移，連接的變形大。但安裝方便，且能有效的傳遞拉力，

故一般可用于沿螺栓桿軸心受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固

定。

C級(jí)螺栓材料性能等級(jí)為4.6級(jí)或4.8。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/mn?,小數(shù)點(diǎn)及小數(shù)點(diǎn)后數(shù)字表示其屈強(qiáng)比（屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度之比）為0.6

和0.8o

A級(jí)和B級(jí)螺栓（精制螺栓）：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相同，對(duì)成孔質(zhì)量要求高。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。

A級(jí)和B級(jí)螺栓材料性能等級(jí)則為8.8級(jí)，其抗拉強(qiáng)度不小于800N/mm2,屈強(qiáng)比為

0.8o

2、高強(qiáng)度螺栓連接（high-strengthboltedconnections）

高強(qiáng)度螺栓連接分為：摩擦型連接、承壓型連接。

（1）高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接：高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力把被連接的部件夾緊，使部件的接

觸面間產(chǎn)生很大的磨擦力，外力通過(guò)摩擦力來(lái)傳遞。這種連接稱(chēng)為高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接。

摩擦型連接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。

優(yōu)點(diǎn)：剪切變形小，彈性性能好，施工方便，對(duì)構(gòu)件的削弱較小，可拆換，能承受

動(dòng)力荷載，耐疲勞，韌性和塑性好，包含了普通螺栓和鉀釘連接的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，特別適用于

承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。目前已成為代替鉀接的優(yōu)良連接形式。

（2）高強(qiáng)度螺栓承壓型連接：高強(qiáng)度螺釘也可同普通螺栓一樣，允許接觸面滑移,

依靠螺栓桿和螺栓孔之間的承壓來(lái)傳力。這種連接稱(chēng)為高強(qiáng)度螺栓承壓型連接。

承壓型連接允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。其承載

力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形大，故不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。

2螺栓連接及計(jì)算

1、螺栓的規(guī)格

35

教案首頁(yè)

普通螺栓形式為六角頭型，其代號(hào)用字母M和公稱(chēng)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至3種螺栓直徑。

螺栓直徑d應(yīng)根據(jù)整個(gè)結(jié)構(gòu)及其主要連接的尺寸和受力情況選定，受力螺栓一般采

用M16以上，建筑工程中常用M16、M20、M24等。

表螺栓孔及孔眼示例

名稱(chēng)永久螺栓高強(qiáng)度螺栓安裝螺栓圓形螺栓孔長(zhǎng)圓形螺栓孔

圖例e*

2、螺栓的排列

（1）螺栓的排列形式：并列和錯(cuò)列。

并列較簡(jiǎn)單，但栓孔對(duì)截面削弱較多；

錯(cuò)列較緊湊，可減少截面削弱，但排列較繁雜。

（2）螺栓的排列要求：

螺栓間距及螺栓到構(gòu)件邊緣的距離不應(yīng)太小。

原因：螺栓之間的鋼板以及邊緣處螺栓孔前的鋼板可能沿作用力方向被剪斷；同時(shí),

螺栓間距及邊距太小，也不利于手操作。

螺栓的間距及邊距也不應(yīng)太大。

原因：連接鋼板不易夾緊，潮氣容易侵入縫隙引起鋼板銹蝕。

對(duì)于受壓構(gòu)件，螺栓間距過(guò)大還容易引起鋼板鼓曲。

對(duì)于角鋼、工字鋼和槽鋼上的螺栓排列，除應(yīng)滿足規(guī)范要求外，還應(yīng)注意不要在靠

近截面倒角和圓角處打孔。

3）螺栓連接的構(gòu)造要求

（1）為了使連接可靠，每一桿件在節(jié)點(diǎn)上以及拼接接頭的一端，永久性螺栓數(shù)不

宜少于兩個(gè)。但根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于組合構(gòu)件的綴條，其端部連接可采用一個(gè)螺栓。

（2）對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用雙螺帽或其他防止螺帽松動(dòng)的有效

措施。例如采用彈簧墊圈，或?qū)⒙菝焙吐輻U焊死等方法。

（3）由于C級(jí)螺栓與孔壁有較大間隙，只宜用于沿其桿軸方向受拉連接。承受靜

力荷載結(jié)構(gòu)的次要連接、可拆卸結(jié)構(gòu)的連接和臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接中，也可用C

級(jí)螺栓受剪。

3普通螺栓的計(jì)算