鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊

1、第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接，第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的連接方法第二節(jié)焊接方法和焊接連接形態(tài)第三節(jié)角焊縫的結(jié)構(gòu)和計(jì)算第四節(jié)對接焊縫的結(jié)構(gòu)和計(jì)算第五節(jié)焊接應(yīng)力和焊接變形第六節(jié)螺栓連接的施工第七節(jié)一般螺栓連接的工作性能和第八節(jié)高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能計(jì)算和第九節(jié)混合連接計(jì)算， 第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)連接方法在傳力過程中，連接部分必須有足夠的強(qiáng)度，并在接頭之間保持正確的位置，以符合接收和使用要求。 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法：通常有三種方法：焊接連接、鉚釘連接和螺栓連接。1，焊縫連接的優(yōu)點(diǎn)：對幾何形狀適應(yīng)性強(qiáng)，構(gòu)造簡單，連接方便，節(jié)省工作時(shí)間；穿孔、材料經(jīng)濟(jì)、截面不弱化、材料節(jié)約；加工方便，自動化操作，工作效率高；密封性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體

2、性好。缺點(diǎn)：焊接附近有熱影響區(qū)域，材料容易破碎。焊縫的殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)容易破碎，對裂紋更敏感。殘余變形改變結(jié)構(gòu)形狀、大小。如果發(fā)生焊接裂紋，容易擴(kuò)張，低溫冷脆問題突出。對動力負(fù)載比較敏感。對材料要求高，焊接程序嚴(yán)格，質(zhì)量檢查工作量大。返回，第一節(jié)鋼連接方法，2，鉚釘連接特性塑料和韌性；緊密連接，力量可靠，質(zhì)量檢查方便；用于支撐直接動力荷載的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)，如橋梁：復(fù)雜的配置，人工成本。很少使用。3、螺栓連接的特點(diǎn)是一般螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接(1)一般螺栓連接a、b、c 3段：a和b為時(shí)尚螺栓，c級為粗糙螺栓；材料等級：a和b為8.8，c為4.6或4.8；等級表現(xiàn)法：4.6級表示螺栓最終料件的最小抗拉

3、強(qiáng)度為400 N/mm2，降伏率為0.6的螺栓。加工：a，b等級由車床上毛坯的精確加工精制而成。c級由未加工的圓鋼粗制而成。第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)連接方法，螺紋孔：a，b級需要鉆孔模鉆(類孔)，光圈比螺釘大約0.3mmc級一次鉆一個(gè)比螺桿大1.53.0mm的孔(類孔)，無需鉆孔。力：a、b等級的力性能好，接頭變形小，可以對重要接頭進(jìn)行拉切。c級螺栓連接效能不如a、b級，主要針對承受靜態(tài)負(fù)載或間接動力負(fù)載的次要連接進(jìn)行拉力。成本：a、b級成本高，c級螺栓價(jià)格低，在可以使用c級螺栓的地方不使用a、b級螺栓。(2)高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓由高強(qiáng)度鋼制成，結(jié)構(gòu)弱化小，拆卸、摩擦面處理、安裝過程有點(diǎn)復(fù)雜，費(fèi)用有點(diǎn)

4、高。分為摩擦型高強(qiáng)度螺栓和壓力型高強(qiáng)度螺栓。摩擦高強(qiáng)度螺栓：僅依靠元件接觸面之間的摩擦力傳遞剪切力，剪切力等于接觸面摩擦的設(shè)計(jì)極限狀態(tài)。第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)連接方法，壓力型高強(qiáng)度螺栓：允許接觸面滑移(剪切力超過摩擦力)，并使用螺桿和構(gòu)件之間擠壓引起的連接破壞作為承載力極限狀態(tài)。應(yīng)力：摩擦高強(qiáng)度螺栓剪切變形小，彈性特性好，耐疲勞性好，塑性韌性好，特別是應(yīng)用動態(tài)載荷，目前可以代替鉚釘。壓力型高強(qiáng)度螺栓的支撐力比摩擦型高，剪切變形大，不能用于承受動力載荷的結(jié)構(gòu)。材料等級：鋼45、40B和20MnTiB鋼(熱處理)，材料等級8.8或10.9。光圈：摩擦高強(qiáng)度螺栓光圈比螺栓大1 . 52 . 0mm；更大。壓力

5、高強(qiáng)度螺栓孔徑大于螺栓1.01.5mm。4、釘、自攻螺栓、焊接釘連接靈活性、安裝方便，無需先處理組件，就無法承受輕鋼、薄板連接、大集中力。焊接釘用于連接混凝土和鋼板。第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)連接方法，第二節(jié)退貨、焊接方法和焊接連接形式，鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法：1，手動弧焊最常用，設(shè)備簡單，操作靈活。但是生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度高，焊接質(zhì)量受焊工的影響很大。電極選擇：焊條應(yīng)適合焊接鋼，Q235使用E43類型(E43004328)，Q345使用E50類型電極，Q390和Q420使用E55類型電極。在不同的鋼材種類(例如Q235和Q345)之間，必須選擇適合低強(qiáng)度鋼材的焊條(E43類型)。e表示焊條，前兩個(gè)數(shù)字表示熔化

6、金屬的最小拉伸強(qiáng)度(kgf/mm2)，后兩個(gè)數(shù)字表示焊接位置、電流和大約皮膚類型。2，適用于自動或半自動埋弧焊大電流、微細(xì)線材、厚板焊接的熔深。生產(chǎn)效率高，質(zhì)量高。焊接件變形小。自動焊接引線弧、導(dǎo)線引線、柱塞和沿焊接方向移動導(dǎo)線是自動的，半自動焊接進(jìn)度仍根據(jù)手持切入移動。第二部分焊接方法和焊接連接形式、4、電阻焊等通過焊接接觸點(diǎn)表面的電阻使用電流熔化金屬，然后通過壓力焊接。適用于板材厚度不超過12mm的薄壁型鋼焊接。焊點(diǎn)主要承受剪切力，抗拉能力下降。雙節(jié)焊接方法和焊接接頭形式，3，氣體保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是近年來發(fā)展起來的先進(jìn)焊接方法。它使用氣體作為保護(hù)氣體，防止熔化的金屬與空氣接觸，提供

7、電弧加熱集中，快速焊接速度，大熔體深度，高鋼絲強(qiáng)度，良好的塑性。高錳高硅線材，具有較強(qiáng)的抗生銹能力，適用于鋼、低合金高強(qiáng)度鋼和其他合金鋼焊接。不適合在刮風(fēng)的地方修補(bǔ)。第二部分焊接方法和焊接連接類型，第二部分，焊接連接根據(jù)所連接零部件的相對位置分為：斜接(直接對接和蓋子對接):具有相同厚度或類似厚度的兩個(gè)零部件搭接：具有不同厚度的兩個(gè)零部件，傳導(dǎo)力不均勻，成本材料t形聯(lián)接(頂部):組合截面拐角連接：長方體截面，第二部分焊接方法和焊接聯(lián)接類型，蓋子對接，第三部分焊接類型取決于焊接和兩個(gè)接頭之間的相對位置對接熔接：熔接和連接器的兩個(gè)平行面連接在一起。填角熔接：熔接與連接器的兩個(gè)相交面相連接。第二部分

8、熔接方法和熔接接合形式，對接熔接在力和熔接方向上分割：a)對接正熔接：力方向互垂于熔接方向b)對接斜熔接：力方向和熔接方向斜角圓角熔接在力和熔接方向上分割：a)末端裂口：力方向互垂于熔接長度方向b)側(cè)唇：力方向平行于熔接長度方向c 焊縫連續(xù)性：a)連續(xù)角焊縫(重要構(gòu)件):更好的力b)間斷角焊縫(次要構(gòu)件):應(yīng)力集中間斷角焊縫間斷距離l15t(壓縮)和l30t(拉伸)，t表示薄零件的厚度，第二部分焊接方法和焊縫連接形式，以及，第二節(jié)焊接方法和焊接連接形式，第四，焊接缺陷常見焊接缺陷：裂紋、焊接種、氣孔、美容折疊、礦渣、咬邊、烘烤、坑、塌陷、美容折疊。缺陷的存在削弱了應(yīng)力區(qū)，引起了應(yīng)力集中，容易出

9、現(xiàn)裂紋。第二部分焊接方法和焊接連接形式，第五部分，焊接質(zhì)量檢查焊接質(zhì)量等級：結(jié)構(gòu)鋼建設(shè)質(zhì)量檢查規(guī)范(GB GB50205)根據(jù)焊接的質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)分為第一階段、第二階段和第三階段。焊縫質(zhì)量檢查方法：外觀檢查(外部尺寸和缺陷)內(nèi)部檢查(內(nèi)部缺陷):超聲波檢查(主要)、x射線、射線等(x射線應(yīng)用寬)檢查、磁粉檢查(輔助)、熒光檢查(輔助)。第三次焊接只能進(jìn)行外觀檢查，并符合標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，檢查焊縫的實(shí)際大小是否符合設(shè)計(jì)要求、可見裂紋是否存在、咬邊等缺陷。焊接方法和焊接連接的第二部分、外觀檢查、超聲波檢查(每個(gè)焊接的全長檢查)、x射線檢查資格；二次焊縫需要外觀檢查、超聲波檢查(檢查每個(gè)焊縫的20長，不

10、小于200mm)。選擇焊縫等級：疲勞檢查構(gòu)件：垂直于力方向的側(cè)對接焊縫為主焊縫，壓縮時(shí)次焊縫：不進(jìn)行疲勞計(jì)算的零部件：拉伸焊縫不低于次焊縫要求，壓力必須處于次級。三次焊縫的拉伸強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為主鋼的85%。二級以下重型工作起重機(jī)和Q50T中間工作起重機(jī)、吊車梁腹板和頂部法蘭之間的t形對接和角部組合焊接；角焊縫通常分為三個(gè)階段，中間基于任務(wù)的吊車梁(需要僅檢查直接動力載荷的疲勞和起始重量)的角焊肉質(zhì)量必須與步驟2相匹配。第二節(jié)焊接方法和焊接連接形式，焊接時(shí)確保質(zhì)量需要注意的事項(xiàng)：(1)對不熟悉的鋼焊接進(jìn)行工藝性能和機(jī)械性能測試；(2)焊工考核、認(rèn)證誘導(dǎo)；(3)電極、電線、通量按規(guī)定烘焙。(4)多層焊

11、接需要連續(xù)焊接，并清洗各焊道層。(5)焊接出現(xiàn)裂紋，必須申報(bào)，查明原因，才能處理。焊接方法和焊接連接的第二部分、返回、6、焊接代碼、螺栓及其孔焊接符號主要由圖形符號、輔助符號和引出序號等部分組成。件號：由帶有水平線和箭頭的斜線組成，圖形符號和段標(biāo)注顯示在水平線中。圖形符號：熔接的預(yù)設(shè)型式次要符號：表示熔接的次要需求。螺栓和孔圖例見教科書表3.3。返回、第三個(gè)圓角焊接的建構(gòu)和計(jì)算、一個(gè)、圓角焊接的建構(gòu)(1)圓角焊接的截面形狀：直角圓角焊接和斜角圓角焊接。)直角焊縫(a)常規(guī)焊縫：應(yīng)力集中較大的情況(b)平底坡焊縫(前):承受功率載荷時(shí)使用(c)深焊縫(側(cè)):承受功率載荷時(shí)使用，2)傾斜角焊縫(d

12、)傾斜示例端部接縫破壞強(qiáng)度更高，但塑性差。2)側(cè)唇：熔接長度方向平行于應(yīng)力方向，應(yīng)力分布更簡單，但彈性工作階段分布不均勻，剪切應(yīng)力兩端大，中間間距小。橫向接縫強(qiáng)度低，但塑性好，兩端發(fā)生塑性變形后，生產(chǎn)應(yīng)力重新分布，內(nèi)部應(yīng)力在指定長度均勻。(3)角焊縫配置需要角焊縫的幾何特征焊腳尺寸焊縫直角邊的邊長度(HF)和焊縫計(jì)算長度lw。焊腳大小hf:太小，冷卻速度快，出現(xiàn)硬化、裂紋。太大了，容易燒傷或燃燒，熱脆性大，殘余應(yīng)力和殘余變形增加。最大焊腳大?。篐F 1.2 tmin對于構(gòu)件邊緣熔接，對于防咬邊，當(dāng)板厚度為t6mm時(shí)，通常為hft-(12)mm；T6mm使用hft。Tmin是薄焊接件厚度。最小角

13、腳大小：HF 1.5mmt形連接剖面填角熔接為1mm必須增加。如果板厚度為t 4mm，請使用HF作為焊接件厚度。在自動焊接中，可以減少1mm。焊縫計(jì)算長度lw :過長，兩端應(yīng)力與中間應(yīng)力相差太大；太短，弧太近，局部加熱嚴(yán)重。側(cè)焊縫的最大計(jì)算長度：lw 60 HF，如果實(shí)際長度是上述值，則計(jì)算中不考慮超出。圓角焊接的最小計(jì)算長度：lw 8 HF，必須小于40mm。搭接接頭的建構(gòu)要求：如果平板零件末端僅有雙面填角熔接接頭，則必須使每個(gè)側(cè)熔接長度大于其間的距離，以防止應(yīng)力轉(zhuǎn)移過度彎曲，從而防止元件中的應(yīng)力過大。也就是說，lw=b。此外，在焊接縮小時(shí)，要防止簧片板上的拱門過大，必須使用b16t (t1

14、2mm)或200mm (t=12mm)。如果不滿足要求，則必須添加前角焊縫。在僅使用前焊縫的搭接接頭中，搭接長度必須小于焊接零件厚度的5倍和25mm，以減少焊縫收縮引起的殘余應(yīng)力和力偏心引起的附加應(yīng)力。所有周長拐角必須連續(xù)應(yīng)用，非周長焊縫的末端拐角必須繼續(xù)為2hf的拐角焊縫。圓角焊接的建構(gòu)，2，直角圓角焊接的計(jì)算公式1，有效高度，有效區(qū)域和有效截面2焊腳角度，焊腳尺寸。切割剖面：假設(shè)熔接破壞剖面是有效剖面(沿熔接段轉(zhuǎn)角平分面，最小剖面)。2，角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(取決于剪切條件)E43系列：E50系列：3，有效截面中的應(yīng)力垂直于角焊縫有效截面中的正應(yīng)力；垂直于焊縫長度方向的有效截面的剪切應(yīng)力；有

15、效剖面中平行于熔接長度方向的剪應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)研究表明，三向應(yīng)力與焊縫強(qiáng)度的關(guān)系為4，實(shí)際計(jì)算方法。可以使外力Ny:垂直于lw，沿焊縫長度產(chǎn)生平均應(yīng)力(而不是正應(yīng)力)，平行于lw分解Nz:獲取沿焊縫長度的平均剪切應(yīng)力。如果焊縫承受外力Nx、Ny、Nz，則角焊縫計(jì)算為結(jié)束焊縫的強(qiáng)度增加系數(shù)，直接功率載荷結(jié)構(gòu)中的角焊縫計(jì)算為1.0。由焊縫的有效截面計(jì)算并垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力；計(jì)算為焊縫有效截面并沿焊縫長度方向的剪切應(yīng)力。第三，角焊縫的計(jì)算角焊縫的應(yīng)力：1)軸向力n；2)彎矩m；3)扭矩t；4)彎矩、扭矩、剪切、軸向力。焊接設(shè)計(jì)的基本思路：根據(jù)配置要求確定HF或lw，并根據(jù)公式計(jì)算lw或HF。焊縫檢查

16、的基本思路：找出力的最不利之處并驗(yàn)算。檢查階段：1)選擇力的最不利之處。2)分別分析每個(gè)外力對此點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力條件；3)使用相同性質(zhì)復(fù)疊所有應(yīng)力，4)使用公式檢查取代所有應(yīng)力，透過軸向力計(jì)算端縫，側(cè)縫計(jì)算：熔接件由軸向力使用，軸向力通過填角熔接群組的中心時(shí)，熔接中的應(yīng)力可以視為均勻分布。(1)只有末端接縫時(shí)垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力；角焊縫有效厚度；Lw角焊縫計(jì)算長度，減去每個(gè)角焊縫的實(shí)際長度2 HF)；(每個(gè)端點(diǎn)減去HF)；Ffw角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；f端熔接的強(qiáng)度增量系數(shù)，對于承受靜態(tài)和間接動力負(fù)載的結(jié)構(gòu)，f=1.22；直接電力負(fù)荷f=1.0。(2)僅存在側(cè)縫時(shí)f沿焊縫長度的剪切應(yīng)力。(3)外部力和角焊縫長度方向?yàn)榻嵌确较驎r(shí)計(jì)算斜焊縫：可以將系數(shù)直接增加為斜焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。在此情況下，首先計(jì)算可由建構(gòu)：能夠直接承受動態(tài)負(fù)載結(jié)構(gòu)，=1，(4)將三面擦拭熔接用作蓋的對接接合時(shí)，a，矩形蓋：一側(cè)填角熔接執(zhí)行的內(nèi)力，然后減少側(cè)接合端熔接b，菱形蓋：接合板轉(zhuǎn)角中的應(yīng)力集中。金剛石罩的前角焊縫更短，無論焊縫應(yīng)力方向如何，簡化計(jì)算：2。角構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)板焊縫連接、軸向力n: (1)連接角側(cè)焊縫和節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算K1、K2焊縫內(nèi)力分布系數(shù)；N1，N2分別是角度肢體和肢