钢结构制造与安装

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1、书 名 ： 钢 结 构 制 造 与 安 装ISBN： 978-7-111-23435-7作 者 ： 唐 丽 萍 乔 志 远出 版 社 ： 机 械 工 业 出 版 社本 书 配 有 电 子 课 件 钢 结 构 制 作 与 安装 教 案单 元 二 钢 结 构 的 连 接 单 元 2 钢 结 构 的 连 接课 题 1 钢 结 构 连 接 的 种 类 、 特 点课 题 2 焊 接 方 法 、 焊 缝 形 式 及 标 注 课 题 3 对 接 焊 缝 连 接课 题 4 角 焊 缝 连 接课 题 5 螺 栓 连 接小 结本 章 重 点 图 2-1 钢 结 构 的 连 接 方 式（ a） 焊 接 连 接 ；

2、（ b） 铆 钉 连 接 ； （ c） 螺 栓 连 接 钢 结 构 的 连 接 方 法 连 接 方 法 优 点 缺 点 焊 接 构 造 简 单 ， 用 料 经 济 ， 制 作 方 便 ， 密 闭 性 好 焊 缝 附 近 热 影 响 区 内 ， 易 导 致材 质 变 脆 ； 焊 接 残 余 应 力 和 残余 变 形 会 使 构 件 的 刚 度 降 低 ；对 裂 纹 敏 感 ， 一 旦 出 现 裂 纹 易延 伸 到 整 体 。 对 材 质 要 求 高 ，焊 接 程 序 严 格 ， 质 量 检 验 工 作量 大 。 铆 接 传 力 可 靠 ， 韧 性 和 塑 性 好 ， 质量 易 于 检 查 ， 抗

3、 动 力 荷 载 好 构 造 复 杂 ，既 费 材 料 又 费 工 普 通 螺 栓 连 接 装 卸 便 利 ， 设 备 简 单 螺 栓 精 度 低 时 不 宜 受 剪 ， 螺 栓 精 度 高 时 加 工 和 安 装 难 度 较 大 高 强 螺 栓 连 接 加 工 方 便 ， 对 结 构 削 弱 少 ， 可拆 换 ， 能 承 受 动 力 荷 载 ， 耐 疲劳 ， 塑 性 、 韧 性 好 摩 擦 面 处 理 ， 安 装 工 艺 略 为 复杂 ， 造 价 略 高 课 题 2 焊 接 方 法 、 焊 缝 形 式 及 标 注 一 、 钢 结 构 的 焊 接 方 法 焊 接 方 法 很 多 ， 但 在 钢

4、 结 构 中 通 常 采 用 电 弧 焊 。 电 弧 焊有 手 工 电 弧 焊 、 埋 弧 焊 （ 埋 弧 自 动 或 半 自 动 焊 ） 以 及 气 体 保护 焊 等 ,具 体 见 单 元 7。 二 、 焊 缝 连 接 形 式 焊 缝 连 接 形 式 按 被 连 接 钢 材 的 相 互 位 置 可 分 为 对 接 、 搭接 、 T形 连 接 和 角 部 连 接 四 种 如 图 2-2所 示 。 这 些 连 接 所 采 用的 焊 缝 主 要 有 对 接 焊 缝 和 角 焊 缝 。 （ a） 对 接 焊 缝 的 平 接 连 接 （ b） 用 拼 接 板 和 角 焊 缝 的 平 接 连 接（ c

5、） 用 角 焊 缝 的 搭 接 连 接图 2-2 焊 缝 连 接 形 式 （ d） 用 角 焊 缝 的 T形 连 接 （ e） 焊 透 的 T形 连 接 （ f） 用 角 焊 缝 的 角 部 连 接 （ g） 用 对 接 焊 缝 的 角 部 连 接 图 2-2 焊 缝 连 接 形 式 三 焊 缝 代 号 及 标 注 方 法 焊 缝 代 号 主 要 由 引 出 线 、 图 形 符 号 、 辅 助 符 号 三 部 分组 成 。 引 出 线 由 横 线 和 带 箭 头 的 斜 线 组 成 。 图 形 符 号 用 来 表 示 焊 缝 的 基 本 形 式 。 辅 助 符 号 用 来 表 示 焊 缝 的

6、辅 助 要 求 。 焊 缝 代 号 见 教 材 表 2-1。 课 题 3 对 接 焊 缝 连 接 一 、 对 接 焊 缝 的 形 式 和 构 造 1.对 接 焊 缝 的 形 式 对 接 焊 缝 按 所 受 力 的 方 向 分 为 正 对 接 焊 缝 如 图 2-4a所示 和 斜 对 接 焊 缝 如 图 2-4b所 示 。 图 2-4 焊 缝 形 式a） 正 对 接 焊 缝 b） 斜 对 接 焊 缝 （ a） I形 缝 （ b） 带 钝 边 单 边 V形 缝 （ c） Y形 缝（ d） 带 钝 边 U形 缝 （ e） 带 钝 边 双 单 边 V形 缝 （ f） 双 Y形 缝 直 边 缝 ： 适

7、合 板 厚 t 10mm 单 边 V形 ： 适 合 板 厚 t 10 20mm 双 边 V形 ： 适 合 板 厚 t 10 20mm U形 ： 适 合 板 厚 t 20mm K形 ： 适 合 板 厚 t 20mm X形 ： 适 合 板 厚 t 20mm （ g） 、 （ h） 、 （ i） 加 垫 板 的 I形 缝 、 带 钝 边 单 边 V形 缝 和 Y形 缝 2.对 接 焊 缝 的 构 造 处 理 起 落 弧 处 易 有 焊 接 缺 陷 ， 所 以 用 引 弧 板 。 但 采 用 引 弧 板施 工 复 杂 ， 除 承 受 动 力 荷 载 外 ， 一 般 不 用 ， 计 算 时 将 焊 缝

8、长度 两 端 各 减 去 2tmm（ t为 较 薄 焊 件 厚 度 ） 。 图 2-6 用 引 弧 板 焊 接 变 厚 度 板 对 接 ， 在 板 的 一 面 或 两 面 切 成 坡 度 不 大 于 1：2.5的 斜 面 ， 避 免 应 力 集 中 。 变 宽 度 板 对 接 ， 在 板 的 一 侧 或 两 侧 切 成 坡 度 不 大 于 1：2.5的 斜 边 ， 避 免 应 力 集 中 。 图 2-7 变 截 面 钢 板 拼 接 a） 改 变 宽 度 b） 、 c） 改 变 厚 度a) b)c) 1.轴 心 受 力 对 接 焊 缝 的 计 算 (2-1)式 中 N 轴 心 拉 力 或 轴 心

9、 压 力 的 设 计 值 ； lw 焊 缝 计 算 长 度 ， 当 未 采 用 引 弧 板 时 ， 每 条 焊缝 取 实 际 长 度 减 去 2t； t 在 对 接 接 头 中 为 连 接 件 的 较 小 厚 度 ； 在 T形 接头 中 为 腹 板 厚 度 ; w t 、 wc 对 接 焊 缝 的 抗 拉 、 抗 压 强 度 设 计 值 。 二 、 对 接 焊 缝 连 接 计 算 wt或 wctlNw 2.对 接 焊 缝 在 弯 矩 和 剪 力 共 同 作 用 下 的 计 算 = wt (2-2) V Sw （ Iwt） wV (2-3) 图 2-9 对 接 焊 缝 受 弯 矩 和 剪 力 共

10、 同 作 用式 中 Ww 焊 缝 截 面 抵 抗 矩 （ mm3） ； Sw 受 拉 部 分 截 面 到 中 和 轴 的 面 积 矩 （ mm3） ； Iw 焊 缝 截 面 惯 性 矩 （ mm4） 。 fwv 对 接 焊 缝 的 抗 剪 强 度 设 计 值 （ N/mm2） 。ww M tl Mw 26 1.1wt (2-4) 受 弯 受 剪 的 工 字 形 截 面 对 接 连 接 3.对 接 焊 缝 在 弯 矩 和 剪 力 、 轴 心 力 共 同 作 用 下 的 计 算 + = + wt (2-7) wV (2-8) 1.1wt 式 中 Ww 焊 缝 截 面 抵 抗 矩 （ mm3） ；

11、Sw 受 拉 部 分 截 面 到 中 和 轴 的 面 积 矩 （ mm3） ； Iw 焊 缝 截 面 惯 性 矩 （ mm4） 。 fw v 对 接 焊 缝 的 抗 剪 强 度 设 计 值 （ N/mm2） 。tlNwwwM tl Mw 26tIVSw wtlNw 课 题 4 角 焊 缝 连 接 一 、 角 焊 缝 的 形 式 角 焊 缝 按 其 与 作 用 力 的 关 系 可 分 为 ： 焊 缝 长 度 方 向 与 作 用 力 垂 直 的 正 面 角 焊 缝 ； 焊 缝 长 度 方 向 与 作 用 力 平 行 的 侧 面 角 焊 缝 以 及 斜 焊 缝 角 焊 缝 按 沿 长 度 方 向 的

12、 布 置 分 为 连 续 角 焊 缝 和 间 断 角焊 缝 。 间 断 角 焊 缝 的 间 断 距 离 l不 宜 过 长 ， 以 免 连 接 不 紧 密 ，潮 气 侵 入 引 起 构 件 锈 蚀 。 一 般 在 受 压 构 件 中 应 满 足 l 15t；在 受 拉 构 件 中 l 30t， t为 较 薄 焊 件 的 厚 度 。 按 施 焊 时 焊 缝 在 焊 件 之 间 的 相 对 空 间 位 置 ， 焊 缝 连 接可 分 为 俯 焊 （ 平 焊 ） 、 横 焊 、 立 焊 及 仰 焊 。图 2-13 （ a） 俯 焊 （ 平 焊 ） （ b） 立 焊 （ c） 横 焊 （ d） 仰 焊 角

13、 焊 缝 按 截 面 形 式 可 分 为 直 角 角 焊 缝 如 图 2-14所示 和 斜 角 角 焊 缝 如 图 2-15所 示 . 图 2-15 斜 角 角 焊 缝图 2-14 直 角 角 焊 缝 角 焊 缝 两 边 夹 角 一 般 为 90 （ 直 角 角 焊 缝 ） ， 夹 角 大于 135 或 小 于 60 的 斜 角 角 焊 缝 ， 除 钢 管 结 构 外 ， 一 般不 宜用 作 受 力 焊 缝 。 角 焊 缝 的 有 效 截 面 为 平 分 角 焊 缝 夹 角 的 截 面 ， 破 坏往 往 从 这 个 截 面 发 生 。 有 效 截 面 的 高 度 （ 不 考 虑 焊 缝 余高

14、） 称 为 角 焊 缝 的 有 效 厚 度 he ： 当 90 时 ， he 0.7 hf ； 当 90 时 ， h e hf cos( /2)。 二 、 角 焊 缝 的 构 造 要 求 1.最 大 焊 脚 尺 寸 hfmax hfmax1.2tmin （ tmin为 较 薄 焊 件 厚 度 ） 对 于 板 件 边 缘 的 焊 缝 ： 当 t 6mm时 ， hf t ； 当 t 6mm时 ， hf t (1-2)mm。 2.最 小 焊 脚 尺 寸 hfmin hfmin 1.5 tmax（ tmax为 较 厚 焊 件 的 厚 度 ） 。 3.焊 缝 长 度 lw 侧 面 角 焊 缝 或 正 面

15、 角 焊 缝 的 计 算 长 度 不宜 小 于 8hf或 40mm ， 且 不 宜 大 于 60hf 。 4.侧 面 角 焊 缝 的 最 大 计 算 长 度 侧 面 角 焊 缝 的 计 算 长度 应 满 足 ： lw 60 hf（ 承 受 静 力 荷 载 或 间 接 承 受 动 力 荷 载 ）或 40hf（ 直 接 承 受 动 力 荷 载 ） 。 三 、 角 焊 缝 连 接 的 计 算 计 算 角 焊 缝 强 度 时 ， 假 定 有 效 截 面 上 的 应 力 均 匀 分 布 ，并 且 不 分 抗 拉 ， 抗 压 或 抗 剪 ， 都 用 同 一 强 度 设 计 值 f wf。 (1)侧 面 角

16、 焊 缝 或 作 用 力 平 行 于 焊 缝 长 度 方 向 的 角 焊 缝 ： (2-9) (2)正 面 角 焊 缝 或 作 用 力 垂 直 于 焊 缝 长 度 方 向 的 角 焊 缝 ： (2-10) 式 中 lw连 接 一 侧 所 有 焊 缝 的 计 算 长 度 之 和 ， 每 条焊 缝 按 实 际 长 度 减 去 2hf。 wff wef flh N wfwef flh N 1. 角 焊 缝 受 轴 心 力 作 用 时 的 计 算 2、 角 钢 连 接 的 角 焊 缝 受 轴 心 力 作 用 时 的 计 算 角 钢 与 连 接 板 用 角 焊 缝 连 接 可 以 采 用 三 种 形 式

17、 ， 即 采用 两 侧 缝 、 三 面 围 焊 和 L形 围 焊 。 为 避 免 偏 心 受 力 ， 应 使 焊缝 传 递 的 合 力 作 用 线 与 角 钢 杆 件 的 轴 线 相 重 合 。 （ 具 体 见教 材 ） 3.弯 矩 、 扭 矩 、 轴 心 力 共 同 作 用 时 ， 分 别 计 算 受 力 最不 利 点 的 正 应 力 和 剪 应 力 ， 按 下 式 计 算 ： (2-27) wff f 22 )()( 课 题 5 螺 栓 连 接一 螺 栓 连 接 的 特 点 、 类 型 螺 栓 连 接 分 普 通 螺 栓 连 接 和 高 强 度 螺 栓 连 接 两 种 。 普 通 螺 栓

18、通 常 采 用 Q235 钢 材 制 成 ， 安 装 时 用 普 通 扳手 拧 紧 ； 高 强 度 螺 栓 则 用 高 强 度 钢 材 经 热 处 理 制 成 ， 用 能 控 制螺 栓 杆 的 扭 矩 或 拉 力 的 特 制 扳 手 ， 拧 紧 到 预 定 的 预 拉 力 值 ，把 被 连 接 件 高 度 夹 紧 。 图 2-25 螺 栓 的 排 列a） 并 列 布 置 b） 错 列 布 置 2 .螺 栓 的 排 列 螺 栓 的 排 列 有 并 列 和 错 列 两 种 基 本 形 式 。 并 列 较 简 单 ， 但 对 栓 孔 有 削 弱 （ 图 a） ； 错 列 较 紧 凑 ， 可 减 少

19、截 面 削 弱 ， 但 排 列 较 繁 杂 （ 图 b） 。 钢 结 构 设 计 规 范 根 据 螺 栓 孔 直 径 、 钢 材 边 缘 加工 情 况 （ 轧 制 边 、 切 割 边 ） 及 受 力 方 向 ， 规 定 了 螺 栓 中心 间 距 及 边 距 的 最 大 、 最 小 限 制 ， 见 教 材 表 2-5。 bV2VbV f4dnN bCbC ftdN bCbVbminV ;min NNNN 受 剪 螺 栓 的 承 载 力 计 算 bt2bt 41 fdN e fAN n bNNn min bminNNn 7.01501.1 01 dl btNNn MnMM NNyNmM 211 n

20、MnMM yNyNyN 2211 bt211 Nym yMN iM （ 2-37） 2. 高 强 螺 栓 的 材 料 与 强 度 等 级 由 高 强 材 料 经 热 处 理 制 成 ， 按 强 度 等 级 分 10.9与 8.8级 。 10.9级 一 般 为 20MnTiB、 40Cr等 材 料 ， fu 1000N/mm2，fu/fy 0.9； 8.8级 一 般 为 45号 钢 制 成 ， fu 800N/mm2， fu/fy 0.8。 3.高 强 螺 栓 的 预 拉 力 （ 2-38） eueu AfAfP 6075.02.1 9.09.09.0 PnN 9.0 fbV bVNNn fAN

21、nnAN n1n, 5.01 ） （ 3)高 强 度 螺 栓 群 抗 剪 连 接 的 计 算 。 高 强 度 螺 栓 连 接 所 需 螺 栓 数 目 应 由 下 式 确 定bNNn min 对 高 强 度 螺 栓 摩 擦 型 连 接 ， Nbmin按 式 （ 2-39） 计 算 ， 对 高 强 度 螺 栓 承 压 型 连 接 ， Nbmin取 N bV和 N bc中 的 较小 值 ， 即 分 别 按 式 (2-28)与 式 （ 2-29） 4)高 强 度 螺 栓 群 在 轴 心 力 作 用 时 的 抗 拉 计 算 。 高 强 度 螺 栓 群 连 接 所 需 螺 栓 数 目 n = 式 中 N bt在 杆 轴 方 向 受 拉 力 时 ， 一 个 高 强 度 螺栓 （ 摩 擦 型 和 承 压 型 ） 的 承 载 力 设 计 值 ， N bt =0.8P。btNN PN8.0 本 章 重 点1、 对 接 焊 缝 、 角 焊 缝 的 构 造 与 计 算 ；2、 普 通 螺 栓 受 剪 连 接 的 破 坏 形 式 与 机 理 ；3、 高 强 螺 栓 连 接 的 构 造 与 计 算