钢结构原理与设计.ppt

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1、钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计第第第第3 3章章章章 连接连接连接连接 第3章 连接钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 构件由型钢、钢板等通过连接构成构件由型钢、钢板等通过连接构成 构件通过安装连接构成整个结构构件通过安装连接构成整个结构 安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便 节约钢材节约钢材 连接方法分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接等连接方法分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接等 钢结构的连接方法（钢结构的连接方法（a）焊缝连接（）焊缝连接（b）铆钉连接；）铆钉连接；（c）螺栓连接（）螺栓连接（d）紧固件连接）紧固件连接钢结构基本原理及设计

2、钢结构基本原理及设计 1.1.连接的重要地位连接的重要地位连接的重要地位连接的重要地位 1）型钢组成构件，构件组成结构）型钢组成构件，构件组成结构 2）连接方式直接影响结构构造、制造工艺、造价）连接方式直接影响结构构造、制造工艺、造价 3）连接质量影响结构的安全和使用寿命）连接质量影响结构的安全和使用寿命 4）传递连接件间力和弯矩）传递连接件间力和弯矩 2.2.基本连接形式基本连接形式基本连接形式基本连接形式 1）对接连接）对接连接 2）搭接连接）搭接连接 3）垂直连接）垂直连接 4）角形连接）角形连接钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.1.1 焊缝连接焊缝连接一一一一.焊缝连接的特点

3、焊缝连接的特点焊缝连接的特点焊缝连接的特点 焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。优点优点：1.构造简单，任何形式的构件都可直接相连；构造简单，任何形式的构件都可直接相连；2.用料经济，不削弱截面；用料经济，不削弱截面；3.制作加工方便，可自动化操作，质量好；制作加工方便，可自动化操作，质量好；4.连接的密闭性好，结构刚度大。连接的密闭性好，结构刚度大。缺点缺点：1.在焊缝附近的热影响区内，钢材组织发生改在焊缝附近的热影响区内，钢材组织发生改 变，导致局部材质变脆；变，导致局部材质变脆；2.焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力焊接残余应力和残余变形使受压

4、构件承载力 降低；降低；3.焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体；就容易扩展到整体；4.低温冷脆。低温冷脆。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计二二二二.钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法 目前应用最多的是手工电弧焊和自动目前应用最多的是手工电弧焊和自动(或半自动或半自动)埋弧埋弧焊，还有气体保护焊等焊，还有气体保护焊等1.1.手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊 最常用的一种焊接方法。通电后，在涂有药皮的焊条最常用的一种焊接方法。通电后，在涂有药皮的焊条和焊件间产生电弧。和焊件间

5、产生电弧。a）电路；）电路；b）施焊过程；）施焊过程；1电焊机；电焊机；2导线；导线；3焊件；焊件；4电弧；电弧；5药皮；药皮；6起保护作用的气体；起保护作用的气体；7熔渣；熔渣；8焊缝金属；焊缝金属；9主体金属；主体金属；10焊丝；焊丝；11熔池熔池钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 优点优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。焊接，特别适于焊接短焊缝。缺点缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技：生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技术水平和精神状态有很大的关系。术水平和精神状态有很大的关系。对

6、对Q235Q235钢采用钢采用E43E43型焊条型焊条对对Q345Q345钢采用钢采用E50E50型型对对Q390Q390钢和钢和Q420Q420钢采用钢采用E55E55型型 E代表焊条代表焊条 E后面的两个数字如后面的两个数字如43表示焊条钢丝抗拉强度为：表示焊条钢丝抗拉强度为：43kgfmm2(420Nmm2)。数字后的两个数字后的两个，表示焊条药皮类型、适用的施焊位置，表示焊条药皮类型、适用的施焊位置 以及适用的焊接电源以及适用的焊接电源钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊方法埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊方法 焊丝送进和焊接方向的移动有专门机

7、构控制的焊丝送进和焊接方向的移动有专门机构控制的 称埋弧自动电弧焊称埋弧自动电弧焊 焊丝送进有专门机构控制，焊接方向移动靠工人操作的焊丝送进有专门机构控制，焊接方向移动靠工人操作的 称为埋弧半自动电弧焊称为埋弧半自动电弧焊 自动或半自动化操作，焊接工艺稳定，焊缝化学成分均自动或半自动化操作，焊接工艺稳定，焊缝化学成分均 匀，焊缝质量好，焊件变形小。匀，焊缝质量好，焊件变形小。2.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）不同强度钢材焊接，采用与较低强度钢材适应焊接材料不同强度钢材焊接，采用与较低强度钢材适应焊接材料 用与较低强度钢材相适应焊条施

8、焊，焊缝塑性性能与冲用与较低强度钢材相适应焊条施焊，焊缝塑性性能与冲 击韧性好。击韧性好。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计埋弧自动电弧焊埋弧自动电弧焊1焊丝转盘；焊丝转盘；2转动焊丝的电动机；转动焊丝的电动机；3焊剂漏斗；焊剂漏斗；4电源；电源；5熔化的焊剂；熔化的焊剂；6焊缝金属；焊缝金属；7焊件；焊件；8焊剂；焊剂；9移动方向移动方向钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计现场用自动行走埋弧焊机焊接重型现场用自动行走埋弧焊机焊接重型H型钢型钢钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.3.气体保护焊气体保护焊气体保护焊气体保护焊 气体保护焊采用裸焊丝用从焊枪中喷出的气体保护施气体保

9、护焊采用裸焊丝用从焊枪中喷出的气体保护施焊过程中的电弧、熔池和高温焊缝金属，用保护气体代替焊过程中的电弧、熔池和高温焊缝金属，用保护气体代替了焊剂了焊剂二氧化碳作为保护气体，称为二氧化碳保护焊二氧化碳作为保护气体，称为二氧化碳保护焊钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 二氧化碳保护焊的焊接效率高，金属熔化深度大，焊缝二氧化碳保护焊的焊接效率高，金属熔化深度大，焊缝质量好，是一种良好的焊接方法，质量好，是一种良好的焊接方法，施焊时周围的风速要小，以免气体被吹散。施焊时周围的风速要小，以免气体被吹散。4.4.电阻焊电阻焊电阻焊电阻焊 电阻焊利用电流通过焊件接触点表面电阻所产生的热来熔电阻焊利用

10、电流通过焊件接触点表面电阻所产生的热来熔化金属，再通过加压使其焊合。化金属，再通过加压使其焊合。适用于板叠厚度不大于适用于板叠厚度不大于12mm的焊接。对冷弯薄壁型钢构的焊接。对冷弯薄壁型钢构件，电阻焊可用来缀合壁厚不超过件，电阻焊可用来缀合壁厚不超过3.5mm的构件。的构件。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计三三三三.焊接连接形式及焊缝形式焊接连接形式及焊缝形式焊接连接形式及焊缝形式焊接连接形式及焊缝形式1.1.焊缝连接形式焊缝连接形式焊缝连接形式焊缝连接形式 分为对接、搭接、分为对接、搭接、T型连接和角部连型连接和角部连接接 对接连接对接连接主要用于厚度相同或接近相同的两构件相互连接

11、。主要用于厚度相同或接近相同的两构件相互连接。采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在同采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。尺寸有严格的要求。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计a)对接接头；对接接头；(b)搭接接头；（搭接接头；（c）T形接头；形接头；(d)角接接头。角接接头。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原

12、理及设计双层盖板和角焊缝对接连接，传力不均匀、费料，但施双层盖板和角焊缝对接连接，传力不均匀、费料，但施工简便，连接两板间隙无需严格控制。工简便，连接两板间隙无需严格控制。角焊缝的搭接连接，适用不同厚度构件连接。传力不均角焊缝的搭接连接，适用不同厚度构件连接。传力不均匀，材料较费，但构造简单，施工方便。匀，材料较费，但构造简单，施工方便。T型连接省工省料，用于制作组合截面。当采用角焊缝型连接省工省料，用于制作组合截面。当采用角焊缝连接时，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，连接时，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构连接。疲劳强度较低，

13、可用于不直接承受动力荷载结构连接。对于直接承受动荷载的结构？对于直接承受动荷载的结构？2.2.焊缝形式焊缝形式焊缝形式焊缝形式 a)对接焊缝：正对接焊缝、斜对接焊缝。对接焊缝：正对接焊缝、斜对接焊缝。b)角焊缝：角焊缝：正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝。正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计c)焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝 连续角焊缝和间断角焊缝连续角焊缝和间断角焊缝d)焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊 钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计施焊时焊

14、缝在焊件施焊时焊缝在焊件之间的相对空间位置、之间的相对空间位置、焊缝连接可分为焊缝连接可分为平焊、平焊、横焊、立焊和仰焊横焊、立焊和仰焊等。等。平焊有时称作俯焊，平焊有时称作俯焊，施焊方便，质量易保证；施焊方便，质量易保证；仰焊困难。设计和仰焊困难。设计和制造时应尽量考虑使多制造时应尽量考虑使多数焊缝能在平焊或较方数焊缝能在平焊或较方便的位置焊接避免仰便的位置焊接避免仰焊。焊。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计四四四四.焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验 1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气

15、孔、夹渣、常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透。咬边、未熔合、未焊透。裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计2.2.焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝质量检验 缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。冷弯性能等均有不利影响。焊缝质量检验一般可用外观检查及无损检验，前者检焊缝质量检验一般可用外观检查及无损检验，前者检查外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。查外观缺陷和几何尺寸，后者检查内部缺陷。无损检验

16、目前广泛采用超声波检验，使用灵活经济，无损检验目前广泛采用超声波检验，使用灵活经济，对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；最明确可靠的检验方法是最明确可靠的检验方法是x射线或射线或y射线透照或拍片，射线透照或拍片，x 射线应用较广。射线应用较广。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计超声波探伤超声波探伤一级焊缝标准检测一级焊缝标准检测钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 钢结构工程施工质量验收规范（钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）规）规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二

17、级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；标准；要求全焊透的一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求要求全焊透的一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求用超声波探伤进行内部缺陷的检验，用超声波探伤进行内部缺陷的检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验。验。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.3.焊缝质量等级的规定焊缝质量等级的规定焊缝质量等级的规定焊缝质量等级的规定 GB50017规范规定，焊缝应根据规范规定，焊缝应根据结构的重要性、荷载特结构的重要性、荷载特性

18、、焊缝形式、工作环境、应力状态等性、焊缝形式、工作环境、应力状态等情况。情况。1.需进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透需进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透力力垂垂直直于于焊焊缝缝长长度度方方向向的的横横向向对对接接焊焊缝缝或或T型型对对接接与与角角接接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级 2.不不计计算算疲疲劳劳的的构构件件，要要求求与与母母材材等等强强的的对对接接焊焊缝缝应应予予焊焊透透，其其质质量量等等级级当当受受拉拉时时应应不不低低于于二二级级，受受

19、压压时时宜宜为为二级二级钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.重级工作制和起重量重级工作制和起重量Q50t的中级工作制吊车梁的腹的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间的板与上翼缘之间的T形接头焊缝焊透。焊缝形式一般为对接形接头焊缝焊透。焊缝形式一般为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级4.不焊透的不焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为：角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为：直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重直接承受动力荷

20、载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量等于或大于量等于或大于50t的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级；应符合二级；对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.1.2 铆钉和螺栓连接铆钉和螺栓连接 一一一一.铆钉连接铆钉连接铆钉连接铆钉连接 铆钉连接有铆钉连接有热铆热铆和和冷铆冷铆二种方法。二种方法。热铆热铆是由烧红的钉坯插入构件的钉孔中，压铆机铆合而成是由烧红的钉坯插入构件的钉孔中，压铆机铆合而成 冷铆冷铆是在常温下铆合而成是在常温下铆合而成 在建筑结构中一般采用热铆

21、在建筑结构中一般采用热铆 专用钢材专用钢材BL2和和BL3号钢制成号钢制成铆钉连接的质量和受力性能与钉孔的制法有很大关系。铆钉连接的质量和受力性能与钉孔的制法有很大关系。钉孔的制法分为钉孔的制法分为、两类。两类。类类孔孔是是用用钻钻模模钻钻成成，或或先先冲冲成成较较小小的的孔孔，装装配配时时再再扩扩钻钻而成，质量较好。而成，质量较好。类类孔孔是是冲冲成成或或不不用用钻钻模模钻钻成成，简简单单，但但构构件件拼拼装装时时钉钉孔孔不易对齐，故质量较差。不易对齐，故质量较差。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计优点优点 塑性、韧性比焊接连接好塑性、韧性比焊接连接好 传力可靠，连接质量容易检查传力可

22、靠，连接质量容易检查 对主体金属材质质量要求比焊接低对主体金属材质质量要求比焊接低缺点缺点 钉孔削弱钉孔削弱 制孔和打铆制孔和打铆 要求技术水平要求技术水平 劳动条件差劳动条件差铆钉连接由于构造复杂，费钢费工，现已很少采用。铆钉连接由于构造复杂，费钢费工，现已很少采用。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计二二二二.螺栓连接螺栓连接螺栓连接螺栓连接 螺栓连接分螺栓连接分普通螺栓连接普通螺栓连接和和高强度螺栓连接高强度螺栓连接1.1.普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接 分为分为A、B、C三级。三级。A级与级与B级为精制螺栓，级为精制螺栓，C级为粗制螺栓级为粗制螺栓 C级螺栓材料性

23、能等级为级螺栓材料性能等级为4.6级或级或4.8级级 A级和级和B级螺栓材料性能等级则为级螺栓材料性能等级则为5.6级或级或8.8级级 8.8级其抗拉强度不小于级其抗拉强度不小于800N/mm2，屈强比为，屈强比为0.8 C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成级螺栓由未经加工的圆钢压制而成 螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.53mm A、B级螺栓由毛坯在车床上经过切削加工精制而成级螺栓由毛坯在车床上经过切削加工精制而成钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计2.2.高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接 45号钢，号钢，40B钢和钢和20MnTiB钢加工制

24、作钢加工制作 经热处理后，螺栓抗拉强度应分别不低于经热处理后，螺栓抗拉强度应分别不低于 800N/mm2和和1000N/mm2 屈强比分别为屈强比分别为0.8和和0.9 等级分别称为等级分别称为8.8级和级和10.9级级 钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计大六角头型和扭剪型大六角头型和扭剪型 安装时通过特别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺安装时通过特别的板手，以较大的扭矩上紧螺帽，使螺杆产生很大的预拉力杆产生很大的预拉力 使接触面间产生摩擦力，传递外力使接触面间产生摩擦力，传递外力 这种连接这种连接称为高强度螺栓摩擦型连接称为高强度螺栓摩擦型连接 优点：施工方便，对构件削弱小，可拆换，

25、承受动力荷优点：施工方便，对构件削弱小，可拆换，承受动力荷载，耐疲劳，韧性和塑性好载，耐疲劳，韧性和塑性好钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 高强度螺栓也可同普通螺栓一样，允许接触面滑移，依靠高强度螺栓也可同普通螺栓一样，允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺栓孔之间的承压来传力。这种连接称为螺栓杆和螺栓孔之间的承压来传力。这种连接称为高强度螺栓高强度螺栓承压型连接。承压型连接。摩擦型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径摩擦型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径d大大1.52.0mm；承压型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径承压型连接的栓孔直径比螺杆的公称直径d大大1.01.5mm。3.1.4 焊缝代号、螺栓图

26、例焊缝代号、螺栓图例 焊缝符号表示法规定：焊缝代号由引出线、图形符号和焊缝符号表示法规定：焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。辅助符号三部分组成。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 焊缝代号焊缝代号 当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示。时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计螺栓图例螺栓图例钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 焊透的对接焊缝和焊透的对接焊缝和T T形对接与角接组合焊接形对接与角接组合焊接 部分焊透的对接焊

27、缝和部分焊透的对接焊缝和T T形对接与角接组合焊缝形对接与角接组合焊缝 对接焊缝的构造对接焊缝的构造1.1.坡口型式坡口型式坡口型式坡口型式 对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝坡口焊缝 当焊件厚度很小（手工焊当焊件厚度很小（手工焊6mm，埋弧焊，埋弧焊10mm）时，）时，直边缝直边缝 一般厚度焊件可采用单边一般厚度焊件可采用单边V形或形或V形焊缝形焊缝 较厚的焊件（较厚的焊件（t 20mm），采用），采用U形、形、K形和形和X形坡口形坡口钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计对于对于V形缝和形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。形缝需对焊缝根部进行补焊。

28、钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 2.2.板宽度不同、厚度不同板宽度不同、厚度不同板宽度不同、厚度不同板宽度不同、厚度不同 对接焊缝拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差对接焊缝拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm 在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面过渡平缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡平缓，减小应力集中。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢板厚度不同钢板厚度不同1：2.51：2.51：2.5钢板宽度不同钢板宽度不同4mm不做斜坡不做斜坡钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计一般情况下，每

29、条焊缝的一般情况下，每条焊缝的两端常因焊接时起弧、灭弧的两端常因焊接时起弧、灭弧的影响而较易出现弧坑、未熔透影响而较易出现弧坑、未熔透等缺陷，常称为焊口，容易引等缺陷，常称为焊口，容易引起应力集中，对受力不利。起应力集中，对受力不利。3.3.引弧板引弧板引弧板引弧板 在焊缝的起灭弧处，会出现弧坑等缺陷，在焊缝的起灭弧处，会出现弧坑等缺陷，焊接时设置引弧板和引出板焊接时设置引弧板和引出板 对受静力荷载的结构允许不设置引弧板，焊缝计算长度对受静力荷载的结构允许不设置引弧板，焊缝计算长度等于实际长度减等于实际长度减2t。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.2.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算

30、对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量的检验标准等因素有关量的检验标准等因素有关焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，认为受压、焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等受剪的对接焊缝与母材强度相等受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的母材强度的85%一、二级检验的焊缝的抗拉强度认为与母材强度相等一、二级检验的焊缝的抗拉强度认为与母材强度相等 钢结构基本原理及设计钢结构基本原

31、理及设计一一.轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝 1.1.计算计算计算计算 在对接接头和在对接接头和T形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力N的对接焊缝，其强度应按下式计算：的对接焊缝，其强度应按下式计算：钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计式中：式中：lw焊缝计算长度，焊缝计算长度，钢板宽度钢板宽度b，未采用引弧板施焊时取，未采用引弧板施焊时取(b 2t)mm；t 在对接接头中为被连接两钢板的较小厚度在对接接头中为被连接两钢板的较小厚度 在在T形或角接接头中为对接焊缝所在面钢板的厚度形或角接接头中为对接焊缝所在面钢板的厚

32、度ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 一、二级对接焊缝和没有拉应力构件中的三级对接焊缝都一、二级对接焊缝和没有拉应力构件中的三级对接焊缝都与主体钢材等强度，即只要钢材强度已经计算能满足设计要求，与主体钢材等强度，即只要钢材强度已经计算能满足设计要求，则焊缝强度同样也能满足。则焊缝强度同样也能满足。施焊时均应加引弧板，避免焊缝两端起落弧缺陷，施焊时均应加引弧板，避免焊缝两端起落弧缺陷，无引弧板焊缝计算长度应取为实际长度，计算每条焊缝无引弧板焊缝计算长度应取为实际长度，计算每条焊缝长度应减去长度应减去2t。加引弧板

33、施焊情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及加引弧板施焊情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算 受拉的三级焊缝需要计算受拉的三级焊缝需要计算钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计加引弧板时，加引弧板时，对接焊缝抗剪强度设计值对接焊缝抗剪强度设计值 2.2.对接斜焊缝对接斜焊缝对接斜焊缝对接斜焊缝 当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝。当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝。轴心受拉斜焊缝，可按下列公式计算：轴心受拉斜焊缝，可按下列公式计算：钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计计算不满足时首先应考虑

34、把直焊缝移到拉应力较小计算不满足时首先应考虑把直焊缝移到拉应力较小(f ft tw w)的部位的部位不移动时可改用二级直焊缝或三级斜焊缝不移动时可改用二级直焊缝或三级斜焊缝斜焊缝作成斜焊缝作成 tg tg1.51.5，强度能满足不必计算，强度能满足不必计算tg1.5N NN NNNcosNsin三级焊缝的抗拉强度是母材强度的三级焊缝的抗拉强度是母材强度的85。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计二二二二.承受弯矩和剪力对接焊缝承受弯矩和剪力对接焊缝承受弯矩和剪力对接焊缝承受弯矩和剪力对接焊缝1.1.矩形截面矩形截面矩形截面矩形截面 对接接头受弯和剪联合作用，焊缝截面矩对接接头受弯和剪联合作

35、用，焊缝截面矩形，最大值应满足下列强度条件形，最大值应满足下列强度条件钢板拼接对接直焊缝承受弯矩设计值钢板拼接对接直焊缝承受弯矩设计值M M、剪、剪力力V V，正应力和剪应力最大值发生在不同部位，正应力和剪应力最大值发生在不同部位，分别计算：分别计算：钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计2.2.工字形截面工字形截面工字形截面工字形截面验算最大正应力和剪应力验算最大正应力和剪应力验算较大正应力和较大剪应力，验算折算应力：验算较大正应力和较大剪应力，验算折算应力：钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计三三三三.轴心力、弯矩和剪力作用轴心力、弯矩和剪力作用轴心力、弯矩和剪力作用轴心力、弯矩和剪

36、力作用当轴心力与弯矩、剪力联合作用时当轴心力与弯矩、剪力联合作用时 1.钢板拼接对接直焊缝承受弯矩钢板拼接对接直焊缝承受弯矩M、剪力、剪力V和轴心拉力和轴心拉力N钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 2.对称工字形截面构件的直焊缝拼接对称工字形截面构件的直焊缝拼接钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 系数系数1.1是考虑最大折算应力只发生在最大弯矩截面腹板是考虑最大折算应力只发生在最大弯矩截面腹板焊缝端点处局部，故将其强度设计值焊缝端点处局部，故将其强度设计值ftw提高提高10。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.3.1 角焊缝的构造角焊缝的构造一一一一.角焊缝的形式和强度角焊

37、缝的形式和强度角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度 角焊缝是最常用的焊缝。角焊缝是最常用的焊缝。1.形式：形式：1）按与作用力关系分）按与作用力关系分正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝2）按其截面形式可分为）按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝直角角焊缝和斜角角焊缝 钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 3）焊脚尺寸焊脚尺寸 有效高度有效高度 有效面积有效面积 钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 4）普通型普通型 平坦型平坦型 凹面型凹面型 直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面。直角角焊缝通常做成表面微凸

38、的等腰直角三角形截面。在在直直接接承承受受动动力力荷荷载载的的结结构构中中，正正面面角角焊焊缝缝的的截截面面常常采用平坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式。采用平坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式。两两焊焊脚脚边边的的夹夹角角a90或或a90的的焊焊缝缝称称为为斜斜角角角角焊焊缝。缝。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计2.2.试验结果表明试验结果表明试验结果表明试验结果表明 1）侧侧面面角角焊焊缝缝主主要要承承受受剪剪应应力力。塑塑性性较较好好，弹弹性性模模量量低，强度也较低低，强度也较低 传传力力线线通通过过侧侧面面角角焊焊缝缝时时产产生生弯弯折折，应应力力沿沿焊焊缝缝长长度方向的分布不

39、均匀，呈两端大而中间小的状态度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态 焊焊缝缝越越长长，应应力力分分布布越越不不均均匀匀，但但在在进进入入塑塑性性工工作作阶段时产生应力重分布，可使不均匀现象趋缓阶段时产生应力重分布，可使不均匀现象趋缓钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计侧面角焊缝主要承受剪力，应力状态比正面角焊缝单纯侧面角焊缝主要承受剪力，应力状态比正面角焊缝单纯钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计2）正面角焊缝连接传力线有较剧烈弯折，应力复杂）正面角焊缝连接传力线有较剧烈弯折，应力复杂正面角焊缝沿焊缝长度的应力分布较均匀，在两个焊正面角焊缝沿焊缝长度的应力分布较均匀，在两个焊脚脚A

40、B、BC和和45度有效厚度度有效厚度BD面上有复杂和不均匀的正面上有复杂和不均匀的正应力和剪应力，应力集中严重，应力和剪应力，应力集中严重，正面角焊缝的破坏可能发生在焊脚正面角焊缝的破坏可能发生在焊脚AB、BC或有效厚或有效厚度度BD面，属正应力和剪应力综合破坏面，属正应力和剪应力综合破坏钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计但正面角焊缝的刚度较大，变形较小，塑性较差，性质但正面角焊缝的刚度较大，变形较小，塑性较差，性质 较脆。较脆。经试验，正面角焊缝的静力强度高于侧面角焊缝。经试验，正面角焊缝的静力强度高于侧面角焊缝。国内外试验结果表明：国内外试验结果表明：如如果果用用焊焊缝缝有有效效厚厚

41、度度he乘乘焊焊缝缝长长度度lw的的焊焊缝缝有有效效截截面面来来计计算算焊焊缝缝应应力力，Q235钢钢和和E43型型焊焊条条焊焊成成的的正正面面角角焊焊缝缝的的平平均破坏强度比侧面角焊缝要高出均破坏强度比侧面角焊缝要高出35%以上以上钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计二二.角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求1.1.最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸 规规范范规规定定：除除了了直直接接焊焊接接钢钢管管结结构构的的焊焊脚脚尺尺寸寸hf不不宜宜大大于支管壁厚的于支管壁厚的2倍之外，倍之外，hf不宜大于较薄焊件厚度的不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍倍 在

42、在板板件件边边缘缘的的角角焊焊缝缝，当当板板件件厚厚度度t6mm时，时，hft-（1-2）mm；最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸hf1.2tmin。tmin为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计hf太大会使施焊时热量输入过太大会使施焊时热量输入过大，焊缝收缩时容易产生较大的焊大，焊缝收缩时容易产生较大的焊接残余变形和三向焊接残余应力；接残余变形和三向焊接残余应力；且使热影响区扩大，容易产生脆性且使热影响区扩大，容易产生脆性断裂；甚至易使较薄焊件烧穿。板断裂；甚至易使较薄焊件烧穿。板件边缘的较大角焊缝当与板件边缘件边缘的较大角焊缝当与板件边缘等厚时施焊时易产生咬边现

43、象等厚时施焊时易产生咬边现象钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计2.2.最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸 规规范范规规定定：角角焊焊缝缝的的焊焊脚脚尺尺寸寸hf不不得得小小于于 ，t为为较较厚焊件厚度；厚焊件厚度；自自动动焊焊熔熔深深大大，最最小小焊焊脚脚尺尺寸寸可可减减少少1mm；对对T形形连连接接的的单单面面角角焊焊缝缝，应应增增加加1mm。当当焊焊件件厚厚度度等等于于或或小小于于4mm时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。hf太小会使焊缝有缺陷或尺寸不足时影响承载力过多。太小会使焊缝有缺陷或尺寸不足时影响承载力过多。且焊缝因冷却过快容

44、易产生收缩裂纹。故规定且焊缝因冷却过快容易产生收缩裂纹。故规定hf最小值随最小值随tmax而相应增加。而相应增加。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 若内力沿侧面角烽缝全若内力沿侧面角烽缝全长分布，则计算长度不受此长分布，则计算长度不受此限。限。3.3.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度l lw w 侧侧面面角角焊焊缝缝的的计计算算长长度度不不宜宜大大于于lw 60hf，当当大大于于上上述述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。数值时，其超过部分在计算中不予考虑。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计焊缝太短会使施焊时起焊缝太

45、短会使施焊时起弧灭弧可能引起的弧坑缺陷弧灭弧可能引起的弧坑缺陷相距太近，再加上其它焊缝相距太近，再加上其它焊缝缺陷或尺寸不足将影响承裁缺陷或尺寸不足将影响承裁力过多。力过多。4.4.角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度 侧侧面面角角焊焊缝缝或或正正面面角角焊焊缝缝的的计计算算长长度度均均不不得得小小于于8hf和和40mm，其实际焊接长度应较前述数值还要大，其实际焊接长度应较前述数值还要大2hf。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计5.5.搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求 当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时，

46、宜使每条侧当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时，宜使每条侧面角焊缝计算长度面角焊缝计算长度lw其间距其间距b，且间距，且间距 b16tmin(tmin12mm时时)或或190mm(tmin12mm时时)。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 t为为较较薄薄焊焊件件的的厚厚度度，以以免免因因焊焊缝缝横横向向收收缩缩，引引起起板板件件发生较大拱曲。发生较大拱曲。在在搭搭接接连连接接中中，当当仅仅采采用用正正面面角角焊焊缝缝时时，其其搭搭接接长长度度不不得得小小于于焊焊件件较较小小厚厚度度的的5倍倍，也也不不得得小小于于25mm，以以免免焊焊缝受偏心弯矩影响太大而破坏。缝受偏心弯矩影响太大而破坏。

47、钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 6.6.围焊的转角处连续施焊围焊的转角处连续施焊围焊的转角处连续施焊围焊的转角处连续施焊 对于非围焊，对于非围焊，2hf的绕角焊的绕角焊 杆件与节点板的连接焊缝宜采用两面侧焊杆件与节点板的连接焊缝宜采用两面侧焊 也可用三面围焊也可用三面围焊 对角钢杆件可采用对角钢杆件可采用L形围焊形围焊 所有围焊的转角处也必须连续施焊所有围焊的转角处也必须连续施焊钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计直角角焊缝的基本计算公式直角角焊缝的基本计算公式 1.角角焊焊缝缝的的有有效效截截面面为为焊焊缝缝有有效效厚厚度度与与计计算算长长度度的的乘乘积积，而有效厚度而有效厚度

48、he=0.7hf。2.试试验验表表明明，直直角角角角焊焊缝缝的的破破坏坏常常发发生生在在喉喉部部，通通常常认认为直角角焊缝是以为直角角焊缝是以45方向的最小截面作为有效计算截面。方向的最小截面作为有效计算截面。国家标准化组织（国家标准化组织（ISO）推荐：）推荐：钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 3.我我国国采采用用折折算算应应力力公公式式。引引入入抗抗力力分分项项系系数数后后，得得角角焊缝的计算式：焊缝的计算式：4.承受承受Ny和和NX作用作用钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 则应力综合作用下，则应力综合作用下，和和 共同作用处的计算公式为：共同作用处的计算公式为：钢结构基本

49、原理及设计钢结构基本原理及设计或或式中式中f正面角焊缝的强度增大系数，正面角焊缝的强度增大系数，对正面角焊缝，对正面角焊缝，得：，得：对侧面角焊缝，对侧面角焊缝，得：，得：对于对于直接承受动力荷载直接承受动力荷载结构中的焊缝，取结构中的焊缝，取钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计二二二二.角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求1.1.最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸hf1.2tmin。tmin为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。2.2.最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸 规范规定：角焊缝的焊脚尺寸规范规定：角

50、焊缝的焊脚尺寸hf不得小于不得小于 3.3.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度l lw w 计算长度不宜大于计算长度不宜大于lw 60hf，4.4.角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度 侧面或正面角焊缝计算长度不得小于侧面或正面角焊缝计算长度不得小于8hf和和40mm。一一一一.角焊缝角焊缝角焊缝角焊缝 1）正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝2）直角角焊缝和斜角角焊缝直角角焊缝和斜角角焊缝 3）焊脚尺寸焊脚尺寸 有效高度有效高度 有效面积有效面积 回顾回顾钢结构基