钢结构设计原理电子教案3.docx

该【钢结构设计原理电子教案3 】是由【ATONGMU】上传分享，文档一共【23】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【钢结构设计原理电子教案3 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。第 23 页
钢构造设计原理电子教案
1、第三章钢构造的连接第一节钢构造的连接方法其次节焊接方法和焊缝连接形式第三节角焊缝的构造与计算第四节对接焊缝的构 造与计算第五节焊接应力和焊接变形第六节螺栓连接的构造第七节 一般螺栓连接的工作性能和计算第八节高强度螺栓连接的工作性能 和计算第九节混合连接第一节钢构造的连接方法在传力过程中，连接部位应有足够的强度,被连接件间应保持正确的位置，以满足传力和使用要求。钢构造的连接方法：通常有焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种方式。1、焊缝连接的特点优点：对几何形体适应性强，构造简洁，连接便利，省工省时；不需打孔，用料经济，不减弱截面，省材省工；加工便利，可实现自动化操作，工效高；密闭性好，构造刚度大，整体性较好。缺点：焊接四周有热影响
2、区，材质变脆；焊接的剩余应力使构造易发生脆性破坏，对裂纹比较敏感；剩余变形使构造样子、尺寸发生转变；焊接裂缝一经发生，便简洁扩展，低温冷脆问题突出；对动力荷载比较敏感。对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大。返回第一节钢构造的连接方法 2、铆钉连接的特点塑性和韧性较好；连接严密，传力牢靠， 质量易于检查；用于直接承受动力荷载和跨度较大的构造中〔如桥梁〕缺点：构造冗杂，费工费料。很少使用。3、螺栓连接的特点分一般螺栓连接和高强螺栓连接〔1〕一般螺栓连接 A、B、C 三级：A 和 B 为精制螺栓，C 级为粗制螺栓；材料等级：A 和 B 为 级，C 级为
级或 ；等级表示：如 级指螺栓成品的最低抗拉强度为
400N/mm2,屈强
3、比为 的螺栓。加工：A、B 级由毛坯在车床上准确加工而成——精制；C 级为由未经加工的圆钢压制而成——粗制；第一节钢构造的连接方法螺孔：A、B 级需要钻模钻成〔Ⅰ类孔〕，孔径比螺杆大 左右；C 级为一次冲成或不用钻模钻成〔Ⅱ类孔〕孔径比螺杆大 ～。受力：A、B 级受力性能好，连接变形小，可以既受拉又受剪，用于重要的连接；C 级螺栓连接性能不如 A、B 级好， 主要受拉，用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的次要连接。费用： A、B 级本钱昂贵，C 级螺栓价格廉价，能用 C 级螺栓的地方不用 A、B 级螺栓。〔2〕高强螺栓连接高强螺栓用高强度钢材制成，对构造减弱少，可拆换，摩擦面处理，安装工艺略为冗杂，造价略高。分为摩擦型高强螺
4、栓和承压型高强螺栓。摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面 之间的摩擦力来传递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。第一节钢构造的连接方法承压型高强螺栓：允许接触面滑移〔剪力超 过摩擦力〕，以螺杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为承载力 极限状态。受力：摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲乏， 塑性韧性好，特别适用动力荷载，目前可以代替铆接；承压型高强螺栓的承载力高于摩擦型，剪切变形大，不得用于承受动力荷载的构造。材料等级：承受 45 号钢、40B 和 20MnTiB 钢〔热处理〕，材料等级为
级或 级。孔径：摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大 ～； 承压型高强螺栓孔径比螺栓大 ～。4、射钉、自攻螺栓
第 23 页
5、焊钉连接灵敏，安装便利，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板构造，不能受较大集中力。焊钉用于混凝土和钢板的连接。第一节钢构造的连接方法返回其次节焊接方法和焊缝连接形式一、钢构造常用的焊接方法：1、手工电弧焊最常用，设备简洁，操作灵敏。但生产效率低，劳动强度大，焊接质量受焊工的影响大。焊条选择：焊条应与焊件钢材相适应，Q235 选择E43 型〔E4300~4328)，Q345 承受E50 型焊条，Q390 和Q420 承受E55 型焊条；不同钢种之间〔例Q235 与Q345)宜选用低组配方案〔E43 型〕，即承受低强度钢材相适应的焊条。E 表示焊条〔Electrode〕，前两位数字为熔敷金属的最小抗拉强度〔kgf/mm2),后两位为焊接位置
6、、电流及药皮类型等。2、自动或半自动埋弧焊大电流、细焊 丝，熔深大，适用于厚板焊接。生产效率高，质量高。焊件变形小。自动焊的引弧、焊丝送下、焊剂堆落和焊丝沿焊缝方向的移动都是自 动的，而半自动焊的焊接前进方式仍是依靠手持焊枪移动。其次节焊 接方法和焊缝连接形式 4、电阻焊等利用电流通过焊件接触点外表的电阻所产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。适用于薄壁型 钢的焊接，板叠厚度不超过 12mm。焊点主要承受剪力，抗拉力气较差。其次节焊接方法和焊缝连接形式3、气体疼惜焊二氧化碳气体疼 惜焊是近年来进展起来的先进焊接方法。它是利用气体作为疼惜气体， 使被熔化的金属不与空气接触，电弧加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊丝强度高，塑性好。采
7、用高锰高硅型焊丝，具有较强的抗锈力气，焊缝不易产生气
第 23 页
孔，适用于低碳钢、低合金高强度钢以及其他合金钢的焊接。不适于风大的地方施焊。焊接方法焊条焊剂操作方式适应范围质量状况电弧焊手工焊短焊条(350－400mm)附于焊条之药皮全手开工位冗杂，样子冗 杂 之 焊 缝 比 自 动 焊 略 差 自 动焊 连续焊丝焊剂全自动长而简洁
的焊缝质量均匀、塑性、韧性好，抗腐蚀性强半自动焊连续焊丝CO2 气体疼惜人工操作前进任意焊缝质量均匀、塑性、韧性好，抗腐蚀性强电阻焊无无通电、加压、机械薄板点焊一般用作构造焊缝气焊短、光焊条无〔乙炔复原〕手工薄板、小型、不同材质构造中一般用作构造焊缝其次节焊接方法和焊缝连接形式二、焊缝连接形式依据被连
8、接构件的相对位置来分为：平接〔直接对接和盖板对接〕：厚度一样或相近的两构件搭接：不同厚度的两构件，传力不均匀，费材料 T 形连接〔顶接〕：组合截面角部连接：箱形截面其次节焊接方法和焊缝连接形式盖板对接三、焊缝形式按焊缝和两个被连接件间的相对位置分类。对接焊缝：焊缝和两个被连接件的平行面相连。角焊缝： 焊缝和两个被连接件的相交面相连。其次节焊接方法和焊缝连接形式对接焊缝按受力与焊缝方向分： a〕对接正焊缝：作用力方向与焊缝方向正交b〕对接斜焊缝：作用力方向与焊缝方向斜交角焊缝按受力与焊缝方向分： a〕端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 b〕侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行 c)斜角焊缝
〔斜缝〕其次节焊接方法和焊缝
9、连接形式按焊缝连续性： a〕连续角焊缝〔重要构件〕：受
第 23 页
力较好 b〕断续角焊缝〔次要构件〕：易发生应力集中断续角焊缝连续距离l≤15t〔受压〕和l≤30t〔受拉〕，t 为较薄件的厚度其次节焊接方法和焊缝连接形式按施焊位置：平焊〔俯焊〕、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差，尽量避开。其次节焊接方法和焊缝连接形式四、焊缝缺陷常见的焊接缺陷：裂纹、焊瘤、气孔、未焊透、夹渣、咬边、烧穿、凹坑、塌陷、未焊满。缺陷的存在减弱受力面积，产生应力集中，易产生裂纹。其次节焊接方法和焊缝连接形式五、焊缝质量检验焊缝质量等级：
《钢构造工程施工质量验收标准》〔GB50205〕对焊缝依其质量检查标准分为一
10、级、二级和三级。焊缝质量检验方法： 外观检查〔外部尺寸和缺陷〕 内部检查〔内部缺陷〕：超声波探伤检验〔主要)、X 射线、γ 射线等〔x 射线应用广〕检验、磁粉〔挂念〕、荧光检验〔挂念〕。 三级焊缝只要求进展外观检验并符合标准，即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无看得见的裂纹，咬边等缺陷；其次节焊接方法和焊缝连接形式一级焊缝需经外观检查、超声波探伤〔检验每条焊缝全部长度〕、x 射线检验都合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤〔检验每条焊缝的20％长度，且不小于200mm〕合格；焊缝等级的选用：①疲乏验算的构件：垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时为一级，受压时为二级；②不进展疲乏计算的构件：对接焊缝要求等强时受拉焊缝不低于二级
11、，受压时宜为二级；三级焊缝的抗拉强度设计值为主体钢材的
第 23 页
85%；③重级工作制吊车和 Q≥50T 的中级工作制的吊车，吊车梁腹板与上翼缘之间的T 形焊透的对接与角接组合焊缝，不低于二级；④角焊缝一般为三级，只对直接承受动力荷载且需要验算疲乏和起重量Q≥50T 的中级工作制的吊车梁的角焊缝外观质量应符合二级。其次节焊接方法和焊缝连接形式焊接时为保证质量，需要留意之处：〔1〕对不生疏的钢种焊接时，需做工艺性能和力学性能的试验；〔2〕焊工要进展考核，持证上岗；〔3〕焊条、焊丝、焊剂按规定烘焙；〔4〕多层焊接需连续施焊，每层焊道之间要清理；〔5〕焊缝消灭裂缝，应申报、查明缘由，方能处理。其次节焊接方法和焊缝连接形式返回六、焊缝、螺栓及
12、其孔眼焊缝符号主要由图形符号、挂念符号和引出线等局部 组成。引出线：横线和带箭头的斜线组成，图形符号和焊脚尺寸标在横线上。图形符号：表示焊缝的根本型式挂念符号：焊缝的挂念要求。 。返回第三节角焊缝的构造与计算一、角焊缝的构造〔1〕角焊缝的截面形式：直角角焊缝和斜角角焊缝。 １〕直角焊缝〔a〕一般焊缝：应力集中较严峻〔b〕平坡焊缝〔正面〕: 承受动力荷载时承受〔c〕深熔焊缝〔侧面〕:承受动力荷载时承受 2〕斜角角焊缝〔d〕斜锐角焊缝〔e〕斜钝角焊缝〔f〕斜凹面角焊缝 l 主要用于钢管连接中〔2〕正面角焊缝〔端焊缝〕、侧面角焊缝 1〕端缝：焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较冗杂，应力集中严峻，焊
13、缝根部形成顶峰应力，易于开裂。端缝破坏强度要高一些，但
第 23 页
塑性差。2〕侧缝：焊缝长度方向与受力方向平行，其特点为应力分布简洁些，但弹性工作阶段分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。侧缝强度低，但塑性较好，两端消灭塑性变形后将产生应力重分布， 在规定的长度内应力可趋于均匀。〔3〕角焊缝的构造要求角焊缝的几何特征：焊脚尺寸 hf〔焊缝直角边的边长〕和焊缝计算长度 lw。焊脚尺寸 hf:过小，冷却快，产生淬硬，裂纹；过大，易烧伤、烧穿， 热脆区增大，剩余应力和剩余变形增大。最大焊脚尺寸：hf≤；对于构件边缘焊缝 ,为防咬边，当板件厚度 t＞6mm 时，一般取hf≤t-(1~2)mm；当t≤6mm 时，取hf≤t；tmin 为较薄焊件厚。
14、最小角脚尺寸：hf≥；对于 T 形连接的单面角焊缝， 应增加 1mm；当板件厚度t≤4mm 时，取hf 为焊件厚度；对自动焊可减 1mm。焊缝计算长度 lw:太长，两端应力与中间应力相差太大；太短，起落弧太近，局部加热严峻。侧面焊缝的最大计算长度：lw≤60hf，当实际长度对于上述数值时，其超过局部在计算中不予考虑；角焊缝的最小计算长度：lw≥8hf，而且不得小于40mm。搭接连接的构造要求：当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，为了避开应力传递过分弯折而使构件中应力过分不均，应使每条侧焊缝长度大于它们之间的距离，即 lw＞=b。另外为了避开焊缝收缩时引起板件的拱曲过大， 还应使b＜16t(当 t＞12mm)或 200mm(当t20m
15、me〕K 形：适合板厚 t20mmf〕X 形：适合板厚 t20mm 对于 v 形和u 形缝的跟部还需要去除焊根，并进展补焊；没有条件清根和补焊者，要事先加垫板。〔1〕起落弧处易有焊
第 23 页
接缺陷，所以用引弧板。但承受引弧板施工冗杂，除承受动力荷载外， 一般不用，计算时将焊缝长度两端各减去 tmin。〔2〕在对接焊缝的拼接处：当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差相差 4mm 以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧切成坡度不大于 1： 的斜角；当厚度不同时，焊缝坡口形式应依据叫薄焊件厚度选取。直接承受动力荷载且需要验算疲乏强度的，斜面坡度不大于 1：4。第四节对接焊缝的构造与计算〔3〕钢板用纵横十字穿插或T 形穿插
16、焊缝拼接钢板的拼接，当承受对接焊缝时，纵横两方向可承受十字形穿插或T 形穿插。当为 T 形穿插时，穿插点的间距 a 不小于200mm 。、焊条型号及焊缝质量的检验标准有关。有引弧板的对接焊缝在受压、受剪时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质量等级有关。当承受三级质量检验方法时， 因焊缝缺陷的影响，其抗拉强度设计值低于焊件钢材的强度设计值， 故对接直焊缝的焊件钢材常不能充分利用。假设是拼接焊缝，可将其改在受力较小处或改用一级、二级焊缝检验方法并加引弧板。二、对接焊缝计算计算原则：对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布根本一样，可用计算焊件的方法计算对接焊缝。计算时，焊缝中最大应力〔或折算应力〕不能超过焊
17、缝的强度设计值。对于重要的构件，按一、二级标准检验焊缝质量，焊缝和构件等强，不必另行计算，只有对三级焊缝，才需要计算。 对接焊缝的计算包括：轴心受力的对接焊缝计算斜向受力的对接焊缝计算承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算第四节对接
第 23 页
焊缝的构造与计算〔 1〕轴心受力的对接焊缝 ＝N／〔lwt〕≤fwt 或 fwc。省略局部。,tmax 为坡口所在焊件的较大厚度。在承受动力荷载的构造中，垂至于受力方向的焊缝不宜承受不焊透的对接焊缝。V 形坡口：当时，he=s;当时，he=。单边V 形和K 形坡口：当， he=s-3。U 形、J 形坡口：he=s。S 为坡口深度，即根部到焊缝外表
〔不考虑余高〕的最短距离；为坡口角度。当熔合线处焊缝截面边长18、等于或接近于最短距离s 时〔bce)，抗剪强度设计值应按角
焊缝的强度设计值乘以 。返回第五节焊接应力和焊接变形一、焊接应力的分类及产生缘由定义：焊接后冷却时，焊缝与焊缝四周的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。分类：〔1〕纵向焊接应力：沿着焊缝长度方向的应力。形成缘由：两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝四周温度高达1600 C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。〔2〕横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件外表的应力。横向剩余应力产生的缘由有：①焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于向外弯成弓形的趋势，但事实上焊缝将两块
19、钢板连成整体，不能分开，于是在焊缝中部将产生横向拉应力。②焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且具有确定的强度，会阻挡后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压缩变形。当焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受到已凝固焊缝的限制而产生横向拉应力，同时在先焊局部的焊缝内产生横向压
第 23 页
应力。横向收缩引起的横向应力与施焊方向及先后次序有关。焊缝的横向剩余应力是上述两种缘由产生的应力的合成。第五节焊接应力和焊接变形第五节焊接应力和焊接变形〔3〕厚度方向的焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件外表的应力。在厚钢板的连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向剩余应力之外，沿厚度方向还存在着剩余应力。这三种应力可能形
20、成比较严峻的同号三轴应力；会大大降低构造连接的塑性。这就是焊接构造易发生脆性破坏的缘由之一。第五节焊接应力和焊接变形二、焊接应力对构造性能的影响：1〕静力强度：对于具有确定塑性的钢材，在静力荷载作用下，因焊接剩余应力是自相平衡力系， 对常温下承受静力荷载构造的强度没有影响；第五节焊接应力和焊接变形 2〕刚度：当剩余应力与外加荷载引起的应力同号相加以后，该局部材料将提前进人屈服阶段，局部形成塑性区而刚度阵为零，连续增加的外力将仅由弹性区承担，因此构件变形将加快，刚度降低。会使局部截面提前到达受压屈服强度而进入塑性受压状态，降低轴心受压、受弯和压弯构件等的稳定性。3〕对低温冷脆的影响：厚板或穿插焊缝，焊接应力使焊缝处于三向拉应
21、力状态，阻碍了塑性变形,裂纹易发生和进展、增加钢材在低温的脆断倾向。4〕降低疲乏强度：剩余拉应力高的地方易形成和进展疲乏裂纹，疲乏强度也因此降低。第五节焊接应力和焊接变形三、焊接变形：钢构造构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。焊
第 23 页