钢结构常识钢结构焊接连接

§3-1钢结构的连接钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接（connections）构成的，各构件再通过安装连接架构成整个结构。

因此，连接在钢结构中处于重要的枢纽地位。

在进行连接的设计时，必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。

钢结构的连接方法可分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接和轻型钢结构用的紧固件连接等（图3.1.1）。

3.1.1 焊缝连接一、焊缝连接的特点焊接连接(welded connection)是现代钢结构最主要的连接方法。

其优点是：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。

其缺点是：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；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，低温冷脆问题较为突出。

二、钢结构常用的焊接方法1、手工电弧焊这是最常用的一种焊接方法（3.1.2）。

通电后，在涂有药皮的焊条和焊件间产生电弧。

电弧提供热源，使焊条中的焊丝熔化，滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中。

由电焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖着熔池，防止空气中的氧、氮等气体与熔化的液体金属接触，避免形成脆性易裂的化合物。

焊缝金属冷却后把被连接件连成一体。

手工电弧焊设备简单，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。

但生产效率低，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。

手工电弧焊所用焊条应与焊件钢材（或称主体金属）相适应，例如：对Q235钢采用E43型焊条（E4300～E4328）；对Q345钢采用E50型焊条（E5000～E5048）；对390钢和Q420钢采用E55型焊条（E5500～E5518）。

焊条型号中字母E表示焊条类型等。

不同钢种的钢材相焊接时，宜采用低组配方案，即宜采用与低强度钢相适应的焊条。

钢结构的连接方法
钢结构的连接方法主要包括：
1.焊接：焊接是采用焊接焊条或电弧焊将钢结构连接在一起的一种方法。

具体的焊接方式包括：焊接板焊、焊缝焊、插焊、双面焊等。

2.螺栓连接：利用螺栓将所连接的板件固定在一起。

螺栓连接方式包括：普通螺栓连接、拧紧螺母系统、膨胀螺栓系统等。

3.剪切连接：剪切连接是将钢板条和角钢以剪切变形的方式结合在一起。

剪切连接包括：
常规剪切连接、法兰连接、超高度剪切连接、超宽度剪切连接等。

4.组合连接：组合连接是在焊接和螺栓连接的基础上，将两者相结合，相互补充来实现钢结构连接的方式，如拉杆焊接和螺栓连接等。

5.跨度连接：跨度连接是将壳体系支撑在支撑点之间，以产生超长的
结构的连接方法。

常见的跨度连接方式有套筒支撑系统、群支撑系统、球
支撑系统等。

课程辅导材料二钢结构的焊接连接钢结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。

焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。

它的优点是：（1）焊件间可直接相连，构造简单，制作加工方便；（2）不削弱截面，用料经济；（3）连接的密闭性好，结构刚度大；（4）可实现自动化操作，提高焊接结构的质量。

缺点是：（1）在焊缝附近的热影响区内，钢材的材质变脆；（2）焊接残余应力和变形使受压构件承载力降低；（3）焊接结构对裂纹很敏感，低温时冷脆的问题较为突出。

一、焊缝的形式1．角焊缝图 1 直角角焊缝截面图 2 斜角角焊缝截面角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。

两焊脚边的夹角为90°的焊缝称为直角角焊缝，直角边边长h f称为角焊缝的焊脚尺寸，h e＝0.7h f为直角角焊缝的计算厚度。

斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。

对于夹角大于135°或小于60°的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）。

2．对接焊缝对接焊缝的焊件常需加工成坡口，故又叫坡口焊缝。

焊缝金属填充在坡口内，所以对接焊缝是被连接件的组成部分。

坡口形式与焊件厚度有关。

当焊件厚度很小（手工焊6mm ，埋弧焊10mm ）时，可用直边缝。

对于一般厚度（t=10～20mm ）的焊件可采用具有斜坡口的单边V 形或V 形焊缝。

斜坡口和离缝c 共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；钝边p 有托住熔化金属的作用。

对于较厚的焊件（t ＞20mm ），则采用U 形、K 形和X 形坡口。

对于V 形缝和U 形缝需对焊缝根部进行补焊。

对接焊缝坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准《建筑结构焊接规程》的要求进行。

凡T 形，十字形或角接接头的对接焊缝称之为对接与角接组合焊缝。

图3 对接焊缝的坡口形式3．焊缝质量检验《钢结构工程施工质量验收规范》规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。

三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。

6.3.1 钢结构焊接施工6.3.1.1 概述
6.3.1.2 常用焊接方法
焊接方向
焊接方向焊接方向焊条焊条钢芯电弧
保护气体药皮
保护气体
固态焊渣焊接金属熔池
母材熔滴熔化金属熔敷金属凝固渣溶化渣焊丝导电嘴焊剂送给管熔滴
焊剂电焊熔化金属
母材
2.埋弧焊
熔嘴电渣焊非熔嘴电渣焊
1
3
2
4
5
6
11
7
8
10
9
熔嘴电渣焊非熔嘴电渣焊
5.螺柱焊（栓钉焊）
6.3.1.3 焊接施工
2.焊缝形式
表示，塞焊缝常以熔核直径d表示。

c
h S
d k
k
3.焊接工艺参数选择
（2）焊接电流
2
I d
10
（3）电弧电压
6.3.1.4 焊缝的质量验收
2
2t t t t t t t t 44
44t t
6.3.1.5 厚板焊接工艺
6.3.2 钢结构螺栓连接施工6.3.2.1 概述
6.3.2.2 普通螺栓
（1）六角螺栓
L H nh C
δ=+++
6.3.2.3 高强螺栓
M
K
Pd。

1、焊接是钢结构最主要的连接方式，有对接焊缝和角焊缝两种基本形式。

常用的焊接方法有手工焊、自动（或半自动）埋弧焊。

手工焊焊条型号应与主体金属强度相适应。

施焊过程中可能产生裂纹、气孔、烧穿、弧坑等缺陷。

为保证焊缝质量，应根据焊缝等级按各自不同的检验标准进行质量检查。

2、焊缝为保证焊缝质量和便于施焊，对接焊缝要求按焊件厚度采用不同形式的坡口，坡口形式有I 形、单边V形、V形、U形、K形、X形等。

对于没有采用引弧板的焊缝，计算时焊缝长度要考虑起落弧的影响。

对接焊缝截面上的应力分布与母材相同，强度计算公式也相同，轴力作用下一般采用直缝，强度不足时可采用斜焊缝，当倾斜角度BW56。

时，可不进行焊缝强度计算，在弯矩、剪力共同作用下的计算公式也可采用材料力学公式。

、角焊缝受力复杂，按受力不同分为侧焊缝和端焊缝为保证焊接质量，规范对焊脚尺寸hf及焊缝计算长度lw等都作了构造规定。

角焊缝计算以最小焊缝截面为计算截面，且不论抗拉、抗压及抗剪均采用同一强度设计值£ fw。

对角焊缝在轴心力、弯矩、扭矩、剪力及几个力共同作用下的受力进行了分析并推导出不同情况下的计算公式，应熟练掌握。

4、焊接施焊时，由于不均匀的温度场，使杆件产生焊接变形和焊接应力，这对结构在常温、静载作用下的承载力没有影响，但增大了结构的变形，降低了结构的刚度、疲劳强度以及稳定承载力。

从设计和施工方面应采取不同措施减小或消除残余应力和残余变形，如设计上尽量使焊缝对称布置；施焊时应采用合理的施焊次序等。

5、螺栓排列普通螺栓排列时，规范根据受力、构造和施工三方面的要求规定了容许距离，针对螺栓几种可能的排列形式，提出了不同的防止措施，在确定单个螺栓承载力设计值的基础上，分析了螺栓群在不同荷载作用下的受力和计算方法。

6、高强度螺栓高强度螺栓是通过特制扳手拧紧螺帽，使螺杆产生很大的预拉力，将板件压紧。

在外力作用下，板件间产生很大的摩擦力。

摩擦型高强螺栓就是依靠摩擦力传递剪力的。

钢结构连接（1）要点：♦连接类型概述；焊接方法；焊接质量和焊缝缺陷；焊接应力和焊接变形♦对接焊缝的等级；对接焊缝的型式；坡口；引弧板；对接焊缝符号**；对接焊缝受轴向力的计算；斜向焊缝受力计算；受剪计算♦角焊缝的型式；角焊缝的构造要求；角焊缝的表示方法，角焊缝受力特点；角焊缝强度♦普通螺栓：传力机理和破坏特征；单个螺栓的计算；螺栓群受扭、受弯和复合受力计算。

♦承压型高强螺栓：计算特点，母材净截面面积。

♦摩擦型高强螺栓：传力机理和破坏形式，抗拉、抗剪承载力计算，螺栓群受扭、受弯和复合受力。

♦承压型高强螺栓：计算特点，母材净截面面积。

♦思考题与习题：8.1，8.3，8.5，8.6，8.7；8.9，8.10，8.12，8.14，8.15钢结构的连接方式焊接、螺栓连接、铆钉连接。

p.219焊接通过高温使熔化焊件连接处金属（以及焊条）将两焊缝连接成整体。

螺栓连接普通螺栓：通过螺杆承担剪力和杆件孔壁承担压力来传力的，分为（A、B级和C级）。

♦A、B级：螺孔直径要求严格，螺孔直径较螺杆大0.5~0.8mm要求严格。

♦C级：螺孔直径较螺杆大1.0~1.5mm要求严格。

高强螺栓：使螺杆产生很大的预拉力，预拉力使部件接触面间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力传递。

铆钉连接♦将铆钉墩粗挤压螺孔，通过铆钉承担剪力和杆件孔壁承担压力来传力的。

焊接连接的特性一、焊接方法→p.220♦电弧焊：利用通电后焊条和焊件之间产生的强大电弧提供热源，熔化焊条、滴落在焊件上被电弧吹成的小凹槽的熔池中，并与焊件熔化部分结成焊缝，将两焊缝连接成整体。

♦电阻焊：利用电流通过杆件接触表面产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。

♦气焊：利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰来熔化焊条，形成焊缝。

二、焊缝连接形式→p.2221．按构件的相对位置分：平接、搭接和顶接2．按构造分：♦对接焊缝：全熔透焊、半熔透焊♦和角焊缝：侧缝、端缝；连续焊缝与断续焊缝3. 按施焊位置分：俯焊、立焊、横焊、仰焊三、焊接结构的优缺点p.224四、焊接应力和焊接变形1．焊接残余应力→p249♦特点：自平衡内力♦影响：构件提前进入塑性阶段→疲劳强度降低、受压稳定性降低。