第八章 钢结构的连接(焊接)1
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钢结构的三种连接方式一、引言钢结构是现代建筑中广泛应用的一种结构体系。
在钢结构中,连接是至关重要的组成部分,它决定了整个结构的稳定性和安全性。
本文将介绍钢结构的三种连接方式。
二、焊接连接1. 焊接连接原理焊接是将金属材料熔化并使其凝固后形成连接的方法。
在钢结构中,常用电弧焊、气焊和激光焊等方式进行连接。
2. 焊接连接优点(1)强度高:焊接连接可以保证较高的强度和刚度。
(2)美观:焊接后无明显螺纹或孔洞,外观美观。
(3)耐腐蚀:由于焊接后没有其他材料插入,所以耐腐蚀性能较好。
3. 焊接连接缺点(1)施工难度大:需要有专业技能和设备进行施工。
(2)对材料要求高:需要严格控制材料的质量和尺寸等参数。
(3)不可逆转:一旦完成焊接,就无法更改或调整。
三、螺栓连接1. 螺栓连接原理螺栓连接是通过将两个或多个钢构件用螺栓连接起来的方法。
通常使用高强度螺栓进行连接。
2. 螺栓连接优点(1)方便拆卸:由于螺栓连接可以拆卸,所以在维护和更换部件时非常方便。
(2)适用范围广:适用于各种形状和尺寸的构件。
(3)施工简单:不需要专业技能和设备,施工简单。
3. 螺栓连接缺点(1)强度低:与焊接相比,螺栓连接的强度较低。
(2)易松动:在长期使用过程中容易松动,需要定期检查和维护。
四、铆接连接1. 铆接连接原理铆接是通过将钢构件用铆钉固定在一起的方法。
铆钉通常由铝合金或不锈钢制成。
2. 铆接连接优点(1)适用范围广:适用于各种形状和尺寸的构件。
(2)强度高:与螺栓相比,铆接的强度更高。
(3)施工简单:不需要专业技能和设备,施工简单。
3. 铆接连接缺点(1)不可拆卸:铆接连接后无法拆卸,需要重新加工或更换部件时比较困难。
(2)易产生裂纹:在铆接过程中容易产生裂纹,需要严格控制材料的质量和尺寸等参数。
五、结论钢结构的连接方式有焊接连接、螺栓连接和铆接连接三种。
每种连接方式都有其优缺点,应根据具体情况选择合适的方式进行连接。
在施工过程中,应严格控制材料的质量和尺寸等参数,确保连接的安全性和稳定性。
§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。
第八章 钢结构的连接计算第二节 普通螺栓连接一、 普通螺栓的抗剪承载力抗剪螺栓的四种破坏情况:螺栓杆剪切破环;孔壁挤压或承压破坏;构件强度破坏;螺栓杆弯曲。
一般板连接钢材总厚度小于5倍螺栓直径,不会发生螺栓杆弯曲破坏。
抗剪螺栓的承载力设计值:),min()4/(min2b cb v bv b c b c b v v b v N N Nf t d N f d n N =⋅∑⋅==π其中:n v -螺栓受剪面数,单剪时n v =1;双剪时n v =2;t ∑ -同一受力方向承压构件的较小厚度,单剪时取min(t 1,t 2)双剪时取min(2t 1,t 2);d-螺栓直径;f v b-普通螺栓抗剪强度设计值,查P68表3-5; f c b -普通螺栓孔壁承压强度设计值,查P68表3-5; 注意:螺栓沿受力方向的连接程度l 1太长时,各螺栓受力严重不均匀,两端的螺栓受力大于中间螺栓可能首先达到极限承载力而引起破坏。
规范规定:当l 1>15d 0时,螺栓承载力设计值应乘以折减系数:7.0),150/(1.101≥-=取d l β二、 抗剪螺栓的计算1.构件受轴心力时,轴力N 穿过螺栓群形心,螺栓均匀受剪, 每个螺栓的剪力为:N v =N/n ,n-螺栓个数;min minmin//b v b v b v v N N n N N n N N =≥≤取2.螺栓群受扭矩Tb v i i i N y x Tr r Tr N ≤+∑=∑=)/(/22max 2max max其中:r i -第i 个螺栓离螺栓群形心的连线距离;x i 、y i -第i 个螺栓对螺栓群形心的x 坐标、y 坐标; T-螺栓群形心处的扭矩;3.螺栓群受扭受剪:扭矩T ,剪力F x ,F yn F N nF N x Fxix y Fy iy //==)/()/(2222i i i T ix i i i Tiy y x Ty N y x Tx N +∑=+∑=min 22)()(b v T ix Fx ix T iy Fy iy i N N N N N N ≤+++=其中:F x 、F y -螺栓群形心处的x 向剪力、y 向剪力;三、 抗拉螺栓的计算1.一个抗拉螺栓的承载力设计值最不利截面为螺栓有效截面,螺栓有效直径d e ,有效截面面积4/2e e d A π=d e 、A e 根据螺栓直径查P109表4-1。
第八章钢结构工程试题及答案一、填空题:1.在钢结构构件的零件放样中, 样板和样杆是下料、制弯、铣边、制孔等加工的依据。
2.在制作样板和样杆时,要增加零件加工时的加工余量,焊接构件要按工艺需要增加焊接收缩量。
高层建筑钢结构按设计标高安装时,柱子的长度还必须增加荷载压缩的变形量。
3. 钢材切割下料方法有气割、机械剪切和锯切等。
4. 气割所使用的氧气纯度对氧气消耗量、气割速度和质量起决定性的影响。
5. 钢材的矫平可分为冷矫和热矫的方法。
6. 钢材边缘加工分刨边、铣边和铲边三种。
7. 钢结构的连接方法有焊接、铆接、普通螺栓连接和高强螺栓连接等,目前应用最多的是焊接和高强螺栓连接。
8. 药皮焊条手工电弧焊的电源按电流可分为交流、直流两种,以及交直流两用的特殊形式。
手工电弧焊电源按其使用方式分类有单站式和多站式。
9. 焊接材料选用的原则有:等强度原则、等韧性原则、等成分原则和工作条件。
10. 焊接工艺参数有电源极性、弧长与焊接电压、焊接电流、焊接速度、运条方式和焊接层次。
11. 高强度螺栓从外形上可分为大六角头高强度螺栓(即扭矩型高强度螺栓)和扭剪型高强度螺栓两种。
高强度螺栓和与之配套的螺母、垫圈总称为高强度螺栓连接副。
12. 接头如有高强度螺栓连接又有焊接连接时,宜按先栓后焊的方式施工。
13. 大六角头高强度螺栓连接副一般采用扭矩法和转角法紧固。
14. 多层及高层钢结构工程上节钢柱安装时,上节钢柱就位后,按照先调整标高,再调整位移,最后调整垂直度的顺序校正。
15. 上节钢柱安装与校正时,位移调整应使钢柱定位轴线从地面控制轴线直接引上,不得从下层柱的轴线引上。
16. 国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB 8923—88)将除锈等级分成喷射或抛射除锈、手工和动力工具除锈、火焰除锈三种类型。
17. 钢结构防腐涂装常用的施工方法有刷涂法和喷涂法两种。
18. 钢结构防火涂料按涂层的厚度分为两类:①B类,属薄涂型钢结构防火涂料,涂层厚度一般为2mm~7mm,有一定装饰效果,高温时涂层膨胀增厚,耐火极限一般为0.5h~2h,故又称为钢结构膨胀防火涂料。
第 2 章 钢结构的连接一、选择题1 直角角焊缝的强度计算公式 w c f l h N =t ≤ w f f 中,he 是角焊缝的——。
(A)厚度 (B)有效厚度 (C)名义厚度 (D)焊脚尺寸2 对于直接承受动力荷载的结构,计算正面直角焊缝时——。
(A)要考虑正面角焊缝强度的提高 (B)要考虑焊缝刚度影响。
(C)与侧面角焊缝的计算式相同 (D)取 f b =1.22 3 等肢角钢与钢板相连接时,肢背焊缝的内力分配系数为——。
(A)0.7 (B)0.75 (C)0.65 (D)0.354 直角角焊缝的有效厚度 c h ——。
(A)0.7 f h (B)4mm (C)1.2 f h (D)1.5 fh 5 在动荷载作用下,侧焊缝的计算长度不宜大于——·(A)60 f h (B)40 f h (C)80 f h (D)120 fh 6 角钢和钢板间用侧焊搭接连接,当角钢肢背与肢尖焊缝的焊脚尺寸和焊缝的长度都等同 时,————。
(A)角钢肢背的侧焊缝与角钢肢尖的侧焊缝受力相等(B)角钢肢尖侧焊缝受力大于角钢肢背的侧焊缝(C)角钢肢背的侧焊缝受力大于角钢肢尖的侧焊缝(D)由于角钢肢背和肢尖的侧焊缝受力不相等,因而连接受有弯矩的作用7 不需要验算对接焊缝强度的条件是斜焊缝的轴线和外力 N 之间的夹角满足——。
(A) q tan £1.5 (B) q tan >l,5 (C)q ≥70º (D) q <70º8 产生焊接残余应力的主要因素之一是——·(A)钢材的塑性太低 (B)钢材的弹性模量太高(C)焊接时热量分布不均 (D)焊缝的厚度太小9 钢结构连接中所使用的焊条应与被连接构件的强度相匹配,通常在被连接构件选用 Q345 时,焊条选用——。
(A)E55 (B)E50 (C)E43 (D)前三种均可10 焊缝连接计算方法分为两类,它们是——。
(A)手工焊缝和自动焊缝 (B)仰焊缝和俯焊缝(C)对接焊缝和角焊缝 (D)连续焊缝和断续焊缝11 焊接结构的疲劳强度的大小与——关系不大。
8.4 有一工字形钢梁,采用I50a (Q235钢),承受荷载如图8-83所示。
F=125kN ,因长度不够而用对接坡口焊缝连接。
焊条采用E43型,手工焊,焊缝质量属Ⅱ级,对接焊缝抗拉强度设计值2205/w t f N mm =,抗剪强度设计值2120/w v f N mm =。
验算此焊缝受力时是否安全。
图8-83 习题8.4解:依题意知焊缝截面特性:A=119.25cm 2,Wx =1858.9cm 3,Ix=46472cm 4,Sx=1084.1cm 3,截面高度h=50cm ,截面宽度b=158mm ,翼缘厚t=20mm ,腹板厚tw=12.0mm 。
假定忽略腹板与翼缘的圆角,计算得到翼缘与腹板交点处的面积矩S 1=20×158×(250-10)=7.584×105mm 3。
对接焊缝受力:125V F kN ==;2250M F kN m =⨯=⋅ 焊缝应力验算:最大正应力:622325010134.5/205/1858.910w t x M N mm f N mm W σ⨯===<=⨯ 最大剪应力:33224125101084.11024.3/120/464721012w x v x w VS N mm f N mm I t τ⨯⨯⨯===<=⨯⨯ 折算应力:22127.2/205/w zs t N mm f N mm σ=<= 故焊缝满足要求。
8.5 图8-84所示的牛腿用角焊缝与柱连接。
钢材为Q235钢,焊条用E43型,手工焊,角焊缝强度设计值2f 160/w f N mm =。
T=350kN ,验算焊缝的受力。
图8-84 习题8.5 图8-84-1 焊缝截面计算简图解:(注:焊缝上下翼缘长度114mm 有些问题,应取2130210110l t mm -=-⨯=,黄钜枝06年6月19日)此注错误,应取消。
罗烈08年10月28日如图8-84-1,截面特性计算如下:2(11425242882)0.75667.2f A h mm =⨯+⨯+⨯⨯= 228820.73225.6w f A h mm =⨯⨯=32741288288[2882114(16)252()4]0.77.913101222f f I h mm =⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=⨯焊缝受力:247.5N kN =;247.5V kN =; 49.5M V e kN m =⋅=⋅ 应力验算:危险点为a 、b 两点,下面分别验算: 对a 点: 32247.51043.67/5667.2N aN N mm A σ⨯===62749.510160100.09/7.91310M a af My N mm I σ⨯⨯===⨯ 2243.67100.09143.76/195.2/N Mw a a f f N mm f N mm σσβ+=+=<=对b 点:32247.51076.73/3225.6V bw V N mm A τ⨯=== 243.67/N Nb a N mm σσ==62749.51014490.16/7.91310M b bf My N mm I σ⨯⨯===⨯22133.87/160/w f N mm f N mm =<=故焊缝强度满足要求。
d e钢结构的构件连接方式钢结构的连接方法大体来看,有以下几种:焊接——是使用最普遍的方法,该方法对几何形体适应性强,构造简单,省材省工,易于自动化,工效高;但是焊接属于热加工过程,对材质要求高,对于工人的技术水平要求也高,焊接程序严格,质量检验工作量大。
铆接——该方法传力可靠,韧性和塑性好,质量易于检查,抗动力荷载好;但是由于铆接时必须进行钢板的搭接,相对来讲费钢、费工。
普通螺栓连接——这种方式装卸便利,设备简单,工人易于操作;但是对于该方法,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——此法加工方便,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,造价略高射钉、自攻螺栓连接——较为灵活,安装方便,构件无须预先处理,适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力。
焊接连接 焊接是钢结构较为常见的连接方式,也是比较方便的连接方式,在众多的钢结构中,焊接是最为常见的一种。
根据焊接的形式,焊缝可以分为对接(平接)焊缝、角焊缝、和顶接焊缝三大类。
对接焊缝对接焊缝按受力与焊缝方向分直缝——作用力方向与焊缝方向正交;斜缝——作用力方向与焊缝方向斜交两类。
从直观来看,直缝受拉,斜缝受拉与剪的同时作用。
对接焊缝在焊接上有以下处理形式: a )直边缝:适合板厚t 10mm b )单边V 形:适合板厚t =10~20mmc )双边V 形:适合板厚t =10~20mmd )U 形:适合板厚t > 20mme )K 形:适合板厚t > 20mm b斜缝 直缝f)X形:适合板厚t > 20mm对接焊缝的优点是用料经济、传力均匀、无明显的应力集中1[1],利于承受动力荷载;但也有缺点,需剖口,焊件长度要精确。
对接焊缝需要做以下构造处理:首先,在施焊过程中,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,计算时将焊缝长度两端各减去5mm。
钢结构的常用连接方法钢结构的基本构件由钢板、型钢等连接而成,如梁、柱、桁架等,运到工地后通过安装连接成整体结构。
因此在钢结构中,连接占有很重要的地位。
在传力过程中,连接部位应有足够的强度、刚度和延性。
被连接件间应保持正确的位置,以满足传力和使用要求。
连接的加工和安装比较复杂而且费工,因此选定连接方案是钢结构设计的重要环节。
钢结构的连接通常有焊接、铆接和螺栓连接三种方式(见图10-1)。
在在房屋结中铆接已经很少采用,常用焊接和螺栓连接。
(a)焊接连接(b)铆钉连接(c)螺栓连接图10-1 钢结构的连接方式(书中图名改为图示所示)10.1.1 焊接连接焊接是通过电弧产生热量,使焊条和焊件局部熔化,然后冷却凝结形成焊缝,使焊件连成一体。
焊接连接是当前钢结构最主要的连接方式,它的优点是构造简单,用钢省,加工方便,连接的密闭性好,易于采用自动化作业。
焊接连接的缺点是焊件会产生残余应力和残余变形,焊缝附近材质变脆,焊缝质量易受材料、操作的影响,对钢材材性要求较高,高强度钢更要有严格的焊接程序。
钢结构常用的焊接方法有气焊、电阻焊和电弧焊等方法。
10.1.2 铆钉连接铆钉连接是将一端带有预制钉头的铆钉插入被连接构件的钉孔中,利用铆钉枪或压铆机将另一端压成封闭钉头而成。
这种连接传力可靠,韧性和塑性较好,质量易于检查,适用于承受动力荷载、荷载较大和跨度较大的结构。
但铆钉连接费工费料、劳动条件差、成本高,现在很少采用,多被焊接及高强度螺栓连接所代替。
10.1.3 螺栓连接螺栓连接需要先在构件上开孔,然后通过拧紧螺栓产生紧固力将被连接板件连成一体,其分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。
1.普通螺栓连接普通螺栓的优点是装卸便利,不需特殊设备。
普通螺栓又分为C级螺栓(又称粗制螺栓)和A、B级螺栓(又称精制螺栓)两种。
C级螺栓制作精度较差,栓径和孔径之间的缝隙相差1-1.5mm,便于制作和安装,但螺杆与钢板孔壁接触不够紧密,当传递剪力时,连接变形较大,故C级螺栓宜用于承受拉力的连接,或用于次要结构和可拆卸结构的受剪连接以及安装时的临时固定。
最新国家开放大学电大《钢结构》形考任务2试题及答案形考任务2(阶段性学习测验2)一、选择题(每小题2分,共40分)题目101.钢结构的连接按照连接的方法主要分为焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接和销轴连接,其中出现最早的是()A. 焊缝连接B. 铆钉连接C. 螺栓连接D. 销轴连接题目202.摩擦型高强度螺栓抗剪连接的承载力取决于()A. 螺栓孔的大小和螺栓直径的大小B. 连接件的厚度和强度C. 高强度螺栓的预拉力和板件接触面间的摩擦系数的大小D. 螺旋强度和螺栓的长度题目303.摩擦型高强度螺栓连接和承压型高强度螺栓连接的不同之处体现在()A. 接触面的处理方面B. 设计计算方法和孔径方面C. 材料和预拉力方面D. 施工要求方面题目404.利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的电弧熔焊方法指的是()A. 气体保护焊B. 手工电弧焊C. 自动埋弧焊D. 半自动埋弧焊题目505.与焊件在同一平面内,且焊缝金属充满母材的焊缝称为()A. 塞焊缝B. 对接角接组合焊缝C. 对接焊缝D. 角焊缝题目606.按施焊时焊缝在焊件之间的相对空间位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊,其中操作条件最差的是()A. 仰焊B. 立焊C. 平焊D. 横焊题目707.常见的焊缝缺陷包括裂纹、焊瘤、烧穿、气孔等,其中焊缝连接中最危险的缺陷是()A. 气孔B. 焊瘤C. 烧穿D. 裂纹题目808.焊缝的表示方法中,符号“V”表示的是()A. V形搭接焊缝B. V形角焊缝C. V形破口的对接焊缝D. V形角部连接题目909.对接焊缝的构造规定主要包括()A. 坡口、引弧板和过渡坡B. 引出线、坡口和引弧板C. 坡口、引出线和过渡坡D. 引出线、引弧板和过渡坡题目1010.焊缝长度方向与作用力垂直的角焊缝是()A. 正面角焊缝B. 混合焊缝C. 斜角焊缝D. 侧面角焊缝题目1111.焊缝长度方向与作用力平行的角焊缝是()A. 混合焊缝B. 侧面角焊缝C. 斜角焊缝D. 正面角焊缝题目1212.在弹性阶段,侧面角焊缝应力沿长度方向的分布为()A. 两端大、中间小B. 一端大、一端小C. 两端小、中间大D. 均匀分布题目1313.直角角焊缝的强度计算公式,式中符号表示()A. 角焊缝的强度设计值B. 垂直于焊缝长度方向的应力C. 正面角焊缝的强度设计值增大系数D. 平行于焊缝长度方向的剪应力题目1414.焊接残余应力不影响结构(构件)的()A. 刚度B. 稳定性C. 静力强度D. 疲劳强度题目1515.螺栓的排列方式说法有误的一项是()A. 并列连接排列紧凑,布孔简单,传力大B. 螺栓的排列方式分并列和错列两种C. 错列排列的截面削弱小,连接不紧凑,传力小D. 相比并列排列,错列排列截面削弱较大,是目前常用的排列形式题目1616.下列关于螺栓在构件排列的相关要求说法有误的一项是()A. 受压构件,当沿作用力方向的螺栓距过小时,在被连接的板件间易发生张口或鼓曲现象B. 当螺栓栓距及线距过大时,被连接构件接触面不够紧密,潮气易侵入缝隙而产生腐蚀C. 在受力方向,螺栓的端距过小时,钢板有被剪断的可能D. 要保证一定的施工空间,便于转动螺栓扳手,因此规定了螺栓最小容许间距题目1717.普通螺栓连接按螺栓的受力情况可分为()A. 抗剪型连接、抗压型连接和拉剪型连接B. 抗剪型连接、抗拉型连接和拉剪型连接C. 抗剪型连接、抗拉型连接和抗压型连接D. 抗压型连接、抗拉型连接和拉剪型连接题目1818.高强度螺栓连接分为()A. 螺旋型连接和扭剪型连接B. 摩擦型连接和螺旋型连接C. 承压型连接和螺旋型连接D. 摩擦型连接和承压型连接19.普通螺栓连接按螺栓的受力情况可分为抗剪型连接、抗拉型连接和拉剪型连接,其中最常见的是()A. 不能确定B. 拉剪型连接C. 抗拉型连接D. 抗剪型连接题目2020.螺栓群在轴力作用下的受剪连接,各个螺栓的内力沿螺栓群长度方向不均匀,分布特点为()A. 两端大、中间小B. 一端大、一端小C. 两端小、中间大D. 均匀分布二、判断题(每小题2分,共20分)题目2101.钢结构的连接是指通过一定的方式将钢板或型钢组合成构件,或者将若干个构件组合成整体结构,以保证其共同工作。