全套课件·钢结构设计原理.ppt

1、第一章绪论本 章 内 容 1.1 1.1 钢结构概况钢结构概况 1.2 1.2 钢结构特点钢结构特点 1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用 1.4 1.4 钢结构的发展趋势钢结构的发展趋势 1.1 钢结构概况一、一、什么是钢结构什么是钢结构钢结构是土木工程的主要结构形式之一。钢结构与钢筋混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划分的工程结构的不同分支。用H型钢（H Beam）、工字钢（I-beam）、槽钢（channel steel）、角钢（angle steel）等热轧型钢和钢板（steel plate）组成的以及用冷弯薄壁型钢制成的承重构件或承重结构统称为钢结构（steel stru

2、cture）。二、我国钢结构的发展概况二、我国钢结构的发展概况 古代l公元65年（汉明帝时代），建成了世界上最早的 铁链悬桥兰津桥l1705年（清康熙四十四年）建成的四川泸定大渡河桥l建于公元1061年的湖北荆州玉泉寺13层铁塔l江苏镇江甘露寺铁塔 二、我国钢结构的发展概况二、我国钢结构的发展概况 18世纪欧洲工业革命后 钢结构在欧洲各国的应用逐渐增多，而我国钢结构的发展非常缓慢。l1927年建成的沈阳黄姑屯机车厂钢结构厂房 l1931年建成的广州中山纪念堂圆屋顶 l1937年建成的杭州钱塘江大桥等 二、我国钢结构的发展概况二、我国钢结构的发展概况 新中国成立后 由于受到钢产量的制约，钢结构仅

3、在重型厂房、大跨度公共建筑、铁路桥梁以及塔桅结构中采用l1957年建成的武汉长江大桥 l1959年建成的北京人民大会堂，钢屋架跨度为60.9m，高度为7m，大会堂会场挑台钢梁悬臂长度达16m l1961年建成的北京工人体育馆，比赛大厅屋盖为轮式双层悬索结构，直径为94m l1968年建成南京长江大桥为钢桁架结构 二、我国钢结构的发展概况二、我国钢结构的发展概况 改革开放以来l1996年我国的钢产量超过一亿吨，一直位于世界钢产量的首位l2003年达到创记录的2.2亿吨l钢结构政策从限制使用改为积极合理的推广应用l钢结构进入飞速发展的阶段，工程应用中取得了巨大的成就 二、我国钢结构的发展概况二、我

4、国钢结构的发展概况 金茂大厦（上海）高420m，地上88层，地下3层，1999年建成央视大楼（北京）高234m，造型奇特，2007年建成鸟巢（北京）最高点高度68.5m，最低点高度42.8m，2008奥运主场馆1.2 1.2 钢结构特点钢结构特点1.2.1 钢材的优点 重量轻而强度高 塑性和韧性好 材质均匀 工业化程度高，工期短 密闭性好 绿色环保 1.2.2 钢材的缺点 耐热性好，防火性能差 耐腐蚀性差 造价相对较高 1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（1）大跨度结构（2）高层建筑钢结构（3）工业厂房钢结构（4）高耸钢结构（5）桥梁钢结构（6）板壳钢结构（7）索膜结构（8）移动

5、钢结构（9）钢-混凝土组合结构1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（1）大跨与空间结构某体育馆看台网架结构 长沙高铁站空间钢管结构 1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（2）高层建筑钢结构 迪拜塔（目前世界第一高楼）台北101（内设670T风阻尼器）金贸大厦1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（3）高耸钢结构 火箭发射塔巴黎埃菲尔铁塔1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（4）工业厂房钢结构 重型工业厂房轻型工业厂房1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（5）桥梁钢结构 天津解放桥（可开启的百年老桥）上海卢浦大桥（世界第一钢结构拱桥）1.

6、3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（6）板壳钢结构使用中的油罐 安装中的压力容器 1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（7）索膜结构 世博会城市广场 三亚膜结构游泳池 1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（8）移动钢结构活动车库 三一重工3600T履带起重机1.3 1.3 钢结构的工程应用钢结构的工程应用（9）钢-混凝土组合结构钢骨混凝土结构 1.4 1.4 钢结构发展趋势钢结构发展趋势 目前，钢结构工程在中国土木工程中所占的比例远远低于其他国家，说明中国在钢结构工程这一领域还具有很大的上升空间。根据国家产业政策发展要求，“十二五”期间，我国建筑钢结构发展的指

7、导方针是：深入贯彻科学发展观，以建筑节能减排为重点，大力推行绿色、低碳的建设理念，通过技术引领、优化设计，逐步实现年建筑钢结构用材占到全国钢材总产量的10左右，钢结构住宅建设占到房屋总建筑面积15左右。1.4 1.4 钢结构发展趋势钢结构发展趋势 今后我国钢结构工程的发展方向主要在以下几个方面：提升钢产量，发展高强度低合金钢材 钢结构设计方法的改进 结构形式的革新 做好标准与规范衔接 加强科研工作 第二章钢结构材料本 章 内 容 2.1 2.1 钢材的力学性能钢材的力学性能 2.2 2.2 钢材的破坏形态钢材的破坏形态 2.3 2.3 影响钢材性能的因素影响钢材性能的因素 2.4 2.4 钢材

8、的分类钢材的分类 2.5 2.5 钢材的选用钢材的选用 2.6 2.6 钢材的规格钢材的规格 2.1 钢材的力学性能2.1.1 钢材的强度钢材的强度 强度是钢材的一项主要机械性能，可通过单向拉伸实验确定。图图2.1 钢材的应力钢材的应力-应变关系应变关系2.1 钢材的力学性能2.1.1 钢材的强度钢材的强度 1.比例极限P 这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比 P略高处还有弹性极限，但弹性极限与 P极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把 P看做是弹性极限。2.屈服点y 应变在P之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力-应变间成曲线关系，一直到屈服点。3.抗拉强度u 屈服平台之后，

9、应变增长时又需有应力的增长，但相对地说应变增加得快，呈现曲线关系直到最高点。2.1 钢材的力学性能2.1.1 钢材的强度钢材的强度 1.比例极限P 这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比 P略高处还有弹性极限，但弹性极限与 P极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把 P看做是弹性极限。2.屈服点y 应变在P之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力-应变间成曲线关系，一直到屈服点。3.抗拉强度u 屈服平台之后，应变增长时又需有应力的增长，但相对地说应变增加得快，呈现曲线关系直到最高点。2.1 钢材的力学性能2.1.2 钢材的塑性钢材的塑性 钢材的塑性一般是钢材破坏前产生塑性变形的能力。

10、衡量钢材塑性的好坏的主要指标是伸长率和截面收缩率。图图2.2 2.2 拉伸试件拉伸试件%100001LLL 010100%AAA2.1 钢材的力学性能2.1.3 钢材的冷弯性能钢材的冷弯性能 钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时，抵抗产生裂纹能力的一项指标，由冷弯试验确定。它还是显示钢材内部缺陷状况的一项指标；是鉴定钢材在弯曲状态下塑性应变能力和钢材质量的综合指标。图图2.3 2.3 钢材冷弯试验示意图钢材冷弯试验示意图2.1 钢材的力学性能2.1.4 钢材的冲击韧性钢材的冲击韧性 钢材的冲击韧性是也称作缺口韧性，是衡量钢材在冲击荷载作用下，抵抗脆性断裂能力的一项力学指标，通

11、常采用在材料试验机上对标准试件进行冲击荷载试验来测定。它用材料在断裂时所吸收的总能量来量度（Ak）。韧性是钢材强度和塑性的综合指标。图图2.4 2.4 钢材冲击韧性钢材冲击韧性2.2 钢材的破坏形态钢材的破坏形态：1、塑性破坏：是构件应力超过屈服点fy，并达到抗拉极限强度fu后，构件产生明显的塑性变形而断裂，其断口常为杯形，呈纤维状，色泽发暗。破坏前有明显的变形，且有较长的变形持续时间，便于发现和补救。2、脆性破坏：破坏前无明显变形，平均应力低于抗拉强度fu，甚至是低于屈服强度fy，其断口平直，呈有光泽的晶粒状。破坏系突然，无明显预兆，此破坏危险性极大，应尽量避免。2.2 钢材的破坏形态2.2

12、.1 钢材的脆性破坏钢材的脆性破坏 1、产生原因：裂纹、材料的韧性、钢材化学成分、冶金缺陷、钢板厚度、加载速度、应力性质和大小、最低使用温度、连接方法和应力集中等。2、提高钢材抗脆性断裂性能的主要措施有：1）合理设计 2）合理制作 3）合理使用 2.2 钢材的破坏形态2.2.2 钢材的疲劳破坏钢材的疲劳破坏 1、疲劳破坏：钢材或构件在连续反复荷载作用下，在应力远低于极限强度，甚至还低于屈服强度的情况下也会发生破坏，这种破坏称之为疲劳破坏（fatigue failure）。2、疲劳强度：疲劳破坏时，钢材达到的最大应力称之为疲劳强度。影响疲劳强度的因素：应力的种类（拉应力、压应力、剪应力和复合应力

13、等）、应力循环形式、应力循环次数、应力集中程度和残余应力等。2.3 影响钢材性能的因素2.3.1 化学成分化学成分 1、钢是含碳量小于2%的铁碳合金。钢中基本元素：Fe、C、Si、Mn、S、P、N、O。2、普通碳素钢中，Fe占99%，其余元素占1%。在低合金钢中，除了上述元素外，还有一定合金元素（镍、钒、钛等）（含量低于5%）3、主要化学成分对性能的影响：2.3 影响钢材性能的因素2.3.1 化学成分 碳C：含量增加，钢材强度提高，而塑性、韧性和疲劳强 度低。同时焊接性能和抗腐蚀性恶化。一般在碳素 结构钢中不应超过0.22%，在焊接结构中还应低于 0.2%。硅Si：碳素结构钢中应控制0.3%,

14、在低合金高强度钢中 硅的含量可达0.55%。锰Mn：含Mn适量使强度，降低S、O的热脆影响，改善热 加工性能，对其它性能影响不大,有益.在碳素结构 钢中锰的含量为0.3%0.8%，在低合金高强度钢 锰的含量可达1.0%1.6%。2.3 影响钢材性能的因素2.3.1 化学成分 硫S：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，在高温 时，使钢材变脆，称之为热脆。含量应不超过0.055%。(有害成分)磷P：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，在低温 时，使钢材变脆，称之为冷脆。含量应不超过0.050%。可以提高强度和抗锈蚀性。(有害成分)氧O：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，在高温时 ，发

15、生热脆。(有害成分)氮N：降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度，在低温时 ，发生冷脆。(有害成分)2.3 影响钢材性能的因素2.3.2 生产工艺影响 1、冶炼：电炉钢、平炉钢和氧气转炉钢 2、浇铸：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢 3、轧制：2.3.3 钢材硬化时效硬化：钢材仅随时间增长而变脆的现象称为时效硬化 应变硬化：钢材经冷加工（冷拉、冷弯等）而产生塑性变形，卸载后重新加载，可使钢材屈服点得到提高，但钢 材塑性和韧性明显降低的现象，称为应变硬化（冷 作硬化）应变时效硬化：钢材经应变硬化后，其时效硬化速度将加快，从而在较短时间内钢材又产生显著的时效硬化的现 象，称为应变时效硬化 2.

16、3 影响钢材性能的因素2.3.4 温度影响 时，钢材性能变化不大；达250附近时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性、韧性均下降，此时加工有可能产生裂缝。因钢材表面氧化膜呈蓝色，此现象称“蓝脆现象”；以后，屈服点和极限强度明显下降；时强度几乎等于零。2.3.5 应力集中影响 当构件截面发生急剧变化，出现几何不连续现象（如：钢结构构件中存在的孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等），使构件截面上的一些区域产生局部高峰应力，此谓应力集中现象。T200T300T6002.4 钢材的分类 建筑用钢主要为：1、碳素结构钢 2、低合金高强度结构钢 3、优质碳素钢 4、优质钢丝绳 5、建筑结构用钢

17、板 6、耐候耐火钢 2.4 钢材的分类 1、碳素结构钢 现行的国家标准碳素结构钢（GB700-2006）牌号：Q195、Q215、Q235、Q275 质量等级分为A、B、C、D四级 A级无冲击功规定，对冷弯试验只在需方有要求时才进行；B级要求提供20C时冲击功不小于27J；C级要求提供0C时冲击功不小于27J；D级要求提供-20C时冲击功不小于27J。同时，B、C、D级还要求提供冷弯试验合格证书。2.4 钢材的分类 1、碳素结构钢 钢的牌号有四部分组成：1、Q代表屈服强度的字母；2、屈服点的数值195、215、235、275、295、345、390、420、460等；3、质量等级符号 A、B、

18、C、D四个等级(碳素结构钢)A、B、C、D、E五个等级（低合金高强度结构钢）4、脱氧方法符号F代表沸腾钢、z代表镇静钢、Tz代表特殊镇静钢。2.4 钢材的分类2、低合金高强度结构钢 现行的国家标准低合金高强度结构钢 （GB/T 1591-2008）牌号：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690八种 交货时供方应提供力学性能质保书，其内容为：屈服强度（fy）、极限强度（fu）、伸长率（5或10）和冷弯试验；还要提供化学成分质保书；需要进行疲劳验 算的结构钢材，尚应具有冲击韧性合格的要求。2.4 钢材的分类3、优质碳素结构钢 含碳量小于0.8的碳素钢 现行的国

19、家标准优质碳素结构钢技术条件 （GB 699-1999）分为三类：低碳钢（C0.25%）中碳钢（C为0.25-0.6%）高碳钢（C0.6%）2.4 钢材的分类4、优质碳素结构钢 含碳量小于0.8的碳素钢 现行的国家标准优质碳素结构钢技术条件 （GB 699-1999）分为三类：低碳钢（C0.25%）中碳钢（C为0.25-0.6%）高碳钢（C0.6%）5、优质钢丝绳 2.4 钢材的分类6、建筑结构用钢板（GJ钢）现行的国家标准建筑结构用钢板 （GB/T198792005）GJ钢与碳素结构钢、低合金高强度结构钢的主要差异有：规定了屈强比和屈服强度的波动范围；规定了碳当量CE和焊接裂纹敏感性指数Pc

20、m；降低了P、S的含量，提高了冲击功值；降低了强度的厚度效应等。GJ钢牌号：Q345GJCZ25 Q屈服强度数值、GJ 高性能建筑结构用钢、C 质量等级符号（B、C、D、E）、Z 厚度方向性能级别 四部分按顺序组成。2.4 钢材的分类7、耐候耐火钢 耐候钢（即耐大气腐蚀钢）是介于普通钢和不锈钢之间的 低合金钢系列。由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，它具有耐 锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。四部分按顺序组成。600时的屈服强度达到常温规格值的三分之二。2.5 钢材的选用确定钢材种类及其质量等级：钢材的选用原则1、结构的重要性 安全等级不同，所选钢材的质量等级也应不同，重要的

21、结 构构件选用质量好的钢材。2、荷载特征 荷载为静力或动力荷载，应选用各项性能不同的钢材。3、连接方法 焊接应选择可焊性好的钢材；非焊接结构对含碳量可降低 要求。2.5 钢材的选用确定钢材种类及其质量等级：钢材的选用原则4、结构所处的温度和环境 处于负温下工作时，选用负温冲击合格的钢材，结构周围 有腐蚀介质存在时要选用抗锈性好的钢材。5、结构的受力性质 经常承受拉力的构件，应选用质量较好的钢材。6、结构形式与钢材厚度 钢材厚度较大的受拉和受弯构件，对材性要求应高一些。2.6 钢材的规格钢结构采用的型材有：热轧成型：钢板、型钢、圆钢、钢管 冷弯成型：薄壁型钢、焊接钢管 1、热轧钢板 “-”宽度厚

22、度长度（mm）2、热轧型钢（1）热轧角钢 等肢角钢 L肢宽肢厚 不等肢角钢 L长肢宽短肢宽肢厚 （2）热轧工字钢 普通工字钢 “I”和号数(代表截面高度厘米数)轻型工字钢 “QI”和号数(代表截面高度厘米数)20号以上的工字钢，按腹板厚度同一号数又分a、b、c 三类。2.6 钢材的规格2、热轧型钢（3）热轧槽钢 普通槽钢“”和号数 轻型槽钢“Q”和号数 14号以上的槽钢，按腹板厚度同一号数又分a、b、c 三类（4）H型钢(高X宽X腹板厚X翼缘厚）部分T型钢 宽翼缘H型钢（HW,HM,HN)，用于轴压、压弯构件。H型钢可以剖分为T型钢供应，规格标记同H型钢，只 是高度是H型钢的一半。2.6 钢材

23、的规格3、钢管 无缝钢管和焊接钢管“”外径厚度4、冷成型型钢 用2mm6mm厚的薄钢板经冷弯或模压而成形。在国外，冷成型钢所用钢板的厚度有加大范围 的趋势，如美国可用到1英寸(25.4mm)厚。5、压型钢板 是由热轧薄钢板经冷压或冷轧成形，具有较大的宽度及曲折外形，从而增加了惯性矩和刚度。近年来开始使用的薄壁型材，所用钢板厚度为0.4mm2mm，用作轻型屋面等构件。本章小结本 章 小 结 本章全面介绍了钢结构材料的力学性能与力学指标、钢材的破坏形态、钢材性能的各种影响因素、钢材的分类、钢材规格和建筑用钢材的选用原则等内容，重点需掌握钢材的力学性能指标、破坏形态分类和性能影响因素等内容，熟悉我国

24、型钢的规格和建筑用钢材的选用原则等内容。在学习过程中，应查阅相关文献，了解国外钢材与我国钢材的差异。第三章钢结构的连接本 章 内 容 3.1 3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法 3.2 3.2 焊接方法和焊接连接形式焊接方法和焊接连接形式 3.3 3.3 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 3.4 3.4 角焊缝的构造及计算角焊缝的构造及计算 3.5 3.5 焊接应力与焊接变形焊接应力与焊接变形 3.6 3.6 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算 3.7 3.7 高强度螺栓连接的构造和计算高强度螺栓连接的构造和计算 3.1 钢结构的连接方法3.13.1钢结构的连接方法

25、钢结构的连接方法钢结构的连接设计应符合安全可靠、传力明确，构造简单、施工方便和节约钢材的原则。3.1.1 3.1.1 焊缝连接焊缝连接焊缝连接是目前钢结构最主要的连接方法，任何形状的结构均 可以采用焊缝连接方式。优点：1）构造简单，各种样式的构件都可直接相连；2）用料经济，不削弱截面；3）制造加工方便，可实现自动化操作；4）连接的密闭性好，结构刚度大。图图3-1 3-1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法(a)(a)焊缝连接；焊缝连接；(b)(b)铆钉连接；铆钉连接；(c)(c)螺栓连接螺栓连接 3.1 3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法缺点：1）在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生

26、改变，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的承载力降低；3）焊缝结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩 展到整体；4）低温冷脆问题较为突出。3.1.1 3.1.1 焊缝连接焊缝连接3.1 钢结构的连接方法3.1.23.1.2 螺栓连接螺栓连接螺栓连接在钢结构工程中应用非常广泛，根据其所使用螺栓性能，可分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。1.普通螺栓连接分为A、B、C三个等级,A级和B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。1）A B级精制螺栓：类孔，孔径比杆径大0.3-0.5mm；性能等级有5.6级和8.8级；抗剪性能好,制造安装费工，少用。2)C级粗制螺栓：类孔，孔径比杆径大

27、1.5-2.0mm；性能等级有4.6级和4.8级；抗剪性能差，但传递拉力性能好。3.1 钢结构的连接方法1.普通螺栓连接螺栓性能等级（以4.6级的C级螺栓为例）：小数点前的数字表示螺栓成品的抗拉强度不小于400N/mm2，小数点及小数点后的数字表示屈强比（屈服强度和抗拉强度之比）为0.6。2.高强螺栓连接材料：45号钢、40B钢和20MnTiB等性能等级:8.8级和10.9级1）摩擦型连接：只依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面 摩擦力作为设计准则；螺杆与螺孔之差1.52.0mm，变形小，承载力 低，耐疲劳、抗动力荷载性能好3.1 钢结构的连接方法2.高强螺栓连接2）承压型连接：允许接触面滑

28、移，以连接达到破坏的极限承载 力作为设计准则；承载力高，但抗剪变形大，所以一般仅用于承受 静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接(a)(a)大六角头螺栓；大六角头螺栓；(b)(b)剪扭螺栓；剪扭螺栓；图图3-2 3-2 高强度螺栓高强度螺栓3.1 钢结构的连接方法3.1.3 3.1.3 铆钉连接铆钉连接铆钉的材料通常采用专用钢BL2和BL3号钢制成，铆钉连接的制造有热铆和冷铆两种方法。1 2钉孔的制法分、两类：）类孔是用钻模钻成，或先冲成较小的孔，装配时再扩钻而成，质量较好；）类孔是冲成或不用钻模钻成，虽然制法简单，但构件拼装时 钉孔不易对齐，故质量较差。重要的结构应采用类孔。铆钉连接由于构造

29、复杂、费钢费工，现已很少采用。但由于铆钉连接的塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，在一些重型和直接承受动力荷载的结构中，有时仍然采用。3.2 焊接方法和焊接连接形式3.2.1 3.2.1 常用焊接方法常用焊接方法焊接方法很多，但在钢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）、气体保护焊以及电阻焊等。图图3-3 手工电弧焊手工电弧焊图图3-4 埋弧自动电弧焊埋弧自动电弧焊12V3456 7891011 焊件；形坡口；垫板；焊剂；焊剂斗；焊丝；送丝轮；导电器；电缆；焊丝盘；焊剂回收器；3.2 焊接方法和焊接连接形式3.2.1 3.2.1 常用焊接方法常用焊接方法1.

30、手工电弧焊工艺：打火引弧-电弧周围的金属液化(熔池)焊条熔化 滴入熔池与焊件的熔融金属结和冷却即形成焊缝。焊材：所用焊条应与焊件钢材（或称主体金属）相适应，一般 采用等强度的原则：对Q235钢采用E43型焊条（E4300E4328）；对Q345钢采用E50型焊条（E5001E5048）；对Q390钢和Q420钢采用E55型焊条（E5500E5518）。焊条型号：字母“E”表示焊条，前两位数字为熔敷金属的最小抗拉强度，第三、四位数字表示适用焊接位置、电流种类等。3.2 焊接方法和焊接连接形式3.2.1 3.2.1 常用焊接方法常用焊接方法2.自动（半自动）埋弧焊 电弧在焊剂层下燃烧的一种方法。优

31、点：质量好，效率高；缺点：需要专用设备。埋弧焊所采用焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应，即要求 焊缝与主体金属等强度。3.气体保护焊 利用二氧化碳气体或者其他惰性气体作为保护介质的一种 方法。优点：质量好；缺点：对环境要求高3.2.2 3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式按被连接钢材的相互位置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（图3-5）。这些连接所采用的焊缝主要有对接焊缝、角焊缝以及对接与角接组合焊缝。3.2 焊接方法和焊接连接形式图图3-5 焊缝连接的形式焊缝连接的形式（a a）对接连接；（）对接连接；（b b）用拼接盖板的对接连接；（）用拼接

32、盖板的对接连接；（c c）搭接连接；）搭接连接；（d d）、（）、（e e）T T形连接；（形连接；（f f）、（）、（g g）角部连接）角部连接3.2 焊接方法和焊接连接形式根据焊缝沿长度方向的布置根据焊缝沿长度方向的布置可分为连续角焊缝和断续角焊缝(图3-6)。图图3-6 连续角焊缝和断续角焊缝连续角焊缝和断续角焊缝按施焊位置按施焊位置可分为平焊、横焊、立焊及仰焊（图3-7）。图图3-7 焊缝施焊位置焊缝施焊位置（a）平焊；（）平焊；（b）横焊；（）横焊；（c）立焊；（）立焊；（d）仰焊）仰焊3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检测焊缝缺陷及焊缝质量检测3.2 焊接方法和焊接连接形式

33、1.焊缝缺陷焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢 材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未融合、未焊透（图3-8）等，以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。图图3-8 焊缝缺陷焊缝缺陷(a)裂纹裂纹;（b)焊瘤；（焊瘤；（c）烧穿；（）烧穿；（d）弧坑；（）弧坑；（e）气孔；）气孔；（f）夹渣；（）夹渣；（g）咬边；（）咬边；（h）未熔合；（）未熔合；（i)未焊透未焊透3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检测焊缝缺陷及焊缝质量检测 1.焊缝缺陷3.2 焊接方法和焊接连接形式 热裂纹 冷裂纹气孔 烧 穿 夹 渣 根部未焊透边缘未熔合 焊

34、缝层间未熔合 咬 边 焊瘤 3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检测焊缝缺陷及焊缝质量检测3.2 焊接方法和焊接连接形式2.焊缝质量检测焊缝质量检验包括焊缝外观检查和焊缝内部缺陷的检查：三级：只进行外观检查（即检查外观缺陷和几何尺寸）二级：除外观检查，20%超声波抽检 一级：除外观检查，100%超声波抽检（1）需要进行疲劳计算的构件，需要进行疲劳计算的构件，凡是对接焊缝均应焊透。其中垂直于作用力方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级；作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。3.焊缝质量等级的规定3.2 焊接方法和焊接连接形式3.焊缝质量等级的规定

35、（2）不需要进行疲劳计算的构件，不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母材等强的对接焊缝应焊透。母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。（3）重级工作制和起重量Q500KN的中级工作制吊车梁的腹腹板与上翼缘板之间板与上翼缘板之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T T形接头形接头均要求焊透，质量等级不应低于二级。（4）不要求焊透的T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，一般仅要求外观质量检查，具体规定如下：三级检验；承受动力荷载且需要验算疲劳和Q 500KN的中级吊车梁，二级。3.2.4 3.2.4 焊缝符号、螺栓及其孔眼图例焊缝符号、螺栓及其孔眼

36、图例3.2 焊接方法和焊接连接形式 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，引出线由横线和带箭头的斜线组成。常用的焊缝符号见表3-2 表3-2 焊缝代号3.3 对接焊缝的构造与计算3.3.1 3.3.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造对接焊缝（butt welds)的焊件常做成坡口，故又叫坡口焊缝(groove weld)，其中坡口形式与焊件厚度有关。图图3-9 对接焊缝构造对接焊缝构造（a）直边缝；（）直边缝；（b）单边）单边V形缝；（形缝；（c）V形缝；形缝；（d）U形缝；（形缝；（e）X形缝；（形缝；（f）双边）双边U形缝；（形缝；（g）K形缝形缝3.3 对接焊

37、缝的构造与计算在钢板厚度或宽度有变化的焊接中，为了使构件传力均匀，减少应力集中，应在板的一侧或两侧作成坡度不大于1:2.5的斜坡（图3-10），形成平缓的过渡。若板厚相差不大于4mm，则可不做斜坡。3.3.1 3.3.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造（a）改变宽度）改变宽度（b）改变厚度）改变厚度图图3-10 钢板拼接构造钢板拼接构造3.3 对接焊缝的构造与计算在焊缝的起灭弧处常，会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对连接 的承载力影响较大，故焊接时一般应设置引弧板和引出板（图3-11），焊后将它割除。对受静力荷载的结构设置引弧板和引出板有困难时，允许不设置，此时可令焊缝计算长度等于实际长度减去2t（t

38、为较薄焊件的厚度）。3.3.1 3.3.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造图图3-11 引弧板引弧板引弧板引弧板3.3.2 3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1.1.轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝（图3-12），其强度可按下式计算：3.3 对接焊缝的构造与计算 3 1 wwtcw wNffl t或（）wwtcffNtwlwlwLlwL2t轴心拉力或压力焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）焊缝计算长度，有引弧板;无引弧板 （较小板厚）或对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度图图3-12（a）对接焊缝受轴心力对接焊缝受轴心力3.3 对接焊缝的构造与计算3.3.2

39、3.3.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 sin32wtwNfl t（）cos33wvwNfl t（）3 12btan1.5如果用直缝不能满足强度要求时，可采用如图（）所示的斜对接焊缝。计算证明，三级检验的对接焊缝与作用力间的夹角 满足时，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不再进行验算。轴心受拉斜焊缝可按下列公式计算：/sin/sin2wwwllblbt为焊缝的计算长度，加引弧板时不加引弧板时，图图3-12（b）对接焊缝受轴心力对接焊缝受轴心力3.3 对接焊缝的构造与计算 2.2.承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝图3-13（a）所示钢板对接接头受到弯矩和剪力的共同作

40、用，由于焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件：max2max6335234wtwwwwvwwMMfWl tVSVfI tl t（）（）图图3-13 对接焊缝受弯矩和剪力联合作用对接焊缝受弯矩和剪力联合作用 3.3 对接焊缝的构造与计算图3-13（b）所示工字型截面梁的对接接头，除应分别验算最大正应力和最大剪应力外，对于同时受较大正应力和较大剪应力的焊缝，例如腹板与翼缘的交接点，还应按下式验算折算应力：221131.136wtf（）:wwwWSI上式中为焊缝截面模量；为焊缝截面面积矩；为焊缝截面惯性矩。11:1.1式中、为验算点处的焊缝正应力和

41、剪应力；为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当提高的系数。3.3.承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝3.3 对接焊缝的构造与计算max22111322331.1wwvwwwtVSVfI tl tf当轴心力与弯矩、剪力共同作用时：）焊缝的最大正应力应为轴心力和弯矩引起的应力之和；）剪应力按式验算，）折算应力仍按式验算。除考虑焊缝长度是否减小，焊缝强度是否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。3.3 对接焊缝的构造与计算113 14160mm10mm240mm10mmQ345E50Fbtht32试计算图所示牛腿与柱连接的对接

42、焊缝所能承受 的最大荷载（设计值）。已知牛腿截面尺寸为：翼缘板宽度，厚度，腹板高度，厚度。钢材为，焊条为型，手工焊，施焊时 不用引弧板，焊缝质例量为三级。y2y1xabavbF(a)(b)图图3-14 例例3-2图图 3.3 对接焊缝的构造与计算 1232x244w 1160 1010 5240510 127.579.8mm160 1010240510250mm79.8mm170.2mm21102405240510127.579.812160 101074.824450 10 mm1yyIA 确定对接焊缝计算截面解：确定中和轴的位置：焊缝计算截面的几何特征腹板焊缝计算截面的面的几何。积：特性2

43、2405102350mm3.3 对接焊缝的构造与计算2223214 160310/265/180/16079.80.52 10265/2455 10 509a.26bwwwctvMMwaatMwatxMMwbbcMbFMFeFVFfN mmfN mmfN mmfMyFFFfN mmIFkNf解：将力 向焊缝截面形心简化得：点点，查附表：，的拉应力，且要求解得：的压应力，且确定焊缝所能承受的最大荷载要设求计值3224160170.21.11 10310/2455 10 279.2kNwcxMyFFfN mmIF解得：3.3 对接焊缝的构造与计算2222-3-3 1.131.11 1030.43

44、101.1 2182 8b1wtMwbVtfFFfFkNFkN 解：的折算应力，且要求大于解得：故此焊缝所能承受的最大荷载设计值 为点。3.4 角焊缝的构造及计算3.4.13.4.1角焊缝的构造角焊缝的构造1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度角焊缝（fillet welds）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。按其截面形式可分为直角角焊缝（图3-15）和斜角角焊缝（图3-16）。图图3-15 直角角焊缝截面直角角焊缝截面3.4 角焊缝的构造及计算图图3-16 斜角角焊缝截面斜角角焊缝截面2.2.角焊缝的构造要求

45、角焊缝的构造要求 1）最大焊脚尺寸1,max1,:661121./23f maxffmaxttmmhtthmtmhtmm 式中较薄焊件厚度。对于板件边缘的角焊缝：当时，；当时，；对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的3.4 角焊缝的构造及计算 2）最小焊脚尺寸图图3-17 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸2.2.角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 1）最大焊脚尺寸1.5mmfhtt焊脚尺寸不宜太小，以保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂纹。规范规定：角焊缝的焊脚尺寸不得小于，为较厚焊件厚度（单位为）3.4 角焊缝的构造及计算2.2.角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求

46、1mmT1mm4mm3 3 17c 12)自动焊熔深大，最小角焊缝尺寸可减小；对 形连接的单面角焊缝，应增加。当焊件厚度等于或小于时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同。）不等焊脚尺寸的构造要求 角焊缝的两焊脚尺寸一般为相等。如图（），当焊件 的厚度相差较大且等焊脚尺寸不能符合以上两点要求时，可 采用不等焊脚尺寸，与较薄焊件接触的焊脚边应符合）的要 求；与较厚焊件接触的焊脚边应符合460fh的要求。）侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝的计算长度不宜大于，当大于上述数值时，其 超过部分在计算中不予考虑。若应力沿侧面角焊缝全长分布时，计算长度可不受上述限制。5）角焊缝的最小计算长度3.4 角焊缝的构

47、造及计算fhfh 侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度均不得小于8 和40 mm，考虑到焊缝两端的缺陷，其实际焊接长度应较前述数值还要大2（单位为mm）。6）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（图3-18），试验结果表明，连接的承载力与wlb/有关:11112161219012wlbbt tmmmm tmm（）为避免应力传递过分弯折导致应力不均：（）为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：（）或（）不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！3.4 角焊缝的构造及计算在搭接连接中（图3-19）,为了减少收缩应力以及因偏心在钢板与连接中产生的次应力，要求搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍

48、，也不得小于25 mm。图图3-18 焊缝长度及两侧焊缝间距焊缝长度及两侧焊缝间距 图图3-19 搭接连接搭接连接bwlt1t23.4.2 3.4.2 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式3.4 角焊缝的构造及计算图图3-20 角焊缝的截面角焊缝的截面12efhhhhhde焊缝厚度；焊脚有效厚度（喉部位置）；焊脚尺寸；熔深；凸度；焊趾；焊根hfhehh1h2deh fh fh e有效截面有效截面450.7()fheh：均取焊缝喉部为有效截面（假定破坏截面计算截面有效焊缝高度）：焊缝高度3.4.2 3.4.2 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式3.4 角

49、焊缝的构造及计算图图3-21 角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力NyNx=fh he el lw w45O45Oh hf ff3.4 角焊缝的构造及计算图图3-22 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算3.4.2 3.4.2 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式222/37-3)3-3(wwwffwffffff我国规范中角焊缝的计算式：（）式中：为规范规定的角焊缝强度设计值。由于是由角焊缝的 抗剪条件确定的，所以相当于角焊缝的抗拉强度设计值。3.4 角焊缝的构造及计算/37:322xyyfNNN 采用公式（）进行计算，即使是在简单外力作用下，都要求效截有面上的应力分量

50、、，过于繁琐。我国规范采用了方法下述进行了简化如图所示焊缝承受相互垂直的和两个轴心力作用，在焊缝有效截面上引起的应力，该应力对有效截面既不是正应力，也不是剪应力，垂直于而是和焊缝一个直角边的合应力。3.4.2 3.4.2 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式38yfewNhl（）:0.7yeefNhhh式中-为垂直于焊缝长度方向的轴心力；-为垂直角焊缝的有效厚度，3.4 角焊缝的构造及计算由图3-22（b）知，对直角角焊缝：2/f/39xfewNh l（）则得直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算式为：fwfff332422/xfN沿焊缝长度方向的分力在焊缝有效截面上引起平行