1、第7章 钢结构的连接和节点构造7.1 钢结构对连接的要求及连接方法基本构件通过连接制成整体结构。例如：屋架。在钢结构中，连接的设计、制作、安装占有很重要的地位，所以设计时，在选用合理的连接方式时，应考虑以下问题：1、连接设计与结构内力分析时的假定相一致；2、连接设计应选择最不利的荷载工况；3、传力直接、明确，避免应力集中；4、节点的变形协调；5、避免偏心的影响；6、连接的方式应避免在结构中产生过大的残余应力；7、利用厚钢板时，应避免层间撕裂；8、连接的构造简单，便于施工。钢结构的连接分类：冶金连接焊接连接；铆钉连接机械连接 普通螺栓 螺栓连接 高强度螺栓 焊接连接20世纪20年代发展起来的，是
2、现代钢结构最主要的连接方式。优点：构造简单，加工方便，节省钢材。而且能实现自动化操作，生产效率较高。缺点：焊缝质量易受材料操作的影响，因此对钢材材质要求较高（主要是含碳量），焊接时构件内有残余应力和残余变形，且宜产生裂缝，给疲劳破坏带来隐患。所以，对直接承受动力荷载的结构不宜采用。铆钉连接优点：传力可靠，连接的韧性和塑性较好，质量易于检查。缺点：用钢量大、施工较复杂。在土木工程中很少采用，主要用在飞机制造业。普通螺栓按性能等级分：3.6，4.6，4.8，5.6，5.8，6.8，8.8级。含义：以“4.6”为例：按制作精度分：A、B级和C级。1、A、B级精制螺栓，栓杆由车床加工而成，表面光滑，尺
3、寸准确，要求螺栓孔为I类孔，允许偏差为0.180.25mm。2、C级粗制螺栓，要求螺栓孔为II类孔，允许偏差为1.52.0mm。高强度螺栓与普通螺栓的区别：材料强度高、施工时施加预拉力。按性能等级分：8.8级、10.9级、12.9级从外形上分：1、大六角头螺栓(见图1）：连接副：一个螺栓、一个螺母、二个垫圈。有8.8级、10.9级。2、扭剪型螺栓（见图2）：连接副：一个螺栓、一个螺母、一个垫圈。有8.8级、10.9级。按受力状况分：1、摩擦型连接：预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递。板件之间不允许产生滑移。2、承压型连接：板件之间允许产生滑移。7.
4、2 焊接连接的特性1、焊接方法电弧焊、电阻焊气体保护焊 手工电弧焊：1、通电后在涂有焊药的焊条与焊件之间产生电弧，熔化焊条而形成焊缝。焊药则随焊条熔化而形成熔渣覆盖的焊缝上，同时产生一种气体，隔离空气与熔化的液体金属，使它不与外界空气接触，保护焊缝不受空气有害气体影响。2、焊条应与焊件的金属强度相适应。Q235钢焊件E43型系列焊条Q345钢焊件E50型系列焊条Q390钢焊件E55型系列焊条 当不同钢种的钢材连接时，宜用与低强度钢材相适应的焊条。手工电弧焊的优缺点：优点：操作简单，不受地方、场所、焊件尺寸、形状的限制。缺点：由于是手工操作，受到焊工的技术水平的影响（焊工要分等级），所以焊缝要进
5、行质量检查。（焊缝的外观和内部探伤）自动或半自动埋弧焊：1转盘；2电动机；3漏斗夹具；4电源焊丝；5熔化的焊剂电弧；6焊缝金属；7焊件；8焊剂；9移动方向Q235的焊件H08、H08A焊丝Q345的焊件 H08A、H08MnA、H10Mn2Q345的焊件H08MnA、H10Mn2自动焊的焊缝质量均匀，塑性好，冲击韧性高，抗腐蚀性强。半自动焊除人工操作前进外，其余与自动焊相同。适用于焊接受力构件，如：焊接截面中腹板与翼缘的连接等。气体保护焊：是利用惰性气体或CO2气体作为保护介质，在电弧周围形成保护层，使被融化的金属不与空气接触，而形成的火焰来熔化焊条，形成焊缝。电弧加热集中，熔化深度大，焊接速
6、度快，焊缝强度高，塑性好，其效率是手工电弧焊的34倍。可以手工操作或自动操作。电阻焊利用电流通过焊件接触点表面产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。冷弯薄壁型钢（厚度低于3.5mm）的焊接；板叠厚度不超过12mm的焊接。焊缝连接的优缺点：优点：（1）不需要在钢材上打孔钻眼，既省工省时，又不使材料的截面积受到减弱（2）任何形状的构件都可直接连接，一般不需要辅助零件，使连接构造简单，传力路线短，适应面广；（3）焊接连接的气密性和水密性都较好，结构刚性也较大，结构的整体性较好。缺点：（1）由于高温作用在焊缝附近形成热影响区，钢材的金相组织和机械性能发生变化，材质变脆；（2）焊接的残余应力会使结构
7、发生脆性破坏和降低压杆稳定的临界荷载，同时残余变形还会使构件尺寸和形状发生变化；（3）焊接结构具有连续性，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体。焊接变形焊缝缺陷焊缝在焊接过程中会在焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部产生缺陷，常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；外观检查：直尺、放大镜、磁粉等内部探伤：超声波或射线钢结构工程施工质量验收规范GB50202-2001规定，焊缝质量检查标准分为三级，三级只要求焊缝通过外观检查；二级质量检验，即在外观检验的基础上要求超声波检验每条焊缝20%的长度，一级要求用超声波检验每条焊缝的全部长度。注：一、二级焊缝用于等强连接，其焊
8、缝的拉、压、弯时与母材相等，不必计算焊缝的强度。三级焊缝一般只能达到母材强度的85%，应进行验算。若为高空施焊，焊缝强度设计值应乘折减系数0.9。焊缝连接型式及焊缝型式连接型式按被连接构件的相对位置分：平接；T形连接；搭接：角接；（图7-7）按施焊位置分：俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊（图7-10）焊缝型式可分为对接焊缝和角焊缝两种形式对接焊缝分为对接正焊缝和对接斜焊缝；角焊缝分为侧面角焊缝和正面角焊缝；对接焊缝角焊缝焊缝代号：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。对接焊缝的构造和计算 一、构造要求：1.按照坡口形式：（a）直边缝；（b）单边V形缝；（
9、c）双边V形缝；（d）U形缝；（e）K形缝；（f）X形缝（g）（h）（i）加垫板的直边缝、单边V形缝、双边V形缝不同板厚与板宽的对接：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3-30），形成平缓的过渡。若板厚相差不大于4mm，则可不做斜坡。加引弧板 对接焊缝的引弧板对接焊缝的起点和终点，常因不能熔透而出现凹形的焊口，受力后易出现裂缝及应力集中。为消除这种不利情况，施焊时常将焊缝两端施焊至引弧板上，然后再将多余的部分割掉，并用砂轮将表面磨平。在工厂焊接时可采用引弧板，在工地焊接时，除了受动力荷载的结构外，一般不用引弧板
10、，而是计算时扣除焊缝两端各t（连接件较小厚度）长度。T形连接：钢板拼接焊缝二、计算焊缝只进行强度计算；利用焊缝截面的应力进行分析；应力为弹性阶段；质量等级为三级时才需进行强度计算。1、在轴力作用下指作用力N通过焊件截面形心，且垂直焊缝长度方向，按下式计算其强度：或 tlNwwtfwcfbtN(a)tbNN(tg 1.5)(b)b/sinN sin NN co sN当直焊缝不满足要求时：可以改用斜焊缝。规范规定当斜焊缝和作用力间夹角符合tan1.5时，可不计算焊缝强度。(a)tNb(b)b/sinNNtbN cosN sin (tg 1.5)NN弯矩和剪力共同作用的矩形截面对接焊缝计算 wWMmaxwtf tIVSwwmaxwvf 弯矩和剪力共同作用的工字型截面对接焊缝计算 1.1 2121eg3wtf轴力、弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝计算最大正应力的计算；最大剪应力的计算；折算应力的计算。部分焊透对接焊缝的计算 主要用于板件较厚，而连接受力较小，且要求焊接结构的外观齐平美观时，可以采用部分焊透的对接焊缝，焊缝只起到联系作用。部分焊透的对接焊缝由于它们未焊透，其工作情况与角焊缝类似，故规定按角焊缝进行计算。
