1、绪论教案绪 论1 钢结构的类型及组成结构：由若干个构件通过正确连接组成的能够承受并传递荷载和其它间接作用的房屋骨架。钢结构：由钢板和型钢经过加工，制作成各种基本构件，如梁、桁架、柱、板等构件，然后将这些各种基本构件之间按一定的连接方式（焊缝连接、螺栓连接或铆钉连接，有些钢结构还部分采用钢丝绳或钢丝束连接）连接组成的结构。（1）钢结构的类型1）大跨度结构2）重工业厂房：（包钢厂房）3）高层建筑：深圳地王大厦4）高耸构筑物：电视塔5）容器：油罐6）轻型钢结构：食堂三楼球形网架、轻型门式刚架7）可拆卸和移动的结构：（塔吊、起重臂杆）8）钢和砼组成的组合结构（2）钢结构的组成1）单层房屋钢结构的组成平
2、面结构体系：承重结构体系和附加构件；空间结构体系：平板网架，空间网壳圆屋顶都属于空间结构体系。2）多层房屋钢结构的组成框架体系、带支撑的框架体系、筒式结构体系、支撑筒2 钢结构的特点（1）钢结构的优点1）建筑钢材强度高、重量轻（轻质高强）钢材强度较高，弹性模量也高，因而钢结构构件小而轻。对同样跨度、承受同样的荷载的钢屋架和钢筋砼屋架，钢屋架的重量最多不过钢筋砼屋架的1/31/4，冷弯薄壁型钢屋架接近1/10。在同样的受力情况下钢材自重较小，可以作成跨度较大的结构，由于杆件小，也便于安装和运输。2）塑性、韧性好（拉伸试验、冲击荷载试验）。钢结构的塑性和韧性好，适于承受冲击和动力荷载，有较好的抗震
3、性能。3）钢材材质均匀，与力学计算假定比较符合，可靠性高。钢材内部组织均匀，各个方向的物理力学性能基本相同，接近于各向同性体，且在一定的应力幅度内，应力与应变成线性关系，故和力学计算假定比较符合。4）钢结构制作简便，施工工期短。5) 钢结构密闭性好。钢结构组织致密，有不渗透性和耐高压性，水密性、气密性较好，可制成密闭的板壳结构，常压和高压容器结构和大直径的管道。补充其他优点：6)钢结构占有面积小，增加了使用面积。 7)钢结构易于改造，且减少砂石的用量，减轻了对不可再生资源的破坏。8)管线布置方便。(2)钢结构的缺点1)钢结构耐腐蚀性差（在涂油漆以前需彻底除锈）在潮湿和腐蚀介质的环境中易发生锈蚀
4、，需要定期维护。目前已研制出耐候钢。2)钢结构耐火性差150以上 （设计规定）需加以隔热防护。200以内 屈服点、弹性模量下降不多；200以上 强度急剧下降、发生兰脆、徐变现象；600时进入塑性状态，承载力基本降为零。3)钢材在低温下可能发生脆性断裂（设计时应特别注意）。3 钢结构的应用和发展(1) 钢结构的应用1.重工业厂房：（包钢厂房）重型车间的承重骨架以及重型设备支架2.大跨度结构用于镀跨度的仓储建筑和公共建筑，其结构体系主要采用框架结构、拱架结构、悬挂结构、预应力钢结构3.高耸结构：电视塔、输电塔、无线电桅杆等4.多层、高层和超高层建筑：用于旅馆、饭店、住宅等多层、高层建筑，帝王大厦（
5、深圳）5.承受振动荷载影响及地震作用的结构6.板壳结构7.轻型钢结构8.其他特种结构9.可拆卸和移动的结构（塔吊、起重臂杆）10.与混凝土的组合结构 (2) 钢结构的发展1. 从钢结构的材料看：铸铁、锻铁、钢2、从钢结构的连接方式看：销钉连接、铆钉连接、焊接连接、高强度螺栓连接3. 从结构形式看：桥梁、塔、工业及民用房屋和水工结构、高层钢结构、空间大跨度钢结构、轻钢结构。4、从材质方面看：高强度低合金钢、抵抗大气腐蚀的耐候钢、抵抗层状撕裂的Z向钢、H型钢、剖分T型钢；(3)钢结构的发展方向1.发展建筑钢材研制与应用高效能钢材，一是研制出高强度而性能好的钢材，二是采用各种有效措施，提高钢材的有效
6、承载力，更好地发挥钢材的使用效果，从而节约钢材，如改进截面形式。2.发展钢结构施工工艺积极开发制造和现场施工中的计算机放样、自动切割、打孔技术。3.钢结构设计理论的深入研究从合理和经济的角度出发，采用以概率为基础的极限状态的设计方法，而更为先进的全概率极限状态设计方法是今后的研究方向，此外弹塑性稳定问题和屈曲后的强度也应深入研究。4.发展建筑钢结构要重视新型钢结构的研究和应用，在目前国内发展较快应用较多的是组合梁和钢管混凝土结构。4钢结构的研究、设计、制造、安装、使用的相互关系钢结构的研究、设计、制造、安装及使用是一个有机的体系，各方面之间存在相辅相成的关系。1.使用的需求是钢结构发展的内在动
7、力。钢结构具有工业化程度高、施工速度快等优点，因而更适合于运行节奏快、劳动力价格不断提高的现代社会。钢结构自重轻，因而特别适合于大跨度建筑或活载占比例较小的建筑结构，在这种条件下应用钢结构能充分体现其在经济方面的优越性。钢结构自重轻，有较好的柔性，因而在软土地基或地震区使用钢结构就显得更为合理。也就是说，钢结构的发展有其内在的社会和经济原因。从我国建筑业的现状来看，目前正处在钢结构快速发展的前期，钢结构的使用促进了钢结构的研究、设计、制造和安装技术的发展。 2.钢结构的研究课题源于工程实践，其目的是要在一定概率意义上确保工程的安全并求得最佳的经济效益。目前钢结构的研究主要在以下几个方面进行：
8、（1）新型钢结构建筑体系的研究：如轻钢结构体系的研究、网架结构体系的研究等。这是一类综合性的研究，涉及主体结构、节点、配套材料及施工工艺。这些研究成果可直接转换为社会生产力。 （2）结构计算理论的研究：目前对于一般的钢结构计算问题已有成熟的计算方法。但对于某些特殊结构形态及荷载条件下的结构体系、构件、节点则还要进行深入的分析，这主要是动力问题、非线性问题、稳定问题和疲劳问题的研究。研究的成果用于指导设计规范的编制。 目前钢结构理论研究的一个主要特点是往往同时伴随着计算软件的研究和开发。这使得研究成果可以直接为设计人员使用。 （3）结构构件或节点的试验研究：试验研究的作用一是可以验证理论研究结果
9、的正确性，二是可以发现并进一步阐明某些复杂结构的特殊受力现象，从而为理论研究和规范编制提供依据。这对于形态和受力较为复杂的节点研究特别有效，是理论研究不能替代的。 （4）制造工艺和安装方法的研究：钢结构的建造离不开良好的制造和安装技术。随着钢结构使用条件的变化，新的设计、材料、构造形式层出不穷。为此要进行大量理论和实践的研究工作，从研制新的设备、制定制造和安装工艺标准、直到培训施工技术人员。 3.钢结构的设计包括选择结构类型和材料：计算结构的强度、刚度和稳定；确定合理的构造形式和具体参数。 钢结构的设计依据大量的理论研究和试验研究工作；钢结构的设计还必须密切配合制造和安装工艺。 按国际惯例，钢
10、结构的设计具体可分为技术设计和施工大样图设计两个阶段。技术设计要确定结构的形式和材料、结构各部分截面参数及连接方式。技术设计由专门的设计单位完成。施工大样图设计是在技术设计的指导下，根据加工及安装要求将钢结构分解成单个构件，分别画出其大样图，并注明其加工步骤和工艺要求。这一工作一般由钢结构制造厂的技术人员完成。 4.钢结构的制造必须遵循设计和相应的规范及技术标准。 钢结构制造的前期准备包括材料准备和技术准备。制造的工序有校正、放样、下料、切割、钻孔、组装、焊接、整形、表面处理、包装等。每一道工序均有一定的检测方法，并要求达到规定的标准，从而确保钢结构组装的最终质量。 钢结构的制造除了满足设计要
11、求外，还须满足运输和安装条件。要根据运输条件和安装起吊能力来限定构件的大小和重量；要根据安装方法及防腐蚀处理方法确定节点连接的方式，构造要求及实施步骤。 5.钢结构的安装包括安装方案的确定、安装实施过程及安装质量的检验。 安装方案的确立既要考虑结构特征和现有的设备状况，也要考虑安全性。凡是利用结构本身作为安装支托的一定要经设计审核，并要考虑设备安装、使用和拆卸全过程。在选择方案时，经济性和设备的先进性应该兼顾，要从安装工作的实际效率和安全性出发作出适当的选择。 钢结构的安装应该严格按规范和有关标准进行，逐个构件逐段地控制质量，一丝不苟地做好安全保障和设备保障。 钢结构制作与安装教案单元一 建筑
12、钢结构用钢材模块一 钢结构材料及基本技术理论单元一 建筑钢结构用钢材1 建筑钢材的主要力学性能力学性能又称机械性能，是衡量钢材质量的重要指标。冶炼、轧制缺陷最终体现在力学性能上。 图2.1碳素结构钢的-曲线 图2.2 高强度钢的-曲线1.强度 强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试验曲线表明。强度体现材料的承载能力，主要指标有屈服点fy和抗拉强度fu，通过静力拉伸试验得到。（1）屈服点fy 钢结构设计中，常把钢材应力达到屈服点fy作为评价钢结构承载能力极限状态的标志。（2）抗拉强度fu fu 是钢材承受静载的极限能力，表示钢材达到屈服点后还有多少安全贮备，是抵抗塑性破坏的重要指标。2.塑性 钢材
13、的塑性为当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。主要指标有伸长率d 和断面收缩率y，通过静力拉伸试验得到。（1）伸长率 反映钢材断裂前经受变形的能力。越大，钢材破坏吸收的应变能愈多，塑性越好。= 100%L0/do=5，以5表示；L0/do=10，以10表示。（2）截面收缩率y 指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率。=100%标志着钢材颈缩区在三向拉应力状态下的最大塑性变形能力。越大，塑性越好。3.韧性韧性是衡量钢材在动力荷载作用下，抵抗脆性破坏的能力。衡量指标冲击韧性值，用冲击试验测定。冲击试验：用带夏比V形缺口的标准试件，在试验机上通
14、过动摆施加冲击荷载，使之断裂。由此测出试件受冲击荷载发生断裂所吸收的冲击功，即为材料的冲击韧性值。单位“J”。范围：只有经常承受较大动力荷载的结构、特别是焊接结构低温工作；4.冷弯性能冷弯性能是指钢材冷加工（常温）产生塑性变形时，对产生裂纹的抵抗能力。冷弯性能是鉴定钢材在弯曲状态下的塑性应变能力和钢材质量的综合指标。用冷弯试验来检验。冷弯试验的目的：（1）检验钢材能否适应构件加工制作过程的冷加工工艺；（2）暴露出钢材的内部缺陷（是否有颗粒组织结晶状况、夹杂物分布和夹层、内部微观裂纹气泡和夹层）要求：以试件在冷弯180后其外侧不出现裂纹和分层为合格。5.良好的工艺性能（冷加工、热加工、可焊性）
15、钢结构设计规范规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点、碳、硫磷含量的合格保证；焊接结构的钢材应具有冷弯试验的合格保证；对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构的钢材应具有常温或负温冲击韧性的合格保证；2 各种因素对钢材主要性能的影响1、化学成份碳素结构钢基本元素是Fe（99%）其它元素约占1% 但对钢材的性能有决定性影响（强度、塑性、韧性、可焊性）1.碳（c） ：含量增加时钢材强度增加，塑性降低，冷弯性能、冲击韧性，尤其是低温下的冲击韧性也会降低，还会使钢材的可焊性和防锈性能降低。2.硅（si）：强脱氧剂，可以提高钢材强度，对塑性、冷弯性能、冲击韧性和可焊性没有明显影
16、响。3.锰（Mn）：弱脱氧剂，可以提高钢材强度，对塑性、冷弯性能、冲击韧性不会过多降低。 还可改善冷脆的倾向。4.硫（S）磷（P）：有害杂质，S热脆，P冷脆。 5.氧、氮（O、N）：有害杂质，O热脆，N冷脆。2、轧制与冶金缺陷常见现象：偏析、非金属杂质、裂纹、分层3、钢材的硬化（1）冷作硬化（应变硬化）冷拉、冷弯、冲孔机械剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形，从而提高钢材的屈服点，降低钢材的塑性和韧性，这种现象称为冷作硬化。（2）时效硬化在高温中熔化于铁中的少数氮和碳（N、C）随着时间的增长逐渐从纯铁中析出，形成自由碳化物和氮化物，对纯铁的塑性变形起抑制作用。强度提高，塑性、韧性下降、（亦称老化
17、）分为：人工时效、自然时效注意：在一般钢结构中，不利用硬化后所提高的强度；有些重要的钢结构要求对人工时效后的钢材检验其冲击韧性，以保证结构具有抗脆性破坏的能力。4、温度的影响钢材随温度变动而有所变化，总的趋势是：温度升高，钢材强度降低，应变增大；反之，温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性都会降低而变脆。5、应力集中钢结构的工作性能和力学性能指标都是以轴心受拉杆件中的应力在截面均匀分布的情况作为基础的。实际上钢结构的构件有着存在着孔洞、槽口、凹角、截面突变、内部缺陷应力分布不再均匀应力集中原因：构造情况（静载不考虑应力集中）6.反复荷载作用的影响1.钢材的疲劳断裂的概念钢材的疲劳断裂是微观裂
18、纹在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。钢材的疲劳强度取决于应力集中（或缺口效应）和应力循环次数。2、破坏机理过程：（1）截面几何形状突然改变处的应力集中，对疲劳很为不利，在高峰应力形成双向或三向同号拉应力场，在反复应力作用下，首先在应力高峰处出现微观裂纹 宏观裂缝。（2）在反复荷载的继续作用下，裂缝不断开展、Ae、应力集中现象 裂缝增加。（3）在双向或三向同号拉应力场，材料的塑性变形受到限制，因此，当反复荷载达到一定的循环次数时，裂缝的开展使截面削弱过多经不住外力的作用，就会发生脆性断裂，产生钢材疲劳破坏。（4）存在残余应力，在交变荷载作用下，加剧疲劳破坏。注：钢结构的疲劳破坏：属
19、高周低应变疲劳。即总应变幅小，破坏前荷载循环次数多。分为：人工时效、自然时效注意：在一般钢结构中，不利用硬化后所提高的强度；有些重要的钢结构要求对人工时效后的钢材检验其冲击韧性，以保证结构具有抗脆性破坏的能力。4、温度的影响钢材随温度变动而有所变化，总的趋势是：温度升高，钢材强度降低，应变增大；反之，温度降低，钢材强度会略有增加，塑性和韧性都会降低而变脆。5、应力集中钢结构的工作性能和力学性能指标都是以轴心受拉杆件中的应力在截面均匀分布的情况作为基础的。实际上钢结构的构件有着存在着孔洞、槽口、凹角、截面突变、内部缺陷应力分布不再均匀应力集中原因：构造情况（静载不考虑应力集中）6.反复荷载作用的
20、影响1.钢材的疲劳断裂的概念钢材的疲劳断裂是微观裂纹在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。钢材的疲劳强度取决于应力集中（或缺口效应）和应力循环次数。2、破坏机理过程：（1）截面几何形状突然改变处的应力集中，对疲劳很为不利，在高峰应力形成双向或三向同号拉应力场，在反复应力作用下，首先在应力高峰处出现微观裂纹 宏观裂缝。（2）在反复荷载的继续作用下，裂缝不断开展、Ae、应力集中现象 裂缝增加。（3）在双向或三向同号拉应力场，材料的塑性变形受到限制，因此，当反复荷载达到一定的循环次数时，裂缝的开展使截面削弱过多经不住外力的作用，就会发生脆性断裂，产生钢材疲劳破坏。（4）存在残余应力，在交变
21、荷载作用下，加剧疲劳破坏。注：钢结构的疲劳破坏：属高周低应变疲劳。即总应变幅小，破坏前荷载循环次数多。设计规定：当循环次数N5104 ,应进行疲劳计算。为了防止脆性破坏的发生，一般需要在设计，制造及使用中注意下列各点：（1）合理的设计 构造应力求合理，使能均匀、连续地传递应力，避免构件截面剧烈变化。对于焊接结构，可参考焊接连接的内容。低温下工作受动力作用的钢结构应选择合适的钢材，使所用钢材的脆性转变温度低于结构的工作温度，例如分别选用Q235C（或D）、Q345C（或D）钢等，并尽量使用较薄的材料。（2）正确的制造 应严格遵守设计对制造所提出的技术要求，例如尽量避免使材料出现应变硬化，因剪切、
22、冲孔而造成的局部硬化区，要通过扩钻或刨边来除掉；要正确地选择焊接工艺，保证焊接质量，不在构件上任意起弧、打火和锤击，必要时可用热处理的方法消除重要构件中的焊接残余应力；重要部位的焊接，要由经过考试挑选的有经验的焊工操作。（3）正确的使用 例如：不在主要结构上任意焊接附加的零件，不任意悬挂重物，不任意超负荷使用结构；要注意检查维护，及时油漆防锈，避免任何撞击和机械损伤；原设计在温室工作的结构，在冬季停产检修时要注意保暖等。3 建筑用钢材的种类、规格及选择1钢材的种类按用途分：结构钢、工具钢、特殊钢；结构钢分为：建筑用钢和机械用钢；按治炼方法分：转炉钢（氧气顶吹转炉钢）、平炉钢；按脱氧方法分：沸腾
23、钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）；按成形方法分：轧制钢（冷轧、热轧）锻钢、铸钢；按化学成分分：碳素钢、合金钢；建筑上采用的是碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢。碳素结构钢钢的牌号由代表屈服点的字母Q，屈服点数值，质量等级符号（A、B、C、D），脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。其中A级只保证抗拉强度、屈服点、伸长率，必要时可附加冷弯；B、C、D均保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯、冲击韧性（-20、0、20）。例： Q235-BFQ235-C一般将碳素结构钢按屈服点，数值分为五个牌号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275（根据钢材厚度直径16m
24、m）（1#、2#、3#V、4#、5#、） 低合金高强度结构钢在碳素钢中加入合金元素可较好的改善钢材机械性能，加入合金元素的碳素钢称为合金钢。（合金元素含量5%称为低合金钢）牌号新标准不用钢的品种表示钢的牌号，采用与碳素结构钢相同的钢的牌号表示法，仍然依据钢材厚度d16mm时的屈服点大小。牌号：Q345、Q390、Q420、Q460质量等级：A、B、C、D、E 注：E（主要要求-40的冲击韧性）低合金高强度结构钢一般为镇静钢。优质碳素结构钢2 钢材的品种和规格钢结构采用的型材有热轧成型的钢板、型钢。1、钢板1.钢板类型：厚钢板（4.560mm）、薄钢板（0.354mm）、扁钢；2.钢板的表示方法
25、：在符号“”后加“宽度厚度长度”如： -600101200 （mm）3.钢板的规格：厚钢板：厚度为4.560mm，宽度为6003000mm，长412m。薄钢板：厚度为0.354mm，宽度为5001500mm, 长0.54m。扁钢：厚度为460mm，宽度为12200mm，长39m。2、型钢1）角钢等边角钢“L”后加“肢宽肢厚”L10010不等边角钢“L”后加“长肢短肢肢厚”L1008082）工字钢 包括普通工字钢、轻型工字钢工字钢：用号数表示，号数即为其截面高度的厘米数，20号以上的工字钢，同一号数有三种不同的腹板厚度分别为a、b、c三类。长度为519m。3）热轧H型钢热轧H型钢：HW（宽）、H
26、M（中）、HN（窄）T表示方法：高度H宽度B腹板厚度t1翼缘厚度t2；例：HM340250914 4）热轧剖分T型钢TW（宽）、TM（中）、TN（窄）表示方法：高度H宽度B腹板厚度t1翼缘厚度t2；TM1702509145）槽钢 普通槽钢、轻型槽钢30aa 、b、c表示腹板厚，从14a、（b）以14cm起有不同腹板厚，用其截面高度的cm 数表示，长度为519m。6）钢管：无缝钢管、焊接钢管7）冷弯薄壁型钢薄壁型钢是用薄钢板（一般采用Q235、Q345钢）经模压或弯曲而制成，其壁厚1.512mm。3、压型钢板压型钢板采用热镀锌钢板或彩色镀锌钢板，经辊压冷弯成各种波型、具有轻质，高强美观、耐用、施
27、工方便、抗震、防火等特点。保温要求：采用双层钢板中间夹保温层（超细玻璃纤维棉或岩棉）；尺寸：宽以50mm为模数，长500mm为模数，厚4mm，长4m。太空板太空板采用高强水泥发泡工艺制备的人工轻石为芯材，以玻璃纤维网（或纤维束）增强的上下水泥面层及钢边肋（或砼边肋）复合而成的新型轻质屋面板材。具有刚度好，强度高，延性好等特点，有良好的结构性能和工程应用前途。常用尺寸：33、1.56、334、厚度方向性能钢板高层及超高层钢结构柱，常由厚钢板组成。厚钢板的层状撕裂发生阶段: 焊接过程中 受力过程中层状撕裂的机理：残留在钢材中的非金属薄片，也就是一种微裂纹，在沿板厚方向拉力作用下，这些微裂纹将扩展，
28、并逐渐连通，最后形成贯通的阶梯状裂缝而突然断裂。层状撕裂一般发生在板厚方向有较大拉应力时。焊接节点的焊缝冷却时，会产生收缩变形。若钢板很厚或有加劲肋甚至相邻板件的约束，钢板不能自由变形，会在垂直于板面方向产生很大的局部应力。这种局部应力可能数倍于材料的屈服极限，致使钢板产生焊后层状撕裂。 引起层状撕裂的因素：钢材的化学成分;钢板和型钢的辊轧工艺;焊接工艺;节点的构造型式。厚度方向性能钢板GB5313钢板厚度方向性能级别： Z15、Z20、Z253 钢材的选用1、选用原则：保证结构安全可靠，经济合理，节约钢材2、考虑因素：选择钢材应考虑的因素有：1）结构的重要性：2）荷载情况3）连接方法4）工作
29、条件（结构所处的温度和环境）5）钢材的厚度钢结构制作与安装教案单元2 钢结构的连接单元二 钢结构的连接课题1 钢结构连接的种类、特点钢结构的连接方法可分为三种：铆钉连接和螺栓连接、焊缝连接。（a）焊缝连接 （b）铆钉连接 （c）螺栓连接钢结构的连接必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。连接接头应有足够的强度，要有适宜于施行连接手段的足够空间。一. 焊缝连接焊缝连接是钢结构最主要的连接方法。1、优点：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。2、缺点：1）在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织
30、发生改变，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承载力降低；3）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。二.铆钉连接1、优点：连接处塑性、韧性好，传力可靠，质量易于检查，在一些重型、直接承受动力荷载的结构中，有时仍然采用。2、缺点：构造复杂、费钢费工、现已很少采用。三.螺栓连接 1、优点：施工工艺简单、安装方便，特别是用于工地安装连接，工程进度和质量易保证，装拆方便，适用于需装拆结构连接和临时连接。2、缺点：需制孔，拼装和安装需对孔，增加了工作量，且对制造的精度要求高；螺栓开孔对截面有削弱，有时需增设辅助连接件，用料增加，构造复杂。课题2 焊缝方法、焊缝形式及
31、标注一、焊接方法常用焊接方法是电弧焊，包括手工电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊。1.手工焊 （1）原理（2）常用的焊条：E43、E50、E55。E表示电焊条XX表示焊缝金属抗拉强度的最小值（430N/mm2）选用焊条时，应与主题金属匹配。一般情况下，Q235采用E43，Q345采用E50，Q390、Q420采用E55。不同强度的两种钢材相焊，宜采用低组配方案，即宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如：Q235、Q345两种钢材相焊，宜采用Q235。2.埋弧焊：自动焊和半自动焊3.气体保护焊气体保护焊是利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。它直接依靠保护气体在电弧周围造成局
32、部的保护层，以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程的稳定性。二、焊缝连接形式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。采用的焊缝有对接焊缝、角焊缝两种基本形式。对接连接：主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。特点：（a）由于相互连接的两构件在同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。（b）用双层盖板和角焊缝的对接连接，这种连接传力不均匀、费料、但施工简便，所连接两板的间隙大小无需严格控制。（c）用角焊缝的搭接连接，特别适用于不同厚度构件的连接。传力不均匀，材料较费，但构造简单，施工方便
33、。(d)(e)为T形连接省工省料，常用于制作组合截面。当采用角焊缝连接时，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲劳强度较低，可用于不直接承受力荷载结构的连接中。对于直接承受动力荷载的结构，如重级工作制吊车梁，其上翼缘与腹板的连接，应采用K形坡口焊缝进行连接。(f)角部连接主要用于制作箱形截面。(a) 对接连接 (b) 拼接盖板的对接连接 (c) 搭接连接(d)(e)T形连接 (f) (g)角部连接三、焊缝符号及标注方法焊缝代号由引出线，图形符号，辅助符号三部分组成。课题3 对接焊缝连接对接焊缝中常采用坡口型式焊缝，即将焊件边缘加工成坡口。对接焊缝按是否焊透分为：焊透的和部分焊透的。焊透
34、的对接焊缝：强度高，受力性能好，一般采用焊透的对接焊缝。部分焊透的对接焊缝：应力集中和残余应力现象较严重，故直接承受动力荷载的结构不宜采用，只有较厚而内力较小或甚至不受力时采用，以省工省料和减少焊接变形。我们所讲的仅为焊透的对接焊缝。1对接焊缝的形式和构造1. 对接焊缝的坡口型式：对接焊缝的坡口型式取决于焊件厚度t。 a）直边缝 b）单边V形坡口 c）V形坡口直边缝（I形焊缝）：当焊件厚度t10mm时采用；斜坡口的单边V形或V形焊缝：当焊件厚度t=1020mm时采用；（d）U形坡口 （e）K形坡口 （f）X形坡口U形，K形和X形坡口：当焊件厚度t20mm时采用。对于U形缝和V形缝需对焊缝根部进
35、行补焊，而且埋弧焊的熔深较大，同样坡口形式的适用板厚t可适当加大，对接间隙C可稍小些，钝边高度P可稍大。钝边：沿板件厚度方向高度为p，间隙为b的一段不开坡口称为钝边。焊接从钝边处（根部）开始。2.引弧板的设置设置引弧板的原因：在焊缝的起灭弧（施焊的起点和终点）处，常会出现弧坑等缺陷，该处极易产生应力集中和裂纹。对承受动力荷载尤为不利，故焊接时一般应设置引弧板，焊后将它割除。对受静力荷载的结构设置引弧板有困难时，允许不设置引弧板，则每条焊缝的引弧及灭弧端各减去t后作为焊缝的计算长度。 图 用引弧板焊接3. 变截面钢板拼接当对焊缝拼接处的焊件宽度不同或厚度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方
36、向从一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5的斜坡，以使截面过渡缓和，减小应力集中。如果两钢板厚度相差小于4mm时，也可不做斜坡，直接用焊缝表面斜坡来找坡，焊缝的计算厚度等于较薄板的厚度。（a）改变宽度 （b）、（c）改变厚度2对接焊缝的计算对接焊缝分焊透和部分焊透两种。以下介绍焊透的对接焊缝的计算 对接焊缝是焊件截面的组成部分，计算方法与构件的强度计算一样。1、轴心力作用的对接焊缝 =或 式中 N轴心拉力或压力设计值；lw焊缝的计算长度。当未采用引弧板时，取实际长度减去2t；t对接接头中为连接件的较小厚度；T形接头中为腹板厚度；、对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。2、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 对
37、接接头受到弯矩和剪力的共同作用，正应力与剪应力的最大值应分别满足下列强度条件： = = 式中 Ww焊缝的截面模量；Sw焊缝的截面面积矩；Iw焊缝的截面惯性矩。工字形或H形截面梁的接头，采用对接焊缝，除应分别验算最大正应力和剪应力外，对于同时受有较大正应力和较大剪应力处，例如腹板与翼缘的交接点，还应按下式验算折算应力： 1.1 式中 、验算点处焊缝的正应力和剪应力；1.1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。 课题4 角焊缝连接1、角焊缝的形式1、按其与作用力的关系可分为：正面角焊缝（焊缝长度方向与作用力垂直）、侧面角焊缝（焊缝长度方向与作用力平行）以及斜焊缝。2、角焊缝
38、按沿其长度方向的布置分为：连续角焊缝、间断角焊缝。连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。间断角焊缝：起、灭弧处容易引起应力集中，重要结构应避免采用，只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝的间断距离不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。一般在受压构件中应满足15t；在受拉构件中30t，t为较薄焊件的厚度。3、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、仰焊。平焊（又称俯焊）施焊方便，质量最好。立焊和横焊的质量及生产效率比平焊差一些。仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此尽量避免采用仰焊。4、按两焊边的夹角可分为：直角角焊缝和斜角角焊缝。直角
39、角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面。在直接承受动力荷截的结构中，正面角焊缝的截面常采用平坦型，侧面角焊缝的截面则作成凹面型。两焊脚边的夹角90或90的焊缝称为斜角角焊缝。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中，对于夹角120或60的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。5、角焊缝按其截面形式分为：普通型、平坦型、凹面型。图 直角角焊缝截面图 斜角角焊缝截面、角焊缝的构造要求1）最小焊脚尺寸hfmin：规定原因：如果板件厚度较大而焊缝焊脚尺寸过小，则施焊时焊缝冷却速度过快，可能产生淬硬组织，易使焊缝附近主体金属产生裂纹。tmax为较厚焊件的厚度注：1）自动焊的热量集中，因而熔深较大，故
40、最小焊脚尺寸hfmin可较上式减小1。2）T形连接单面角焊缝可靠性较差，应增加1。3）当焊件厚度等于或小于4时，hfmin应与焊件同厚。2）最大焊脚尺寸hfmax规定原因：角焊缝的hf过大，焊接时热量输入过大，焊缝收缩时将产生较大的焊接残余应力和残余变形，且热影响区扩大易产生脆裂，较薄焊件易烧穿。板件边缘的角焊缝与板件边缘等厚时，施焊时易产生咬边现象。hfmax1.2tmin（mm）tmin为较薄焊件厚度。对板件边缘（厚度为t1）的角焊缝尚应符合下列要求：当t16mm时，hfmaxt1（12）mm；当t16mm时，hfmaxt1。3）焊缝最小计算长度规定原因：角焊缝的焊缝长度过短，焊件局部受热
41、严重，且施焊时起落弧坑相距过近，再加上一些可能产生的缺陷使焊缝不够可靠。规定：角焊缝的最小计算长度w8hf，且40mm。4）侧面角焊缝的最大计算长度规定原因：侧缝沿长度方向的剪应力分布很不均匀，两端大而中间小，且随焊缝长度与其焊脚尺寸之比值的增大而更为严重。当焊缝过长时，其两端应力可能达到极限，而中间焊缝却未充分发挥承载力。对承受直接动力荷载的结构更为不利。规定：侧面角焊缝的计算长度应满足：承受静力荷载或间接承受动力荷载 W60 hf；直接承受动力荷载W40hf。当侧缝的实际长度超过上述规定数值时，超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧缝全长分布时则不受此限，例如工字形截面柱或梁的翼缘与腹板的角
42、焊缝连接等。5）搭接长度要求在搭接连接中，为减小因焊缝收缩产生过大的焊接残余应力及因偏心产生的附加弯矩，要求搭接长度5t1，且25mm 图 搭接长度要求 6）板件的端部仅用两侧缝连接时，为避免应力传递过于弯折而致使板件应力过分不均匀，应使Wb；同时为避免因焊缝收缩引起板件变形拱曲过大，尚应使b16t（当t12mm时）或190mm（当t12mm时）。若不满足此规定则应加焊端缝。7）绕角焊 当角焊缝的端部在构件的转角处时，为避免起落弧缺陷发生在此应力集中较严重的转角处，宜作长度为2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊，以改善连接的受力性能。3 角焊缝的计算1、直角角焊缝强度计算的基本公式 式中 垂直
43、于焊缝长度方向的应力； 平行于焊缝长度方向的应力；正面角焊缝的强度增大系数，=1.22；直接承受动力荷载结构中的角焊缝，=1.0；角焊缝的强度设计值。上式为角焊缝的基本计算公式。只要将焊缝应力分解为垂直于焊缝长度方向的应力和平行于焊缝长度方向的应力，上述基本公式可适用于任何受力状态。对正面角焊缝，=0，得 = 对侧面角焊缝，=0，得 = 式中 直角角焊缝的有效厚度，= 0.7 ； 焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按各条焊缝的实际长度每端减去计算。2、承受轴心力作用的角焊缝连接计算 1、采用盖板连接当轴心力通过连接焊缝中心时，可认为焊缝应力是均匀分布的。当只有侧面角焊缝时 = 当只有正面角焊缝时 = 当采用三面围焊时，先计算正面角焊缝所承担的内力 式中 连接一侧正面角焊缝计算长度的总和。再计算侧面角焊缝的强度 式中 连接一侧正面角焊缝计算长度的总和。 2、承受斜向轴心力 将N力分解为垂直于焊缝和平行于焊缝的分力， 验算角焊缝的强度3
