鋼結構的連接方法.doc

.鋼結構的連接方法一、鋼結構的連接方法1、焊接連接 2、螺栓連接 3、鉚釘連接二、 以鋼材制作為主的結構，是主要的建筑結構類型之一。 鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載；建筑工期短；其工業(yè)化程度高，可進行機械化程度高的專業(yè)化生產；加工精度高、效率高、密閉性好，故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。其缺點是耐火性和耐腐性較差。主要用于重型車間的承重骨架、受動力荷載作用的廠房結構、板殼結構、高聳電視塔和桅桿結構、橋梁和庫等大跨結構、高層和超高層建筑等。鋼結構今后應研究高強度鋼材，大大提高其屈服點強度；此外要軋制新品種的型鋼，例如H型鋼（又稱寬翼緣型鋼）和T形鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。 鋼結構又分輕鋼和重鋼。判定沒有一個統(tǒng)一的標準，很多有經(jīng)驗的設計師或項目經(jīng)理也常常不能完全說明白，可以以一些數(shù)據(jù)綜合考慮并加以判斷。三、 鋼結構以鋼材制作為主的結構，是主要的建筑結構類型之一。 鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載；建筑工期短；其工業(yè)化程度高，可進行機械化程度高的專業(yè)化生產；加工精度高、效率高、密閉性好，故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。其缺點是耐火性和耐腐性較差。主要用于重型車間的承重骨架、受動力荷載作用的廠房結構、板殼結構、高聳電視塔和桅桿結構、橋梁和庫等大跨結構、高層和超高層建筑等。鋼結構今后應研究高強度鋼材，大大提高其屈服點強度；此外要軋制新品種的型鋼，例如H型鋼（又稱寬翼緣型鋼）和T形鋼以及壓型鋼板等以適應大跨度結構和超高層建筑的需要。 鋼結構又分輕鋼和重鋼。判定沒有一個統(tǒng)一的標準，很多有經(jīng)驗的設計師或項目經(jīng)理也常常不能完全說明白，可以以一些數(shù)據(jù)綜合考慮并加以判斷。四、鋼結構特點鋼結構的廠房主要是指主要的承重構件是由鋼材組成的。包括鋼柱子，鋼梁，鋼結構基礎，鋼屋架（當然廠房的跨度比較大，基本現(xiàn)在都是鋼結構屋架了），鋼屋蓋，注意鋼結構的墻也可以采用磚墻維護。由于我國的鋼產量增大，很多都開始采用鋼結構廠房了，具體還可以分輕型和重型鋼結構廠房。 和其他材料的結構相比，鋼結構具有如下特點： 1鋼材的強度高，結構的重量輕鋼材的密度雖然比其他建筑材料大，但它的強度很高，同樣受力情況下，鋼結構自重小，可以做成跨度較大的結構。2鋼材的塑性韌性好鋼材的塑性好，結構在一般情況下不會因偶然超載或局部超載而突然斷裂。鋼材的韌性好，使結構對動荷載的適應性較強。3鋼材的材質均勻，可靠性高鋼材內部組織均勻、各向同性。鋼結構的實際工作性能與所采用的理論計算結果符合程度好，因此，結構的可靠性高。4鋼材具有可焊性由于鋼材具有可焊性，使鋼結構的連接大為簡化，適應于制造各種復雜形狀的結構。5鋼結構制作、安裝的工業(yè)化程度高鋼結構的制作主要是在專業(yè)化金屬結構廠進行，因而制作簡便，精度高。制成的構件運到現(xiàn)場安裝，裝配化程度高，安裝速度快，工期短。6鋼結構的密封性好鋼材內部組織很致密，當采用焊接連接，甚至采用鉚釘或螺栓連接時，都容易做到緊密不滲漏。7鋼結構耐熱，不耐火當鋼材表面溫度在1500C以內時，鋼材的強度變化很小，因此鋼結構適用于熱車間。當溫度超過1500C時，其強度明顯下降。當溫度達到500600t時，強度幾乎為零。所以，發(fā)生火災時，鋼結構的耐火時間較短，會發(fā)生突然的坍塌。對有特殊要求的鋼結構要采取隔熱和耐火措施。8鋼材的耐腐蝕性差鋼材在潮濕環(huán)境中，特別是處于有腐蝕性介質環(huán)境中容易銹蝕，需要定期維護，增加了維護費用。第三節(jié) 鋼結構的連接一、鋼結構的連接方法采用組合截面的鋼構件需用連接將其組成部分即鋼板或型鋼連成一體。整個鋼結構需在結點處用連接將構件拼裝成整體。因此，鋼結構連接設計好壞將直接影響鋼結構的質量和經(jīng)濟。鋼結構的連接方法，歷史上曾用過銷釘、螺栓、鉚釘和焊縫等連接，其中銷釘和鉚釘連接已不在新建鋼結構上使用，因此以下不再涉及此兩種連接。1 焊縫連接焊縫連接是當前鋼結構的主要連接方式，手工電弧焊和自動（或半自動）埋弧焊是目前應用最多的焊縫連接方法。與螺栓連接相比，焊接結構具有以下的優(yōu)點： （ 1 ）比較圖 6 -7 所示鋼板的螺栓連接和焊縫連接，可見焊縫連接不需鉆孔，截面無削弱；不需額外的連接件，構造簡單；從而焊縫連接可省工省料，得到經(jīng)濟的效果。這些可以說是它的最大的優(yōu)點。（ 2 ）焊接結構的密閉性好、剛度和整體性都較大。此外，有些結點如鋼管與鋼管的 Y 形和 T 形連接等，除焊縫外是較難采用螺栓連接或其他連接的。焊縫連接也存在以下一些不足之處：（l）受焊接時的高溫影響（2）焊縫易存在各種缺陷焊縫附近的主體金屬易導致材質變脆。因而導致構件內產生應力集中而使裂紋擴大。（3）由于焊接結構的剛度大，個別存在的局部裂紋易擴展到整體。前面曾提及特別是焊接結構容易發(fā)生低溫冷脆現(xiàn)象，就是這個原因。（4）焊接后，由于冷卻時的不均勻收縮，構件內將存在焊接殘余應力，可使構件受荷時部分截面提前進入塑性，降低受壓時構件的穩(wěn)定臨界應力。（5）焊接后，由于不均勻脹縮而使構件產生焊接殘余變形，如使原為平面的鋼板發(fā)生凹凸變形等。由于焊縫連接存在以上不足之處，因此設計、制造和安裝時應盡量采取措施，避免或減少其不利影響。同時必須按照國家標準 鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范 中對焊縫質量的規(guī)定進行檢查和驗收。若對材料選用、焊縫設計、焊接工藝、焊工技術和加強焊縫檢驗等五方面的工作予以注意，焊縫容易脆斷的事故是可以避免的。 2 螺栓連接（ 1 ）螺栓的種類鋼結構連接用的螺栓有普通螺栓和高強度螺栓兩種。普通螺栓一般為六角頭螺栓，產品等級分為 A 、 B 、 C 三級。對 C 級螺栓，規(guī)范選用了其中性能等級為 4 . 6 級和 4 . 8 級兩種。 4 . 6 級表示螺栓材料的抗拉強度不小于 400N / mm2 ，其屈服點與抗拉強度之比為 0 . 6 ， 即屈服點不小于 240N / mm2 ，余類推。因此 C 級螺栓一般可采用 Q235 鋼，由熱軋圓鋼制成，為粗制螺栓，對螺栓孔的制作要求也較低，在普通螺栓連接中應用最多。產品等級為 A 級和 B 級的普通螺栓為精制螺栓，對螺栓桿和螺栓孔的加工要求都較高。規(guī)范中選用了該標準中性能等級為 5 . 6 級和 8 . 8 級的兩種，為普通螺栓連接中的高強度螺栓。普通螺栓的安裝一般用人工扳手，不要求螺桿中必需有規(guī)定的預拉力。鋼結構中用的高強度螺栓，有特定的含義，專指在安裝過程中使用特制的扳手，能保證螺桿中具有規(guī)定的預拉力，從而使被連接的板件接觸面上有規(guī)定的預壓力。為提高螺桿中應有的預拉力值，此種螺栓必須用高強度鋼制造。前面介紹的普通螺栓中的 A 級和 B 級螺栓（性能等級為 5 . 6 和 8 . 8 級）雖然也用高強度鋼制造，但仍稱其為普通螺栓。高強度螺栓的性能等級有 8 . 8 級和 10 . 9 級兩種。高強度螺栓由中碳鋼或合金鋼等經(jīng)熱處理（淬火并回火）后制成，強度較高。 8 . 8 級高強度螺栓的抗拉強度fub不小于 800N / mm2 ，屈強比為 0 . 8 。 10 . 9 級高強度螺栓的抗拉強度不小于 I000N mm2 ，屈強比為 0 . 9 。鋼結構連接中常用螺栓直徑 d 為 16 、 18 、 20 、 22 、 24mm 等。（ 2 ）螺栓連接的種類螺栓連接由于安裝省時省力、所需安裝設備簡單、對施工工人的技能要求不及對焊工的要求高等優(yōu)點，目前在鋼結構連接中的應用僅次于焊縫連接。螺栓連接分普通螺栓連接和高強螺栓連接兩大類。按受力情況又各分為三種：抗剪螺栓連接、杭拉螺栓連接和同時承受剪拉的螺栓連接。普通螺栓連接中常用的是粗制螺栓（ C 級螺栓）連接。其抗剪連接是依靠螺桿受剪和孔壁承壓來承受荷載，如圖 6 -8 所示。其抗拉連接則依靠沿螺桿軸向受拉來承受荷載。粗制螺栓的抗剪連接，一般只用于一些不直接承受動力荷載的次要構件如支撐、擦條、墻梁、小桁架等的連接，以及不承受動力荷載的可拆卸結構的連接和臨時固定用的連接中。相反，由于螺栓的抗拉性能較好，因而常用于一些使螺栓受拉的工地安裝結點連接中。普通螺栓連接中的精制螺栓（ A 、 B 級螺栓）連接，因質量較好可用于要求較高的抗剪連接，但由于螺栓加工復雜，安裝要求高（孔徑與螺桿直徑相差無幾），價格昂貴，目前常為下面將介紹的高強度螺栓摩擦型連接所替代。高強螺栓承壓型連接對螺栓材質、預拉力大小和施工安裝等的要求與摩擦型的完全相同，只是它是以摩擦力被克服、結點板件發(fā)生相對滑移后孔壁承壓和螺栓受剪破壞作為承載能力極限狀態(tài)，因此它的承載能力高于高強度螺栓摩擦型連接，可節(jié)省連接材料。但這種連接由于在摩擦力被克服后將產生一定的滑移變形，因而其應用受到限制。規(guī)范規(guī)定它只能用于承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結構中。連接處構件接觸面的表面處理要求較摩擦型連接為低，僅要求清除油污及浮銹。承壓型連接的工作性能與普通螺栓的完全相同，只是由于螺桿預拉力的作用和高強度鋼的應用使連接的性能優(yōu)于普通螺栓連接。技術：龍門吊鋼結構的連接方法及優(yōu)缺點鋼結構是由鋼板、型鋼等組合連接制成基本構件，如梁、柱、桁架等，運到工地后在通過安裝連接組成整體結構，如廠房、橋梁等。連接在鋼結構中占重要地位，將直接影響鋼結構的制造安裝和經(jīng)濟指標以及使用性能。 鋼結構連接常用焊接、螺栓連接或鉚接、銷軸連接。螺栓連接又分普通螺栓連接和高強度螺栓連接。普通螺栓連接使用最早,約從18世紀中葉開始，至今仍是安裝連接的重要方法。19世紀20年代開始采用鉚釘連接。19世紀下半葉又出現(xiàn)了焊縫連接。自本世紀中葉高強度螺栓連接又得到了發(fā)展。 華中建機經(jīng)過多年的實驗與研究，總結了多種鋼結構連接方法，設計符合了安全可靠、節(jié)省鋼材、構造簡單、制造安裝安裝方便等原則。 1、焊接 焊接是目前廣泛采用的一種聯(lián)接方法。 優(yōu)點：對幾何形體適應性強，用料經(jīng)濟，不削弱截面；制作加工方便，可實現(xiàn)自動化操作；連接的密閉性好，結構剛度大。 缺點：連接剛度大，易引起結構的殘余應力和變形,焊縫對低溫的敏感性大。 2、鉚接 優(yōu)點：傳力可靠，韌性和塑性好，質量易于檢查，抗動力荷載好。特別適用于重型和直接承受動力荷載的結構。 缺點：其構造復雜，用鋼量大，施工麻煩，噪音大。 3、普通螺栓連接 優(yōu)點：裝卸便利，設備簡單。 缺點：螺栓精度低時，不宜受剪，螺栓精度高時加工和安裝難度較大。 4、高強螺栓連接 優(yōu)點：連接的韌性和塑性較好，質量檢查方便，傳力均勻；對動力載荷的結構及低溫下工作的結構，連接可靠性好，可拆卸，耐疲勞。 缺點：摩擦面處理安裝工藝略為復雜，造價略高，且在動力作用下容易松動。 5、銷軸連接 優(yōu)點：傳力可靠，韌性和塑性好，質量易于檢查，抗動力荷載號，不會松動。 缺點：制作加工要求高。3-1 鋼結構的連接方法及其特點鋼結構是由若干構件組合而成的。連接的作用就是通過一定的方式將板材或型鋼組合成構件，或將若干個構件組合成整體結構，以保證其共同工作。因此，連接方式及其質量優(yōu)劣直接影響鋼結構的工作性能。鋼結構的連接必須符合安全可靠、傳力明確、構造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材的原則。連接接頭應有足夠的強度，要有適宜于施行連接的足夠空間。圖3-1 鋼結構的連接一、鋼結構的連接方法可分為焊接連接、螺栓連接和鉚釘連接。 焊接連接：是鋼結構最主要的連接方法。焊接連接又可分為對接焊縫和角焊縫。 螺栓連接：可分為普通螺栓連接和高強度螺栓連接。 鉚釘連接：由于其構造復雜、費鋼費工且為熱作業(yè)，現(xiàn)已很少使用。二、根據(jù)連接板的相對位置可分為對接、搭接和蓋板拼接。三、特點1. 焊接連接 優(yōu)點：構造簡單，任何形式的構件都可直接相連；用料經(jīng)濟，不削弱截面；制作加工方便，可實現(xiàn)自動化操作；連接的密閉性好，結構剛度大。缺點：在焊縫附近的熱影響區(qū)內，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導致局部材質變脆；焊接殘余應力和殘余變形使受壓構件承載力降低；焊接結構對裂紋很敏感，局部裂紋一旦萌生，就很容易擴展到整個構件截面，低溫冷脆問題突出。2. 螺栓連接（1）普通螺栓連接 普通螺栓分為A、B、C三級。A級與B級為精制螺栓，螺栓表面光滑，尺寸準確，比大0.30.5，對成孔質量要求高。由于精度較高，因而受剪性能較C級螺栓好。但由于制作和安裝復雜，價格較高，已很少使用。C級為粗制螺栓，由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成，表面粗糙，比大1.53。由于栓桿與栓孔間的間隙較大，受剪力作用時，變形較大，工作性能差。但安裝方便，且能有效地傳遞拉力，故一般可用于沿螺栓桿受拉的連接中，以及次要結構的抗剪連接或安裝時的臨時固定。（2）高強度螺栓連接高強度螺栓連接分為摩擦型連接和承壓型連接。摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡單，可拆卸，耐疲勞，特別適用于承受動力荷載的結構。承壓型高強度螺栓的承載力高于摩擦型，但剪切變形大，故不得用于承受動力荷載的結構中。（3）鉚釘連接19世紀20年代開始使用鉚釘連接，鉚釘連接的塑性、韌性和整體性好，連接變形小，傳力可靠，承受動力荷載時的疲勞性能好，特別適用于重型和直接承受動力荷載的結構。但由于其構造復雜，用鋼量大，施工麻煩，噪音大，目前已很少采用。鉚釘連接的受力性能、構造要求及設計方法原則上與普通螺栓連接相同，不同的是設計參數(shù)及設計值取值不同。 關鍵詞焊接連接welded connection螺栓連接bolted connection鉚釘連接riveted connection3-2 焊接方法和焊縫連接型式一、焊接方法焊接方法種類很多，按其工藝過程的特點分為熔焊（包括電弧焊、氣焊、電渣焊、鋁熱焊、激光焊和電子束焊）、壓焊（包括鍛焊、摩擦焊、電阻焊、超聲波焊、擴散焊、高頻焊、氣壓焊、冷壓焊、和爆炸焊）及釬焊（火焰釬焊、烙鐵釬焊、感應釬焊、電阻釬焊、鹽浴釬焊、爐中釬焊）三大類。用于鋼結構連接的焊接方法主要有電弧焊（包括手工電弧焊、自動或半自動埋弧焊和氣體保護焊）及電阻焊。手工電弧焊、氣體保護焊、單絲埋弧自動焊、雙絲埋弧自動焊、熔嘴電渣焊、栓釘焊等。（1）手工電弧焊是最常用的一種焊接方法。通電后，在涂有藥皮的焊條和焊件間產生電弧，所用焊條應與焊件鋼材相適應（Q235選用E43型，Q345選用E50型，Q390、Q420選用E55型，）。其設備簡單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產效率低，勞動強度大，焊接質量隨機性大。（2）埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。由于采用了自動或半自動操作，焊接時的工藝條件穩(wěn)定，焊縫化學成分均勻，質量好，但對焊縫邊緣的裝配精度要求較高。（3）二氧化碳氣體保護焊是利用二氧化碳氣體作為保護介質的一種電弧熔焊方法。（4）熔嘴電渣焊是先打盲孔，然后利用通電焊條底融，從而形成焊縫。（5）栓釘焊一般用于鋼梁與壓型鋼板之間的焊接。一、鋼結構的連接方法鋼結構的連接方法有焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接三種。（一）、焊縫連接焊縫連接是通過電弧產生的熱量使焊條和焊件局部熔化，經(jīng)冷卻凝結成焊縫，從而將焊件連接成為一體。 優(yōu)點：不削弱構件截面，節(jié)約鋼材，構造簡單，制造方便，連接剛度大，密封性能好，在一定條件下易于采用自動化作業(yè)，生產效率高。缺點：焊縫附近鋼材因焊接高溫作用形成的熱影響區(qū)可能是某些部位材質變脆；焊接過程中鋼材受到分布不均勻的高溫和冷卻，使結構產生焊接殘余應力和殘余變形，對結構的承載力、剛度和使用性能有一定影響；焊接結構由于剛度大，局部裂紋一經(jīng)發(fā)生很容易擴展到整體，尤其是在低溫下易發(fā)生脆斷；焊縫連接的塑性和韌性較差，施焊時可能產生缺陷，使疲勞強度降低。（二）、螺栓連接 螺栓連接是通過螺栓這種緊固件把連接件連接成為一體。 螺栓連接分普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。優(yōu)點：施工工藝簡單、安裝方便，特別適用于工地安裝連接，也便于拆卸，適用于需要裝拆結構和臨時性連接。缺點：需要在板件上開孔和拼裝時對孔，增加制造工作量，且對制造的精度要求較高；螺栓孔還使構件截面削弱，且被連接件常需相互搭接或增設輔助連接板（或角鋼），因而構造較繁且多費鋼材。（三）、 鉚釘連接鉚釘連接是將一端帶有半圓形預制釘頭的鉚釘，將釘桿燒紅后迅速插入連接件的釘孔中，然后用鉚釘槍將另一端也打鉚成釘頭，以使連接達到緊固。優(yōu)點：鉚接傳力可靠，塑性、韌性均較好，質量易于檢查和保證，可用于重型和直接承受動力荷載的結構。缺點：鉚接工藝復雜、制造費工費料，且勞動強度高，故已基本被焊接和高強度螺栓連接所取代。二、焊接連接（一）焊接方法鋼結構常用的焊接方法是電弧焊，包括手工電弧焊、自動或半自動電弧焊以及氣體保護焊等。手工電弧焊是鋼結構中最常用的焊接方法，其設備簡單，操作靈活方便。但勞動條件差，生產效率比自動或半自動焊低，焊縫質量的變異性大，在一定程度上取決于焊工的技術水平。自動焊的焊縫質量穩(wěn)定，焊縫內部缺陷較少，塑性好，沖擊韌性好，適合于焊接較長的直接焊縫。半自動焊因人工操作，適用于焊曲線或任意形狀的焊縫。自動和半自動焊應采用與主體金屬相適應的焊絲和焊劑，焊絲應符合國家標準的規(guī)定，焊劑應根據(jù)焊接工藝要求確定。氣體保護焊是用惰性氣體（或CO2）氣體作為電弧的保護介質，使熔化金屬與空氣隔絕，以保持焊接過程穩(wěn)定。氣體保護焊電弧加熱集中，焊接速度快，熔深大，故焊縫強度比手工焊的高。且塑性和抗腐蝕性好，適合于厚鋼板的焊接。（二）、焊縫形式焊縫連接形式根據(jù)被連接構件間的相互位置可分為對接、搭接、T形連接和角接等四種形式。這些連接所用的焊縫有對接焊縫和角焊縫兩種基本形式。在具體應用時，應根據(jù)連接的受力情況，結合制造、安裝和焊接條件進行選擇。（三）焊縫構造 1、對接焊縫對接焊縫傳力直接、平順、沒有顯著的應力集中現(xiàn)象，因而受力性能良好，對于承受靜、動荷載的構件連接都適用。但由于對接焊縫的質量要求較高，焊件之間施焊間隙要求較嚴，一般多用于工廠制造的連接中。2、角焊縫角焊縫的形式：角焊縫按其長度方向和外力作用方向的不同，可分為平行于力作用方向的側面角焊縫、垂直于力作用方向的正面角焊縫與力作用方向斜交的斜向角焊縫以及圍焊縫。角焊縫截面形式又分為普通式、平坡式和深熔式。圖中hf稱為角焊縫的焊腳尺寸。普通式截面焊腳邊比例為1：1，近似于等腰直角三角形，其傳力線彎折較劇烈，故應力集中嚴重。對直接承受動力荷載的結構，為使傳力平順，正面角焊縫宜采用兩焊角邊尺寸比例1：1.5的平坡式（長邊順內力方向），側面角焊縫