1、,第19章 鋼結(jié)構(gòu)用材概況19.1 鋼結(jié)構(gòu)用鋼性能19.2 鋼結(jié)構(gòu)用鋼的種類及選用,鋼結(jié)構(gòu)Steel Structure,建筑用鋼應符合的條件： 1、具有較高的強度 2、具有較高的塑性、韌性、耐疲勞性能 3、具有良好的工藝性,19.0.1 鋼結(jié)構(gòu)用材的力學性能,主要力學性能有： 強度、塑性、韌性、可焊性、 冷彎性能、耐久性等。,強度：有屈服強度fy和抗拉強度fu兩個指標 fy作為鋼材強度標準值的取值依據(jù)； fu作為一種安全儲備，使構(gòu)件在彈塑性工作階段具有較大的承載力。,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 19 鋼結(jié)構(gòu)用材概況,一 靜力單向拉伸時的性能 1.工作條件 標準試件（GB22863），常溫（20）下緩慢加

2、載，一次完成。含碳量為0.1%0.3%。 標準試件：lo/d=5、10；lo-標距； d -直徑,鋼材的工作性能,d,2.階段劃分,A.有屈服點鋼材-曲線可以分為五個階段：,(1)彈性階段(OB段),OA段材料處于純彈性， 即:,AB段有一定的 非彈性變形, 但 整個OB段卸載 時，=0； E=206103N/mm2,（2）彈塑性階段（BC) 該段很短,表現(xiàn)出鋼材的非彈性性質(zhì); B屈服上限; C屈服下限(屈服點),（3）屈服階段（CD) 該段基本 保持不變（水 平), 急劇 增大,稱為屈 服臺階或流 幅段,變形模 量 E = 0,（4）強化階段(DE段),極限抗拉強度fu,（5）頸縮階段(EF

3、段),隨荷載的增加緩慢增大,但增加較快,B.對無明顯屈服點的鋼材,該種鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性變 形小，破壞突然。,設計時取相當于 殘余變形為0.2% 時所對應的應力 作為屈服點 條件屈服點,3.單向拉伸時鋼材的機械性能指標,（1）屈服點fy-應力應變曲線開始產(chǎn)生塑性流動時對應的應力，它是衡量鋼材的承載能力和確定鋼材強度設計值的重要指標。,（2）抗拉強度fu-應力應變曲線最高點對應的應力，它是鋼材最大的抗拉強度。,（3）伸長率,（4）斷面收縮率,它是衡量鋼材塑性應變能力的重要指標。,當l0/d=5時，用5表示，當l0/d=10時，用10表示。,1.較高的抗拉強度fu和屈服點fy 2.

4、較好的塑性：主要采用伸長率表達 3.良好的沖擊韌性 衡量鋼材在動力（沖擊）荷載、復雜應力作用下抗脆性破壞能力的指標，用斷裂時吸收的總能量（彈性和非彈性能）來表示。,鋼結(jié)構(gòu)對材料性能的要求,(a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺口,由試件斷裂吸收的能量Cv來衡鋼材的沖擊韌性， 單位：J。Cv受溫度的影響,沖擊韌性試驗裝置,4.合格的冷彎性能,衡量鋼材塑性性能和質(zhì)量優(yōu)劣的綜合指標。,5.良好的可焊性,主要取決于鋼材的成分，尤其是碳和其它雜質(zhì)的含量，可通過試驗評定。,一、塑性破壞 破壞前有明顯的塑性變形，破壞過程長，斷口發(fā)暗，可以采取補救措施。 二、脆性破壞 壞前沒有明顯的變形和征兆，破壞時的變形遠比

5、材料應有的變形能力小，破壞突然，斷口平直、發(fā)亮呈晶粒狀，無機會補救。,二 鋼材的破壞形式,（一）、化學成分 普通碳素鋼中Fe占99%，其他雜質(zhì)元素占1%； 普通低合金鋼中合金元素5%。 1. 碳（C）：鋼材強度的主要來源，隨其含量增加，強度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。 一般控制在0.22%以下， 在0.2以下時，可焊性良好。,二、 影響鋼材性能的主要因素,2.硫（S）：有害元素，熱脆性。不得超過0.05%。 3.磷（P）：有害元素，冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%。 4.錳（Mn）：合金元素。弱脫氧劑。與S形成MnS，熔點1600，可以消除一部分S的有

6、害作用。 5.硅（Si）：合金元素。強脫氧劑。 6.釩（V）：合金元素。細化晶粒，提高強度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。,7.氧（O）：有害雜質(zhì)，與S相似。 8.氮（N）：有害雜質(zhì)，與P相似。 9.銅（Cu）：提高抗銹蝕性，提高強度，對可焊性有影響。,（二）冶金缺陷,常見的冶金缺陷有： 偏析：化學成分分布的不均勻程度； 非金屬夾雜； 氣孔； 裂紋等。,（三）、鋼材的硬化,冷作硬化當荷載超過材料比例極限卸載后，出現(xiàn)殘余變形，再次加載則比例極限（或屈服點）提高的現(xiàn)象，也稱“應變硬化”。 時效硬化隨時間的增長，碳和氮的化合物從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。 應變時效鋼材產(chǎn)生塑性

7、變形時，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時可以加速時效硬化，因此也稱“人工時效”。,（四）、溫度影響,1正溫范圍,200以內(nèi)對鋼材性能無大影響，該范圍內(nèi)隨溫度升高總的趨勢是強度、彈性模量降低，塑性增大。,250左右抗拉強度略有提高，塑性降低，脆性增加蘭脆現(xiàn)象，該溫度區(qū)段稱為“蘭脆區(qū)”。 260320產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。 600左右彈性模量趨于零 ，承載能力幾乎完全喪失。,（五）、應力集中,1.應力集中的概念 構(gòu)件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時，應力不均勻，力線變曲折，缺陷處有高峰應力應力集中。,2.應力集中的影響,應力集中對應力-應變關系的影響,3.減小應力集中現(xiàn)象的措施,由于鋼材具有良好

8、的塑性性能，當承受靜力荷載且在常溫下工作時，只要符合規(guī)范規(guī)定的設計要求，可以不考慮應力集中的影響。,（六）、鋼材的疲勞,在循環(huán)荷載（連續(xù)反復荷載）作用下，經(jīng)過有限次循環(huán)，鋼材發(fā)生破壞的現(xiàn)象，稱之為疲勞。,疲勞破壞的機理,疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。 缺陷微觀裂紋宏觀裂紋。,疲勞破壞的特征,屬于脆性破壞，截面平均應力小于屈服點。,19.2 鋼種鋼號,碳素鋼： 按質(zhì)量等級將鋼分為A、B、C、D四級 A級鋼最差，只保證抗拉強度、屈服點、伸長率，必要時也可附加冷彎試驗的要求。 B、C、D級鋼均保證抗拉強度、屈服點、伸長率、冷彎和沖擊韌性(分別為+20，0，-20)等力學性能。,鋼結(jié)構(gòu)中常用普通低碳鋼和普

9、通低合金鋼：,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 19 鋼結(jié)構(gòu)用材概況,11.0.2 鋼種鋼號,如：Q235A 表示屈服強度為235 N/mm2的A級鎮(zhèn)靜碳素結(jié)構(gòu)鋼； Q235D 表示屈服強度為235 N/mm2的D級特殊鎮(zhèn)靜碳素結(jié)構(gòu)鋼。,鋼的牌號由屈服點中屈字漢語拼音的字首Q， 屈服點數(shù)值（N/mm2） 質(zhì)量等級代號（A、B、C、D） 脫氧方法代號（F、b、Z、TZ）沸騰、半鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)靜、特殊鎮(zhèn)靜鋼； 等四個部分按順序組成。 鎮(zhèn)靜鋼（Z）特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）代號Z、TZ可以省略，C 級為鎮(zhèn)靜鋼，D級為特殊鎮(zhèn)靜鋼。,第八章 鋼結(jié)構(gòu) 11.0 鋼結(jié)構(gòu)用材概況,11.0.2 鋼種鋼號,A、B、C、D、E四個等級 A級無需

10、沖擊韌性試驗 B級20 的沖擊韌性 C級0 的沖擊韌性 D級-20 的沖擊韌性 E級-40 的沖擊韌性,低合金鋼 分為Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。,Q345B屈服強度為345 N/mm2，B級鎮(zhèn)靜鋼； Q390D屈服強度為390 N/mm2，D級特殊鎮(zhèn)靜鋼。,第八章 鋼結(jié)構(gòu) 11.0 鋼結(jié)構(gòu)用材概況,（二）鋼材選擇建議,1、承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量應分別符合國家標準碳素結(jié)構(gòu)鋼GB700和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591的規(guī)定。當采用其他牌號的鋼材時，尚符合相應有關標準的規(guī)定和要求。,2、承重結(jié)構(gòu)的鋼材應具有抗拉強度、伸長

11、率、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚具有含碳量的合格保證。,3、對于需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)，應具有常溫沖擊韌性的合格保證；當結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于0但高于20時，Q235鋼和Q345鋼應具有0沖擊韌性合格的保證； 對于Q390鋼和Q420鋼應具有20沖擊韌性的合格保證。 當結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時，對Q235鋼和Q345鋼應具有20沖擊韌性的合格保證； 對Q390和Q420鋼應具有40沖擊韌性的合格保證。,4、對于需要驗算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材亦應具有常溫沖擊韌性的合格保證，當結(jié)構(gòu)工作溫度等于或低于20時，對Q235鋼和Q345鋼應具有0沖擊韌性合格的保證；對Q390鋼和Q42

12、0鋼應具有20沖擊韌性的合格保證。,5、重要的受拉或受彎的焊接構(gòu)件中，厚度大于等于16mm的鋼材應具有常溫沖擊韌性合格的保證。,6、當焊接結(jié)構(gòu)為防止鋼材的層狀撕裂而采用 Z 向鋼時，其材質(zhì)應符合現(xiàn)行國家標準厚度方向性能鋼板GB/T5313的規(guī)定。,8、對于外露環(huán)境，且對大氣腐蝕有特殊要求的或在腐蝕性氣態(tài)和固態(tài)介質(zhì)作用下的承重結(jié)構(gòu)，宜采用耐候鋼，其質(zhì)量要求應符合現(xiàn)行國家標準焊接耐候鋼GB/T4172的規(guī)定。,7、鋼板的抗撕裂性能采用厚度方向的斷面收縮率z來評定。該標準將沿厚度方向的斷面收縮率分為三個等級，即Z15，Z25，Z35，分別對應其允許值。,19.3 鋼結(jié)構(gòu)常用型材,1）鋼板和鋼帶,鋼帶

13、、鋼板區(qū)別在成品形狀,如500102100，50010,2）熱軋型材（工、槽、角鋼）,20號以上的工字鋼分a、b 或a、b、c三類，其中a類 腹板最薄、翼緣最窄， c類最厚最寬,如I32a、I32b、I32c,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 19 鋼結(jié)構(gòu)用材概況,19.3 鋼結(jié)構(gòu)常用型材,2）熱軋型材（工、槽、角鋼）,從14開始，亦有a、b或a、b、c規(guī)格的區(qū)分,如32a、 32b、 32c,2）熱軋型材（工、槽、角鋼）,不等邊角鋼 “長肢寬短肢寬厚度”,如100638,等邊角鋼“肢寬厚度”,如1008,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 19 鋼結(jié)構(gòu)用材概況,19.3 鋼結(jié)構(gòu)常用型材,3）H型鋼和T型鋼,H型鋼與普通工字鋼的區(qū)

14、別: 翼緣寬，故早期有寬翼緣工字鋼一說； 翼緣內(nèi)表面無斜度、上下表面平行，便于與其它構(gòu)件連接； 從材料分布形式來看，工字鋼材料主要集中在腹板附近，愈向兩側(cè)延伸，鋼材愈少，而在軋制H型鋼中，材料分布側(cè)重在翼緣部分。 所以，H型鋼的截面特性要明顯優(yōu)越于傳統(tǒng)的工、槽、角鋼及它們的組合截面。,H型鋼和T型鋼均分為三類： 寬翼緣：HW TW；中翼緣：HM TM； 窄翼緣：HN TN。,如HW3003001015,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 19 鋼結(jié)構(gòu)用材概況,19.3 鋼結(jié)構(gòu)常用型材,4）冷彎薄壁型鋼,其截面形式有等邊角鋼、卷邊等邊角鋼、Z型鋼、卷邊Z型鋼、槽鋼、卷邊槽鋼等開口截面以及方形和矩形閉口截面的管材。,

15、5）鋼管,有熱軋無縫鋼管和焊接鋼管兩大類，焊接鋼管分為直縫焊、螺旋焊兩種，用符號“”后加“外徑厚度”,如1025,螺旋焊管,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 9 鋼結(jié)構(gòu)用材概況,三、鋼材的規(guī)格,熱軋成型的鋼板和型鋼，冷彎（或冷壓）成型的薄壁型鋼。,（一）熱軋鋼板,（表示方法 寬厚度長度 ）,分為: 厚板（厚度4.5-60mm) 薄板（厚度0.35-4mm),扁鋼： 厚度4-60mm， 寬度20-200mm。,(二）熱軋型鋼,1.工字鋼,2.槽鋼,工字鋼根據(jù)截面高度h及厚度分類a(或b、c),槽鋼根據(jù)截面高度h及厚度分類a(或b、c),3.角鋼,4.H型鋼,分為： 寬翼緣HW、中翼緣HM、窄翼緣HN,5.鋼管,（

16、三）冷彎薄壁型鋼,壁厚1.55mm,壓型鋼板壁厚0.41.5mm,與Q235鋼相當?shù)膰怃摬模╢y=235255 N/mm2） ： A36美國） ，43A、43B（英國）， St37（德國），SM41（日本），F(xiàn)e360（ISO）等。,與Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼相當?shù)膰怃摲N為： A242，A440，A441（美國）； 50AD，55CE（英國） St52，St70（德國）； SM50，SM53，SM58（日本）。,本章小結(jié),1.鋼材的工作性能,2.鋼結(jié)構(gòu)對材料性能的要求,3.影響鋼材性能的主要因素,4.鋼材疲勞的概念和計算方法,5.結(jié)構(gòu)用鋼材的種類和規(guī)格,認真考慮思考題！,20.1

17、 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法,連接方法有焊接、螺栓和鉚釘連接三種,1、焊縫連接Welding connection,焊接連接是通過電弧產(chǎn)生熱量，使焊條和焊件局部熔化，經(jīng)冷卻凝結(jié)成焊縫，從而將焊件連接成一體。,優(yōu)點：任何形式的構(gòu)件一般都可直接相連，不削弱構(gòu)件截面，用料經(jīng)濟，構(gòu)造簡單，加工方便，連接剛度大，密封性能好，可采用全自動或半自動作業(yè)，生產(chǎn)效率高。 缺點：焊縫附近鋼材，在高溫作用下形成熱影響區(qū)，其金相組織和力學性能發(fā)生變化，導致局部材質(zhì)變脆；焊接過程中鋼材受到不均勻的加溫和冷卻，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應力和殘余變形，對結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和使用性能有一定的影響。,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20 鋼結(jié)構(gòu)的連接,三、螺

18、栓連接,優(yōu)點：連接剛度大，傳力可靠；,分為： 普通螺栓連接 高強度螺栓連接,二、鉚釘連接,缺點：對施工技術(shù)要求很高，勞動強度大，施工條件差， 施工速度慢。,優(yōu)點：拆裝方便 缺點：板件有削弱,20.1.1 焊接連接,1. 焊接原理,鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接方法是電弧焊,包括手工電弧焊、自動或半自動埋弧焊及氣體保護焊等。,手工電弧焊電路由焊條、焊鉗、焊件、電焊機與導線組成。通電引弧后，在涂有焊藥的焊條端與焊件間產(chǎn)生電弧，使焊條熔化，熔滴滴入被電弧吹成的焊接溶池中，焊藥燃燒在熔池周圍形成保護氣體，稍冷后在焊縫熔化金屬表面形成熔渣，以隔絕熔池中液體金屬與氧、氮等氣體的接觸，避免形成脆性易裂化合物，焊縫金屬冷卻

19、后與焊件熔成一體。,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,手工電弧焊操作及電弧焊機,直流手工電弧焊-氬弧焊多功能焊機,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,手工電弧焊焊條,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,焊條有碳鋼焊條和低合金鋼焊條。 其牌號為E43、E50和E55型等，E表示焊條，數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值（單位為Kgf/mm2）。,上圖為XWJ422是鈦鈣型藥皮的優(yōu)質(zhì)低碳鋼電焊條。,一般情況下，焊條與母材的對應關系如下：Q235鋼材，采用E43焊條；Q345鋼材，采用E50焊條； Q390、Q420鋼材，采用E55焊條。,自動或半自動埋弧焊,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)

20、構(gòu)的連接,自動或半自動埋弧焊主要設備是自動電焊機，沿軌道按設定速度移動，通電引弧后，使埋于焊劑下的焊絲和附近的焊劑熔化，熔渣浮在熔化的焊縫金屬上面，使融化金屬不與空氣接觸，并供給焊縫金屬以必要的合金元素，隨焊機的移動，顆粒狀焊劑不斷從料斗漏下，電弧完全被埋在焊劑之內(nèi)，同時焊絲自動地邊熔化邊下降，稱為自動埋弧焊。 (沿軌道推移過程由人工控制時，稱為半自動埋弧焊),手工電弧直流/直流脈沖氬弧焊兩用機,自動或半自動埋弧焊,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,門式全自動埋弧焊機,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,H型鋼柱上的焊縫,氣體保護焊,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,設備來自上

21、海怡賓機電,氣體保護焊是利用惰性氣體或二氧化碳氣體作為保護介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。直接依靠保護氣體在電弧周圍形成局部的保護層，以防止有害氣體侵入，從而保持焊接過程的穩(wěn)定，氣體保護焊又稱氣電焊。(最常用的惰性氣體是氬氣),二氧化碳氣體保護焊,氣體保護焊現(xiàn)場實例,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,西湖國際大廈施工現(xiàn)場 采用二氧化碳氣體保護施焊,氣體保護焊現(xiàn)場實例,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,杭州廣播電視新樓施工現(xiàn)場 采用二氧化碳氣體保護施焊,焊縫的形式與構(gòu)造,第四篇 鋼結(jié)構(gòu) 20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接,連接方式分為： 對接連接、 搭接連接、 形連接、 角接連接四種,二、焊接連接形式和

22、焊縫形式,1.焊接連接形式,對接,搭接,2.焊縫形式,（1）對接焊縫,（2）角焊縫,3. 焊縫位置,三、焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢查,1.焊縫缺陷,2.焊縫質(zhì)量檢查,外觀檢查：檢查外觀缺陷和幾何尺寸； 內(nèi)部無損檢驗：檢驗內(nèi)部缺陷。,內(nèi)部檢驗主要采用超聲 波，有時還用磁粉檢驗 熒光檢驗等輔助檢驗方 法。還可以采用X射線或 射線透照或拍片。,鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定：,焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級 和三級。,三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合 三級質(zhì)量標準。,一、二級焊縫除外觀檢查外，尚要求一定數(shù)量的超聲波檢驗并符合相應級別的質(zhì)量標準。,鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB50017-2003）中

23、，對焊縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定：,(1) 需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時應為一級，受壓時應為二級。,3.焊縫質(zhì)量等級及選用,(2) 在不需要進行疲勞計算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強的受拉對接焊縫應不低于二級；受壓時宜為二級。,（）重級工作制和起重量 的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，不應低于二級。,（）角焊縫質(zhì)量等級一般為三級，直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量的中級工作制吊車梁的角焊縫的外觀質(zhì)量應符合二級。,4.焊縫代號,詳細參見表3-1，圖3-13,1、對接焊縫的坡口形式:,（一）、對接

24、焊縫的構(gòu)造,三、對接焊縫的構(gòu)造與計算,對接焊縫的焊件常做坡口，坡口形式與板厚和施工條件有關。,t-焊件厚度,(1)當:t6mm(手工焊),t10mm(埋弧焊)時可不做坡 口,采用直邊縫;,(2)t=720mm時，宜采用單邊V形和雙邊V形坡口;,(3)t20mm時，宜采用U形、K形、X形坡口。,2、V形、U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進行補焊； 3、對接焊縫的起、滅弧點易出現(xiàn)缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時，每條焊縫的計算長度等于實際長度減去2t1，t1較薄焊件厚度； 4、當板件厚度或?qū)挾仍谝粋?cè)相差大于4mm時，應做坡度不大于1:2.5(靜載)或1:4(動載)的斜角，以平

25、緩過度，減小應力集中。,對接焊縫分為：焊透和部分焊透（自學）兩種； 動荷載作用下部分焊透的對接焊縫不宜用做垂直受力方向的連接焊縫； 對于靜載作用下的一級和二級對接焊縫其強度可視為與母材相同，不與計算。三級焊縫需進行計算； 對接焊縫可視作焊件的一部分，故其計算方法與構(gòu)件強度計算相同。,（二）、對接焊縫的計算,1、軸心力作用下的對接焊縫計算,式中： N軸心拉力或壓力； t板件較小厚度；T形連接中為腹板厚度； ftw、fcw 對接焊縫的抗拉和抗壓強度設計值。,當不滿足上式時，可采用斜對接焊縫連接如圖B。,另:當tan1.5時,不用驗算!,2、M、V共同作用下的對接焊縫計算,因焊縫截面為矩形，M、 V

26、共同作用下應力圖為：,故其強度計算公式為：,式中：Ww焊縫截面模量； Sw-焊縫截面面積矩； Iw-焊縫截面慣性矩。,（1）板件間對接連接,（2）工字形截面梁對接連接計算,A、對于焊縫的max和max應滿足式3-2和3-3要求；,B、對于翼緣與腹板交接點焊縫（1點），其折算應 力尚應滿足下式要求：,1.1考慮最大折算應力只在局部出現(xiàn)的強度增大系數(shù)。,1、角焊縫的形式:,（一）、角焊縫的形式和受力分析,四 角焊縫的構(gòu)造與計算,直角角焊縫、斜角角焊縫,（1）直角角焊縫,（2）斜角角焊縫,對于135o或60o斜角角焊縫,除鋼管結(jié)構(gòu)外,不宜用作受力焊縫。,（1）側(cè)面角焊縫（側(cè)焊縫）,2.直角角焊縫的受

27、力分析,試驗表明側(cè)面角焊縫主要承受剪力，強度相對較低，塑性性能較好。因外力通過焊縫時發(fā)生彎折，故剪應力沿焊縫長度分布不均勻，兩端大中間小，lw/hf越大剪應力分布越不均勻。,A. 應力分析,B. 破壞形式,（2）正面角焊縫,單擊圖片3-3播放,A. 應力分析,正面角焊縫受力復雜，應力集中嚴重，塑性較差，但強度較高，與側(cè)面角焊縫相比可高出35%-55%以上。,B. 正面角焊縫的破壞形式,（3）斜角焊縫,斜焊縫的受力性能介于側(cè)面角焊縫和正側(cè)面角焊縫之間。,二、角焊縫的構(gòu)造,1、最大焊腳尺寸hf,max,為了避免焊縫處局部過熱，減小焊件的焊接殘余應力和殘余變形，hf,max應滿足以下要求:,hf,m

28、ax1.2t1（鋼管結(jié)構(gòu)除外） 式中: t1-較薄焊件厚度。,對于板件邊緣的角焊縫,尚應滿足以下要求： 當 t6mm時，hf,maxt； 當 t6mm時，hf,maxt-(12)mm；,2、最小焊腳尺寸hf,min,為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織，導致母材開裂，hf,min應滿足以下要求:,式中: t2-較厚焊件厚度 另:對于埋弧自動焊hf,min可減去1mm; 對于T型連接單面角焊縫hf,min應加上1mm; 當t24mm時, hf,min=t2,3.側(cè)面角焊縫的最大計算長度,側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應力集中系數(shù)越大。如果焊

29、縫長度不是太大，焊縫兩端達到屈服強度后，繼續(xù)加載，應力會漸趨均勻；當焊縫長度達到一定的長度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：,注： 1、當實際長度大于以上值時，計算時不與考慮； 2、當內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長分布時，不受上式限制。,4.側(cè)面角焊縫的最小計算長度,對于焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱嚴重且起落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規(guī)范規(guī)定：,5. 搭接連接的構(gòu)造要求,當板件端部僅采用兩條側(cè)面角焊縫連接時： A、為了避免應力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應力 不均，規(guī)范規(guī)定：,B、為了避免焊縫橫向收 縮時引起板件的拱曲 太大，規(guī)范規(guī)定：,D. 在搭接

30、連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度 的5倍，且不得小于25mm。,C. 當角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，應作2hf的繞 角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。,對于正面角焊縫，f=0，可得：,對于側(cè)面角焊縫，f=0，可得：,以上各式中： he=0.7hf； lw角焊縫計算長度，考慮起滅弧缺陷時，每條焊縫取其 實際長度減去2hf。,四、各種受力狀態(tài)下的直角角焊縫連接計算,1、軸心力作用下,(1)軸心力作用下的蓋板對接連接:,A、僅采用側(cè)面角焊縫連接：,B、采用三面圍焊連接：,(3)角鋼角焊縫連接,A、僅采用側(cè)面角焊縫連接,由力及力矩平衡得:,故:,對于校核問題:,對于設計問題:,B、采用三面圍焊,由力及

31、力矩平衡得:,余下的問題同情況A，即:,對于校核問題:,對于設計問題:,C、采用L形圍焊,由平衡條件可得:,對于設計問題:,2、N、M、V共同作用下,(1)偏心軸力作用下角焊縫強度計算,(2) V、M共同作用下焊縫強度計算,對于A點：,式中：Iw全部焊縫有效截面對中和軸的慣性矩； h1兩翼緣焊縫最外側(cè)間的距離。,對于B點：,強度驗算公式：,式中：h2、lw,2腹板焊縫的計算長度； he,2腹板焊縫截面有效高度。,20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方式,連接方法有焊接、螺栓和鉚釘連接三種,2、螺栓連接,分為普通螺栓連接和高強度螺栓連接,優(yōu)點：施工工藝簡單，安裝方便，特別適用于工地安裝連接，工程進度和質(zhì)量易得

32、到保證。 缺點：因開孔對構(gòu)件截面有一定的削弱，且被連接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角鋼等連接件，因而比焊接連接用材較多，構(gòu)造也較繁。,第四篇 鋼結(jié)構(gòu),3.6 普通螺栓連接構(gòu)造與計算,一、普通螺栓的種類和構(gòu)造要求,（一）普通螺栓種類,C級-粗制螺栓，性能等級為4.6或4.8級； 4表示fu400N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；類孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d) 13mm。,A、B級-精制螺栓，性能等級為5.6或8.8級; 5或8表示fu500或800N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6 或0.8；類孔，孔徑(do)-栓桿直徑(d)0.30.5mm。,

33、按其加工的精細程度和強度分為:A、B、C三個級別。,20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方式,1）普通螺栓連接,螺栓連接施工簡單，固定可靠，無需專用設備，廣泛用于臨時固定構(gòu)件及可拆卸結(jié)構(gòu)的安裝。,分為A、B、C三級 A、B級螺栓(舊稱精制螺栓)，C級螺栓(舊稱粗制螺栓)。鋼結(jié)構(gòu)采用的普通螺栓形式為大六角頭型，粗牙普通螺栓，其代號用字母M和公稱直徑的毫米數(shù)表示。 建筑工程中常用M16、M20、M22、M24等。,第四篇 鋼結(jié)構(gòu),A、B級螺栓加工精制，精度高要求I類孔，孔徑與栓徑相同，栓桿和螺孔間空隙僅為0.3mm左右。在鋼結(jié)構(gòu)中已很少采用 C級螺栓由圓鋼壓制成，表面粗糙，要求類孔，孔徑比螺栓桿徑大1.53mm

34、。 傳遞剪力時，變形大，但傳遞拉力時性能尚好，且成本低，故多用于承受拉力的安裝螺栓連接、次要結(jié)構(gòu)中。,20.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方式,2）高強度螺栓連接,優(yōu)點是施工簡便、受力好、耐疲勞、可拆換、工作安全可靠。 已廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)連接中，尤其適用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。,第四篇 鋼結(jié)構(gòu),按傳力方式分為摩擦型和承壓型兩種。摩擦型高強螺栓靠被連接板件間的強大摩擦阻力傳遞剪力，以摩擦阻力剛被克服作為連接承載力的極限狀態(tài)。承壓型高強螺栓靠被連接板件間的摩擦力和螺栓桿共同傳遞剪力，以螺栓桿被剪壞或被壓（承壓）壞作為承載力的極限。承壓型的承載力比摩擦型高，可節(jié)約螺栓。但承壓型的剪切變形比摩擦型的大，故只適用于承受

35、靜力荷載和對結(jié)構(gòu)變形不敏感的結(jié)構(gòu)中，不得用于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。,高強度螺栓連接傳遞剪力的機理和普通螺栓連接不同，普通螺栓連接靠螺栓桿承壓和抗剪來傳遞剪力，高強度螺栓連接靠被連接板件間的強大摩擦阻力來傳遞剪力。,高強度螺栓連接,第四篇 鋼結(jié)構(gòu),10.9S 高強度扭剪型螺栓,扭剪型螺栓特制機動扳手,2.高強度螺栓,由45號、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理,45號8.8級； 40B和20MnTiB10.9級,大六角高強螺栓,扭剪型高強螺栓,一、高強度螺栓的工作性能及單栓承載力 按受力特征的不同高強度螺栓分為兩類： 摩擦型高強度螺栓通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力， 破壞準則為克服摩擦

36、力； 承壓型高強度螺栓受力特征與普通螺栓類似。 1、高強度螺栓預拉力的建立方法 通過擰緊螺帽的方法，螺帽的緊固方法： A、轉(zhuǎn)角法 施工方法： 初擰用普通扳手擰至不動，使板件貼緊密；,終擰初擰基礎上用長扳手或電動扳手再擰過一定的 角度，一般為120o180o完成終擰。,特點：預拉力的建立簡單、有效，但要防止欠擰、漏擰 和超擰； B、扭矩法 施工方法： 初擰用力矩扳手擰至終擰力矩的30%50%，使 板件貼緊密； 終擰初擰基礎上，按100%設計終擰力矩擰緊。 特點：簡單、易實施，但得到的預拉力誤差較大。,C、扭斷螺栓桿尾部法（扭剪型高強度螺栓）,施工方法： 初擰擰至終擰力矩的60%80%； 終擰初擰

37、基礎上，以扭斷螺栓桿尾部為準。 特點：施工簡單、技術(shù)要求低易實施、質(zhì)量易保證等 高強度螺栓的施工要求： 由于高強度螺栓的承載力很大程度上取決于螺栓桿的預拉力，因此施工要求較嚴格： 1）終擰力矩偏差不應大于10%； 2）如發(fā)現(xiàn)欠、漏和超擰螺栓應更換； 3）擰固順序先主后次，且當天安裝，當天終擰完。 如工字型梁為：上翼緣下翼緣腹板。,（二）螺栓的排列,1.并列簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu) 件截面削弱大；,2.錯列排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截 面削弱??；,3.螺栓排列的要求,（1）受力要求: 垂直受力方向：為了防止螺栓應力集中相互影響、截面削弱過多而降低承載力，螺栓的邊距和端距不

38、能太??； 順力作用方向：為了防止板件被拉斷或剪壞，端距不能太?。?對于受壓構(gòu)件：為防止連接板件發(fā)生鼓曲，中距不能太大。 （2）構(gòu)造要求； 螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。,（3）施工要求,為了便于扳手擰緊螺母，螺栓中距應不小于3do。 根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。,（三）螺栓連接的構(gòu)造要求,為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點或拼接接頭一端不宜少于兩個永久螺栓，但組合構(gòu)件的綴條除外； 直接承受動荷載的普通螺栓連接應采用雙螺帽，或其他措施以防螺帽松動； C級螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接： 1、承受靜載或間接動載的次要連接； 2

39、、承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接； 3、臨時固定構(gòu)件的安裝連接。,二、螺栓連接的受力形式,A 只受剪力,B 只受拉力,C 剪力和拉力共同作用,三、普通螺栓抗剪連接,（一）工作性能和破壞形式 1.工作性能 對圖示螺栓連接做抗剪試驗,即可得到板件上a、b兩點相對位移和作用力N的關系曲線,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個階段,即： (1)摩擦傳力的彈性階段(01段) 直線段連接處于彈性狀態(tài)； 該階段較短摩擦力較小。,(2)滑移階段(12段) 克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的距離，表現(xiàn)在曲線上為水平段。,(3)栓桿傳力的彈性階段(23段) 該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力

40、。栓桿受剪力、拉力、彎矩作用，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及栓桿拉力增大所導致的板件間摩擦力的增大，N-關系以曲線狀態(tài)上升。,(4)彈塑性階段(34段) 達到3后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。 4點（曲線的最高點）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力Nu。,2.破壞形式,（1）螺栓桿被剪壞 栓桿較細而板件較厚時 （2）孔壁的擠壓破壞 栓桿較粗而板件較薄時 （3）板件被拉斷 截面削弱過多時 以上破壞形式予以計算解決。,（4）板件端部被剪壞(拉豁) 端矩過小時；端矩不應小于2dO,（5）栓桿彎曲破壞 螺栓桿過長；栓桿長度不應大于5d,（二）抗剪螺栓的單栓承載力設計值,

41、由破壞形式知抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定:,nv剪切面數(shù)目； d螺栓桿直徑； fvb、fcb螺栓抗剪和承壓強度設計值； t連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值。,單栓抗剪承載力：,抗剪承載力：,承壓承載力：,剪切面數(shù)目nv,（三）普通螺栓群抗剪連接計算,1、普通螺栓群軸心力作用下抗剪計算,試驗證明,栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿栓群長度方向不均勻，兩端大,中間小。,所以，連接所需螺栓數(shù)為：,（一）普通螺栓抗拉連接的工作性能,四、普通螺栓的抗拉連接,抗拉螺栓連接在外力作用下，連接板件接觸面有脫開趨勢，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以栓桿被拉斷為其

42、破壞形式。,（二）單個普通螺栓的抗拉承載力設計值,式中：Ae-螺栓的有效截面面積； de-螺栓的有效直徑； ftb-螺栓的抗拉強度設計值。,(三）普通螺栓群的軸拉設計,一般假定每個螺栓均勻受力，因此，連接所需的螺栓數(shù)為：,(四）普通螺栓群在彎炬作用下,M作用下螺栓連接按彈性設計，其假定為： （1）連接板件絕對剛性，螺栓為彈性； （2）螺栓群的中和軸位于最下排螺栓的形心處，各 螺栓所受拉力與其至中和軸的距離呈正比。,顯然1號螺栓在M作用下所受拉力最大,由力學及假定可得：,同前可得:,強度要求為：,(五）普通螺栓群在偏心拉力作用下,偏心力作用下普通螺栓連接，可采用偏于安全的設計方法，即疊加法。,五

43、、普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用,因此：,2、由試驗可知，兼受剪力和拉力 的螺桿，其承載力無量綱關系 曲線近似為一“四分之一圓”。,1、普通螺栓在拉力和剪力的共同 作用下，可能出現(xiàn)兩種破壞形 式：螺桿受剪兼受拉破壞、孔 壁的承壓破壞；,3、計算時，假定剪力由螺栓群均 勻承擔，拉力由受力情況確定。,規(guī)范規(guī)定：普通螺栓拉、剪聯(lián)合作用為了防止螺桿受剪兼受拉破壞，應滿足：,為了防止孔壁的承壓破壞，應滿足：,2、高強度螺栓預拉力的確定,高強度螺栓預拉力是根據(jù)螺栓桿的有效抗拉強度確定的，并考慮了以下修正系數(shù)： 考慮材料的不均勻性的折減系數(shù)0.9； 為防止施工時超張拉導致螺桿破壞的折減系數(shù)0.9； 考慮擰緊螺帽時，螺栓桿上產(chǎn)生的剪力對抗拉強度的降低除以系數(shù)1.2。 附加安全系數(shù)0.9。 因此，預拉力：,Ae螺紋處有效截面積； fu螺栓熱處理后的最抵抗拉強度；8.8級，取fu =830N/mm2， 10.9級，取fu =1040N/mm2,3、高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù),摩擦型高強度螺栓是通過板件間摩擦力傳遞內(nèi)力的，而