建筑力学与结构-3.ppt

目 录 11 钢结构 钢结构是由型钢或钢板通过连接组成的结构或构件。 连接的方法有焊接、铆接和螺栓连接，其中焊接是最重要的连接形式，其次是螺栓连接，铆接由于劳动强度大，生产效率低。 焊接连接是通过电弧产生的热量使焊条、焊件局部熔化，经冷却连为一体。 焊接的方法有手工电弧焊、自动或半自动电弧焊、气体保护焊。 焊接的基本知识 （1）手工电弧焊及焊条 手工电弧焊是手工焊接中最常用的方法，它是由电焊机、电线、焊钳、焊条、焊件组成。打火引弧后，手持焊钳夹紧的焊条与焊件很快接触形成短路，强大的电流激发电弧，电弧温度很高（6000℃左右），使焊条与焊件熔化，焊条金属液滴落在电弧吹成的焊件熔池中，冷却后熔为一体，如图11.1所示。 手工电弧焊设备简单，操作灵活方便，适应性强，在工程中广泛应用，但是焊接质量波动性大，要求具有一定的焊接水平，而且劳动强度大，劳动条件差。 焊接质量还与焊条的质量、牌号有关。焊条是由外层药皮和内部焊芯组成。药皮的作用是提高电弧燃烧的稳定性，形成保护性气体和熔渣，脱氧以及向焊缝金属掺加必要的化学元素，提高焊接质量，改善机械性能。与其匹配的焊条见表11.1。 （2）焊接的特点 焊接的优点是不必打孔，省工省时；任何形状构件可直接连接，构造简单，施工方便；密闭性好，结构刚度大，整体性好。其缺点是焊缝附近热影响区材质变脆；焊接残余应力使结构变脆，焊接残余变形使结构形状发生变化；焊接裂缝一旦形成，很容易扩展。 焊缝的构造 按焊缝本身截面形式不同，焊缝分为对接焊缝和角焊缝。 （1）对接焊缝 按焊缝金属充满母材的程度分为焊透的对接焊缝和未焊透的对接焊缝。未焊透的对接焊缝受力很小，而且有严重的应力集中。焊透的对接焊缝简称对接焊缝。 为了便于施工，保证施工质量，保证对接焊缝充满母材缝隙，根据钢板厚度采取不同的坡口形式，如表11.2所示。 当间隙过大（3～6mm）时，可在V形缝及单边V形缝、I形缝下面设一块垫板（引弧板），防止熔化的金属流淌，并使根部焊透。为保证焊接质量，防止焊缝两端凹槽，减少应力集中对动荷载的影响，焊缝成型后，若不影响其使用，两端可留在焊件上，否则焊接完成后应切去。见图11.2。 焊缝内部的缺陷（未焊透、裂痕、凹凸等）使得构件在外力作用下，经过该处的传力很不平顺，在局部应力突然增大，甚至形成高峰，这种现象叫钢材的应力集中，其结果导致材料脆性增加，塑性降低，对动力荷载特别敏感，除采用引弧板外，还可以采取如表11.3中所示的措施。 （2）角焊缝 ①角焊缝的类型 角焊缝连接板件板边不必精加工，板件无缝隙，焊缝金属直接填充在两焊件形成的直角或斜角的区域内。按角焊缝本身的截面形式分为直角焊缝（图11.3(a)、(b)）、斜角焊缝（图11.3(c)、(d)），常用直角焊缝；按角焊缝长度与外力作用方向分为侧焊缝（焊缝长度与外力作用方向平行）、端焊缝（也叫正面焊缝，焊缝长度与外力作用方向垂直）、斜焊缝（焊缝长度与外力作用方向倾斜）。 由两种及两种以上的角焊缝（侧焊缝、端焊缝、斜焊缝）组成的焊缝叫混合焊缝，例如围焊缝、L形焊缝如图11.4所示。 ②角焊缝的构造要求 直角焊缝中直角边的尺寸称为焊脚尺寸（图11.5），其中较小边的尺寸用hf表示。 为保证焊缝质量，宜选择合适的焊脚尺寸。如果焊脚尺寸过小，则焊不牢，特别是焊件过厚，易产生裂纹；如果焊脚尺寸过大，特别是焊件过薄时，易烧伤穿透。另外当贴边焊时，易产生咬边现象。为此，规范给出了最大焊脚尺寸hfmax和最小焊脚尺寸hfmin、焊缝计算长度及其他构造要求，见表11.4。 （3）对接焊缝与角焊缝比较 对接焊缝与角焊缝的比较见表11.5。 （4）焊接残余变形及焊接残余应力 焊接是一个局部加热，然后再冷却的过程。在焊接过程中形成一个很不均匀的温度场，热变形很不均匀，加之冷却后散热速度不均匀，收缩也不一致，这样钢材各纤维变形不能恢复原状，这种变形叫焊接残余变形。在产生残余变形的同时，钢材各纤维之间形成相互制约的作用力，叫焊接残余应力。见图11.6。 焊接残余变形、残余应力的危害及其消除或减小措施见表11.6。 按制作螺栓的材料强度大小及传力机理不同，螺栓连接分为普通螺栓连接和高强螺栓连接，其比较如表11.7。 （1）普通螺栓连接构造 普通螺栓连接按加工的精确程度分为精制螺栓连接和粗制螺栓连接，其比较见表11.8。 螺栓的排列有并列式和错列式，如图11.7所示。其中并列式简单整齐，设计方便，较常用。 螺栓的排列应符合下列要求： ①受力要求端距不能太小，否则孔端前的钢板被撕坏，要求端距≥2d0；边距不能太小，否则边距前钢板也被撕坏，要求边距≥