连接的作用是将板材或型钢组合成构件,或将若干个构件按照一定的方式组合成整体结构,以确保它们共同完成工作。
钢结构的连接方式可分为焊接连接和螺栓连接(铆钉连接)两种。
焊接连接
优势:
不削弱构件截面强度,节省钢材;
可焊接成任意形状的构件,可由焊工间直接焊接,一般不需其他连接件,构件简单,制造省力。
连接密封性好、刚性高;
易于实现自动化,生产效率高。
缺点:
焊缝附近热影响区的材料变得有些脆;
焊件中产生焊接残余应力和残余变形,对结构工作产生不利影响;
焊接结构对裂纹十分敏感,一旦局部出现裂纹,可能很快扩展至整个截面,尤其在低温下容易发生脆性断裂。
常用电弧焊基本原理及设备
包括手工电弧焊、自动埋弧焊和半自动埋弧焊。
手工电弧焊
(1)原理:电弧产生热量,使焊条和母材熔化,形成焊缝。
(2)优点:设备简单,操作灵活方便,适合在空间任意位置进行焊接,特别适合焊接短焊缝。
(3)缺点:生产效率低,劳动强度大,焊接质量取决于焊工的精神状态和技术水平,质量波动较大。
埋弧焊(自动或半自动)
(1)原理:埋弧焊是电弧在焊剂层之下燃烧的电弧焊接方法。
(2)优点:自动化程度高钢结构连接方式,焊接速度快,劳动强度低;电弧热量集中,熔深深,热影响区小;工艺条件稳定,焊缝化学成分均匀,焊缝质量好,焊件变形小。
(3)缺点:装配精度要求高、设备投资较大、施工地点受限制等。
(4)焊丝的选择:埋弧焊所采用的焊条应与焊件的钢材相匹配,如:Q235-H08、H08A、H08MnA;Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn等。
焊条表示方法:E 后面跟着 4 个数字
E—代表电极
前两位数字为熔敷金属(焊缝金属)的最小抗拉强度(N/mm2)
第三位数字表示该焊条适用于哪些焊接位置,0和1表示该焊条适用于全位置焊接(平、立、仰、横),2表示该焊条适用于平焊和平角焊,4表示该焊条适用于向下立焊。
第三和第四位数字组合起来表示焊接电流和涂层的类型。
对于低合金钢焊条,破折号后的符号表示熔敷金属化学成分分类代号(GB/T 5117-1995和GB/T 5118-1995)。
焊条的选择
焊条应与焊件的钢材相容;焊接不同类型的钢材时,建议使用与低强度钢相容的焊条。例如:
Q235钢-E43焊条(E4300--E4328)
Q345钢-E50焊条(E5000--5048)
Q390、Q420钢-E55焊条(E5500--5518)
焊缝位置及要求
焊缝符号及标记方法
钢结构施工图上应使用焊缝代号来标明焊缝形式、尺寸及辅助要求。
焊缝代号主要由图形符号、辅助符号和引出线组成。
具体的规范规定和详细解释请查阅《建筑结构制图标准》(GB/T 50105-2001)和《焊接符号表示方法》(GB 324-88)。
焊接缺陷
焊缝质量检验等级及焊缝质量等级
除检查焊缝的外观、尺寸外,还应对焊缝内部质量进行检查。采用超声波探伤时,检查级别分为A、B、C三个级别;采用射线探伤时,检查级别分为A、AB、B三个级别。
根据对焊缝质量检验等级要求的不同,焊缝质量分为1级、2级、3级钢结构连接方式,各级别的检验内容有所不同。
螺栓连接
1.普通螺栓连接
根据孔壁质量要求,螺栓孔分为一级孔(A、B级)和二级孔(C级)。
I类孔的螺栓连接的剪切强度和抗压强度高于II类孔的螺栓连接,但I类孔的制造劳动强度大、成本高。
A、B级螺栓孔制孔要求相对较高,但安装困难,成本较高,因此很少采用;C级螺栓孔制孔粗糙,精度不高,但安装方便,目前在钢结构中应用较为广泛。
2.高强度螺栓
高强度螺栓连接传递剪力的机理与普通螺栓连接不同,普通螺栓是依靠螺栓的抗剪承载力来传递剪力的,而高强度螺栓连接首先依靠被连接板之间强大的摩擦阻力来传递剪力。
安装时采用特制扳手,以较大的力矩拧紧螺母,使丝杠产生较大的预紧力。高强螺栓的预紧力将连接件夹紧,使零件接触面间产生较大的摩擦力,通过摩擦力来传递外力。这种连接方式称为高强螺栓摩擦型连接。
螺栓的性能统一用螺栓的性能等级来表示,如4.6级、8.8级、10.9级等。
小数点前的数字表示螺栓材料的抗拉强度,小数点后的数字表示屈服强度比。
4.6级、8.8级、10.9级螺栓强度分别为400N/mm2、800N/mm2、1000N/mm2。
C级螺栓的等级为4.6级或4.8级,由Q235钢制成。
A级和B级螺栓为5.6级或8.8级,由低合金钢制成或经过热处理。
高强度螺栓等级为8.8级或10.9级,材质为45号钢、40B钢或20MnTiB钢。
高强度螺栓连接的计算有两种类型:
(1)摩擦型连接仅靠被连接板间强大的摩擦阻力来传递力,连接承载力的极限状态是刚好克服摩擦阻力时。因此,连接的剪切变形很小,整体性好。
(2)承压连接依靠被连接板与螺栓之间的摩擦力来传力,连接承载力的极限是在螺栓受到剪切或压缩(承压)时。
高强度螺栓均采用钻孔方式,对于摩擦型连接,孔径比螺栓公称直径大1.5-2.0mm,对于压力型连接,孔径大1.0-1.5mm。为了增加摩擦力,还应对连接的接触面进行处理。