鋼結(jié)構(gòu)的連接方法:
鋼結(jié)構(gòu)連接方式有焊接,鉚接,栓接如下圖所示:
連接方法優(yōu)缺點(diǎn):
1、鉚釘連接的優(yōu)點(diǎn)是:塑性、韌性和整體性好,連接變形小,傳力可靠,承受動(dòng)力荷載時(shí)的疲勞性能好,質(zhì)量也便于檢查,特別使用于重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。
鉚釘連接的缺點(diǎn)是:構(gòu)造復(fù)雜,用鋼量大,施工麻煩,大鉚時(shí)噪音大,勞動(dòng)條件差。目前幾乎已不在工程中應(yīng)用。
2、焊接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式,優(yōu)點(diǎn)是任何形狀的結(jié)構(gòu)都可以用焊縫連接,構(gòu)造簡單,省工省料,而且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,生產(chǎn)效率高。
3、螺栓連接優(yōu)點(diǎn):施工工藝簡單、安裝方便,適用于工地安裝連接,能更好的保證工程進(jìn)度和質(zhì)量。
螺栓連接缺點(diǎn):因開孔對構(gòu)件的截面會(huì)產(chǎn)生一定的削弱,且被連接的構(gòu)件需要互相搭接,或另加接板,角鋼等連接構(gòu)件,因而耗材較多。
鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接和輕型鋼結(jié)構(gòu)用的緊固件連接等。
焊接連接(welded connection)是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。其優(yōu)點(diǎn)是:構(gòu)造簡單,任何形式的構(gòu)件都可直接相連;用料經(jīng)濟(jì),不削弱截面;制作加工方便,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作;連接的密閉性好,結(jié)構(gòu)剛度大。其缺點(diǎn)是:在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi),鋼材的金相組織發(fā)生改變,導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆;焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低;焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感,局部裂紋一旦發(fā)生,就容易擴(kuò)展到整體,低溫冷脆問題較為突出。
鉚釘連接(riveted connections)的制造有熱鉚和冷鉚二種方法。熱鉚是由燒紅的釘坯插入構(gòu)件的釘孔中,用鉚釘槍或壓鉚機(jī)鉚合而成。冷鉚是在常溫下鉚合而成。在建筑結(jié)構(gòu)中一般都采用熱鉚。鉚釘連接由于構(gòu)造復(fù)雜,費(fèi)鋼費(fèi)工,現(xiàn)已很少采用。但是鉚釘連接的塑性和韌性較好,傳力可靠,質(zhì)量易于檢查,在一些重型和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中,有時(shí)仍然采用。
螺栓連接分普通螺栓連接(bolted connections)和高強(qiáng)度螺栓連接(high-strength bolted connections)兩種。高強(qiáng)度螺栓連接的優(yōu)點(diǎn)是施工方便,對構(gòu)件的削弱較小,可拆換,能承受動(dòng)力荷載,耐疲勞,韌性和塑性好,包含了普通螺栓和鉚釘連接的各自優(yōu)點(diǎn),目前已成為代替鉚接的優(yōu)良連接形式。
輕鋼結(jié)構(gòu)的緊固件連接 :在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用自攻螺釘(self drilling screws)、鋼拉鉚釘(steel blind rivets)、射釘(powder-actuated fasteners)等機(jī)械式緊固件連接方式,主要用于壓型鋼板之間和壓型鋼板與冷彎型鋼等支承構(gòu)件之間的連接。
優(yōu)點(diǎn): 1、不需要在鋼材上打孔鉆眼,既省工省時(shí),又不使材料的截面積受到減損,使材料得到充分利用。
2、任何形狀的構(gòu)件都可以直接連接,一般不需要輔助零件。連接構(gòu)造簡單,傳力路線短,適用面廣。
3、焊接連接的氣密性和水密性都較好,結(jié)構(gòu)剛性也較大,結(jié)構(gòu)的整體性好。 缺點(diǎn): 1、由于高溫作用在焊縫附近形成熱影響區(qū),鋼材的金相組織和機(jī)械性能發(fā)生變化,材質(zhì)變脆。
2、焊接殘余應(yīng)力使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞的可能性增大,并降低壓桿穩(wěn)定承載力,同時(shí)殘余變形還會(huì)使構(gòu)件尺寸和形狀發(fā)生變化,矯正費(fèi)工。 3、焊接結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性,局部裂縫一經(jīng)產(chǎn)生便很容易擴(kuò)展到整體。
設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)考慮焊接連接的上述特點(diǎn),揚(yáng)長避短。遇到重要的焊接結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與焊接工藝要密切配合,取得一個(gè)完滿的設(shè)計(jì)和施工方案。
鋼結(jié)構(gòu)中的焊縫連接,主要采用電弧焊(即在構(gòu)件連接處,借電弧產(chǎn)生的高溫,將置于焊縫部位的焊條或焊絲金屬熔化,而使構(gòu)件連接在一起)。電弧焊又分手工焊、自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊。自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊,可采用埋弧焊或氣體(如二氧化碳?xì)猓┍Wo(hù)焊(見焊接)。
分為對接焊縫和角焊縫。對接焊縫也稱坡口焊縫,構(gòu)造簡單,傳力直接簡捷;但在施焊之前,焊件邊緣需根據(jù)不同厚度進(jìn)行加工,做成各種坡口形式,以保證焊透。角焊縫用于不在同一平面內(nèi)兩個(gè)焊件的相連,如兩塊鋼板搭接,焊縫堆成接近三角形截面,貼附于被連接焊件的交搭邊緣處或端頭。搭接的貼角焊縫平行于作用力方向的稱為側(cè)面角焊縫,垂直于作用力方向的稱為正面角焊縫。焊縫的形式有對接、搭接、T型連接和角型連接;不同連接形式可用不同形式的焊縫,以確保焊縫連接的傳力可靠。
鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接優(yōu)點(diǎn):
(1)構(gòu)造簡單,制造省工;
(2)不削弱截面,經(jīng)濟(jì);
(3)連接剛度大,密閉性能好;
(4)易采用自動(dòng)化作業(yè),生產(chǎn)效率高。
鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接缺點(diǎn):
(1)焊縫附近有熱影響區(qū),該處材質(zhì)變脆;
(2)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變;
(3)裂縫易擴(kuò)展,低溫下易脆斷。
目前,越來越多的建筑上都使用鋼結(jié)構(gòu)
鋼結(jié)構(gòu)焊接方法包括焊條電弧焊、二氧化碳(COz)氣體保護(hù)焊,自保護(hù)電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣電立焊、栓釘焊及相應(yīng)焊接方法的組合。
一、焊條電弧焊
焊條電弧焊亦稱手工電弧焊、手弧焊或藥皮焊條電弧焊,是一種使用手工操作焊條進(jìn)行焊接的電瓤焊方法。焊條電弧焊的原理是利用焊條與工件聞產(chǎn)生的電弧熱將金屬熔化進(jìn)行焊接。焊接過程中焊條藥皮熔化分解,生成氣體和熔渣,在氣體和熔渣的聯(lián)合保護(hù)下,有效地排除了周圍空氣的有害影響,通過高溫下熔化金屬與熔渣間的冶金反應(yīng)、還原與凈化金屬,得到所需要的焊縫.
焊條電弧焊是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的焊接方法。它在建筑錒結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用,可在室內(nèi)、室外及高空中平、橫、立仰的位置進(jìn)行施焊。它所需的焊接設(shè)備簡單,使用靈活、方便,大多數(shù)情況下焊接接頭可實(shí)現(xiàn)與母材等強(qiáng)度。適應(yīng)于焊接鋼種的范圍廣,最小可焊接鋼板厚度為l mm。
焊條電弧焊的缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大,對焊工的操作技能要求較高。
二、二氧化碳(COz)氣體保護(hù)焊
二氧化碳(Cq)氣體保護(hù)焊是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種焊接技術(shù),根據(jù)自動(dòng)化程度分全自動(dòng)co,弋體保護(hù)焊和半自動(dòng)co,氣體保護(hù)焊兩種,在建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的主要是半自動(dòng)co.氣體保護(hù)焊,目前已成為一種重要的熔化焊接方法。
(1)CO:氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)和施焊要求。
(2)半自動(dòng)氣體保護(hù)焊焊機(jī)的組成。半自動(dòng)C0,氣體保護(hù)焊焊機(jī)一般由弧焊電源、進(jìn)絲機(jī)構(gòu)、焊絲、氣體等部分組成。
三、埋弧焊
埋弧蜱是電i在顆粒狀ch焊劑層下,井在空腔中燃燒的自動(dòng)d接方法,電弧的輻射熱使焊件、掉絲和焊劑熔化、蒸發(fā)形成氣體,排開電弧周圍的熔洼形成一封閉空腔,電弧就在這個(gè)空腔內(nèi)穩(wěn)定燃燒.空腔的上部被一層熔化的焊劑,即熔渣膜所am,這層熔渣膜不僅可有效地保護(hù)熔池金屬,衛(wèi)使有礙操作的弧光輻射不再射出來,同時(shí),熔化的大量焊劑對熔池金屬具有還原、凈化和合金化的作用.
鋼結(jié)構(gòu)工程埋弧焊和手工焊的區(qū)別主要在于它的引弧、維持電弧穩(wěn)定燃燒、輸送焊絲、電弧的移動(dòng),以及焊接結(jié)束的填滿弧坑等動(dòng)作,全部都是利用埋弧自工作實(shí)現(xiàn)的。
埋弧焊接自秘化程度不同分為埋弧自動(dòng)焊和埋弧半自動(dòng)焊,其區(qū)別在于埋弧自動(dòng)焊的電弧移動(dòng)是由專門機(jī)構(gòu)控制完成的,而埋孤半自動(dòng)焊屯弧移動(dòng)是依靠手工完成的,
埋弧焊機(jī)還分單絲掉機(jī)、多絲焊機(jī),有縱列式、橫列式和直立式等。
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