螺栓篇

A：鋼結構的常用連接方法有焊接、螺栓連接（普通螺栓連接、高強螺栓連接）、鉚接。

A：按性能等級分為3.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9等等級，8.8級及以上螺栓材質(zhì)為低碳合金鋼或中碳鋼并經(jīng)熱處理（淬火+回火），通稱高強度螺栓，8.8級以下通稱普通螺栓。其中小數(shù)點前、后數(shù)字分別表示為螺栓材料的公稱抗拉強度和屈強比值。

普通螺栓常用有六角螺栓、雙頭螺栓、地腳螺栓等，高強螺栓分為扭剪型高強螺栓和大六角高強螺栓。

普通按傳力方式分為抗剪螺栓、抗拉螺栓、既受剪又受拉螺栓?？辜暨B接——依靠螺桿承壓和抗剪來傳遞垂直于桿軸方向的外力，板件之間有相互錯動的趨勢；抗拉連接——依靠螺桿抗拉來傳遞平行于桿軸方向的外力，板件之間有相互脫開的趨勢；抗拉、剪聯(lián)合作用的連接——依靠螺桿既傳遞垂直于桿軸方向的外力，又傳遞平行于桿軸方向的外力。板件之間既有相對錯動又有相互脫開的趨勢。

高強螺栓按計算、設計方法可分為摩擦型連接和承壓型連接。

摩擦型連接——只靠擠壓力產(chǎn)生的摩擦阻力傳遞剪力，并以剪力不超過摩擦阻力（不允許接觸面滑移）作為設計準則。

承壓型連接——允許接觸面滑移，以連接達到破壞的極限承載力作為設計準則，其承載力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形比摩擦型大。

A：螺栓排列分為并列和錯列，并列——螺栓排列簡單、整齊、緊湊，所用連接板尺寸小，但構件截面削弱大；錯列——螺栓排列不緊湊，所用連接板尺寸大，構件截面削弱小。

螺栓邊距和中距不宜太大，防止板件間因貼合不密，潮氣侵入而腐蝕鋼材；受拉構件，中距和邊距太小時，對連接板截面削弱太多，有可能沿直線或折線發(fā)生凈截面破壞，被連接鋼材被剪壞；受壓構件，沿作用力方向螺栓間距過大，被連接板件間容易凸曲。螺栓的最大、最小容許距離如下表所示。

A：抗剪連接是最常見的螺栓連接形式，經(jīng)過抗剪試驗可得試件上a、b兩點間的相對位移與作用力間的關系曲線。從加載到構件破壞總共經(jīng)過四個階段。

1）摩擦傳力彈性階段（O1斜直線段）：荷載靠板件間接觸面的摩擦力傳遞，螺栓桿與孔壁間的間隙保持不變，處于彈性階段此階段很短，可略去不計。

2）相對滑移階段（12水平線段）：荷載增大，剪力達到摩擦力最大值，板件間產(chǎn)生相對滑移，直至螺栓桿與孔壁接觸。

3）彈塑性階段（23曲線）：螺栓桿除受剪力外，還承受彎矩和軸向拉力，孔壁受到擠壓。達到“3”點時，螺栓或連接板達到彈性極限。

4）破壞階段（34曲線）：此階段即使給荷載很小的增量，連接的剪切變形也迅速加大，直到連接的最后破壞。曲線的最高點“4”所對應的荷載即為極限荷載。

A：螺栓破壞的形式主要有：⑴螺栓桿被剪壞；⑵孔壁被擠壓破壞；⑶板件被拉斷；⑷板件端部被剪壞；⑸螺桿彎曲破壞。

A：普通螺栓的緊固：螺栓的緊固順序應從中間開始，對稱向兩邊進行。螺栓的緊固施工以操作者的手感及連接接頭的外形控制為準，對大型接頭應采用復擰，即兩次緊固方法保證接頭內(nèi)各個螺栓能均勻受力；

高強度螺栓連接副初擰、復擰和終擰應以接頭剛度較大的部位向約束較小的方向、螺栓群中央向四周的順序進行；高強度螺栓和焊接并用的連接節(jié)點，宜按先螺栓緊固后焊接的施工順序。

A：高強螺栓長度應以螺栓連接副終擰后外露2扣-3扣絲為標準計算，按下列公式計算。選用的高強度螺栓公稱長度應取修約后的長度，應根據(jù)計算出的螺栓長度L按修約間隔5mm進行修約。

L=L′+△L

△L=M+NS+3P

式中：

L′：連接板總厚度；

△L：附加長度，即緊固長度加長值，按下表進行取值；

M：高強螺母公稱厚度；

N：墊圈個數(shù)，扭剪型高強螺栓為1個，大六角頭高強螺栓為2個；

S：高強度墊圈公稱厚度，采用大圓孔或槽孔時，按實際厚度取值；

P：螺紋的螺距，3P意思是螺栓露出3個絲扣長度。

A：高強螺栓預應力緊固不同于普通螺栓緊固，普通螺栓一般用扳手緊固，高強螺栓需用專用設備進行操作，對于斜向鋼梁，特別需要注意緊固設備的操作空間最小間距，否則會導致部分高強螺栓無法緊固的。

A：普通螺栓作為永久性連接螺栓時，具有下列要求：

① 螺栓頭和螺母側(cè)應分別設置平墊圈，螺栓頭側(cè)放置的墊圈不應多于2個，螺母側(cè)放置的墊圈不應多余一個；

② 承受動力荷載或重要部位的螺栓連接，設計有防松動要求時，應采取有防松動裝置的螺母或彈簧墊圈，彈簧墊圈應放置在螺母側(cè)；

③ 對工字鋼、槽鋼等有斜面的螺栓連接，宜采用斜墊圈；

④ 同一個連接接頭螺栓數(shù)量不應少于2個；

⑤ 螺栓緊固后外露絲扣不應少于2扣，螺栓緊固質(zhì)量，可采用錘擊法檢查。

A：高強螺栓的構造及工藝要求如下：

① 高強度大六角頭螺栓連接副由一個螺栓、一個螺母和兩個墊圈組成，扭剪型高強度螺栓連接副由一個螺栓、一個螺母和一個墊圈組成；

② 安裝環(huán)境氣溫不宜低于-10℃；

③ 高強度螺栓現(xiàn)場安裝時應能自由穿入螺栓孔，不得強行穿入；

④ 高強度螺栓超擰需更換，并廢棄換下來的螺栓，不得重復使用；

⑤ 高強度螺栓長度應以螺栓連接副終擰后外露2-3扣絲為標準計算。

焊接篇

焊接連接的優(yōu)點：構造簡單，不削弱構件截面，加工簡便，焊接方法種類多，可采用自動化操作，節(jié)約鋼材，效率高，剛度較大，整體性好，密封性能好。

焊接連接的缺點：熱影響區(qū)域內(nèi)鋼材金相組織發(fā)生變化，局部材質(zhì)變脆；焊后存在焊接殘余應力及殘余變形，使受壓構件承載力降低；焊接結構對裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，極易擴展至整體，低溫冷脆較為突出。

鋼材的可焊性是指在適當?shù)脑O計和工作條件下，材料易于焊接和滿足結構性能的程度?？珊感猿３Ｊ茕摬牡幕瘜W成分、軋制方法和板厚等因素影響。為了評價化學成分對可焊性的影響，一般用碳當量（Ceq）表示，Ceq越小，鋼材的淬硬傾向越小，可焊性就越好；反之，Ceq越大，鋼材的淬硬傾向越大，可焊性就越差。碳當量Ceq（百分比）值可按以下公式計算：

鋼結構的焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻的過程，焊接時焊縫及其附近的溫度很高，而遠處大部分金屬不受熱，主體金屬的膨脹和收縮不均勻。冷卻后，焊縫就產(chǎn)生了不同程度的收縮和內(nèi)應力（縱向和橫向），造成焊接結構的各種變形。

一般來說，可以從設計和加工工藝兩方面來降低焊接應力及焊接變形：

設計措施：合理安排焊縫位置；合理的選擇焊縫的尺寸；焊縫數(shù)量宜少，不宜過分集中，同時避免焊縫立體交錯；盡量避免在母材厚度方向的收縮應力。

工藝措施：合理安排焊接次序；采用反向變形；焊前預熱，焊后回火。

鋼結構常用焊接方法有手工電弧焊，自動（或半自動）埋弧焊，氣體保護焊。

手工電弧焊：通電后產(chǎn)生電弧使焊條中的焊絲熔化，滴落在焊件上被電弧所吹成的小凹槽熔池中。由焊條藥皮形成的熔渣和氣體覆蓋著熔池，防止空氣與熔化的液體金屬接觸，避免形成脆性易裂化合物。

埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。焊絲不涂藥皮，但施焊端靠由焊劑漏頭自動流下的顆粒狀焊劑所覆蓋，電弧完全被埋在焊劑之內(nèi)，電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，具有很高的生產(chǎn)率，同時焊接質(zhì)量好，焊件變形小。

氣體保護焊：利用二氧化碳氣體或其他惰性氣體作為保護介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。依靠保護氣體在電弧周圍形成局部保護層，以防止有害氣體的侵入并保證焊接過程的穩(wěn)定性。焊縫強度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接，有前進法和后退法。

常見焊接位置、接頭形式、坡口形式、焊縫類型及管結構節(jié)點形式代號表示形式如下：

焊縫缺陷通長分為六類：裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合、未焊透、形狀缺陷。

裂紋：通常有熱裂紋和冷裂紋之分。產(chǎn)生熱裂紋的主要原因是母材抗裂性能差、焊接材料質(zhì)量不好、焊接工藝參數(shù)選擇不當、焊接內(nèi)應力過大等；產(chǎn)生冷裂紋的主要原因是焊接結構設計不合理、焊縫布置不當、焊接工藝措施不合理，如焊前未預熱、焊后冷卻快等。處理辦法是在裂紋兩端鉆止裂孔或鏟除裂紋處的焊縫金屬，進行補焊。

孔穴：通常分為氣孔和弧坑縮孔兩種。產(chǎn)生氣孔的主要原因是焊條藥皮損壞嚴重、焊條和焊劑未烘烤、母材有油污或銹和氧化物、焊接電流過小、弧長過長，焊接速度太快等，其處理方法是鏟去氣孔處的焊縫金屬，然后補焊。產(chǎn)生弧坑縮孔的主要原因是焊接電流太大且焊接速度太快、熄弧太快，未反復向熄弧處補充填充金屬等，其處理方法是在弧坑處補焊。

固體夾雜：有夾渣和夾鎢兩種缺陷。產(chǎn)生夾渣的主要原因是焊接材料質(zhì)量不好、焊接電流太小、焊接速度太快、熔渣密度太大、阻礙熔渣上浮、多層焊時熔渣未清除干凈等，其處理方法是鏟除夾渣處的焊縫金屬，然后焊補。產(chǎn)生夾鎢的主要原因是氬弧焊時鎢極與熔池金屬接觸，其處理方法是挖去夾鎢處缺陷金屬，重新焊補。

未熔合、未焊透：產(chǎn)生的主要原因是焊接電流太小、焊接速度太快、坡口角度間隙太小、操作技術不佳等。對于未熔合的處理方法是鏟除未熔合處的焊縫金屬后焊補。對于未焊透的處理方法是對開敞性好的結構的單面未焊透，可在焊縫背面直接補焊。對于不能直接焊補的重要焊件，應鏟去未焊透的焊縫金屬，重新焊接。

形狀缺陷：包括咬邊、焊瘤、下塌、根部收縮、錯邊、角度偏差、焊縫超高、表面不規(guī)則等。

在T形、十字形及角接接頭中，當翼緣板厚度不小于20mm時，為避免或減少使母材板厚方向承受較大的焊接收縮應力，并宜采取下列節(jié)點構造設計：

• 在滿足焊透深度要求和焊縫致密性條件下，采用較小的焊接坡口角度及間隙（a）；

• 在角接接頭中，采用對稱坡口或偏向于側(cè)板的坡口（b）；

• 采用雙面坡口對稱焊接代替單面坡口非對稱焊接（c）；

• 在T形或角接接頭中，板厚方向承受焊接拉應力的板材端頭伸出接頭焊縫區(qū)（d）；

• 在T形、十字形接頭中，采用鑄鋼或鍛鋼過渡段，以對接接頭取代T形、十字形接頭（e、f）；

• 改變厚板接頭受力方向，以降低厚度方向的應力；

• 承受靜載荷的節(jié)點，在滿足接頭強度計算要求的條件下，用部分焊透的對接與角接組合焊縫焊縫代替完全焊透坡口焊縫。

焊接完成進行焊縫檢查時，首先要進行外觀檢驗，用肉眼或放大鏡觀察是否有缺陷，如咬邊、燒穿、未焊透、裂紋、錯邊、下榻等，并檢查焊縫外形尺寸是否符合要求。

焊縫內(nèi)部的缺陷常用超聲波檢測，其原理是利用超聲波能在金屬內(nèi)部傳播，并在遇到兩種介質(zhì)的界面時會發(fā)生反射和折射的原理來檢驗焊縫內(nèi)部缺陷，根據(jù)波形即可判斷是否有缺陷和缺陷位置。由于探頭與檢測件之間存在反射面，因此超聲波檢查時應在焊件表面涂抹耦合劑，且超聲波不能判斷缺陷的類型和大小。

無損檢測有時也用到射線檢驗，射線檢驗有X射線和γ射線檢驗兩種。其原理為當射線透過被檢驗的焊縫時，如有缺陷，則通過缺陷處的射線衰減程度較小，因此在焊縫背面的底片上感光較強，底片沖洗后，會在缺陷部位顯示出黑色斑點或條紋。X射線照射時間短、速度快，設備復雜、費用大，穿透能力小，被檢測焊件厚度小于30mm。γ射線檢驗設備輕便、操作簡單，穿透能力強。

• 抽樣檢驗的焊縫數(shù)不合格率小于2%時，該批驗收合格；

• 抽樣檢驗的焊縫數(shù)不合格率大于5%時，該批驗收不合格；

• 除本條第五款情況外抽樣檢驗的焊縫數(shù)不合格率為2%~5%時，應加倍抽檢，且必須在原不合格部位兩側(cè)的焊縫延長線各增加一處，在所有抽檢焊縫中不合格率不大于3%時，該批驗收合格，大于3%時，該批驗收不合格；

• 批量驗收不合格時，應對該批余下的全部焊縫進行檢驗；

• 檢驗發(fā)現(xiàn)1處裂紋缺陷時，應加倍抽查，在加倍抽檢焊縫中未再檢查出裂紋缺陷時，該批驗收合格；檢驗發(fā)現(xiàn)多處裂紋缺陷或加倍抽查又發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷時，該批驗收不合格，應對該批余下焊縫的全數(shù)進行檢查。

除國家鋼結構焊接規(guī)范中免予評定的條件外，施工單位首次采用的鋼材、焊接材料、焊接方法、接頭形式、焊接位置、焊后熱處理制度以及焊接工藝參數(shù)、預熱和后熱措施等各種參數(shù)的組合條件，應在鋼結構構件制作及安裝施工前進行焊接工藝評定。