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轻型钢结构材料的连接材料及连接方式有哪些?

浏览: 发布日期:2019-10-07 22:07

根据其施工方法的不同,轻型钢结构的连接可分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接和固件连接等(图22)。其中焊接和螺栓连接主要用于刚架主体结构,紧固件连接则多于轻型屋面板和墙面板的连接。
图22钢结构的连接方法
(a)焊缝连接;(b)铆钉连接;(c)螺栓连接;(d)紧固件连接

2.2.1焊接连接
1.常用焊接方法
1)手工电弧焊
这是常用的一种焊接方法(图2-3)。通电后,在涂有药皮的焊条和焊件间产生电弧弧提供热源,使焊条中的焊丝熔化,滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中,焊缝属冷却后就把被连接件连成一体。操作过程中,电焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖着熔防止空气中的氧、氮等气体与熔化的液体金属接触,避免形成脆性易裂的化合物。
2)埋弧焊(自动或半自动)
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。焊丝送进和焊接方向的移动有专门设备控制的称自动埋弧焊(图24);焊丝送进有专门设备控制,而焊接方向的移动靠人工操作的称为半自动埋弧焊。埋弧焊的焊丝不涂药皮,但施焊端会被由焊剂漏头自动流下的颗粒状焊剂所覆盖,电弧热量集中,熔深大,适于厚板的焊接,具有很高的生产率。由于采用了自动或半自动化操作,焊接时的工艺条件稳定,焊缝的化学成分均匀,故焊缝质量好,焊件变形小。同时,高焊速也减小了热影响区的范围。埋弧焊对焊件边缘的装配精度(如间隙)要求比手工焊高。埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属的力学性能相适应,并应符合现行国家标准的规定。
3)气体保护焊
气体保护焊是利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。它直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层,以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程的稳定性。
4)电阻焊
电阻焊利用电流通过焊件接触点表面电阻所产生的热量来熔化金属,再通过加压使其焊合。电阻焊只适用于板叠厚度不大于12mm的焊接。对冷弯薄壁型钢构件,电阻焊可用来缀合壁厚不超过3.5mm的构件,如将两个冷弯槽钢或C型钢组合成I形截面构件等。
2.焊缝设计指标
手工电弧焊所用焊条或自动焊焊丝应与焊件钢材(或称主体金属)相适应,例如对Q235钢采用E43型焊条;对Q345钢采用E50型焊条;对Q390钢和Q420钢采用E55型焊条。不同钢种的钢材相焊接时,宜采用低组配方案,即宜采用与低强度钢相适应的焊条。此外,焊条的材质和性能还应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T5117、《低合金钢焊条)GB/T5118的有关规定。焊丝的材质和性能应符合现行国家标准《熔化焊用钢丝)GB/T14957、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110及《碳钢药芯焊丝】GB/T10045、《低合金钢药芯焊丝》GB/T17493的有关规定。埋弧焊用焊丝和焊剂的材质和性能应符合现行国家标准《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T5293、《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》GB/T12470的有关规定焊缝的强度设计指标见3.2节。
2.2.2铆钉和螺栓连接
1.铆钉连接
铆钉连接的制造有热铆和冷铆两种方法。热铆是由烧红的钉坯插入构件的钉孔中,用铆钉枪或压铆机铆合而成。冷铆是在常温下铆合而成。在建筑结构中一般都采用热铆铆钉连接的质量和受力性能与钉孔的制法有很大关系。钉孔的制法分为I、Ⅱ两类。I类孔是用钻模钻成,或先冲成较小的孔,装配时再扩钻而成,质量较好。Ⅱ类孔是冲成或不用钻模钻成,虽然制法简单,但构件拼装时钉孔不易对齐,故质量较差。重要的结构应该采用Ⅰ类孔。
铆钉连接由于构造复杂,费钢费工,现已很少采用。但是铆钉连接的塑性和韧性较好,传力可靠,质量易于检查,在一些重型和直接承受动力荷载的结构中仍然采用。铆钉的设计指标见3.2节
螺栓连接
螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。1)普通螺栓连接普通螺栓连接的优点是施工简单、拆装方便,缺点是用钢量较多需要经常拆装的结构,普通螺栓又分为A级、B级和C级,A级,B于安装连接和级螺栓称为精制螺
栓,A、B级螺栓采用5.6级和88级钢材,C级螺栓采用4.6级和4.8级钢材。C级螺栓称为粗制螺栓。
A、B级螺栓(精制螺栓)由毛坯经轧制而成,表面光滑,尺寸准确,螺杆直径与螺栓孔径空隙小,只容许0.3m左右,螺杆直径仅允许负公差,螺栓孔直径仅允许正公差,成孔要求I类孔,由于有较高的精度,因面受剪性能好。但制作和安装复杂,价格较高,很少在钢结构中采用
C级螺栓(粗制螺栓)用圆钢辊压而成。C级螺栓加工粗糙,尺寸不够准确,只要求Ⅱ类孔,成本低,螺栓孔的直径d0比螺栓杆的直径d大1.5-2.0mm,C级螺栓连接的螺栓杆与螺孔之是存在着较大的间隙,传递剪力时,连接将会产生较大的剪切滑移。由于C级螺栓传递拉力的性能较好,一般可用于承受拉力的安装连接,以及不重要的抗剪连接或用作安装时的临时固定
2)高强度螺栓连接
高强度螺栓连接和普通螺栓连接的主要区别是:高强度螺栓除了其材料强度高之外施工时还给螺栓杆施加很大的预拉力,使被连接构件的接触面之间产生挤压力,因此受剪时有很大的摩擦力;而普通螺栓扭紧螺帽时螺栓产生的预拉力很小,由板面挤压力产生的摩擦力可以忽略不计
高强度螺栓连接分为摩擦型连接和承压型连接。摩擦型连接只利用被连接构件之间的摩擦力来传递剪力,以摩擦力被克服作为承载能力的极限状态。承压型连接允许被连接构件接触面之间发生相对滑移,其极限状态和普通螺栓连接相同,以螺栓杆被剪坏或孔壁承压破坏作为承载能力的极限状态
摩擦型连接具有连接紧密、剪切变形小、受力良好、可拆换、耐疲劳以及动力荷载作用下不易松动等优点,目前在桥梁、工业与民用建筑结构中得到广泛应用。承压型连接的承载能力比摩擦型的高,可节约螺栓和钢材,但剪切变形大,不得用于直接承受动力荷载的结构高强度螺栓分大六角头型(图25)和扭剪型(图25b)两种。安装时通过特别的扳手,以较大的扭矩上紧螺帽,使螺杆产生很大的预拉力。高强度螺栓一般采用45号钢40B钢和20 MnTiB钢制成,性能等级包括8.8级和10.9级。摩擦型连接的螺栓孔的直径d比螺栓杆的直径d
承压型连接的螺栓孔的直径d比螺栓杆的直径d大1.0~1.5mm。螺栓连接的设计指标见3.2节。
2.2.3紧固件连接
冷弯薄壁型钢结构中经常采用自攻螺钉、钢拉铆钉、射钉等机械式紧固件连接方式(图2-6),主要用于压型钢板之间和压型钢板与冷弯型钢构件之间的连接自攻螺钉有两种类型,一类为一般的自攻螺钉(图2-6a),需先行在被连板件和构件上钻一定大小的孔,再用电动扳手或扭力扳手将其拧入连接板的孔中;一类为自钻自攻螺钉(图26b),无须预先钻孔,可直接用电动扳手自行钻孔和攻入被连板件。拉铆钉(图26c)有铝材和钢材两类,为防止电化学反应,轻钢结构均采用钢制拉铆钉。射钉(图2-6d)由带有锥杆和固定帽的杆身与下部活动帽组成,靠射钉枪的动力将射钉穿过被连板件打入母材基体中。射钉只用于薄板与支承构件(如檩条、墙梁等)的连接

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