钢结构的连接图片很好学习教案.pptx

钢结构的连接钢结构的连接(linji)图片很好图片很好第一页，共184页。第3.1节 钢结构的连接(linji)方法1. 概述2. 焊缝连接(linji)3. 螺栓连接(linji)4. 铆钉连接(linji)了解钢结构的连接方法(fngf)及特点 本节目录基本要求第1页/共183页第二页，共184页。概述概述(i sh)(i sh) 连接的作用是通过一定方式将板材或型钢(xnggng)组合成构件,或将若干构件组合成整体结构,以保证其共同工作。 钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆钉(modng)连接三种。 焊接连接焊接连接 螺栓连接螺栓连接 铆钉连接铆钉连接 图3.1.1第2页/共183页第三页，共184页。焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接对接焊缝连接角焊缝连接焊缝连接焊缝连接优点：构造简单，任何形式(xngsh)的构件都可直接相连； 用料经济，不削弱截面； 制作加工方便，可实现自动化操作； 连接的密闭性好，结构刚度大。第3页/共183页第四页，共184页。缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材(gngci)局部材质变脆； 焊接残余应力和残余变形降低受压构件承载力； 对裂纹敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到 整体，低温冷脆问题较为突出。螺栓螺栓(lushun)(lushun)连接连接普通螺栓连接高强度螺栓连接螺栓连接螺栓连接粗制螺栓 C级精制螺栓 A、B级摩擦型高强度螺栓承压型高强度螺栓第4页/共183页第五页，共184页。 铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合,常用加热铆合，也可在常温下铆合。 铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受(chngshu)动力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受(chngshu)动力荷载的结构。 但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很少采用。铆钉铆钉(modng)(modng)连接连接图3.1.2第5页/共183页第六页，共184页。图铆钉(modng)连接第6页/共183页第七页，共184页。第3.2节 焊接方法和焊缝(hn fn)连接形式1. 钢结构常用焊接方法2. 焊缝连接形式(xngsh)及焊缝形式(xngsh)3. 焊缝缺陷及焊缝质量检验了解焊缝连接类型(lixng)、焊接方法及质量要求等 本节目录基本要求第7页/共183页第八页，共184页。1、手工(shugng)电弧焊钢结构常用钢结构常用(chn yn)(chn yn)焊接方法焊接方法（1）原理：利用(lyng)电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。 焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气保护气体体焊件焊件电弧图3.2.1 手工电弧焊第8页/共183页第九页，共184页。（4）焊条(hntio)的表示方法：E后面加4个数字E表示(biosh)焊条(Electrode)前两位数字为熔融(rngrng)金属的最小抗拉强度（N/mm2)后两位数字表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。（2）优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。（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与技术水平，质量波动大。 第9页/共183页第十页，共184页。（5）焊条(hntio)的选择 焊条应与焊件钢材(gngci)相适应；不同钢种的钢材(gngci)焊接，宜采用与低强度钢材(gngci)相适应的焊条。如：Q390、Q420钢钢E55型焊条型焊条(hntio)(E5500-5518)Q345钢钢E50型焊条型焊条(E5000-5048)Q235钢E43型焊条（E4300-E4328)2、埋弧焊（自动或半自动）（1）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。第10页/共183页第十一页，共184页。图3.2.2 埋弧自动电弧焊焊丝焊丝转盘转盘送丝器送丝器悍剂漏斗悍剂漏斗悍剂悍剂悍件悍件熔渣熔渣悍缝金属悍缝金属 （2）优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低；电弧热量集中(jzhng)，熔深大，热影响区小；工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。第11页/共183页第十二页，共184页。 （3）缺点：装配(zhungpi)精度要求高，设备投资大，施工位置受限等。 （4）焊丝的选择(xunz)：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配，如：Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn等。3、气体(qt)保护焊 气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护介质，在电弧周围造成局部的保护层，使被熔化的钢材不与空气接触。其优点：电弧加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。焊接效率高，适用于全位置的焊接。 第12页/共183页第十三页，共184页。1、焊缝连接(linji)形式焊缝连接焊缝连接(linji)(linji)形式及焊缝形式形式及焊缝形式按被连接钢材的相互位置(wi zhi)，可分为：（1）对接连接有拼接盖板的对接连接第13页/共183页第十四页，共184页。（2）搭接连接（3）T形连接（4）角部连接第14页/共183页第十五页，共184页。（5）焊钉连接N（6）槽焊连接N第15页/共183页第十六页，共184页。2、焊缝(hn fn)形式（1 1）正交平行(pngxng)斜交(xi jio)对接焊缝角焊缝正对接焊缝斜对接焊缝按受力方向正面角焊缝侧面角焊缝斜焊缝正交斜交第16页/共183页第十七页，共184页。（2）角焊缝沿长度方向(fngxing)的布置分为：连续角焊缝：受力性能(xngnng)较好，为主要的角焊缝形式。断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，用于次要(cyo)构件或受力小的连接。长度b10hf或50mm 受压时,间断距离l15t;受拉时l30t，其中hf为角焊缝的焊脚尺寸，t为较薄焊件的厚度。b bl l间隔角焊缝间隔角焊缝连续角焊缝连续角焊缝第17页/共183页第十八页，共184页。（3）角焊缝(hn fn)按施焊位置分为：船形位置焊（平焊）立立焊焊立立焊焊仰焊仰焊仰焊仰焊仰焊仰焊横焊横焊横焊横焊横焊横焊平焊平焊图3.2.3第18页/共183页第十九页，共184页。1、焊缝(hn fn)缺陷焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)缺陷及焊缝缺陷及焊缝(hn fn)(hn fn)质量检验质量检验 焊缝缺陷是指焊接过程(guchng)中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。 第19页/共183页第二十页，共184页。图3.2.4 焊缝缺陷裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔夹渣咬边未熔合未焊透第20页/共183页第二十一页，共184页。2、焊缝(hn fn)质量检验 外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸； 内部无损(w sn)检验：检验内部缺陷。（超声波检验、X射线或射线透照或拍片）3、焊缝质量等级(dngj)及选用 钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准； （1）焊缝质量等级第21页/共183页第二十二页，共184页。 一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求(yoqi)一定数量的超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求(yoqi)。 钢结构设计规范(GB500172003)中，对焊缝质量等级的选用(xunyng)有如下规定： 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向(fngxing)的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。平行于作用力方向(fngxing)的纵向对接焊缝应为二级。 （2）焊缝等级选用第22页/共183页第二十三页，共184页。 在不需要进行(jnxng)疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 重级工作制和起重量500kN的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及(yj)吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。 角焊缝质量等级一般为三级，直接(zhji)承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量500kN的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。第23页/共183页第二十四页，共184页。 （3）焊缝(hn fn)符号标注方法相同焊缝安装焊缝双面焊缝单面焊缝三角围焊塞焊缝对接焊缝角焊缝形式hfO Ohfhfacv90或135或6mm时，hf,maxt-(12)mm当 t6mm时，hf,maxt hftt1t1ttt1hf贴边焊缝第36页/共183页第三十七页，共184页。（2）最小焊脚尺寸(ch cun) 为了避免在焊缝(hn fn)金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂， hf,min 应满足以下要求: ,min1.5fht式中: t较厚焊件厚度(hud)另外：对埋弧自动焊hf,min可减小1mm; 对T形连接单面角焊缝hf,min应增加1mm; 当t4mm时, hf,min=t 取整mm数，小数点以后只进不舍。hftt1t1t第37页/共183页第三十八页，共184页。 （3）设计(shj)焊角尺寸hf 应满足 （1）侧面(cmin)角焊缝的最大计算长度,min,maxfffhhh2 2、焊缝、焊缝(hn fn)(hn fn)计算长度的构造计算长度的构造要求要求 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发展，最终导致焊缝破坏。第38页/共183页第三十九页，共184页。 当实际长度大于以上(yshng)限值时，计算时超出部分不予考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，lw不受此限制.fwhl60 故侧面(cmin)焊缝计算长度： （2）侧面(cmin)角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起灭弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力集中也越严重，故根据经验，规定正面角焊缝和侧面角焊缝的计算长度：840wflhmm且第39页/共183页第四十页，共184页。（3）侧面(cmin)角焊缝的计算长度当板件端部仅采用两条侧面(cmin)角焊缝连接时：max,wwmin,wlll3、搭接(d ji)连接的构造要求NNlw2hf2hfNNl2l1b钢板拱曲图3.3.6 第40页/共183页第四十一页，共184页。 试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关。当b / lw1时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应力传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止(fngzh)连接强度过分降低，规范规定： b / lw 1 为避免(bmin)因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求： b16t（t 12mm）或190mm（t12mm） 式中：b为两侧(lin c)焊缝的距离； lw为侧焊缝计算长度； t为较薄焊件的厚度。第41页/共183页第四十二页，共184页。 在搭接连接中，搭接长度(chngd)不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。 当焊缝端部在焊件转角(zhunjio)处时，应将焊缝延续绕过转角(zhunjio)加焊2hf。避开起落弧发生在转角(zhunjio)处的应力集中。1525mmt且t1t2 （t1t2）图3.3.7 2hf2hf2hf焊缝绕角焊缝绕角2hf图3.3.8第42页/共183页第四十三页，共184页。直角角焊缝强度计算直角角焊缝强度计算(j sun)(j sun)的基本的基本公式公式 分析计算直角角焊缝(hn fn)时，作如下假定和简化处理: 假定角焊缝(hn fn)破坏面与直角边的夹角为45； 不计焊缝熔入焊件的深度和焊缝表面的弧线高度，偏安全地取破坏面上(min shn)等腰三角形的高为直角角焊缝的有效厚度he，he0.7hf。 1、基本假定he焊脚尺寸焊脚尺寸hf焊根焊根e熔深熔深h1焊缝厚度焊缝厚度h有效厚度有效厚度he凸度凸度h2焊趾焊趾d图3.3.9 第43页/共183页第四十四页，共184页。 有效厚度he与焊缝计算长度lw的乘积(chngj)称为破坏面的有效截面面积。计算时假定有效截面上应力均匀分布。 2、有效截面(jimin)上的应力状态在外力作用下，直角角焊缝有效截面在外力作用下，直角角焊缝有效截面(jimin)(jimin)上有三个应力：上有三个应力： 正应力正应力 垂直于焊缝有效截面（面外垂直）垂直于焊缝有效截面（面外垂直） 剪应力剪应力平行于焊缝长度方向（面内平行）平行于焊缝长度方向（面内平行） 剪应力剪应力垂直于焊缝长度方向（面内垂直）垂直于焊缝长度方向（面内垂直） 图3.3.10 第44页/共183页第四十五页，共184页。 3、破坏(phui)时的极限条件 国际标准化组织(ISO)推荐(tujin)用式(3-1)确定角焊缝的极限强度:222wu1.8()(3 1)f式中： fuw -焊缝(hn fn)金属的抗拉强度222wu3()(32)f 出于偏于安全考虑,且与母材的能量强度理论的折算应力公式一致，欧洲钢结构协会(ECCS)，将(3-1)的1.8改为3即：第45页/共183页第四十六页，共184页。222w11f333 3f（） 我国规范(gufn)采用了以上折算应力公式，但由于我国规范(gufn)给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的，故引入抗力分项系数后上式又可表达为 以下图为例，推导直角角焊缝(hn fn)强度计算的实用公式。 4、直角(zhjio)角焊缝的强度计算公式ffw角焊缝强度设计值第46页/共183页第四十七页，共184页。 f 对于(duy)有效截面既不是正应力也不是剪应力，但可分解为 和 。Nyf f+ + Nx NxNy 破坏截面图3.3.11 第47页/共183页第四十八页，共184页。 在Nx作用下，在有效截面内产生(chnshng)与焊缝长度方向平行的剪应力为： 在Ny作用下,产生与有效截面(jimin)成45交角的平均应力为 可将f 分解(fnji)为 和 ，如下2f（3-6）（3-4）（3-5）第48页/共183页第四十九页，共184页。 将式（3-4）和式（3-6）代入式（3-3），得wfffff3232222 ：得 1.22整理上式，并令 23f 22(37)fwffff上式即为规范给定的直角角焊缝强度计算通用(tngyng)公式。f 正面角焊缝(hn fn)的强度设计值增大系数。静载时 f 1.22，对直接承受动载的结构， f 1.0 。 第49页/共183页第五十页，共184页。对正面角焊缝，对正面角焊缝， f f0 0，力，力NyNy与焊缝长度方向与焊缝长度方向(fngxing)(fngxing)垂直，则垂直，则对侧面角焊缝对侧面角焊缝 ，f f0 0，力，力NxNx与焊缝长度方向与焊缝长度方向(fngxing)(fngxing)平行，平行，则则 wfffe wNfh l（3-8）wffe wVfh l（3-9）式中：he=0.7hf； lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际(shj)长度减去2hf。第50页/共183页第五十一页，共184页。各种受力状态各种受力状态(zhungti)(zhungti)下直角角焊缝连接的计算下直角角焊缝连接的计算 1、轴心力作用时角焊缝(hn fn)的计算 （1）承受(chngshu)斜向轴心力的T形角焊缝连接 方法一：分力法求解 将力N分解为垂直于焊缝和平行于焊缝的分力：Nx=Nsin ，Ny=Ncos 计算应力：sin(310)fweNl hNxNyN2wl2wlffN图3.3.12 第51页/共183页第五十二页，共184页。cos(311)fweNl h代入式3-7验算焊缝(hn fn)强度，即:22(3 12)fwffff方法(fngf)二：直接法求解将式3-10和式3-11代入式3-12，可得:第52页/共183页第五十三页，共184页。22wfe wfsincosNfh l32f将 代入上式，得222wfe we w2sinsincos133NNfh lh l（3-133-13）wffe wNfh l则受斜向轴心则受斜向轴心(zhu xn)(zhu xn)力角焊缝的计算公力角焊缝的计算公式为：式为：令：令：3sin112f为斜焊缝强度增大系数。第53页/共183页第五十四页，共184页。1.221.201.141.121.081.041.021.00 f 907060504030200查查 f 表表 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心(zhngxn)，焊缝的应力可认为是均匀分布的。 盖板对接连接可采用两侧侧面角焊缝连接，正面角焊缝连接和三面围焊连接。 （2）轴心力作用下的盖板对接(du ji)连接第54页/共183页第五十五页，共184页。仅采用侧面(cmin)角焊缝连接wfwefflhN lw连接(linji)一侧的侧面角焊缝计算长度的总和。4wffe wNfh l图中图中NNlw图3.3.13 第55页/共183页第五十六页，共184页。采用三面围焊连接(linji)（矩形盖板）wffweNfl hwffweNNfl h先计算正面(zhngmin)角焊缝承担的内力lw连接(linji)一侧的正面角焊缝计算长度的总和。再计算侧面角焊缝的强度 lw连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和NNlwlw图3.3.14 第56页/共183页第五十七页，共184页。采用三面围焊连接(linji)（菱形盖板）wffe wNfh l312244wffewwefewNfhll hhlNNlw1lw3lw2图图3.3.15f 正面角焊缝的强度设计值增大(zn d)系数。f 为斜焊缝强度增大(zn d)系数。第57页/共183页第五十八页，共184页。 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊。腹杆受轴心力作用(zuyng)，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用(zuyng)线应与角钢杆件的轴线重合。 （3）承受轴心力的角钢(jiogng)角焊缝连接 如左图钢桁架节点，弦杆和腹杆采用双角钢组成的T形截面，腹杆通过(tnggu)节点板与弦杆连接。6-1106-11010-15010-1506-1106-11010-15010-1508 8170170190190130130120120285 25285 25图图3.3.16第58页/共183页第五十九页，共184页。仅用侧面(cmin)焊缝连接NNN2112-N eNb e解上式，得解上式，得由力及力矩由力及力矩(l j)(l j)平衡得：平衡得：（3-143-14）11beNNk Nb肢背焊缝xxlw1lw2NN1N2cb图图3.3.17第59页/共183页第六十页，共184页。肢尖焊缝22eNNk Nb（3-153-15）k1角钢肢背焊缝的内力分配系数，近似去角钢肢背焊缝的内力分配系数，近似去2/32/3；k2角钢肢尖焊缝的内力分配系数，近似去角钢肢尖焊缝的内力分配系数，近似去1/3 1/3 。式中： 在在N1N1、N2N2作用作用(zuyng)(zuyng)下，肢背、肢尖焊缝的计算下，肢背、肢尖焊缝的计算长度为：长度为：（3-163-16）1w1wf1f20.7Nlh f2w2wf 2f20.7Nlhf（3-173-17）hf1肢背焊缝的焊角尺寸；肢背焊缝的焊角尺寸；hf2肢尖焊缝的焊角尺寸。肢尖焊缝的焊角尺寸。式中：第60页/共183页第六十一页，共184页。角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数 0.350.65不等边角钢（长边相连）0.250.75不等边角钢（短边相连）0.30.7等边角钢肢尖 k2肢背 k1内力分配系数 截面及连接情况第61页/共183页第六十二页，共184页。采用(ciyng)三面围焊 设计设计(shj)(shj)时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3 hf3 ，并求出，并求出它所分担的内力它所分担的内力N3 N3 ：wfff337 . 02fbhN（3-183-18）通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担(fndn)(fndn)的内力为的内力为: :xxlw1lw2NN1N2cbN3图图3.3.18第62页/共183页第六十三页，共184页。 利用利用(lyng)(lyng)式式3-163-16和和3-173-17可得肢背、肢尖焊缝的计算长度。可得肢背、肢尖焊缝的计算长度。11312Nk NN肢背焊缝（3-193-19）22312Nk NN肢尖焊缝（3-203-20）采用(ciyng)L形围焊xxlw1NN1cbN3图图3.3.19第63页/共183页第六十四页，共184页。 令令N20，由式，由式3-20，得：，得：L形围焊角焊缝形围焊角焊缝(hn fn)计算公式为：计算公式为：（3-223-22）13NNN若求出得hf3大于hfmax ,则不能采用(ciyng)L形围焊322Nk N（3-213-21）由水平平衡由水平平衡(pnghng)(pnghng)关系，得：关系，得：1w1wf1f3f 3wffw320.720.7Nlh fNhfl（3-233-23）（3-243-24）w3f 3lbh 未采用绕角焊时采用绕角焊时采用绕角焊时w3lb第64页/共183页第六十五页，共184页。 2、受弯矩M 、轴力N 、剪力V联合作用的角焊缝(hn fn)计算 （1）偏心(pinxn)斜拉力作用 在偏心斜拉力作用下，角焊缝可看作在偏心斜拉力作用下，角焊缝可看作(kn zu)(kn zu)同时承受轴同时承受轴心力心力NxNx、剪力、剪力NyNy和弯矩和弯矩M=NxeM=Nxe的共同作用。的共同作用。 有效截面有效截面helwAM=NM=Nx xe eN Nx xA AN NN Ny ye eA由由N Nx x由由N Ny yA由由M M图图3.3.20第65页/共183页第六十六页，共184页。xxNee w2NNAh l由轴心拉力(ll)Nx产生的应力：由弯矩M产生(chnshng)的最大应力：M2ee w62MMWh lxfA2e we w622NMh lh l因A点应力(yngl)为最大，所以是设计控制点。对A点： A点由轴心拉力Nx和弯矩M产生的应力方向相同，直接叠加得：其中：其中：第66页/共183页第六十七页，共184页。A点由剪力Ny产生(chnshng)的应力：yyfAee w2NNAh l22wfAfAfff则角焊缝(hn fn)强度计算公式为：第67页/共183页第六十八页，共184页。 （2）V、M共同作用下角焊缝(hn fn)强度计算。对于工字钢（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝(hn fn)连接。假设(jish)：腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩由全部焊缝承受对于翼缘最外纤维1点处：w1f1ffw2hMfIf2f1MV1腹板焊缝f1 12翼缘焊缝xxh1h2图图3.3.21第68页/共183页第六十九页，共184页。式中:Iw全部焊缝有效(yuxio)截面对中性轴的惯性矩； h1上、下翼缘焊缝有效(yuxio)截面最外纤维间的距离。对翼缘与腹板焊缝(hn fn)交点2处：2f2w2hMIf2e2 w2Vh l（）h2 腹板焊缝的实际长度；lw2腹板焊缝的计算长度；he2腹板焊缝有效截面高度；式中：e2 w2h l（）腹板焊缝有效截面面积之和。第69页/共183页第七十页，共184页。则腹板焊缝(hn fn)在2点的强度验算式为：22wf2f2fff 工字梁与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，此时弯矩M化为一对(y du)水平力H=M/h。则：wfffe1 w1Hfh l翼缘焊缝的强度计算式：腹板焊缝的强度计算式：wffe2 w22Hfh lV V第70页/共183页第七十一页，共184页。 （3）承受扭矩与剪力联合作用(zuyng)的角焊缝计算搭接(d ji)扭矩顶接弯矩注意区分(qfn)偏心受力时：VyVy O Or rr rT Tx xx xTxTxTyTyA Ay yy yA Ar r1 1r ry y0.7h0.7hf f0.7h0.7hf fx xx xl lt tx x0 0y yy yl l2 2e e1 1e e2 2A AV VT TA Ar rr rT T图图3.3.22第71页/共183页第七十二页，共184页。将F向焊缝(hn fn)群形心简化得: 剪力：V=F 扭矩：T=F(e1+e2)计算时按弹性理论假定: 被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。 扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度(chngd)r成正比。 在轴心力V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。经过分析，可知(k zh)：A点和A点为该连接的设计控制点TPxyT rT rIIIT作用下A点应力:第72页/共183页第七十三页，共184页。将其沿x轴和y轴分解(fnji):sincosyyTxTPPxxTyTPPrT rT rIrIrT rT rIrI Ip为焊缝计算(j sun)截面对形心的极惯性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy焊缝计算(j sun)截面对x、y轴的惯性矩； rx，ry为焊缝形心到焊缝验算点A的距离在x、y方向的投影长度。剪力V作用下，A点应力:Vye wVh l第73页/共183页第七十四页，共184页。 A点垂直于焊缝(hn fn)长度方向的应力为: f=Ty+Vy ，平行于焊缝(hn fn)长度方向的应力为: f =Tx则A点强度(qingd)验算公式：wfffff 22 即：22TyVywTxfff第74页/共183页第七十五页，共184页。 应该指出在上述计算方法中，假定竖向力产生的应力v为平均分布是为了简化计算。实际上，在图所示竖向力作用下的轴心受剪，其中水平焊缝为正面焊缝，而竖直焊缝为侧面焊缝，两者单位长度分担的应力是不同的，前者较大，后者较小。显然，假设轴心剪力产生的应力为平均分布，与前面基本公式推导中考虑焊缝方向的思路不符。同样，在确定形心位置以及计算扭矩产生的应力时，也没有考虑焊缝方向，而只在最后验算(yn sun)式中引进了正面角焊缝的强度增大系数f，所以上面的计算方法具有一定的近似性。第75页/共183页第七十六页，共184页。斜角角焊缝斜角角焊缝(hn fn)(hn fn)的计算的计算 斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T形接头，计算时采用与直角角焊缝相同的公式。对斜角角焊缝不论其有效截面上的应力(yngl)情况如何，均不考虑焊缝的方向，一律取f=1.0。第76页/共183页第七十七页，共184页。第3.4节 对接焊缝(hn fn)的构造与计算1. 对接焊缝(hn fn)的构造2. 对接焊缝(hn fn)的计算掌握对接焊缝(hn fn)构造和计算方法本节目录基本要求第77页/共183页第七十八页，共184页。对接焊缝对接焊缝(hn fn)(hn fn)的构造的构造 (1)对接手工焊，焊件厚度(hud)t6mm；对埋弧焊t10mm时，可不做坡口，采用直边缝。 1、对接(du ji)焊缝的坡口形式 对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。 C=0.52mm直边缝第78页/共183页第七十九页，共184页。 (2)当焊件厚度(hud)t=720mm时，宜采用单边V形或双边V形坡口。 (3) 当t20mm时，宜采用(ciyng)U形、K形、X形坡口。U形坡口C=34mmpC=34mmpK形坡口C=23mm单边V形坡口C=23mm双边V形坡口p第79页/共183页第八十页，共184页。2、对接(du ji)焊缝的优缺点 优点：用料经济(jngj)、力线不弯折、传力均匀、无明显的 应力集中，利于承受动力荷载。缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。 3、对接焊缝的构造(guzo)处理 （1）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。引弧板和引出板引弧板和引出板引弧板引出板C=34mmpX形坡口第80页/共183页第八十一页，共184页。 （2）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1:2.5的斜角，以平缓过度，减小应力集中。对于直接受动力荷载且需要(xyo)进行疲劳计算的结构，斜角坡度应不大于1:4。改变宽度1:2.51:2.5改变厚度1:2.5对接对接(du ji)(du ji)焊缝的计算焊缝的计算 对接焊缝(hn fn)分为：焊透和部分焊透两种，后面不做特殊说明，均指焊透的对接焊缝(hn fn)。第81页/共183页第八十二页，共184页。 对接焊缝(hn fn)可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。1、轴心(zhu xn)受力的对接焊缝wwtcwNffl t或lw焊缝计算长度，无引弧板和引出板时，焊缝计算长度取实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。t连接件的较小厚度，对T形接头(ji tu)为腹板的厚度 。 ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。t ta aN NN NN NN N图图3.4.1第82页/共183页第八十三页，共184页。 （2）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况(qngkung)： 没有引弧板时需要计算； 受拉情况(qngkung)下的三级焊缝。 其余(qy)：wtffwcffwvvff （1）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。 受拉三级对接焊缝以5N/mm2倍数取整0.85wtff说明(shumng)： （3）当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接，如下：第83页/共183页第八十四页，共184页。wcwtsinfftlNw或wvwftlNcos lw lw斜焊缝计算长度。设引弧板时，斜焊缝计算长度。设引弧板时，lwlwa/sina/sin；不设引弧板时，不设引弧板时，lwlwa/sina/sin2t2t。 fvw fvw对接焊缝抗剪设计对接焊缝抗剪设计(shj)(shj)强度。强度。 经计算，当tg1.5时，对接(du ji)斜焊缝强度不低于母材，可不用检算。t ta aN NN NN NN N图图3.4.2第84页/共183页第八十五页，共184页。2、承受(chngshu)弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 焊缝内应力分布(fnb)同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布(fnb)分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件： wVwwwmax23ftlVtIVSwmaxt2w6wMMfWl t（1）板件间对接(du ji)连接lwtMVVMlwt图图3.4.3第85页/共183页第八十六页，共184页。M 焊缝焊缝(hn fn)承受的设计承受的设计弯矩；弯矩；Ww焊缝焊缝(hn fn)计算截面模计算截面模量。量。 V 焊缝承受的设计焊缝承受的设计(shj)剪力；剪力； Iw 焊缝计算截面惯性矩；焊缝计算截面惯性矩；Sw 计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对 中和轴的面积矩。中和轴的面积矩。（2）工字形截面(jimin)梁对接连接计算 对于工字形截面梁的对接接头，除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力：maxwtwMfWmaxmaxwVwVSfI t第86页/共183页第八十七页，共184页。式中： 1、1为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。 1.1考虑到最大折算应力只在局部出现，故将强度(qingd)设计值适当提高。 计算截面翼缘与腹板交接处1max1maxMMVV图图3.4.4wt21211 . 13f第87页/共183页第八十八页，共184页。3、承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接(du ji)焊缝 轴力和弯矩作用(zuyng)下对接焊缝产生正应力，剪力作用(zuyng)下产生剪应力，其计算公式为：maxmaxwNMtwwNMfAW，1max1max柱牛腿NV1焊缝计算截面max由由M=VeM=Vee e由由N N由由V Vh0ht t图图3.4.5第88页/共183页第八十九页，共184页。maxmaxwVwVSfI t22NM1131.1wtf（+）腹板与翼缘交界处的折算(sh sun)应力:tIVSw11hhWM0wM1式中 焊透的对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少(jinsho)，焊缝强度要否折减外，其计算方法与母材的强度计算完全相同。 第89页/共183页第九十页，共184页。第3.5节 焊接应力(yngl)和焊接变形1. 焊接应力的分类和产生的原因2. 焊接应力对结构工作性能的影响3. 焊接变形(bin xng)4. 减小焊接应力和焊接变形(bin xng)的措施1.了解焊接应力产生的主要原因、分类以及对结构 性能影响2.了解减小焊接残余(cny)应力和焊接残余(cny)变形的措施本节目录基本要求第90页/共183页第九十一页，共184页。焊接应力焊接应力(yngl)(yngl)的分类和产生的原因的分类和产生的原因1.焊接残余(cny)应力的分类 纵向焊接残余应力沿焊缝长度(chngd)方向 横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力。 厚度方向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。 钢结构中的焊接过程是一个不均匀加热和冷却过程，由于不均匀的温度场，使主体金属的膨胀和收缩不均匀。导致在主体金属内部产生内应力，通常称这种内应力为焊接应力。第91页/共183页第九十二页，共184页。2.焊接残余(cny)应力产生的原因（1）纵向(zn xin)焊接残余应力施焊时焊缝及附近的温度场800800o oC C500500o oC C300300o oC C纵向焊接残余应力300300o oC C500500o oC C800800o oC C6 64 42 20 08cm8cm6 62 24 48cm8cm图图3.5.1第92页/共183页第九十三页，共184页。焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程。在施焊时，焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度可高达焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度可高达16001600C C，而邻近而邻近(ln jn)(ln jn)区域温度骤降。区域温度骤降。温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区材限制，产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到周围钢材的限制而产生残余拉应力。趋向收缩，但受到周围钢材的限制而产生残余拉应力。焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生残余压应力。这必然在焊缝稍远区产生残余压应力。对于低碳钢和低合金钢，这种拉应力可以达到钢材的屈对于低碳钢和低合金钢，这种拉应力可以达到钢材的屈服强度。服强度。第93页/共183页第九十四页，共184页。 焊缝的纵向收缩：使焊件有反向弯曲变形的趋势，而实际(shj)又不能分开，于是导致两焊件在焊缝处中间产生横向拉应力，两端则产生压应力； 由以下两部分由以下两部分(b fen)(b fen)收缩收缩力所引起力所引起（2）横向(hn xin)焊接残余应力 施焊先后约束影响：焊接时先焊焊缝已凝固，会阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生横向压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生横向拉应力。第94页/共183页第九十五页，共184页。（3）沿厚度(hud)方向的焊接残余应力x xy yz z图图3.5.3焊缝的纵向收缩施焊先后约束影响