第三章连接2.ppt

第三章连接第三章连接2 2按截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝3-3角焊缝的构造与计算n3.3.1角焊缝的形式和强度直角角焊缝斜角角焊缝侧面角焊缝：焊缝长度方向与受力方向平行，主要承受剪应力，其特点为应力分布简单些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。弹模低强度低，但塑性较好正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度要高一些，但塑性差斜焊缝：受力性能和强度介于两者之间角焊缝应力状态a侧面角焊缝b正面角焊缝n3.3.2角焊缝的构造要求有效厚度he=0.7hf为焊缝横截面的内接等腰三角形的最短距离，即不考虑熔深和凸度n3.3.3直角角焊缝强度计算的基本公式当角焊缝的两焊脚边夹角为90时，称为直角角焊缝，即一般所指的角焊缝角焊缝截面直角角焊缝的破坏常发生在喉部角焊缝的有效截面为焊缝有效厚度（喉部尺寸）与计算长度的乘积也即以45方向的最小截面角焊缝有效截面上的应力角焊缝极限强度：（3.1）Q235系数为1.8其他钢种系数为1.73.0与母材公式一致统一公式（3.2）fuw-焊缝金属抗拉强度规范采用折算应力，引入抗力分项系数：（3.3）ffw-角焊缝强度设计值，由抗剪条件确定3ffw-相当于角焊缝抗拉强度设计值计算、过于繁琐不方便设计计算进一步简化：（3.4）合应力f：分应力、：沿焊缝长度方向的分力Nx引起f=（3.5）f、f共同作用计算式：（3.6）或：对直接承受动力荷载结构中的角焊缝，f1.0对正面角焊缝，f=0（3.7）对侧面角焊缝，f=0（3.8）式3.6、3.7、3.8为角焊缝基本计算式适用于任何受力状态v3.3.4.1承受轴心力作用时角焊缝连接计算n3.3.4各种受力状态下直角角焊缝连接的计算只有侧面角焊缝按式（3.8）计算只有正面角焊缝按式（3.7）计算用盖板的对接连接承受轴心力（拉力、压力或剪力）三面围焊：先按式3.7计算正面角焊缝承担的内力N：再由（N-N）计算侧面角焊缝的强度：lw为连接一侧的正面角焊缝计算长度总和lw为连接一侧的侧面角焊缝计算长度总和（3.9）分力法：垂直于焊缝分力：NxNsin平行于焊缝分力：Ny Ncos承受斜向轴心力的角焊缝连接计算（3.10）验算强度（3.6）直接法：将公式（3.10）以及f1.22直接代入验算公式（3.6）中可得：（3.11）承受轴心力的角钢角焊缝计算a两面侧焊b三面围焊cL形围焊腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合三面围焊情况：先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3，正面角焊缝所分担的轴心力N3（3.12）（3.13）（3.14）式中：N1、N2肢背和肢尖侧面角焊缝所分担的轴力e角钢的形心距K1、K2肢背和肢尖焊缝的内力分配系数角钢角焊缝内力分配系数K设计时也可近似取K12/3，K2=1/3两面侧焊情况：N30（3.15）（3.16）（3.17）（3.18）!例例3.2试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B=270mm，厚度t1=28mm，拼接盖板厚度t2=16mm。该连接承受的静态轴心力N=1400kN（设计值），钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型。方法一：先假定焊脚尺寸求得焊缝长度再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸方法二：先假定焊脚尺寸求得焊缝长度再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸设计拼接盖板的对接连接两种方法：Y解：角焊缝的焊脚尺寸hf应根据板件厚度确定：由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度t2=16mm6mm，t2t1，则：取hf10mm，查附表1.2可得角焊缝强度设计值：ffw160N/mm2(1)采用两面侧焊时：连接一侧四条焊缝总长度，按式（3.8）有：一条侧焊缝实际长度：设计时，一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算。拼接盖板尺寸如图所示，则各部分焊缝的承载力分别为：(1)采用菱形拼接盖板时：!例例3.3试确定图中所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力承载力及肢尖焊缝的长度肢尖焊缝的长度。已知角钢212510，与厚度为8mm的节点板连接，其搭接长度为300mm，焊脚尺寸hf=8mm，钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型。Y解：焊缝强度设计值ffw160N/mm2。查表可得K10.70，K20.30；正面角焊缝长度等于相连角钢肢的宽度，即：lw3b125mm，则正面角焊缝所能承受的内力N3为：由式（3.13）知：由式（3.14）计算肢尖焊缝承受的内力N2为：轴力Nx剪力Ny弯距MNxev3.3.4.1承受弯距、轴心力、剪力联合作用的角焊缝连接计算A点应力最大为控制点弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝弯矩M作用下，x方向应力（3.22）剪力作用下，y方向应力轴力N作用下，x方向应力M和N作用下的应力方向相同，可直接叠加，故A点垂直于焊缝长度方向的应力f为（3.6）假设腹板焊缝承受全部剪力，弯矩则由全部焊缝承受弯矩、剪力共同作用下工字梁角焊缝连接计算弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维1处为焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置焊缝翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力，翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件（3.23）腹板焊缝承受弯曲应力和剪应力的联合作用：弯曲应力垂直于焊缝长度方向且沿梁高度呈三角形分布剪应力平行于焊缝长度方向且沿焊缝截面均匀分布设计控制点为翼缘焊缝与腹板焊缝2的交点处腹板焊缝2的端点应按下式验算强度：（3.6）方法二：假设腹板焊缝只承受剪力；翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为一对水平力H=M/h1腹板焊缝2的端点应按下式验算强度：腹板焊缝的强度计算式为：!例例3.4试验算如图所示牛腿与钢柱连接角焊缝强度。钢材为Q235，焊条为E43型，手工焊。荷载设计值N=365kN，偏心距e350mm，焊脚尺寸hf18mm，hf26mm，图b为焊缝有效截面。竖向剪力VF扭距TF（e1+e2）承受扭矩剪力联合作用三面围焊角焊缝计算按弹性理论假定：Y被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而角焊缝本身是弹性的；Y角焊缝群上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r成正比。扭矩T引起的剪应力T最大在A点和A点最大，A点和A点为设计控制点扭距T作用下，A点（或A点）的应力T：T沿x轴和y轴的分应力：（3.25）（3.26）剪力V引起的剪应力V均匀分布剪力V作用下，A点（或A点）的应力Vy：A点垂直于焊缝长度方向的应力f：A点沿焊缝长度方向的应力TxA点合应力满足的强度条件为：（3.27）!例例3.6如图所示钢板长度l1400mm，搭接长度l+x=400mm，钢板厚t12mm，荷载设计值F200kN，荷载至柱边距离e1540mm，钢材为Q235，手工焊，焊条为E43型，试确定焊脚尺寸并验算该焊缝的强度。Y解：焊缝组成的围焊共同承受剪力V=F和扭距T=F（e1+x）的作用，设焊缝尺寸均为hf10mm对接焊缝（buttwelds）的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝（groovewelds）3-4对接焊缝的构造与计算n3.4.1对接焊缝的构造直边缝：适合板厚t10mm单边V形：适合板厚t1020mm双边V形：适合板厚t1020mmU形：适合板厚t20mmK形：适合板厚t20mmX形：适合板厚t20mm变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：2.5的斜面，避免应力集中变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：2.5的斜边，避免应力集中起落弧处易有焊接缺陷，用引弧板，采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算每条焊缝长度应则减去2t（t为较薄焊件厚度）n3.4.1对接焊缝的计算分焊透和部分焊透两种情况v3.4.2.1焊透对接焊缝的计算影响对接焊缝强度的因素：所用钢材的牌号、焊条型号、焊缝质量等级对接焊缝强度：受压、受剪强度与母材强度相等一、二级焊缝抗拉强度与母材相等三级焊缝抗拉强度大约为母材强度的85Y轴心受力的对接焊缝直对接焊缝受轴心力作用计算公式：未加引弧板时lw取实际长度减去2t（3.28）斜对接焊缝受轴心力作用当斜焊缝倾角56.3，即tg1.5时，可认为与母材等强，不用计算!例例3.7 试验算图3.2.6所示钢板的对接焊缝的强度。图中a=540mm,t=22mm，轴心力的设计值为N=2500kN。钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧板Y承受弯距和剪力作用的对接焊缝正应力与剪应力图形分别为三角形与抛物线形分别验算最大正应力、最大剪应力（3.29）（3.30）对于钢板对接焊缝的情况不仅需分别验算最大正应力和剪应力，对腹板与翼缘的交接点处同时受有较大正应力和较大剪应力处，还验算该处折算应力：对于工字形截面梁对接焊缝的情况（3.31）3-5焊接应力和焊接变形n3.5.1焊接应力的分类和产生的原因焊接残余应力（weldingresidualstresses）简称焊接应力：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力纵向焊接应力：沿焊缝长度方向；横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力；沿厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力v3.5.1.1纵向焊接应力焊缝区产生纵向拉应力焊缝稍远区段产生压应力横向焊接应力产生于两个原因最终横向焊接应力为两个原因之间的应力合成v3.5.1.2横向焊接应力厚板焊接需多层施焊纵向、横向和厚度方向形成三向应力，大大降低连接的塑性v3.5.1.3厚度方向焊接应力对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，但刚度降低；由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；降低疲劳强度；降低压杆的稳定性；使构件提前进入弹塑性工作阶段；n3.5.2焊接应力对结构性能的影响n3.5.3焊接变形合理安排焊接位置焊缝尺寸要适当焊缝数量宜少，且不宜过分集中应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉n3.5.4减少焊接应力和焊接变形的措施v3.5.4.1设计上的措施PABCD结束结束