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第一节钢结构的连接方法连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合成整体结构，以保证其共同工作。连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材。连接方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。第1页/共81页焊焊接接连连接接:在在被被连连接接金金属属件件之之间间的的缝缝隙隙区区域域，通通过过高高温温使使被被连连接接金金属属与与填填充充金金属属熔熔融融结结合合，冷冷却却后后形形成成牢牢固固连连接接的的工工艺艺过过程程称称为为焊焊接接连连接接,填填充充金金属属带带称称为为焊焊缝。缝。优点：任何形式的构件都可直接相连，构造简单，制作加工方便；不削弱截面，用料经济；连接的密闭性好，结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构质量。缺点：在热影响区内，金相组织发生改变，局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，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。第2页/共81页常用焊接方法：通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、埋弧焊(自动或半自动焊)以及气体保护焊等。手工电弧焊：通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产生可达3000的高温电弧，电弧周围的金属被熔为液态，形成熔池，同时焊条中的焊丝熔化而滴入熔池，与焊件的熔融金属结合，冷却后形成焊缝，而焊条上的药皮在焊接过程中产生气体以保护电弧和熔化的金属，并形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔融金属接触而形成易脆物质。焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧第3页/共81页焊条选用原则：所用焊条应与焊件钢材(或称主体金属)相适应，依据等强度原则：焊条型号：E表示焊条；第 一、二 位 数 字 为 熔 敷 金 属 的 最 小 抗 拉 强 度(kgf/mm2)；第三、四位数字表示适用焊接位置、电流种类以及药皮类型等。Q235钢钢 E43型焊条型焊条(E4300E4328)；Q345钢钢 E50型焊条型焊条(E5001E5048)；Q390钢钢Q420钢钢 E55型焊条型焊条(E5500E5518)。不同钢种相焊接时，宜采用不同钢种相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应与低强度钢材相适应的焊条。的焊条。第4页/共81页埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。自动电弧焊焊丝送进和电弧按焊接方向的移动有专门机构控制完成。半自动电弧焊焊丝送进有专门机构，而电弧按焊接方向的移动靠人手工操作完成。优点电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，生产率高。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。同时，高焊速也减小了热影响区的范围。缺点对焊件边缘的装配精度(如间隙)要求比手工焊高。第5页/共81页气体保护焊：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。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中的稳定性。优点气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。缺点不适用于在风较大的地方施焊。第6页/共81页铆铆钉钉连连接接：通通过过铆铆钉钉穿穿过过需需连连接接件件而而将将连连接接件件连连接接的的办法。办法。优点塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，对主体金属的材质质量要求低。缺点削弱截面，费钢费工，要求技工技术水平高，劳动条件差。第7页/共81页螺螺栓栓连连接接：在被连接件上钻孔，装上螺杆、拧紧螺帽进行连接，通过螺杆或连接件间的摩擦承受荷载，有普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。N第8页/共81页普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓分为普通螺栓分为A、B、C三级。三级。A与与B级为精制螺栓，级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。级为粗制螺栓。A级和级和BC螺栓等级含义螺栓等级含义 a.ba.ba:表示螺栓成品的抗拉强度不小于表示螺栓成品的抗拉强度不小于a100N/mm2；b:表示螺栓成品的屈强比（屈服强度表示螺栓成品的屈强比（屈服强度/抗拉强度）。抗拉强度）。4.6：抗拉强度不小于：抗拉强度不小于400N/mm2；屈强比为；屈强比为0.6。第9页/共81页精制螺栓精制螺栓：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。优点：精度较高，受剪性能好。优点：精度较高，受剪性能好。缺缺点点：制制作作和和安安装装复复杂杂，价价格格较较高高，少少在在钢钢结结构构中中采采用。用。粗制螺栓：由未经加工的圆钢压制而成。特点：螺栓表面粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔(II类孔)，螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.53mm。特点：螺杆与螺孔间有较大的间隙，受剪力作用时，将会产生较大的剪切滑移，连接的变形大。优点：安装方便，且能有效地传递拉力，可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。第10页/共81页高强度螺栓连接高强度螺栓连接两种类型：两种类型：摩摩擦擦型型连连接接：依依靠靠钢钢材材板板间间摩摩擦擦阻阻力力传传力力，并并以以剪剪力力不超过接触面摩擦力作为设计准则；不超过接触面摩擦力作为设计准则；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；适用范围：承受动力荷载的部位。适用范围：承受动力荷载的部位。承压型连接：承压型连接：允许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏允许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏的极限承载力作为设计准则。的极限承载力作为设计准则。优点：承载力高、连接紧凑、剪切变形大优点：承载力高、连接紧凑、剪切变形大适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。螺栓：性能等级为8.8级、10.9级。摩擦型孔径比螺栓公称直径大1.5-2.0mm；承压型孔径比螺栓公称直径大1.0-1.5mm。为什么要求为什么要求不一致？不一致？第11页/共81页焊件的连接形式：焊接件之间的相对关系第二节焊缝连接搭接搭接对接对接T型连接型连接角角接接第12页/共81页对接连接：主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。优点：传力均匀平缓，没有明显应力集中，用料经济；缺点：焊件边缘需要加工（坡口，V形），被连接两板的间隙有严格的要求。搭接连接：适用于不同厚度构件的连接。优点：构造简单，施工方便；缺点：传力不均匀，易产生弯矩，材料较费；T形连接：常用于制作组合截面。优点：省工省料；缺点：焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重。角部连接：主要用于制作箱形截面。第13页/共81页焊缝形焊缝形式式正对接焊缝正对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝1 1、按焊缝与受力方向的相对位置、按焊缝与受力方向的相对位置第14页/共81页按按受受力力方方向向划划分分正正对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝垂直垂直于力于力线线对接焊缝对接焊缝斜斜对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝倾斜倾斜于力于力线线正面正面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝垂直垂直于力于力线线 角焊缝角焊缝侧面侧面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝平行平行于力线于力线斜斜角焊缝角焊缝:焊缝焊缝倾斜倾斜于力于力线线第15页/共81页2 2、按施焊的位置平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊平焊(又称俯焊又称俯焊)施焊方便。施焊方便。立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。仰仰焊焊的的操操作作条条件件最最差差，焊焊缝缝质质量量不不易易保保证证，因因此此应应尽尽量量避免采用仰焊。避免采用仰焊。第16页/共81页第17页/共81页第18页/共81页焊缝缺陷焊缝缺陷：焊接过程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：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透第19页/共81页焊缝质量检验 缺缺陷陷削削弱弱焊焊缝缝受受力力面面积积，导导致致焊焊缝缝处处应应力力集集中中，对对连连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。外观检查外观检查 检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内内部部无无损损检检验验 检检查查内内部部缺缺陷陷，采采用用超超声声波波检检验验、磁磁粉、荧光检验、粉、荧光检验、X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。钢钢结结构构工工程程施施工工质质量量验验收收规规范范规规定定焊焊缝缝按按其其检检验验方法和质量要求分为一、二、三级。方法和质量要求分为一、二、三级。三三级级焊焊缝缝：只只要要求求对对全全部部焊焊缝缝作作外外观观检检查查且且符符合合三三级级质量标准；质量标准；一一级级、二二级级焊焊缝缝：外外观观检检查查及及一一定定数数量量的的超超声声波波检检验验并符合相应级别的质量标准。并符合相应级别的质量标准。第20页/共81页 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：质量等级的选用有如下规定：(1)需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。焊缝质量等级及选焊缝质量等级及选用用(2)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的在不需要进行疲劳计算的构件中，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。受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。(3)重级工作制和起重量重级工作制和起重量 的中级工作制吊车梁的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的腹板与上翼缘板之间以及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，不应低于二级。的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。(4)角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。焊缝的外观质量应符合二级。第21页/共81页焊缝代号图例 焊缝符号表示法规定：焊缝代号由基本符号、指引线、补充符号和焊缝尺寸hf。基本符号：表示焊缝的截面形状，如表示角焊缝；V表示V形坡口对接焊缝；指引线：由横线和带箭头的斜线组成。箭头指到相应焊缝处，横线的上面和下面用来标注图形符号和焊缝尺寸。补充符号：表示焊缝的有关特征，如用表示三面围焊，用表示现场安装焊缝。h hf f标标注注方方法法相同焊相同焊缝缝安装焊安装焊缝缝双面焊双面焊缝缝单面焊单面焊缝缝三面围三面围焊焊塞焊缝塞焊缝对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝形形式式第22页/共81页第三节第三节 角焊缝的构造要求和角焊缝的构造要求和计算计算角焊缝的形式第23页/共81页角焊缝：焊缝金属填充在连接板件形成的直角或斜角区域内。按截面形式可分为：直角角焊缝两焊脚边的夹角为90，微凸的等腰直角三角形，直角边边长hf称为角焊缝的焊脚尺寸。he0.7hf为直角角焊缝的有效厚度！。斜角角焊缝两焊脚边的夹角不等于90。hf的确定？斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。夹角大于l35或小于60的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。第24页/共81页正面角焊缝的破坏形式正面角焊缝的破坏形式 he0.7hf?第25页/共81页正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形能力差。斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。第26页/共81页侧面角焊缝主要承受剪应力。优点：塑性较好，弹性模量低，强度也较低，在接近塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。缺点：传力线通过时产生弯折，应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态，焊缝越长，应力分布不均匀性越显著。第27页/共81页最大焊脚尺寸hf避免焊区过热、焊缝收缩时产生较大的残余应力和残余变形，热影响区扩大，产生热脆，较薄焊件烧穿，除钢管结构外，焊脚尺寸hf应该满足：t1为较薄焊件厚度（mm）。板件边缘的焊缝：板件厚度t6mm时，hft-(12)mmt6mm时，取hft角焊缝的构造要求 第28页/共81页最小焊脚尺寸焊脚尺寸过小，熔融金属少，施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂。焊脚尺寸t2为较厚焊件厚度(mm)，焊脚尺寸取整数+1mm。自动焊熔深较大，最小焊脚尺寸可减小1mm；T形连接的单面角焊缝，增加1mm；当焊件厚度小于或等于4mm时，取与焊件厚度相同。第29页/共81页侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大中间小。焊缝越长，应力集中越明显。若焊缝长度适宜，两端点处的应力达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀。若焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度lw60hf当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布，比如焊接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，计算长度可不受上述限制。第30页/共81页角焊缝的最小计算长度焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷(气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠。搭接连接的侧面角焊缝，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，会造成严重应力集中。为了使焊缝能够具有一定的承载能力，侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm。第31页/共81页搭接连接的构造要求当板件端部仅有2条侧面角焊缝时，连接的承载力与b/lw有关，b为两侧焊缝的距离，lw为侧焊缝长度。当b/lw1时，连接的承载力随着b/lw比值的增大而明显下降。为使连接强度不致过分降低，要求b/lw1。避免焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲，b16t(t12mm)或190mm(t12mm)，t为较薄焊件厚度。搭接连接中，仅采用正面角焊缝时，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25mm。第32页/共81页减小角焊缝应力集中的措施端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2hf的绕角焊。第33页/共81页断续角焊缝的构造要求角焊缝沿长度方向：连续角焊缝、断续角焊缝。连续角焊缝受力性能较好，主要的形式。断续角焊缝起、灭弧处容易引起应力集中，只用于次要构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝的间断距离l不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀受压构件受压构件:l15t；受拉构件受拉构件:l30t，t为较薄焊件的厚度为较薄焊件的厚度第34页/共81页直角角焊缝的计算 直角角焊缝强度计算的基本公式试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在45的最小截面，此截面(有效厚度与焊缝计算长度的乘积)称为焊缝的有效截面或计算截面。第35页/共81页最可能沿最可能沿4545截面破坏截面破坏!直角角焊缝破坏特点：直角角焊缝破坏特点：第36页/共81页作用于焊缝有效截面上的应力：垂直于焊缝有效截面的正应力垂直于焊缝长度方向的剪应力沿焊缝长度方向的剪应力lw第37页/共81页 为焊缝金属的抗拉强度。为焊缝金属的抗拉强度。我我国国规规范范在在简简化化计计算算时时，假假定定焊焊缝缝在在有有效效截截面面处处破破坏坏，各各应应力力分分量量满满足足折折算算应应力力公公式式。由由于于规规范范规规定定的的角角焊焊缝缝强强度度设设计计值值 是是根根据据抗抗剪剪条条件件确确定定的的，而而 相相当当于于角焊缝的抗拉强度设计值，则角焊缝的抗拉强度设计值，则 有效截面各应力分量的折算应力：第38页/共81页焊缝受斜向轴心力N作用，N分解为NX和NY。Ny是有效截面上垂直于焊缝长度的一个面内的作用力，该应力对有效截面既不是正应力，也不是剪应力，而是和的合力。NyNxNNyNN 第39页/共81页Ny垂直于焊缝长度方向的轴向力；he直角角焊缝的有效厚度，he=0.7hf；lw焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按各条焊缝的实际长度每端减去hf计算。Nx在焊缝有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力第40页/共81页则得直角角焊缝在各种应力共同下的计算式正面角焊缝的强度增大系数，直接承受动力荷载时取1.0。对正面角焊缝对侧面角焊缝角焊缝计算要诀：将焊缝受力分解为垂直于焊缝长度方向的受力和平行于焊缝长度方向的受力。则则则则第41页/共81页焊缝实际长度焊缝实际长度 取为取为5mm的倍数，如的倍数，如192mm取为取为195mm，196mm取为取为200mm。第42页/共81页轴心力作用的焊缝盖板连接的角焊缝计算轴心力通过焊缝中心时，认为焊缝应力是均匀分布的。各种受力情形下角焊缝的计算各种受力情形下角焊缝的计算采用三面围焊时只有侧面角焊缝时只有侧面角焊缝时只有正面角焊缝时只有正面角焊缝时假定先由正面角焊缝全面受力，假定先由正面角焊缝全面受力，余力由侧面角焊缝承受余力由侧面角焊缝承受第43页/共81页解：解：例例 设计用盖板的对接连接。已知钢板宽设计用盖板的对接连接。已知钢板宽B B270mm270mm，厚度，厚度t t1 1=28mm,=28mm,拼接的盖板厚度拼接的盖板厚度t t2 2=16mm=16mm，承受静荷载轴心力，承受静荷载轴心力N=1400KNN=1400KN，钢材为，钢材为Q235BQ235B，手工三面围焊，焊条为，手工三面围焊，焊条为E43E43型。型。即确定盖板的尺寸、焊脚尺寸，以满足荷载要求！第44页/共81页依据钢板宽度B，确定盖板宽度b=240mm正面角焊缝承受力：侧焊缝受力：侧焊缝总长：一侧盖板长度：第45页/共81页承受斜向轴心力的焊缝直接法：分力法：第46页/共81页N例例 已知如图焊缝承受斜向静荷载已知如图焊缝承受斜向静荷载N=280KNN=280KN（设计值），设（设计值），设计的角焊缝焊脚尺寸计的角焊缝焊脚尺寸h hf f=8mm=8mm，=60=60，构件沿竖直方向高，构件沿竖直方向高度为度为155mm155mm，钢材为，钢材为Q235BQ235B，焊条采用，焊条采用E43E43型，验算焊缝强度型，验算焊缝强度第47页/共81页第48页/共81页承受轴心力的角钢角焊缝焊接方法：两面侧焊、三面围焊、L形围焊。受轴心力作用，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。结构：双角钢对称焊接在一钢板上。结构：双角钢对称焊接在一钢板上。第49页/共81页a、三面围焊计算假定：先由正面角焊计算假定：先由正面角焊缝全受力，然后由肢背、缝全受力，然后由肢背、肢尖满足弯矩平衡来分配肢尖满足弯矩平衡来分配余力。余力。第50页/共81页b、两面侧焊 c、L形围焊 验验算！算！第51页/共81页例例3.3 3.3 试确定下图所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接试确定下图所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢型号为的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢型号为L12510L12510，钢板，钢板厚度为厚度为8mm8mm，搭接长度为，搭接长度为300mm300mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸h hf f=8mm,=8mm,钢材为钢材为Q235BQ235B，手工焊，焊条采用，手工焊，焊条采用E43E43型。型。第52页/共81页（2 2）肢背焊缝承担的力）肢背焊缝承担的力N N1 1：（1 1）端部正面角焊缝焊缝承担的力）端部正面角焊缝焊缝承担的力N N3 3：解解 ：第53页/共81页（3 3）焊缝连接承担的力）焊缝连接承担的力N N：（5 5）肢尖焊缝长度：）肢尖焊缝长度：（4 4）肢尖焊缝承担的力）肢尖焊缝承担的力N N2 2：第54页/共81页弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算 之一双面角焊缝承受偏心斜拉力N N，分解为N NX X、N NY Y，产生弯矩M=NM=NX X e e第55页/共81页双面角焊缝承受偏心斜拉力N N，分解为N NX X、N NY Y，产生弯矩M=NM=NX X e eNX X产生拉产生拉应力应力M产生拉、产生拉、压应力压应力拉应力最大值拉应力最大值NY产生剪切力产生剪切力焊缝强度验算焊缝强度验算第56页/共81页弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算 之二第57页/共81页工字梁(或牛腿)与钢柱翼缘的角焊缝连接，通常承受弯矩M和剪力V的共同作用。计算时通常假设两种受力：腹板承受全部剪力和部分弯矩腹板只承受全部剪力，不承受弯矩弯矩弯矩M在焊缝上不在焊缝上不同位置的应力同位置的应力剪力剪力V在腹板焊在腹板焊缝上的应力缝上的应力腹板焊缝危腹板焊缝危险点强度险点强度验算验算A第58页/共81页 例例 如下图所示牛腿与钢柱采用翼缘和腹板焊缝连接，如下图所示牛腿与钢柱采用翼缘和腹板焊缝连接，钢材为钢材为Q235BQ235B，焊条为，焊条为E43E43型，手工焊。设计的静态荷载为型，手工焊。设计的静态荷载为N=365kNN=365kN，荷载偏心距，荷载偏心距e=350mme=350mm，焊脚尺寸翼缘，焊脚尺寸翼缘h hf1f1=8mm=8mm，腹板腹板h hf2f2=6mm=6mm。第59页/共81页解：解：设计连接焊缝承受剪力设计连接焊缝承受剪力 V=N=365kNV=N=365kN承受弯矩承受弯矩M=Ne=3650.35=127.75kNM=Ne=3650.35=127.75kNm ma a、考虑腹板焊缝承受弯矩、考虑腹板焊缝承受弯矩全焊缝有效截面对中和轴的惯性矩：全焊缝有效截面对中和轴的惯性矩：翼缘焊缝的最大应力：翼缘焊缝的最大应力：第60页/共81页弯矩对腹板焊缝的应力：弯矩对腹板焊缝的应力：剪力剪力V V对腹板的应力：对腹板的应力：验算腹板应力：验算腹板应力：第61页/共81页b b、不考虑腹板承受弯矩、不考虑腹板承受弯矩翼缘焊缝承受水平作用力翼缘焊缝承受水平作用力H H翼缘焊缝承受水平作用力翼缘焊缝承受水平作用力H H下的应力下的应力腹板焊缝承受剪力腹板焊缝承受剪力V V下的应力：下的应力：第62页/共81页扭矩和剪力共同作用的角焊缝连接计算危险点为A、A。如图三面围焊的连接，承受竖向剪力V=F和扭矩T=F(e1+e2)计算基于如下假定：连接为刚性，有绕形心点O旋转的趋势；角焊缝上任一点受扭矩的应力方向与到O点相垂直，且与到O点的距离r成正比。第63页/共81页Ip焊缝有效截面的惯性矩。扭矩T作用下，危险点A的应力将扭矩T作用下危险点A的应力分解剪力V作用下，危险点A的应力危险点A的总正应力危险点A强度验算第64页/共81页斜角角焊缝的计斜角角焊缝的计算算采用与直角角焊缝相同的计算公式计算。研究很少，计算公式也是根据直角角焊缝简化得出。因此，一律取第65页/共81页焊缝有效厚度：假定在所成夹角的最小斜面上发生破坏当b、b1或b21.5mm时任何情况下b、b1或b2不得大于5mm。当根部间隙b、b1或b21.5mm时第66页/共81页同厚、同宽板对接焊缝的构造第四节第四节 对接焊缝的构造要求与计对接焊缝的构造要求与计算算直边缝：直边缝：焊件厚度小焊件厚度小 手工手工t6mm，埋弧焊，埋弧焊t 10mm单边单边V、V形坡口：形坡口：一般厚度一般厚度U形、形、K形、形、X形：形：厚度厚度20mm第67页/共81页不同宽度或厚度的板件对接，应在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5(直接承受动力荷载时不大于1:4)的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。不同厚、宽板对接焊缝的构造焊缝起灭弧处弧坑等缺陷对承载力影响极大，焊接时一般应设置引弧板和引出板，焊后将它割除。受静力荷载设置引弧(出)板困难时，允许不设置，此时焊缝计算长度等于实际长度减2t。t为连接件的较小厚度。第68页/共81页焊透的坡口焊缝的计算坡口焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中应力分布基本与焊件相同，故计算方法与构件的强度计算一样。a轴心力作用的对接焊缝N轴心拉力或压力设计值；lw焊缝的计算长度。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。如果采用直缝不能满足强度要求时，可采用如图所示的斜对接焊缝。焊缝与作用力间的夹角满足tan1.5时，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不验算焊缝强度。第69页/共81页例例3.8 3.8 验算下图所示对接焊缝的强度。图中验算下图所示对接焊缝的强度。图中a=540mma=540mm，t=22mmt=22mm，轴心力设计值，轴心力设计值N=2150kNN=2150kN，钢材为，钢材为Q235BQ235B，手工，手工焊，焊，E43E43型号焊条，焊缝三级检验，施焊时加引弧板和型号焊条，焊缝三级检验，施焊时加引弧板和引出板。引出板。第70页/共81页改用斜对接焊缝，斜度为改用斜对接焊缝，斜度为1.5:1,1.5:1,即即tan=1.5,=56tan=1.5,=56：第71页/共81页b弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算对接接头受到弯矩和剪力的共同作用，正应力与剪应力的最大值应分别满足Ww、Sw、Iw焊缝的截面模量、面积矩、惯性矩。工字形或H型钢梁的对接焊缝接头，除分别验算最大正应力和剪应力外，对于同时受有较大正应力和剪应力处，如腹板与翼缘的交接点还验算折算应力：验算点处焊缝的正应力和剪应力。第72页/共81页部分焊透的坡口焊缝的计算焊缝主要起联系作用或焊缝受力虽然较大，但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可采用部分焊透的对接焊缝。四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件，用焊透对接焊缝是不必要的；如采用角焊缝外形又不平整；采用部分焊透的对接与角接组合焊缝可以省工省料，较为美观大方。部分焊透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的形式和尺寸。第73页/共81页坡口形式：V形、单边V形、U形、J形和K形。部分焊透的坡口焊缝可视为在坡口内焊接的角焊缝。强度部分焊透的坡口焊缝可视为在坡口内焊接的角焊缝。强度计算方法与直角角焊缝相同，在垂直于焊缝长度方向的压计算方法与直角角焊缝相同，在垂直于焊缝长度方向的压力作用下力作用下f f1.221.22，其他情况取其他情况取f f1.01.0。对对U U形、形、J J形和坡口角形和坡口角60 60 的的V V形坡口形坡口 he=she=s 6060的的V V形坡口焊缝形坡口焊缝 he=0.75 s he=0.75 s 对单边对单边V V形和形和K K形坡口焊缝形坡口焊缝 =455=455时时 he=he=s s-3mm-3mm s:s:焊缝表面至根部的深度焊缝表面至根部的深度第74页/共81页焊接应力的分类和产生的原因 第五节第五节 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形热变形焊件在焊接时产生的变形焊接残余变形焊件冷却后产生的变形，焊件中的应力称为焊接残余应力纵向焊接应力沿焊缝长度方向施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝及其附近温度可达1600以上，而邻近区域温度急剧下降。不均匀的温度场产生不均匀的膨胀。温度高的钢材膨胀大，受两侧钢材限制而产生纵向拉应力。这种拉应力经常达到钢材的屈服强度。焊接应力是一种无荷载作用下的应力，在焊件内部自平衡，必然在距焊缝稍远区段内产生压应力。第75页/共81页第76页/共81页横向焊接应力垂直于焊缝长度方向产生的原因有二：焊缝纵向收缩，使两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是两块板的中间产生横向拉应力，而两端则产生压应力。由于先焊的焊缝已经凝固，阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向的塑性压缩变形。当焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力，而先焊部分则产生横向压应力，因应力自相平衡，更远处的焊缝则受拉应力。第77页/共81页厚度方向的焊接应力在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向焊接应力x、y外，还存在着沿钢板厚度方向的焊接应力z。这三种应力形成同号三向应力，将大大降低连接的塑性。第78页/共81页减少焊接应力和焊接变形的措施 设计措施(1)尽可能使焊缝对称于构件截面的中性轴，减小焊接变形(2)采用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度。(3)焊缝不宜过分集中。(4)应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉。(5)尽量避免在母材厚度方向的收缩应力。第79页/共81页工艺措施(1)合理的施焊次序采用分段退焊，厚焊缝采用分层焊，工字形截面按对角跳焊。(2)采用反变形施焊前给构件一个与焊接变形反方向的预变形，使之与变形相抵消，从而达到减小焊接变形的目的(3)小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火加热至600左右，然后缓慢冷却。也可采用刚性固定法将构件加以固定来限制焊接变形，但却增加了焊接残余应力。第80页/共81页感谢您的观看。第81页/共81页