钢结构第三章连接.ppt

第第第第三三三三章章章章3.13.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法连接设计遵循原则：安全可靠、传力明确、构连接设计遵循原则：安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。造简单、制造方便和节约钢材的原则。对接焊缝连接对接焊缝连接优点：优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经构造简单，任何形式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。接的密闭性好结构刚度大。角焊缝连接角焊缝连接缺点：缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压变，导致局部材质变脆；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。发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。一、一、焊接连接焊接连接 (P52)(P52)1、焊接连接的特点、焊接连接的特点2、钢结构常用焊接方法、钢结构常用焊接方法（1 1）.手工电弧焊手工电弧焊用手工操纵焊条、用电弧作为热源的焊接方法用手工操纵焊条、用电弧作为热源的焊接方法 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焊条的选择：焊条的选择：焊条应与焊件钢材焊条应与焊件钢材(或称主体金属或称主体金属)相适应。相适应。Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)焊条的表示方法：焊条的表示方法：E焊条焊条(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。效率低。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；手工电弧焊优、缺点手工电弧焊优、缺点(2).(2).埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）利用在焊剂层下燃烧的电弧进行焊接的方法焊接的方法 焊丝的选择应与焊件等强度。焊丝的选择应与焊件等强度。优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。（3 3）.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点：优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好。量好。缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。(4)、电渣焊、电渣焊(P54)(5)、电阻焊、电阻焊(P55)(6)、螺栓焊、螺栓焊(P55)3 3、焊接连接形式和焊缝形式、焊接连接形式和焊缝形式(P56)(P56)(1).(1).焊缝连接形式（焊缝连接形式（P56P56）按被连接钢材的相对位置分按被连接钢材的相对位置分对接链接对接链接采用拼接盖板的对接链接采用拼接盖板的对接链接搭接连接搭接连接T形链接形链接角部连接角部连接对接连接、搭接连接、对接连接、搭接连接、T形连接和角部连接形连接和角部连接A、对接焊缝：焊缝位于被连接板件或其中一个板、对接焊缝：焊缝位于被连接板件或其中一个板件的平面内，分件的平面内，分正对接焊缝和斜对接焊缝正对接焊缝和斜对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝 B、角焊缝：焊缝位于两个被连接板件的边缘位置、角焊缝：焊缝位于两个被连接板件的边缘位置T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝(2)、焊缝形式、焊缝形式(P56)角焊缝分为角焊缝分为正面角焊缝正面角焊缝焊缝长度方向平行于力的作用方向焊缝长度方向平行于力的作用方向侧面角焊缝侧面角焊缝焊缝长度方向平行于力的作用方向焊缝长度方向平行于力的作用方向斜焊缝斜焊缝焊缝长度方向既不平行也不垂直于力焊缝长度方向既不平行也不垂直于力的作用方向的作用方向图图按长度方向分布分：连续角焊缝和间断角焊缝两种按长度方向分布分：连续角焊缝和间断角焊缝两种图图按施焊位置分平焊按施焊位置分平焊(又称俯焊又称俯焊)、横焊、立焊及仰焊、横焊、立焊及仰焊图图4 4、焊缝缺陷及焊缝质量检查、焊缝缺陷及焊缝质量检查(P57)(P57)（1 1）.焊缝缺陷焊缝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(2).(2).焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：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；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。内部检验主要采用超声内部检验主要采用超声 波，有时还用磁粉检验波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还可以采用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定（不要求）规定（不要求）焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。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焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级质量标准；一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。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)(1)需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向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。的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。(3).(3).焊缝质量等级的规定焊缝质量等级的规定(P38)(P38)(2)(2)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材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。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（）重级工作制和起重量 的中级工作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形接头焊透的对接与角接组合焊缝，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。不应低于二级。（）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷（）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载且需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。吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。2、螺栓连接、螺栓连接 优点：连接刚度大，传力可靠；优点：连接刚度大，传力可靠；普通螺栓连接普通螺栓连接(bolted connections)二、铆钉连接和螺栓连接二、铆钉连接和螺栓连接(P59)N缺点：对施工技术要求很高，劳动缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，强度大，施工条件差，施工速度慢。施工速度慢。1、铆钉连接铆钉连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接(high-strength bolted connections)(1).(1).普通螺栓连接（普通螺栓连接（P59P59）C级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2,0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)1.51.53mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.6或或8.8级级;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2,0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。三个级别。(2(2）.高强度螺栓连接高强度螺栓连接(P59)(P59)由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理45号8.8级；40B和20MnTiB10.9级大六角高强螺栓大六角高强螺栓扭剪型高强螺栓扭剪型高强螺栓经过热处理后螺栓抗拉强度分别不低于800N/mm2和1000N/m2图图高强螺栓连接分摩擦型高强螺栓连接及承压型高强高强螺栓连接分摩擦型高强螺栓连接及承压型高强螺栓连接两种螺栓连接两种摩擦型高强螺栓孔径摩擦型高强螺栓孔径d0d0=d(螺杆公称直径螺杆公称直径)+1.52.0mm承压型高强螺栓孔径承压型高强螺栓孔径d0d0=d(螺杆公称直径螺杆公称直径)+1.01.5mm承压型高强螺栓连接承压型高强螺栓连接依靠栓杆和螺栓孔之间承依靠栓杆和螺栓孔之间承压来传力。压来传力。承压型高强螺栓连接承载力高于摩擦型，但剪切承压型高强螺栓连接承载力高于摩擦型，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构中。变形大，不得用于承受动力荷载的结构中。剪切变形小，弹性性能好，适用于承受动荷载的结构。剪切变形小，弹性性能好，适用于承受动荷载的结构。摩擦型高强螺栓连接摩擦型高强螺栓连接通过部件接触面的摩擦力通过部件接触面的摩擦力来传力。来传力。三、轻钢结构的紧固件连接三、轻钢结构的紧固件连接(P60-61)自学自学四、焊缝代号、螺栓图例四、焊缝代号、螺栓图例(P61)1、焊缝代号、焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。分组成。焊缝分布比较复杂时，在标注焊缝代号的同时，在焊缝分布比较复杂时，在标注焊缝代号的同时，在图形上加栅线表示图形上加栅线表示2、螺栓及其孔眼图例、螺栓及其孔眼图例(P62)1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式:一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造3.2 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算(P62)对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和施工条件施工条件有关。有关。t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。C=0.52mm（a）直边缝）直边缝C=23mm（b）单边）单边V形坡口形坡口C=23mm（C）V形坡口形坡口p p（d）U形坡口形坡口C=34mmp pC=34mmp p（e）K形坡口形坡口C=34mmp p（f）X形坡口形坡口2 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧、对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去焊缝的计算长度等于实际长度减去2t2t1 1，t t1 1较薄焊较薄焊件厚度；件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载)或或1:4(1:4(动载动载)的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，减小应力集中。过度，减小应力集中。1:2.51:2.55、起落弧处为避免弧坑缺陷，设引弧板、起落弧处为避免弧坑缺陷，设引弧板(或引出板或引出板)，焊后割除焊后割除如没有设置引弧板如没有设置引弧板焊缝计算长度焊缝计算长度=焊缝实际长度焊缝实际长度-2tt较薄焊件厚度较薄焊件厚度对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透（自学）部分焊透（自学）两种；两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受垂直受力方向力方向的连接焊缝；的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不予计算。三级焊缝需进行计算；为与母材相同，不予计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。件强度计算相同。二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算(P63)NNt1、轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算式中：式中：N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力；t板件较小厚度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度；f ft tw w、f fc cw w 对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值。NNlw wtA 当不满足上式时，可采用斜对当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图接焊缝连接如图B。另另:当当tantan1.51.5时时,不用验算不用验算!NNtBNsinsinNcoscoslw w阅读阅读P64例题例题3.12、M、V共同作用下的对接焊缝计算共同作用下的对接焊缝计算lw wtAMV因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量；S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩；I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接）板件间对接连接（2）工字形截面梁对接连接计算工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式和和要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点）点），其折算应，其折算应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求：1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝的形式和强度、角焊缝的形式和强度:一、角焊缝的形式和受力分析一、角焊缝的形式和受力分析3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算(P66)直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝（1 1）直角角焊缝直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式正面角焊缝正面角焊缝焊缝长度方向平行于力的作用方向焊缝长度方向平行于力的作用方向侧面角焊缝侧面角焊缝焊缝长度方向平行于力的作用方向焊缝长度方向平行于力的作用方向斜焊缝斜焊缝焊缝长度方向既不平行也不垂直于力的作用方向焊缝长度方向既不平行也不垂直于力的作用方向（2）斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于135135o o或或606mmt6mm时，时，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸hf,min 式中式中:t t2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另:对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,min可减去可减去1mm;对于对于T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm;当当t t24mm时时,hf,min=t=t2为了保证焊缝的最小承载能力，避免在焊缝金属中为了保证焊缝的最小承载能力，避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生裂纹，由于冷却速度快而产生裂纹，hf,min应满足以下要求应满足以下要求:3.3.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，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，焊缝长度越长，应力集中系数越大，两端大而中间小，焊缝长度越长，应力集中系数越大，两端首先达到强度极限而破坏。如果焊缝长度不是太两端首先达到强度极限而破坏。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，应力会渐大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：先发生在焊缝两端，故：注注：1 1、当实际长度大于以上值时，计算时不予考虑；、当实际长度大于以上值时，计算时不予考虑；2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上述限制。、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上述限制。4.4.角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：定：没有用引弧板时：没有用引弧板时：焊缝计算长度焊缝计算长度=焊缝实际长度焊缝实际长度-2hf5.搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求 当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力 不均，规范规定：不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收、为了避免焊缝横向收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定：t1t2bD.在在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度 的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2h2hf f的的绕绕 角焊角焊，且转角处必须连续施焊。，且转角处必须连续施焊。b2hf ft1t2图图E、杆件与节点板的连接焊缝、杆件与节点板的连接焊缝(P69)二、直角角焊缝的基本计算公式(P69)1 1、试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部喉部，故通常将故通常将4545o o截面作为计算截面，作用在该截面上的截面作为计算截面，作用在该截面上的应力如下图所示：应力如下图所示：图图图图2 2、实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，为了简化计算，规范假定：为了简化计算，规范假定：焊缝在有效截面处破坏焊缝在有效截面处破坏，且各应力分量满足以下折算应力公式且各应力分量满足以下折算应力公式:3 3、由于我国规范给定的角焊由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：件确定的故上式又可表达为：式中：式中：-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度4 4、直角角焊缝的强度计算公式：直角角焊缝的强度计算公式：NNyNx f=fh he elw w45O45Oh hf f将将3.3.43.3.4、3.3.53.3.5式，代入式，代入3.3.33.3.3式得：式得：或或式式3.3.63.3.6即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式f f正面角焊缝强度增大系数；正面角焊缝强度增大系数；静载时取静载时取1.221.22，动载时取，动载时取1.01.0。对于正面角焊缝，对于正面角焊缝，f f=0=0，由，由3.3.63.3.6式得：式得：对于侧面角焊缝，对于侧面角焊缝，f f=0=0，由，由3 36 6式得：式得：以上各式中：以上各式中：h he e=0.7h=0.7hf f；lw w角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取 其实际长度减去其实际长度减去2h2hf f。式（）、（）、（）为直角角焊缝的基本计算公式式（）、（）、（）为直角角焊缝的基本计算公式三、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算三、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算(P71)(P71)1 1、轴心力作用时角焊缝连接的计算、轴心力作用时角焊缝连接的计算(1)(1)轴心力作用下的盖板轴心力作用下的盖板(拼接板拼接板)对接连接对接连接:A A、仅采用侧面角焊缝连接：、仅采用侧面角焊缝连接：B B、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：NNlw wlw w(2)(2)承受斜向轴心力的角焊缝连接承受斜向轴心力的角焊缝连接N N代入式验算焊缝强度，即代入式验算焊缝强度，即:A、分力法、分力法B、合力法、合力法(自学自学)N Nx xN Ny yN N(3)(3)角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得:故故:Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w2对于校核问题对于校核问题:对于设计问题对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxlw1w1lw2w2B B、采用三面围焊、采用三面围焊由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得:余下的问题同情况余下的问题同情况A，即，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1w1lw2w2对于校核问题对于校核问题:对于设计问题对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxN3lw1w1lw2w2C C、采用、采用L L形围焊形围焊代入式代入式(3.3.12)(3.3.12)，(3.3.13)(3.3.13)得得:对于设计问题对于设计问题:Ne1e2bN1xxN3lw1w1阅读阅读P74例例32阅读阅读P76例例33P75第十行错误：第十行错误：一条侧焊缝的实际长度为：一条侧焊缝的实际长度为：(1)(1)N、M、V共同作用时角焊缝计算共同作用时角焊缝计算Nx xNy yMANxNxM MNyNyh he eh he et t2 2、复杂受力时角焊缝连接计算（复杂受力时角焊缝连接计算（P76）Ne(2)V、M共同作用下焊缝强度计算共同作用下焊缝强度计算h1fAfAfBfBf f对于对于A点：点：式中：式中：I Iw w全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；h h1 1两翼缘焊缝最外侧间的距离。两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxh h2BBAh1MeFVM对于对于B点：点：强度验算公式：强度验算公式：式中：式中：h h2 2、lw2w2腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度；h he2e2腹板焊缝截面有效高度。腹板焊缝截面有效高度。h1f1f1f2f2f fxxh h2BBAh1MVM阅读阅读P79例例3-4作业：作业：P114题题3-10P116题题3-18(1)、(2)假定假定:A A、被连接件绝对刚性，焊缝、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性，即：为弹性，即：T T作用下被连作用下被连接件有绕焊缝形心接件有绕焊缝形心O O旋转的旋转的趋势；趋势；B B、T T作用下焊缝群上任意点的作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与形心的连线，且大小与r r成成正比；正比；C C、在、在V V作用下，焊缝群上的应作用下，焊缝群上的应力均匀分布。力均匀分布。(3)T、V共同作用下共同作用下将将F F向焊缝群形心向焊缝群形心简化得简化得:V=F V=F T=F(e T=F(e1 1+e+e2 2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA0TVr故：该连接的设计控制点故：该连接的设计控制点 为为A A点和点和A A点点xxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he eT作用下作用下A点应力点应力:将其沿将其沿x x轴轴和和y y轴分解轴分解:e2x0l1l2xxyyAA0TVr剪力剪力V作用下作用下,A,A点应力点应力:A A点垂直于焊缝长度方点垂直于焊缝长度方向的应力为向的应力为:A A点平行于焊缝长度方点平行于焊缝长度方向的应力为向的应力为:强度验算公式：强度验算公式：V VxxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he e阅读阅读阅读阅读T T、V V联合作用下联合作用下联合作用下联合作用下 的例的例的例的例题题题题3-5(P81)3-5(P81)3-5(P81)3-5(P81)四、斜角角焊缝和部分焊透对接焊缝的计算四、斜角角焊缝和部分焊透对接焊缝的计算(自学自学)1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2图图A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b图图B1 1、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算，、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算，规范规定：对于两焊脚边夹角规范规定：对于两焊脚边夹角60o135o的的 斜斜T T形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相 同的计算公式，且统一取同的计算公式，且统一取f=1.0。2 2、斜角角焊缝的计算厚度、斜角角焊缝的计算厚度hei由几何关系得其通式为：由几何关系得其通式为：式中：式中：b b、b b1和和b b25mm5mm说明：说明：A.bA.b1和和b b21.5mm1.5mm时时,可取可取b b1、b b2=0=0B.bB.b1和和b b2 5mm 5mm时时,应如图应如图“B B”方式处方式处 理，且使理，且使b5mmb5mm。1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2图图A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b图图B3.4 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形(P85)一、焊接残余应力和变形的成因一、焊接残余应力和变形的成因 1 1、焊接残余应力的成因、焊接残余应力的成因 纵向焊接残余应力纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向沿焊缝长度方向;横向焊接残余应力横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向垂直于焊缝长度方向;沿厚度方向的焊接残余应力。沿厚度方向的焊接残余应力。焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达产生不均匀的温度场，焊缝处可达16001600o oC C，而邻近区域，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生小的钢材限制，产生热态塑性压缩热态塑性压缩，焊缝冷却时被，焊缝冷却时被塑性塑性压缩压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到达到屈服强度屈服强度。焊接残余应力是无荷载的。焊接残余应力是无荷载的内应力内应力，故在，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。+-500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm-+（1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力 （2 2）横向焊接残余应力）横向焊接残余应力产生的原因产生的原因:1 1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形弯曲变形的趋势，的趋势，导致两焊件在焊缝处导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压中部受拉，两端受压；2 2、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生膨胀，产生横向塑性压缩变形横向塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝冷却时，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，而先焊焊缝产生压应力，因焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远处焊缝，更远处焊缝则产生拉应力则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关应力分布与施焊方向有关。以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力。(a)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的变形趋势时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的横向应力时的横向应力xy+-+施施焊焊方方向向(c)焊缝横向收缩焊缝横向收缩 时的横向应力时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向焊缝横向残余应力残余应力yx不同施焊方向下不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-+施施焊焊方方向向(e)-+-施施焊焊方方向向(f)xyyx（3 3）沿厚度方向的焊接残余应力）沿厚度方向的焊接残余应力 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生膨胀，产生塑性压缩变形塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的。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，而先焊焊缝产收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因生压应力，因应力自相平衡应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应，更远处焊缝则产生拉应力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力x x,y y 外，外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力还存在沿厚度方向的焊接残余应力z z，这三种应力形，这三种应力形成同号成同号(受拉受拉)三向应力，大大三向应力，大大降低连接的塑性降低连接的塑性。-+-321x xy yz z二、焊接残余变形的成因二、焊接残余变形的成因(P86)焊接变形包括：焊接变形包括：纵向收缩、纵向收缩、横向收缩横向收缩、弯曲变形弯曲变形、角变形角变形和和扭曲变形扭曲变形等，通常是几种变形的组合。等，通常是几种变形的组合。二、焊接残余应力和变形对结构工作性能的影响二、焊接残余应力和变形对结构工作性能的影响(P87)(P87)(1)(1)、对结构静力强度的影响、对结构静力强度的影响f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因焊接残余应力自相平衡，故：因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即，即N=Ny时：时：结论：结论：焊接残余应焊接残余应力力对结构的对结构的静力强度没静力强度没有影响。有影响。+-f fy yf fb bB Bt t1 1、焊接应力的影响、焊接应力的影响(2)(2)、对结构刚度的影响、对结构刚度的影响A、当焊接残余应力存在时，因截面的、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应部分拉应力已经达到力已经达到fy，故该部分刚度为零，故该部分刚度为零（屈服），（屈服），这时这时在在N作用下应变增量为：作用下应变增量为：f f+-b bf fy yNN+-f fy yf fNNb bB Bt t因为因为B-bBB-b 2 2。结论：结论：焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。了结构的刚度。B、当截面上没有焊接残余应力时，在、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增作用下应变增量为：量为：另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。对于厚板或交叉焊缝，将产生对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。所以，所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施性能的重要措施。(3)(3)、对低温冷脆的影响、对低温冷脆的影响(4)(4)、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响 在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感敏感区域区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不有明显的不利影响利影响。2、焊接变形的影响、焊接变形的影响(P88)1、安装困难、安装困难2、矫正麻烦、矫正麻烦3、引入几何缺陷，降低稳定承载力、引入几何缺陷，降低稳定承载力三、减小焊接残余应力和变形的措施三、减小焊接残余应力和变形的措施（自学）（自学）1 1、设计上的措施；设计上的措施；（1 1）焊接位置的合理安排）焊接位置的合理安排（2 2）焊缝尺寸要适当）焊缝尺寸要适当（3 3）焊缝数量要少，且不宜过分集中）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4 4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5 5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2 2、加工工艺上的措施、加工工艺上的措施（1 1）采用合理的施焊顺序（）采用合理的施焊顺序（1 1、2 2）（2 2）采用反变形处理）采用反变形处理（3 3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理一、螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列和其他构造要求(1)(1)并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距(2)(2)错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小；3.5 3.5 螺栓连接的构造和工作性能螺栓连接的构造和工作性能(P90)(P90)1、螺栓的排列、螺栓的排列(3).(3).螺栓排列的要求螺栓排列的要求受力要求受力要求:垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能螺栓的边距和端距不能太小；太小；顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距不能太小；不能太小；对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，中距不中距不能太大。能太大。构造要求构造要求:螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。潮气侵入腐蚀钢材。施工要求施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3d3do o。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。2、螺栓连接的其他构造要求（、螺栓连接的其他构造要求（P91）为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于端不宜少于两个永久螺栓两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽双螺帽，或其他，或其他措施以防螺帽松动；措施以防螺帽松动；C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：于抗剪连接：1 1、承受静载或间接动载的次要连接；、承受静载或间接动载的次要连接；2 2、承受静载的可拆卸结构连接；、承受静载的可拆卸结构连接；3 3、临时固定构件的安装连接。、临时固定构件的安装连接。型钢构件拼接