结构设计原理教学ch钢结构连接计算焊缝连接.pptx

焊缝连接铆钉连接螺栓连接一、绪论一、绪论第1页/共92页一、绪论一、绪论u 构造简单 任何形状的构件可直连，无需辅助配件u 省工省料 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面u 施工快速 可自动化操作u 密闭性好，刚度小，整体性好 优点优点u 材质易变脆u 产生残余应力、残余变形、焊接缺陷u 对钢结构疲劳、稳定有不利影响u 较多地依赖焊工的技能水平 缺点缺点第2页/共92页一、绪论一、绪论u 施工简单，装拆方便，对安装工的要求高u 摩擦型高强度螺栓连接动力性能好u 耐疲劳、易阻止裂纹扩展 优点优点u 废料、开孔截面削弱u 螺栓孔加工精度要求高 缺点缺点第3页/共92页一、绪论一、绪论u 塑性、韧性好，动力性能好u 加工费料、加热铆合过程极其费工铆钉连接铆钉连接栓（焊）钉栓（焊）钉连接连接射钉、自攻螺钉连接射钉、自攻螺钉连接第4页/共92页二二、绪论、绪论u 电弧焊u 气体保护焊u 电渣焊u 气焊u 电阻焊 u 手工电弧焊u 自动埋弧焊u 半自动埋弧焊第5页/共92页手工电弧焊手工电弧焊一、绪论一、绪论第6页/共92页一、绪论一、绪论u采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下u通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝u熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上u焊缝质量好，生产效率高u需专用焊接设备，成本高电电动动电电弧弧焊焊第7页/共92页气体保护焊气体保护焊一、绪论一、绪论u采用CO2气体代替焊剂u电弧使焊丝熔化形成焊缝uCO2气体保护被焊金属与空气接触u焊缝速度快，熔化深度大u可手工焊，也可自动化操作u目前工厂的常用方法u室外施焊要有避风措施第8页/共92页一、绪论一、绪论u采用管状焊条（熔嘴），焊丝从管内进入u电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝，形成焊缝u有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分u常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊缝第9页/共92页气焊气焊一、绪论一、绪论u采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条u适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备电阻电阻焊焊u不采用焊接材料u电流通过焊件表面的电阻，产生热量u熔化金属，再加压力而焊合u适宜板厚不大于12mm12mm的焊接u冷弯薄壁型钢连接常采用此焊接第10页/共92页一、绪论一、绪论焊接形式焊接形式第11页/共92页对接正焊缝对接斜焊缝u用料经济，传力平稳，动力性能好u较厚的板需剖开口，费工 u施工简便u传力不均匀，应力集中严重，搭接时费料对对接接焊焊缝缝角角焊焊缝缝第12页/共92页一、绪论一、绪论连续焊缝连续焊缝间接焊缝间接焊缝不重要或受力小的构件可采用间接焊缝连接不重要或受力小的构件可采用间接焊缝连接第13页/共92页焊缝代号用于代号用于钢结构施工构施工图上上对焊缝进行行标注，注，标明明焊缝形形式、尺寸和式、尺寸和辅助要求。常用助要求。常用焊缝代号和代号和标注方法如下：注方法如下：形形式式角焊缝对接焊缝对接焊缝塞焊缝塞焊缝三面围三面围焊焊单面焊单面焊缝缝双面焊双面焊缝缝安装焊安装焊缝缝相同焊相同焊缝缝标标注注方方法法焊缝焊缝代号及标注方法代号及标注方法一、绪论一、绪论第14页/共92页 当当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝。可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝。焊缝焊缝代号及标注方法代号及标注方法第15页/共92页俯焊横焊仰焊立焊一、绪论一、绪论施焊施焊姿势姿势第16页/共92页一、绪论一、绪论焊缝缺陷焊缝缺陷第17页/共92页一、绪论一、绪论肉眼外观检查+超声波+X射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接肉眼外观检查用于一般连接肉眼外观检查 +超声波用于有较大拉应力的较重要连接焊焊缝缝质质量量检检验验标标准准三级二级一级第18页/共92页对接焊缝的构造和计算第19页/共92页二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第20页/共92页不同宽度可不设斜坡不同厚度引弧板二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第21页/共92页二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算u 与构件母材强度计算方法相同u 采用一般的材料力学、弹性力学计算公式u 一级、二级检验的对接焊缝强度 可与母材等强，可不验算 对接焊缝强度验算方法第22页/共92页焊缝应力验算二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第23页/共92页当tg 1.5时，可认为焊缝和母材等强度，不验算二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算式中，lw-斜裂缝计算长度，ftw或fcw对接焊缝抗拉或抗压设计强度第24页/共92页常见梁在弯矩、剪力、轴力作用下的内力分布二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第25页/共92页二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第26页/共92页式中：Ww焊缝截面的抵抗矩Iw焊缝截面对其中和轴的惯性矩Sw焊缝截面在计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩fvw对接焊缝的抗剪强度设计值正应力1）矩形截面剪应力二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式第27页/共92页 2）工字形截面二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算腹板翼缘A点1点B点同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式第28页/共92页例1：设计50014钢板的对接焊缝连接。钢板承受轴向拉力，其中恒荷载和活荷载标准值引起的轴心拉力值分别为700kN和400kN，相应的荷载分项系数为1.2和1.4。已知钢材为Q235-B.F（A3F），采用E43型焊条手工电弧焊，三级质量标准，施焊时未用引弧板。二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第29页/共92页计算思路：效应S抗力R（即S=）1焊缝承受的轴心拉力设计值为2三级对接焊缝抗拉强度设计值3先考虑用直焊缝验算其强度二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第30页/共92页直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝。按照（tg 1.5 即 560）的要求布置斜焊缝。二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第31页/共92页例2:8m跨度简支梁的截面和荷载(设计值,包括梁自重),拟在离支座 2.5m 处做翼缘和腹板的工厂拼接,试设计其拼接对接焊缝。已知钢材为Q235-B.F（A3F），采用E43型焊条手工电弧焊，三级质量标准，用引弧板施焊。二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第32页/共92页思路：首先分析此对接焊缝的受力情况为思路：首先分析此对接焊缝的受力情况为受弯和受剪，再对最不利点进行强度验算受弯和受剪，再对最不利点进行强度验算二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算 1.1.离支座2.5m2.5m处的内力设计值第33页/共92页 2 2计算 梁截面参数二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第34页/共92页3先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算第35页/共92页二二、对接焊缝的构造和计算、对接焊缝的构造和计算3先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度第36页/共92页u角焊缝的构造u角焊缝的强度和基本计算公式u轴心力、弯矩、扭矩单独作用时的角焊缝计算公式u轴心力、弯矩和剪力共同作用下T形连接的角焊缝计算u在轴心力、扭矩和剪力共同作用下搭接连接的角焊缝计算角焊缝的构造和计算第37页/共92页直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝普通型普通型平坡型平坡型深熔型深熔型直角焊缝截面形式直角焊缝截面形式三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第38页/共92页三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算侧焊缝u主要受剪应力，分布不均匀，两头大中间小u剪断面常发生在45度斜平面上u强度较低，塑性较好第39页/共92页三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算端焊缝u端焊缝应力状态远比侧焊缝复杂u正、剪应力都有，且分布很不均匀u根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点第40页/共92页三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算端焊缝和侧焊缝的受力性能比较第41页/共92页三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算计算截面有效焊缝高度计算焊缝长度均取焊缝45处的有效截面（假定破坏截面）he=0.7hflw=每条连续焊缝长度-2hf第42页/共92页不应太不应太小小 不能焊透，实际承载力不足不能焊透，实际承载力不足不应不应太太大大 焊缝冷却太快容易开裂，焊缝冷却太快容易开裂，焊缝冷却后产生较大变形焊缝冷却后产生较大变形角焊缝高度（焊脚尺寸）不应不应太太短短 不能焊透，实际承载力不足不能焊透，实际承载力不足不应太长不应太长 焊缝冷却太快容易开裂，焊缝冷却太快容易开裂，焊缝冷却后产生较大变形焊缝冷却后产生较大变形角焊缝长度三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算若内力沿侧面角焊缝全长分布，计算长度不受上述若内力沿侧面角焊缝全长分布，计算长度不受上述限制限制第43页/共92页三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算最小焊脚尺寸手工焊埋弧自动焊当tmax4mm时，hfmin=tmax最大焊脚尺寸均应满足单面T形连接第44页/共92页搭接连接的焊缝计算长度当板件仅用两条侧向角焊缝连接时 (1)lwb(2)b12mm)或b6mm)三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第62页/共92页因b200mm（b200mm当t12mm),加直径为20mm的电铆钉4个，其设计强度与角焊缝相同，电铆钉承担力(a)采用侧面角焊缝三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第63页/共92页侧面角焊缝的实际长度为三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算被拼接两板间留出隙缝10mm,拼接板长度为57cm.。(a)采用侧面角焊缝第64页/共92页三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算正面角焊缝承担力为(b)采用三面围焊第65页/共92页比较以上两种方案，可见三面围焊比侧面焊缝加电铆钉经济合理，侧面焊缝加电铆钉在实际设计中较少采用拼接板长度为侧面角焊缝的实际长度为三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算(b)采用三面围焊对比分析第66页/共92页例2：在如图所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，N=660kN（静力荷载，设计值），角钢为2 L11010，节点板厚度t1=12mm，钢材为Q235-AF，焊条为E43系列型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺寸hf和实际长度。三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第67页/共92页角钢肢尖和肢背都取hf=8mm1角焊缝焊脚尺寸选择角钢肢尖处最大hf:思路：分析角钢连接的焊缝形式查表得，角焊缝的强度设计值f=160kN/mm2角钢肢背处最大hf:hf1.2t2=1.210=12mm三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第68页/共92页2.焊缝受力分配角钢肢背角钢肢尖三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第69页/共92页三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算3.计算焊缝长度第70页/共92页例3：设有牛腿与钢柱连接，牛腿尺寸及作用力的设计值（静力荷载）如图所示。钢材为Q235-A.F，采用E43系列型焊条，手工焊，试验算角焊缝。三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第71页/共92页思路：分析角焊缝的受力情况，找出最不利点设焊缝为周边围焊，转角处连续施焊，没有起弧落弧所引起的焊口缺陷，且假定剪力仅由牛腿腹板焊缝承受。取焊角hf=8mm,并对工字型翼缘端部绕转部分焊缝忽略不计。三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第72页/共92页Iw=20.70.82017.782+40.70.8(9.5-0.56)15.222+0.70.83132/12=14500cm4腹板上竖向焊缝有效截面面积为Aw=0.70.8312=34.72cm2全部焊缝对X轴的惯性矩为三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算1.截面参数计算第73页/共92页Ww2=14500/15.5=935.48cm4焊缝最外边缘的抵抗矩为Ww1=14500/18.06=802.88cm3翼缘和腹板连接处的抵抗矩为三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算1.截面参数计算第74页/共92页=86.4103/802.88=107.61N/mm2fffw=1.22160=195.2N/mm2在弯矩M=4800.18=86.4kN-m作用下角焊缝最大应力为三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算2.验算角焊缝强度第75页/共92页=480103/34.72=138.25N/mm2=86.4103/935.48=92.36N/mm2牛腿翼缘和腹板交接处有弯矩引起的应力和剪力引起的应力共同作用三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算2.验算角焊缝强度第76页/共92页例4：如图所示为一支托板与柱搭接连接，b=300mm,h=400mm,作用力的设计值V=200kN,钢材为Q235-B，焊条E43系列型，手工焊，作用力距柱边缘的距离为e=300mm,设支托板厚度为12mm,试验算角焊缝。三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算第77页/共92页设三边的焊脚尺寸hf相同，取hf=8mm,并近似地按支托与柱的搭接长度来计算角焊缝的有效截面。因水平焊缝和竖向焊缝在转角处连续施焊，在计算焊缝长度时，仅在水平焊缝端部减去8mm，竖向焊缝则不减少。三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算关键：分析角焊缝的受力情况，找出最不利点1角焊缝焊脚尺寸选择第78页/共92页计算角焊缝有效截面的形心位置：三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算2截面参数计算第79页/共92页计算角焊缝有效截面的惯性矩三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算2截面参数计算第80页/共92页扭矩=200(30+30-8.79)=10242kN*cm三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算3验算角焊缝强度第81页/共92页角焊缝有效截面上A点应力为 AT AV AT三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算3验算角焊缝强度第82页/共92页三、角焊缝的构造和计算三、角焊缝的构造和计算3验算角焊缝强度 AT AV AT第83页/共92页焊接残余应力焊接残余应力分类分类焊接残余应力及处理措施焊接残余应力及处理措施第84页/共92页焊接残余应力焊接残余应力分类分类焊接残余应力及处理措施焊接残余应力及处理措施第85页/共92页焊接残余应力焊接残余应力分类分类焊接残余应力及处理措施焊接残余应力及处理措施第86页/共92页焊接残余应力特点焊接残余应力特点u板内焊接残余应力自身平衡 u焊接残余应力常形成三向拉应力，且达到屈服强度 u焊接残余应力的影响 对疲劳、刚度、压杆稳定产生不利作用 对塑性变形能力好的钢材强度没有大的影响焊接残余应力及处理措施焊接残余应力及处理措施第87页/共92页u构件装配困难u构件受力状况恶化不利影响不利影响焊接残余应力及处理措施焊接残余应力及处理措施第88页/共92页措施措施预热法预热法 锤击法锤击法 退火法退火法 合理的焊接合理的焊接次序次序 反变形法反变形法 焊接残余应力及处理措施焊接残余应力及处理措施第89页/共92页u合理安排焊缝位置u焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错设计措施设计措施焊接残余应力及处理措施焊接残余应力及处理措施第90页/共92页u合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。u施焊前，预加反向变形。加工措施加工措施焊接残余应力及处理措施焊接残余应力及处理措施第91页/共92页感谢您的观看。第92页/共92页