钢结构设计原理钢结构连接学习教案.pptx

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1、钢结构设计钢结构设计(shj)原理钢结构连接原理钢结构连接第一页，共173页。教学教学(jio xu)参考书及规范参考书及规范:1.1.钢结构（第三版）戴国欣钢结构（第三版）戴国欣 主编主编 武汉工业武汉工业(gngy)(gngy)大学出版社大学出版社2.2.钢结构设计规范钢结构设计规范 （GB50017-2003)GB50017-2003)3.3.钢结构工程施工质量验收钢结构工程施工质量验收(ynshu)(ynshu)规范规范 （GB50205-2001)GB50205-2001)第1页/共172页第二页，共173页。1. 1. 掌握掌握(zhngw)(zhngw)钢结构的特点。钢结构的特点

2、。2 2了解钢结构的应用范围。了解钢结构的应用范围。3 3了解钢结构在我国的发展趋势。了解钢结构在我国的发展趋势。第2页/共172页第三页，共173页。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接(linji)(linji)简简介介一、焊缝一、焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接 优点：不削弱截面优点：不削弱截面(jimin)(jimin)，方便施工，连接刚度大；，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。 对接焊缝连接对接焊缝连接角焊缝连接角焊缝连接第3页/共172页第四页，共173页。二、铆钉二、铆钉(modng)连接连接 优

3、点：连接刚度优点：连接刚度(n d)大，传力大，传力可靠；可靠； 缺点：对施工技术缺点：对施工技术(jsh)要求很要求很高，劳动强度大，施工条件差，高，劳动强度大，施工条件差， 施工速度慢。施工速度慢。N 分为：分为： 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接三、螺栓连接三、螺栓连接第4页/共172页第五页，共173页。3.2 焊接方法和焊接连接焊接方法和焊接连接(linji)形式形式3.2.1 钢结构常用焊接钢结构常用焊接(hnji)方法方法1.1.手工手工(shugng)(shugng)电电弧焊弧焊原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形

4、 成焊缝。成焊缝。 A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。钢材相适应。 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5页/共172页第六页，共173页。第6页/共172页第七页，共173页。Q235Q235钢选择钢选择(xunz)E43(xunz)E43型焊条（型焊条（E4300-E4300-E4328)E4328)Q345Q345钢选择钢选择(xunz)E50(xunz)E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择(xunz)E55(xunz)E55型焊条型焊条(E

5、5500-(E5500-5518)5518)B B、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。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；缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效

6、率低。 第7页/共172页第八页，共173页。、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊第8页/共172页第九页，共173页。A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。 B B、优、缺点：、优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。量好。 缺点：设备投资大，施工缺点：设备投资大，施工(sh gng)(sh gng)位置受限等。位置受限等。 第9页/共172页第十页，共173页。优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度优点：焊接速度(sd)(sd)快，焊接快

7、，焊接质量好。质量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。第10页/共172页第十一页，共173页。1.1.焊接连接焊接连接(linji)(linji)形式形式角部连接角部连接第11页/共172页第十二页，共173页。焊接连接形式焊接连接形式(xngsh)(xngsh)（按被连接构件的相对（按被连接构件的相对位置）位置）对接对接(du ji)链接链接采用采用(ciyng)拼接盖板的对接链接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第12页/共172页第十三页，共173页。（1）对接）对接(du ji)焊缝焊缝正对接焊缝正对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝T型对接焊

8、缝型对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝(hn fn)第13页/共172页第十四页，共173页。外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内部内部(nib)无损检验：检验内部无损检验：检验内部(nib)缺陷。缺陷。 内部检验(jinyn)主要采用超声 波，有时还用磁粉检验(jinyn) 荧光检验(jinyn)等辅助检验(jinyn)方法。还可以采用X射线或射线透照或拍片。第14页/共172页第十五页，共173页。钢结构工程施工及验收钢结构工程施工及验收(ynshu)规范规范规定：规定： 焊缝按其检验方法和质量焊缝按其检验方法和质量(zhling)要求分为一级、二要求分为一级、

9、二级级和三级。和三级。 一、二级焊缝除外观检查(jinch)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。 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；第15页/共172页第十六页，共173页。第16页/共172页第十七页，共173页。1.1.焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)缺陷缺陷第17页/共172页第十八页，共173页。第18页/共172页第十九页，共173页。3.3 角焊缝的构造角焊缝的构造(guzo)与计算与计算1.1.角焊缝角焊缝(hn (hn fn)fn)的形式的形式: :直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝

10、、斜角角焊缝（1）直角角焊缝hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式hehfhf凹面式凹面式第19页/共172页第二十页，共173页。（2）斜角）斜角(xi jio)角焊缝角焊缝按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfhfhfhfa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hf coshfhfhfhf2按he=hf cos2对于对于135o135o或或60o6mmt6mm时，时，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1ttt t1 1hf f第21页/共172页第二十二页，共173页。 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产

11、生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下(yxi)要求: 式中式中: t2-: t2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另: :对于对于(duy)(duy)埋弧自动焊埋弧自动焊hf,minhf,min可减去可减去1mm;1mm; 对于对于(duy)T(duy)T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,minhf,min应加上应加上1mm;1mm; 当当t24mmt24mm时时, hf,min=t2, hf,min=t2)(5 . 12min,计计算算数数值值只只进进不不舍舍！thf 第22页/共172页第二十三页，共173页。 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

12、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。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到(d do)(d do)屈服强屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到(d do)(d do)一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：，故：fwhl60 注：注： 1 1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑(kol)(kol)； 2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不

13、受上式限制。、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。第23页/共172页第二十四页，共173页。 对于焊脚尺寸对于焊脚尺寸(ch cun)(ch cun)大而长度小的焊缝，焊件局部加大而长度小的焊缝，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，使焊缝不热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，规范规定：可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：mmhlfw408且且不不得得小小于于 第24页/共172页第二十五页，共173页。 当板件端部仅采用当板件端部仅采用(ciyng)两条侧面角焊缝连接时：两条侧面角焊缝连接时： A.为了避免应

14、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 缩时引起缩时引起(ynq)板件的拱板件的拱曲曲 太大，规范规定：太大，规范规定：blw bwlt1t2）（或或）（mmtmmmmttb121901216111 第25页/共172页第二十六页，共173页。C. 当角焊缝当角焊缝(hn fn)的端部位于构件转角处时，应作的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕的绕 角焊，且转角处必须连续施焊。角焊，且转角处必须连续施焊。bwl2hf f2551且且t t1t2第26页/共172页第二十七页，共173页。3

15、.3.2 3.3.2 角焊缝的工作角焊缝的工作(gngzu)(gngzu)性能及强度性能及强度1.1.角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的强度的强度第27页/共172页第二十八页，共173页。A. A. 应力应力(yngl)(yngl)分析分析Nlw wN剪应力剪应力f f 试验表明侧面角焊缝试验表明侧面角焊缝(hn fn)(hn fn)主要承受剪力，强度主要承受剪力，强度相对较低，塑性性能较好。因外力通过焊缝相对较低，塑性性能较好。因外力通过焊缝(hn fn)(hn fn)时时发生弯折，故剪应力沿焊缝发生弯折，故剪应力沿焊缝(hn fn)(hn fn)长度分布不均匀，长度分布不均匀，两

16、端大中间小，两端大中间小，lw/hflw/hf越大剪应力分布越不均匀。越大剪应力分布越不均匀。第28页/共172页第二十九页，共173页。第29页/共172页第三十页，共173页。第30页/共172页第三十一页，共173页。A. A. 应力应力(yngl)(yngl)分析分析 正面角焊缝受力复杂，应力正面角焊缝受力复杂，应力(yngl)(yngl)集中严重，塑性较集中严重，塑性较差，但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出差，但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%-55%35%-55%以上。以上。第31页/共172页第三十二页，共173页。第32页/共172页第三十三页，共173页。 斜焊缝的受力

17、性能斜焊缝的受力性能(xngnng)(xngnng)介于侧面角焊缝和正侧介于侧面角焊缝和正侧面角焊缝之间。面角焊缝之间。第33页/共172页第三十四页，共173页。 1）试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故通常将45o截面作为计算截面，作用在该截面上的应力(yngl)如下图所示：hfhehh1h2dehelw wh-h-焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)厚度、厚度、h1h1熔熔深深h2h2凸度、凸度、dd焊趾、焊趾、ee焊根焊根第34页/共172页第三十五页，共173页。wuf)(32223 3）由于我国规范给定）由于我国规范给定(i dn)(i dn)的角焊的角焊缝强度设计值，是根据

18、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：-焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)金属的抗拉强金属的抗拉强度度) 13(3)( 3222wfwuffhelw w第35页/共172页第三十六页，共173页。weyflhNwexflhN2f fNNyNxf= fh he el lw w45O45Oh hf f第36页/共172页第三十七页，共173页。wfffff3232222 将将3 33 3、3 34 4式，代入式，代入3 32 2式得：式得：得 1.22整理上式，并令 23f )23(22wfffff式式3535即为，规范给定的角焊缝强度即为，规范给定

19、的角焊缝强度(qingd)(qingd)计计算通用公式算通用公式ff正面角焊缝强度正面角焊缝强度(qingd)(qingd)增大系数；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。第37页/共172页第三十八页，共173页。)33( wffewffhlN对于正面对于正面(zhngmin)(zhngmin)角焊缝，角焊缝，f=0f=0，由，由3535式得：式得：对于侧面对于侧面(cmin)(cmin)角焊缝，角焊缝，f=0f=0，由，由3535式得：式得：)43( wfewffhlN 以上各式中：以上各式中： he=0.7hf he=0.7hf； lw lw角焊缝

20、计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实际实际(shj)(shj)长度减去长度减去2hf2hf。第38页/共172页第三十九页，共173页。ewwffhlfN 3.3.3 3.3.3 角焊缝角焊缝(hn fn)(hn fn)的计算的计算wfwefflhN 1.1.轴心轴心(zhu xn)(zhu xn)力作力作用下用下轴心力作用下的盖板轴心力作用下的盖板(i bn)(i bn)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：wfewffhlNN NNl lw wl lw w

21、第39页/共172页第四十页，共173页。算例算例1 1 如图所示两块板厚如图所示两块板厚t t14mm14mm的板采用上下两块盖板（板厚的板采用上下两块盖板（板厚t t8mm8mm）连接，钢材采用连接，钢材采用Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43，承受静态轴心力，承受静态轴心力N N500KN500KN，已知端缝长度为，已知端缝长度为Lw1Lw1400mm400mm，侧缝长度为，侧缝长度为Lw2Lw2300mm300mm，根，根据据(gnj)(gnj)下列情况设计焊缝：下列情况设计焊缝：（1 1）仅有侧面角焊缝；）仅有侧面角焊缝；（2 2）仅有正面角焊缝；）仅有正面角焊缝

22、；解：解：根据根据(gnj)(gnj)构造要求焊角尺寸构造要求焊角尺寸 hf 1.2x8 hf 1.2x8 t-(1 t-(12)2)所以取所以取hf=6mmhf=6mm第40页/共172页第四十一页，共173页。（2 2）仅有正面）仅有正面(zhngmin)(zhngmin)角焊缝；角焊缝；（1 1）仅有侧面）仅有侧面(cmin)(cmin)角焊缝；角焊缝；第41页/共172页第四十二页，共173页。可得角焊缝计算的基本可得角焊缝计算的基本(jbn)公式为公式为仅有平行于焊缝长度仅有平行于焊缝长度(chngd)方向的轴心力时方向的轴心力时仅有一垂直于焊缝仅有一垂直于焊缝(hn fn)长度方向

23、的轴心力时长度方向的轴心力时同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时第42页/共172页第四十三页，共173页。2. 轴心力作用下，角钢与节点板连接轴心力作用下，角钢与节点板连接(linji)的角焊缝的角焊缝计算计算第43页/共172页第四十四页，共173页。2.2.角钢角焊缝角钢角焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接A A、仅采用、仅采用(ciyng)(ciyng)侧面角焊缝侧面角焊缝连接连接221121eNeNNNN由力及力矩由力及力矩(l j)(l j)平衡平衡得得: :故故: :NkeeeNNNkeeeNN2211212121肢肢尖尖焊焊缝缝

24、内内力力分分配配系系数数肢肢背背焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数 2211212121keeekkeeekNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2第44页/共172页第四十五页，共173页。)83()73(222111wfewfwfewffhlNfhlN对于校核对于校核(xio h)(xio h)问题问题: :对于对于(duy)(duy)设计设计问题问题: :)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2第45页/共172页第四十六页，共173页。B B、采用、采用(ciyng)(ciyng)三三面围焊面围焊)

25、113(2)103(2322311NNkNNNkN由力及力矩由力及力矩(l j)(l j)平衡得平衡得: :)93(333wffewfhlN)93(33wffefbhN余下余下(yxi)(yxi)的问题同情况的问题同情况AA，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2第46页/共172页第四十七页，共173页。wfewfwfewffhlNfhlN222111对于校核对于校核(xio h)(xio h)问题问题: :对于设计对于设计(shj)(shj)问题问题: :wfewwfewfhNlfhNl222111Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2第47

26、页/共172页第四十八页，共173页。2. 轴心轴心(zhu xn)力作用下，角钢与节点板连接的角力作用下，角钢与节点板连接的角焊缝计算焊缝计算第48页/共172页第四十九页，共173页。算例算例2 2 如图所示某桁架腹杆采用角钢如图所示某桁架腹杆采用角钢2L140X102L140X10，用角焊缝三面围焊，用角焊缝三面围焊与节点板连接，钢材采用与节点板连接，钢材采用Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43，承受静态，承受静态轴心力轴心力N N1170KN1170KN，已知焊角尺寸，已知焊角尺寸hfhf8mm8mm，肢背焊缝长度，肢背焊缝长度Lw1Lw1400mm400mm，肢尖

27、焊缝长度，肢尖焊缝长度Lw2Lw2250mm250mm，验算焊缝连接是否，验算焊缝连接是否(sh (sh fu)fu)安全：安全：1）正面角焊缝承担的力）正面角焊缝承担的力 N3 = 0.7hflw3f ffw 0.7x8x140 x2x1.22x160306kN2）肢背受力：）肢背受力：3) 肢尖受力：肢尖受力：N1 =K1 NN3 /2 0.7x1170-306/2=666kN0.7x8x2x(400-8)x160=702kNN2 =K2NN3 /20.3x1170-306/2=198kN0.7x8x2x(250-8)x160=434kN第49页/共172页第五十页，共173页。3. N、

28、M、V共同共同(gngtng)作作用下用下NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNyewxAfNhlN,ewyAfhlN , wfAffAff 2,2, h he eh he et t(1)(1)偏心轴力作用下角焊缝偏心轴力作用下角焊缝(hn fn)(hn fn)强度计算强度计算xAfMWM,26welhM2,6weewxAflhMhlN第50页/共172页第五十一页，共173页。算例算例3 3验算如图所示牛腿与钢柱连接角焊缝强度。钢材验算如图所示牛腿与钢柱连接角焊缝强度。钢材(gngci)(gngci)采用采用Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43，N N3

29、00KN300KN，V V200KN200KN，e e100mm100mm，已，已知焊角尺寸知焊角尺寸hfhf8mm8mm，焊缝长度，焊缝长度LwLw400mm400mm。第51页/共172页第五十二页，共173页。剪力剪力V V产生产生(chnshng)(chnshng)弯矩弯矩M MVeVe产生产生(chnshng)(chnshng)轴力轴力N N产生产生(chnshng)(chnshng)焊缝强度验算：焊缝强度验算：第52页/共172页第五十三页，共173页。Fe1e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr假定假定: :A A、被连接件绝对刚性，焊缝为弹、被连接件绝对刚性，焊缝为弹性性

30、(tnxng)(tnxng)，即：，即：T T作用下被作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；势；B B、T T作用下焊缝群上任意点的应力作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形心的方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与连线，且大小与r r成正比；成正比；C C、在、在V V作用下，焊缝群上的应力均作用下，焊缝群上的应力均匀分布。匀分布。将将F F向焊缝向焊缝(hn fn)(hn fn)群形心群形心简化得简化得: : V=F V=F T=F(e1+e2) T=F(e1+e2)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点点第53页/共

31、172页第五十四页，共173页。xxyyrrxryATAxTAxTATAy yTATA0VyVyh he ee2x0l l1l l2xxyyAA0TVrT作用作用(zuyng)下下A点应力点应力:yxPTAIIrTIrT将其沿将其沿x x轴轴和和y y轴分解轴分解(fnji):(fnji):rrIrTrrIrTxPTTAyyPTTAxcossin第54页/共172页第五十五页，共173页。剪力剪力V V作用作用(zuyng)(zuyng)下下,A,A点应力点应力: : weVVAylhV A A点垂直于焊缝点垂直于焊缝(hn fn)(hn fn)长度方长度方向的应力为向的应力为: :TAyVA

32、yf A A点平行于焊缝点平行于焊缝(hn fn)(hn fn)长度方长度方向的应力为向的应力为: :TAxf 强度验算公式：强度验算公式：wfffff 22 wfTAxfVAyTAyf 22 即：即：思考思考: :以上计算方法为近似计算，为什么以上计算方法为近似计算，为什么? ?V VxxyyrrxryATAxTAxTATAy yTATA0VyVyh he e第55页/共172页第五十六页，共173页。3.4 对接焊缝对接焊缝(hn fn)的构的构造与计算造与计算1 1、对接、对接(du ji)(du ji)焊缝的坡口焊缝的坡口形式形式: :t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm

33、(: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。 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，坡口形式与板厚和施工条板厚和施工条件有关。件有关。 第56页/共172页第五十七页，共173页。C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）第57页/共172页第五十八页，共173页。第58页/共172页第五十九页，共173页。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

34、面需进行补焊；3 3、对接、对接(du ji)(du ji)焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一焊缝的起、灭弧点易出现缺陷，故一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时般用引弧板引出，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，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1t12t1t1较薄较薄焊件厚度；焊件厚度；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，应做坡度时，应做坡度不大于不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓过度的斜角，以平缓过度，减小应力集中。，减小应力集中。1:2

35、.51:2.5第59页/共172页第六十页，共173页。对接焊缝对接焊缝(hn fn)分为：焊透和部分焊透（自学）两种分为：焊透和部分焊透（自学）两种；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝动荷载作用下部分焊透的对接焊缝(hn fn)不宜用做垂不宜用做垂直受力方向的连接焊缝直受力方向的连接焊缝(hn fn)；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝对于静载作用下的一级和二级对接焊缝(hn fn)其强度其强度可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝可视为与母材相同，不与计算。三级焊缝(hn fn)需进需进行计算；行计算；对接焊缝对接焊缝(hn fn)可视作焊件的一部分，故其计算方法可视作焊件的一部分，故其计算方法

36、与构件强度计算相同。与构件强度计算相同。NNt第60页/共172页第六十一页，共173页。1. 轴心轴心(zhu xn)力作用下的对接焊力作用下的对接焊缝计算缝计算)223( wcwtwfftlN或式中：式中： N轴心拉力轴心拉力(ll)或压力；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； ftw、fcw 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。NNl lw wtA 当不满足上式时，可采用斜对接焊当不满足上式时，可采用斜对接焊缝缝(hn fn)连接如图连接如图B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或另另: :当当tan

37、tan1.51.5时时, ,不用验算不用验算! !NNtBNsinsinNcoscosl lw w第61页/共172页第六十二页，共173页。（1）板件间对接）板件间对接(du ji)连接连接因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、V共同作用共同作用(zuyng)下应下应力图为：力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：)233(62maxwtwwftlMWM)243(23maxwVwwwftlVtIVSl lw wtAMV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。第62页/共172

38、页第六十三页，共173页。MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于、对于(duy)(duy)焊缝的焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式3-293-29和和3-303-30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 1点），其折算点），其折算(sh (sh sun)sun)应应 力尚应满足下式要求：力尚应满足下式要求：)253(1 . 132121wtf1.11.1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。第63页/共172页第六十四页，共173页。-320 x20320 x20-320 x2

39、0320 x20-1160 x101160 x10算例算例5 5如图所示焊接工字形梁仅在腹板上设一道对接拼接焊缝，钢材采如图所示焊接工字形梁仅在腹板上设一道对接拼接焊缝，钢材采用用Q345Q345，手工焊，焊条，手工焊，焊条E50E50，拼接处弯矩，拼接处弯矩M M2600kNm2600kNm，剪力，剪力V V244kN244kN，设置引弧板，质量等级，设置引弧板，质量等级(dngj)(dngj)三级，试验算强度。三级，试验算强度。验算内容：验算内容：（1 1）最大应力）最大应力(yngl)(yngl)验算验算（2 2）折算应力）折算应力(yngl)(yngl)验算验算第64页/共172页第六

40、十五页，共173页。（1 1）焊缝）焊缝(hn fn)(hn fn)所处截所处截面的惯性矩：面的惯性矩：上翼缘对上翼缘对x x轴的面积矩：轴的面积矩：上半截面对上半截面对x x轴的面积矩：轴的面积矩：（2 2）焊缝）焊缝(hn fn)(hn fn)最大应最大应力验算：力验算：第65页/共172页第六十六页，共173页。（2 2）折算应力）折算应力(yngl)(yngl)验算：腹板与上验算：腹板与上翼缘交界点翼缘交界点折算应力折算应力(yngl)(yngl)：第66页/共172页第六十七页，共173页。一、焊接残余应力的分类及其产生的原因一、焊接残余应力的分类及其产生的原因 1 1、焊接残余应力

41、的分类、焊接残余应力的分类 A A、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; ; B B、横向、横向(hn xin)(hn xin)焊接残余应力焊接残余应力垂直于焊缝长度方垂直于焊缝长度方向向; ; C C、沿厚度方向的焊接残余应力。、沿厚度方向的焊接残余应力。 2 2、焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力产生的原因 （1 1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力第67页/共172页第六十八页，共173页。 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生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，焊缝处可达不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC160

42、0oC，而邻近区域温度骤降。，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性压缩产生热态塑性压缩(y su)(y su)，焊缝冷却时被塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩(y su)(y su)的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这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

43、焊缝稍远区产生压应力。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施焊方向施焊方向8cm64202468cm-+第68页/共172页第六十九页，共173页。产生的原因产生的原因: :1 1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲(wnq)(wnq)变形的趋变形的趋势，导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压；势，导致两焊件在焊缝处中部受拉，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膨胀、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝

44、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，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，而先焊焊缝产生压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，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力；应应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关。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。第69页/共172页第七十页，共173页。(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

45、焊方向施焊方向(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焊缝横向收缩时产生的横向残余应力向残余应力:-+施施焊焊方方向向(e)-+-施施焊焊方方向向( f )xyyx第70页/共172页第七十一页，共173页。-+-321x xy yz z 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，阻止后焊焊缝的膨胀，产生(chnshng)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(chnshng)拉应力，而先焊焊缝产生(chnshng)压

46、应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生(chnshng)拉应力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力x,y 外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力z，这三种应力形成同号(受拉)三向应力，大大降低连接的塑性。第71页/共172页第七十二页，共173页。1 1、对结构静力强度、对结构静力强度(qingd)(qingd)的影的影响响f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因焊接残余因焊接残余(cny)应力自相平衡，故：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：焊接残余应力焊接残余应力对结构的静力对结构的静力强度没有影响。强度没有影响。+-f

47、fy yf fb bB Bt tftbBNftbNcyt )(第72页/共172页第七十三页，共173页。2 2、对结构、对结构(jigu)(jigu)刚度的影响刚度的影响A、当焊接残余应力、当焊接残余应力(yngl)存在时，因截面的存在时，因截面的bt部部分拉应力分拉应力(yngl)已经达到已经达到fy ，故该部分刚度为零，故该部分刚度为零（屈服），这时在（屈服），这时在N作用下应变增量为：作用下应变增量为： EtbBN 1 f f+-b bf fy yNN+-f fy yf fNNb bB Bt t第73页/共172页第七十四页，共173页。因为因为(yn wi)B-bB(yn wi)B-

48、b 1 22。结论：结论： 焊接残余应力的存在增大焊接残余应力的存在增大(zn d)了结构的变形，即了结构的变形，即降低了结构的刚度。降低了结构的刚度。EtBN 2 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，降低曲刚度减小，降低(jingd)(jingd)压杆的稳定承载力（详见压杆的稳定承载力（详见第五章）。第五章）。 EtbBN 1 第74页/共172页第七十五页，共173页。4 4、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响(yngxing)(yngxing) 对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，限制对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接

49、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。了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。 所以，降低所以，降低(jingd)或消除焊接残余应力是改善结构低温冷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。脆性能的重要措施。 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敏钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。的不利影响。第75页/共172页第七十六页，共173页。 焊接焊接(hnji)

50、变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合变形、角变形和扭曲变形等，通常是几种变形的组合。 第76页/共172页第七十七页，共173页。第77页/共172页第七十八页，共173页。第78页/共172页第七十九页，共173页。第79页/共172页第八十页，共173页。第80页/共172页第八十一页，共173页。第81页/共172页第八十二页，共173页。第82页/共172页第八十三页，共173页。第83页/共172页第八十四页，共173页。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