钢结构的连接角焊缝设计.pptx

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1、第1页/共73页hfhfhf1.5hfhfhf第2页/共73页hfA4545余高0.7hf第3页/共73页hfheh2hf1.5hfhehfhfhehe=0.7hf第4页/共73页h he ellw wh hf fhfhe=0.7hfAe有效截面（破坏截面）面积Ae=he lw=0.7hf lw第5页/共73页侧焊缝侧焊缝（与力平行）（与力平行）端焊缝端焊缝（与力垂直）（与力垂直）（3 3）按焊缝方向与受力方向分角焊缝截面第6页/共73页不应太小不应太小 否则不能焊透，导致实际承载力不足否则不能焊透，导致实际承载力不足 焊缝冷却太快容易开裂焊缝冷却太快容易开裂（1 1）、（2 2）角焊缝焊脚尺

2、寸 h hf f不应太大不应太大 否则焊缝冷却后产生较大变形否则焊缝冷却后产生较大变形 较薄焊件容易烧穿较薄焊件容易烧穿角焊缝的构造要求hft1t2tt1hf第7页/共73页焊脚尺寸h hf f=4,5,6,8,10,12.=4,5,6,8,10,12.另:对于自动埋弧焊h hfminfmin可减去1mm;1mm;对于T T型连接单面角焊缝h hfminfmin应加上1mm;1mm;(计算值只进不舍）当tmax4mm时,hf min=tmax角焊缝的构造要求第8页/共73页角焊缝的构造要求（3 3）不等焊脚尺寸的构造要求 h hf ft2t1第9页/共73页（4 4）侧缝的最大计算长度lwma

3、x角焊缝的构造要求 当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。缝全长分布时，不受上式限制。（5 5）角焊缝的最小计算长度lwmin 当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好。缝比大而短的焊缝好。第10页/共73页（6 6）搭接连接的构造要求角焊缝截面尺寸A A、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2 2h hf f的绕角焊，且转角处必须

4、连续施焊。的绕角焊，且转角处必须连续施焊。当宽度当宽度b b超过此规定时，应加正面角焊缝或超过此规定时，应加正面角焊缝或.b2hflwB B、lwbb b16t（t 12mm）b b190mm（t 12mm）t第11页/共73页（6 6）搭接连接的构造要求角焊缝截面尺寸 在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的的5 5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm25mm。t1t2第12页/共73页角焊缝构造要求汇总第13页/共73页角焊缝的其它构造要求：角焊缝的构造要求(1)承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。(2)在直接承

5、受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为1:1.5,长边顺内力方向；对侧面角焊缝可为1:1。(3)在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应大于15t（对受压构件）或30t（对受拉构件），t为较薄焊件的厚度。第14页/共73页角焊缝受力特点第15页/共73页侧焊缝受力特点第16页/共73页侧焊缝受力特点（1）主要受剪应力，分布不均。（2）强度相对较低，塑性较好。（3）破坏常发生在近似45斜平面上第17页/共73页端焊缝受力特点第18页/共73页应力状态复杂，正、剪应力都有，应力状态复杂，正、剪应力都有，且分布很不均匀；且分

6、布很不均匀；根部应力集中最厉害，常常是开裂根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点；的起源点；焊缝破坏强度高，但塑性差。焊缝破坏强度高，但塑性差。ABCD端焊缝受力特点破坏模式第19页/共73页90侧焊缝0端焊缝荷载变形曲线荷载变形曲线端焊缝与侧焊缝的比较第20页/共73页hfhehh1h2deh-h-焊缝厚度h h1 1熔深h h2 2凸度dd焊趾ee焊根直角角焊缝强度计算基本公式第21页/共73页计算截面计算截面均取焊缝4545有效截面（假定破坏截面）有效焊缝高度有效焊缝高度h e 0.7 h f (焊缝高度)hfhfhe有效截面有效截面焊缝计算长度焊缝计算长度lwl-2hf（每端扣h f）

7、hfhehh1h2de直角角焊缝强度计算基本公式第22页/共73页N直角角焊缝强度计算基本公式N第23页/共73页直角角焊缝强度计算基本公式NN应力nfnff第24页/共73页直角角焊缝强度计算基本公式NNxNyNNx=N sinNy=N cos端焊侧焊第25页/共73页A第26页/共73页破坏面上破坏面上A点折算应力点折算应力：直角角焊缝强度计算基本公式A又整理得：第27页/共73页直角角焊缝强度计算基本公式A又即：带入整理得：第28页/共73页直角角焊缝强度计算基本公式A又带入整理得：Nnff第29页/共73页角角焊缝强度设计值焊缝强度设计值第30页/共73页角焊缝计算长度：强度增大系数强

8、度增大系数 静载、间接动载 ：按公式计算；直接动载：=1.0第31页/共73页典型节点受轴心力作用时=0，侧面角焊缝NNxNyNNx=N sinNy=N cos端焊侧焊得：第32页/共73页典型节点受轴心力作用时=0，侧面角焊缝假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的应力均布第33页/共73页典型节点受轴心力作用时=90，端焊缝NNxNyNNx=N sinNy=N cos端焊侧焊得：第34页/共73页典型节点受轴心力作用时假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的应力均布=90，端焊缝第35页/共73页典型节点受轴心力作用时090Nnff假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的应力均布第36页/共73页典型

9、节点受轴心力作用时(总结）N假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的应力均布第37页/共73页 端焊缝强度增大系数端焊缝强度增大系数 f直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝1.01.22静载、静载、间接动载间接动载1.0直接动载直接动载第38页/共73页两边侧焊两边侧焊验算验算认为焊缝有效截面上认为焊缝有效截面上应力均匀分布应力均匀分布一条单独的焊缝，每端扣除hf典型节点典型节点拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用第39页/共73页两边端焊两边端焊验算验算认为焊缝有效截面上认为焊缝有效截面上应力均匀分布应力均匀分布典型节点典型节点拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用端焊缝强

10、度提高系数第40页/共73页验算验算四周围焊四周围焊当焊缝受直接动力荷载时：当焊缝受直接动力荷载时：由端焊缝由端焊缝N1再验算侧焊缝再验算侧焊缝N1,lw1N2，lw2典型节点典型节点拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用第41页/共73页减小拼接板角部减小拼接板角部应力集中应力集中四周菱形围焊四周菱形围焊简化验算简化验算无论静载、动载无论静载、动载典型节点典型节点拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用验算验算第42页/共73页be1e2三面围焊三面围焊典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-

11、lw2hf1-lw1hf3-lw3关键求解N1、N2、N3由N3按端焊缝受轴心力设计由N1、N2按侧焊缝受轴心力设计第43页/共73页三面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3平面平行力系（1 1）求解N3按构造要求设hf3，解出N3第44页/共73页三面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3（2 2）求解N1、N2对N2取矩：+=整理得：（3.12）第45页/共73页三面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3（2 2）求

12、解N1、N2对N1取矩：+=整理得：（3.13）第46页/共73页角钢类型角钢类型连接形式连接形式内力分配系数内力分配系数肢背肢背1肢尖肢尖2等肢角钢等肢角钢0.700.30不等肢角钢不等肢角钢短肢连接短肢连接0.750.25不等肢角钢不等肢角钢长肢连接长肢连接0.650.35典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用第47页/共73页三面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3（3 3）侧焊缝设计肢背焊缝：肢尖焊缝：可求第48页/共73页三面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2

13、-lw2hf1-lw1hf3-lw3（3 3）侧焊缝设计肢尖焊缝实长：肢背焊缝实长：转角处连续施焊第49页/共73页两边侧焊两边侧焊典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用关键求解N1和N2分别按侧焊缝受轴心力设计肢背和肢尖焊缝肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝bhf1-lw1hf1-lw1第50页/共73页两边侧焊两边侧焊典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝bhf1-lw1hf1-lw1肢背焊缝：肢尖焊缝：第51页/共73页两边侧焊两边侧焊典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴

14、力拼接板连接承受轴力N N作用作用肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝bhf1-lw1hf1-lw1肢尖焊缝实长：肢背焊缝实长：绕角施焊第52页/共73页角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算由N2=0得：典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用blw2绕角施焊第53页/共73页 任一点A处：式中Ww角焊缝有效截面的截面模量。典型节点典型节点弯矩单独作用时弯矩单独作用时的焊缝计算的焊缝计算 M0.7hflwA第54页/共73页典型节点弯矩、剪力、轴向力典型节点弯矩、剪力、轴向力共同作用共同作用 时时的的焊缝计算焊缝计算1、求出单独外力作用下的角焊缝的应力，分

15、别用和表示。2、将焊缝截面上同一点处的应力值进行叠加，而不是最大应力值进行叠加。第55页/共73页梁柱连接受弯矩梁柱连接受弯矩M、剪力、剪力V、轴力、轴力N作用作用危险点危险点a：验算验算危险点危险点b：仅腹板仅腹板焊缝截面焊缝截面梁柱连接梁柱连接整个焊缝截面整个焊缝截面焊缝应力分布焊缝应力分布弯矩弯矩轴力轴力剪力剪力加劲肋加劲肋整个截面Aw,Iw第56页/共73页A典型节点典型节点扭矩单独作用时扭矩单独作用时的焊缝计算的焊缝计算 xyToxyTorAyAxA第57页/共73页焊缝截面焊缝截面=V(a+e)剪力剪力V产生的产生的A点点应力应力牛腿焊接牛腿焊接扭矩、剪力、轴力作用扭矩、剪力、轴力

16、作用轴力轴力N产生产生A点的应点的应力力扭矩T产生A点的应力第58页/共73页焊缝截面焊缝截面=V(a+e)X方向合应力方向合应力：Y方向合应力：方向合应力：验算：验算：A A点：点：牛腿焊接牛腿焊接扭矩、剪力、轴力作用扭矩、剪力、轴力作用第59页/共73页第60页/共73页第61页/共73页3.5 3.5 焊接应力和焊接变形 P48焊接变形：钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。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称为焊接产生的原因：钢材高温膨胀时产生了热态塑性压缩第62页/共7

17、3页焊接应力的分类纵向焊接应力沿焊缝方向横向焊接应力垂直焊缝方向厚度方向焊接应力X(横向焊接应力横向焊接应力)Y(纵向焊接应力)Z(厚度方向厚度方向焊接应力焊接应力)焊缝焊缝第63页/共73页纵向焊接应力纵向焊接应力平平 板板 工字形截面工字形截面焊接应力的分类两板焊接焊缝区受拉、两侧受压焊接工字钢腹板中央受压，两端受拉翼缘中央受拉，两端受压第64页/共73页第一部分第一部分 施焊方向收缩横向焊接应力横向焊接应力应力分布应力分布第二部分第二部分=合成合成应力应力焊接应力的分类A.焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲中间横向受拉，两端受压B.施焊先后不同，则冷却时间不同，导致后焊部分收缩受拉，先冷部分

18、受杠杆作用也受拉，中间部分受压。第65页/共73页厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力焊接应力的分类焊接应力特点：焊接应力特点：自平衡力系自平衡力系第66页/共73页焊接应力对结构性能的影响3.降低构件稳定性，和使构件提前进入塑性工作阶段。1.常温下受静载不影响强度，但会影响刚度；2.焊缝中的三向应力阻碍塑性变形的发展，导致开裂，降低疲劳强度；第67页/共73页焊接变形（1）焊接变形产生的原因及形式原因：焊接过程中焊区的收缩变形引起。形式：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。第68页/共73页波浪变形焊接变形焊接变形第69页/共73页设计措施设计措施合理安排焊缝位置焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错差差好好差差好好差差好好加劲板：主要焊缝加劲板：主要焊缝通过，次要焊缝中断通过，次要焊缝中断减小焊接应力和焊接变形的措施第70页/共73页加工措施加工措施合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。施焊前，预加反向变形。焊接次序交替进行焊接次序交替进行分多道焊缝分多道焊缝预加反变形预加反变形减小焊接应力和焊接变形的措施第71页/共73页第3章焊接部分结束第72页/共73页感谢您的观看。第73页/共73页