钢结构的连接第角焊缝.pptx
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1、第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接教学目的、要求教学目的、要求教学内容教学内容1.掌握全焊透对接焊缝和直角角焊缝的构造与计算;2.理解普通螺栓和高强螺栓的构造与计算;3.了解焊缝的残余应力和残余变形;1.钢结构的连接方法及应用2.全焊透对接焊缝的构造与计算重点3.角焊缝的构造与计算重点4.焊缝的残余应力和残余变形5.普通螺栓和高强螺栓的构造与计算难点教学时间安排教学时间安排16学时第1页/共74页1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度第三章第三章 连连 接接3.33.3角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造角焊缝的构造角焊缝按截面形式(两焊脚边的角焊缝按截面形式(两焊脚边的
2、夹角)可分为夹角)可分为直角角焊缝直角角焊缝和和斜角斜角角焊缝。角焊缝。(a)普通型(b)平坡型(c)凹面型图3.10直角角焊缝截面(1 1)直角角焊缝)直角角焊缝通常做成表面微凸的等通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面(腰直角三角形截面(a a)。)。对承受动力荷载的结构对承受动力荷载的结构中,正面角焊缝的截面中,正面角焊缝的截面通常采用(通常采用(b b)的形式,)的形式,侧面角焊缝的截面则做侧面角焊缝的截面则做成凹面式(成凹面式(c c)。)。he hfcos45=0.7hf第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第2页/共74页第三章第三章 连连 接接(2 2)斜
3、角角焊缝)斜角角焊缝两焊边的夹角两焊边的夹角a90a90或或a90a135135o o或或6012mm)或或190mm(t12mm););a)a)构件端部仅有两边侧缝连接时:构件端部仅有两边侧缝连接时:试验结果表明,连接的承载力与试验结果表明,连接的承载力与b/lw有关有关。为了避免应力传递为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均,每条侧缝长度的过分弯折而使构件中应力不均,每条侧缝长度b/lw 1;t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第11页/共74页第三章第三章 连连 接接c)c)直接承受动力荷载的结
4、构中,角焊缝表面应做成直线形直接承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:或凹形,焊脚尺寸的比例:正面角焊缝宜为正面角焊缝宜为1:1.51:1.5,长边与内长边与内力方向一致力方向一致 ;侧面角焊缝可用凹形直角焊缝为侧面角焊缝可用凹形直角焊缝为1:1 1:1。b)b)在搭接连接中,搭接长度不得小于焊件较小厚度的在搭接连接中,搭接长度不得小于焊件较小厚度的5 5倍或倍或25mm25mm。第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接t t1 1t t2 2 (t t1 1t t2 2)搭接图搭接图第12页/共74页第三章第三章 连
5、连 接接d)d)当焊缝端部在焊件转角处时,应将焊缝延续绕过转角当焊缝端部在焊件转角处时,应将焊缝延续绕过转角加焊加焊2 2h hf f。避开起落弧发生在转角处的应力集中。避开起落弧发生在转角处的应力集中。b)2hfa)2hf2hf图图3.15绕角焊缝绕角焊缝第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第13页/共74页第三章第三章 连连 接接焊角尺寸焊角尺寸:hfd c b adcbahe ehfhf1 1)焊缝的破坏面)焊缝的破坏面直角角焊缝的基本计算公式直角角焊缝的基本计算公式假定:直角角焊缝破坏发生于直角角焊缝破坏发生于4545截截面上,既有效厚
6、度方向发生。面上,既有效厚度方向发生。图3.17直角角焊缝截面有效厚度有效厚度:he 0.7hf焊缝厚度焊缝厚度:有效厚度+熔深+凸度有效截面有效截面:有效厚度计算长度计算时假定有效截面上应力均匀分布。计算时假定有效截面上应力均匀分布。第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第14页/共74页(作用力平行于焊缝方向)1 1、侧面角焊缝N NN N图图3.24 3.24 侧面角焊缝的应力分布示意图侧面角焊缝的应力分布示意图第15页/共74页当承受动力荷载时:-正面角焊缝强度增大系数,1.22。2 2、正面角焊缝(作用力垂直于焊缝方向)N NN N图图
7、3.25 3.25 正面角焊缝的应力分布示意图正面角焊缝的应力分布示意图第16页/共74页3 3、斜向角焊缝N NN Ny y=Ncos=Ncos N Nx x=Nsin=Nsin 图图3.26 3.26 斜向轴心力作用斜向轴心力作用第17页/共74页第三章第三章 连连 接接角焊缝的计算角焊缝的计算第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构,设计用钢量4.2万吨,是目前国内外体育场馆中用钢量最多、规模最大、施工难度最大、拥有多项世界顶级施工技术难题的大型钢结构工程。该工程设计使用年限为100年
8、。建筑面25.8万平方米,建筑造价:34亿元人民币。高空全焊接钢结构,焊缝总长30万米。第18页/共74页第三章第三章 连连 接接角焊缝的计算角焊缝的计算第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接基督教礼拜堂项目,总建筑面积为13484.02m2,地上建筑主体为高底大于24m的单层公共建筑。钢构件间的连接采用全熔透坡口焊接和高强度螺栓连接两种形式,焊缝采用焊脚尺寸均为双面焊8mm角焊缝。第19页/共74页第三章第三章 连连 接接角焊缝的计算角焊缝的计算第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第20页/共7
9、4页第三章第三章 连连 接接角焊缝的计算角焊缝的计算1 1、教学内容:、教学内容:角焊缝的连接计算角焊缝的连接计算 (1)(1)轴心力作用下角焊缝连接计算轴心力作用下角焊缝连接计算 (2)(2)弯矩、轴心力作用下的连接计算弯矩、轴心力作用下的连接计算 (3)(3)扭矩、剪力作用下的连接计算扭矩、剪力作用下的连接计算2 2、重点:、重点:轴心力作用下盖板类、角钢类连接计算轴心力作用下盖板类、角钢类连接计算第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第21页/共74页第三章第三章 连连 接接角焊缝的计算角焊缝的计算1.1.轴心力(拉力、压力和剪力)作用时角
10、焊缝的计算轴心力(拉力、压力和剪力)作用时角焊缝的计算 当焊件受轴心力,且轴心力通过连接焊缝群的中心,当焊件受轴心力,且轴心力通过连接焊缝群的中心,焊缝的应力可认为是均匀分布的。焊缝的应力可认为是均匀分布的。(1(1)用盖板的对接连接)用盖板的对接连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接NNllw wS Slw连接一侧连接一侧的侧面角焊缝的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第22页/共74页第三章第三章 连连 接接B B、采用三面围焊连接、采用三面围焊连接NNllw wllw w先计算正面角
11、焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力S Slw连接一侧的正面角焊连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和缝计算长度的总和再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度S Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第23页/共74页第三章第三章 连连 接接(2(2)承受)承受斜向斜向轴心力的角焊缝轴心力的角焊缝NNxNy f f轴心力作用下的角焊缝平行于焊缝长度方向的分力平行于焊缝长度方向的分力Ncos 垂直于焊缝长度方向的分力垂直于焊缝长度方向的分力Nsin 外力外力N和焊缝长度方
12、向斜交,焊缝受到的力和焊缝长度方向斜交,焊缝受到的力N被分解为:被分解为:代入公式,得焊缝计算公式:代入公式,得焊缝计算公式:第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第24页/共74页第三章第三章 连连 接接例题例题3.13.1 试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B270mm,厚度,厚度t1=28mm,拼接盖板的厚度,拼接盖板的厚度t2=16mm。该连。该连接承受的静态轴心力接承受的静态轴心力N1400kN(设计值),钢材为(设计值),钢材为Q235B,手工焊,焊条为,手工焊,焊条为E43型型第三章第三章
13、连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第25页/共74页第三章第三章 连连 接接分析方法一:假定焊脚尺寸-焊缝长度-拼接盖板尺寸步骤1:假定焊脚尺寸(hf)角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。最大焊脚尺寸:规范规定,当t6mm时,hft-(12)mm,t为较薄焊件的厚度hfmax=1415mm取hf=10mm,查表可得角焊缝强度设计值:ffw160N/mm2最小焊脚尺寸:规范规定,hf1.5(t)1/2,t为较厚焊件的厚度hfmin=7.9mm第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第26页/共74页第三章第三章
14、连连 接接步骤2:计算焊缝长度(lw)假设采用两面侧焊缝,拼接盖板采用上下两块。根据公式算得连接一侧所需四条焊缝总长度拼接盖板的长度L=2lw+10=3332+10=676mm,取680mm式中,10为两块被连接钢板的间隙一条侧焊缝的实际长度:lw=1250/4+210=333mm验算lwmin=10hf=1010=100lw=333lwmax=60hf=6010=600第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第27页/共74页第三章第三章 连连 接接步骤3:确定拼接盖板的宽度(b)虽然沿拼接盖板的宽度方向没有施焊,但也应该根据强度条件和构造要求确
15、定其宽度。强度条件:假设b=240mm,则一块拼接盖板的横截面积A=3840mm2,根据静态轴力计算的强度值s s=N/2A=1.4106/(23840)=182.3N/mm2f=215N/mm2故选用拼接盖板的尺寸为680mm240mm16mm构造要求:当板件端部只有两条侧面角焊缝连接时,要b12mm时,b16t=1616=256,t为较薄焊件的厚度第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第28页/共74页第三章第三章 连连 接接【练习练习】验算下图所示连接的强度验算下图所示连接的强度(采用三面围焊采用三面围焊)。已知钢板。已知钢板宽宽B1=40
16、0mm,厚,厚t1=18mm,受轴心力受轴心力N=1425kN(静荷载),(静荷载),钢材钢材Q235B,手工焊,焊条,手工焊,焊条E43型。取型。取hf=8mm。两块矩形盖板。两块矩形盖板宽宽B2=340mm,厚,厚t2=12mm。NNNN第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第29页/共74页第三章第三章 连连 接接(3 3)承受轴心力的角钢端部连接)承受轴心力的角钢端部连接在钢桁架中,角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧在钢桁架中,角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊,或三面围焊,特殊情况也允许采用焊,或三面围焊,特殊情况也允许采用L L
17、形围焊(如图所示)形围焊(如图所示)。腹杆受轴心力作用,为了避免焊缝偏心受力,。腹杆受轴心力作用,为了避免焊缝偏心受力,焊缝所传递焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。图4.26桁架腹杆节点板的连接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第30页/共74页第三章第三章 连连 接接NN1N2eb角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接 a)a)仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接解上式得肢背和肢尖的受力为:解上式得肢背和肢尖的受力为:(4.19)(4.20)在在N1、N2作用下,假定肢尖、肢作用下,假定肢尖、肢背背hf
18、1、hf2,侧缝的计算长度为:,侧缝的计算长度为:由平衡条件得:由平衡条件得:肢背肢尖K1角钢肢背焊缝的内力分配系数角钢肢背焊缝的内力分配系数K2角钢肢尖焊缝的内力分配系数,角钢肢尖焊缝的内力分配系数,查表查表4.4P72第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第31页/共74页第三章第三章 连连 接接表3.4角钢角焊缝内力分配系数K第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第32页/共74页第三章第三章 连连 接接b)b)角钢用三面围焊时角钢用三面围焊时,可减小角钢的搭接长度。可先假定正,可减小角钢的搭
19、接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸面角焊缝的焊脚尺寸hf3,并算出它所能承受的内力并算出它所能承受的内力N3:通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为:角钢角焊缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw1在在N1、N2作用下,侧焊缝的长作用下,侧焊缝的长度用公式度用公式(3.21、3.22)。)。第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第33页/共74页第三章第三章 连连 接接c)c)当采用当采用L L形围焊时形围焊时,令,令N20,得:得:L L形围焊角焊缝计算公式为:形围焊角焊缝计算公式为:若
20、求出得若求出得hf3大于大于hfmax,则不能采用则不能采用L L形围焊。形围焊。第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第34页/共74页第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 连连 接接第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接角焊缝的实际长度和计算长度关系:角焊缝:实际长度=计算长度+2hf三面围焊或L型焊缝,因在转角处必须连续施焊,可视为一条焊缝注:焊缝的实际长度取5mm的倍数。便于焊条下料第35页/共74页第三章第三章 连连 接接例例3.2设计如图所示双面不等边角钢和节点板间的连接角焊缝。设计如图所示双面不等边角钢和节点
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