第三章钢结构的连接焊缝.pptx

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1、3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构中通常采用：电弧焊：电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊(埋弧自动或半自动焊)以及气体保护焊等。电渣焊：熔嘴电渣焊电阻焊第1页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法 3211 手工电弧焊手工电弧焊 工艺流程：(图3.2)，通电后，在在涂涂有有药药皮皮的的焊焊条条与与焊焊件件之之间间产产生生 电电 弧弧。电电 弧弧 的的 温温 度度 或或 高高 达达30003000。在在高高温温作作用用下下，电电弧弧周周围围的的金金属属变变成成液液态态，形形成成熔熔池池。同同时时，焊焊条条中中的的焊焊丝丝很很快快熔熔化化，滴滴落落

2、入入熔熔池池中中，与与焊焊件件的的熔熔融融金金属属相相互互结结合合，冷冷却却后后即即形形成成焊焊缝缝。焊焊条条药药皮皮则则在在焊焊接接过过程程中中产产生生气气体体，保保护护电电弧弧熔熔化化金金属属，并并形形成成熔熔渣渣覆覆盖盖着着焊焊缝缝，防防止止空空气气中中的的氧氧、氮氮等等有有害害气气体体与与熔熔化化金金属属接接触而形成易脆的化合物。触而形成易脆的化合物。第2页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法3211 手工电弧焊手工电弧焊特点：手工电弧焊的设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。但生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于焊工的精

3、神状态与技术水平。焊条：手工电弧焊所用焊条应与焊件钢材（或称主体金属）相适应，一般为：对Q235钢采用E43型焊条(E4300E4328)；对 Q345钢 采 用 E50型 焊 条(E5000E5048)；对Q390钢和Q420钢采用E55型焊条(E5500E5518)。不同钢种的钢材相焊接时，例如Q235钢与Q345钢相焊接，宜采用低组配方案，即宜采用与低强度钢材相适应的焊条。第3页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法3212 埋弧焊埋弧焊(自动或半自动自动或半自动)埋埋弧弧焊焊：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。埋埋弧弧自自动动电电弧弧焊焊：焊丝送进和电弧

4、按焊接方向的移动有专门机构控制完成(图3.3)；半半埋埋弧弧自自动动电电弧弧焊焊：焊丝送进有专门机构，而电弧按焊接方向的移动靠人手工操作完成。第4页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法3212 埋弧焊埋弧焊(自动或半自动自动或半自动)特特点点：1）焊缝金属为焊剂所覆盖，能对较细的焊丝采用大电流。电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，具有高的生产率。2）由于采用了自动控或半自动控制化操作，焊接时的工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，故形成的焊缝质量好，焊件变形小。3）高焊速也减小了热影响区的范围。4）但埋弧焊对焊件边缘的装配精度(如间隙)要求比手工焊高。焊焊丝丝焊焊

5、剂剂：埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应，即要求焊缝与主体金属等强度。第5页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法3213 气体保护焊气体保护焊 气气体体保保护护焊焊：利利用用二二氧氧化化碳碳气气体体或或其其他他惰惰性性气气体体作作为为保保护护介介质质的的一一种种电电弧弧熔熔焊焊方方法法。它它直直接接依依靠靠保保护护气气体体在在电电弧弧周周围围造造成成局局部部的的保保护护区区，以以防防止止有有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。特点：特点：气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型气体保护焊的焊缝

6、熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，的过程；由于保护气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高塑性和焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。但不适用于野外或有风的地方施焊。但不适用于野外或有风的地方施焊。第6页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法3214 电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊参见课本p191第7页/共101页3.2

7、 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式按相互位置可分为：对接对接、搭接搭接、T T形连接形连接和角部连接角部连接四种(图3.4)。第8页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式 对对接接连连接接主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。图3.4(a)所示为采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。第9页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式322

8、 焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式 角角焊焊缝缝的的对对接接连连接接：图3.4(b)所示为用双层盖板和角焊缝的对接连接，这种连接传力不均匀、费料，但施工简便，所连接两板的间隙大小无需严格控制。第10页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式 角角焊焊缝缝的的搭搭接接连连接接：图3.4(c)所示为用角焊缝的搭接连接，特别适用于不同厚度构件的连接。传力不均匀，材料较费，但构造简单，施工方便，目前还广泛应用。第11页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊

9、缝连接形式 T T形形连连接接：省工省料，常用于制作组合截面。当采用角焊缝连接时图3.4(d)，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构的连接中。对于直接承受动力荷载的结构，如重级工作制吊车梁，其上翼缘与腹板的连接，应采用如图3.4(e)所示的K形坡口焊缝进行连接。角部连接：角部连接：图3.4(f)、(g)主要用于制作箱形截面第12页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3222 焊缝形式焊缝形式焊缝形式：主要有对接焊缝对接焊缝和角焊缝（连续角焊缝角焊缝（连续角焊缝和间断续角断续角 焊缝）焊缝）。对接焊缝：分为正对

10、接焊缝正对接焊缝图3.5(a)和斜对接焊缝斜对接焊缝图3.5(b)。角焊缝：可分为正面角焊缝正面角焊缝、侧面角焊缝侧面角焊缝和斜焊缝斜焊缝图3.5(c)。第13页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式3222 焊缝形式焊缝形式 连续角焊缝连续角焊缝和间断续角焊缝断续角焊缝焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝二种(图3.6)。连续角焊缝的受力性能较好，为主要的角焊缝形式。间断角焊缝的起、灭弧处容易引起应力集中，重要结构应避免采用，只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝的间断距离l不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。一般在受

11、压构件中应满足l15t；在受拉构件中l30t，t为较薄焊件的厚度。第14页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验3231 焊缝缺陷焊缝缺陷 焊焊缝缝缺缺陷陷：指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透(图3.8)等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。产生裂纹的原因很多，如钢材的化学成分不当；焊接工艺条件(如电流、电压、焊速、施焊次序等)选择不合适；焊件表面油污未清除干净等。第15页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷

12、及焊缝质量检验3232 焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝缺陷的存在将削弱焊缝的受力面积，在缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。因此，焊缝质量检验极为重要。检检验验方方法法：一一般般可可用用外外观观检检查查及及无无损损检检查查，前前者者检检查查外外观观缺缺陷陷和和几几何何尺尺寸寸，后后者者检检验验内内部部缺缺陷陷。无无损损检检验验目目前前广广泛泛采采用用超超声声波波检检验验，使使用用灵灵活活、经经济济，对对内内部部缺缺陷陷反反应应灵灵敏敏，但但不不易易识识别别缺缺陷陷性性质质；有有时时还还用用磁磁粉粉检检验验、荧荧光光屏屏等等较较简简单单的的方方法法作作为为辅辅助助

13、；当当前前最最明明确确可可靠的方法是靠的方法是X X射线射线或或射线透照射线透照或或拍片拍片，X X射线应用较广。射线应用较广。第16页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验3232 焊缝质量检验焊缝质量检验 等等级级：钢结构工程施工及验收规范规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求对每条焊缝全部或20%长度进行超声波或射线探伤检验并符合相应级别的质量标准。钢钢结结构构中中一一般般采采用用三三级级焊焊缝缝，可满足通常的强度要求；但其对接焊缝的抗拉强度有较大的变

14、异性，钢结构设计规范规定其设计值只为主体钢材的85%左右。因而对有较大拉应力的对接焊缝以及直接承受动力荷载构件的较重要的对接焊缝，宜采用二级焊缝；对疲劳性能有较高要求处可采用一级焊缝。第17页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式3.2.4 焊缝代号（参考p195197焊缝符号表示方法GB324-88)建筑结构制图标准规定：焊缝代号由引出线、图形符号和辅助符号三部分组成。引引出出线线由由横横线线和和带带箭箭头头的的斜斜线线组组成成。箭箭头头指指到到图图形形上上的的相相应应焊焊缝缝处处，横横线线的的上上面面和和下下面面用用来来标标注注图图形形符符号号和和焊缝尺寸焊缝尺寸。第18页/共101页

15、3.2 焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号第19页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号当引出线的箭头指向焊缝所在的一面时，应将图形符号和焊缝尺寸等标注在水平横线的上面；当箭头指向对应焊缝所在的另一面时，则应将图形符号和焊缝尺寸标注在水平横线的下面。必要时，可在水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。图形符号表示焊缝的基本型式，如用 表示角焊缝，用V表示V型坡口的对接焊缝。辅助符号表示焊缝的辅助要求，如用 表示现场安装焊缝等。表3.2列出了一些常用焊缝代号，可供设计时参考。第20页/共101页3.2 焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号当焊缝分布比较复杂或用上述标注方

16、法不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示(图3.9)。第21页/共101页33 角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态 1.形式：角焊缝按其与作用力的关系可分为：焊缝长度方向与作用力垂直的正正面面角角焊焊缝缝；焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝侧面角焊缝以及斜焊缝斜焊缝。第22页/共101页33 角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态 1.形式：按其截面形式可分为：直角角焊缝(图3.10)和斜角角焊缝(图3.11)。直直角角角角焊焊缝缝通通常常做做成成表表面面微微凸凸的的等等腰腰直直角角三三角角形形截截面面 图图3.10(3.10(a)a)

17、。在在直直接接承承受受动动力力荷荷载载的的结结构构中中，正正面面角角焊焊缝缝的的截截面面常常采采用用图图3.10(3.10(b)b)所所示示的的坦坦式式，侧侧面面角角焊焊缝缝的的截截面面则则作作成成凹凹面面式式 图图3.10(3.10(c)c)。第23页/共101页33 角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态 第24页/共101页33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态 1.1.形式（形式（continued)continued)斜斜角角角角焊焊缝缝：两焊脚边的夹角90或90的焊缝称为斜角角焊缝。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角135或60的斜角角焊缝

18、，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。第25页/共101页33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态 2 2、受力状态、受力状态 侧侧面面角角焊焊缝缝受受力力状状态态：大量试验结果表明，侧面角焊缝(图3.12)主要承受剪应力。塑 性 较 好，弹 性 模 量 低(E=7104N/mm2)，强度也较低。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。焊缝越长，应力分布不均匀性越显著，但在塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。第26页/共101页正面角焊缝受力状态：正面角焊缝(图3.13)受力复杂，截面中的各面均存在正应

19、力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。一方面由于力线弯折，另一方面由于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端。正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形要差些。第27页/共101页33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态倾斜角焊缝受力状态:而斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。而斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。第28页/共101页33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求 1 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸根据角焊缝的工艺和力学性能，为了避免焊缝区的基本金属“过烧”，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，角角焊焊缝缝的

20、的焊焊脚脚尺尺寸寸不不宜宜大大于于较薄焊件厚度的较薄焊件厚度的1.21.2倍。倍。第29页/共101页33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求1 最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸对板件边缘的角焊缝：当当板板件件厚厚度度t t6mm6mm时时，取取h hf ft t(12)mm(12)mm，当当t t6mm6mm时时，取取h hf ft t。如如 果果 另另 一一 焊焊 件件 厚厚 度度ttt t时时，还还 应应 满满 足足h hf f1.21.2 t t的要求的要求。第30页/共101页 33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求2 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸 角焊缝的焊脚尺寸也不能过

21、小，否则焊缝因输入量过小，而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂。规范规定：角角焊焊缝缝的的焊焊脚脚尺尺寸寸h hf f不不得得小小于于1.5 1.5 ，t t为较厚焊件厚度为较厚焊件厚度(单位为mm)。计算时，焊脚尺寸取mm的整数，小数点以后都进为1。自动焊熔深较大，故所取最小焊脚尺寸可减小1mm；对T形连接的单面角焊缝，应增加1mm；当焊件厚度小于或等于4mm时，则取与焊件厚度相同。第31页/共101页33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求 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的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度前已述

22、及，侧侧面面角角焊焊缝缝在在弹弹性性阶阶段段沿沿长长度度方方向向受受力力两两端端大大中中间间小小。焊焊缝缝越越长长，应应力力集集中中系系数数越越大大。如如果果焊焊缝缝长长度度不不过过大大，当当焊焊缝缝两两端端点点处处的的应应力力达达到到屈屈服服强强度度后后，继继续续加加载载，应应力力会会渐渐趋趋均均匀匀。但但是是，如如果果焊焊缝缝长长度度超超过过某某一一限限值值时时，有有可可能能首首先先在在焊焊缝缝的的两两端端破破坏坏，故故一一般般规规定定侧侧面面角角焊焊缝缝的的计计算算长长度度l lww6060h hf f。第32页/共101页33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求 3 3 侧面

23、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的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 l lww6060h hf f 当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布，比如焊接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，屋架中弦杆与节点板的连接焊缝，以及梁的支承加劲肋与腹板连接焊缝等，计算长度可不受上述限制。第33页/共101页33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求 4 4 角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度角角焊焊缝缝的的焊焊脚脚尺尺寸寸大大而而长长度度较较小小时时，焊焊件件的的局局部部加加热热严严重重，焊焊缝缝

24、起起灭灭弧弧所所引引起起的的缺缺陷陷相相距距太太近近，以以及及焊焊缝缝中中可可能能产产生生的的其其他他缺缺陷陷(气气孔孔、非非金金属属夹夹杂杂等等)，使使焊焊缝缝不不够够可可靠靠。对搭接连接的侧面角焊缝而言，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，也会造成严重应力集中。因此，侧侧面面角角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8 8 h hf f和和4040mmmm。第34页/共101页 5 5 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求试验结果表明，图中连连连连接接接接的的的的承承承承载载载载力力力力与与与与b b b b/l l l lw

25、www有有有有关关关关。b b b b为为为为两两两两侧侧侧侧焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的距距距距离离离离，l l l lwwww为为为为焊焊焊焊缝缝缝缝长长长长度度度度。当当当当b b b b/l l l lwwww1 1 1 1时时时时，连连连连接接接接的的的的承承承承载载载载力力力力随随随随着着着着b b b b/l l l lwwww比比比比值值值值的的的的增增增增大大大大而而而而明明明明显显显显下下下下降降降降。这这这这主主主主要要要要是是是是由由由由于于于于应应应应力力力力传传传传递递递递的的的的过过过过分分分分弯弯弯弯折折折折使使使使构构构构件件件件中中中中应应应应力力力力不均匀分布

26、的影响。不均匀分布的影响。不均匀分布的影响。不均匀分布的影响。第35页/共101页33 角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求 5 5 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求为此规定：应使每条侧焊缝的长度不小于两侧焊缝之间的距离，即b/lw1。两侧面角焊缝之间距离b也不宜大于16t(t12mm)或200mm(t12mm)，t为较薄焊件的厚度，以免因焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲。第36页/共101页33 角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求 5 5 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求在搭接连接中，当仅采用

27、正面角焊缝时(图3.16)，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小于25mm。第37页/共101页 5 5 搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求 杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2 hf的绕角焊。第38页/共101页33 角焊缝的构造与计算333 直角角焊缝强度计算的基本公式（key point)直角边边长直角边边长h hf f称为角焊缝的称为角焊缝的焊脚尺寸。焊

28、脚尺寸。h he e=0.7=0.7 h hf f为直角角焊缝为直角角焊缝的有效厚度。的有效厚度。破坏型式：破坏型式：试验表明，直角角焊缝隙的破坏常发生在喉部，常假定：直角角焊缝是以45方向的最小截面(即有效厚度与焊缝计算长度的乘积)破坏，该截面称为有效截面或计算截面。因此焊缝的计算在计算截面上进行。第39页/共101页 计算截面上点的应力状态：作用于焊缝有效截面上的应力如图所示，这些应力包括：垂直于焊缝有效截面的正应力，垂直于焊缝长度方向的垂直剪应力，以及沿焊缝长度方向的平行剪应力 第40页/共101页强度验算公式：根据能量强度理论，焊缝中任意节点的折算应力公式为：由于规范规定的角焊缝强度设

29、计值 是根据抗剪条件确定的，而 相当于角焊缝的抗拉强度设计值 。应用上式进行设计时，需要计算有效截面上的应力分量，较为繁难。为此对验算公式进行简化第41页/共101页1第42页/共101页1第43页/共101页1第44页/共101页133 角焊缝的构造与计算333 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式第45页/共101页1第46页/共101页334 各种受力状态下直角角焊缝连接的计算1 1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算1第47页/共101页1 1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算1第48页/共101页1 1 承受轴

30、心力作用时角焊缝连接计算承受轴心力作用时角焊缝连接计算(2)(2)承受斜向轴心力的角焊缝连接计算承受斜向轴心力的角焊缝连接计算第49页/共101页第50页/共101页第51页/共101页第52页/共101页第53页/共101页第54页/共101页2 2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用承受弯矩、轴心力或剪力联合作用承受弯矩、轴心力或剪力联合作用承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的的的的 角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算第55页/共101页2 2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的角焊

31、缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算第56页/共101页2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的 角焊缝连接计算角焊缝连接计算第57页/共101页2 承受弯矩、轴心力或剪力联合作用承受弯矩、轴心力或剪力联合作用 的角焊缝连接计算的角焊缝连接计算第58页/共101页第59页/共101页第60页/共101页3 承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的 角焊缝连接计算角焊缝连接计算第61页/共101页第62页/共101页第63页/共101页第64页/共101页第65页/共101页3 承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的承受扭矩或扭矩与剪力联合

32、作用的 角焊缝连接计算角焊缝连接计算应应该该指指出出的的是是上上述述计计算算方方法法中中，假假定定轴轴心心力力产产生生的的应应力力为为平平均均分分布布。实实际际上上，在在图图3.313.31所所示示轴轴心心力力作作用用下下，水水平平焊焊缝缝为为正正面面焊焊缝缝，而而竖竖直直焊焊缝缝为为侧侧面面焊焊缝缝，两两者者单单位位长长度度分分担担的的应应力力是是不不同同的的，前前者者较较大大后后者者较较小小。显显然然，轴轴心心力力产产生生的的应应力力假假设设为为平平均均分分布布，与与前前面面基基本本公公式式推推导导中中，考考虑虑焊焊缝缝方方向向的的思思路路不不符符。同同样样，在在确确定定形形心心位位置置以

33、以及及计计算算扭扭矩矩下下所所产产生生的的应应力力时时，也也没没有有考考虑虑焊焊缝缝方方向向，而而只只在在最最后后验验算算式式中中引引起起了了系系数数，上上面计算方法有一定的近似性。面计算方法有一定的近似性。第66页/共101页335 斜角角焊缝的计算 斜斜角角角角焊焊缝缝采采用用与与直直角角角角焊焊缝缝相相同同的的计计算算公公式式进进行行计计算算。但考虑到以前对斜角角焊缝很少研究；而且我国采用的计算公式也是根据直角角焊缝简化得出的。因此对斜角角焊缝不论其有效截面上的应力情况如何，都按承受剪应力考虑，即不考虑焊缝的方向，一律即 (或 )=1.0。第67页/共101页335 斜角角焊缝的计算在确

34、定焊缝有效厚度时(图3.32)，假定焊缝在其所成夹角的最小斜面上发生破坏。因此，钢结构设计规范规定：当两焊脚边夹角60 90或 90 135，且根部间隙不大于1.5mm时，焊缝有效厚度为：第68页/共101页335 斜角角焊缝的计算当根部间隙大于1.5mm时，则焊缝有效厚度取为：第69页/共101页34 对接焊缝的构造与计算3.4.1 3.4.1 对接焊缝的构造1 1、断面要求、断面要求：对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。当焊件厚度很小(t10mm时，可用直边缝。对于一般厚度(t=1020mm)的焊件可采用具有斜坡口的单单边边V V形形或或V V形形焊缝。斜坡

35、口和离离缝缝C C共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；钝边钝边p p有托住熔化金属的作用。第70页/共101页34 对接焊缝的构造与计算1 1、断面要求、断面要求：对于较厚的焊件(t20mm)，则采采用用UU形形、K K形形和和X X形形坡坡口口(图3.33)。对于V形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。对接焊缝坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准手工电弧焊焊接头的基本型式与尺寸和埋弧焊焊接接头的基本型式与尺寸的要求进行。第71页/共101页34 对接焊缝的构造与计算 2 2 平缓过渡平缓过渡 在在对对接接焊焊缝缝的的拼拼接接处处，当当焊焊件件的的宽宽度度不不同同或或厚厚

36、度度相相差差4 4mmmm以以上上时时，应应分分别别在在宽宽度度方方向向或或厚厚度度方方向向从从一一侧侧或或两两侧侧做做成成坡坡度度不不大大于于1 1：2.52.5的的 斜斜角角(图图3.34)3.34)，以使截面过渡和缓，减小应力集中。，以使截面过渡和缓，减小应力集中。第72页/共101页34 对接焊缝的构造与计算 3 3 设置引弧板：设置引弧板：在在焊焊缝缝的的起起灭灭弧弧处处，常常会会出出现现弧弧坑坑等等缺缺陷陷，这这些些缺缺陷陷对对承承载载力力影影响响极极大大，故故焊焊 接接一一般般应应设设置置引引弧弧板板(图图3.35)3.35)，焊焊后后将将割割除除。对对受受静静力力荷荷载载的的结

37、结构构设设置置引引弧弧板板有有困困难难时时，允允许许不不设设置置引引弧弧板板，此此时时，可可令令焊焊缝缝计计算算长长度度等等于于实实际际长长度度减减2 2t t (此此处处t t为为较较薄薄焊焊件厚度件厚度)。第73页/共101页3.4.2 对接焊缝的计算1 1 焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算 对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量的检验标准等因素有关。因此：一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等不用计算。三三级级检检验验的的焊焊缝缝允允许许存存在在的的缺缺陷陷较较多多，故故其其抗抗拉拉强强度度为为母母材材强强度度的的85

38、%85%，当当受受拉拉时时要求计算。要求计算。（如如果果焊焊缝缝中中不不存存在在任任何何缺缺陷陷，焊焊缝缝金金属属的的强强度度是是高高于于母母材材的的。但但由由于于焊焊接接技技术术问问题题，焊焊缝缝中中可可能能有有气气孔孔、夹夹渣渣、咬咬边边、未未焊焊透透等等缺缺陷陷。实实验验证证明明，焊焊接接缺缺陷陷对对受受压压、受受剪剪的的对对接接焊焊缝缝影影响响不不大大，故故可可认认为为受受压压、受受剪剪的的对对接接焊焊缝缝与与母母材材强强度度相相等等，但但受受拉拉的的对对接接焊焊缝缝对对缺缺陷陷甚甚为为敏敏感感。当当缺缺陷陷面面积积与与焊焊件件截截面面积积之之比比超超过过5%5%时时，对对接焊缝的抗拉

39、强度将明显下降接焊缝的抗拉强度将明显下降。）。）第74页/共101页1 焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算(1)(1)轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝轴心受力的三级质量检验的对接焊缝，按下式计算：第75页/共101页342 对接焊缝的计算1 焊透的对接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算说明：如果用直缝不能满足强度要求时，可采用如图3.36(b)所示的斜对接焊缝。计算证明，焊缝与作用力间的夹角满足 tg1.5时，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不再进行验算（留为思考题）（留为思考题）（留为思考题）（留为思考题）。第76页/共101页(2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 下下图图所所示示是是

40、对对接接接接头头受受到到弯弯矩矩和和剪剪力力的的共共同同作作用用，由由于于焊焊缝缝截截面面是是矩矩形形，正正应应力力与与剪剪应应力力图图形形分分别别为为三三角角形形与与抛抛物物线线形形，其其最最大大值值应应分分别别满满足足下下列列强度条件强度条件：第77页/共101页(2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝第78页/共101页2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝 说明说明说明说明：当受力很小，焊缝主要起联系作用；或焊缝受力虽然较大，但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可采用不焊透的对接焊缝。比如用四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件，显然用图3.39(a)所示的焊透对接焊缝是不必要

41、的；如采用角焊缝图3.39(b)，形又不平整；采用不焊透的对接焊缝图3.39(c)，可以省工省料，较为美观大方。第79页/共101页 要要要要求求求求：部部分分焊焊透透的的对对接接焊焊缝缝必必须须在在设设计计图图上上注注明明坡坡口口的的形式和尺寸。形式和尺寸。坡坡口口形形式式分分V形形、单单边边V形形和和U形形，由由下下图图可可见见，不不焊焊透透的的对对接接焊焊缝缝可可视视为为在在坡坡口口内内焊焊接接的的角角焊焊缝缝，故故其其强强度度计计算算方方法法与与前前述述直直角角角角焊焊缝缝相相同同，但但偏偏安安全全地地取取 =1.0。其其焊焊缝缝有有效高度和效高度和焊缝根部至焊缝表面焊缝根部至焊缝表面

42、(不考虑余高不考虑余高)的最短距离的最短距离S S相关相关 2 部分焊透的对接焊缝第80页/共101页 对对U形形和和坡坡口口角角度度 60的的V形形坡坡口口，焊焊缝缝有有效效厚厚度度he=S；但但对对于于 60的的V形形坡坡口口焊焊缝缝，考考虑虑到到焊焊缝缝根根部部处处不不易易焊焊满满，因因而而将将he降降低低，即即he=0.75S；对对单单边边V形形坡坡口口焊焊缝缝则取则取he=S3mm。2 部分焊透的对接焊缝第81页/共101页 当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离S S时 下图 (b)b)、(c)(c)、(d)(d)，应验算焊缝在熔合线上的抗剪强度，其强度设计值取0.90.9倍角

43、焊缝的强度设计值。部分焊透对接焊缝的最小有效厚度为1.5 1.5 ，t t为坡口所在焊件的较大厚度(单位取mm)mm)。2 部分焊透的对接焊缝第82页/共101页35 焊接应力和焊接变形351 焊接应力的分类和产生的原因 焊接连接因方便快捷，在钢结构工程中得到了广泛使用，但因为施焊过程中不均匀温度场的存在，会产生两类问题：焊接残余应力：对结构和构件的力学性能及承载力产生不利影响。种类有有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。焊接残余变形：构件外形发生扭曲 这两类问题都直接影响到结构的安全和正常使用，因此必须防止和考虑其不利影响。第83页/共101

44、页351 焊接应力的分类和产生的原因1 纵向焊接应力纵向焊接应力 焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀不均匀的温度场的温度场，焊缝及其附近温度最高，可达1600以上，而邻近区域温度则急剧下降(图3.41)。第84页/共101页 1 纵向焊接应力纵向焊接应力（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）升升温温过过程程中中，不不均均匀匀的的温温度度场场产产生生和和焊焊缝缝轴轴线线方方向向平平行行的的不不均均匀匀膨膨胀胀。温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，产生了热态塑性压缩，但不产生应力但不产生应力

45、。冷冷却却过过程程中中时时，被被热热塑塑性性压压缩缩的的焊焊缝缝要要本本能能性性缩缩短短，但但两两侧侧有有刚刚度度的的钢钢材材会会阻阻止止其其收收缩缩，从从而而在在焊焊缝缝附附近近产产生生纵纵向向拉拉应应力力。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力经常达到钢材的屈服强度。焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区段内产生压应力图3.41(c)。第85页/共101页1 纵向焊接应力（和焊缝轴线方向平行）（和焊缝轴线方向平行）第86页/共101页2 横向焊接应力横向焊接应力（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）横

46、向焊接应力产生的原因有二：由于焊缝焊完后，整体上要发生纵向收缩，使两块钢板形成反方向的弯曲变形，但焊缝已将两块钢板连成整体，不能分开，于是两块板之间产生横向拉应力，而两端则产生压应力图(b)。第87页/共101页2 横向焊接应力横向焊接应力（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）（和焊缝轴线方向垂直）横向焊接应力产生的原因有二：由于先焊的焊缝已经凝固，阻止后焊的焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向的热塑性压缩。当焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力，而先焊部分则产生横向压应力，因应力自相平衡，更远处的焊缝则受拉应力图3.42(c)。横向焊接应力为

47、上述两种原因产生的合应力 图(d)。第88页/共101页3 厚度方向的焊接应力 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向焊接应力外，还存在着沿钢板厚度方向的焊接应力(图3.43)。这三种应力形成同号三向应力，将大大降低连接的塑性。第89页/共101页352 焊接应力对结构性能的影响1 1 对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响 对对常常温温下下具具有有一一定定塑塑性性的的钢钢材材，焊焊接接应应力力不不影影响响结结构构静力强度静力强度。设轴心受拉构件在受荷前(N=0)截面上就存在纵向焊接应力，并假设其分布如图(a)所示。第90页/共1

48、01页352 焊接应力对结构性能的影响1 1 对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响 在轴心力N作用下，部分截面的焊接拉应力已达屈服点，应力不再增加，如果钢材具有一定的塑性，拉力N就仅由受压弹性区承担。两侧受压区应力由原来受压逐渐变为受拉，最后应力也达到屈服点，这时全截面应力都达到屈服点图(b)。可见有无焊接应力，结构的最终强度承载力都为Btfy第91页/共101页2 对结构刚度的影响对结构刚度的影响1第92页/共101页3 对低温冷脆的影响对低温冷脆的影响在厚板或具有交叉焊缝(图3.45)的情况下，将产生三向焊接拉应力，阻碍了塑性变形的发展，增加了钢

49、材在低温下的脆断倾向。因此，降低或消除焊缝中的残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施之一。第93页/共101页 在焊缝及其附近的主体金属残余拉应力通常达到钢材的屈服点，此部位正是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域。因此，焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显不利影响。4 对疲劳强度的影响第94页/共101页353 焊接变形在焊接过程中，由于不均匀的加热和冷却，焊区在纵向和横向收缩时，势必导致构件产生局部鼓曲、弯曲、歪曲和扭转等。类型如下图。任一焊接变形超过验收规范的规定时，必须进行校正。第95页/共101页354 减少焊接应力和焊接变形的措施1 设计上的措施设计上的措施(1)(1)焊焊接接位位置置

50、的的安安排排要要合合理理 只要结构上允许，应尽可能使焊缝对称于构件截面的中性轴，以减小焊接变形，例如图(a)和图(c)所示的情况。第96页/共101页1 设计上的措施设计上的措施 (2)焊焊缝缝尺尺寸寸要要适适当当 在保证安全的前提下，不得随意加大 焊缝厚度。焊缝尺寸过大容易引起过大的焊接残余应力。(3)焊焊缝缝的的数数量量宜宜少少，且不宜过分集中 当几块钢板交汇在一处进行连接时，应采取图(e)的方式。如采用图(f)的方式，由于热量高度集中，会引起过大的焊接变形，同时焊缝及基本金属也会发生组织改变。第97页/共101页354 减少焊接应力和焊接变形的措施1 设计上的措施设计上的措施(4)应应尽