第三章连接.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 钢结构的连接,按截面形式可分为,直角角焊缝,和,斜角角焊缝,3-3 角焊缝的构造与计算,3.3.1,角焊缝的形式和强度,直角角焊缝,斜角角焊缝,侧面角焊缝：,焊缝长度方向与受力方向平行，主要承受剪应力，其特点为应力分布简单些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。弹模低强度低，但塑性较好,正面角焊缝：,焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度要高一些，但塑性差,斜焊缝：,受力性能和强度介于两者之间,角焊缝应力状态,a侧面角焊缝 b正面角焊缝,3.3.2,角焊缝的构造要求,有效厚度,h,e,=0.7h,f,为焊缝横截面的内接等腰三角形的最短距离，即不考虑熔深和凸度,3.3.3,直角角焊缝强度计算的基本公式,当角焊缝的两焊脚边夹角为90时，称为,直角角焊缝,，即一般所指的角焊缝,角焊缝截面,直角角焊缝的破坏常发生在喉部,角焊缝的有效截面为焊缝有效厚度（喉部尺寸）与计算长度的乘积也即以,45,方向的最小截面,角焊缝有效截面上的应力,角焊缝极限强度：,（3.1）,Q235系数为1.8,其他钢种系数为1.73.0,与母材公式一致,统一公式,（3.2）,f,u,w,-焊缝金属抗拉强度,分应力,、,：,沿焊缝长度方向的分力,N,x,引起,f,=,（3.5）,f,、,f,共同作用计算式,：,（3.6）,或：,对直接承受动力荷载结构中的角焊缝，,f,1.0,对正面角焊缝，,f,=0,（3.7）,对侧面角焊缝，,f,=0,（3.8）,式3.6、3.7、3.8为角焊缝基本计算式适用于任何受力状态,3.3.4.1,承受轴心力作用时角焊缝连接计算,3.3.4,各种受力状态下直角,角焊缝连接的计算,只有侧面角焊缝按式（,3.8,）计算,只有正面角焊缝按式（,3.7,）计算,用盖板的对接连接承受轴心力（拉力、压力或剪力）,三面围焊：,先按式,3.7,计算正面角焊缝承担的内力,N,：,再由（,N,-,N,）计算侧面角焊缝的强度：,l,w,为连接一侧的正面角焊缝计算长度总和,l,w,为连接一侧的侧面角焊缝计算长度总和,（3.9）,分力法：,垂直于焊缝分力：,N,x,Nsin,平行于焊缝分力：,N,y,Ncos,承受斜向轴心力的角焊缝连接计算,（3.10）,验算强度,（3.6）,直接法：,将公式（,3.10,）以及,f,1.22,直接代入验算公式（,3.6,）中可得：,（3.11）,承受轴心力的角钢角焊缝计算,a两面侧焊 b三面围焊 cL形围焊,腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合,三面围焊情况：,先假定正面角焊缝的焊脚尺寸,h,f3,，正面角焊缝所分担的轴心力,N,3,（3.12）,（3.13）,（3.14）,式中：,N,1,、,N,2,肢背和肢尖侧面角焊缝所分担的轴力,e,角钢的形心距,K,1,、K,2,肢背和肢尖焊缝的内力分配系数,角钢角焊缝内力分配系数,K,设计时也可近似取,K,1,2/3，,K,2,=1/3,两面侧焊情况：,N,3,0,（3.15）,（3.16）,（3.17）,（3.18）,例,3.2,试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽,B,=270mm,，厚度,t,1,=28mm,，拼接盖板厚度,t,2,=16mm,。该连接承受的静态轴心力,N,=1400kN,（设计值），钢材为,Q235-B,，手工焊，焊条为,E43,型。,方法一：,先假定焊脚尺寸求得焊缝长度,再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸,方法二：,先假定焊脚尺寸求得焊缝长度,再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸,设计拼接盖板的对接连接两种方法：,解：,角焊缝的焊脚尺寸,h,f,应根据,板件厚度,确定：由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度,t,2,=16mm,6mm,，,t,2,t,1,，则：,取,h,f,10mm，查,附表1.2,可得角焊缝强度设计值：,f,f,w,160N/mm,2,(1),采用两面侧焊时：,连接一侧四条焊缝总长度，按式（3.8）有：,一条侧焊缝实际长度：,设计时，一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算。拼接盖板尺寸如图所示，则各部分焊缝的承载力分别为：,(1),采用菱形拼接盖板时：,例,3.3,试确定图中所示承受静态轴心力的三面围焊连接的,承载力,及,肢尖焊缝的长度,。已知角钢,212510,，与厚度为,8mm,的节点板连接，其搭接长度为,300mm,，焊脚尺寸,hf,=8mm,，钢材为,Q235-B,，手工焊，焊条为,E43,型。,解：,焊缝强度设计值,f,f,w,160N/mm,2,。,查表,可得,K,1,0.70,，,K,2,0.30,；正面角焊缝长度等于相连角钢肢的宽度，即：,l,w,3,b,125mm,，则正面角焊缝所能承受的内力,N,3,为：,由式（3.13）知：,由式（3.14）计算肢尖焊缝承受的内力N,2,为：,轴力,N,x,剪力,N,y,弯距,M,N,x,e,3.3.4.1,承受弯距、轴心力、剪力联合作用的角焊缝连接计算,A点应力最大为控制点,弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝,弯矩,M,作用下，,x,方向应力,（3.22）,剪力作用下，,y,方向应力,轴力,N,作用下,，,x,方向应力,M和N作用下的应力方向相同，可直接叠加，故A点垂直于焊缝长度方向的应力,f,为,（3.6）,假设腹板焊缝承受全部剪力，弯矩则由全部焊缝承受,弯矩、剪力共同作用下工字梁角焊缝连接计算,弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维,1,处,为焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置焊缝,翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力，翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件,（3.23）,腹板焊缝承受弯曲应力和剪应力的联合作用：,弯曲应力垂直于焊缝长度方向且沿梁高度呈三角形分布,剪应力平行于焊缝长度方向且沿焊缝截面均匀分布,设计控制点为翼缘焊缝与腹板焊缝,2,的交点处,腹板焊缝,2,的端点应按下式验算强度：,（3.6）,方法二：,假设腹板焊缝只承受剪力；翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩,M,化为一对水平力,H,=,M,/,h,1,腹板焊缝,2,的端点应按下式验算强度：,腹板焊缝的强度计算式为：,例,3.4,试验算如图所示牛腿与钢柱连接角焊缝强度。钢材为,Q235,，焊条为,E43,型，手工焊。荷载设计值,N,=365kN,，偏心距,e,350mm,，焊脚尺寸,h,f,1,8mm,，,h,f,2,6mm,，图,b,为焊缝有效截面。,竖向剪力,V,F,扭距,T,F,（,e,1,+,e,2,）,承受扭矩剪力联合作用三面围焊角焊缝计算,按弹性理论假定：,被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心,O,旋转的趋势，而角焊缝本身是弹性的；,角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度,r,成正比。,扭矩,T,引起的剪应力,T,最大在,A,点和,A,点最大，,A,点和,A,点为设计控制点,扭距,T,作用下，,A,点（或,A,点）的应力,T,：,T,沿,x,轴和,y,轴的分应力,：,（3.25）,（3.26）,剪力,V,引起的剪应力,V,均匀分布,剪力,V,作用下，,A,点（或,A,点）的应力,Vy,：,A,点垂直于焊缝长度方向的应力,f,：,A,点沿焊缝长度方向的应力,Tx,A,点合应力满足的强度条件为：,（3.27）,例,3.6,如图所示钢板长度,l,1,400mm,，搭接长度,l,+,x,=400mm,，钢板厚,t,12mm,，荷载设计值,F,200kN,，荷载至柱边距离,e,1,540mm,，钢材为,Q235,，手工焊，焊条为,E43,型，试确定焊脚尺寸并验算该焊缝的强度。,解：,焊缝组成的围焊共同承受剪力,V=F,和扭距,T=F,（,e,1,+,x,）的作用，设焊缝尺寸均为,h,f,10mm,对接焊缝（,buttwelds,）的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝（,groovewelds,）,3-4 对接焊缝的构造与计算,3.4.1,对接焊缝的构造,直边缝：,适合板厚,t,10mm,单边,V,形：,适合板厚,t,10,20mm,双边,V,形：,适合板厚,t,10,20mm,U,形：,适合板厚,t 20mm,K,形：,适合板厚,t 20mm,X,形：,适合板厚,t 20mm,变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于,1,：,2.5,的斜面，避免应力集中,变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于,1,：,2.5,的斜边，避免应力集中,起落弧处易有焊接缺陷，用引弧板，采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算每条焊缝长度应则减去,2t,（,t,为较薄焊件厚度）,3.4.1,对接焊缝的计算,分焊透和部分焊透两种情况,3.4.2.1,焊透对接焊缝的计算,影响对接焊缝强度的因素：,所用钢材的牌号、焊条型号、焊缝质量等级,对接焊缝强度：,受压、受剪强度与母材强度相等,一、二级焊缝抗拉强度与母材相等,三级焊缝抗拉强度大约为母材强度的,85,轴心受力的对接焊缝,直对接焊缝受轴心力作用,计算公式：,未加引弧板时,l,w,取实际长度减去2,t,（3.28）,斜对接焊缝受轴心力作用,当斜焊缝倾角56.3，即tg1.5时，可认为与母材等强，不用计算,例,3.7,试验算图,3.2.6,所示钢板的对接焊缝的强度。图中,a=540mm,t=22mm,，轴心力的设计值为,N=2500kN,。钢材为,Q235-B,，手工焊，焊条为,E43,型，三级检验标准的焊缝，施焊时加引弧板,承受弯距和剪力作用的对接焊缝,正应力与剪应力图形分别为三角形与抛物线形分别验算,最大正应力、最大剪应力,（3.29）,（3.30）,对于钢板对接焊缝的情况,不仅需分别验算最大正应力和剪应力，对腹板与翼缘的交接点处同时受有较大正应力和较大剪应力处，还验算该处折算应力：,对于工字形截面梁对接焊缝的情况,（3.31）,3-5 焊接应力和焊接变形,3.5.1,焊接应力的分类和产生的原因,焊接残余应力,（weldingresidualstresses）,简称焊接应力：,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,纵向焊接应力：,沿焊缝长度方向；,横向焊接应力：,垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力；,沿厚度方向焊接应力：,垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力,3.5.1.1,纵向焊接应力,焊缝区产生纵向拉应力,焊缝稍远区段产生压应力,横向焊接应力产生于两个原因,最终横向焊接应力为两个原因之间的应力合成,3.5.1.2,横向焊接应力,厚板焊接需多层施焊,纵向、横向和厚度方向形成三向应力，大大降低连接的塑性,3.5.1.3,厚度方向焊接应力,对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，但刚度降低；,由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；,降低疲劳强度；,降低压杆的稳定性；,使构件提前进入弹塑性工作阶段；,3.5.2,焊接应力对结构性能的影响,3.5.3,焊接变形,合理安排焊接位置,焊缝尺寸要适当,焊缝数量宜少，且不宜过分集中,应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉,3.5.4,减少焊接应力和焊接变形的措施,3.5.4.1,设计上的措施,采用适当的焊接程序，如分段焊、分层焊；,尽可能采用对称焊缝，使其变形相反而抵消；,施焊前使结构有一个和焊接变形相反的预变形；,对于小构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力；,3.5.4.2,工艺上的措施,P,A,B,C,D,