3钢结构的连接解析.pptx

第三章第三章钢结构的连接钢结构的连接本章重点1 1、钢结构的各种连接方法的特点；、钢结构的各种连接方法的特点；、钢结构的各种连接方法的特点；、钢结构的各种连接方法的特点；2 2、角焊缝的构造与计算；、角焊缝的构造与计算；、角焊缝的构造与计算；、角焊缝的构造与计算；3 3、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；、焊接残余应力与变形的产生机理与影响；4 4、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；、普通螺栓受剪连接的破坏形式与机理；5 5、高强螺栓连接的构造与计算。、高强螺栓连接的构造与计算。、高强螺栓连接的构造与计算。、高强螺栓连接的构造与计算。目 录u第一节第一节钢结构的连接方法钢结构的连接方法u第二节第二节焊接连接的特性焊接连接的特性u第三节第三节对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝连接的构造和计算u第四节第四节角焊缝连接的构造和计算角焊缝连接的构造和计算u第五节第五节焊接残余应力和焊接残余变形焊接残余应力和焊接残余变形u第六节第六节普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算u第七节第七节高强度螺栓连接的性能和计算高强度螺栓连接的性能和计算第一节第一节钢结构的连接方法钢结构的连接方法n一、一、连接设计原则连接设计原则n二、二、结构的连接方法结构的连接方法一、连接设计原则一、连接设计原则l钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件，各构件钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件，各构件再通过一定的安装连接而形成整体结构。连接部位应有足再通过一定的安装连接而形成整体结构。连接部位应有足够的强度、刚度及延性。被连接构件间应保持正确的相互够的强度、刚度及延性。被连接构件间应保持正确的相互位置，以满足传力和使用要求。连接的加工和安装比较复位置，以满足传力和使用要求。连接的加工和安装比较复杂、费工，因此选定合适的连接方案和节点构造是钢结构杂、费工，因此选定合适的连接方案和节点构造是钢结构设计中重要的环节。连接设计不合理会影响结构的造价、设计中重要的环节。连接设计不合理会影响结构的造价、安全和寿命。安全和寿命。u设计时应根据连接节点的位置及其所要求的强度和刚度，设计时应根据连接节点的位置及其所要求的强度和刚度，合理地确定连接方式及节点的细部构造和计算方法，并应合理地确定连接方式及节点的细部构造和计算方法，并应注意以下几点：注意以下几点：(1)连接的设计应与结构内力分析时的假定相一致；连接的设计应与结构内力分析时的假定相一致；(2)结构的荷载，内力组合应能提供连接的最不利受力工况；结构的荷载，内力组合应能提供连接的最不利受力工况；(3)连接的构造应传力直接，各零件受力明确，并连接的构造应传力直接，各零件受力明确，并尽可能避免严重的应力集中；尽可能避免严重的应力集中；(4)连接的计算模型应能考虑刚度不同的零件间的变连接的计算模型应能考虑刚度不同的零件间的变形协调；形协调；(5)构件相互连接的节点应尽可能避免偏心，不能完全避免时构件相互连接的节点应尽可能避免偏心，不能完全避免时应考虑偏心的影响；应考虑偏心的影响；(6)避免在结构内产生过大的残余应力，尤其是约束造成的残避免在结构内产生过大的残余应力，尤其是约束造成的残余应力，避免焊缝过度密集；余应力，避免焊缝过度密集；(7)厚钢板沿厚度方向受力容易出现层间撕裂，节点设计时应厚钢板沿厚度方向受力容易出现层间撕裂，节点设计时应予以充分注意；予以充分注意；(8)连接的构造应便于制作、安装，综合造价低。连接的构造应便于制作、安装，综合造价低。二、结构的连接方法二、结构的连接方法焊缝连接焊缝连接铆钉连接铆钉连接螺栓连接螺栓连接焊缝连接缝连接l20世纪初开始在工程结构上较广泛应用。焊接是世纪初开始在工程结构上较广泛应用。焊接是现代钢结构最主要的连接方法之一。现代钢结构最主要的连接方法之一。l优点优点：不削弱构件截面，构造简单，节约钢材，：不削弱构件截面，构造简单，节约钢材，加工方便，可采用自动化操作，生产效率高。刚加工方便，可采用自动化操作，生产效率高。刚度较大、密封性能好。度较大、密封性能好。l缺点缺点：焊缝附近存在热影响区，由高温快速降到：焊缝附近存在热影响区，由高温快速降到常温，使钢材脆性加大；存在焊接残余应力及残常温，使钢材脆性加大；存在焊接残余应力及残余变形；焊接结构低温冷脆问题也比较突出。余变形；焊接结构低温冷脆问题也比较突出。铆钉连接铆钉连接l优点优点：传力可靠，韧性和塑性好，质量易于传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷载好检查，抗动力荷载好。l缺点缺点：构造复杂、费工、费钢。费工、费钢。螺栓连接螺栓连接l（1）普通螺栓连接）普通螺栓连接1）C级螺栓连接：级螺栓连接：2）A、B级螺栓连接：级螺栓连接：l（2）高强螺栓连接）高强螺栓连接20世纪中钢结构开始采世纪中钢结构开始采用。用。是现代钢结构是现代钢结构最主要最主要的连接方法之一。的连接方法之一。l（3）射钉、自攻螺栓连接）射钉、自攻螺栓连接（1）普通螺栓连接）普通螺栓连接l优点优点：装卸便利，设备简单：装卸便利，设备简单。l缺点缺点：螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高：螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度较大时加工和安装难度较大。（2）.高强螺栓连接高强螺栓连接l优点优点：加工方便，对结构削弱少，可拆换，：加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好。l缺点缺点：摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造：摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高价略高（3）射钉、自攻螺栓连接）射钉、自攻螺栓连接l优点优点：灵活，安装方便，构件无须予先处理，：灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结构适用于轻钢、薄板结构。l缺点缺点：不能受较大集中力：不能受较大集中力。第二节第二节焊接连接的特性焊接连接的特性n一、一、钢结构中常用的焊接方法钢结构中常用的焊接方法n二、二、焊缝类型焊缝类型n三、三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别n四、四、焊缝符号及标注方法焊缝符号及标注方法一、钢结构中常用的焊接方法一、钢结构中常用的焊接方法1、电、电弧弧焊焊1）手工焊）手工焊2）自动焊）自动焊3）半自动焊）半自动焊2、电、电阻阻焊焊3、气、气焊焊4、电电渣渣焊焊注：各种焊接方法的比较。各种焊接方法的比较各种焊接方法的比较焊接方法焊接方法焊焊条条焊焊剂剂操作方式操作方式适应范围适应范围质量状况质量状况电电弧弧焊焊手工焊手工焊焊条焊条短焊短焊条条(350400mm)附于焊附于焊条之药条之药皮皮全手动全手动工位复杂，工位复杂，形状复杂之形状复杂之焊缝焊缝比自动焊略差比自动焊略差自动焊自动焊连续焊丝连续焊丝焊剂焊剂全自动全自动长而简单的长而简单的焊缝焊缝质量均匀、塑质量均匀、塑性、韧性好，性、韧性好，抗腐蚀性强抗腐蚀性强半自半自动焊动焊连续焊丝连续焊丝CO2气气体保护体保护人工操作人工操作前进前进任意焊缝任意焊缝质量均匀、塑质量均匀、塑性、韧性好，性、韧性好，抗腐蚀性强抗腐蚀性强电电阻阻焊焊无无无无通电、加通电、加压、机械压、机械薄板点焊薄板点焊一般用作构造一般用作构造焊缝焊缝气气焊焊无短、光无短、光焊条焊条无（乙无（乙炔炔还原还原手工手工薄板、小型、薄板、小型、不同材质结不同材质结构中构中一般用作构造一般用作构造焊缝焊缝焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下焊接连接与铆钉、螺栓连接比较，有以下优缺点：优缺点：优缺点：优缺点：优点：优点：1）不需打孔，省工省时；）不需打孔，省工省时；2）任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；）任何形状的构件可直接连接，连接构造方便；3）气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。）气密性、水密性好，结构刚度较大，整体性较好。缺点：缺点：1）焊接附近有热影响区，材质变脆；）焊接附近有热影响区，材质变脆；2）焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结）焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，残余变形使结构形状、尺寸发生变化。构形状、尺寸发生变化。3）焊接裂缝一经发生，便容易扩展。）焊接裂缝一经发生，便容易扩展。三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别三、焊缝缺陷、质量检验和焊缝级别1、焊缝缺陷焊缝缺陷2、焊缝质量检验和焊缝级别焊缝质量检验和焊缝级别3、焊缝连接的焊缝连接的型式型式及焊缝形式及焊缝形式4、焊缝符号及标注方法焊缝符号及标注方法1、焊缝缺陷、焊缝缺陷焊缝尺寸偏差焊缝尺寸偏差;咬边咬边;弧坑弧坑,起弧或落弧处焊缝所形成的凹坑；起弧或落弧处焊缝所形成的凹坑；未熔合；未熔合；母材被烧穿母材被烧穿;气孔；气孔；非金属夹渣；非金属夹渣；裂纹。裂纹。l缺陷会引起应力集中削弱焊缝有效截面，降低承载能力。缺陷会引起应力集中削弱焊缝有效截面，降低承载能力。若发现焊缝有裂纹，应彻底铲除后补焊。若发现焊缝有裂纹，应彻底铲除后补焊。2、焊缝质量检验和焊缝级别、焊缝质量检验和焊缝级别l焊接时为保证质量，需要注意之处：焊接时为保证质量，需要注意之处：（1）对不熟悉的钢种焊接时，需做工艺性能和力学性能的）对不熟悉的钢种焊接时，需做工艺性能和力学性能的试验；试验；（2）焊工要进行考核，持证上岗；）焊工要进行考核，持证上岗；（3）焊条、焊丝、焊剂按规定烘焙；）焊条、焊丝、焊剂按规定烘焙；（4）多层焊接需连续施焊，每层焊道之间要清理；）多层焊接需连续施焊，每层焊道之间要清理；（5）焊缝出现裂缝，应申报、查明原因，方能处理。）焊缝出现裂缝，应申报、查明原因，方能处理。l焊缝质量检验方法分：焊缝质量检验方法分：外观检查、超声波探伤检验、外观检查、超声波探伤检验、X射线射线检验。检验。l焊缝质量分三级焊缝质量分三级:一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、一级焊缝需经外观检查、超声波探伤、x射线检验都合格；射线检验都合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格；二级焊缝需外观检查、超声波探伤合格；三级焊缝需外观检查合格。三级焊缝需外观检查合格。3、焊缝连接的型式及焊缝形式、焊缝连接的型式及焊缝形式连接的型式：连接的型式：按两焊件的相对位置分为：按两焊件的相对位置分为：（1）平接、）平接、（2）搭接、）搭接、（3）顶接）顶接焊缝形式：焊缝形式：（1）按构造可分为：对接焊缝和角焊缝）按构造可分为：对接焊缝和角焊缝u（2）对接焊缝按受力与焊缝方向分：）对接焊缝按受力与焊缝方向分：a）直缝：作用力方向与焊缝方向正交）直缝：作用力方向与焊缝方向正交b）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交）斜缝：作用力方向与焊缝方向斜交u（3）角焊缝按受力与焊缝方向分：）角焊缝按受力与焊缝方向分：a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行u（4）按焊缝连续性：）按焊缝连续性：a）连续焊缝：受力较好）连续焊缝：受力较好b）断续焊缝：易发生应力集中）断续焊缝：易发生应力集中u（5）按施工位置：）按施工位置：俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好，仰焊最差。以焊缝质量也最好，仰焊最差。4、焊缝符号及标注方法、焊缝符号及标注方法（P195197P195197）u按按建筑结构制图标准建筑结构制图标准(GB/T50105-2001)和和焊缝符号表示法焊缝符号表示法(GB324-88)执行。执行。第三节第三节对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝连接的构造和计算l对接焊缝传力直接、平顺、没有显著的应力集中对接焊缝传力直接、平顺、没有显著的应力集中现象，受力性能良好。但质量要求高，焊件间施现象，受力性能良好。但质量要求高，焊件间施焊间隙要求严，一般多用于工厂制造的连接中，焊间隙要求严，一般多用于工厂制造的连接中，主要用于板件、型钢的拼接或构件的连接主要用于板件、型钢的拼接或构件的连接。n一、一、对接焊缝的构造对接焊缝的构造n二、二、对接焊缝的计算对接焊缝的计算一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造1.对接焊缝的形式对接焊缝的形式2.对接焊缝的优缺点对接焊缝的优缺点3.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理4.对接焊缝的强度对接焊缝的强度1.对接焊缝的形式对接焊缝的形式a）直边缝：适合板厚直边缝：适合板厚t 10mmb）单边单边V形：适合板厚形：适合板厚t1020mmc）双边双边V形：适合板厚形：适合板厚t1020mmd）U形：适合板厚形：适合板厚t20mme）K形：适合板厚形：适合板厚t20mmf）X形：适合板厚形：适合板厚t20mm2.对接焊缝的优缺点对接焊缝的优缺点优点优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。动力荷载。缺点缺点：需剖口，焊件长度要精确。：需剖口，焊件长度要精确。3.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理（1）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但）起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。但采用引弧采用引弧板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，板施工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊计算时将焊缝长度两端各减去缝长度两端各减去5mm。（2）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于）变厚度板对接，在板的一面或两面切成坡度不大于1：4的斜面，避免应力集中。的斜面，避免应力集中。（图图1）（3）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于）变宽度板对接，在板的一侧或两侧切成坡度不大于1：4的斜边，避免应力集中。的斜边，避免应力集中。（图图2）4.对接焊缝的强度对接焊缝的强度l有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉有引弧板的对接焊缝在受压时与母材等强，但焊缝的抗拉强度与焊缝质量等级有关。强度与焊缝质量等级有关。图图1图图2二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算l对接焊缝的对接焊缝的应力分布认为与焊件原来的应力分布基本相同应力分布认为与焊件原来的应力分布基本相同。计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）不能超过焊缝的强计算时，焊缝中最大应力（或折算应力）不能超过焊缝的强度设计值，运用度设计值，运用材力理论材力理论计算。计算。u对接焊缝的计算包括：对接焊缝的计算包括：1、轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝2、斜向受力的对接焊缝斜向受力的对接焊缝3、对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时的计算对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时的计算4、钢梁的对接焊缝钢梁的对接焊缝5、牛腿与翼缘的对接焊缝牛腿与翼缘的对接焊缝6、部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝1、轴心受力的对接焊缝的计算、轴心受力的对接焊缝的计算N轴心拉力或压力轴心拉力或压力;Lw焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实长减去焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝长度取实长减去10mm（2t），有引弧板时，取实长），有引弧板时，取实长;t平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚;对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。或或2、斜向受力的对接焊缝的计算、斜向受力的对接焊缝的计算（如图如图如图如图）对接焊缝抗剪强度设计值对接焊缝抗剪强度设计值u主要用于焊缝强度设计值低于构件强度设计值的连接中。主要用于焊缝强度设计值低于构件强度设计值的连接中。优点：抗动力荷载性能较好优点：抗动力荷载性能较好缺点：较费材料缺点：较费材料u当当tg 1.5即即 56.3 时，可不验算焊缝强度。时，可不验算焊缝强度。斜向受力的对接焊缝受力图斜向受力的对接焊缝受力图3、对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作、对接焊缝承受弯矩、剪力和轴心力共同作用时的计算用时的计算4、钢梁的对接焊缝的计算（如图）u焊缝内应力分布同母材。焊缝内应力分布同母材。同时受弯、剪时，分别验算最大正应力、最大剪应力同时受弯、剪时，分别验算最大正应力、最大剪应力Wx焊缝截面抵抗矩焊缝截面抵抗矩Sw焊缝截面上计算点处以上（以下）截面对中和轴的面积焊缝截面上计算点处以上（以下）截面对中和轴的面积矩对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大，矩对于腹板和翼缘的交界点，正应力、剪应力虽不是最大，但都比较大，所以需验算折算应力，即：但都比较大，所以需验算折算应力，即：1、1为腹板与翼缘交界点处的正应力和剪应力；为腹板与翼缘交界点处的正应力和剪应力；1.1为考虑为考虑到最大折算应力只在部分截面的部分点出现，而将强度设计到最大折算应力只在部分截面的部分点出现，而将强度设计值适当提高。值适当提高。5、牛腿与翼缘的对接焊缝的计算、牛腿与翼缘的对接焊缝的计算u腿和柱的对接焊缝，剪力全部由腹板承受并均匀分布，弯腿和柱的对接焊缝，剪力全部由腹板承受并均匀分布，弯矩、拉力由全截面承担，与梁计算相同，截面形式和截面矩、拉力由全截面承担，与梁计算相同，截面形式和截面上各种应力分布上各种应力分布见图见图。l图中该牛腿截面为非对称，在拉力作用下，全截面均匀受图中该牛腿截面为非对称，在拉力作用下，全截面均匀受拉，在剪力作用下，整个腹板截面按均匀抗剪考虑，在弯拉，在剪力作用下，整个腹板截面按均匀抗剪考虑，在弯矩作用下，中和轴以上受拉，中和轴以下受压。因此图中矩作用下，中和轴以上受拉，中和轴以下受压。因此图中1、2、3、4点均需强度验算。点点均需强度验算。点1为下翼缘最外缘的点，点为下翼缘最外缘的点，点2为下翼缘与腹板的交界点，点为下翼缘与腹板的交界点，点3为上翼缘与腹板的交界点，为上翼缘与腹板的交界点，点点4为上翼缘最外缘的点。为上翼缘最外缘的点。各点计算各点计算为为：各点计算各点计算点点1：点点2：点点3：点点4：l式中：式中：AW有效抗剪面积，有效抗剪面积，AW=h0twAW整个焊缝截面的截面积；整个焊缝截面的截面积；yi各计算点到中和轴的距离。各计算点到中和轴的距离。部分焊透的对接焊缝的计算部分焊透的对接焊缝的计算l在钢结构设计中，有时遇到板件较厚，而板件间连接受力较小时，可以在钢结构设计中，有时遇到板件较厚，而板件间连接受力较小时，可以采用部分焊透的对接焊缝（图采用部分焊透的对接焊缝（图7-21），例如当用四块较厚的钢板焊成的），例如当用四块较厚的钢板焊成的箱形截面轴心受压柱时，由于焊缝主要起联系作用，就可以用部分焊透箱形截面轴心受压柱时，由于焊缝主要起联系作用，就可以用部分焊透的坡口焊缝（图的坡口焊缝（图7-21-f）。在此情况下，用焊透的坡口焊缝并非必要，而）。在此情况下，用焊透的坡口焊缝并非必要，而采用角焊缝则外形不能平整，都不如采用部分焊透的坡口焊缝为好。采用角焊缝则外形不能平整，都不如采用部分焊透的坡口焊缝为好。l当垂直于焊缝长度方向受力时，因部分焊透处的应力集中带来不利的影当垂直于焊缝长度方向受力时，因部分焊透处的应力集中带来不利的影响，对于直接承受动力荷载的连接不宜采用；但当平行于焊缝长度方向响，对于直接承受动力荷载的连接不宜采用；但当平行于焊缝长度方向受力时，其影响较小可以采用。受力时，其影响较小可以采用。l部分焊透的对接焊缝，由于它们未焊透，只起类似于角焊缝的作用，因部分焊透的对接焊缝，由于它们未焊透，只起类似于角焊缝的作用，因此设计中应按角焊缝的计算公式进行，取此设计中应按角焊缝的计算公式进行，取f10，仅在垂直于焊缝长，仅在垂直于焊缝长度的压力作用下，可取度的压力作用下，可取f122。其有效厚度则取为：见。其有效厚度则取为：见（P200）部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝例题例题71（P201202）第四节第四节角焊缝连接的构造和计算角焊缝连接的构造和计算l角焊缝为沿两直交或斜交焊件的交线焊接的焊缝，角焊缝为沿两直交或斜交焊件的交线焊接的焊缝，可用于对接、搭接以及直角或斜角相交的可用于对接、搭接以及直角或斜角相交的T形和角形和角接接头中。因为角焊缝施焊时板边不需要加工坡口，接接头中。因为角焊缝施焊时板边不需要加工坡口，施焊较方便。施焊较方便。一、一、类型和特点类型和特点二、二、构造要求构造要求三、三、角焊缝的计算角焊缝的计算一、类型和特点一、类型和特点u1、角焊缝按受力与焊缝方向分为：、角焊缝按受力与焊缝方向分为：（1）侧面角焊缝侧面角焊缝（侧缝）侧缝）：焊缝长度方向与受力方向平：焊缝长度方向与受力方向平行，其特点为应力分布简单些，但分布并不均匀，剪应力两行，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。侧缝强度低，但塑性较好。端大，中间小。侧缝强度低，但塑性较好。应力分布如图所应力分布如图所示示（2）正面角焊缝正面角焊缝（端缝）：端缝）：焊缝垂直于受力方向，其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。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。成高峰应力，易于开裂。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。应力分布如图所示应力分布如图所示侧面角焊缝应力分布图侧面角焊缝应力分布图正面角焊缝应力分布图正面角焊缝应力分布图u2、角焊缝按截面形式可分为：、角焊缝按截面形式可分为：（1）直角角焊缝）直角角焊缝（如图如图）（a a）普通焊缝）普通焊缝 （b b）平坡焊缝）平坡焊缝 （c c）深熔焊缝）深熔焊缝 l l一般采用（一般采用（a a）。但（）。但（a a）应力集中较严重，在承受动力）应力集中较严重，在承受动力荷载时采用（荷载时采用（b b）、（）、（c c）。）。（2）斜角角焊缝）斜角角焊缝（如图如图）（d d）斜锐角焊缝）斜锐角焊缝 （e e）斜钝角焊缝）斜钝角焊缝 （f f）斜凹面角焊缝）斜凹面角焊缝 l主要用于钢管连接中主要用于钢管连接中u角焊缝主要采用直角角焊缝。角焊缝主要采用直角角焊缝。直角角焊缝直角角焊缝（a a）普通焊缝）普通焊缝 （b b）平坡焊缝）平坡焊缝 （c）深熔焊缝）深熔焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝（d d）斜锐角焊缝）斜锐角焊缝 （e e）斜钝角焊缝）斜钝角焊缝 （f f）斜凹面角焊缝）斜凹面角焊缝 二、构造要求二、构造要求u首先首先角焊缝的主要尺寸角焊缝的主要尺寸焊脚尺寸焊脚尺寸hf和和焊缝长度焊缝长度lw应满足下列应满足下列构造要求：构造要求：1、焊脚尺寸、焊脚尺寸hflhf过小，热量小，快速被周围金属吸收，冷却过快而产生淬硬过小，热量小，快速被周围金属吸收，冷却过快而产生淬硬组织，使金属变脆，容易形成裂纹。组织，使金属变脆，容易形成裂纹。lhf过大，易使焊件过烧，改变金相组织，且易烧穿较薄焊件过大，易使焊件过烧，改变金相组织，且易烧穿较薄焊件2、焊缝长度、焊缝长度lwlw过小，会由于落弧的弧坑相距太近造成应力集中过大。过小，会由于落弧的弧坑相距太近造成应力集中过大。lw过大，由于外力在侧焊缝内引起的剪应力，沿侧缝长度方过大，由于外力在侧焊缝内引起的剪应力，沿侧缝长度方向的分布不均匀，两端大，中间小。向的分布不均匀，两端大，中间小。u所以所以hf和和lw不能过大或过小不能过大或过小，具体限值见，具体限值见下表下表（或参（或参考教材考教材P203205）其它构造要求：其它构造要求：（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。宜采用不焊透的对接焊缝。（2）在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直在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：对正面角焊缝宜为线形或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为1:1.5,长长边顺内力方向；对侧面角焊缝可为边顺内力方向；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。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，不应大于断续角焊缝之间的净距，不应大于15t（对受压构件）或（对受压构件）或30t（对受拉构件），（对受拉构件），t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。三、角焊缝的计算三、角焊缝的计算1.强度设计值强度设计值l试验得沿焊缝长度方向受剪时强度设计值为试验得沿焊缝长度方向受剪时强度设计值为，荷载产生的，荷载产生的应力垂直于焊缝长度方向时，强度设计值为应力垂直于焊缝长度方向时，强度设计值为1.22。2.计算的基本公式计算的基本公式3.角焊缝的计算包括如下几个类型：角焊缝的计算包括如下几个类型：（1）受轴心力焊件的拼接板连接计算受轴心力焊件的拼接板连接计算（2）承受轴向力承受轴向力N角钢的连接计算角钢的连接计算（3）弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝计算弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝计算（4）扭矩作用下的角焊缝连接计算扭矩作用下的角焊缝连接计算（5）扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝计算扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝计算2、计算的基本公式、计算的基本公式（P206208）l如如图（图（a）所示角焊缝的连接，在三向轴力作用下，角焊缝所示角焊缝的连接，在三向轴力作用下，角焊缝所受所受之力如之力如图（图（b）所示，在有效截面所示，在有效截面BDEF上的应力可用上的应力可用、表示，其中表示，其中、为垂直焊缝长度方向的正应力和为垂直焊缝长度方向的正应力和剪应力，剪应力，为平行于焊缝长度方向的剪应力。实验证明，为平行于焊缝长度方向的剪应力。实验证明，角焊缝在复杂应力作用下的强度条件可和母材一样用下式角焊缝在复杂应力作用下的强度条件可和母材一样用下式表示：表示：式中：式中：是角焊缝的强度设计值，把它看作剪切强度，是角焊缝的强度设计值，把它看作剪切强度，因而乘以因而乘以。l为了便于计算角焊缝，对于如为了便于计算角焊缝，对于如图（图（b）所示的有效截面所示的有效截面BDEF上的正应力上的正应力 叫和剪应力叫和剪应力 改用两个垂直于焊脚改用两个垂直于焊脚CB和和BA并并在有效截面上分布的应力在有效截面上分布的应力fy和和fx表示，同时剪应力表示，同时剪应力 的符号的符号改用改用fz表示。计算时不考虑诸力的偏心作用，而且认为有效表示。计算时不考虑诸力的偏心作用，而且认为有效截面上的诸应力都是均匀分布的。有效截面积为截面上的诸应力都是均匀分布的。有效截面积为Ae。根据平。根据平衡条件简化可得：衡条件简化可得：角焊缝应力分析图角焊缝应力分析图（1）当）当fx=fy=0时时，即只有沿焊缝长度方向轴向力作用时，即只有沿焊缝长度方向轴向力作用时（轴向力作用的侧面角焊缝）：（轴向力作用的侧面角焊缝）：（2）当）当fy（或（或fx）=fz=0时时，即只有垂直于焊缝长度方向轴，即只有垂直于焊缝长度方向轴向力作用时（轴向力作用的正面角焊缝）强度提高向力作用时（轴向力作用的正面角焊缝）强度提高22%:或或（3）当）当fy（或（或fx）=0时时，即角焊缝既只承受平行于焊缝，即角焊缝既只承受平行于焊缝长度方向的应力长度方向的应力f和垂直于焊缝长度方向的应力和垂直于焊缝长度方向的应力f时时:（4）公式适用条件公式适用条件适于非直接动力荷载作用适于非直接动力荷载作用,直接动力荷载作用时，考虑正面直接动力荷载作用时，考虑正面角焊缝塑性性能较差，取它和侧面角焊缝的强度相同，把角焊缝塑性性能较差，取它和侧面角焊缝的强度相同，把公式中的公式中的1.22变为变为1即可。即可。按容许应力法计算焊接连接时，强度均取角焊缝的容许剪按容许应力法计算焊接连接时，强度均取角焊缝的容许剪应力，应力根据荷载标准值求得。应力，应力根据荷载标准值求得。（5）有效厚度：）有效厚度：两焊脚边的夹角，两焊脚边的夹角，hf焊脚尺寸。焊脚尺寸。u注：圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊注：圆钢与平板、圆钢与圆钢之间的焊缝如图所示，其有缝如图所示，其有效厚度可按下式计算：效厚度可按下式计算：圆钢与平板：圆钢与平板：he=0.7hf圆钢与圆钢：圆钢与圆钢：he=0.1(d1+2d2)-a式中式中d1,d2大、小圆钢直径大、小圆钢直径(mm)；a焊缝表面至两个圆钢公切线距离。焊缝表面至两个圆钢公切线距离。（a）如如图（图（a）所示矩形拼接板侧面角焊缝连接所示矩形拼接板侧面角焊缝连接 f沿焊缝长度方向的剪应力。沿焊缝长度方向的剪应力。he角焊缝有效厚度；角焊缝有效厚度；lw角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm（每端减（每端减5mm或或2t）；）；lw连接一侧角焊缝计算长度之和；连接一侧角焊缝计算长度之和；fwf角焊缝强度设计值；角焊缝强度设计值；（1）受轴心力焊件的的拼接板连接计算）受轴心力焊件的的拼接板连接计算（b）如）如图（图（b）所示矩形拼接板正面角焊缝连接所示矩形拼接板正面角焊缝连接f垂直于焊缝长度方向的应力；垂直于焊缝长度方向的应力；he角焊缝有效厚度；角焊缝有效厚度；lw角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm（每端减（每端减5mm或或2t）；）；lw连接一侧角焊缝计算长度之和；连接一侧角焊缝计算长度之和；ffw角焊缝强度设计值；角焊缝强度设计值；f系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，f=1.22，直接承受动力荷载直接承受动力荷载 f=1.0。（c）如）如图（图（c）所示矩形拼接板，三面围焊。可先按式所示矩形拼接板，三面围焊。可先按式计算正面角焊缝所承担的内力计算正面角焊缝所承担的内力N1，再由，再由NN1按式计算侧按式计算侧面角焊缝。面角焊缝。l如三面围焊受直接动载，由于如三面围焊受直接动载，由于f=1.0，则按轴力由连接一，则按轴力由连接一侧角焊缝有效截面面积平均承担按下式计算：侧角焊缝有效截面面积平均承担按下式计算：式中式中lw连接一侧所有焊缝的计算长度之和。连接一侧所有焊缝的计算长度之和。（d）为使传力线平缓过渡，减小矩形拼接板转角处的应力）为使传力线平缓过渡，减小矩形拼接板转角处的应力集中，可改用菱形拼接板集中，可改用菱形拼接板图（图（d）所示。菱形拼接板正面角所示。菱形拼接板正面角焊缝长度较小，为使计算简化，可忽略正面角焊缝及斜焊焊缝长度较小，为使计算简化，可忽略正面角焊缝及斜焊缝的缝的f增大系数，不论何种荷载均按增大系数，不论何种荷载均按上式上式计算。计算。轴心力作用下角焊缝连接轴心力作用下角焊缝连接（2）承受轴向力承受轴向力N角钢的连接角钢的连接（a）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算（如图所示如图所示）：先计算出肢背和肢尖焊缝所受轴：先计算出肢背和肢尖焊缝所受轴心力心力N1、N2：K1、K2焊缝内力分配系数；焊缝内力分配系数；N1、N2分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。u再按侧焊缝计算公式验算焊缝强度再按侧焊缝计算公式验算焊缝强度角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝图角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝图（b）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算：计算：（如图所示）（如图所示）端部正面角焊缝能传递的内力为：端部正面角焊缝能传递的内力为：（c）角钢用）角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊型焊缝与节点板连接的焊缝计算（如图所示）：缝计算（如图所示）：由由N2=0得：得：3 3、弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝、弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝、弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝、弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝图图图图弯矩弯矩M作用下，作用下，x方向应力：方向应力：剪力作用下，剪力作用下，y方向应力：方向应力：轴力轴力N作用下作用下x方向应力：方向应力：M、V和和N共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足：共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足：式中：式中：如果只承受上述如果只承受上述M、N、V的某一、两种荷载时，只取其相的某一、两种荷载时，只取其相应的应力进行验算。应的应力进行验算。弯矩、剪力、轴力共同作用下的角焊缝应力图弯矩、剪力、轴力共同作用下的角焊缝应力图4 4、扭矩、扭矩、扭矩、扭矩T T作用（作用（作用（作用（T T平面平面平面平面焊缝平面）（焊缝平面）（焊缝平面）（焊缝平面）（如图所示如图所示如图所示如图所示）n假定假定:l（1）被连接件是刚性的，焊缝是弹性的；）被连接件是刚性的，焊缝是弹性的；l（2）被连接件绕焊缝形心）被连接件绕焊缝形心O点转动，焊缝上任一点应力点转动，焊缝上任一点应力与与r的大小成正比，方向与的大小成正比，方向与r垂直。垂直。l按照材力理论计算按照材力理论计算:扭矩作用时角焊缝应力扭矩作用时角焊缝应力5 5、扭矩、剪力、轴力共同作用下搭接连接角焊缝计算扭矩、剪力、轴力共同作用下搭接连接角焊缝计算扭矩、剪力、轴力共同作用下搭接连接角焊缝计算扭矩、剪力、轴力共同作用下搭接连接角焊缝计算图图图图扭矩扭矩T作用下各点应力计算（以作用下各点应力计算（以A点为例）：点为例）：Ix+Iy为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，rx、ry为焊缝角为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。点到焊缝形心的坐标距离。V作用下作用下A点点：N作用下作用下A点：点：A点合应力：点合应力：要求：要求：注意计算时需判断应力最大点！注意计算时需判断应力最大点！扭矩、剪力、轴力共同作用下的角焊缝应力图扭矩、剪力、轴力共同作用下的角焊缝应力图第五节第五节焊接残余应力和焊接残余变形焊接残余应力和焊接残余变形u焊接残余变形焊接残余变形：钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区：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。产生的变形称为焊接变形。u焊接残余应力焊接残余应力：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不：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应力。能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。焊接残余应力的分类和形成的原因焊接残余应力的分类和形成的原因焊接残余应力对钢结构的影响焊接残余应力对钢结构的影响焊接残余变形的产生和防止焊接残余变形的产生和防止减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法合理的焊缝设计合理的焊缝设计1、焊接残余应力的分类和形成的原因、焊接残余应力的分类和形成的原因（1）焊接残余应力的分类）焊接残余应力的分类纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。力。约束状态下产生的焊接应力：约束状态下产生的焊接应力：（2）焊接残余应力成因）焊接残余应力成因纵向应力纵向应力：横向应力横向应力：厚度方向应力：厚度方向应力：约束状态下产生的焊接应力：约束状态下产生的焊接应力：（a）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力u产生的原因产生的原因:l（1）焊接过程的不均匀加热和冷却的过程导致焊接残余）焊接过程的不均匀加热和冷却的过程导致焊接残余应力和变形应力和变形l（2）有塑性变形才有焊接残余应力。）有塑性变形才有焊接残余应力。l（3）温度高处受拉。）温度高处受拉。（b）横向残余应力）横向残余应力u产生的原因产生的原因:l焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于弯成弓形，实际上焊缝焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于弯成弓形，实际上焊缝将两块钢板连成整体，于是在焊缝中部将产生横向拉应力，将两块钢板连成整体，于是在焊缝中部将产生横向拉应力，两端产生横向压应力两端产生横向压应力.l施焊过程中，先焊的焊缝先冷却凝固，具有一定的强度，施焊过程中，先焊的焊缝先冷却凝固，具有一定的强度，阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压缩变形，产生横向应力。缩变形，产生横向应力。2、焊接残余应力对钢结构的影响、焊接残余应力对钢结构的影响