对接焊缝角焊缝的构造和计算(课堂PPT).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,*,3,钢结构的连接设计,3.5 对 接 焊 缝的构造和计算,3.5.1,对 接 焊 缝的 构 造：,坡口形式,直边缝,单边V形缝,双边V形缝,板厚 t 20 mm,1,3,钢结构的连接设计,不同宽度,不同厚度,可不设斜坡,引弧板,3.5.2其它构造,2,3,钢结构的连接设计,3.5.3 焊缝截面,焊缝截面厚度焊缝所连接板件的较薄厚度；,焊缝截面计算长度,采用引弧板时，焊缝全长有效；,未采用引弧板时，计算焊缝长度=焊缝长度减去2,t。,t,为对接接头中为连接件的较小厚度；在T形接头中为腹板厚度;,3.4.4 传力特性,（1）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力,（2）力线没有转折（或基本没有转折）,3,3,钢结构的连接设计,3.5.4 焊缝强度设计值,4,3,钢结构的连接设计,确定计算截面上的内力（荷载效应）,2.,确定焊缝质量检验等级,根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等对接焊缝一般均有全熔透要求，等级为二级或一级,3.,确定焊缝强度设计值,抗拉强度,抗压强度,抗剪强度,4.,计算焊缝截面特性,截面面积,A,、惯性矩,I,、截面模量,W,、面积矩,S,等,5.,应力计算,6.,强度校核,3.5.6 计算步骤,5,3,钢结构的连接设计,直焊缝,引弧板,N 轴心拉力或压力,t,w,焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）,l,w,焊缝计算长度，,有引弧板l,w,L，无引弧板l,w,L2t（较小板厚）,对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度,焊缝应力验算,式中：,3.5.7 典型节点（1）焊缝轴心受力直缝,直缝,6,3,钢结构的连接设计,斜焊缝,焊缝应力,简化验算,l,w,斜焊缝计算长度，,对接焊缝抗剪设计强度强度,规范规定,当 ，可不验算。,斜缝,3.5.7典型节点（1）焊缝轴心受力斜缝,7,3,钢结构的连接设计,弯矩 M,剪力 V,平板梁,工字形梁,应力分布,应力分布,弯矩 M,剪力 V,轴力 N,应力分布,3.5.7 典型节点（2）梁的拼接弯矩、剪力、轴力作用,8,3,钢结构的连接设计,弯矩 M 剪力 V,梁柱连接处,柱牛腿处,a,t,w,焊缝截面,应力分布,与一般梁中连接计算不同：,剪力仅由梁或牛腿腹板承受,3.5.7典型节点（3）牛腿焊接弯矩、剪力作用,9,3,钢结构的连接设计,焊缝有效抗剪面积,，,整个焊缝截面的面积；,3.5.7典型节点（4）牛腿焊接弯矩、剪力、轴力作用,10,3,钢结构的连接设计,3.6 角焊缝的构造和计算,直角焊缝,斜角焊缝,3.6.1 角焊缝的构造：,角焊缝的截面,（1）按,两焊角边夹角划分,除钢管结构外,对于,135,o,或,6mm时，,h,f,max,t,-(12)mm；,钢管构件除外,对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于,圆孔直径或槽孔短径的1/3,15,3,钢结构的连接设计,（3）,最小焊脚尺寸,h,f,min,6.2 角焊缝截面尺寸（3）,式中:,t,2,-较厚焊件厚度。,当,t,2,4mm时,h,f,min,=,t,2,另:对于自动埋弧焊,h,f,min,可减去1mm;,对于T型连接单面角焊缝,h,f,min,应加上1mm;,16,3,钢结构的连接设计,（4）,侧缝的最大计算长度,3.6.2 角焊缝截面尺寸（4）,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。,（5）,角焊缝的最小计算长度,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！,17,3,钢结构的连接设计,（6）,搭接连接的构造要求,3.6.2 角焊缝截面尺寸（5）,C、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2,h,f,的绕角焊，且转角处必须连续施焊。,D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，,且不得小于25mm。,b,2,h,f,t,1,t,2,18,3,钢结构的连接设计,构造要求汇总,3.6.2 角焊缝截面尺寸（6）,19,3,钢结构的连接设计,角焊缝的其它构造要求：,(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15,t,（对受压构件）或30,t,（对受拉构件），,t,为较薄焊件的厚度。,3.6.2 角焊缝截面尺寸（7）,20,3,钢结构的连接设计,（1）端缝：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。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。,（2）侧缝：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，剪应力两端大，中间小。侧缝强度低，但塑性较好。,3.7 角焊缝的受力特点,21,3,钢结构的连接设计,3.7.1侧缝的应力状态,主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，,焊缝越长应力不均匀程度越高,强度相对较低，塑性较好,破坏常发生在近似,45,斜平面上,22,3,钢结构的连接设计,角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂,正、剪应力都有，且分布很不均匀,根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点,焊缝破坏强度高，但塑性差,端焊缝应力分布,A,B,C,D,3.7.2端缝应力状态,破坏模式,23,3,钢结构的连接设计,90侧焊缝,0端焊缝,荷载变形曲线,3.7.3 端缝与侧缝的比较,24,3,钢结构的连接设计,端焊缝,侧焊缝,计算截面,均取,焊缝45喉部为有效截面,（假定破坏截面）,有效焊缝高度,h,e,0.7 h,f,(焊缝高度,),h,f,h,f,h,e,有效截面,计算焊缝长度,l,w,每条连续焊缝的长度2h,f,（每端扣,h,f,）,3.7.4 角焊缝的计算截面,（1）,h,f,h,e,h,h,1,h,2,d,e,h-焊缝厚度、h,1,熔深,h,2,凸度、d焊趾、e焊根,25,3,钢结构的连接设计,角焊缝的有效截面,为平分角焊缝夹角,的截面，破坏往往从这个截面发生。,有效截面的高度（不考虑焊缝余高）称为,角焊缝的有效厚度,h,e,，,当,=,90,o,时：,h,e,0.7,h,f,；,其他：,h,e,h,f,cos(,/2)。,3.7.4,角焊缝的,计算,截面（2）,26,3,钢结构的连接设计,破坏面,试验公式,3.7.5 角焊缝的计算应力（1）,N,y,N,x,=,f,h,e,l,w,45,O,45,O,h,f,27,3,钢结构的连接设计,简化公式,f,端焊缝强度增大系数,f,直角焊缝,斜角焊缝,1.0,1.22 静载、间接动载,1.0 直接动载,f,当,0 时,0 时,式中：,平行,焊缝长度方向的计算应力,垂直,焊缝长度方向的计算应力,角焊缝强度设计值,危险点,3.7.5 角焊缝的计算应力（2）,28,3,钢结构的连接设计,3.7.6,角焊缝强度设计值,29,3,钢结构的连接设计,角焊缝计算的基本公式,式中,f,正面角焊缝的强度设计值增大系数，,；但对直接承受动力荷载结构中的角焊缝，由于正面角焊缝的刚度大，韧性差，应取,f,1.0,；,f,按角焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的正应力；,f,按角焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力。,3.8,角焊缝计算,30,3,钢结构的连接设计,3.8.1 计算步骤,轴力、剪力及联合作用,弯矩及与轴力、剪力的共同作用,扭矩及与轴力、剪力的共同作用,焊缝群截面特性计算,计算长度：非连续焊缝计算长度Lw=L-nhf,连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除hf,焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等,应力计算,强度校核,确定,焊缝（焊缝群）内力分析,31,3,钢结构的连接设计,两边侧焊,两边端焊,验算,端焊缝强度提高系数,验算,认为焊缝有效截面上应力均匀分布,一条单独的焊缝，每端扣除h,f,3.8.2,典型节点（,1,）拼接板连接 承受轴力N作用,32,3,钢结构的连接设计,验算,四周围焊,当焊缝受直接动力荷载时,：,由端焊缝,1,N,1,1,2,2,再验算侧焊缝,N,1,l,w1,N,2，,l,w2,减小拼接板,角部应力集中,四周菱形围焊,简化验算 无论静载、动载,3.8.2,典型节点（,1,）拼接板连接 承受轴力N作用,33,3.8.2,典型节点（,1,）,受轴心力作用时,一般情况：轴心力N通过焊缝重心，且与焊缝长度方向的夹角为：,3,钢结构的连接设计,34,特殊情况：,=90，焊缝长度与受力方向垂直（正面角焊缝）：,(3-6),=0，焊缝长度与受力方向平行（侧面角焊缝）：,(3-7),式中 ,l,w,为连接一侧所有焊缝的计算长度之和，每条焊缝按实际长度减去2,h,f,。,3,钢结构的连接设计,35,3,钢结构的连接设计,肢背焊缝,肢尖焊缝,b,l,w2,l,w1,两边侧焊,N,1,、N,2,不均匀分配,3.8.3,典型节点（,2,）角钢与拼接板连接 承受轴力N作用,N,1,+,N,2,=N,N,1,e,1,=N,2,e,2,e,1,+,e,2,=b,由平衡,36,3,钢结构的连接设计,角钢类型,连接形式,内力分配系数,肢背K1,肢尖K2,等肢角钢,0.70,0.30,不等肢角钢,短肢连接,0.75,0.25,不等肢角钢,长肢连接,0.65,0.35,3.8.3,典型节点（,2,）角钢与拼接板连接 承受轴力N作用,37,3.8.3,典型节点（,3,）角钢与拼接板连接 承受轴力N作用角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算,3,钢结构的连接设计,b,l,w2,l,w1,三面围焊,38,N,1,+,N,2,+,N,3,=N,N,1,e,1,=N,2,e,2,+,N,3,(e,2,b/2),e,1,+,e,2,=b,端部正面角焊缝能传递的内力为：,3,钢结构的连接设计,由平衡,39,3.8.3,典型节点（,4,）角钢与拼接板连接 承受轴力N作用角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算,由,N,2,=,0得：,3,钢结构的连接设计,b,l,w2,l,w1,40,3.8.3,典型节点（,5,）,弯矩单独作用时,的焊缝计算,3,钢结构的连接设计,任一点处：,式中,W,w,角焊缝有效截面的截面模量。,41,3.8.3,典型节点（,6,）,扭矩单独作用时,的焊缝计算,3,钢结构的连接设计,42,3.8.3,典型节点（,6,）,扭矩单独作用时,的焊缝计算,3,钢结构的连接设计,扭矩单独作用时,式中,J,角焊缝有效截面的极惯性矩，,J,=,I,x,I,y,；,r,A,A,点至形心,o,点的距离。,将,A,分解到,x,和,y,方向，有,43,3.8.3,角焊缝在弯矩、剪力、轴向力、,扭矩共同作用时,的焊缝计算,3,钢结构的连接设计,44,3.8.3,角焊缝在弯矩、剪力、轴向力、,扭矩共同作用时,的焊缝计算步骤：,3,钢结构的连接设计,1、首先求出单独外力作用下的角焊缝的应力，并判断该应力状态相对该焊缝产生端缝受力还是侧缝受力，分别用,和 表示。,2、采用叠加原理，将各种外力作用下的焊缝应力用,进行叠加。叠加时注意应取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。为此，事先应预判断焊缝应力“最危险点”，“最危险点”一般位于焊缝边缘处，偏离形心较远处。,45,3,钢结构的连接设计,梁柱连接,受弯矩M、剪力V、轴力N 作用,危险点,a,：,验算,危险点,b,：,仅腹板,焊缝截面,梁柱连接,整个焊缝截面,焊缝应力分布,弯矩 轴力 剪力,加劲肋,整个截面,A,w,I,w,3.8.3,典型节点（,7,）梁柱连接 弯矩、剪力、轴力作用,46,3,钢结构的连接设计,焊缝截面,=V(a+e),剪力V产生的A点应力,3.8.3,典型节点（,8,）牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用,轴力N产生A点的应力,扭矩T产生A点的应力,极惯性矩,I,zw,=I,xw,+I,yw,47,3,钢结构的连接设计,焊缝截面,=V(a+e),X方向合应力：,Y方向合应力：,验算：,A点：,3.8.3,典型节点（,8,）牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用,48,3,钢结构的连接设计,49,3,钢结构的连接设计,50,3.8.4,焊接应力与焊接变形,1.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。,2.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应力。,3.焊接应力产生的原因及其危害,（1）原因,焊接应力产生的原因本质上焊接过程中的热胀冷缩引起的,。,两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600,C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。,3,钢结构的连接设计,51,3,钢结构的连接设计,纵向焊接应力沿焊缝方向,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,横向焊接应力垂直焊缝方向,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,部分受杠杆作用也受拉，中间部分受压,A和B两种作用叠加,厚度方向焊接应力,表面受压，中央受拉,3.8.4,焊接应力与焊接变形,焊接应力：,52,3,钢结构的连接设计,X,(横向焊接应力),Y,(纵向焊接应力),Z,(厚度方向,焊接应力),焊缝,纵向焊接应力,平 板,工字形截面,3.8.4,焊接应力与焊接变形,53,3,钢结构的连接设计,第一部分,施焊,方向,收缩,横向焊接应力,应力分布,第二部分,厚度方向焊接应力,=,合成,应力,3.8.4,焊接应力与焊接变形,54,（2）焊接应力的危害,A.,由于承载时可扩展塑性区，常温下受静载不影响强度，但会影响刚度,B.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,C.降低构件稳定性，和使构件提前进入塑性工作阶段,4.焊接变形的产生和防止,（1）焊接变形产生的原因及形式,焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。,表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。如图：,3,钢结构的连接设计,3.8.4,焊接应力与焊接变形,55,3,钢结构的连接设计,与焊接应力同时产生，由焊区收缩变形导致,波浪变形,纵向收缩,横向收缩,弯曲,角变形,波浪变形,扭曲变形,3.8.4,焊接应力与焊接变形,56,3,钢结构的连接设计,（2）降低焊接应力和焊接变形的措施,1）选择合理的施焊顺序(分段、分层、分块等)；,2）采用合理的焊缝设计：,尽量避免三向焊缝汇交；,控制焊缝厚度不要过大；,尽量对称布置焊缝；,不宜单独使用端缝。,3）施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形；,4）对小尺寸构件可在焊前预热，或在焊后回火加热至600左右，然后缓慢冷却；,5）采用机械方法校正焊接变形。,3.8.4,焊接应力与焊接变形,57,3,钢结构的连接设计,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,好,差,好,差,好,加劲板：主要焊缝,通过，次要焊缝中断,（2）降低焊接应力和焊接变形的措施,3.8.4,焊接应力与焊接变形,58,3,钢结构的连接设计,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,分多道焊缝,预加反变形,（2）降低焊接应力和焊接变形的措施,3.8.4,焊接应力与焊接变形,59,60,