第三章--钢结构的连接(焊缝).ppt

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,第三章 钢结构的连接,(1-18 2,hrs),3.1,钢结构的连接方法,3.2 焊接方法和焊缝连接形式,3.3 角焊缝的构造与计算,3.4 对接焊缝的构造与计算,3.5 焊接应力和焊接变形,3.6 螺栓连接的构造,3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算,3.9 混合连接,(,自学）,31,钢结构的连接方法,连接的作用：,钢结构是由若干构件组合而成的。,连接的作用就是通过一定的手段将板材或型钢组合成构件，或将若干构件组合成整体结构，以保证其共同工作,。因此，连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。,要求,：钢结构的连接必须符合,安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材,的原则。连接接头应有,足够的强度，更有适宜于施行连接手段的足够空间,。,方法,：钢结构的连接方法可分为,焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种(图3.1)。,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,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,工艺流程：(图3.2)，通电后，,在涂有药皮的焊条与焊件之间产生电弧。电弧的温度或高达3000。在高温作用下，电弧周围的金属变成液态，形成熔池。同时，焊条中的焊丝很快熔化，滴落入熔池中，与焊件的熔融金属相互结合，冷却后即形成焊缝。焊条药皮则在焊接过程中产生气体，保护电弧熔化金属，并形成熔渣覆盖着焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化金属接触而形成易脆的化合物。,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,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。,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(自动或半自动),埋弧焊,：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。,埋弧自动电弧焊,：焊丝送进和电弧按焊接方向的移动有专门机构控制完成(图3.3)；,半埋弧自动电弧焊,：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。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(自动或半自动),特点：,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,。,焊丝焊剂,：,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,。,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：,利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。它直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护区，以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。,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。,3.2 焊接方法和焊缝连接形式,321 钢结构常用焊接方法,321,4,电渣焊和电阻焊,电渣焊和电阻焊,参见课本,p191,3.2 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,按相互位置可分为：,对接,、,搭接,、,T,形连接,和,角部连接,四种(图3.4)。,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,对接连接,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。,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,角焊缝的对接连接：,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。,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,角焊缝的搭接连接：,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。,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,T,形连接,：,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：,图3.4(,f)、(g),主要用于制作箱形截面,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：主要有,对接焊缝,和,角焊缝（连续角焊缝,和间,断续角,焊缝）,。,对接焊缝：分为,正对接焊缝,图3.5(,a),和,斜对接焊缝,图3.5(,b)。,角焊缝：可分为,正面角焊缝,、,侧面角焊缝,和,斜焊缝,图3.5(,c),。,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,连续角焊缝,和间,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。一般在受压构件中应满足,l,15,t,；,在受拉构件中,l,30,t,，,t,为较薄焊件的厚度。,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,：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。,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。,检验方法,：,一般可用外观检查及无损检查，前者检查外观缺陷和几何尺寸，后者检验内部缺陷。无损检验目前广泛采用超声波检验，使用灵活、经济，对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；有时还用磁粉检验、荧光屏等较简单的方法作为辅助；当前最明确可靠的方法是,X,射线或射线透照或拍片，,X,射线应用较广。,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,等级,：,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。,钢结构中一般采用三级焊缝,，,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。,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。,引出线由横线和带箭头的斜线组成。箭头指到图形上的相应焊缝处，横线的上面和下面用来标注图形符号和焊缝尺寸,。,3.2 焊接方法和焊缝连接形式,324 焊缝代号,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。,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)。,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,正面角焊缝,；焊缝长度方向与作用力平行的,侧面角焊缝,以及,斜焊缝,。,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)。,直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面图3.10(,a)。,在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用图3.10(,b),所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式图3.10(,c)。,33 角焊缝的构造与计算（#）,331 角焊缝的形式和受力状态,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（,continued),斜角角焊缝,：,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，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。,33 角焊缝的构造与计算,331 角焊缝的形式和受力状态,2,、受力状态,侧面角焊缝受力状态,：,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,=710,4,N/mm,2,)，,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,。,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,。,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。,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,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，,角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。,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,对板件边缘的角焊缝：,当板件厚度,t,6mm,时，取,h,f,t,(12)mm，,当,t,6mm,时，取,h,f,t,。,如果另一焊件厚度,t,t,时，还应满足,h,f,1.2,t,的要求,。,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,角焊缝的焊脚尺寸也不能过小，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：,角焊缝的焊脚尺寸,h,f,不得小于1.5 ，,t,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1,mm；,对,T,形连接的单面角焊缝，应增加1,mm；,当焊件厚度小于或等于4,mm,时，则取与焊件厚度相同。,33 角焊缝的构造与计算,332 角焊缝的构造要求,3,侧面角焊缝的最大计算长度,前已述及，,侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力两端大中间小。焊缝越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不过大，当焊缝两端点处的应力达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀。但是，如果焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度,l,w,60,h,f,。,。,33 角焊缝的构造与计算,332 角焊缝的构造要求,3,侧面角焊缝的最大计算长度,l,w,60,h,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,。,33 角焊缝的构造与计算,332 角焊缝的构造要求,4,角焊缝的最小计算长度,角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷(气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠,。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，,侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8,h,f,和40,mm,。,5,搭接连接的构造要求,试验结果表明，图中,连接的承载力与,b,/,l,w,有关。,b,为两侧焊缝的距离，,l,w,为焊缝长度。,当,b,/,l,w,1,时，连接的承载力随着,b,/,l,w,比值的增大而明显下降,。这主要是由于应力传递的过分弯折使构件中应力不均匀分布的影响。,33 角焊缝的构造与计算,332 角焊缝的构造要求,5,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,/,l,w,1。,两侧面角焊缝之间距离,b,也不宜大于16,t,(,t,12mm),或200,mm(,t,12mm)，,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。,33 角焊缝的构造与计算,332 角焊缝的构造要求,5,搭接连接的构造要求,在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时(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25,mm。,5,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,h,f,的绕角焊。,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,h,f,称为角焊缝的焊脚尺寸。,h,e,=0.7,h,f,为直角角焊缝的有效厚度。,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。,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,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,1,1,1,1,33 角焊缝的构造与计算,3,33 直角角焊缝强度计算的基本公式,1,334 各种受力状态下直角角焊缝连接的计算,1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算,1,1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算,1,1 承受轴心力作用时角焊缝连接计算,(2),承受斜向轴心力的角焊缝连接计算,2,承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的 角焊缝连接计算,2,承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的,角焊缝连接计算,2,承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的,角焊缝连接计算,2,承受弯矩、轴心力或剪力联合作用,的角焊缝连接计算,3,承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的,角焊缝连接计算,3,承受扭矩或扭矩与剪力联合作用的 角焊缝连接计算,应该指出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应力为平均分布。实际上，在图3.31所示轴心力作用下，水平焊缝为正面焊缝，而竖直焊缝为侧面焊缝，两者单位长度分担的应力是不同的，前者较大后者较小。显然，轴心力产生的应力假设为平均分布，与前面基本公式推导中，考虑焊缝方向的思路不符。同样，在确定形心位置以及计算扭矩下所产生的应力时，也没有考虑焊缝方向，而只在最后验算式中引起了系数，上面计算方法有一定的近似性。,335 斜角角焊缝的计算,斜角角焊缝采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算,。,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。,335 斜角角焊缝的计算,在确定焊缝有效厚度时(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1.5,mm,时，,焊缝有效厚度为：,335 斜角角焊缝的计算,当根部间隙大于1.5,mm,时，则焊缝有效厚度取为,：,34 对接焊缝的构造与计算,3.4.1,对接焊缝的构造,1、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(,t,10mm,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,单边,V,形或,V,形,焊缝,。斜坡口和,离缝,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,p,有托住熔化金属的作用。,34 对接焊缝的构造与计算,1、断面要求,：,对于较厚的焊件(,t,20mm)，,则,采用,U,形、,K,形和,X,形坡口,(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。,34 对接焊缝的构造与计算,2 平缓过渡,在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4,mm,以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5的 斜角(图3.34)，以使截面过渡和缓，减小应力集中。,34 对接焊缝的构造与计算,3 设置引弧板：,在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，故焊 接一般应设置引弧板(图3.35)，焊后将割除。对受静力荷载的结构设置引弧板有困难时，允许不设置引弧板，此时，可令焊缝计算长度等于实际长度减2,t,(,此处,t,为较薄焊件厚度)。,3.4.2,对接焊缝的计算,1,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,。,三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的85%，当受拉时要求计算。,（,如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于母材的。但由于焊接技术问题，焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，,但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。当缺陷面积与焊件截面积之比超过5%时，对接焊缝的抗拉强度将明显下降,。）,1,焊透的对接焊缝的计算,(1)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：,342 对接焊缝的计算,1,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）,。,(,2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝,下图所示是对接接头受到弯矩和剪力的共同作用，由于焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件,：,(,2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝,2,部分焊透的对接焊缝,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。,要求,：部分焊透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的形式和尺寸。,坡口形式分,V,形、单边,V,形和,U,形，由下图可见，,不焊透的对接焊缝可视为在坡口内焊接的角焊缝,，故其强度计算方法与前述直角角焊缝相同，但偏安全地取 =1.0。其焊缝有效高度和,焊缝根部至焊缝表面(不考虑余高)的最短距离,S,相关,2 部分焊透的对接焊缝,对,U,形和坡口角度 60的,V,形坡口，焊缝有效厚度,h,e,=,S,；,但对于 60的,V,形坡口焊缝，考虑到焊缝根部处不易焊满，因而将,h,e,降低，即,h,e,=0.75,S,；,对单边,V,形坡口焊缝则取,h,e,=,S,3mm。,2 部分焊透的对接焊缝,当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离,S,时下图(,b)、(c)、(d)，,应验算焊缝在熔合线上的抗剪强度，其强度设计值取09倍角焊缝的强度设计值。,部分焊透对接焊缝的最小有效厚度为1.5 ，,t,为坡口所在焊件的较大厚度(单位取,mm)。,2 部分焊透的对接焊缝,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。,3,5,1,焊接应力的分类和产生的原因,1,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,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),。,1,纵向焊接应力,（和焊缝轴线方向平行）,升温过程中，不均匀的温度场产生,和焊缝轴线方向平行的,不均匀膨胀,。,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,。,冷却过程中时，被热塑性压缩的焊缝要本能性缩短，但两侧有刚度的钢材会阻止其收缩，从而在焊缝附近产生,纵向拉应力,。,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),。,1,纵向焊接应力,（和焊缝轴线方向平行）,2,横向焊接应力,（和焊缝轴线方向垂直）,横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),。,2,横向焊接应力,（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),。,横向焊接应力为上述两种原因产生的合应力,图,(d),。,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。,3,5,2,焊接应力对结构性能的影响,1,对结构静力强度的影响,对常温下具有一定塑性的钢材，焊接应力不影响结构静力强度,。,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。,3,5,2,焊接应力对结构性能的影响,1,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,Btf,y,2,对结构刚度的影响,1,3,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。,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,3,5,3,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。,3,5,4,减少焊接应力和焊接变形的措施,1,设计上的措施,(1),焊接位置的安排要合理,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。1,设计上的措施,(2),焊缝尺寸要适当,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),焊缝的数量宜少,，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。,3,5,4,减少焊接应力和焊接变形的措施,1,设计上的措施,(4),应尽量避免两条或三条焊缝垂直交叉,比如梁腹板加劲肋与腹板及翼缘的连接焊缝，就应中断，以保证主要的焊缝,(,翼缘与腹板的连接焊缝,),连接通过,图,(g),。,(5),尽量避免在母材厚度方向的收缩应力,图,(i),。,3,5,4,2,工艺上的措施,(1),采取合理的施焊次序,例如钢板对接时采用分段退焊，厚焊缝采用分层焊，工字形截面按对角跳焊,(,图,3.48),。,2,工艺上的措施,(2),采用反变形,施焊前给构件以一个与焊接变形反方向的预变形，使之与焊接所引起的变形相抵消，从而达到减小焊接变形的目的,(3),对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火加热至,600,左右，然后缓慢冷却，可以消除焊接应力和焊接变形,。,思考题：,3.13.7;,习题：,3.1-3.4,(,一周后的今天提交）,