水工钢结构第3章钢结构的连接.ppt

第第3 3章章 钢结构的连接钢结构的连接3.13.1钢结构的连接方法和特点钢结构的连接方法和特点钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组钢结构是由钢板、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成构件，各构件再通过一定的安装连接而形成整体的结构。形成整体的结构。连接部位应有足够的强度、刚度及延性。连接部位应有足够的强度、刚度及延性。钢结构的连接必要符合以下原则：钢结构的连接必要符合以下原则：安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便、节约钢材 钢结构的连接方法可分为三种：钢结构的连接方法可分为三种：焊缝连接、铆钉连接、螺栓连接（包括普通、高强螺栓连接）如下图所示：钢结构的连接方法：钢结构的连接方法：3.1.1 焊缝连接 焊缝连接是目前钢结构中最主要的连接方法。焊缝连接是目前钢结构中最主要的连接方法。焊缝连接是目前钢结构中最主要的连接方法。焊缝连接是目前钢结构中最主要的连接方法。优点优点优点优点：构造简单，制造加工方便：构造简单，制造加工方便：构造简单，制造加工方便：构造简单，制造加工方便 不削弱构件截面，节约钢材不削弱构件截面，节约钢材不削弱构件截面，节约钢材不削弱构件截面，节约钢材 采用自动化操作，保证焊接结构的质量采用自动化操作，保证焊接结构的质量采用自动化操作，保证焊接结构的质量采用自动化操作，保证焊接结构的质量 连接的密封性好、结构刚度大连接的密封性好、结构刚度大连接的密封性好、结构刚度大连接的密封性好、结构刚度大 缺点缺点缺点缺点：由于焊缝附近的由于焊缝附近的由于焊缝附近的由于焊缝附近的热影响区热影响区热影响区热影响区，使钢材的性能发生变化，导致材，使钢材的性能发生变化，导致材，使钢材的性能发生变化，导致材，使钢材的性能发生变化，导致材质变脆质变脆质变脆质变脆焊接产生的焊接产生的焊接产生的焊接产生的残余应力残余应力残余应力残余应力和残余变形对结构的受力有不利影响和残余变形对结构的受力有不利影响和残余变形对结构的受力有不利影响和残余变形对结构的受力有不利影响焊接结构对焊接结构对焊接结构对焊接结构对裂缝裂缝裂缝裂缝比较敏感，局部裂缝一经发生便容易扩展到比较敏感，局部裂缝一经发生便容易扩展到比较敏感，局部裂缝一经发生便容易扩展到比较敏感，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体整体整体整体焊接结构的焊接结构的焊接结构的焊接结构的低温冷脆低温冷脆低温冷脆低温冷脆问题也比较突出问题也比较突出问题也比较突出问题也比较突出钢结构中一般采用的焊接方法有 手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊、气体保护焊等。3.1.1.1 手工电弧焊手工电弧焊原理：原理：通电后在涂焊药的焊条与焊件间产生电弧，由电弧通电后在涂焊药的焊条与焊件间产生电弧，由电弧提供热源，使焊条熔化，滴落在焊件上被电弧所吹成提供热源，使焊条熔化，滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中，并与的小凹槽熔池中，并与焊件熔化部分结成焊缝焊件熔化部分结成焊缝特点特点:设备简单，操作灵活，适用性和设备简单，操作灵活，适用性和可达性强，适用于各种焊缝。可达性强，适用于各种焊缝。生产效率较低，质量变异性大，生产效率较低，质量变异性大，施焊时弧光外露，电弧光较强。施焊时弧光外露，电弧光较强。焊条：要求其强度与主体金属的强度相适应 Q235 E43型焊条 16Mn Q345 E50型焊条15MnV Q390 E55型焊条注意：对不同钢种的钢材连接时，宜用与此强度钢材相适应的焊条。3.1.1.2 自动或半自动埋弧焊原理：埋弧焊是将光焊丝埋在焊剂层下，通电后，由电弧的作用使焊丝和焊剂熔化。熔化后的焊剂浮在熔化金属表面保护熔化金属，使之不与外界空气接触。引弧、焊丝送引弧、焊丝送下、焊剂堆落下、焊剂堆落和焊丝沿着焊和焊丝沿着焊缝方向的移动缝方向的移动都是自动的。都是自动的。电弧不暴露在电弧不暴露在空气中空气中,而是而是埋在焊剂层下埋在焊剂层下面面埋弧自埋弧自动焊。动焊。自动焊自动焊的电流大、热量集中而熔深大，并且焊缝的电流大、热量集中而熔深大，并且焊缝质量均匀，塑性好，冲击韧性高。适于厚板质量均匀，塑性好，冲击韧性高。适于厚板(6(650mm)的焊接，生产效率高，但不如手工焊灵的焊接，生产效率高，但不如手工焊灵活。活。半自动焊半自动焊除由人工操作进行外，其余过程与自动除由人工操作进行外，其余过程与自动焊相同，焊缝质量介于自动焊与手工焊之间。焊相同，焊缝质量介于自动焊与手工焊之间。注意注意：自动或半自动埋弧焊所采用的焊丝和焊剂应：自动或半自动埋弧焊所采用的焊丝和焊剂应与主体金属的强度相适应。与主体金属的强度相适应。3.1.1.3 3.1.1.3 气体保护焊气体保护焊原理：原理：焊枪中喷出的惰性气体代替焊剂，焊丝可自焊枪中喷出的惰性气体代替焊剂，焊丝可自动送入，使被熔化的金属不与空气接触动送入，使被熔化的金属不与空气接触电弧加热集中，熔化深度大，焊接速度快，焊缝电弧加热集中，熔化深度大，焊接速度快，焊缝强度高，塑性好。强度高，塑性好。COCOCOCO2 2 2 2气体保护焊采用高锰高硅型焊丝，具有较强气体保护焊采用高锰高硅型焊丝，具有较强气体保护焊采用高锰高硅型焊丝，具有较强气体保护焊采用高锰高硅型焊丝，具有较强的抗锈能力。的抗锈能力。的抗锈能力。的抗锈能力。注意：气体保护焊在操作时应采取避风措施，否则容易出现焊坑、气孔等缺陷。3.1.1.4 电阻焊电阻焊 电阻焊是利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。冷弯薄壁型钢的焊接，常用电阻点焊，板叠总厚度一般不超过12mm，焊点应主要承受剪力，其抗拉(撕裂)能力较差。3.1.2 铆钉连接优点：塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动载结构的连接缺点：构造复杂，用钢量多目前已很少采用。3.1.3 3.1.3 螺栓螺栓连接连接 普通螺栓连接普通螺栓连接 螺栓连接螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接3.1.3.1 3.1.3.1 普通普通螺栓螺栓连接连接优点：优点：施工简单、拆装方便施工简单、拆装方便 缺点：缺点：用钢量较多用钢量较多适用于安装连接和需要经常拆装的结构。适用于安装连接和需要经常拆装的结构。等级：等级：A A：螺杆直径螺杆直径 24mm24mm，且螺杆长度，且螺杆长度 150mm 150mm 精制螺栓精制螺栓B B：螺杆直径螺杆直径 24mm24mm，且螺杆长度，且螺杆长度150mm150mmC C：粗制螺栓粗制螺栓A A、B B级螺栓：级螺栓：需要机械加工，尺寸准确，要求需要机械加工，尺寸准确，要求类孔。类孔。由于由于制造安装比较复杂，价格昂贵，目前在钢结制造安装比较复杂，价格昂贵，目前在钢结构中较少采用。构中较少采用。C C级螺栓：级螺栓：一般用一般用Q235Q235钢（用于螺栓时也称为钢（用于螺栓时也称为4.64.6级）制成。级）制成。C C级螺栓加工粗糙，尺寸不够准确，只要求级螺栓加工粗糙，尺寸不够准确，只要求类孔，类孔，成本低。成本低。由于由于C C级螺栓连接的螺栓杆与螺孔之是存在着较大级螺栓连接的螺栓杆与螺孔之是存在着较大的间隙，传递剪力时，连接将会产生较大的剪切的间隙，传递剪力时，连接将会产生较大的剪切滑移滑移,但但C C级螺栓传递拉力的性能仍较好，所以可级螺栓传递拉力的性能仍较好，所以可用于承受拉力的安装连接，以及不重要的抗剪连用于承受拉力的安装连接，以及不重要的抗剪连接或用作安装时的临时固定。接或用作安装时的临时固定。3.1.3.2 高强螺栓连接与普通螺栓连接的区别与普通螺栓连接的区别，有以下两个方面：，有以下两个方面：材料强度高材料强度高 预拉力预拉力：使被连接构件的接触面之间产生挤压使被连接构件的接触面之间产生挤压力，因此受剪时有很大的摩擦力，依靠接触面间力，因此受剪时有很大的摩擦力，依靠接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移，从而传力。的摩擦力来阻止其相互滑移，从而传力。分类：分类：摩擦型摩擦型：以摩擦力被克服作为承载能力的以摩擦力被克服作为承载能力的 极限状态，极限状态，承受动力荷载承受动力荷载 承压型承压型：以螺栓杆被剪坏和孔壁承压破坏以螺栓杆被剪坏和孔壁承压破坏 作为承载能力的极限状作为承载能力的极限状 态，态，承载承载 高，但不适用直接承受动力荷载高，但不适用直接承受动力荷载传力不同传力不同传力不同传力不同3.2 3.2 焊缝和焊接连接的形式焊缝和焊接连接的形式 3.2.1 3.2.1 焊缝连接形式焊缝连接形式 分类：分类：被连接构件间的相对位置被连接构件间的相对位置 平接、搭接、平接、搭接、T T形连接和角接形连接和角接 这些连接所采用的焊缝型式主要有这些连接所采用的焊缝型式主要有对接焊缝对接焊缝 和和角焊缝角焊缝 各种连接特点：各种连接特点：（a a）对接焊缝的平接连接：用料经济，传力均匀平缓，没有明用料经济，传力均匀平缓，没有明显的应力集中，承受动力荷载的性显的应力集中，承受动力荷载的性能较好，但是焊件边缘需要加工，能较好，但是焊件边缘需要加工，对被连接两板的间隙和坡口尺寸有对被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。严格的要求。（b b）用拼接板和角焊缝的平接连接：传力不均匀、费料，但施工传力不均匀、费料，但施工简便，所接两板的间隙大小简便，所接两板的间隙大小无需严格控制。无需严格控制。（c c）用顶板和角焊缝的平接连接：施工简便，用于受压构件较施工简便，用于受压构件较好。受拉构件为了避免层间好。受拉构件为了避免层间撕裂，不宜采用。撕裂，不宜采用。（d d）用角焊缝的搭接连接：传力不均匀，材料较费，但传力不均匀，材料较费，但构造简单，施工方便，目前构造简单，施工方便，目前还广泛应用。还广泛应用。（e e）用角焊缝的T形连接：构造简单，受力性能较差，但应用也颇广泛。构造简单，受力性能较差，但应用也颇广泛。（f f）焊透的T形连接：其性能与对接焊缝相同。在重要的结构中用它来其性能与对接焊缝相同。在重要的结构中用它来代替图（代替图（e e）的连接。）的连接。（g g）用角焊缝的角接连接：（h h）用对接焊缝的角接连接：3.2.2 3.2.2 焊缝的形式焊缝的形式分类：分类：对接正焊缝对接正焊缝（图中图中1 1）对接焊缝对接焊缝 对接斜焊缝对接斜焊缝（2 2）正面角焊缝正面角焊缝长度方向与力垂直（长度方向与力垂直（3 3）角焊缝角焊缝 侧面角焊缝侧面角焊缝长度方向与力平行（长度方向与力平行（4 4）受力的方向受力的方向受力的方向受力的方向(端焊缝端焊缝端焊缝端焊缝)连续角焊缝连续角焊缝连续角焊缝连续角焊缝焊缝焊缝焊缝焊缝 断续角焊缝断续角焊缝断续角焊缝断续角焊缝 注意：注意：注意：注意：断续焊缝的间断距离断续焊缝的间断距离断续焊缝的间断距离断续焊缝的间断距离L L L L不能太长，以免连不能太长，以免连不能太长，以免连不能太长，以免连接不紧密易引起构件的锈蚀。间断距离接不紧密易引起构件的锈蚀。间断距离接不紧密易引起构件的锈蚀。间断距离接不紧密易引起构件的锈蚀。间断距离L L L L一般在一般在一般在一般在受压构件中不应大于受压构件中不应大于受压构件中不应大于受压构件中不应大于15151515t t t t，在受拉构件中不应大，在受拉构件中不应大，在受拉构件中不应大，在受拉构件中不应大于于于于30303030t t t t，t t t t为为为为较薄构件较薄构件较薄构件较薄构件的厚度。（下图示）的厚度。（下图示）的厚度。（下图示）的厚度。（下图示）按按按按 分布不同分布不同分布不同分布不同 平焊（俯焊）：平焊（俯焊）：平焊（俯焊）：平焊（俯焊）：质量最易保证质量最易保证质量最易保证质量最易保证 横焊横焊横焊横焊焊缝焊缝焊缝焊缝 立焊立焊立焊立焊 仰焊（仰焊（仰焊（仰焊（工程中应尽量避免采用工程中应尽量避免采用工程中应尽量避免采用工程中应尽量避免采用）按按按按 施焊位置施焊位置施焊位置施焊位置3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷和焊缝质量检查焊缝缺陷和焊缝质量检查3.2.3.1 3.2.3.1 3.2.3.1 3.2.3.1 焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷：焊缝缺陷：焊缝缺陷：焊缝缺陷：在焊接工程中产生于焊缝金属或附近热影在焊接工程中产生于焊缝金属或附近热影在焊接工程中产生于焊缝金属或附近热影在焊接工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。响区钢材表面或内部的缺陷。响区钢材表面或内部的缺陷。响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷：常见的缺陷：常见的缺陷：常见的缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边和焊瘤等。边和焊瘤等。边和焊瘤等。边和焊瘤等。（a a）裂纹：是焊缝连接中最危险的缺陷，是焊缝连接中最危险的缺陷，分为：热裂纹和冷裂纹。分为：热裂纹和冷裂纹。产生原因：产生原因：钢材的化学成分不钢材的化学成分不当，未采用合适的电流、弧长、当，未采用合适的电流、弧长、施焊速度、焊条和施焊次序等施焊速度、焊条和施焊次序等（b b）气孔：由空气侵入或受潮的药皮熔化时产生气体：由空气侵入或受潮的药皮熔化时产生气体而形成的，也可能是焊件金属上的油、锈、垢物等引而形成的，也可能是焊件金属上的油、锈、垢物等引起的。起的。其其 它它 焊焊 缝缝 缺缺 陷陷3.2.3.2 3.2.3.2 3.2.3.2 3.2.3.2 焊缝质量检查焊缝质量检查焊缝质量检查焊缝质量检查钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范规定，焊缝质量检查标准分为规定，焊缝质量检查标准分为规定，焊缝质量检查标准分为规定，焊缝质量检查标准分为三级三级三级三级:3 3 3 3级焊缝：外观检查（实际尺寸、表面平整度、裂纹）级焊缝：外观检查（实际尺寸、表面平整度、裂纹）级焊缝：外观检查（实际尺寸、表面平整度、裂纹）级焊缝：外观检查（实际尺寸、表面平整度、裂纹）2 2 2 2级焊缝：外观检查级焊缝：外观检查级焊缝：外观检查级焊缝：外观检查 超声波检验超声波检验超声波检验超声波检验1 1 1 1级焊缝：外观级焊缝：外观级焊缝：外观级焊缝：外观 超声波超声波超声波超声波 X X X X射线射线射线射线3.2.3.3 3.2.3.3 3.2.3.3 3.2.3.3 焊缝代号焊缝代号焊缝代号焊缝代号 指引线指引线指引线指引线焊缝符号焊缝符号焊缝符号焊缝符号 表示焊缝截面形状的基本符号表示焊缝截面形状的基本符号表示焊缝截面形状的基本符号表示焊缝截面形状的基本符号 必要时加上必要时加上必要时加上必要时加上 辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号 指引线：指引线：指引线：指引线：一般由基准线（横线）和带箭头的斜线所组成一般由基准线（横线）和带箭头的斜线所组成一般由基准线（横线）和带箭头的斜线所组成一般由基准线（横线）和带箭头的斜线所组成 基本符号：基本符号：基本符号：基本符号：用以表示焊缝截面形状，如对接焊缝、角焊用以表示焊缝截面形状，如对接焊缝、角焊用以表示焊缝截面形状，如对接焊缝、角焊用以表示焊缝截面形状，如对接焊缝、角焊 缝、塞焊缝等缝、塞焊缝等缝、塞焊缝等缝、塞焊缝等辅助符号：辅助符号：辅助符号：辅助符号：用以表示焊缝表面形状特征用以表示焊缝表面形状特征用以表示焊缝表面形状特征用以表示焊缝表面形状特征补充符号：补充符号：补充符号：补充符号：是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号一些常用的焊缝代号：一些常用的焊缝代号：见表见表3 31 1 3.3 3.3 对接对接焊缝的构造与计算焊缝的构造与计算3.3.1 3.3.1 对接对接焊缝的构造要求焊缝的构造要求（1 1）坡口要求：）坡口要求：）坡口要求：）坡口要求：为了便于施焊，易于焊透，对接为了便于施焊，易于焊透，对接为了便于施焊，易于焊透，对接为了便于施焊，易于焊透，对接焊缝的焊件常需做成坡口，坡口形式与焊件厚焊缝的焊件常需做成坡口，坡口形式与焊件厚焊缝的焊件常需做成坡口，坡口形式与焊件厚焊缝的焊件常需做成坡口，坡口形式与焊件厚度有关度有关度有关度有关常见的对接焊缝坡口形式：常见的对接焊缝坡口形式：常见的对接焊缝坡口形式：常见的对接焊缝坡口形式：（2 2）平缓变化要求：）平缓变化要求：）平缓变化要求：）平缓变化要求：在钢板宽度或厚度有变化的连接中，为了减少应在钢板宽度或厚度有变化的连接中，为了减少应在钢板宽度或厚度有变化的连接中，为了减少应在钢板宽度或厚度有变化的连接中，为了减少应力集中，应从板的一侧或两侧做成坡度不大于力集中，应从板的一侧或两侧做成坡度不大于力集中，应从板的一侧或两侧做成坡度不大于力集中，应从板的一侧或两侧做成坡度不大于1 1 1 14 4 4 4的斜坡的斜坡的斜坡的斜坡，形成平缓过渡。形成平缓过渡。形成平缓过渡。形成平缓过渡。如板厚相差不大于如板厚相差不大于如板厚相差不大于如板厚相差不大于4mm4mm4mm4mm时可不做斜坡（下图示）时可不做斜坡（下图示）时可不做斜坡（下图示）时可不做斜坡（下图示）（3 3）交叉焊缝的处理：）交叉焊缝的处理：）交叉焊缝的处理：）交叉焊缝的处理：钢板的拼接采用对接焊缝时，纵横两方向的对接钢板的拼接采用对接焊缝时，纵横两方向的对接焊缝，可采用十字形交叉或焊缝，可采用十字形交叉或T T形交叉。形交叉。例如：例如：当为当为T T形交叉时，形交叉时，交叉点间的距离不得小交叉点间的距离不得小于于200mm200mm且拼接料的长、且拼接料的长、宽不得小于宽不得小于300mm300mm（4 4）引弧板：）引弧板：）引弧板：）引弧板：对接焊缝的起弧和落弧点，常因不能熔透而出现对接焊缝的起弧和落弧点，常因不能熔透而出现焊口，形成类裂纹和应力集中。焊口，形成类裂纹和应力集中。为消除焊口的影响，焊接时可为消除焊口的影响，焊接时可将焊缝的起点和终点延伸至引将焊缝的起点和终点延伸至引弧板上，焊后将引弧板切除，弧板上，焊后将引弧板切除，并用砂轮将表面磨平。并用砂轮将表面磨平。3.3.2 3.3.2 对接对接焊缝的计算焊缝的计算 由于焊缝与构件融为一体，所以焊缝的受力状态由于焊缝与构件融为一体，所以焊缝的受力状态与被焊件（构件）相同。与被焊件（构件）相同。（a a）轴心力作用下）轴心力作用下 计算公式：计算公式：各符号含义如下：N N 轴心拉力或压力的设计值轴心拉力或压力的设计值 焊缝计算长度，当未采用引弧板时，应取实际长度减去焊缝计算长度，当未采用引弧板时，应取实际长度减去10mm10mm(水工水工)或或2 2t t(工民建工民建)t t 对接连接中为连接件的较小厚度，对接连接中为连接件的较小厚度，T T形接头中为腹板厚度形接头中为腹板厚度 对接焊缝抗拉、抗压强度设计值对接焊缝抗拉、抗压强度设计值对于按一、二级标准检验焊缝质量与构件等强，不必对于按一、二级标准检验焊缝质量与构件等强，不必另行计算。另行计算。当正缝连接的强度低于当正缝连接的强度低于焊件的强度时，为了提高焊件的强度时，为了提高连接的承载能力，可改用连接的承载能力，可改用斜缝（如图所示）。斜缝（如图所示）。规范规定当斜缝和作用力间夹角符合规范规定当斜缝和作用力间夹角符合tan1.5tan1.5时，可时，可不计算焊缝强度。不计算焊缝强度。（b）M、V 作用下在弯距和剪力共同作用在弯距和剪力共同作用下的对接焊缝（图示），下的对接焊缝（图示），其正应力与剪应力的最其正应力与剪应力的最大值应分别满足以下条件大值应分别满足以下条件 （3-2）（3-3）焊缝截面的截面模量焊缝截面的截面模量 焊缝截面对其中和轴的惯性矩；焊缝截面对其中和轴的惯性矩；焊缝截面在计算剪应力处以上部分对中和轴的焊缝截面在计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩；面积矩；对接焊缝的抗剪强度设计值，由表对接焊缝的抗剪强度设计值，由表2-12-1查得查得对于对于T T形、工字形、箱形等构件，在腹板与翼缘交形、工字形、箱形等构件，在腹板与翼缘交接处，焊缝截面同时受有较大的正应力和较大的接处，焊缝截面同时受有较大的正应力和较大的剪应力作用，除应分别验算焊缝截面最大正应力剪应力作用，除应分别验算焊缝截面最大正应力和剪应力外，还应按下式验算和剪应力外，还应按下式验算折算应力折算应力：（3 34 4）验算点处焊缝截面的正应力和剪应力验算点处焊缝截面的正应力和剪应力 受弯、剪的工形截面对接焊缝受弯、剪的工形截面对接焊缝（c）N、M、V 作用下 在轴心力、弯矩和剪力共同作用时，对接焊缝的最在轴心力、弯矩和剪力共同作用时，对接焊缝的最大正应力应为轴力和弯矩引起的应力之和，大正应力应为轴力和弯矩引起的应力之和，剪应力按剪应力按（3-33-3）式验算，式验算，折算应力仍按折算应力仍按（3-43-4）式进行验算。式进行验算。3.3.3 3.3.3 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝 在钢结构设计中，有时遇到板件较厚，而板件间连在钢结构设计中，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。接受力较小时，可以采用部分焊透的对接焊缝。不过工程中用的不多。不过工程中用的不多。部分焊透的对接焊缝：见下图示部分焊透的对接焊缝：见下图示 部部分分焊焊透透的的对对接接焊焊缝缝例题 一、一、一、一、详见教材详见教材详见教材详见教材P45-46P45-46 例例例例1 1、例、例、例、例2 2。二二二二、某简支钢梁，跨度，截面如图所示，钢材为某简支钢梁，跨度，截面如图所示，钢材为某简支钢梁，跨度，截面如图所示，钢材为某简支钢梁，跨度，截面如图所示，钢材为Q235BQ235B钢，抗弯强度设计值钢，抗弯强度设计值钢，抗弯强度设计值钢，抗弯强度设计值 f=215N/f=215N/2 2，承受均布静力荷载，承受均布静力荷载，承受均布静力荷载，承受均布静力荷载设计值设计值设计值设计值q=69kN/mq=69kN/m，设计梁有足够的侧向支撑，不会使，设计梁有足够的侧向支撑，不会使，设计梁有足够的侧向支撑，不会使，设计梁有足够的侧向支撑，不会使梁侧扭屈曲，因而截面由抗弯强度控制。今因钢板长梁侧扭屈曲，因而截面由抗弯强度控制。今因钢板长梁侧扭屈曲，因而截面由抗弯强度控制。今因钢板长梁侧扭屈曲，因而截面由抗弯强度控制。今因钢板长度不够，拟对腹板在跨度方向离支座为度不够，拟对腹板在跨度方向离支座为度不够，拟对腹板在跨度方向离支座为度不够，拟对腹板在跨度方向离支座为x x处设置工厂焊处设置工厂焊处设置工厂焊处设置工厂焊接的对接焊缝。焊缝质量等级为三级，手工焊，接的对接焊缝。焊缝质量等级为三级，手工焊，接的对接焊缝。焊缝质量等级为三级，手工焊，接的对接焊缝。焊缝质量等级为三级，手工焊，E43E43型型型型焊条。试根据焊缝的强度，求该焊条。试根据焊缝的强度，求该焊条。试根据焊缝的强度，求该焊条。试根据焊缝的强度，求该拼接焊缝的位置拼接焊缝的位置拼接焊缝的位置拼接焊缝的位置x x。三、三、三、三、作业作业作业作业:P76:P76 3-13-1、3-23-23.4 3.4 角角焊缝的构造与计算焊缝的构造与计算3.4.1 3.4.1 角角焊缝的构造和强度焊缝的构造和强度u 角焊缝的应力分布角焊缝的应力分布 直角角焊缝直角角焊缝直角角焊缝直角角焊缝（1 1 1 1）分类）分类）分类）分类 斜角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝各种角焊缝的焊脚尺寸见各种角焊缝的焊脚尺寸见图图3-233-23（2 2 2 2）应力状态）应力状态）应力状态）应力状态 侧面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝：主要承受剪力作用主要承受剪力作用主要承受剪力作用主要承受剪力作用 正面角焊缝正面角焊缝正面角焊缝正面角焊缝：受力比较复杂，：受力比较复杂，：受力比较复杂，：受力比较复杂，破坏总是首先破坏总是首先破坏总是首先破坏总是首先在跟部出现裂缝，然后扩展至整个截面。在跟部出现裂缝，然后扩展至整个截面。在跟部出现裂缝，然后扩展至整个截面。在跟部出现裂缝，然后扩展至整个截面。角角 焊焊 缝缝 截截 面面 图图 返回返回直角角焊缝斜角角焊缝平坡式深熔式普通式（3 3 3 3）角焊缝设计强度）角焊缝设计强度）角焊缝设计强度）角焊缝设计强度不管受拉、受剪、受压，均认为：不管受拉、受剪、受压，均认为：不管受拉、受剪、受压，均认为：不管受拉、受剪、受压，均认为：角焊缝是受剪破坏，其强度设计值都取角焊缝是受剪破坏，其强度设计值都取角焊缝是受剪破坏，其强度设计值都取角焊缝是受剪破坏，其强度设计值都取u 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求（1 1 1 1）焊角的尺寸）焊角的尺寸）焊角的尺寸）焊角的尺寸 长度长度长度长度 焊角尺寸焊角尺寸焊角尺寸焊角尺寸一、不能过小一、不能过小一、不能过小一、不能过小角焊缝的焊脚尺寸不得小于角焊缝的焊脚尺寸不得小于角焊缝的焊脚尺寸不得小于角焊缝的焊脚尺寸不得小于 ，t t t t为较厚焊件厚度（单位为较厚焊件厚度（单位为较厚焊件厚度（单位为较厚焊件厚度（单位取取取取mmmmmmmm）；）；）；）；对自动焊，最小焊脚尺寸可减小对自动焊，最小焊脚尺寸可减小对自动焊，最小焊脚尺寸可减小对自动焊，最小焊脚尺寸可减小1mm1mm1mm1mm；对对对对T T T T形连接的单面角焊缝，应增加形连接的单面角焊缝，应增加形连接的单面角焊缝，应增加形连接的单面角焊缝，应增加1mm1mm1mm1mm；当焊件厚度小于当焊件厚度小于当焊件厚度小于当焊件厚度小于4mm4mm4mm4mm时，则取与焊件厚度相同。时，则取与焊件厚度相同。时，则取与焊件厚度相同。时，则取与焊件厚度相同。(如下图示如下图示)二、不能过大二、不能过大二、不能过大二、不能过大角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.21.21.21.2倍（钢管结倍（钢管结倍（钢管结倍（钢管结构除外）构除外）构除外）构除外）（图（图a a）但板件（厚度为但板件（厚度为但板件（厚度为但板件（厚度为t t t t）的边缘焊缝最大，尚应符合下列要求：）的边缘焊缝最大，尚应符合下列要求：）的边缘焊缝最大，尚应符合下列要求：）的边缘焊缝最大，尚应符合下列要求：（a a a a）当）当）当）当t6mmt6mmt6mmt6mm时，时，时，时，t t t t（图（图b b）;（b b b b）当）当）当）当t t t t6mm6mm6mm6mm时，时，时，时，=t-(1=t-(1=t-(1=t-(12)mm2)mm2)mm2)mm（图（图c c）（2 2 2 2）角焊缝的其他构造要求）角焊缝的其他构造要求）角焊缝的其他构造要求）角焊缝的其他构造要求 当板件仅用两条侧焊缝连接时，为了避免应力传递的过当板件仅用两条侧焊缝连接时，为了避免应力传递的过分弯折而使板件应力过分不均，宜使分弯折而使板件应力过分不均，宜使 同时为了避免因焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大同时为了避免因焊缝横向收缩时引起板件拱曲太大（如图示如图示），宜使），宜使b16tb16t (t(t12mm12mm时时)或或200mm200mm（t12 t12 mmmm时），时），t t为较薄焊件厚。为较薄焊件厚。搭接连接不能只用一条正面搭接连接不能只用一条正面角焊缝传力（图示），并且角焊缝传力（图示），并且搭接长度不得小于焊件较小搭接长度不得小于焊件较小厚度的厚度的5 5倍，同时不得小于倍，同时不得小于25mm25mm返回返回计算截面计算截面3.4.2 3.4.2 直角角直角角焊缝强度计算的基本公式焊缝强度计算的基本公式1 1、有效截面：、有效截面：、有效截面：、有效截面：试验表明，直角角焊缝的破坏通常发生试验表明，直角角焊缝的破坏通常发生试验表明，直角角焊缝的破坏通常发生试验表明，直角角焊缝的破坏通常发生在在在在4545度方向上的最小截面，此截面称为有效截面或度方向上的最小截面，此截面称为有效截面或度方向上的最小截面，此截面称为有效截面或度方向上的最小截面，此截面称为有效截面或者计算截面者计算截面者计算截面者计算截面2 2、作用在有效截面上的应力、作用在有效截面上的应力、作用在有效截面上的应力、作用在有效截面上的应力，包括：，包括：，包括：，包括：垂直于焊缝长度方向的正应力垂直于焊缝长度方向的正应力垂直于焊缝长度方向的正应力垂直于焊缝长度方向的正应力 垂直于焊缝长度方向的剪应力垂直于焊缝长度方向的剪应力 平行于焊缝长度方向的剪应力平行于焊缝长度方向的剪应力 3 3、公式推导：、公式推导：、公式推导：、公式推导：（37）是角是角焊缝焊缝的的强强度度设计值设计值（37）（310）正面角焊缝正面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝3.4.3 3.4.3 常用连接方式的角焊缝计算常用连接方式的角焊缝计算1 1 1 1、在轴心力作用下的拼接板连接、在轴心力作用下的拼接板连接、在轴心力作用下的拼接板连接、在轴心力作用下的拼接板连接a.a.搭接连接：搭接连接：搭接连接：搭接连接：（1 1 1 1）侧面角焊缝连接侧面角焊缝连接侧面角焊缝连接侧面角焊缝连接（2 2 2 2）正面角焊缝连接正面角焊缝连接正面角焊缝连接正面角焊缝连接（3 3 3 3）三面围焊三面围焊三面围焊三面围焊 先计算正面焊缝承担的内力先计算正面焊缝承担的内力N N1 1再再 由由 N-NN-N1 1 计算侧面焊缝计算侧面焊缝b.b.斜角焊缝：斜角焊缝：斜角焊缝：斜角焊缝：为使传力线平缓过渡，减小为使传力线平缓过渡，减小矩形拼接板转角处的应力集矩形拼接板转角处的应力集中，可改用菱形拼接板中，可改用菱形拼接板,则出则出现现 斜角焊缝斜角焊缝 计算问题计算问题 直接分解即可直接分解即可c.c.塞焊缝：塞焊缝：塞焊缝：塞焊缝：N N 塞焊点数塞焊点数 d d 孔径孔径 2 2、轴心力下的角钢连接计算、轴心力下的角钢连接计算a.a.两侧面焊缝：两侧面焊缝：两侧面焊缝：两侧面焊缝：K K1 1、K K2 2 内力分配系数内力分配系数内力分配系数内力分配系数b.b.三面围焊：三面围焊：三面围焊：三面围焊：c.c.L L L L形焊缝形焊缝形焊缝形焊缝 (b(b(b(b情况下求得情况下求得情况下求得情况下求得N N N N3 3 3 3)例题例题:P53 例题例题3-33 3、M M、V V、N N 作用下的角焊缝计算作用下的角焊缝计算a.a.在在M M作用下：作用下：当力矩作用平面与焊缝群所在平面当力矩作用平面与焊缝群所在平面 垂直时，垂直时，焊缝受弯焊缝受弯 弯矩在焊缝有效截面上产生和焊缝弯矩在焊缝有效截面上产生和焊缝 长度方向垂直的应力长度方向垂直的应力 角焊缝有效截面的截面模量 b.b.在在M M、V V、N N共同作用下：共同作用下：分析思路：分析思路：先分别计算各力单独作用时先分别计算各力单独作用时产生的应力，再进行应力的合成产生的应力，再进行应力的合成在在M M下：下：在在V V下：下：在在N N下：下：例题例题:P55 例题例题3-4注注 意意1 1、一定要搞清正面、侧面角焊缝一定要搞清正面、侧面角焊缝2 2、工程中一般先假定工程中一般先假定 h hf f ，再去求解，再去求解 l lw w3 3、对于工字形、对于工字形、T T形截面，抵抗矩的求法（材料力学）形截面，抵抗矩的求法（材料力学）4 4、实际工程中，经常实际工程中，经常 N N0 0，故公式中，故公式中 即可即可5 5、常采用简化计算：常采用简化计算：a a、假定、假定V V仅由竖焊缝承担仅由竖焊缝承担 b b、对工字形截面，、对工字形截面，MM由水平焊缝承担由水平焊缝承担 VV由竖向焊缝承担由竖向焊缝承担4 4、在扭矩、剪力、拉力作用下的角焊缝计算、在扭矩、剪力、拉力作用下的角焊缝计算a.a.在扭矩在扭矩T T作用下：作用下：受力状态分析，如图示，受力状态分析，如图示，点击图形放大点击图形放大点击图形放大点击图形放大 计算公式：计算公式：分别为焊缝有效截面有效截面绕x，y轴的惯性矩r 距形心最远点到形心的距离T 扭矩设计值 返回返回两个假定两个假定:P56:P56b.b.在在 T T、V V、N N 共同作用下：共同作用下：受力分析，受力分析，如右图示如右图示在在 T T 作用下作用下在在 V V 作用下作用下在在 N N 作用下作用下计算公式：计算公式：返回返回例题例题:P57 例题例题3-55 5、斜角角焊缝计算、斜角角焊缝计算 对于两焊脚边的夹角为对于两焊脚边的夹角为6013560135的的T T形接头的斜角形接头的斜角角焊缝，可采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算，角焊缝，可采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算，但考虑到对斜角角焊缝的研究很少，因此对斜角角焊缝不但考虑到对斜角角焊缝的研究很少，因此对斜角角焊缝不论其有效截面上的应力情况如何，一律取论其有效截面上的应力情况如何，一律取 =1.0=1.0 本节小结本节小结 本节主要介绍：本节主要介绍：角焊缝的应力分布、角焊缝的尺寸要求及其他构造要求 角焊缝的计算，主要包括：轴心力下的搭接连接的角焊缝计算；角钢连接（两侧焊、三面围焊、L形焊缝）的计算；M、V、N作用下的角焊缝计算；T、V、N作用下的角焊缝计算 学习过程中，要特别注意：正确分析受力，然后计算。作业作业:P76 题题3-3 3-5 3-63.5 3.5 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 3.5.1 3.5.1 3.5.1 3.5.1 焊接残余应力的产生原因与种类焊接残余应力的产生原因与种类焊接残余应力的产生原因与种类焊接残余应力的产生原因与种类 1、产生原因：产生原因：由于不均匀加热和冷却过程而产生的应力由于不均匀加热和冷却过程而产生的应力 它是一个它是一个自平衡自平衡的应力的应力2、残余应力的种类：残余应力的种类：（a）横向残余应力）横向残余应力 （b b）纵向残余应力）纵向残余应力 （c）厚度方向的残余应力）厚度方向的残余应力 （d）约束残余应力）约束残余应力注意：注意：施焊方向与次序不同，残余应力的分布、大小不同施焊方向与次序不同，残余应力的分布、大小不同3.5.2 3.5.2 焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响1、对结构静定强度的影响：对结构静定强度的影响：对于具有一定塑性的材料，在静力荷载作用对于具有一定塑性的材料，在静力荷载作用 下，焊接残余应力是不会影响结构强度的。下，焊接残余应力是不会影响结构强度的。2、对构件刚度的影响：对构件刚度的影响：残余应力的存在，降低了刚度。残余应力的存在，降低了刚度。3、对构件稳定的影响：对构件稳定的影响：残余应力的存在，降低了稳定承载力。残余应力的存在，降低了稳定承载力。4、对低温性能、疲劳性能的影响：对低温性能、疲劳性能的影响：残余应力的存在，对其是不利的。残余应力的存在，对其是不利的。3.5.3 3.5.3 焊接残余变形的影响及其分类焊接残余变形的影响及其分类1 1、残余变形的分类残余变形的分类残余变形的分类残余变形的分类（5 5 5 5种种种种，如图示如图示如图示如图示）2 2、残余变形的影响残余变形的影响残余变形的影响残余变形的影响 3.5.4 3.5.4 减少残余应力和残余变形的方法减少残余应力和残余变形的方法1 1、采用合理的施焊次序、采用合理的施焊次序（如图示如图示如图示如图示）2 2 2 2、反变形、反变形、反变形、反变形 （如图示如图示如图示如图示）3 3 3 3、其他、其他、其他、其他 （如：预热）（如：预热）（如：预热）（如：预热）（如图示如图示如图示如图示）3.5.5 3.5.5 合理的焊缝设计合理的焊缝设计1 1 1 1、焊接的位置要合理，焊缝的布置应尽可能对称、焊接的位置要合理，焊缝的布置应尽可能对称、焊接的位置要合理，焊缝的布置应尽可能对称、焊接的位置要合理，焊缝的布置应尽可能对称于构件重心，以减小焊接变形。于构件重心，以减小焊接变形。于构件重心，以减小焊接变形。于构件重心，以减小焊接变形。返回返回返回返回返回返回返