鋼結(jié)構(gòu)角焊縫連接

鋼結(jié)構(gòu)角焊縫連接1第1頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（2）、按外力作用方向與焊縫軸線之間的夾角α不同：

側(cè)焊縫N力平行于焊縫軸線α=0°端焊縫(正面角焊縫)N力垂直于焊縫軸線α=90°斜焊縫N力與焊縫軸線斜交α≠90°

西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第2頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（3）、按截面形式:普通焊縫平坡焊縫熔深焊縫（凹焊縫）2、側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力。傳力線通過側(cè)面角焊縫時(shí)產(chǎn)生彎折，因而應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。焊縫越長，應(yīng)力分布不均勻性越顯著，但在屆臨塑性工作階段時(shí)，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象漸趨緩和。西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第3頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四3、正面角焊縫受力復(fù)雜，正面角焊縫的破壞強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形要差些。而斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第4頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四二、角焊縫及連接的構(gòu)造要求1、焊腳尺寸hf（1）、最小焊腳尺寸hfmin－保證焊縫的最小承載能力，并防止焊縫因冷卻過快而產(chǎn)生裂縫。

①自動(dòng)焊的角焊縫②T形連接的單面角焊縫③當(dāng)焊件厚度時(shí)，hfmin與焊件同厚。西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第5頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（2）、最大焊腳尺寸hfmax－避免燒穿較薄的焊件。對板件邊緣（厚度為t1）的角焊縫應(yīng)符合下列要求：①②

西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第6頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（3）、焊腳尺寸的選擇2、焊縫計(jì)算長度lw（1）、焊縫計(jì)算長度（2）、最小焊縫計(jì)算長度

（3）、最大焊縫計(jì)算長度西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第7頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四3、搭接連接的構(gòu)造要求（1）、搭接寬度（2）、搭接長度西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第8頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四三、直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式1、角焊縫計(jì)算截面的選取實(shí)踐證明：直角角焊縫常在45°左右方向截面破壞，所以以45°方向的最小焊縫截面作為危險(xiǎn)截面，即焊縫計(jì)算截面或有效截面。計(jì)算截面為西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第9頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四2、角焊縫有效截面上的應(yīng)力3、直角角焊縫的計(jì)算－正面角焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)。（1）、正面角焊縫（2）、側(cè)面角焊縫西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第10頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四四、各種受力狀態(tài)下直角角焊縫連接的計(jì)算1、承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算軸心力－合力通過焊縫或焊縫群的形心。（1）用蓋板的對接連接承受軸心力（拉力、壓力或剪力）時(shí)西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第11頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四A、側(cè)焊縫受軸心力作用焊縫驗(yàn)算

焊縫設(shè)計(jì)－沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力－角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第12頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四B、端焊縫（正面角焊縫）受軸心力作用焊縫驗(yàn)算焊縫設(shè)計(jì)βf－正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。對承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，βf=1.22；對直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，βf=1.0西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第13頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計(jì)算

θ－作用力與焊縫長度方向的夾角；斜焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)，介于1.0～1.22之間，對直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的焊縫，取βfθ=1.0。西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第14頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四總結(jié)通式：1、當(dāng)θ=0°時(shí)，只有NY，側(cè)焊縫，βfθ=12、當(dāng)θ=90°時(shí)，只有NX，端焊縫，βfθ=βf=1.223、當(dāng)θ=0°～90°時(shí)，同時(shí)有NX和NY，斜焊縫，

結(jié)論：側(cè)焊縫和端焊縫是斜焊縫的兩個(gè)特例，公式可以統(tǒng)一。西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第15頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（3）承受軸心力的角鋼角焊縫計(jì)算A、三面圍焊連接（b）正面角焊縫分擔(dān)的軸心力N3由平衡條件：西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第16頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四

－角鋼肢背和肢尖上的側(cè)面角焊縫所分擔(dān)的軸力；－角鋼的形心距，－角鋼肢背和肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)可近似取B、兩面?zhèn)群缚p（a），西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第17頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四C、求得各條焊縫所受的內(nèi)力后，按構(gòu)造要求(角焊縫的尺寸限制)假定肢背和肢尖焊縫的焊腳尺寸，即可求出焊縫的計(jì)算長度：－一個(gè)角鋼肢背上的側(cè)面角焊縫的焊腳尺寸及計(jì)算長度；－一個(gè)角鋼肢尖上的側(cè)面角焊縫的焊腳尺寸及計(jì)算長度。西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第18頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四D、L形圍焊角鋼端部的正面角焊縫的長度已知，可計(jì)算其焊腳尺寸：西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第19頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第20頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第21頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第22頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第23頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第24頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四2、承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算①軸力Nx產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力②彎矩M產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力③剪力V產(chǎn)生的平行于焊縫長度方向的應(yīng)力西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第25頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四④焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式：當(dāng)連接直接承受動(dòng)力荷載作用時(shí)，取對于工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣的角焊縫連接，計(jì)算時(shí)通常假定腹板焊縫承受全部剪力，而彎矩則由全部焊縫承受。西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第26頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第27頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四3、承受剪力與扭矩聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算假定：（1）、被連接構(gòu)件是絕對剛性的，角焊縫是彈性的；

（2）、被連接構(gòu)件繞角焊縫有效截面形心0旋轉(zhuǎn)，角焊縫任意一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力的大小與其距離的大小成正比，方向朝向扭矩方向。西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第28頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四①扭矩T作用兩個(gè)分量②剪力V在焊縫群引起的剪應(yīng)力③A點(diǎn)合應(yīng)力西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第29頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第30頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第31頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第32頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第33頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程總結(jié)：焊接連接的計(jì)算步驟通過前面的講述，總結(jié)焊接連接的計(jì)算步驟如下：（1）首先畫出焊縫的計(jì)算截面；（2）計(jì)算焊縫或焊縫群的形心；（3）將焊縫所受外力等效簡化到形心處，求得作用在焊縫截面形心處的各內(nèi)力分量；（4）求各內(nèi)力分量在焊縫計(jì)算截面可能的危險(xiǎn)點(diǎn)上引起的應(yīng)力分量，若該應(yīng)力分量平行于焊縫長度方向，則為剪應(yīng)力性質(zhì)；若該應(yīng)力分量垂直于焊縫長度方向,則為正應(yīng)力性質(zhì)。（5）將各危險(xiǎn)點(diǎn)同一方向上的各應(yīng)力分量分別代數(shù)疊加后，得到合成的應(yīng)力代入公式驗(yàn)算其強(qiáng)度。第34頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程五、斜角角焊縫的計(jì)算第35頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程第36頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四焊接應(yīng)力（熱應(yīng)力）----鋼材焊接時(shí)在焊件上產(chǎn)生局部高溫的不均勻溫度場，高溫部分鋼材要求較大的膨脹伸長但受到鄰近鋼材的約束，從而在焊件內(nèi)引起較高的溫度應(yīng)力，并在焊接過程中隨時(shí)間和溫度而不斷變化。焊接殘余應(yīng)力----焊接應(yīng)力較高的部位將達(dá)到鋼材屈服強(qiáng)度而發(fā)生塑性變形，鋼材冷卻后殘存于焊件內(nèi)的應(yīng)力。焊接變形（熱變形）----在焊接和冷卻過程中由于焊件受熱和冷卻都不均勻，除產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力外，還會產(chǎn)生變形，焊接和冷卻過程中焊件產(chǎn)生的變形即焊接變形。焊接殘余變形-----冷卻后殘存于焊件的變形。4.7焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形1.原因第37頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四焊接應(yīng)力有沿焊縫長度方向的縱向焊接應(yīng)力，垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應(yīng)力和沿厚度方向的焊接應(yīng)力。2.分類第38頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（1）縱向焊接應(yīng)力：縱向焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律是焊縫及其附近區(qū)域在高溫時(shí)發(fā)生塑性壓縮變形，因而冷卻后產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；離焊縫較遠(yuǎn)區(qū)域中則出現(xiàn)與之相平衡的殘余壓應(yīng)力。第39頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（2）橫向焊接應(yīng)力：第40頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四（3）厚度方向的焊接應(yīng)力：焊接厚鋼板時(shí)，焊縫與鋼板接觸面和與空氣接觸面散熱較快而先冷卻結(jié)硬，中間后冷卻而收縮受到阻礙，形成中間焊縫受拉，四周受壓的應(yīng)力狀態(tài)。以上三種應(yīng)力形成同號三向應(yīng)力，將大大降低連接的塑性。第41頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四焊接殘余應(yīng)力的分類1、縱向焊接殘余應(yīng)力----指沿焊縫長度方向的應(yīng)力。焊縫縱向收縮引起的縱向焊接殘余應(yīng)力2、橫向焊接殘余應(yīng)力----垂直于焊縫長度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力3、厚度方向的焊接殘余應(yīng)力----垂直于焊縫長度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。焊接厚鋼板時(shí)，焊縫與鋼板接觸面和與空氣接觸面散熱較快而先冷卻結(jié)硬，中間后冷卻而收縮受到阻礙，形成中間焊縫受拉，四周受壓的應(yīng)力狀態(tài)。第42頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四3.焊接殘余變形第43頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四4.焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對結(jié)構(gòu)性能的影響1、對結(jié)構(gòu)構(gòu)件靜力強(qiáng)度的影響。對在常溫下工作并具有一定塑性的鋼材，在靜力荷載作用下，焊接殘余應(yīng)力不會影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。第44頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四2、對結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度的影響。構(gòu)件上存在焊接殘余應(yīng)力會降低結(jié)構(gòu)的剛度。第45頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四3、對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響：降低了構(gòu)件的穩(wěn)定性4、對疲勞強(qiáng)度的影響：加快疲勞裂紋開展的速度，降低焊縫及附近主體金屬的疲勞強(qiáng)度。5、對低溫冷脆的影響：在厚板或具有交叉焊縫的情況下，將產(chǎn)生三向焊接拉應(yīng)力，阻礙了塑性變形的發(fā)展，增加了鋼材在低溫下的脆斷傾向。焊接殘余變形對結(jié)構(gòu)性能的影響導(dǎo)致構(gòu)件的初彎曲、初扭曲、初偏心，受力時(shí)產(chǎn)生附加的彎矩、扭矩和變形，使裝配困難，從而降低構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定的承載力。第46頁，共50頁，2023年，2月20日，星期四5.減少焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的方法(1)設(shè)計(jì)措施：在滿足構(gòu)造要求的前提下，要盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，焊腳尺寸和長度，搭接角焊縫宜采用細(xì)長焊縫，不用粗短焊縫，以避免焊接熱量過于集中；焊縫盡可能對稱布置，連接盡量平滑；避免焊縫過分集中或多方向焊縫相交于點(diǎn)，以免相交處形成三向受拉應(yīng)力狀態(tài)，使材料變脆，為防止多方向焊縫相交，常采用使次要焊縫斷開而主要焊縫連續(xù)通過的構(gòu)造；搭接連接中不應(yīng)只采用正面角焊縫傳力；焊縫應(yīng)布置在焊工便于施焊的位置，盡量避免仰焊。第