鋼結(jié)構(gòu)的連接上課件

1、鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接,第三章 (上),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接(Steel Connection) 3-1鋼結(jié)構(gòu)的連接 (Introduction of steel connections) 3-2對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算(Constructional details and calculation of butt weld) 3-3角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算(Constructional details and calculation of fillet weld） 3-4焊接殘余應(yīng)力和焊接變形 (welding residual stress and deformation) 3-

2、5普通螺栓的構(gòu)造和計(jì)算(Condtruction details and calclation of plain bolts) 3-6高強(qiáng)度螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算(Condtruction details and calclation of high strength bolt connection) 3-7輕鋼結(jié)構(gòu)緊固件連接的構(gòu)造和計(jì)算(fastener connections of light weight steel constrction),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,學(xué)習(xí)要點(diǎn),1.了解鋼結(jié)構(gòu)連接的種類及各自的特點(diǎn) (types and characteristics of steel struct

3、ure connections)； 2.了解焊接連接的工作性能，掌握焊接連接的計(jì)算方法及構(gòu)造要求；(mechanical behaviors , calculating methods and constructional requirements of bolted connections) 3.了解焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因及其對(duì)結(jié)構(gòu)工作的影響；(initiation of welding stress and deformation,the influence on mechanical behaviors of steel structures) 4.了解螺栓連接的工作性能，掌握螺栓

4、連接的計(jì)算和構(gòu)造要求。(mechanical behaviors,calculating methods and constructional requirements of bolted connections),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接 (steel connections ),鋼結(jié)構(gòu)(steel structure)由鋼板(steel plate)或各類型鋼(steel section)通過(guò)必要的連接(connection)組成構(gòu)件（如梁(beam)、柱(column)、桁架(truss)等），再通過(guò)一定的安裝連接(installation and erection)而形成的

5、整體結(jié)構(gòu)物。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,連接的重要性(the importance of connection)： 是鋼結(jié)構(gòu)的細(xì)部(detail)，易引起應(yīng)力集中(stress concentration)或局部應(yīng)力(local stress)； 對(duì)節(jié)點(diǎn)連接(connection)的細(xì)部構(gòu)造(constructural details)認(rèn)識(shí)相對(duì)粗糙； 構(gòu)造設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，易引起事故。 連接恰如人體的關(guān)節(jié)(knuckle)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)連接的分類(classification)：,按制作與加工的地點(diǎn)分(loaction,manufactured and machin

6、ed)： 工廠連接和工地連接(in factory and on site)； 按采用的材料技術(shù)分： 銷釘(pin bolt)、鉚釘(rivett)、螺栓(bolt)、焊接(weld)及緊固件連接(fastener)。,鋼結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計(jì)原則(principles of design)： 安全可靠(safe and reliability)、傳力明確(clear load tranfer path)、構(gòu)造簡(jiǎn)單(simple constructional details)、制作方便(convenient to be manufactured)和節(jié)約鋼材(steel saving)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上

7、,3.1.1 焊縫連接 (welded connection),優(yōu)點(diǎn) (Advantages),1. 焊縫連接的特點(diǎn)(characteristics),構(gòu)造簡(jiǎn)單，連接方便； 用料經(jīng)濟(jì)，不削弱截面； 加工方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作； 密閉性好，連接剛度大。,缺點(diǎn) (Disadvantages）,“熱影響區(qū)”材質(zhì)（金相組織）變脆； 焊接應(yīng)力和焊接變形降低承載力； 對(duì)裂紋敏感，局部裂紋易擴(kuò)展到整體，尤其動(dòng)載和冷脆； 易存在各種缺陷。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,2. 常用的焊縫方法(welding method),（1）手工電弧焊(elatric-arc welding),A、焊條(electrode)的選擇： 焊

8、條應(yīng)與焊件(weldment)鋼材相適應(yīng)。,原理：利用電弧(electric arc)產(chǎn)生熱量熔化焊條和母材(mother metal)形成焊縫。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,Q390、Q420鋼選擇E55型焊條(E5500-5518),Q345鋼選擇E50型焊條(E5000-5048),B、焊條的表示方法：,E焊條(Electrode),第1、2位數(shù)字為熔融金屬的最小抗拉強(qiáng)度（kgf/mm2) (minimum tensile strength),第3、4適用焊接位置、電流(electric current)及藥皮(coating) 的類型。,不同鋼種(steel grade)的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度

9、鋼材 (low strength steel)相適應(yīng)的焊條。,缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大(great fluctuation of quality) ，要求焊工(welder)等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低(labourious and inefficient)。,優(yōu)點(diǎn)：方便(convenient)，特別在高空(connected high above the groud)和野外作業(yè)，小型焊接(minitype weld)；,Q235鋼選擇E43型焊條(electrode) （E4300-E4328),C、優(yōu)、缺點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,(2) 埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）(automatic and semiauto

10、matic hidden arc welding),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,A、焊絲(welding wire)的選擇應(yīng)與焊件(mother steel)等強(qiáng)度。 B、優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊接質(zhì)量好。 缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限等。,送絲器,機(jī)器,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,(3) 氣體保護(hù)焊(gas shielded welding),優(yōu)、缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)(merits)：焊接速度快，焊接質(zhì)量好(Fast welded connection and high qualify welding)。 缺點(diǎn)(demerit)：施工條件受限制等(restricted operation

11、 condition)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,(4) 電阻焊 (eletric resistance welding),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,點(diǎn)焊設(shè)備 (spot welding equipments),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,3.焊接連接形式和焊縫形式 (types of welded joints and welded seam ),（1）焊接連接形式(the format of welded joint),對(duì)接(butted joint),搭接(lap joint),T形連接(Tee joint),角部連接(coner joint),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（2）焊縫形式(welded seam

12、types) 常用受力焊縫(stressed weld)：,對(duì)接焊縫(butt weld),角焊縫(fillet weld),正面角焊縫 (front fillet weld),側(cè)面角焊縫 (side fillet weld),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,塞焊縫和槽焊縫(slot)、點(diǎn)焊縫(plug)和封底焊縫(sealing weld)（不是主要的傳力連接，作為輔助連接焊縫）,其他次要焊縫(constructional weld)：,焊縫沿長(zhǎng)度方向的布置：,連續(xù)角焊縫(continuous fillet weld)，間斷角焊縫（用于受力很小的次要構(gòu)件）,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,焊縫施焊位置(welding po

13、sition),平焊(downhand welding)、橫焊(horizontal welding)、立焊(vertical welding)和仰焊(overhand welding)（焊條運(yùn)行與焊縫的相對(duì)位置）,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,4.焊縫缺陷(defects)及焊縫質(zhì)量檢查(quality inspection),（1）焊縫缺陷(defects),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（2）焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)(quality inspection),外觀檢查(observational check)：檢查外觀缺陷和幾何尺寸 (macroscopic irregularity and geometrical dimens

14、ion)； 內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)(non-destructive)：檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷(internal defect)。,內(nèi)部檢驗(yàn)主要采用超聲 波(ultrasonic wave)，有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn) (magnetic powder test)熒光檢驗(yàn)(fluoroscopic inspection)等輔助檢驗(yàn)方法。還可以采用X射線或射線透照或拍片。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定：,焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求(quality requirements)分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。,三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查(appearance test)且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；,一、二級(jí)焊縫除外觀檢查外，

15、尚要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(quality standard)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）中，對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定：, 需要進(jìn)行疲勞(fatigue)計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于(vertical)作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。,（3）焊縫質(zhì)量等級(jí)(quality grades of welding)的規(guī)定,在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡要求與母材(base material)等強(qiáng)的受拉對(duì)接焊縫(butt weld)應(yīng)不低于二級(jí)；受壓時(shí)宜為二級(jí)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,重級(jí)工作制(heavy-duty)和起重量

16、的中級(jí)工作制吊車梁(middle-duty crane beam)的腹板(web plate)與上翼緣板(top flange plate)之間以及吊車桁架(crane truss)上弦桿(up cord member)與節(jié)點(diǎn)板(gusset plate)之間的形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，不應(yīng)低于二級(jí)。,角焊縫(fillet weld)質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，直接承受動(dòng)力荷載(dynamic load)且需要驗(yàn)算疲勞(fatigue)和起重量的中級(jí)工作制吊車梁(middle-duty crane beam)的角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級(jí)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,2. 螺栓連接(bolting conn

17、ection),優(yōu)點(diǎn)(merit)：連接剛度(stiffness)大，傳力可靠(load tranfer reliable)；,分為： 普通螺栓連接(plain bolted connection) 高強(qiáng)度螺栓連接(high strength bolted connecion),1. 鉚釘連接(rivet connection),缺點(diǎn)(disadvantage)：對(duì)施工技術(shù)要求很高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工條件差， 施工速度慢。,3.1.2 鉚釘和螺栓連接 (rivet connection and bolted connection),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,1.普通螺栓(plain bolt),C級(jí)-粗制

18、螺栓(rough bolt)，性能等級(jí)為4.6或4.8級(jí)； 4表示fu400N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；類孔，孔徑(aperture)(do)-栓桿直徑(diameter)(d) 13mm。,A、B級(jí)-精制螺栓(burnished bolt)，性能等級(jí)為5.6或8.8級(jí); 5或8表示fu500或800N/mm2, 0.6或0.8表示fy/fu=0.6 或0.8；類孔，孔徑(aperture)(do)-栓桿直徑(diameter)(d)0.30.5mm。,按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為:A、B、C三個(gè)級(jí)別。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,2.高強(qiáng)度螺栓(high strength

19、 bolt),由45號(hào)、40B和20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過(guò)熱處理 (heat treating),45號(hào)8.8級(jí)； 40B和20MnTiB10.9級(jí),（a）大六角頭螺栓 （b）扭剪型螺栓 hexagonal head tap bolt torsion shear bolt,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,作用(function): 表明焊縫型式、尺寸和輔助要求(types of weld weld configuration,dimension,auxiliary requirement) 表示方法(notations): 由圖形符號(hào)、輔助符號(hào)和引出線(outgoing

20、line)等部分組成,3.1.4 焊縫代號(hào)(welding symbols),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,1、對(duì)接焊縫的坡口形式(groove format ):,3.2.1 對(duì)接焊縫的構(gòu)造(configuration of butt weld),3.2 對(duì)接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 (configuration and calculation of butt weld ),對(duì)接焊縫的焊件常做坡口(groove)，坡口形式與板厚和施工條件有關(guān)(plate thickness and construction condition)。,t-焊件厚度(welded plate thickness),(1)當(dāng):t6mm(

21、手工焊(manual welding),t 10mm(埋弧焊(hidden arc welding)時(shí)可不做坡口(groove),采用直邊縫;,(2)t=720mm時(shí)，宜采用單邊V形和雙邊V形坡口;,(3)t20mm時(shí)，宜采用U形、K形、X形坡口。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,注意： V形、U形坡口焊縫單面施焊，但背面需進(jìn)行補(bǔ)焊(repair welding)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,2、當(dāng)板件厚度(thickness)或?qū)挾?width)在一側(cè)相差大于4mm時(shí)，應(yīng)做坡度不大于1:2.5(靜載(static load)或1:4 (動(dòng)載(dynamic load)的斜角(oblique angle)，以平緩過(guò)度，

22、減小應(yīng)力集中(stress concentration)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,3、對(duì)接焊縫(butt weld)的起、滅弧點(diǎn)易出現(xiàn)缺陷(deffect)，故一般用引弧板(end tab)引出，焊完后將其切去；不能做引弧板時(shí)，每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度(calculated length)等于實(shí)際長(zhǎng)度(physical length)減去2t1，t1較薄焊件厚度；,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,對(duì)接焊縫可視作焊件(weldment)的一部分，故其計(jì)算方法(calculation method)與構(gòu)件強(qiáng)度(member strength)計(jì)算相同; 規(guī)范規(guī)定：對(duì)于靜載(static load)作用下的一級(jí)和二級(jí)對(duì)接焊縫其

23、強(qiáng)度可視為與母材(base material)相同，不與計(jì)算。三級(jí)焊縫需進(jìn)行計(jì)算；,3.2.2 對(duì)接焊縫的計(jì)算(calculation of butt weld),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,1、軸心力(axial load)作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算,式中： N軸心拉力或壓力(axial tension or compression)； t板件較小厚度(thicker plate)；T形連接中為腹板厚度(web plate)； ftw、fcw對(duì)接焊縫的抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 (tensile and compressive designed strength)。,當(dāng)不滿足上式時(shí)，可采用斜對(duì)接焊縫連接如圖B。,另

24、:當(dāng)tan1.5時(shí),不用驗(yàn)算! P61 例題3.1講解一下,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,2、M、V 聯(lián)合作用下(under combined moment and shear force)的對(duì)接焊縫(butt welding)計(jì)算,因焊縫截面為矩形，M、V共同作用下應(yīng)力圖(stress diagram)為：,故其強(qiáng)度計(jì)算公式為：,式中：Ww焊縫截面模量(section modulus of welded section)； Sw-焊縫截面面積矩(area moment of welded section)； Iw-焊縫截面慣性矩(moment of inertia )。,（1）板件間對(duì)接連接,鋼結(jié)構(gòu)的連接

25、上,（2）工字形截面梁對(duì)接連接計(jì)算(I-beam),對(duì)于翼緣(flange plate)與腹板(web plate)交接點(diǎn)焊縫（1點(diǎn)），其折算應(yīng)力(reduced stress)尚應(yīng)滿足下式要求：,1.1考慮最大折算應(yīng)力(maximum reduced stress)只在局部(local)出現(xiàn)的強(qiáng)度增大系數(shù)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,3、N、M、V 聯(lián)合作用下的對(duì)接焊縫計(jì)算,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,1.角焊縫的形式和強(qiáng)度(formation and strength),3.3.1 角焊縫的構(gòu)造(fillet welds macrostructure),3.3 角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算 (configuration

26、and calculation of fillet weld),按截面形式分：直角角焊縫、斜角角焊縫,（1）直角角焊縫,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（2）斜角角焊縫(oblique fillet weld),對(duì)于135o或60o斜角角焊縫,除鋼管結(jié)構(gòu)(tubular structure)外,不宜用作受力焊縫。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（1）側(cè)面角焊縫（側(cè)焊縫）(side fillet weld, fillet weld in parallel shear),直角角焊縫的受力分析(stress analysis),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,試驗(yàn)表明側(cè)面角焊縫(side fillet weld)主要承受剪力(shearing

27、force)，強(qiáng)度相對(duì)較低(lower strength)，塑性性能(better plasticity)較好。因外力通過(guò)焊縫時(shí)發(fā)生彎折，故剪應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度分布不均勻(non-uniform distribution)，兩端大中間小，lw/hf越大剪應(yīng)力(shearing stress)分布越不均勻。,A. 應(yīng)力分析(stress analysis),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,B. 破壞形式(failue mode),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（2）正面角焊縫(frontal filet weld,fillet weld in normal shear),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,A. 應(yīng)力分析(stres

28、s analysis),正面角焊縫(frontal fillet weld)受力復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重(severe stress concentration)，塑性較差(poor plasticity)，但強(qiáng)度(higer strength)較高，與側(cè)面角焊縫(side fillet weld)相比可高出35%-55%以上。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,B. 正面角焊縫的破壞形式(frontal fillet welds failure modes),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（3）斜焊縫(oblique fillet weld),斜焊縫(oblique fillet)的受力性能介于側(cè)面角焊縫(side fillet

29、 weld)和正面角焊縫(frontal fillet weld)之間。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,2. 角焊縫的構(gòu)造要求(constitution requirements),（1）最大焊腳尺寸hf,max(maximum leg length),為了避免焊縫處局部過(guò)熱(local overheating)（燒穿或“過(guò)燒”），減小焊件的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形(welding residual stress and deformation)，hf,max應(yīng)滿足以下要求:,hf,max1.2t1（鋼管結(jié)構(gòu)除外(except tubular structure) 式中: t1-較薄焊件厚度。

30、,對(duì)于板件邊緣的角焊縫,尚應(yīng)滿足以下要求： 當(dāng) t6mm時(shí)，hf,maxt； 當(dāng) t6mm時(shí)，hf,maxt-(12)mm；,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（2）最小焊腳尺寸hf,min(mimimum leg length),為了避免在焊縫金屬中由于冷卻速度快而產(chǎn)生淬硬組織(quenched structure)，焊縫變脆，冷卻過(guò)快導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋(crack)，hf,min應(yīng)滿足以下要求:,式中: t2-較厚焊件厚度 另:對(duì)于埋弧自動(dòng)焊(union melt welding)hf,min可減去1mm; 對(duì)于T型連接單面角焊縫hf,min應(yīng)加上1mm; 當(dāng)t24mm時(shí), hf,min=t2,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（

31、3）側(cè)面角焊縫(side fillet weld)的最大計(jì)算長(zhǎng)度 (maximum effective length),側(cè)面角焊縫在彈性工作階段沿長(zhǎng)度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長(zhǎng)度越長(zhǎng)，應(yīng)力集中系數(shù)(stress concentration)越大。如果焊縫長(zhǎng)度不是太大，焊縫兩端達(dá)到屈服強(qiáng)度(yield strength)后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會(huì)漸趨均勻；當(dāng)焊縫長(zhǎng)度達(dá)到一定的長(zhǎng)度后，可能破壞首先發(fā)生在焊縫兩端，故：,注： 1、當(dāng)實(shí)際長(zhǎng)度(physical length)大于以上值時(shí)，計(jì)算時(shí)不與考慮； 2、當(dāng)內(nèi)力沿側(cè)焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，不受上式限制。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（4）側(cè)面角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度

32、(minimum effective length of side fillet weld),對(duì)于焊腳尺寸大而長(zhǎng)度小的焊縫，焊件局部加熱嚴(yán)重且起落弧坑相距太近，以及可能產(chǎn)生缺陷，使焊縫不可靠；搭接連接的側(cè)面角焊縫，長(zhǎng)度過(guò)小，應(yīng)力集中(stress concentration)嚴(yán)重。故為了使焊縫具有一定的承載力(bearing capacity)，規(guī)范規(guī)定：,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（5）搭接連接的構(gòu)造要求(constitution requirement of lapped joint),當(dāng)板件端部?jī)H采用兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)： A、為了避免應(yīng)力傳遞(stress transfer)的過(guò)分彎折而使構(gòu)件中

33、應(yīng)力不均，規(guī)范規(guī)定：,B、為了避免焊縫橫向收縮(transversal shrinkage)時(shí)引起板件的拱曲(hogging)太大，規(guī)范規(guī)定：,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,D. 在搭接連接中，搭接長(zhǎng)度(overlapping length)不得小于焊件較小厚度的5倍，且不得小于25mm。,C. 當(dāng)角焊縫的端部位于構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)作2hf的繞角焊，且轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。三面圍焊，所有轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,3.3.2 直角角焊縫的基本計(jì)算公式(basic calculation formulae of right-angle fillet weld),試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞(failure

34、)常發(fā)生在喉部(throat)，故通常將45o截面(即有效截面(effective section)作為計(jì)算截面(effective section)，作用在該截面上的應(yīng)力如下圖所示：,1. 受力性能,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,2. 計(jì)算假定(assumptions of calculation)：,（1）假定一：采用沿45o截面方向的焊縫截面作為計(jì)算截面(effective section)，即把該面作為破壞面(failure section)； （2）假定二：角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(tensile ,compression and shear design strength) ，取相同的

35、角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ffw(design strength of fillet weld)； （3）假定三：在通過(guò)焊縫形心的拉力、壓力和剪力作用下，假定沿焊縫長(zhǎng)度的應(yīng)力分布(uniformstress distribution)是均勻的。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,由假設(shè)一，進(jìn)行了大量的有效截面(effective section)上不同應(yīng)力狀態(tài)研究，有試驗(yàn)結(jié)果，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦采用如下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式：,由于規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，是根據(jù)抗剪條件確定的故上式又可表達(dá)為：,3. 基本計(jì)算公式(basic calculation formulae)：,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,4.直角角焊縫(right-ang

36、le fillet weld)的強(qiáng)度計(jì)算公式：,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,將3.3.4、3.3.5式，代入3.3.3式得：,式3.3.6即為，規(guī)范給定的角焊縫強(qiáng)度計(jì)算通用公式 bf正面角焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)(frontal fillet weld)； 靜載(statical load)時(shí)取1.22，動(dòng)載(dynamic load)時(shí)取1.0。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,對(duì)于正面角焊縫(frontal fillet weld)，f=0，由3.3.6式得：,對(duì)于側(cè)面角焊縫(side filet weld)，f=0，由3.3.6式得：,以上各式中： he=0.7hf； lw角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其 實(shí)

37、際長(zhǎng)度減去2hf。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,1. 承受軸心力(under axial force)作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算,(1)用蓋板(cover plate)的對(duì)接連接(butted joint),A 僅采用側(cè)面角焊縫連接：,B 采用三面圍焊連接：,3.3.3 角焊縫的計(jì)算(calculation of fillet weld),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,已知：鋼板Q235，焊條E43型（與例題3.2類似）,要求：設(shè)計(jì)角焊縫，搭接鋼板尺寸,解：軸心靜力荷載,構(gòu)造要求：,??？,（原則：取小的，過(guò)大冷卻收縮變形大，可能要焊兩道）宜小不宜大,蓋板長(zhǎng)度,只用側(cè)縫：,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,蓋板寬度b：強(qiáng)度條件和構(gòu)造要求,構(gòu)造

38、要求：,選定蓋板,只用端縫：,構(gòu)造要求，取,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,三面圍焊,先假定板寬b,再確定 ，取,思路：,構(gòu)造要求，取,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,(2) 承受斜向軸心力(inclined force)的角焊縫（T形角焊縫連接）,代入式3.3.6驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度，即:,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,已知：某鋼板厚度14mm，翼緣板厚20mm，N585kN，Q235鋼，手工焊，E43焊條。,思路：,先確定一個(gè)滿足構(gòu)造要求的 l,，再進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算,計(jì)算（根據(jù)強(qiáng)度要求），再看構(gòu)造,將內(nèi)力分解為 ,內(nèi)力分解計(jì)算 構(gòu)造校核,？目標(biāo)， 要同時(shí)滿足：構(gòu)造要求；強(qiáng)度,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,代入：,，取10mm,，可。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,A. 采用

39、三面圍焊,由力及力矩平衡(force balance and moment balance)得:,(3) 承受軸力的角鋼端部連接(end connection of angle),P69表3.3.1,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,對(duì)于校核問(wèn)題:,對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,B. 僅采用側(cè)面角焊縫連接,由力及力矩平衡得: (force and moment equilibrium),故:,余下的問(wèn)題同情況A，即:,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,對(duì)于校核問(wèn)題:,對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,C.采用L形圍焊,代入下式3.3.12，3.3.13得:,對(duì)于設(shè)計(jì)問(wèn)題:,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,例題3-3 試確定圖3.3.15所示承受

40、靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長(zhǎng)度。已知角鋼212510，與厚度為8mm的節(jié)點(diǎn)板連接，其搭接長(zhǎng)度為300mm，焊腳尺寸hf=8mm，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型。,圖3.3.15 例題3-3圖,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,2. 復(fù)雜受力(under complex stress state)時(shí)角焊縫連接計(jì)算,(1) N、M、V 聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,(2) V、M 聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算,對(duì)于A點(diǎn)：,式中：Iw全部焊縫有效截面(effective section)對(duì)中和軸的 慣性矩(moment of inertia)； h1兩翼緣焊縫(flange plat

41、e weld)最外側(cè)間的距離。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,對(duì)于B點(diǎn)：,強(qiáng)度驗(yàn)算公式：,式中：h2、lw,2腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度(calaulated length of web plate weld)； he,2腹板焊縫截面有效高度(effective section height of web weld)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,例題3-4 試驗(yàn)算圖3.3.18所示牛腿與鋼柱連接角焊縫的強(qiáng)度。鋼材為Q235，焊條為E43型，手工焊。荷載設(shè)計(jì)值N=365kN，偏心矩e=350mm，焊腳尺寸hf1=8mm，hf2=6mm。圖3.3.18（b）為焊縫有效截面。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,假定: A. 被連接件絕對(duì)剛性(abs

42、olute rigid)，焊縫為彈性，即：T作用下被連接件有繞焊縫形心旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)； B. T作用下焊縫群上任意點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與焊縫形心的連線，且大小與r成正比(proportional to r)； C. 在V作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布(uniform distribution of stress)于全截面。,將F向焊縫群形心(centre of figure)簡(jiǎn)化得: V=F T=F(e1+e2),故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn) 為A點(diǎn)和A點(diǎn),(3) 三面圍焊承受V、T 聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算(under combined shear force and torsion),鋼結(jié)構(gòu)的連接上

43、,T作用下A點(diǎn)應(yīng)力:,將其沿x軸和y軸分解:,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,剪力V作用下,A點(diǎn)應(yīng)力:,A點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方 向的應(yīng)力為:,A點(diǎn)平行于焊縫長(zhǎng)度方 向的應(yīng)力為:,強(qiáng)度驗(yàn)算公式：,以上計(jì)算方法也可采用近似計(jì)算，自學(xué)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,例題3-5 圖3.3.19中鋼板高度h=400mm，搭接長(zhǎng)度l=a+ =400mm，鋼板厚t=12mm，荷載設(shè)計(jì)值F=200kN，荷載至柱邊距離e1=540mm，鋼材為Q235B級(jí)鋼，手工焊，焊條E43型，試確定焊腳尺寸，并驗(yàn)算該焊縫強(qiáng)度。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（1）由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡(jiǎn)化計(jì)算， 規(guī)范規(guī)定：對(duì)于兩焊腳邊夾角60o135o的斜T形連接，其斜角角

44、焊縫采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式，且統(tǒng)一取f=1.0。,3.3.4 斜角角焊縫和部分焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算 (calculation of oblique fillet weld and partial penetration butt weld ),1. 斜角角焊縫的計(jì)算(calculation of oblique fillet weld),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（2）斜角角焊縫的計(jì)算厚度hei,由幾何關(guān)系(geometrical relationship)得其通式為：,式中：b、b1和b25mm,說(shuō)明： A. b1和b21.5mm時(shí), 可取b1、b2=0 B. b1和b2 5mm時(shí), 應(yīng)如圖“

45、B”方式處 理，且使b5mm。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,動(dòng)荷載作用下部分焊透的對(duì)接焊縫不宜用做垂直受力方向的連接焊縫；,2. 部分焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算(calculation of partial penetration butt weld),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,3. 喇叭形焊縫的計(jì)算（自學(xué)）,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,3.4 焊接應(yīng)力和焊接變形(welding stress and deformations),3.4.1 焊接殘余應(yīng)力和變形的成因 (initiation of welding residual stress and deformations ) 焊接殘余應(yīng)力(welding residual st

46、ress)焊接過(guò)程是一個(gè)對(duì)焊件(weldment)局部加熱和冷卻(localized heating and cooling)的過(guò)程，不均勻的溫度場(chǎng)產(chǎn)生不均勻的變形(uniform temperature field causes uniform deformations)，從而產(chǎn)生各種應(yīng)力(stress)，稱為焊接殘余應(yīng)力。 焊接殘余應(yīng)力的分類(types) A、縱向焊接殘余應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向; B、橫向焊接殘余應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向; C、沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力。 1. 焊接殘余應(yīng)力的成因(initiation of welding residual stress) （1）縱向焊接殘余應(yīng)

47、力(longitudinal welding residual stress),鋼結(jié)構(gòu)的連接上,焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻(uniformly heating and cooling)過(guò)程,焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)(uniform temperature field)，焊縫處可達(dá)1600oC,而鄰近區(qū)域溫度驟降。高溫鋼材膨脹大,但受到兩側(cè)溫度低、膨脹小的鋼材限制,產(chǎn)生熱態(tài)塑性壓縮,焊縫冷卻時(shí)被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向收縮,但受到兩側(cè)鋼材的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力(tensile stress)。對(duì)于低碳鋼(low carbon steel)和低合金鋼(low alloy steel)，該拉應(yīng)力可以使

48、鋼材達(dá)到屈服強(qiáng)度(field strength)。焊接殘余應(yīng)力是無(wú)荷載的內(nèi)應(yīng)力(internal tress)，故在焊件內(nèi)自相平衡(self-equilbrating),這必然在焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力(compressive stress)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（2）橫向焊接殘余應(yīng)力(transversal welding residual stress),產(chǎn)生的原因(initiation): 焊縫的縱向收縮 (longitudinal shrinkage)，使焊件(weldment)有反向彎曲變形(bending)的趨勢(shì)，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處中部受拉(tensile)，兩端受壓(in compre

49、ssion)； 焊接時(shí)已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生橫向塑性壓縮變形(transversal plastic compressive deformation)。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡(self-equilbrating)，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力；應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)。 以上兩種應(yīng)力的組合即為，橫向焊接殘余應(yīng)力(transversal welding residual stress)。,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,鋼結(jié)構(gòu)的連接上,（3）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力(welding residual stress),在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層