钢结构的连接构造计算方法连接形式工作性能有详细计算过程.pptx

钢结构原理第三章 钢结构的连接2钢结构的连接方法钢结构的连接方法 3.13.1焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式3.23.2角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 3.33.3对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 3.43.4焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形 3.53.5螺栓连接的构造螺栓连接的构造 3.63.6普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算 3.73.7高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算 3.83.8混合连接混合连接 3.93.93.1 钢结构的连接方法43.13.1钢结构的连接方法钢结构的连接方法引言引言1 1、钢结构制作过程、钢结构制作过程 钢板、型钢等组成的基本构件（工厂制作）钢板、型钢等组成的基本构件（工厂制作）现场安装（吊装、连接）现场安装（吊装、连接）结构整体。结构整体。2 2、连接的作用、连接的作用 就是通过一定方式将板材或型钢组合成构件，或就是通过一定方式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。将若干构件组合成整体结构，以保证其共同工作。3 3、原则、原则 安全可靠、传力明确、构造简单、施工方便、节安全可靠、传力明确、构造简单、施工方便、节约钢材。约钢材。54 4、连接方法、连接方法（1 1）焊接连接）焊接连接 把需要连接的两个构件的局部金属加热成液把需要连接的两个构件的局部金属加热成液态，使两者熔合，相互结成一个整体。态，使两者熔合，相互结成一个整体。（2 2）螺栓连接）螺栓连接 通过施拧，使螺栓产生紧固力，从而使被连通过施拧，使螺栓产生紧固力，从而使被连接件结成一体。接件结成一体。（3 3）铆钉连接）铆钉连接（4 4）销钉连接）销钉连接6（a a）焊接连接；（）焊接连接；（b b）铆钉连接；（）铆钉连接；（c c）螺栓连接）螺栓连接 73.1.13.1.1焊缝连接（焊缝连接（weldingwelding）是目前钢结构最主要的连接方法之一。是目前钢结构最主要的连接方法之一。优点：构造简单；用料经济；制作加工方便；优点：构造简单；用料经济；制作加工方便；密闭性好；结构刚度大。密闭性好；结构刚度大。缺点：焊缝附近的热影响区内，局部材质变缺点：焊缝附近的热影响区内，局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形对构件承载力脆；焊接残余应力和残余变形对构件承载力有不利影响；局部裂纹容易扩展到整体；低有不利影响；局部裂纹容易扩展到整体；低温冷脆问题较为突出。温冷脆问题较为突出。83.1.23.1.2螺栓连接（螺栓连接（boltingbolting）分为普通螺栓连接和分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。高强度螺栓连接两种。1 1、普通螺栓、普通螺栓 （1 1）分为）分为A A、B B、C C三级。三级。（2 2）A A级与级与B B级为精制螺级为精制螺栓，螺栓杆直径与螺栓孔径栓，螺栓杆直径与螺栓孔径相同。性能等级有相同。性能等级有5.65.6级和级和8.88.8级，精度高，受剪性能级，精度高，受剪性能好，但制作和安装复杂，价好，但制作和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中格较高，已很少在钢结构中采用。采用。9 （3 3）C C级为粗制螺栓级为粗制螺栓，螺栓孔直径比螺栓杆直，螺栓孔直径比螺栓杆直径大径大1.53mm 1.53mm。螺栓表面粗糙，性能等级有。螺栓表面粗糙，性能等级有4.64.6级级和和4.84.8级。连接变形大，但安装方便，能有效传递级。连接变形大，但安装方便，能有效传递拉力，故拉力，故可用于沿螺栓杆轴方向受拉的连接中，以可用于沿螺栓杆轴方向受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。（4 4）螺栓规格表示方法：如）螺栓规格表示方法：如M16M16，表示螺杆直，表示螺杆直径为径为16mm16mm。（5 5）螺栓等级表示方法：小数点前为材料抗拉）螺栓等级表示方法：小数点前为材料抗拉强度，小数点后为屈强比。例如强度，小数点后为屈强比。例如4.64.6级，螺栓成品级，螺栓成品抗拉强度不小于抗拉强度不小于400N/mm400N/mm2 2，屈服强度与抗拉强度之，屈服强度与抗拉强度之比为比为0.60.6。102 2、高强度螺栓、高强度螺栓 （1 1）由高强钢材制成。）由高强钢材制成。（2 2）按传剪力方式，分按传剪力方式，分为摩擦型和承压型。为摩擦型和承压型。摩擦摩擦型连接孔径比杆径大型连接孔径比杆径大1.52mm1.52mm；承压型连接孔径；承压型连接孔径比杆径大比杆径大1.01.5mm1.01.5mm。（3 3）性能等级有）性能等级有8.88.8级级和和10.910.9级。级。例：例：10.9SM2010.9SM2011 （4 4）按施工方法分为大六角头和扭剪型。）按施工方法分为大六角头和扭剪型。12133.1.33.1.3铆钉连接（铆钉连接（rivetingriveting）构造复杂，构造复杂，费钢费工，现已费钢费工，现已很少采用。很少采用。但塑性和韧但塑性和韧性较好，传力可性较好，传力可靠，质量易于检靠，质量易于检查。查。在一些重型在一些重型和直接承受动力和直接承受动力荷载的结构中，荷载的结构中，有时仍然采用。有时仍然采用。3.2 焊接方法和焊缝连接形式153.23.2焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式3.2.13.2.1钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法 焊接方法很多，但在钢结构中通常采用电弧焊。焊接方法很多，但在钢结构中通常采用电弧焊。1 1、手工电弧焊、手工电弧焊 通电后在涂有药皮的焊条与焊件之间产生电弧，通电后在涂有药皮的焊条与焊件之间产生电弧，使电弧周围的金属变成液态，将焊条中的焊丝与焊件使电弧周围的金属变成液态，将焊条中的焊丝与焊件结合在一起，冷却后形成焊缝。焊接过程中焊药形成结合在一起，冷却后形成焊缝。焊接过程中焊药形成焊渣和保护气体。焊渣和保护气体。灵活方便，高空作业，焊后需清渣，质量离散性灵活方便，高空作业，焊后需清渣，质量离散性大。大。1617手工电弧焊焊条应与焊接的金属强度相适应手工电弧焊焊条应与焊接的金属强度相适应。对对Q235Q235的钢焊件宜用的钢焊件宜用E43E43型焊条，对型焊条，对Q345Q345的钢焊的钢焊件宜用件宜用E50E50型系列焊条，对型系列焊条，对Q390Q390和和Q420Q420的钢焊件宜用的钢焊件宜用E55E55型系列焊条。型系列焊条。不同钢种的钢材相焊接时，例如不同钢种的钢材相焊接时，例如Q235Q235钢与钢与Q345Q345钢钢相焊接，宜采用低组配方案。即采用与低强度钢材相焊接，宜采用低组配方案。即采用与低强度钢材相适应的焊条。相适应的焊条。182 2、埋弧焊（自动或半、埋弧焊（自动或半自动）自动）自动和半自动，光自动和半自动，光焊丝和焊剂，焊嘴内送焊丝和焊剂，焊嘴内送丝，熔深大、质量均匀、丝，熔深大、质量均匀、效率高，用于车间构件效率高，用于车间构件成型，需专用设备。成型，需专用设备。埋弧焊所用焊丝和埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属相适焊剂应与主体金属相适应。应。19移动方向移动方向203 3、气体保护焊、气体保护焊 喷枪喷出二氧化碳或其它惰性气体，作为电喷枪喷出二氧化碳或其它惰性气体，作为电喷枪喷出二氧化碳或其它惰性气体，作为电喷枪喷出二氧化碳或其它惰性气体，作为电弧的保护介质，使熔化金属与空气隔绝。弧的保护介质，使熔化金属与空气隔绝。弧的保护介质，使熔化金属与空气隔绝。弧的保护介质，使熔化金属与空气隔绝。特点：没有熔渣，焊缝熔深大，质量好，效特点：没有熔渣，焊缝熔深大，质量好，效特点：没有熔渣，焊缝熔深大，质量好，效特点：没有熔渣，焊缝熔深大，质量好，效率高，但不适于野外操作，风较大时保护效果不率高，但不适于野外操作，风较大时保护效果不率高，但不适于野外操作，风较大时保护效果不率高，但不适于野外操作，风较大时保护效果不好。好。好。好。213.2.23.2.2焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式1 1、焊缝连接形式、焊缝连接形式 按被连接钢材的相互位置，可分为按被连接钢材的相互位置，可分为对接对接、搭搭接接、T T形连接形连接、角部连接角部连接四种。四种。按照构造可分为按照构造可分为对接焊缝对接焊缝、角焊缝角焊缝。对接焊对接焊缝强度高，受力性能好，但施工比较费工；角焊缝强度高，受力性能好，但施工比较费工；角焊缝会产生应力集中，受力性能差，但施工简单。缝会产生应力集中，受力性能差，但施工简单。22232 2、焊缝形式、焊缝形式 （1 1）对接焊缝按所受力的方向分为）对接焊缝按所受力的方向分为正对接焊正对接焊缝缝、斜对接焊缝斜对接焊缝。角焊缝按所受力的方向分为。角焊缝按所受力的方向分为正面正面角焊缝角焊缝、侧面角焊缝侧面角焊缝、斜焊缝。、斜焊缝。24（2 2）角焊缝沿长度方向的布置分为）角焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊连续角焊缝缝和和断续角焊缝断续角焊缝。连续角焊缝受力性能较好，断。连续角焊缝受力性能较好，断续角焊缝容易引起应力集中。续角焊缝容易引起应力集中。断续角焊缝长度不得小于断续角焊缝长度不得小于1010hf或或50mm50mm，间断距，间断距离满足以下要求：离满足以下要求：受压构件：受压构件：受拉构件：受拉构件：25（3）按焊缝施焊位置分为）按焊缝施焊位置分为平焊平焊、立焊、横焊、仰立焊、横焊、仰焊焊。图图3.7 3.7 焊缝施焊位置焊缝施焊位置（a a）俯焊；（）俯焊；（b b）立焊；（）立焊；（c c）横焊；（）横焊；（d d）仰焊）仰焊263.2.33.2.3焊缝缺陷及焊缝质量检查焊缝缺陷及焊缝质量检查1 1、焊缝缺陷（、焊缝缺陷（weld defectweld defect）272 2、焊缝质量检查、焊缝质量检查 外观检查外观检查：主要采用目视检查，辅以磁粉探：主要采用目视检查，辅以磁粉探伤、渗透探伤检查表面和近表面缺陷。伤、渗透探伤检查表面和近表面缺陷。内部检查内部检查：射线探伤、超声波探伤。：射线探伤、超声波探伤。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按规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级、三级。其检验方法和质量要求分为一级、二级、三级。28三级目测全部，外观检查，目测全部，外观检查，看其外观是否有看其外观是否有缺陷，几何尺寸是否符合三级标准。缺陷，几何尺寸是否符合三级标准。二级目测全部，外观检查，看其外观是否有目测全部，外观检查，看其外观是否有缺陷，几何尺寸是否符合二级标准。缺陷，几何尺寸是否符合二级标准。20%20%用超声波抽查。如有不合格重焊，用超声波抽查。如有不合格重焊，并并100%100%超声波检查超声波检查一级目测全部，外观检查，看其外观是否有目测全部，外观检查，看其外观是否有缺陷，几何尺寸是否符合一级标准。缺陷，几何尺寸是否符合一级标准。100%100%用超声波检查，用超声波检查，2%X2%X射线抽查，并射线抽查，并部分拍片。部分拍片。293 3、焊缝质量等级的选用、焊缝质量等级的选用 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB 50017-2003GB 50017-2003）（1 1）对需要进行疲劳计算的构件对需要进行疲劳计算的构件：对接焊缝应：对接焊缝应焊透；横向对接焊缝和组合焊缝受拉时选用一级、焊透；横向对接焊缝和组合焊缝受拉时选用一级、受压时选用二级；纵向对接焊缝选二级。受压时选用二级；纵向对接焊缝选二级。（2 2）对不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与对不需要进行疲劳计算的构件，凡要求与母材等强的对接焊缝应焊透母材等强的对接焊缝应焊透。受拉对接焊缝不低于。受拉对接焊缝不低于二级；受压对接焊缝宜选二级。二级；受压对接焊缝宜选二级。30（4 4）不要求焊透的）不要求焊透的T T形接头采用的角焊缝或部分形接头采用的角焊缝或部分焊透的组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，一焊透的组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，一般仅要求外观质量检查。般仅要求外观质量检查。（3 3）重级工作制和起重量大于）重级工作制和起重量大于500kN500kN的中级工作的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘之间，以及吊车桁架上弦制吊车梁的腹板与上翼缘之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的杆与节点板之间的T T形接头均应焊透，焊缝形式一般形接头均应焊透，焊缝形式一般为组合焊缝，质量等级不低于二级。为组合焊缝，质量等级不低于二级。313.2.43.2.4焊缝符号、螺栓及其孔眼图例焊缝符号、螺栓及其孔眼图例1 1、焊缝符号：、焊缝符号：作用：作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求。表明焊缝型式、尺寸和辅助要求。构成：构成：基本符号基本符号 +指引线指引线 +（补充符号）（补充符号）+（焊缝尺寸）（焊缝尺寸）基本符号基本符号：表示焊缝的横截面形状：表示焊缝的横截面形状 补充符号补充符号：补充说明焊缝的某些特征：补充说明焊缝的某些特征 焊缝尺寸焊缝尺寸：图例中的：图例中的 指引线指引线：由横线和带箭头的斜线组成，箭头指：由横线和带箭头的斜线组成，箭头指向焊缝处，横线上下方用来标注基本符号和焊缝尺向焊缝处，横线上下方用来标注基本符号和焊缝尺寸。寸。32表表3.2 3.2 焊缝符号焊缝符号另外，在平面图中，焊缝的表示方法见图另外，在平面图中，焊缝的表示方法见图3.93.9。33补充：基本符号表补充：基本符号表342 2、螺栓及其孔眼图例、螺栓及其孔眼图例3.3 角焊缝的构造与计算363.33.3角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算3.3.13.3.1角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度1 1、角焊缝分类、角焊缝分类 按与作用力的关系分：正面角焊缝、侧面角焊按与作用力的关系分：正面角焊缝、侧面角焊缝，斜焊缝。缝，斜焊缝。按截面形式分：直角角焊缝、斜角角焊缝。按截面形式分：直角角焊缝、斜角角焊缝。直角角焊缝截面要求：通常焊成表面微凸的等直角角焊缝截面要求：通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面。腰直角三角形截面。37图图3.10 3.10 直角角焊缝截面直角角焊缝截面图图3.11 3.11 斜角角焊缝截面斜角角焊缝截面382 2、焊缝破坏面、焊缝破坏面 不论端缝或侧缝，直角角焊缝破坏面假定沿焊不论端缝或侧缝，直角角焊缝破坏面假定沿焊脚面破坏，脚面破坏，为焊脚边的夹角。破坏面上的焊为焊脚边的夹角。破坏面上的焊缝厚度称为有效厚度缝厚度称为有效厚度或计算厚度，用表或计算厚度，用表示。该截面称为有效示。该截面称为有效截面。截面。对于直角角焊缝：对于直角角焊缝：393 3、侧面角焊缝应力分布、侧面角焊缝应力分布 作用力与焊缝平行，焊缝主要承受剪应力，两作用力与焊缝平行，焊缝主要承受剪应力，两端大中间小。但在接近塑性工作阶段时，产生应力端大中间小。但在接近塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象趋于缓和。重分布，可使应力分布的不均匀现象趋于缓和。404 4、正面角焊缝应力分布、正面角焊缝应力分布 截面中的各面均存在正应力和剪应力。焊根处截面中的各面均存在正应力和剪应力。焊根处存在很严重的应力集中。存在很严重的应力集中。41几个重要概念几个重要概念注意！注意！焊脚尺寸焊脚尺寸hf：焊缝直边尺寸，设计标注尺寸：焊缝直边尺寸，设计标注尺寸有效厚度有效厚度he：焊缝破坏面尺寸：焊缝破坏面尺寸计算长度计算长度lw：有效受力长度，为实际长度：有效受力长度，为实际长度lw 减起弧、灭弧处长度。减起弧、灭弧处长度。423.3.23.3.2角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求原因：避免焊缝区金属过热。原因：避免焊缝区金属过热。要求：焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的要求：焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。倍。对于板件边缘的焊缝，当对于板件边缘的焊缝，当t 6mm时时，hf t(12)mm；当当t6mm时时，hft。(图图a、b，t为较薄焊为较薄焊件的厚度件的厚度)1、最大焊脚尺寸、最大焊脚尺寸43原因：避免施焊时冷却速度过快，导致母材开裂。原因：避免施焊时冷却速度过快，导致母材开裂。手工焊：手工焊：自动焊：自动焊：T T形连接单面角焊缝：形连接单面角焊缝：焊件厚度焊件厚度4mm4mm时：时：t为为较较厚厚焊焊件件的的厚厚度度2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸44当构件厚度相差较大，且等焊脚尺寸不能同时符当构件厚度相差较大，且等焊脚尺寸不能同时符合前两项要求时，可采用不等焊脚尺寸。与较薄焊合前两项要求时，可采用不等焊脚尺寸。与较薄焊件接触的焊脚边应符合最大焊脚尺寸要求，与较厚件接触的焊脚边应符合最大焊脚尺寸要求，与较厚焊件接触的焊脚边应符合最小焊脚尺寸要求。焊件接触的焊脚边应符合最小焊脚尺寸要求。3 3、不等焊脚尺寸构造要求、不等焊脚尺寸构造要求45 焊缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，焊缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，焊缝越长其差别越大，太长时侧缝两端应力可先达焊缝越长其差别越大，太长时侧缝两端应力可先达到极限而破坏，中间还未发挥其承载力。到极限而破坏，中间还未发挥其承载力。故一般规定，侧面角焊缝的计算长度：故一般规定，侧面角焊缝的计算长度：4、侧面角焊缝的最大计算长度、侧面角焊缝的最大计算长度46 原因：角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊原因：角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件局部加热严重，起弧、灭弧所引起的缺陷以及可件局部加热严重，起弧、灭弧所引起的缺陷以及可能产生的其它缺陷相距太近，使焊缝不够可靠。能产生的其它缺陷相距太近，使焊缝不够可靠。规定：角焊缝的计算长度：规定：角焊缝的计算长度：5 5、角焊缝的最小计算长度、角焊缝的最小计算长度47 当板件端部仅有两侧面角焊缝连接时，应满当板件端部仅有两侧面角焊缝连接时，应满足：足：6 6、搭接连接的构造要求、搭接连接的构造要求48 搭接长度不得小于较小厚度的搭接长度不得小于较小厚度的5 5倍，也不得小于倍，也不得小于25mm25mm。493.3.33.3.3直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式1 1、理论公式、理论公式50其中：其中：2 2、基本公式、基本公式51作用力垂直于焊缝时：作用力垂直于焊缝时：作用力平行于焊缝时：作用力平行于焊缝时：对承受直接动对承受直接动对承受直接动对承受直接动力荷载的焊缝力荷载的焊缝力荷载的焊缝力荷载的焊缝（3.6）（3.8）讨论：讨论：523.3.43.3.4各种受力状态下直角角焊缝连接的计算各种受力状态下直角角焊缝连接的计算（1 1）用盖板的对接连接承受轴心力（拉力或压力）用盖板的对接连接承受轴心力（拉力或压力）1 1、承受轴心力作用时角焊缝连接计算、承受轴心力作用时角焊缝连接计算53只有正面角焊缝时只有正面角焊缝时只有侧面角焊缝时只有侧面角焊缝时54三面围焊时三面围焊时端缝端缝侧缝侧缝55【例例3.2】试设计用拼接盖板的对接连接试设计用拼接盖板的对接连接(图图3.24)。已。已知钢板宽知钢板宽B=270mm，厚度，厚度t1=28mm，拼接盖板厚度，拼接盖板厚度t2=16mm。该连接承受的静态轴心力。该连接承受的静态轴心力N=1400kN(设计设计值值)，钢材为，钢材为Q235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43型。型。56焊脚尺寸焊脚尺寸hf：两面侧焊两面侧焊一侧焊缝总长度：由一侧焊缝总长度：由 得得一条侧焊缝的计算长度：一条侧焊缝的计算长度：实取hf=10mmhfmax=t2-(12)=15 or 14mm57一条侧焊缝的实际长度：一条侧焊缝的实际长度：盖板长度：盖板长度：，取，取L=680mm盖板宽度：根据强度条件和构造要求确定盖板宽度：根据强度条件和构造要求确定强度条件：设强度条件：设b=240mm，盖板不会发生受拉破坏。盖板不会发生受拉破坏。58构造条件：构造条件：b=240mm lw=313mm 且且b16t=1616=256mm满足构造要求满足构造要求故选定拼接盖板尺寸为故选定拼接盖板尺寸为680mm240mm16mm 59三面围焊三面围焊 仍仍取取盖盖板板宽宽度度b=240mm，则则正正面面角角焊焊缝缝承承受的内力为受的内力为:侧面角焊缝承受的力为侧面角焊缝承受的力为N-N，连接一侧侧面角焊，连接一侧侧面角焊缝总计算长度为：缝总计算长度为：一条侧面角焊缝的计算长度为：一条侧面角焊缝的计算长度为：，符合构造要求。，符合构造要求。60 一条侧面角焊缝的实际长度为：一条侧面角焊缝的实际长度为：则拼接盖板的长度为：则拼接盖板的长度为：盖板的设计步骤与两面侧焊相同，略。盖板的设计步骤与两面侧焊相同，略。菱形拼接（略）菱形拼接（略）61（2 2）承受斜向轴心力的角焊缝连接计算）承受斜向轴心力的角焊缝连接计算62【例例3.1】试计算图示直试计算图示直角角焊缝的强度。已知角角焊缝的强度。已知焊缝承受的静态斜向力焊缝承受的静态斜向力N280kN（设计值），（设计值），60，角焊缝的焊脚，角焊缝的焊脚尺寸尺寸hf8mm，实际长，实际长度度lw155mm，钢材为，钢材为Q235B，手工焊，焊条，手工焊，焊条为为E43型。型。63（3 3）承受轴心力的角钢角焊缝计算）承受轴心力的角钢角焊缝计算 角钢用侧焊缝连接时，由于角钢截面形心到肢角钢用侧焊缝连接时，由于角钢截面形心到肢背和肢尖的距离不相等，靠近形心的肢背焊缝承受背和肢尖的距离不相等，靠近形心的肢背焊缝承受较大的内力。较大的内力。桁架腹杆与节点板的连接桁架腹杆与节点板的连接64三面围焊正面角焊缝正好达到极限状态时对应的作用力为：正面角焊缝正好达到极限状态时对应的作用力为：对肢尖取矩，由对肢尖取矩，由M=0得肢背焊缝上的作用力为：得肢背焊缝上的作用力为：近似取2/3肢背焊缝的计算长度为：肢背焊缝的计算长度为：65对肢背取矩，由对肢背取矩，由M=0得肢尖焊缝上的作用力为：得肢尖焊缝上的作用力为：近似取1/3肢尖焊缝的计算长度为：肢尖焊缝的计算长度为：66只有两个未知力只有两个未知力N1和和N2，可用平衡条件求出。，可用平衡条件求出。两面侧焊67只有两个未知力只有两个未知力N1和和N3，可用平衡条件求出。，可用平衡条件求出。其中：其中：L形围焊68总结：各种情况下焊缝计算与实际长度的关系总结：各种情况下焊缝计算与实际长度的关系侧面角焊缝：侧面角焊缝：正面角焊缝：正面角焊缝：三面围焊侧面角焊缝：侧面角焊缝：两面侧焊绕角焊时侧面角焊缝：绕角焊时侧面角焊缝：侧面角焊缝：侧面角焊缝：L形围焊未采用绕角焊时正面角焊缝：未采用绕角焊时正面角焊缝：采用绕角焊时正面角焊缝：采用绕角焊时正面角焊缝：69【例例3.3】试确定图示承受静态轴心力的三面围焊连接试确定图示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢为212510，与厚度为与厚度为8mm的节点板连接，其搭接长度为的节点板连接，其搭接长度为300mm，焊脚尺寸焊脚尺寸hf8mm，钢材为，钢材为Q235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43型。型。70解：正面角焊缝所能承受的内力解：正面角焊缝所能承受的内力N3为：为：肢背角焊缝所能承受的内力肢背角焊缝所能承受的内力N1为：为：71N与与 N1、N3存在下列关系：存在下列关系：肢尖焊缝的实际长度为：肢尖焊缝的实际长度为：由上式可得三面围焊焊缝群的承载力为：由上式可得三面围焊焊缝群的承载力为：肢尖焊缝上的作用力为：肢尖焊缝上的作用力为：72（1）双面角焊缝连接承受偏心斜拉力）双面角焊缝连接承受偏心斜拉力N作用作用2 2、承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的角焊缝连接计算、承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的角焊缝连接计算 A点产生的应力最大，为设计的控制点。点产生的应力最大，为设计的控制点。73代入下式验算：代入下式验算：74 方法方法1 1：假设剪力仅由腹板焊缝承受，而弯矩则由全：假设剪力仅由腹板焊缝承受，而弯矩则由全部焊缝承受。部焊缝承受。（2 2）工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接）工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接1275翼缘焊缝最外纤维处翼缘焊缝最外纤维处1点：点：翼缘焊缝与腹板焊缝交点处翼缘焊缝与腹板焊缝交点处2点：点：1276 方法方法2 2：假设剪力由腹板焊缝承受，弯矩仅由翼缘焊：假设剪力由腹板焊缝承受，弯矩仅由翼缘焊缝承受。缝承受。HH将弯矩将弯矩M化为一对水平力：化为一对水平力：77翼缘焊缝中只有正应力，计算公式：翼缘焊缝中只有正应力，计算公式：腹板焊缝中只有剪应力，计算公式：腹板焊缝中只有剪应力，计算公式：HH78【例例3.5】试试验验算算图图示示牛牛腿腿与与钢钢柱柱连连接接角角焊焊缝缝的的强强度度。钢钢材材为为Q235B，焊焊条条为为E43型型，手手工工焊焊。荷荷载载设设计计值值为为 N=365kN，偏偏 心心 矩矩 e=350mm，翼翼 缘缘 焊焊 角角 尺尺 寸寸hf1=8mm，腹腹板板焊焊脚脚尺尺寸寸hf2=6mm。工工字字型型钢钢梁梁宽宽度度为为210mm，腹板厚度为，腹板厚度为10mm。79 全部焊缝有效截面对中和轴的全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为：惯性矩为：角焊缝形心处所受剪力角焊缝形心处所受剪力V、弯矩、弯矩M为：为：方法方法1:1:弯矩由全部焊缝共同承受，剪力仅由腹板弯矩由全部焊缝共同承受，剪力仅由腹板焊缝承受焊缝承受80 翼缘焊缝中只有正应力，最外缘处的正应力值翼缘焊缝中只有正应力，最外缘处的正应力值为：为：A点既有正应力，也有剪应力。点既有正应力，也有剪应力。正应力值为：正应力值为：81腹板焊缝中的剪应力由剪力腹板焊缝中的剪应力由剪力V产生，平均分布：产生，平均分布：A点的折算应力为：点的折算应力为：所以，该焊缝群符合强度要求。所以，该焊缝群符合强度要求。（方法（方法2略）略）82（3 3）承受扭矩与剪力联合作用的角焊缝连接计算）承受扭矩与剪力联合作用的角焊缝连接计算83 计算角焊缝在扭矩计算角焊缝在扭矩T作用下产生的应力时，基于作用下产生的应力时，基于如下假定：如下假定：被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心O旋旋转的趋势，而角焊缝本身是弹性的。转的趋势，而角焊缝本身是弹性的。角焊缝群上任一点的应角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度线，且应力大小与连线长度r成成正比。正比。A点（或点（或A）距离形心最远，）距离形心最远，由扭矩产生的应力最大，为设由扭矩产生的应力最大，为设计控制点。计控制点。8485【例例3.7】图示钢板长度图示钢板长度l1=400mm，搭接长度，搭接长度l2=300mm，荷载设计值，荷载设计值F=217kN，偏心距，偏心距e1=300mm（至柱边缘的距离），钢材为（至柱边缘的距离），钢材为Q235B，手，手工焊，焊条工焊，焊条E43型。确定该焊缝的焊脚尺寸并验算该型。确定该焊缝的焊脚尺寸并验算该焊缝的强度。焊缝的强度。l1x0e2e1l286 解解：（：（1 1）确定焊缝的计算尺寸确定焊缝的计算尺寸 在已知两钢板厚度的情况下，根据构造要求，确在已知两钢板厚度的情况下，根据构造要求，确定焊脚尺寸定焊脚尺寸hf=8mm。焊缝尺寸。焊缝尺寸如图所示。如图所示。焊缝重心距离竖直焊缝中心线的距离：焊缝重心距离竖直焊缝中心线的距离：（2 2）求极惯性矩）求极惯性矩xoA87极惯性矩：极惯性矩：xo88（3 3）求扭矩）求扭矩l1x0e2e1l2A点与点与O点的距离：点的距离：xo89扭矩扭矩T在在A点产生的应力为：点产生的应力为：xo（3 3）求应力）求应力90剪力剪力V在在A点产生的应力为：点产生的应力为：xo91代入角焊缝强度公式代入角焊缝强度公式:该焊缝群符合安全要该焊缝群符合安全要求。求。xo 书上本题的做法书上本题的做法未考虑焊缝厚度。未考虑焊缝厚度。923.3.53.3.5直角角焊缝计算总结直角角焊缝计算总结1 1、验算型题目、验算型题目 （1 1）问题特点：已知焊缝尺寸和荷载情况，要求）问题特点：已知焊缝尺寸和荷载情况，要求验算焊缝是否满足设计要求。验算焊缝是否满足设计要求。（2 2）求解方法：）求解方法：验算焊缝是否满足构造条件；验算焊缝是否满足构造条件；将荷载向焊缝形心简化，分析焊缝的应力分将荷载向焊缝形心简化，分析焊缝的应力分布情况，判断危险点布情况，判断危险点(即应力最大点即应力最大点)；求出各单项荷载作用下产生的应力，再迭加求出各单项荷载作用下产生的应力，再迭加求出求出f f 、f f，检验是否满足强度要求。，检验是否满足强度要求。932、设计型题目、设计型题目 （1）特点：已知荷载情况和连接节点构造情况，）特点：已知荷载情况和连接节点构造情况，要求完成连接节点设计。要求完成连接节点设计。（2）求解方法：）求解方法：确定连接方式和焊缝布置方式。确定连接方式和焊缝布置方式。确定焊缝受力特征、应力分布情况，判断可能确定焊缝受力特征、应力分布情况，判断可能的危险点位置。的危险点位置。依据构造条件初选依据构造条件初选hf，根据，根据“应力应力强度强度”的要的要求，求焊缝长度求，求焊缝长度lw。或者根据问题已定出的焊缝长度，。或者根据问题已定出的焊缝长度，求求hf。94 验算所用验算所用lw或或hf是否满足构造条件。若不满足，是否满足构造条件。若不满足，重选重选hf或或lw,重复上述过程直至满足。重复上述过程直至满足。根据求出的根据求出的lw或或hf确定实际采用的确定实际采用的lw或或hf值。值。（1）要考虑起灭弧的影响，）要考虑起灭弧的影响，lw和和lw的关系；的关系；（2）hf 应取为应取为1mm的倍数，的倍数，lw尽量取为尽量取为10 mm的的倍数。倍数。3、注意事项、注意事项95斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T T形接头，采用与形接头，采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算。直角角焊缝相同的计算公式进行计算。3.3.6斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算96 根部间隙（根部间隙（b、b1或或b2）不大于）不大于1.5mm时：时：根部间隙（根部间隙（b、b1或或b2）大于）大于1.5mm时：时：斜角角焊缝与直角角焊缝计算的不同点：斜角角焊缝与直角角焊缝计算的不同点：1、斜角角焊缝不论其有效截面上的应力情况如何，、斜角角焊缝不论其有效截面上的应力情况如何，不考虑焊缝的方向，一律取不考虑焊缝的方向，一律取f=1.0。2、有效厚度的算法不同。、有效厚度的算法不同。3.4 对接焊缝的构造与计算983.4.13.4.1对接焊缝的构造对接焊缝的构造1、坡口形式、坡口形式 对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝。缝。坡口形式与焊件厚度有关。坡口形式与焊件厚度有关。992 2、切斜坡、切斜坡在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差在一侧相差4mm4mm以上时，应做成坡度不大于以上时，应做成坡度不大于1:2.51:2.5的的斜角斜角(动力荷载时不大于动力荷载时不大于1:4)1:4)。1003 3、引弧板和引出板、引弧板和引出板为避免引弧和灭弧时的缺陷，在焊接时一般应设为避免引弧和灭弧时的缺陷，在焊接时一般应设置引弧板和引出板，焊后再将其割除。置引弧板和引出板，焊后再将其割除。无引弧板和引出板时，无引弧板和引出板时，焊缝计算长度等于实际长焊缝计算长度等于实际长度减去度减去2t（较薄焊件的厚（较薄焊件的厚度）。度）。101v 对接焊缝强度的特点对接焊缝强度的特点 如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度一如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度一般是高于母材的。般是高于母材的。受压、受剪：可认为焊缝强度与母材相等。受压、受剪：可认为焊缝强度与母材相等。受拉：一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为受拉：一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材相等。三级检验的焊缝抗拉强度比母材低。与母材相等。三级检验的焊缝抗拉强度比母材低。3.4.23.4.2对接焊缝的计算对接焊缝的计算1 1、焊透的对接焊缝的计算、焊透的对接焊缝的计算v 对接焊缝应力的特点对接焊缝应力的特点 由于对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中由于对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中的应力分布基本上与焊件原来的情况相同。的应力分布基本上与焊件原来的情况相同。102轴心受拉、压时的应力：轴心受拉、压时的应力：t：在对接接头中为连：在对接接头中为连接件的较小厚度；在接件的较小厚度；在T形形接头中为腹板厚度。接头中为腹板厚度。（有引弧板）（有引弧板）（无引弧板）（无引弧板）（1 1）轴心受拉、压的垂直对接焊缝）轴心受拉、压的垂直对接焊缝103对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪力均匀分布，其计算公式为：且剪力均匀分布，其计算公式为：（2 2）受剪的对接焊缝）受剪的对接焊缝104矩形截面矩形截面（3 3）弯剪共同作用的对接焊缝）弯剪共同作用的对接焊缝正应力与剪应力最大值应分别满足下列强度条件：正应力与剪应力最大值应分别满足下列强度条件：Sw：计算点所在截：计算点所在截面处以外的面积对面处以外的面积对中和轴的面积矩。中和轴的面积矩。1051.11.1：考虑到最大折算应：考虑到最大折算应力只在局部出现，而将力只在局部出现，而将强度设计值适当提高。强度设计值适当提高。应验算以下内容：应验算以下内容：a.b.c.腹板与翼缘交接点腹板与翼缘交接点1的的折算应力：折算应力：工字形截面工字形截面123106【例例3.103.10】计算工字形截面牛腿与钢柱连结的对接计算工字形截面牛腿与钢柱连结的对接焊缝强度。焊缝强度。F F=550kN(=550kN(设计值设计值)，偏心矩，偏心矩e e=300mm=300mm。钢。钢材为材为Q235BQ235B，焊条为，焊条为E43E43型，手工焊。焊缝为三级检型，手工焊。焊缝为三级检验标准。上下翼缘加引弧板和引出板施焊。验标准。上下翼缘加引弧板和引出板施焊。自学。自学。107解：应分别验算解：应分别验算maxmax、maxmax、1 1点的折算应力。点的折算应力。108109自学。自学。3.4.23.4.2对接焊缝的计算对接焊缝的计算2 2、部分焊透的对接焊缝的计算、部分焊透的对接焊缝的计算3.5 焊接应力和焊接变形1113.5.13.5.1焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因1 1、焊接应力产生的原因、焊接应力产生的原因 不均匀的热胀冷缩。不均匀的热胀冷缩。2 2、焊接应力的特点、焊接应力的特点 焊接应力是一种无焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，荷载作用下的内应力，因此会在焊件内部自相因此会在焊件内部自相平衡。平衡。1123 3、焊接应力的分类、焊接应力的分类由焊缝的纵向收缩引起的拉应力。由焊缝的纵向收缩引起的拉应力。这种拉应力经常达到钢材的屈服强度。这种拉应力经常达到钢材的屈服强度。（1 1）纵向焊接应力）纵向焊接应力（2 2）横向焊接应力）横向焊接应力（3 3）厚度方向的焊接应力）厚度方向的焊接应力三向拉应力场，将大大降低连接的塑性。三向拉应力场，将大大降低连接的塑性。1133.5.23.5.2减小焊接应力和焊接变形的措施减小焊接应力和焊接变形的措施1 1、设计上的措施、设计上的措施114（1 1）采取合理的施焊次序）采取合理的施焊次序2 2、工艺上的措施、工艺上的措施115（3 3）对对于于小小尺尺寸寸焊焊件件，焊焊前前预预热热，或或焊焊后后回回火火加加热热至至600600左左右右，然然后后缓缓慢慢冷冷却却，可可以以消消除除焊焊接接应应力力和和焊焊接接变变形。形。（2 2）采用反变形）采用反变形2 2、工艺上的措施、工艺上的措施3.6 螺栓连接的构造1173.6.13.6.1螺栓的排列螺栓的排列对截面削弱小，连接板尺寸大对截面削弱小，连接板尺寸大简单整齐，连接板尺寸小，对截面削弱大简单整齐，连接板尺寸小，对截面削弱大1 1、排列形式、排列形式并列错列118垂直于受力方向：边、中距不能过小；垂直于受力方向：边、中距不能过小；平行于受力方向：端距不小于平行于受力方向：端距不小于2d0；受压构件：中距不能过大。受压构件：中距不能过大。2 2、排列要求、排列要求（1 1）受力要求）受力要求边距及中距不宜过大，以免潮边