鋼結(jié)構(gòu) 第三章(焊接)

1、,第3章 鋼結(jié)構(gòu)的連接,3.1 連接的種類與特點(diǎn)3.2 對接焊縫構(gòu)造與計(jì)算3.3角焊縫構(gòu)造與計(jì)算3.4 焊接應(yīng)力與焊接變形3.5 普通螺栓連接計(jì)算3.6 高強(qiáng)螺栓連接計(jì)算,3.1 連接的種類和特點(diǎn),（1）概述鋼結(jié)構(gòu)中，連接占有相當(dāng)重要的位置。鋼結(jié)構(gòu)的連接通常有： 焊接連接、 普通螺栓連接 高強(qiáng)度螺栓連接等， 這些也是鋼結(jié)構(gòu)的基本連接方式。,（2）常用焊接方法,（2-1）電弧焊 通過通

2、電后焊條與焊件之間產(chǎn)生的強(qiáng)大 電弧提供熱源，溶化的焊條（焊絲）與焊 件溶化部分形成焊縫。焊縫質(zhì)量可靠，為 最常用的一種焊接方法。 分手工電弧焊和自動(dòng)埋弧焊（半自動(dòng)）。,手工電弧焊接工藝,Q235-E43；Q345-E50；Q390-E55,自動(dòng)埋弧焊接工藝,,Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn,（2-2）電阻焊 利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面產(chǎn)生

3、的熱量熔化金屬，再通過壓力使其焊合。適用薄壁型鋼（12mm內(nèi)）。（2-3）氣 焊 利用乙炔在氧氣中燃燒而形成的火焰來熔化金屬，形成焊縫。適用薄鋼板或小型結(jié)構(gòu)。,各種連接的特點(diǎn),焊接連接：優(yōu)點(diǎn)：不削弱構(gòu)件截面，構(gòu)造簡單，節(jié)約鋼材，加工方便，可采用自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率高。剛度較大、密封性能好。缺點(diǎn)：焊縫附近存在熱影響區(qū)，由高溫快速降到常溫，使鋼材脆性加大；存在焊接殘余應(yīng)力及殘余變形；焊接結(jié)構(gòu)低溫冷脆問題也比較突出。,,

4、螺栓連接優(yōu)點(diǎn)：安裝方便，便于拆卸。缺點(diǎn)：需要在板件上開孔和拼裝時(shí)對孔，制造工作量大；螺栓孔還使構(gòu)件截面削弱，被連接的板件需要相互搭接或另加拼接板，比焊接連接多費(fèi)鋼材,（3）各種連接的特點(diǎn),3.2 對接焊縫構(gòu)造與計(jì)算,3.2.1 對接焊縫的構(gòu)造 1、形式,,2、對接焊縫的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：用料經(jīng)濟(jì)、傳力均勻、無明顯的 應(yīng)力集中，利于承受動(dòng)力荷載。 缺點(diǎn)：需剖口，焊件長度要精確。,3、對接焊縫的構(gòu)造

5、處理,變厚度板對接變寬度板對接,3.2.2 對接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算,二、彎矩剪力共同作用,1、彎曲正應(yīng)力2、最大剪應(yīng)力3、折算應(yīng)力,3、折算應(yīng)力,正應(yīng)力、剪應(yīng)力都較大時(shí),,例題,例3-2：圖3-2所示，荷載設(shè)計(jì)值F=550kN，偏心距e=300mm，鋼材Q235B， 手工焊，焊條E43型，焊縫等級三級，使用引弧板，試驗(yàn)算工字鋼截面牛腿與鋼柱連接的對接焊縫強(qiáng)度。,,,,,,3.3 角焊縫的 構(gòu)造和計(jì)算,角焊縫連

6、接（端焊縫連接）,角焊縫（三面圍焊）,3.3.1 角焊縫的構(gòu)造1、角焊縫種類 包括直角角焊縫（圖a）和斜角角焊縫（圖b）,（1）、 直角角焊縫（a）普通焊縫 （b）平坡焊縫 （c）深熔焊縫,（2）斜角角焊縫：（a）斜銳角焊縫 （b）斜鈍角焊縫 （c）斜凹面角焊縫,（3）表示方法,,2、角焊縫的受力特點(diǎn) 焊縫破壞面,角焊縫破壞面上的應(yīng)力,側(cè)焊縫的應(yīng)力變化:,3.3.2 角焊縫的計(jì)算一、受軸心力作用,,焊縫

7、有效面積Nx、Ny假定在有效面上均勻分布,,,根據(jù)一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)，強(qiáng)度理論,直角角焊縫的基本公式,,幾種特殊情況,①正焊縫：②側(cè)焊縫：,,,,,,,③斜焊縫，有兩種方法：,其一： 式中 其二：將N沿著垂直、平行兩個(gè)方向分解成Nx、Ny，分別求出 、 ，再利用基本公式計(jì)算。,,,,,例題,例3-3：圖3-3所示的雙蓋板連接，鋼材為Q235-B，手工角焊縫，焊條E43系列，焊腳尺寸 hf=6mm ,

8、 求該連接所能承受的最大靜荷載N。已知：t=12mm, t1=8mm,,,,,二、角鋼與連接板焊接連接,,,,,在分析過程中要求： 1、外力的大小平衡 2、外力的作用線必須經(jīng)過角鋼的截面形心根據(jù)以上兩點(diǎn)，列出受力平衡方程,,,,K1、 K2——焊縫內(nèi)力分配系數(shù)；N1 、N2 —分別為角鋼肢背和肢尖傳遞的內(nèi)力N3 端部正面角焊縫能傳遞的內(nèi)力,,,角鋼用兩面?zhèn)群缚p與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算 N3= 0

9、 。,角鋼用“L”型焊縫與節(jié)點(diǎn)板連接的焊縫計(jì)算,由N2 = 0 得,例題3-4,試設(shè)計(jì)圖所示的雙角鋼與節(jié)點(diǎn)板角焊縫連接，鋼材為Q235－B 鋼，手工焊，焊條為E43型，軸心力設(shè)計(jì)值N=900kN，分別采用三面圍焊、兩側(cè)焊進(jìn)行設(shè)計(jì)。,,三、彎矩、剪力、軸力共同作用下,軸力、剪力在有效面上平均分配，但彎矩作用不是平均分配,,1、軸力N作用下x方向應(yīng)力 2、剪力作用下，y方向應(yīng)力,,3、彎矩M作用下，x方向應(yīng)力?,,

10、M、V和N共同作用下，焊縫上或下端點(diǎn)最危險(xiǎn)處應(yīng)滿足,例題3-5,如圖所示的結(jié)構(gòu)，鋼材為Q235-B，手工角焊縫，焊條E43系列，焊腳尺寸 hf=8mm , 求該連接所能承受的最大靜荷載P。,,,,,,例3-6：,圖3-6所示的結(jié)構(gòu)，鋼材為Q235-B，手工角焊縫，焊條E43系列，焊腳尺寸 hf=8mm , 求該連接所能承受的最大動(dòng)荷載P。已知： t=12mm, tw=8mm.,,,,,四、扭矩、剪力、軸力共同作用下,,,分析時(shí)基本假定：

11、 1、被連接件是剛體，焊縫是彈性體 2、扭矩作用時(shí)，焊縫變形以形心微轉(zhuǎn) 3、剪力、軸力在有效面上均勻分布特別注意： 扭矩與彎矩的區(qū)別扭矩——兩個(gè)被連接件相對滑移、轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩——相對脫開、分離,,扭矩T作用下各點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算（以A點(diǎn)為例）： Ix+Iy為焊縫計(jì)算截面對形心的極慣性矩，x、y為焊縫角點(diǎn)到焊縫形心的坐標(biāo)距離。,,,V作用下A點(diǎn) N作用下A點(diǎn),,A點(diǎn)合應(yīng)力,，,例3-

12、7,如圖3-7所示，三面圍焊，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條E43型，偏心量e=50mm。求該角焊縫連接所能承受的最大靜態(tài)軸心力P。,,,,,練習(xí)題,1、偏心力P=150kN，板材Q235AF，焊條為E43型, 手工焊，焊縫等級三級，試驗(yàn)算圖XT3-3中對接焊縫①的強(qiáng)度。 。,,2、 果將對接焊縫①改為雙面角焊縫hf=8mm，角焊縫②的hf=6mm，肢背焊縫長度250mm，肢尖焊縫足夠長，試求該結(jié)構(gòu)所能承受最大靜力荷載P,,,3、某

13、柱外側(cè)焊接一塊側(cè)板，采用兩條水平角焊縫焊接如圖XT3-13所示，手工焊，焊條E43系列，焊腳尺寸hf=8mm ,鋼材為Q235-B，板厚均t=12mm。 求該連接所能承受的最大動(dòng)荷載P。,,,,,,,,,角焊縫連接的構(gòu)造要求,3.4 焊接應(yīng)力與焊接變形,,(1) 焊接變形和焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因: 焊接過程中,局部區(qū)域受到高溫作用,引起不均勻的加熱和冷卻,使構(gòu)件產(chǎn)生變形. 在冷卻過程中,焊縫和焊縫附近的鋼材的收縮受到約束

14、而產(chǎn)生應(yīng)力.,(2)焊接應(yīng)力的影響,在常溫和靜荷載作用下，對構(gòu)件的強(qiáng)度無影響，但對剛度則有影響。塑性變形降低，容易產(chǎn)生裂縫。疲勞強(qiáng)度降低。使穩(wěn)定承載力降低。使構(gòu)件提前進(jìn)入塑性階段。,(3)主要焊接應(yīng)力,縱向收縮引起的縱向應(yīng)力(焊縫方向的應(yīng)力):,橫向應(yīng)力(與焊縫垂直方向):,,考慮整體冷卻與焊接次序的疊加,焊接次序的影響,焊縫厚度方向的焊接應(yīng)力:,,厚度小于 25mm時(shí)，厚度方向應(yīng)力不大；但板厚大于50mm時(shí)，厚度方向應(yīng)力可達(dá)5