水工鋼結(jié)構(gòu)-3鋼結(jié)構(gòu)的連接(焊縫)

1、第三章 鋼結(jié)構(gòu)的連接Connections連接的類型 Connection types鋼結(jié)構(gòu)是由各種構(gòu)件連接而成。常用的連接方法： Welded Connections 焊接連接對(duì)接焊縫、角焊縫 Bolted Connections 螺栓連接普通螺栓、高強(qiáng)螺栓 Rivets 鉚釘連接 Fasteners 緊固件連接 1 1、焊縫連接、焊縫連接 2020世紀(jì)初開始在工程結(jié)構(gòu)上較廣泛應(yīng)用。焊接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最世紀(jì)初開始在工程結(jié)構(gòu)上較廣泛應(yīng)用。焊接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最 主要的連接方法之一。主要的連接方法之一。 優(yōu)點(diǎn)：不削弱構(gòu)件截面，構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)約鋼材，加工方便，可優(yōu)點(diǎn)：不削弱構(gòu)件截面，構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)約鋼材，加

2、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。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。題也比較突出。 1919世紀(jì)世紀(jì)20203030年代出現(xiàn)鉚釘連接。把鉚釘加熱到年代出現(xiàn)鉚釘連接。把鉚釘加熱到1000100015001500o oC C，用鉚釘槍鉚合。用鉚釘槍鉚合。 優(yōu)點(diǎn)：塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查和保證，可優(yōu)點(diǎn)：塑性和韌性

3、較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查和保證，可用于承受動(dòng)載的重型結(jié)構(gòu)。用于承受動(dòng)載的重型結(jié)構(gòu)。 缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜、噪音大、勞動(dòng)條件差，用鋼量大，現(xiàn)已很缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜、噪音大、勞動(dòng)條件差，用鋼量大，現(xiàn)已很少采用。少采用。 3 3、螺栓連接、螺栓連接 1 1）普通螺栓連接）普通螺栓連接 （1 1）C C級(jí)螺栓連接：用圓鋼制成，桿身粗糙，尺寸不很準(zhǔn)確。主級(jí)螺栓連接：用圓鋼制成，桿身粗糙，尺寸不很準(zhǔn)確。主要用于受拉連接和安裝螺栓。要用于受拉連接和安裝螺栓。 （2 2）A A、B B級(jí)螺栓連接：螺桿機(jī)加工制成，尺寸準(zhǔn)確，孔加工精級(jí)螺栓連接：螺桿機(jī)加工制成，尺寸準(zhǔn)確，孔加工精度高。制造安裝費(fèi)工。度高。制造安裝費(fèi)工。

4、A A級(jí)：級(jí)：d24mm，l150mm 和和1010d d，B B級(jí)：級(jí)：d24mm，l150mm 和和10d。2). 2). 高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接 2020世紀(jì)中鋼結(jié)構(gòu)開始采用。世紀(jì)中鋼結(jié)構(gòu)開始采用。 高強(qiáng)度螺栓則高強(qiáng)度螺栓則用高強(qiáng)度鋼材制成并經(jīng)熱處理。擰緊螺栓使板件接觸面產(chǎn)生很大用高強(qiáng)度鋼材制成并經(jīng)熱處理。擰緊螺栓使板件接觸面產(chǎn)生很大摩擦力，依靠摩擦力傳力。連接緊密，耐疲勞，承受動(dòng)載可靠。摩擦力，依靠摩擦力傳力。連接緊密，耐疲勞，承受動(dòng)載可靠。是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一。是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法之一。(a) 焊接 （b）螺栓連接 （C）鉚釘連接焊焊 接接電弧焊的原理和焊接

5、方法電弧焊的原理和焊接方法 手工電弧焊手工電弧焊 自動(dòng)（或半自動(dòng)）埋弧焊自動(dòng)（或半自動(dòng)）埋弧焊 氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊縫連接類型焊接結(jié)構(gòu)的特性和焊縫連接類型焊縫代號(hào)（符號(hào)）焊縫代號(hào)（符號(hào)）焊縫強(qiáng)度焊縫強(qiáng)度手工電弧焊手工電弧焊 電焊機(jī)的一個(gè)電極連接于鋼焊件，另一個(gè)電極連接于焊把，電焊機(jī)的一個(gè)電極連接于鋼焊件，另一個(gè)電極連接于焊把，焊把夾住焊條，將焊條與焊件接觸形成焊把夾住焊條，將焊條與焊件接觸形成“短路短路”，焊條與焊件，焊條與焊件間遂發(fā)生電子放射而產(chǎn)生電弧。電弧溫度很高，把焊件鋼材局間遂發(fā)生電子放射而產(chǎn)生電弧。電弧溫度很高，把焊件鋼材局部熔化形成熔池，同時(shí)焊條上的金屬熔化吹入熔

6、池，冷卻后形部熔化形成熔池，同時(shí)焊條上的金屬熔化吹入熔池，冷卻后形成焊縫金屬。成焊縫金屬。用于用于Q235鋼的焊條：鋼的焊條： E43xx用于用于Q345鋼的焊條：鋼的焊條： E50 xx用于用于Q390、Q420鋼的焊條：鋼的焊條： E55xx后面兩位分別表示藥皮類型和適用電源為后面兩位分別表示藥皮類型和適用電源為交流還是直流電交流還是直流電焊條與工件之間的氣體介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，伴有弧光。自動(dòng)埋弧焊自動(dòng)埋弧焊 通電后，電弧發(fā)生在裸焊絲與焊件母材之間，電弧不外露，是埋在通電后，電弧發(fā)生在裸焊絲與焊件母材之間，電弧不外露，是埋在焊劑層內(nèi)發(fā)生的，故名埋弧焊。焊劑層內(nèi)發(fā)生的，故名埋弧焊。 電焊

7、機(jī)自動(dòng)向前移動(dòng)電焊機(jī)自動(dòng)向前移動(dòng)自動(dòng)埋弧焊。自動(dòng)埋弧焊。 電焊機(jī)靠人工移動(dòng)電焊機(jī)靠人工移動(dòng)半自動(dòng)埋弧焊。半自動(dòng)埋弧焊。Q235鋼：鋼：H08、H08A焊絲焊絲 + 焊焊 劑（劑（F4xx) 例如例如: F4A0H08A低合金鋼：低合金鋼：H08A、H08MnA、H10Mn2焊絲焊絲 + 焊劑（焊劑（F5xxx) 例如：例如：F5014H08MnA氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊 氣體保護(hù)焊，采用從焊槍中噴出的氣體保護(hù)施焊過程中的電弧、氣體保護(hù)焊，采用從焊槍中噴出的氣體保護(hù)施焊過程中的電弧、熔池和高溫焊縫金屬，用保護(hù)氣體代替焊劑。熔池和高溫焊縫金屬，用保護(hù)氣體代替焊劑。 鋼結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)采用CO2氣體保護(hù)焊

8、。氣體保護(hù)焊。 CO2氣體保護(hù)焊采用高錳高硅型焊絲，具有較強(qiáng)的抗銹能力，氣體保護(hù)焊采用高錳高硅型焊絲，具有較強(qiáng)的抗銹能力，焊縫不易產(chǎn)生氣孔，適用于碳素鋼、低合金高強(qiáng)度鋼以及其他合金焊縫不易產(chǎn)生氣孔，適用于碳素鋼、低合金高強(qiáng)度鋼以及其他合金鋼的焊接。鋼的焊接。CO2氣體保護(hù)焊機(jī)電阻焊電阻焊 電阻焊是利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的電阻焊是利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來熔化金屬，再通過壓力使其焊合。冷彎薄壁型鋼的焊熱量來熔化金屬，再通過壓力使其焊合。冷彎薄壁型鋼的焊接，常用電阻點(diǎn)焊，板疊總厚度一般不超過接，常用電阻點(diǎn)焊，板疊總厚度一般不超過12mm，焊點(diǎn)應(yīng)主，焊點(diǎn)應(yīng)主要承受

9、剪力，其抗拉要承受剪力，其抗拉(撕裂撕裂)能力較差。能力較差。焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與螺栓連接相比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：與螺栓連接相比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1 焊縫連接不需鉆孔，截面尺寸無削弱，不需要額外的連接鋼板，省焊縫連接不需鉆孔，截面尺寸無削弱，不需要額外的連接鋼板，省工省料，經(jīng)濟(jì)；工省料，經(jīng)濟(jì)；2 焊接結(jié)構(gòu)密封性好，剛度大和整體性好；焊接結(jié)構(gòu)密封性好，剛度大和整體性好；3 可用于鋼管間的可用于鋼管間的Y形和形和T形復(fù)雜連接。形復(fù)雜連接。 缺陷：在附近的主體金屬中形成缺陷：在附近的主體金屬中形成“熱影響區(qū)熱影響區(qū)”（大致（大致56mm)，易導(dǎo)致材，易導(dǎo)致材質(zhì)變脆；質(zhì)變脆； 焊縫易存在各種缺陷：焊縫易存在

10、各種缺陷：焊接殘余應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)變、焊接殘余應(yīng)變、局部裂紋、局部裂紋、咬邊、氣孔、夾渣、咬邊、氣孔、夾渣、母材被燒穿等。母材被燒穿等。裂紋 焊瘤 燒穿 弧坑 氣孔夾渣 咬邊 未熔合 未焊透焊接連接形式和焊縫形式接頭形式：接頭形式： 對(duì)接接頭對(duì)接接頭 搭接接頭搭接接頭 T形接頭形接頭焊縫類別：焊縫類別： 對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫 坡口焊縫坡口焊縫 Groove Weld 角焊縫角焊縫 側(cè)面角焊縫、正面角焊縫側(cè)面角焊縫、正面角焊縫 Fillet Weld 多為直角焊縫，少數(shù)為斜角焊縫多為直角焊縫，少數(shù)為斜角焊縫 焊接位置：焊接位置：平焊、橫焊、立焊、仰焊平焊、橫焊、立焊、仰焊 焊縫若按其工

11、作性質(zhì)來分有強(qiáng)度焊縫和密強(qiáng)焊縫兩種。焊縫若按其工作性質(zhì)來分有強(qiáng)度焊縫和密強(qiáng)焊縫兩種。強(qiáng)度焊縫只作為傳遞內(nèi)力之用，密強(qiáng)焊縫除傳遞內(nèi)力外，強(qiáng)度焊縫只作為傳遞內(nèi)力之用，密強(qiáng)焊縫除傳遞內(nèi)力外，還須保證不使氣體或液體滲漏。還須保證不使氣體或液體滲漏。 焊縫代號(hào) 焊縫符號(hào)表示法焊縫符號(hào)：指引線+基本符號(hào)焊縫強(qiáng)度：焊縫強(qiáng)度： 公橋規(guī)公橋規(guī) 受拉的焊縫容許應(yīng)力與基本鋼材的容許應(yīng)力相同，受剪受拉的焊縫容許應(yīng)力與基本鋼材的容許應(yīng)力相同，受剪的焊縫容許應(yīng)力與基本鋼材的容許剪應(yīng)力相同。的焊縫容許應(yīng)力與基本鋼材的容許剪應(yīng)力相同。 工民建鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫抗拉強(qiáng)度對(duì)一級(jí)、二級(jí)焊縫取母材的強(qiáng)工民建鋼結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫抗拉強(qiáng)度對(duì)一級(jí)、

12、二級(jí)焊縫取母材的強(qiáng)度，三級(jí)焊縫降低度，三級(jí)焊縫降低15%左右（表左右（表3-1）；水工鋼閘門等水工鋼結(jié)構(gòu)，）；水工鋼閘門等水工鋼結(jié)構(gòu)，采用焊縫的容許應(yīng)力（采用焊縫的容許應(yīng)力（表表3-2 ） 三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 對(duì)全焊透的一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查外，還要求用超聲波對(duì)全焊透的一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查外，還要求用超聲波探傷儀檢查內(nèi)部缺陷，超聲波探傷不能對(duì)缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)采用探傷儀檢查內(nèi)部缺陷，超聲波探傷不能對(duì)缺陷作出判斷時(shí)，應(yīng)采用x射線探傷檢查，符合國(guó)家相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。射線探傷檢查，符合國(guó)家相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)

13、準(zhǔn)的要求。 一級(jí)一級(jí)100%探傷，二級(jí)探傷，二級(jí)20%探傷探傷角焊縫角焊縫的抗剪強(qiáng)度： Q235鋼 160MPa Q345鋼 200MPa Q390鋼、Q420鋼 220MPa 對(duì)接焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算Details &. Design of Groove Welds一、構(gòu)造要求二、焊縫強(qiáng)度計(jì)算方法三、例題施工要求：施工要求： 鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定對(duì)焊縫施焊時(shí)，應(yīng)在焊規(guī)定對(duì)焊縫施焊時(shí)，應(yīng)在焊縫的兩端設(shè)置引弧板，引弧板將焊縫引出的長(zhǎng)度：埋弧焊大于縫的兩端設(shè)置引弧板，引弧板將焊縫引出的長(zhǎng)度：埋弧焊大于50mm，手工電弧焊和氣體保護(hù)焊大于，手工電弧焊和氣體保護(hù)焊大于2

14、0mm。 當(dāng)設(shè)置引弧板有困難時(shí)，可不設(shè)引弧板，但焊縫長(zhǎng)度等于實(shí)當(dāng)設(shè)置引弧板有困難時(shí)，可不設(shè)引弧板，但焊縫長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減去際長(zhǎng)度減去2t (t為焊件的較小厚度）。為焊件的較小厚度）。 焊接完畢，用氣割將引弧板切除，并將焊件邊緣修磨平整，焊接完畢，用氣割將引弧板切除，并將焊件邊緣修磨平整，嚴(yán)禁用錘敲掉引弧板。嚴(yán)禁用錘敲掉引弧板。 轉(zhuǎn)角處盡可能連續(xù)施焊。轉(zhuǎn)角處盡可能連續(xù)施焊。構(gòu)造要點(diǎn) 1. 1.對(duì)接焊縫必須焊透，焊件邊緣應(yīng)加工成相應(yīng)的坡口；對(duì)接焊縫必須焊透，焊件邊緣應(yīng)加工成相應(yīng)的坡口； 2.2.在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)兩焊件寬度不同或厚度相差在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)兩焊件寬度不同或厚度相差4mm4m

15、m以上以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向做成坡度不大于時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向做成坡度不大于1:2.51:2.5的斜坡（直的斜坡（直接承受動(dòng)力荷載且需要進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)不大于接承受動(dòng)力荷載且需要進(jìn)行疲勞計(jì)算時(shí)不大于1 1：4 4）；）； 3.3.采用對(duì)接焊縫拼接鋼板時(shí)，縱橫兩方向的對(duì)接焊縫，可采用十采用對(duì)接焊縫拼接鋼板時(shí)，縱橫兩方向的對(duì)接焊縫，可采用十字形交叉或字形交叉或T T形交叉。形交叉。T T形交叉點(diǎn)應(yīng)分散，其間距不得小于形交叉點(diǎn)應(yīng)分散，其間距不得小于200mm200mm。強(qiáng)度計(jì)算1、承擔(dān)軸心力2、承擔(dān)彎矩和剪力)(cwwtwcwtwfftlN或或wvwwwtwftIVSfWM在正應(yīng)

16、力和剪應(yīng)力同時(shí)作用點(diǎn)處：wcwtff1.1 1.1322或1.1為考慮到最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)，而將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高系數(shù)。為考慮到最大折算應(yīng)力只在局部出現(xiàn)，而將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高系數(shù)。采用斜焊縫時(shí)（三級(jí)焊縫）ffbtNtlNffbtNtlNwvwwtw58. 0cossincos85. 0sinsin2當(dāng)當(dāng) 時(shí)，即時(shí)，即 時(shí)時(shí)斜焊縫與鋼板等強(qiáng)。斜焊縫與鋼板等強(qiáng)。 規(guī)范規(guī)定，當(dāng)斜焊縫與作用力規(guī)范規(guī)定，當(dāng)斜焊縫與作用力N間的夾角間的夾角 符合符合tg1.5 (即即 56.3)時(shí)，可不驗(yàn)算其強(qiáng)度。工程中通常取時(shí)，可不驗(yàn)算其強(qiáng)度。工程中通常取 =45。 一般情況下，按一、二級(jí)焊縫質(zhì)量要求時(shí)，且有引

17、弧板，對(duì)接一般情況下，按一、二級(jí)焊縫質(zhì)量要求時(shí)，且有引弧板，對(duì)接焊縫的強(qiáng)度沒有必要驗(yàn)算。焊縫的強(qiáng)度沒有必要驗(yàn)算。85. 0sin22 .67該例題表明當(dāng)tan 1.5時(shí)，焊縫強(qiáng)度能夠保證，可不驗(yàn)算。P46 例3-2角焊縫為沿兩直交或斜交焊件的交線焊接的焊縫，可用于對(duì)角焊縫為沿兩直交或斜交焊件的交線焊接的焊縫，可用于對(duì)接、搭接以及直角或斜角相交的接、搭接以及直角或斜角相交的T T形和角接接頭中。角焊縫施焊形和角接接頭中。角焊縫施焊時(shí)板邊不需要加工坡口，施焊較方便。時(shí)板邊不需要加工坡口，施焊較方便。 角焊縫兩焊腳邊的夾角角焊縫兩焊腳邊的夾角一般為一般為9090。（直角角焊縫），若（直角角焊縫），若

18、該夾角大于或小于該夾角大于或小于9090。 ；則稱為斜角角焊縫。；則稱為斜角角焊縫。角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算Configuration &. Design of Fillet Weld 側(cè)面角焊縫、 正面角焊縫 構(gòu)造要點(diǎn) 1. 最小焊腳尺寸最小焊腳尺寸 hf min 手工焊： 自動(dòng)焊： T形連接單面焊縫： 當(dāng)焊件厚度 式中 t 為較厚焊件的厚度（mm)2. 最大焊腳尺寸最大焊腳尺寸 hf max t為較薄焊件的厚度。 板件厚度為t1的板件邊緣焊縫尚應(yīng)滿足： (1) (2) )( 5 . 1mmthf)( 1-5 . 1mmthf)( 15 . 1mmthfthmmtf時(shí)，則取4thf2 . 1;61

19、1thmmtf時(shí)，當(dāng)。時(shí)，當(dāng)mmthmmtf)21 (611為什么焊腳尺寸不能過??？為什么焊腳尺寸不能過?。?焊腳尺寸過小，在施焊過程中高溫的焊縫熱量很快被焊件吸收，焊縫冷卻過快，焊縫易變脆。為什么焊腳尺寸也不能過大？為什么焊腳尺寸也不能過大？ 焊腳尺寸過大，可能造成焊件過燒或被燒穿； 焊腳尺寸過大，冷卻時(shí)的收縮變形加大，增大焊接應(yīng)力，焊件易產(chǎn)生翹曲變形。3. 焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度 1). 角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜過小； 2). 側(cè)面角焊縫不宜過長(zhǎng)； (靜載)； (動(dòng)載) lw若超出上述規(guī)定值，超長(zhǎng)部分不予考慮。 側(cè)面角焊縫沿長(zhǎng)度方向受力不均勻，兩端大而中間小，故規(guī)側(cè)面角焊縫沿長(zhǎng)度方向受力

20、不均勻，兩端大而中間小，故規(guī)定有效長(zhǎng)度。定有效長(zhǎng)度。 若內(nèi)力是沿側(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，其計(jì)算長(zhǎng)度不受此限制。4. 在端焊縫的搭接連接中，搭接長(zhǎng)度5t1及25mm5. 在次要構(gòu)件或次要焊縫中，由于焊縫受力不大，可采用間斷焊縫間斷焊縫。 焊段長(zhǎng)度 焊段凈距 t1為較薄焊件厚度mmlhlwfw40,8且fwhl60 mmlhlwfw50,10且受拉）受壓）(30(151010tltlfwhl40 僅有兩邊側(cè)面焊縫時(shí)，且要同時(shí)滿足否則，應(yīng)加槽焊。mmtb19016min或wlb 主要承受縱向剪應(yīng)力，沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻，兩端剪應(yīng)力大，中間較小。破壞前由于塑性發(fā)展，逐漸趨向均勻。 剪切破壞通常發(fā)生在

21、焊縫截面三角形的最小厚度的平面上。 he=hfcos450.7hf側(cè)面角焊縫的受力及破壞情況 焊角尺寸焊角尺寸：hfd c b adcbahe ehfhf1 1）焊縫的破壞面）焊縫的破壞面直角焊縫的基本計(jì)算公式直角焊縫的基本計(jì)算公式試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常沿有效厚度方向發(fā)生。沿有效厚度方向發(fā)生。直角角焊縫截面直角角焊縫截面 有效厚度有效厚度：he （0.7hf） 焊縫厚度焊縫厚度：有效厚度有效厚度+熔深熔深+凸度凸度 有效截面有效截面：有效厚度有效厚度計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)假定有效截面上應(yīng)力均勻計(jì)算時(shí)假定有效截面上應(yīng)力均勻分布。分布。2 2）有效截面上的應(yīng)力狀態(tài)

22、）有效截面上的應(yīng)力狀態(tài)角焊縫有效截面上的應(yīng)力角焊縫有效截面上的應(yīng)力國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISOISO）推薦）推薦下式確定角焊縫的極限強(qiáng)度下式確定角焊縫的極限強(qiáng)度222wu1.8()fd a dacche e 在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個(gè)應(yīng)力：在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個(gè)應(yīng)力： 正應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面外垂直）正應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面外垂直） 剪應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面內(nèi)平行）剪應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面內(nèi)平行） 剪應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面內(nèi)垂直）剪應(yīng)力，與焊縫長(zhǎng)度方向（面內(nèi)垂直） 式中：式中： fuw -焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度wf2112233

23、fffw角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值我國(guó)我國(guó)規(guī)范規(guī)范采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項(xiàng)系數(shù)后采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項(xiàng)系數(shù)后得角焊縫計(jì)算公式為：得角焊縫計(jì)算公式為：222wu3()f 出于偏于安全考慮，且與母材的能量強(qiáng)度理論的折算出于偏于安全考慮，且與母材的能量強(qiáng)度理論的折算應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)（應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)（ECCSECCS），將上式的），將上式的1.81.8改為改為3 3，即：，即：ffw由角焊縫抗剪條件確定，所以公式右邊相當(dāng)于角焊由角焊縫抗剪條件確定，所以公式右邊相當(dāng)于角焊縫抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?？p抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。直角角焊縫的計(jì)算直角角焊縫的計(jì)算 如圖所示承受互

24、相垂直的如圖所示承受互相垂直的Ny、Nx兩個(gè)軸心力作用的直角兩個(gè)軸心力作用的直角角焊縫，角焊縫，Ny垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力 f，其在有效其在有效截面上引起的應(yīng)力值為：截面上引起的應(yīng)力值為：weyflhN f 對(duì)于有效截面既不是正應(yīng)力也對(duì)于有效截面既不是正應(yīng)力也不是剪應(yīng)力，但可分解為不是剪應(yīng)力，但可分解為 和和 。2f對(duì)直角角焊縫對(duì)直角角焊縫 ：3 3）實(shí)用計(jì)算方法）實(shí)用計(jì)算方法直角角焊縫的計(jì)算直角角焊縫的計(jì)算沿焊縫長(zhǎng)度方向的力沿焊縫長(zhǎng)度方向的力Nx，在有效截面上引起平行于焊在有效截面上引起平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力 f。wezflhN則直

25、角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計(jì)算公式為：則直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計(jì)算公式為：wff33222wf2f2fffwff33242322f2f2ff2f22. 123f f 正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。靜載時(shí)系數(shù)。靜載時(shí) f 1.22，對(duì)直接承受對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)， f 1.0 。 正面角焊縫正面角焊縫 f0，力力N與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫 f0，力力N與焊縫長(zhǎng)度方向平行。與焊縫長(zhǎng)度方向平行。wffwefflhNwfwefflhN22wfffff以上各式中：以上各式中： he=0.7hf； lw角焊縫

26、計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其實(shí)際長(zhǎng)度減去缺陷時(shí)，每條焊縫取其實(shí)際長(zhǎng)度減去2hf。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017-2003角焊縫的計(jì)算角焊縫的計(jì)算1.1.軸心力（拉力、壓力和剪力）作用時(shí)角焊縫的計(jì)算軸心力（拉力、壓力和剪力）作用時(shí)角焊縫的計(jì)算 當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫群的中心，當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。(1(1）用蓋板的對(duì)接連接）用蓋板的對(duì)接連接wffe wNfh lA A、僅采用側(cè)面角焊縫連接、僅采用側(cè)面角焊縫連接NNl lw wS Slw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫連接一

27、側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和計(jì)算長(zhǎng)度的總和角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度=l實(shí)-2hfwffweNfl hB B、采用三面圍焊連接、采用三面圍焊連接wffweNNfl hNNl lw wl lw w先計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力先計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力S Slw連接一側(cè)的正面角焊縫連接一側(cè)的正面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和計(jì)算長(zhǎng)度的總和再計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度再計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度S Slw連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和計(jì)算長(zhǎng)度的總和解 ：雙面蓋板每面蓋板所需截面積： b1t1=N(2f)1400103(2215)=3256 mm2： 蓋板 450 8mm (3600mm2) 采用三面圍焊 hf=

28、6 mm （1）端焊縫的承載力 側(cè)面焊縫長(zhǎng)度 實(shí)際取260mm。 N 73785616022. 1450267 . 07 . 0wffwfeflhNmm 252616067 . 047378561014006)7 . 0(43wffewfhNNl(2(2）承受斜向軸心力的角焊縫）承受斜向軸心力的角焊縫NNxNy f f軸心力軸心力作用下的角焊縫作用下的角焊縫平行于焊縫長(zhǎng)度方向的分力平行于焊縫長(zhǎng)度方向的分力Ncos 垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的分力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的分力Nsin wefsinlhNwelhNcosf外力外力N和焊縫長(zhǎng)度方向斜交，焊縫受到的力和焊縫長(zhǎng)度方向斜交，焊縫受到的力N被分解為：被

29、分解為：于是有焊縫計(jì)算公式：于是有焊縫計(jì)算公式：wf2we2wefcossinflhNlhNSSwf2f2fffwtffflhNwewf2we22we3sin1cos5 . 1sinflhNlhN取取5 . 122. 122f得：得：令：令：3sin112f則斜焊縫的計(jì)算公式為：則斜焊縫的計(jì)算公式為： 020 30 40 50 60 70 8090 f 1.001.021.041.001.22將將 f f （斜焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)）作成表格（斜焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)）作成表格（3 3）承受軸心力的角鋼端部連接）承受軸心力的角鋼端部連接 在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫常用兩

30、面?zhèn)仍阡撹旒苤校卿摳箺U與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫常用兩面?zhèn)群?，或三面圍焊，特殊情況也允許采用焊，或三面圍焊，特殊情況也允許采用L L形圍焊（如圖所形圍焊（如圖所示）。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，示）。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。NN1N2eb角鋼的側(cè)縫連接角鋼的側(cè)縫連接 a) a) 僅用側(cè)面焊縫連接僅用側(cè)面焊縫連接NNN2112-N eNb e解上式得肢背和肢尖的受力為：解上式得肢背和肢尖的受力為：11b eNNK Nb22eNNK Nb 在在N1、N2作用下，側(cè)縫的作用下，側(cè)縫的計(jì)

31、算長(zhǎng)度為：計(jì)算長(zhǎng)度為：1w1wf1f20.7Nlhf2w 2wf 2f20.7Nlhf由平衡條件得：由平衡條件得：肢背肢背肢尖肢尖K1角鋼肢背焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)角鋼肢背焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)K2角鋼肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)角鋼肢尖焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K b) b) 角鋼用三面圍焊時(shí)角鋼用三面圍焊時(shí)，可減小角鋼的搭接長(zhǎng)度?？上燃俣ㄕ?，可減小角鋼的搭接長(zhǎng)度?？上燃俣ㄕ娼呛缚p的焊腳尺寸面角焊縫的焊腳尺寸hf3 ，并算出它所能承受的內(nèi)力并算出它所能承受的內(nèi)力N3 ：wfff337 . 02fbhN11312NK NN通過平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為通過平衡關(guān)系

32、得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為: :22312NK NN 角鋼角焊縫圍焊的計(jì)算角鋼角焊縫圍焊的計(jì)算NN1N2ebN3lw2lw1c) c) 當(dāng)采用當(dāng)采用L L形圍焊時(shí)形圍焊時(shí)，令，令N20，得：得：L L形圍焊角焊縫計(jì)算公式為：形圍焊角焊縫計(jì)算公式為：322NK N13NNN若求出得若求出得hf3大于大于hfmax , ,則不能采用則不能采用L L形圍焊。形圍焊。1w1wf1f3f3wffw32 0.72 0.7Nlh fNhf l例題例題3-3NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNyh he eh he et t（1）受彎矩）受彎矩M 、剪力、剪力V 、軸力、軸力N聯(lián)合作用時(shí)角焊

33、縫的計(jì)算聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算xxNee w2NNAh l由軸心拉力由軸心拉力Nx產(chǎn)生的應(yīng)力：產(chǎn)生的應(yīng)力：由彎矩由彎矩M產(chǎn)生的最大應(yīng)力：產(chǎn)生的最大應(yīng)力：M2ee w62MMWh l2.復(fù)雜受力時(shí)角焊縫連接計(jì)算復(fù)雜受力時(shí)角焊縫連接計(jì)算A點(diǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力：點(diǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力：yfweNl hxf2e we w6NMh lh lA點(diǎn)控制應(yīng)力最大點(diǎn)控制應(yīng)力最大, 為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)A點(diǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力由兩部分組成：軸心拉力點(diǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力由兩部分組成：軸心拉力Nx和彎矩和彎矩M產(chǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力。直接疊加得：生的正應(yīng)力。直接疊加得：22wfffff代入角焊縫實(shí)用計(jì)算公式：代入角焊縫實(shí)用計(jì)算公式：（2 ）V、M共

34、同作用下焊縫強(qiáng)度計(jì)算共同作用下焊縫強(qiáng)度計(jì)算h1f1f1f2f2f fxxh h2221h1MeFVM對(duì)于對(duì)于1點(diǎn)：點(diǎn)：式中：式中：Iw全部焊縫有效截面對(duì)中性軸的慣性矩；全部焊縫有效截面對(duì)中性軸的慣性矩； h1兩翼緣焊縫有效截面最外纖維間的距離兩翼緣焊縫有效截面最外纖維間的距離w1f1ffw2hMfI假設(shè)：腹板焊縫承受全部剪力，全部焊縫承受彎矩假設(shè)：腹板焊縫承受全部剪力，全部焊縫承受彎矩h1f1f1f2f2f fxxh h2221h1MeFVM對(duì)于對(duì)于2點(diǎn)：點(diǎn)：2f 2f 1 fwe 2w 22hMVIhl 22wf2f2fff強(qiáng)度驗(yàn)算公式：強(qiáng)度驗(yàn)算公式：h2 腹板焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度；腹板焊縫的實(shí)際

35、長(zhǎng)度；lw2腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度；腹板焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度；he2腹板焊縫截面有效高度。腹板焊縫截面有效高度。P55 例3-4w2e2ff2lhV工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣角焊縫的連接另一種計(jì)算方法是使焊縫工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣角焊縫的連接另一種計(jì)算方法是使焊縫傳遞應(yīng)力近似與材料所承受應(yīng)力相協(xié)調(diào)，即傳遞應(yīng)力近似與材料所承受應(yīng)力相協(xié)調(diào)，即假設(shè)腹板焊縫只承受剪力，假設(shè)腹板焊縫只承受剪力，翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，并將彎矩翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，并將彎矩M化為一對(duì)水平力化為一對(duì)水平力H=M/h。腹板焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式：腹板焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式：wffe2 w22Vfh lMf1Mf2VfHHwfffe1 w1Hfh

36、 l翼緣焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式：翼緣焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式：（3）三面圍焊受扭矩、剪力聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算）三面圍焊受扭矩、剪力聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算承受偏心力的三面圍焊承受偏心力的三面圍焊 Fe1rxahl2xxyyAA0TVre將將F向焊縫群形心簡(jiǎn)化得向焊縫群形心簡(jiǎn)化得: : 軸心力軸心力 VF扭矩扭矩 T=Fe故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為故：該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為A A點(diǎn)和點(diǎn)和A A點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算時(shí)按彈性理論假定計(jì)算時(shí)按彈性理論假定: :被連接件絕對(duì)剛性，它有繞焊縫形心被連接件絕對(duì)剛性，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而焊縫本身為彈性。旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而焊縫本身為彈性。扭距在扭距在角焊縫群上產(chǎn)生的任一點(diǎn)的應(yīng)角焊縫群上

37、產(chǎn)生的任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長(zhǎng)度力大小與連線長(zhǎng)度r成正比。成正比。在在軸心力軸心力V作用下，焊縫群上的應(yīng)力作用下，焊縫群上的應(yīng)力均勻分布。均勻分布。PTIrT e2x0l l1l l2xxyyAA0TFrxxyyrrxryA0h he e T T f VAT作用下作用下A點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力:pxxPTfpyyPTTcossinITrrrIrTITrrrIrT TIp為焊縫計(jì)算截面對(duì)形心的為焊縫計(jì)算截面對(duì)形心的極慣性矩，極慣性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy焊縫計(jì)算截面對(duì)焊縫計(jì)算截面對(duì)x、y軸的慣性矩；軸的慣性矩； rx、ry為焊縫

38、形心到焊縫驗(yàn)為焊縫形心到焊縫驗(yàn)算點(diǎn)在算點(diǎn)在x、y方向的距離。方向的距離。V產(chǎn)生的應(yīng)力按均勻分產(chǎn)生的應(yīng)力按均勻分布計(jì)算，布計(jì)算，A點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力:Fe wVh lA點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為: f， V，平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為: T強(qiáng)度驗(yàn)算公式：強(qiáng)度驗(yàn)算公式：22wfVTfff即： VxxyyrrxryA0h he e T T f VA例題3-5對(duì)接焊縫與角焊縫的比較焊接應(yīng)力和焊接變形Welding Stress & Welding Deformation一、焊接殘余應(yīng)力及其影響 增大結(jié)構(gòu)的變形，降低結(jié)構(gòu)剛度，影響受壓柱的穩(wěn)定承載力，局部形成三向拉應(yīng)力場(chǎng)。約束狀態(tài)下的焊接應(yīng)力ybtftbB)(yyyyBtfbtfBtftbBftb