焊縫的構造和計算教學課件

1、3 鋼結構的連接設計3.5 對 接 焊 縫的構造和計算3.5.1對 接 焊 縫的 構 造：坡口形式直邊縫單邊V形縫雙邊V形縫板厚 t 20 mm3 鋼結構的連接設計不同寬度不同厚度可不設斜坡引弧板3.5.2其它構造3 鋼結構的連接設計3.5.3 焊縫截面焊縫截面厚度焊縫所連接板件的較薄厚度；焊縫截面計算長度 采用引弧板時，焊縫全長有效； 未采用引弧板時，計算焊縫長度=焊縫長度減去2t。t為對接接頭中為連接件的較小厚度；在T形接頭中為腹板厚度;3.4.4 傳力特性（1）焊縫傳遞焊件拼接處所承受的構件內力（2）力線沒有轉折（或基本沒有轉折） 3 鋼結構的連接設計3.5.4 焊縫強度設計值3 鋼結構

2、的連接設計確定計算截面上的內力（荷載效應）2. 確定焊縫質量檢驗等級 根據(jù)結構重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應力狀態(tài)等對接焊縫一般均有全熔透要求，等級為二級或一級 3. 確定焊縫強度設計值 抗拉強度 抗壓強度 抗剪強度 4. 計算焊縫截面特性 截面面積A、慣性矩I、截面模量W、面積矩S等5. 應力計算6. 強度校核3.5.6 計算步驟3 鋼結構的連接設計直焊縫引弧板N 軸心拉力或壓力tw 焊縫厚度（不同板連接時為較小板厚）lw 焊縫計算長度，有引弧板lwL， 無引弧板lwL2t（較小板厚） 對接焊縫抗拉或抗壓設計強度強度焊縫應力驗算式中：3.5.7 典型節(jié)點（1）焊縫軸心受力直縫直縫

3、3 鋼結構的連接設計斜焊縫焊縫應力簡化驗算lw 斜焊縫計算長度， 對接焊縫抗剪設計強度強度規(guī)范規(guī)定當 ，可不驗算。斜縫3.5.7典型節(jié)點（1）焊縫軸心受力斜縫3 鋼結構的連接設計彎矩 M剪力 V平板梁 工字形梁應力分布應力分布彎矩 M剪力 V軸力 N應力分布3.5.7 典型節(jié)點（2）梁的拼接彎矩、剪力、軸力作用3 鋼結構的連接設計彎矩 M 剪力 V梁柱連接處柱牛腿處atw焊縫截面應力分布與一般梁中連接計算不同：剪力僅由梁或牛腿腹板承受 3.5.7典型節(jié)點（3）牛腿焊接彎矩、剪力作用3 鋼結構的連接設計焊縫有效抗剪面積，整個焊縫截面的面積； 3.5.7典型節(jié)點（4）牛腿焊接彎矩、剪力、軸力作用3

4、 鋼結構的連接設計3.6 角焊縫的構造和計算直角焊縫斜角焊縫3.6.1 角焊縫的構造 ： 角焊縫的截面（1）按兩焊角邊夾角劃分 除鋼管結構外, 對于135o或6mm時， hf,max t -(12)mm；鋼管構件除外 對圓孔或槽孔內的角焊縫，焊腳尺寸尚不宜大于圓孔直徑或槽孔短徑的1/33 鋼結構的連接設計（3）最小焊腳尺寸hf,min6.2 角焊縫截面尺寸（3）式中: t2-較厚焊件厚度。 當t24mm時, hf,min = t2另: 對于自動埋弧焊hf,min可減去1mm; 對于T型連接單面角焊縫hf,min應加上1mm; 3 鋼結構的連接設計（4）側縫的最大計算長度3.6.2 角焊縫截面尺

5、寸（4）當實際長度大于以上值時，計算時不考慮超過部分的強度；但當內力沿側焊縫全長分布時，不受上式限制。（5）角焊縫的最小計算長度當焊件的焊接長度不受限制時，在滿足最大焊縫長度的要求下，小而長的焊縫比大而短的焊縫好！3 鋼結構的連接設計（6）搭接連接的構造要求3.6.2 角焊縫截面尺寸（5）C、角焊縫的端部位于構件轉角處時，應作2hf的繞角焊，且轉角處必須連續(xù)施焊。D、在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，且不得小于25mm。b2hft1t23 鋼結構的連接設計構造要求匯總3.6.2 角焊縫截面尺寸（6）3 鋼結構的連接設計角焊縫的其它構造要求： (1) 承受動力荷載的結構中，垂直于

6、受力方向的焊縫不宜采用不焊透的對接焊縫。 (2) 在直接承受動力荷載的結構中，角焊縫表面應做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：對正面角焊縫宜為1:1.5,長邊順內力方向；對側面角焊縫可為1:1。 (3) 在次要構件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角焊縫。斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應大于15t（對受壓構件）或30t（對受拉構件），t為較薄焊件的厚度。 3.6.2 角焊縫截面尺寸（7）3 鋼結構的連接設計（1）端縫：焊縫垂直于受力方向，其特點為受力后應力狀態(tài)較復雜，應力集中嚴重，焊縫根部形成高峰應力，易于開裂。端縫破壞強度要高一些，但塑性差。 （2）側縫：焊縫長度方向與受力方向平行，其特點為應力分布簡單些

7、，但分布并不均勻，剪應力兩端大，中間小。側縫強度低，但塑性較好。 3.7 角焊縫的受力特點3 鋼結構的連接設計3.7.1側縫的應力狀態(tài)主要受剪應力，分布不均，兩頭大中間小， 焊縫越長應力不均勻程度越高強度相對較低，塑性較好破壞常發(fā)生在近似45斜平面上3 鋼結構的連接設計角焊縫應力狀態(tài)遠比側焊縫復雜正、剪應力都有，且分布很不均勻根部應力集中最厲害，常常是開裂的起源點焊縫破壞強度高，但塑性差端焊縫應力分布ABCD3.7.2端縫應力狀態(tài)破壞模式3 鋼結構的連接設計90側焊縫0端焊縫荷載變形曲線3.7.3 端縫與側縫的比較3 鋼結構的連接設計端焊縫側焊縫 計算截面 均取焊縫45喉部為有效截面（假定破壞

8、截面）有效焊縫高度 h e 0.7 h f (焊縫高度)h fh fh e有效截面計算焊縫長度lw 每條連續(xù)焊縫的長度2h f（每端扣h f ）3.7.4 角焊縫的計算截面（1）hfhehh1h2deh-焊縫厚度、h1熔深h2凸度、d焊趾、e焊根3 鋼結構的連接設計 角焊縫的有效截面為平分角焊縫夾角的截面，破壞往往從這個截面發(fā)生。有效截面的高度（不考慮焊縫余高）稱為角焊縫的有效厚度he ， 當 =90o 時： he 0.7 hf ； 其他： he hf cos( /2)。3.7.4角焊縫的計算截面（2）3 鋼結構的連接設計破壞面試驗公式 3.7.5 角焊縫的計算應力（1）NyNx= fhelw

9、45O45Ohf3 鋼結構的連接設計簡化公式 f 端焊縫強度增大系數(shù) f直角焊縫斜角焊縫 1.01.22 靜載、 間接動載 1.0 直接動載 f當 0 時 0 時式中： 平行焊縫長度方向的計算應力 垂直焊縫長度方向的計算應力 角焊縫強度設計值 危險點3.7.5 角焊縫的計算應力（2）3 鋼結構的連接設計3.7.6 角焊縫強度設計值3 鋼結構的連接設計 角焊縫計算的基本公式 式中 f 正面角焊縫的強度設計值增大系數(shù)， ；但對直接承受動力荷載結構中的角焊縫，由于正面角焊縫的剛度大，韌性差，應取f 1.0； f按角焊縫有效截面計算，垂直于焊縫長度方向的正應力； f 按角焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方

10、向的剪應力。 3.8角焊縫計算3 鋼結構的連接設計3.8.1 計算步驟軸力、剪力及聯(lián)合作用彎矩及與軸力、剪力的共同作用扭矩及與軸力、剪力的共同作用焊縫群截面特性計算計算長度：非連續(xù)焊縫計算長度Lw=L-nhf 連續(xù)焊縫只考慮起弧和落弧處的扣除hf焊縫群形心軸確定、有效截面積、截面模量計算等 應力計算強度校核確定焊縫（焊縫群）內力分析3 鋼結構的連接設計兩邊側焊兩邊端焊驗算 端焊縫強度提高系數(shù)驗算認為焊縫有效截面上應力均勻分布一條單獨的焊縫，每端扣除hf3.8.2 典型節(jié)點（1）拼接板連接 承受軸力N作用3 鋼結構的連接設計驗算四周圍焊當焊縫受直接動力荷載時：由端焊縫1N1122再驗算側焊縫N1

11、lw1N2，lw2減小拼接板角部應力集中四周菱形圍焊簡化驗算 無論靜載、動載3.8.2 典型節(jié)點（1）拼接板連接 承受軸力N作用 3.8.2典型節(jié)點（1） 受軸心力作用時 一般情況：軸心力N通過焊縫重心，且與焊縫長度方向的夾角為：3 鋼結構的連接設計特殊情況： =90，焊縫長度與受力方向垂直（正面角焊縫）： (3-6) =0，焊縫長度與受力方向平行（側面角焊縫） ： (3-7) 式中 lw為連接一側所有焊縫的計算長度之和，每條焊縫按實際長度減去2hf。 3 鋼結構的連接設計3 鋼結構的連接設計肢背焊縫肢尖焊縫blw2lw1兩邊側焊N1、N2 不均勻分配3.8.3 典型節(jié)點（2）角鋼與拼接板連接

12、 承受軸力N作用N1 +N2 =NN1 e1 = N2 e2e1 + e2 =b由平衡3 鋼結構的連接設計角鋼類型連接形式內力分配系數(shù)肢背K1肢尖K2等肢角鋼0.700.30不等肢角鋼短肢連接0.750.25不等肢角鋼長肢連接0.650.353.8.3 典型節(jié)點（2）角鋼與拼接板連接 承受軸力N作用 3.8.3 典型節(jié)點（3）角鋼與拼接板連接 承受軸力N作用角鋼用三面圍焊與節(jié)點板連接的焊縫計算 3 鋼結構的連接設計blw2lw1三面圍焊N1 +N2 +N3 =NN1 e1 = N2 e2 +N3(e2 b/2) e1 + e2 =b端部正面角焊縫能傳遞的內力為： 3 鋼結構的連接設計由平衡3.

13、8.3 典型節(jié)點（4）角鋼與拼接板連接 承受軸力N作用角鋼用“L”型焊縫與節(jié)點板連接的焊縫計算 由 N2 = 0得： 3 鋼結構的連接設計blw2lw13.8.3 典型節(jié)點（5）彎矩單獨作用時的焊縫計算 3 鋼結構的連接設計 任一點處：式中 Ww角焊縫有效截面的截面模量。3.8.3 典型節(jié)點（6）扭矩單獨作用時的焊縫計算 3 鋼結構的連接設計3.8.3 典型節(jié)點（6）扭矩單獨作用時的焊縫計算 3 鋼結構的連接設計扭矩單獨作用時 式中 J 角焊縫有效截面的極慣性矩，J=IxIy ； rAA點至形心o點的距離。 將 A分解到x和y方向，有 3.8.3 角焊縫在彎矩、剪力、軸向力、扭矩共同作用時的焊

14、縫計算 3 鋼結構的連接設計3.8.3 角焊縫在彎矩、剪力、軸向力、扭矩共同作用時的焊縫計算步驟： 3 鋼結構的連接設計1、首先求出單獨外力作用下的角焊縫的應力，并判斷該應力狀態(tài)相對該焊縫產生端縫受力還是側縫受力，分別用 和 表示。2、采用疊加原理，將各種外力作用下的焊縫應力用進行疊加。疊加時注意應取焊縫截面上同一點處的應力值進行疊加，而不是最大應力值進行疊加。為此，事先應預判斷焊縫應力“最危險點”， “最危險點”一般位于焊縫邊緣處，偏離形心較遠處。3 鋼結構的連接設計梁柱連接受彎矩M、剪力V、軸力N 作用危險點 a：驗算危險點 b：僅腹板焊縫截面梁柱連接 整個焊縫截面 焊縫應力分布 彎矩 軸

15、力 剪力 加勁肋整個截面Aw, Iw3.8.3 典型節(jié)點（7）梁柱連接 彎矩、剪力、軸力作用3 鋼結構的連接設計焊縫截面 =V(a+e)剪力V產生的A點應力3.8.3典型節(jié)點（8）牛腿焊接 扭矩、剪力、軸力作用軸力N產生A點的應力扭矩T產生A點的應力極慣性矩 Izw=Ixw+Iyw3 鋼結構的連接設計焊縫截面 =V(a+e)X方向合應力：Y方向合應力：驗算：A點：3.8.3典型節(jié)點（8）牛腿焊接 扭矩、剪力、軸力作用3 鋼結構的連接設計3 鋼結構的連接設計3.8.4 焊接應力與焊接變形1.焊接變形： 鋼結構構件或節(jié)點在焊接過程中，局部區(qū)域受到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程中產生的變

16、形稱為焊接變形。 2.焊接應力： 焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產生的應力稱為焊接應力。3.焊接應力產生的原因及其危害 （1）原因 焊接應力產生的原因本質上焊接過程中的熱脹冷縮引起的。兩塊鋼板上施焊時，產生不均勻的溫度場，焊縫附近溫度高達1600C，其鄰近區(qū)域溫度較低，且冷卻很快。冷卻時鋼材收縮，冷卻慢的區(qū)域收縮受到限制，從而產生拉應力，冷卻快的區(qū)域受到壓應力。 3 鋼結構的連接設計3 鋼結構的連接設計縱向焊接應力沿焊縫方向 兩板焊接 焊縫區(qū)受拉、兩側受壓 焊接工字鋼腹板中央受壓，兩端受拉 翼緣中央受拉，兩端受壓橫向焊接應力垂直焊縫方向 A. 焊縫縱向收縮導致兩塊板

17、反向彎曲中間橫向受拉，兩端受壓 B. 施焊先后不同，則冷卻時間不同，導致后焊部分收縮受拉，先冷 部分受杠桿作用也受拉，中間部分受壓 A和B兩種作用疊加厚度方向焊接應力表面受壓，中央受拉 3.8.4 焊接應力與焊接變形焊接應力：3 鋼結構的連接設計X (橫向焊接應力) Y (縱向焊接應力 )Z (厚度方向焊接應力)焊縫縱向焊接應力平 板 工字形截面3.8.4焊接應力與焊接變形3 鋼結構的連接設計第一部分 施焊方向收縮橫向焊接應力應力分布 第二部分 厚度方向焊接應力=合成 應力3.8.4焊接應力與焊接變形（2）焊接應力的危害 A. 由于承載時可擴展塑性區(qū)，常溫下受靜載不影響強度，但會影響剛度 B.

18、 焊縫中的三向應力阻礙塑性變形的發(fā)展，導致開裂，降低疲勞強度 C. 降低構件穩(wěn)定性，和使構件提前進入塑性工作階段 4.焊接變形的產生和防止 （1）焊接變形產生的原因及形式 焊接變形是由于焊接過程中焊區(qū)的收縮變形引起的，表現(xiàn)在構件局部的鼓起、歪曲、彎曲或扭曲等。 表現(xiàn)主要有：縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。如圖： 3 鋼結構的連接設計3.8.4焊接應力與焊接變形3 鋼結構的連接設計與焊接應力同時產生，由焊區(qū)收縮變形導致波浪變形縱向收縮橫向收縮彎曲角變形波浪變形扭曲變形3.8.4焊接應力與焊接變形3 鋼結構的連接設計（2）降低焊接應力和焊接變形的措施1）選擇合理的施焊順序(分段、分層、分塊等)；2）采用合理的焊縫設計： 盡量避免三向焊縫匯交； 控制焊縫厚度不要過大； 盡量對稱布置