鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點(diǎn)

連接的作用將板材或型鋼組合成構(gòu)件，再將構(gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)。連接方式及其質(zhì)量直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。必須安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材。連接方法：焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。3.1.1焊接連接最主要的連接方法。優(yōu)點(diǎn)任何形式的構(gòu)件都可直接相連，構(gòu)造簡單，制作加工方便；不削弱截面，用料經(jīng)濟(jì)；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量。缺點(diǎn)在熱影響區(qū)內(nèi)，金相組織發(fā)生改變，局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問題較為突出。通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng)焊)以及氣體保護(hù)焊等。

鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

1.手工電弧焊最常用的一種焊接方法。通電后在涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧。

手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材(或稱主體金屬)相適應(yīng)：Q235鋼E43型焊條(E4300~E4328)；Q345鋼E50型焊條(E5000~E5048)；Q390鋼Q420鋼E55型焊條(E5500~E5518)。E表示焊條、前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度(以kgf／mm2表示)，第三、四位數(shù)字表示適用焊接位置、電流以及藥皮類型等。不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。

2

埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng))

電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。自動(dòng)電弧焊焊絲送進(jìn)和電弧按焊接方向的移動(dòng)有專門機(jī)構(gòu)控制完成。半自動(dòng)電弧焊焊絲送進(jìn)有專門機(jī)構(gòu)，而電弧按焊接方向的移動(dòng)靠人手工操作完成。電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，生產(chǎn)率高。工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學(xué)成分均勻，焊縫質(zhì)量好、焊件變形小。同時(shí)，高焊速也減小了熱影響區(qū)的范圍。但埋弧焊對(duì)焊件邊緣的裝配精度(如間隙)要求比手工焊高。埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬強(qiáng)度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬等強(qiáng)度。

3.

氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍造成局部的保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過程中的穩(wěn)定性。氣體保護(hù)焊的焊縫熔化區(qū)沒有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過程；由于保護(hù)氣體是噴射的，有助于熔滴的過渡；又由于熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊縫強(qiáng)度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接。但不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。

3.1.2

鉚釘連接制孔和打鉚。塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，對(duì)主體金屬的材質(zhì)質(zhì)量要求低。削弱截面，費(fèi)鋼費(fèi)工，要求技工技術(shù)水平高，勞動(dòng)條件差。很少采用，被焊接和螺栓連接所取代。3.1.3螺栓連接

普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。1普通螺栓連接普通螺栓分為A、B、C三級(jí)。A與B級(jí)為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓。A級(jí)和B級(jí)螺栓材料性能等級(jí)則為5.6級(jí)或8.8級(jí)。C級(jí)螺栓材料性能等級(jí)為4.6級(jí)或4.8級(jí)。小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度不小于400N/mm2，小數(shù)點(diǎn)及小數(shù)點(diǎn)以后數(shù)字表示其屈強(qiáng)比為0.6或0.8。A、、B級(jí)精精制制螺螺栓栓是是由由毛毛坯坯在在車車床床上上經(jīng)經(jīng)過過切切削削加加工工精精制制而而成成。。表表面面光光滑滑，，尺尺寸寸準(zhǔn)準(zhǔn)確確，，對(duì)對(duì)成成孔孔質(zhì)質(zhì)量量要要求求高高。。有有較較高高的的精精度度，，因因而而受受剪剪性性能能好好。。制制作作和和安安裝裝復(fù)復(fù)雜雜，，價(jià)價(jià)格格較較高高，，已已很很少少在在鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中采采用用C級(jí)螺螺栓栓由由未未經(jīng)經(jīng)加加工工的的圓圓鋼鋼壓壓制制而而成成。。螺螺栓栓表表面面粗粗糙糙，，一一般般采采用用在在單單個(gè)個(gè)零零件件上上一一次次沖沖成成或或不不用用鉆鉆模模鉆鉆成成設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)孔孔徑徑的的孔孔(II類孔孔)。。螺栓栓孔孔的的直直徑徑比比螺螺栓栓桿桿的的直直徑徑大大1.5~2mm。螺栓桿與螺螺栓孔之間有有較大的間隙隙，受剪力作作用時(shí)，將會(huì)會(huì)產(chǎn)生較大的的剪切滑移，，連接的變形形大。安裝方方便，且能有效地地傳遞拉力，，可用于沿螺栓栓桿軸受拉的的連接中，以以及次要結(jié)構(gòu)構(gòu)的抗剪連接接或安裝時(shí)的的臨時(shí)固定。。2.高強(qiáng)度螺栓連接兩種類型摩擦型連接：：依靠摩擦阻力力傳力，并以以剪力不超過過接觸面摩擦擦力作為設(shè)計(jì)計(jì)準(zhǔn)則；承壓型連接：：允許接觸面滑滑移，以連接接達(dá)到破壞的的極限承載力力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)準(zhǔn)則。采用45號(hào)鋼鋼、40B鋼和20MnTiB鋼加工而成，，經(jīng)熱處理后后，螺栓抗拉拉強(qiáng)度應(yīng)分別別不低于800N／mm2和1000N／mm2，即前者的性能能等級(jí)為8.8級(jí)，后者者的性能等級(jí)級(jí)為10.9級(jí)。摩擦型連接螺螺栓的孔徑比比螺栓公稱直直徑大1.5-2.0mm；承壓型連接高高強(qiáng)度螺栓的的孔徑比螺栓栓公稱直徑大大1.0-1.5mm。摩擦型連接的的剪切變形小小，彈性性能能好，施工較較簡單，可拆拆卸，耐疲勞勞，特別適用用于承受動(dòng)力力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)。承壓型連接的的承載力高于于摩擦型，連連接緊湊，但但剪切變形大大，故不得用用于承受動(dòng)力力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)中。3.2.1焊縫的形式3.2焊縫和焊接連連接的形式角焊縫和坡口口焊縫。1.角焊縫連接板件不必必坡口，焊縫縫金屬填充在在連接板件形形成的直角或或斜角區(qū)域內(nèi)內(nèi)。按截面形式可可分為：直角角焊縫兩焊腳邊的夾夾角為90°，微凸的等腰腰直角三角形形，直角邊邊邊長hf稱為角焊縫的的焊腳尺寸。。he＝0.7hf為直角角焊縫縫的有效厚度度。斜角角焊縫兩焊腳邊的夾夾角不等于90°斜角角焊縫常常用于鋼漏斗斗和鋼管結(jié)構(gòu)構(gòu)中。夾角大于l35°或小于60°的斜角角焊縫縫，除鋼管結(jié)結(jié)構(gòu)外，不宜宜用作受力焊焊縫。2.坡口焊縫焊件常需做成成坡口，焊縫縫金屬填充在在坡口內(nèi)。坡口形式與焊焊件厚度有關(guān)關(guān)：焊件厚度很小小(小于等于于10mm)：直邊縫。一般厚度(t=10~20mm):具有斜坡口的的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫縫b共同組成一個(gè)個(gè)焊條能夠運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)的施焊空空間，使焊縫縫易于焊透；；鈍邊p有托住熔化金金屬的作用。。較厚的焊件(t＞20mm)，則采用U形、K形和X形坡口。V形縫和U形縫需對(duì)焊縫縫根部進(jìn)行補(bǔ)補(bǔ)焊。坡口形式的選選用，應(yīng)根據(jù)據(jù)板厚和施工工條件按現(xiàn)行行標(biāo)準(zhǔn)《建筑筑鋼結(jié)構(gòu)焊接接規(guī)程》要求求進(jìn)行。對(duì)接焊縫：兩兩構(gòu)件在同一一平面內(nèi)；對(duì)接與角接組組合焊縫：T形、十字形或或角接接頭的的坡口焊縫。。3.2.2焊接連接的形形式3.2焊縫和和焊接連接形形式1.焊接連接接形式被連接板件的的相互位置：：對(duì)接、搭接接、T形連接和角部部連接四種。。連接所采用的的焊縫主要有有坡口焊縫和和角焊縫。對(duì)接連接：主要用于厚度度相同或接近近相同的兩構(gòu)構(gòu)件的相互連連接。采用對(duì)接焊縫縫，兩構(gòu)件在在同一平面內(nèi)內(nèi)，傳力均勻勻平緩，沒有有明顯的應(yīng)力力集中，用料料經(jīng)濟(jì)，但是是焊件邊緣需需要加工，被被連接兩板的的間隙和坡口口尺寸有嚴(yán)格格的要求。采用雙蓋板和角角焊縫，傳力力不均勻、費(fèi)費(fèi)料，但施工工簡便，所連連接兩板的間間隙大小無需需嚴(yán)格控制。。搭接連接：適用于不同厚厚度構(gòu)件的連連接。傳力不不均勻，材料料較費(fèi)，構(gòu)造造簡單，施工工方便，廣泛泛應(yīng)用。T形連接省工省料，常常用于制作組組合截面。采用角焊縫連連接焊件間間存在縫隙，，截面突變，，應(yīng)力集中現(xiàn)現(xiàn)象嚴(yán)重，疲疲勞強(qiáng)度較低低，可用于不不直接承受動(dòng)動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)構(gòu)的連接中。。采用坡口焊縫縫對(duì)于直接接承受動(dòng)力荷荷載的結(jié)構(gòu)，，如重級(jí)工作作制吊車梁，，其上翼緣與與腹板的連接接。角部連接主主要用于制制作箱形截面面。2.焊縫的施焊位位置平焊、橫焊、、立焊及仰焊焊。平焊(又稱俯俯焊)施焊方方便。立焊和橫焊要要求焊工的操操作水平比平平焊高一些。。仰焊的操作作條件最差，，焊縫質(zhì)量不不易保證，因因此應(yīng)盡量避避免采用仰焊焊。3.3焊焊縫缺陷和質(zhì)質(zhì)量檢驗(yàn)3.3.1焊縫缺陷焊縫缺陷：焊焊接過程中產(chǎn)產(chǎn)生于焊縫金金屬或附近熱熱影響區(qū)鋼材材表面或內(nèi)部部的缺陷。常見的缺陷：：裂紋、焊瘤瘤、燒穿、弧弧坑、氣孔、、夾渣、咬邊邊、未熔合、、未焊透等；；焊縫尺寸不不符合要求、、焊縫成形不不良等。裂紋是焊縫連連接中最危險(xiǎn)險(xiǎn)的缺陷。3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)缺陷削弱焊縫縫受力面積，，焊縫處應(yīng)力力集中，對(duì)連連接的強(qiáng)度、、沖擊韌性及及冷彎性能等等均有不利影影響。焊縫質(zhì)質(zhì)量檢驗(yàn)極為為重要。外觀檢查檢查外觀缺陷陷和幾何尺寸寸；內(nèi)部無損檢驗(yàn)驗(yàn)檢查內(nèi)部缺陷陷。采用超聲聲波檢驗(yàn)，用用磁粉、熒光光檢驗(yàn)等較簡簡單的方法作作為輔助。此此外還可采用用X射線或γ射線透照或拍拍片，X射線應(yīng)用較廣廣?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程程施工質(zhì)量驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)規(guī)定焊縫按其其檢驗(yàn)方法和和質(zhì)量要求分分為一、二、、三級(jí)。三級(jí)級(jí)焊縫只要求求對(duì)全部焊縫縫作外觀檢查查且符合三級(jí)級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；；一級(jí)、二級(jí)級(jí)焊縫除外觀觀檢查外，還還要求一定數(shù)數(shù)量的超聲波波檢驗(yàn)并符合合相應(yīng)級(jí)別的的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。。3.3.3焊縫代號(hào)圖例例《焊縫符號(hào)表示示法》規(guī)定：：焊縫代號(hào)由由引出線、圖圖形符號(hào)和輔輔助符號(hào)三部部分組成。引引出線由橫線線和帶箭頭的的斜線組成。。箭頭指到圖圖形上的相應(yīng)應(yīng)焊縫處，橫橫線的上面和和下面用來標(biāo)標(biāo)注圖形符號(hào)號(hào)和焊縫尺寸寸。當(dāng)引出線線的箭頭指向向焊縫所在的的一面時(shí)，應(yīng)應(yīng)將圖形符號(hào)號(hào)和焊縫尺寸寸等標(biāo)注在水水平橫線的上上面；當(dāng)箭頭頭指向?qū)?yīng)焊焊縫所在的另另一面時(shí)，則則應(yīng)將圖形符符號(hào)和焊縫尺尺寸標(biāo)注在水水平橫線的下下面。必要時(shí)時(shí)，可在水平平橫線的末端端加一尾部作作為其他說明明之用。圖形形符號(hào)表示焊焊縫的基本型型式，如用表表示角角焊縫，用V表示V型坡口的對(duì)接接焊縫。輔助助符號(hào)表示焊焊縫的輔助要要求，如用表表示現(xiàn)場場安裝焊縫等等。3.4角焊縫的構(gòu)造造要求和計(jì)算算角焊縫按其與與作用力的關(guān)關(guān)系可分為：：正面角焊縫焊縫長度方向向與作用力垂垂直；側(cè)面角焊縫焊縫長度方向向與作用力平平行；斜焊縫焊縫長度方向向與作用力方方向成一角度度；圍焊縫正面、側(cè)面、、斜焊縫組成成的混合焊縫縫。側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)應(yīng)力，塑性較較好，彈性模模量低，強(qiáng)度也較低。。傳力線通過時(shí)時(shí)產(chǎn)生彎折，，應(yīng)力沿焊縫縫長度方向的的分布不均勻勻，呈兩端大大而中間小的的狀態(tài)。焊縫越長，應(yīng)應(yīng)力分布不均均勻性越顯著著，但在屆臨臨塑性工作階階段時(shí)，產(chǎn)生生應(yīng)力重分布布，可使應(yīng)力力分布的不均均勻現(xiàn)象漸趨趨緩和。正面角焊縫受力復(fù)雜，截截面中的各面面均存在正應(yīng)應(yīng)力和剪應(yīng)力力，焊根處存存在著很嚴(yán)重重的應(yīng)力集中中。正面角焊縫的的破壞強(qiáng)度高高于側(cè)面角焊焊縫，但塑性性變形能力差差。斜焊縫的受力力性能和強(qiáng)度度值介于正面面角焊縫和側(cè)側(cè)面角焊縫之之間。3.4.1角焊縫的構(gòu)造造要求1.最小焊腳尺寸寸焊腳尺寸過小小，施焊時(shí)冷冷卻速度過快快，產(chǎn)生淬硬硬組織，導(dǎo)致致母材開裂。。焊腳尺寸t2為較厚焊件厚厚度(mm)，焊腳尺寸取取整數(shù)。自動(dòng)焊熔深較較大，最小焊焊腳尺寸可減減小1mm；T形連接的單面面角焊縫，增增加1mm；當(dāng)焊件厚度小小于或等于4mm時(shí)，取與焊件件厚度相同。。3.4.1角焊縫的構(gòu)造造要求2最大焊腳尺寸寸避免焊縫收縮縮時(shí)產(chǎn)生較大大的殘余應(yīng)力力和殘余變形形，熱影響區(qū)區(qū)擴(kuò)大，產(chǎn)生生熱脆，較薄薄焊件燒穿，，除鋼管結(jié)構(gòu)構(gòu)外焊腳尺寸t1為較薄焊件厚厚度（mm）。板件邊緣的焊焊縫：板件厚厚度t＞6mm時(shí)，hf≤t-(1~2)mmt≤6mm時(shí)，取hf≤t。不等角焊角尺尺寸。3.4.1角焊縫的構(gòu)造造要求3角焊縫的最小小計(jì)算長度焊腳尺寸大而而長度較小時(shí)時(shí)，焊件的局局部加熱嚴(yán)重重，焊縫起滅滅弧所引起的的缺陷相距太太近，以及焊焊縫中可能產(chǎn)產(chǎn)生的其他缺缺陷(氣孔、、非金屬夾雜雜等)，使焊焊縫不夠可靠靠。搭接連接的側(cè)側(cè)面角焊縫，，如果焊縫長長度過小，由由于力線彎折折大，會(huì)造成成嚴(yán)重應(yīng)力集集中。為了使焊縫能能夠具有一定定的承載能力力，側(cè)面角焊焊縫或正面角角焊縫的計(jì)算算長度不得小小于8hf和40mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造造要求4側(cè)面角焊縫的的最大計(jì)算長長度側(cè)面角焊縫在在彈性階段沿沿長度方向受受力不均勻，，兩端大中間間小。焊縫越越長，應(yīng)力集集中越明顯。。若焊縫長度適適宜，兩端點(diǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力達(dá)達(dá)到屈服強(qiáng)度度后，繼續(xù)加加載，應(yīng)力會(huì)會(huì)漸趨均勻。。若焊縫長度超超過某一限值值時(shí)，有可能能首先在焊縫縫的兩端破壞壞，故一般規(guī)規(guī)定側(cè)面角焊焊縫的計(jì)算長長度lw≤60hf當(dāng)實(shí)際長度大大于上述限值值時(shí)，其超過過部分在計(jì)算算中不予考慮慮。若內(nèi)力沿側(cè)面面角焊縫全長長分布，比如如焊接梁翼緣緣板與腹板的的連接焊縫，，計(jì)算長度可可不受上述限限制。3.4.1角焊縫的構(gòu)造造要求5搭接連接接的構(gòu)造要求求當(dāng)板件端部僅僅有2條側(cè)面角焊縫縫時(shí)，連接的的承載力與b/lw有關(guān)，B為兩側(cè)焊縫的的距離，lw為側(cè)焊縫長度度。當(dāng)b/lw＞1時(shí)，連接的承承載力隨著b/lw比值的增大而而明顯下降。。為使連接強(qiáng)度度不致過分降降低，要求b/lw≤1。避免焊縫橫向向收縮，引起起板件向外發(fā)發(fā)生較大拱曲曲，b不宜大于16t(t＞12mm)或190mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的的厚度。搭接連接中，，僅采用正面面角焊縫時(shí)，，搭接長度不不得小于焊件件較小厚度的的5倍，也不不得小于25mm。7減小角焊縫應(yīng)應(yīng)力集中的措措施端部搭接采用用三面圍焊時(shí)時(shí)，在轉(zhuǎn)角處處截面突變，，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力力集中，如在在此處起滅弧弧，可能出現(xiàn)現(xiàn)弧坑或咬肉肉等缺陷，從從而加大應(yīng)力力集中的影響響。故所有圍圍焊的轉(zhuǎn)角處處必須連續(xù)施施焊。對(duì)于非圍焊情情況，當(dāng)角焊焊縫的端部在在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處處時(shí)，可連續(xù)續(xù)地作長度為為2hf的繞角焊。6斷續(xù)角焊縫的的構(gòu)造要求角焊縫沿長度度方向：連續(xù)續(xù)角焊縫、斷斷續(xù)角焊縫。。連續(xù)角焊縫受力性能較好好，主要的形形式。斷續(xù)角焊縫起、滅弧處容容易引起應(yīng)力力集中，只用用于次要構(gòu)件件的連接或受受力很小的連連接中。間斷斷角焊縫的間間斷距離l不宜過長，以以免連接不緊緊密，潮氣侵侵入引起構(gòu)件件銹蝕。受壓壓構(gòu)件中應(yīng)滿滿足l≤15t；受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的的厚度。3.4.1角焊縫的構(gòu)造造要求3.4.2直角角焊縫的的計(jì)算1直角角焊縫強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算的基基本公式試驗(yàn)表明，直直角角焊縫的的破壞常發(fā)生生在45°的的最小截面，，此截面(有有效厚度與焊焊縫計(jì)算長度度的乘積)稱稱為焊縫的有有效截面或計(jì)計(jì)算截面。1.直角角焊縫強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算的基基本公式作用于焊縫有有效截面上的的應(yīng)力：垂直于焊縫有有效截面的正正應(yīng)力垂直于焊縫長長度方向的剪剪應(yīng)力沿焊縫長度方方向的剪應(yīng)力力1.直角角焊縫強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算的基基本公式根據(jù)多國試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果，國際際標(biāo)準(zhǔn)化組織織(ISO)確定角焊縫的的極限強(qiáng)度：：為焊縫縫金屬屬的抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度。。上式是是根據(jù)據(jù)ST37(相當(dāng)于于Q235鋼)提提出的的，對(duì)對(duì)于其其他鋼鋼種，，公式式左邊邊的系系數(shù)不不是1.8，而而是在在1.7~3.0之間變變化。。為使使公式式能夠夠適用用于較較多的的鋼材材，同同時(shí)也也為了了與母母材的的能量量強(qiáng)度度理論論的折折算應(yīng)應(yīng)力公公式一一致，，歐洲洲鋼結(jié)結(jié)構(gòu)協(xié)協(xié)會(huì)(ECCS)將式中中的1.8改為為3，，即：：應(yīng)用上上式進(jìn)進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)，較較為繁繁難。。不少少國家家均在在此基基礎(chǔ)上上進(jìn)行行簡化化。我國規(guī)規(guī)范在在簡化化計(jì)算算時(shí)，，假定定焊縫縫在有有效截截面處處破壞壞，各各應(yīng)力力分量量滿足足折算算應(yīng)力力公式式。由由于規(guī)規(guī)范規(guī)規(guī)定的的角焊焊縫強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值值是是根根據(jù)抗抗剪條條件確確定的的，而而相相當(dāng)當(dāng)于角角焊縫縫的抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值值，則則1.直角角焊縫縫強(qiáng)度計(jì)算算的基本公公式1.直角角焊縫縫強(qiáng)度計(jì)算算的基本公公式角焊縫基本本公式的推推導(dǎo)。Ny在有效截面面上引起垂垂直于焊縫縫一個(gè)直角角邊的應(yīng)力力，，該應(yīng)力力對(duì)有效截截面既不是是正應(yīng)力，，也不是剪剪應(yīng)力，而而是和的的合合力。1.直角角焊縫縫強(qiáng)度計(jì)算算的基本公公式Ny—垂直于焊縫縫長度方向向的軸向力力；he—直角角焊縫縫的有效厚厚度，he=0.7hf；lw—焊縫的計(jì)算算長度，考考慮起滅弧弧缺陷，按按各條焊縫縫的實(shí)際長長度每端減減去hf計(jì)算。Nx在焊縫有效效截面上引引起平行于于焊縫長度度方向的剪剪應(yīng)力1.直角角焊縫縫強(qiáng)度計(jì)算算的基本公公式則得直角角角焊縫在各各種應(yīng)力共共同下的計(jì)計(jì)算式—正面角焊縫縫的強(qiáng)度增增大系數(shù)，，直接承受受動(dòng)力荷載載時(shí)取1.0。對(duì)正面角焊焊縫對(duì)側(cè)面角焊焊縫角焊縫的基基本計(jì)算公公式。只要要將焊縫應(yīng)應(yīng)力分解為為垂直于焊焊縫長度方方向的應(yīng)力力和平行于于焊縫長度度方向的應(yīng)應(yīng)力，基本本公式就可可適用于任任何受力狀狀態(tài)。2軸心力作用用的角焊縫縫連接計(jì)算算（1)蓋蓋板連接的的角焊縫計(jì)計(jì)算軸心力通過過焊縫中心心時(shí)，認(rèn)為為焊縫應(yīng)力力是均勻分分布的。只有側(cè)面角角焊縫時(shí)只有正面角角焊縫時(shí)采用三面圍圍焊時(shí)（2）承受斜向軸軸心力的角角焊縫連接接計(jì)算分力法：直接法：（3）承受軸心力力的角鋼角角焊縫連接接計(jì)算一般采用兩兩面?zhèn)群富蚧蛉鎳负?，特殊情情況采用L形圍焊。受受軸心力作作用，避免免焊縫偏心心受力，焊焊縫所傳遞遞的合力的的作用線應(yīng)應(yīng)與角鋼桿桿件的軸線線重合。三面圍焊兩兩面?zhèn)群福?）承受軸心力力的角鋼角角焊縫連接接計(jì)算兩面?zhèn)群窵形圍焊3彎矩、軸心心力和剪力力共同作用用的角焊連連連接計(jì)算算（1）彎矩作用的的角焊連連連接計(jì)算3彎矩、軸心心力和剪力力共同作用用的角焊連連連接計(jì)算算（2）彎矩、軸心心力和剪力力共同作用用的角焊連連連接計(jì)算算工字梁(或或牛腿)與與鋼柱翼緣緣的角焊縫縫連接，通通常承受彎彎矩和剪力力的共同作作用。計(jì)算算時(shí)通常假假設(shè)腹板焊焊縫承受全全部剪力，，彎矩則由由全部焊縫縫承受。4扭矩和剪力力共同作用用的角焊縫縫連接計(jì)算算（1）扭矩作用用的環(huán)形角角焊縫計(jì)算算焊縫的有效效厚度比圓圓環(huán)直徑小小得多，可可視為薄壁壁圓環(huán)的受受扭問題。。有效截面面任一點(diǎn)上上所受的切切線方向的的剪應(yīng)力r—圓心至焊縫縫有效截面面中線的距距離；Ip—焊縫有效截截面的慣性性矩，Ip=2πher3計(jì)算角焊縫縫在扭矩T作用下產(chǎn)生生的應(yīng)力時(shí)時(shí)，假定：：①被連接件件是絕對(duì)剛剛性的，有有繞焊縫形形心o旋轉(zhuǎn)的趨勢勢，而角焊焊縫本身是是彈性；②角焊縫群群上任一點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)力方方向垂直于于該點(diǎn)與形形心的連線線，且應(yīng)力力大小與連連線長度r成正比。4扭矩和剪力力共同作用用的角焊縫縫連接計(jì)算算（2）扭矩作用用的角焊縫縫計(jì)算（3）扭矩、剪力力和軸心力力共同作用用的角焊縫縫連接計(jì)算算3.4.3斜角角焊縫縫的計(jì)算采用與直角角角焊縫相相同的計(jì)算算公式計(jì)算算。研究很少，，計(jì)算公式式也是根據(jù)據(jù)直角角焊焊縫簡化得得出。因此此，一律取取焊縫有效厚厚度：假定定在所成夾夾角的最小小斜面上發(fā)發(fā)生破壞當(dāng)根部間隙隙b、b1或b2≤1.5mm時(shí)當(dāng)b、b1或b2>1.5mm時(shí)任何情況下下b、b1或b2不得大于5mm。3.5.1坡口焊縫的的強(qiáng)度3.5坡口焊縫的的構(gòu)造要求求和計(jì)算焊縫按其檢檢驗(yàn)方法和和質(zhì)量要求求分為一級(jí)級(jí)、二級(jí)和和三級(jí)。三三級(jí)焊縫對(duì)對(duì)全部焊縫縫作外觀檢檢查；一級(jí)級(jí)、二級(jí)焊焊縫除外觀觀檢查外還還要求一定定數(shù)量的超超聲波檢驗(yàn)驗(yàn)。如焊縫中不不存在缺陷陷，焊縫金金屬的強(qiáng)度度高于母材材。但焊縫中可可能有氣孔孔、夾渣、、咬邊、未未焊透等缺缺陷。焊接接缺陷對(duì)受受壓、受剪剪的對(duì)接焊焊縫影響不不大，可認(rèn)認(rèn)為受壓、受剪剪的對(duì)接焊焊縫與母材材強(qiáng)度相等等，但受拉的坡坡口焊縫對(duì)對(duì)缺陷甚為為敏感，由由于三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫縫允許存在在的缺陷較較多，故其其抗拉強(qiáng)度為為母材強(qiáng)度度的85％，而一二級(jí)檢驗(yàn)驗(yàn)的焊縫的的抗拉強(qiáng)度度可認(rèn)為與與母材強(qiáng)度度相等分為焊透的坡口口焊縫和部分焊透的的坡口焊縫縫。3.5.2坡口焊縫的的構(gòu)造和計(jì)計(jì)算1、坡口焊縫縫的構(gòu)造要要求對(duì)接焊縫的的拼接處，，當(dāng)焊件的的寬度不同同或厚度在在一側(cè)相差差4mm以上時(shí)，應(yīng)應(yīng)在寬度方方向或厚度度方向從一一側(cè)或兩側(cè)側(cè)做成坡度度不大于1:2.5(直接承承受動(dòng)力荷荷載時(shí)不大大于1:4)的斜角角，以使截截面過渡和和緩，減小小應(yīng)力集中中。焊縫起滅弧弧處弧坑等等缺陷對(duì)承承載力影響響極大，焊焊接時(shí)一般般應(yīng)設(shè)置引引弧板和引引出板，焊焊后將它割割除。受靜靜力荷載設(shè)設(shè)置引弧(出)板困困難時(shí)，允允許不設(shè)置置，此時(shí)焊焊縫計(jì)算長長度等于實(shí)實(shí)際長度減減2t。t為連接件的的較小厚度度，在T形接頭中t為腹板的厚厚度。鋼板拼接可可采用縱橫橫兩方向的的對(duì)接焊縫縫，十字或或T形交叉，T形交叉時(shí)距距離不得小小于200mm，且拼接料料的長度均均不得小于于300mm。T形拼接的構(gòu)構(gòu)造。2.焊透的坡口口焊縫的計(jì)計(jì)算坡口焊縫是是焊件截面面的組成部部分，焊縫縫中應(yīng)力分分布基本與與焊件相同同，故計(jì)算算方法與構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度度計(jì)算一樣樣。(1)軸心力作用用的對(duì)接焊焊縫N—軸心拉力或或壓力設(shè)計(jì)計(jì)值；lw—焊縫的計(jì)算算長度。當(dāng)當(dāng)未采用引引弧板時(shí)，，取實(shí)際長長度減去2t；t—對(duì)接接頭中中為連接件件的較小厚厚度；T形接頭中為為腹板厚度度；—對(duì)接焊縫的的抗拉、抗抗壓強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值。只有三級(jí)檢檢驗(yàn)的焊縫縫才需進(jìn)行行抗拉強(qiáng)度度驗(yàn)算。如如果采用直直縫不能滿滿足強(qiáng)度要要求時(shí)，可可采用如圖圖所示的斜斜對(duì)接焊縫縫。焊縫與與作用力間間的夾角θ滿足tanθ≤1.5時(shí)，斜焊縫縫的強(qiáng)度不不低于母材材強(qiáng)度，可可不再進(jìn)行行驗(yàn)算。（2）彎矩和剪剪力共同作作用的對(duì)接接焊縫計(jì)算算對(duì)接接頭受受到彎矩和和剪力的共共同作用，，正應(yīng)力與與剪應(yīng)力的的最大值應(yīng)應(yīng)分別滿足足Ww、Sw、Iw—焊縫的截面面模量、面面積矩、慣慣性矩。工字形或H型鋼梁的對(duì)對(duì)接焊縫接接頭，除分分別驗(yàn)算最最大正應(yīng)力力和剪應(yīng)力力外，對(duì)于于同時(shí)受有有較大正應(yīng)應(yīng)力和剪應(yīng)應(yīng)力處，如如腹板與翼翼緣的交接接點(diǎn)還驗(yàn)算算折算應(yīng)力力：驗(yàn)算點(diǎn)處焊焊縫的正應(yīng)力和剪剪應(yīng)力。（3）軸心力、、彎矩和剪剪力共同作作用的對(duì)接接焊縫焊縫的最大大正應(yīng)力應(yīng)應(yīng)為軸心力力和彎矩引引起的應(yīng)力力之和剪應(yīng)力折算應(yīng)力3.部分焊透的的坡口焊縫縫的計(jì)算受力很小，，焊縫主要要起聯(lián)系作作用或焊縫縫受力雖然然較大，但但采用焊透透的對(duì)接焊焊縫將使強(qiáng)強(qiáng)度不能充充分發(fā)揮時(shí)時(shí)，可采用用部分焊透透的對(duì)接焊焊縫。四塊塊較厚的板板焊成箱形形截面的軸軸心受壓構(gòu)構(gòu)件，用焊焊透對(duì)接焊焊縫是不必必要的；如如采用角焊焊縫外形又又不平整；；采用部分分焊透的對(duì)對(duì)接與角接接組合焊縫縫可以省工工省料，較較為美觀大大方。部分焊透的的對(duì)接焊縫縫必須在設(shè)設(shè)計(jì)圖上注注明坡口的的形式和尺尺寸。坡口形式：：V形、單邊V形、U形、J形和K形。部分焊透的的坡口焊縫縫可視為在在坡口內(nèi)焊焊接的角焊焊縫。強(qiáng)度度計(jì)算方法法與直角角角焊縫相同同，在垂直直于焊縫長長度方向的的壓力作用用下βf＝1.22，其他情況取取βf＝1.0。。對(duì)U形、J形和坡口角角α＞60°°的V形坡口he=sα＜60°°的V形坡口焊縫縫he=0.75s對(duì)單邊V形和K形坡口焊縫縫，α=45°±±5°時(shí)he=s-3mm熔合線處焊焊縫截面邊邊長等于或或接近于最最短距離S時(shí),應(yīng)驗(yàn)算焊縫縫在熔合線線上的抗剪剪強(qiáng)度，其其強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值取0.9倍角焊焊縫的強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值。。焊縫的最小小有效厚度度為1.5，，t2為坡口所在在焊件的較較大厚度(單位取mm)。3.5.3焊縫質(zhì)量等等級(jí)的選用用規(guī)范對(duì)焊縫縫質(zhì)量等級(jí)級(jí)的選用有有如下規(guī)定定：(1)需要要進(jìn)行疲勞勞計(jì)算的構(gòu)構(gòu)件中，垂垂直于作用用力方向的的橫向?qū)咏雍缚p受拉拉時(shí)應(yīng)為一一級(jí)，受壓壓時(shí)應(yīng)為二二級(jí)。(2)在不不需要進(jìn)行行疲勞計(jì)算算的構(gòu)件中中，要求與與母材等強(qiáng)強(qiáng)的受拉對(duì)對(duì)接焊縫應(yīng)應(yīng)不低于二二級(jí)；受壓壓時(shí)宜為二二級(jí)。(3)重級(jí)級(jí)工作制和和起重量Q＞50t的中級(jí)工作作制吊車梁梁的腹板與與上翼緣板板之間以及及吊車桁架架上弦桿與與節(jié)點(diǎn)板之之間的T形接頭焊透透的對(duì)接與與角接組合合焊縫，不不應(yīng)低于二二級(jí)。(4)由于于角焊縫的的內(nèi)部質(zhì)量量不易探測測，故規(guī)定定其質(zhì)量等等級(jí)一般為為三級(jí)，只只對(duì)直接承承受動(dòng)力荷荷載且需要要驗(yàn)算疲勞勞和起重量量Q＞50t的中級(jí)工作作制吊車梁梁才規(guī)定角角焊縫的外外觀質(zhì)量應(yīng)應(yīng)符合二級(jí)級(jí)。3.6.1焊接應(yīng)力的的分類和產(chǎn)產(chǎn)生的原因因3.6焊接應(yīng)力和和焊接變形形熱變形焊件在焊接接時(shí)產(chǎn)生的的變形焊接殘余變變形焊件冷卻后后產(chǎn)生的變變形，焊件件中的應(yīng)力力稱為焊接殘余應(yīng)應(yīng)力1縱向向焊接應(yīng)力力沿焊縫長度度方向施焊時(shí)，產(chǎn)產(chǎn)生不均勻勻的溫度場場，焊縫及及其附近溫溫度可達(dá)1600℃℃以上，而而鄰近區(qū)域域溫度急劇劇下降。不不均勻的溫溫度場產(chǎn)生生不均勻的的膨脹。溫溫度高的鋼鋼材膨脹大大，但受到到兩側(cè)鋼材材限制而產(chǎn)產(chǎn)生縱向拉拉應(yīng)力。這這種拉應(yīng)力力經(jīng)常達(dá)到到鋼材的屈屈服強(qiáng)度。。焊接應(yīng)力力是一種無無荷載作用用下的應(yīng)力力，在焊件件內(nèi)部自平平衡，必然然在距焊縫縫稍遠(yuǎn)區(qū)段段內(nèi)產(chǎn)生壓壓應(yīng)力。2橫橫向焊接應(yīng)應(yīng)力垂直于焊縫縫長度方向向產(chǎn)生的原因因有二：焊縫縱向收收縮，使兩兩塊鋼板趨趨向于形成成反方向的的彎曲變形形，焊縫將將兩塊鋼板板連成整體體，不能分分開，于是是兩塊板的的中間產(chǎn)生生橫向拉應(yīng)應(yīng)力，而兩兩端則產(chǎn)生生壓應(yīng)力。由于先焊的的焊縫已經(jīng)經(jīng)凝固，阻阻止后焊焊焊縫在橫向向自由膨脹脹，使其發(fā)發(fā)生橫向的的塑性壓縮縮變形。當(dāng)當(dāng)焊縫冷卻卻時(shí)，后焊焊焊縫的收收縮受到已已凝固的焊焊縫限制而而產(chǎn)生橫向向拉應(yīng)力，，而先焊部部分則產(chǎn)生生橫向壓應(yīng)應(yīng)力，因應(yīng)應(yīng)力自相平平衡，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)處的焊縫縫則受拉應(yīng)應(yīng)力。3厚度度方向的焊焊接應(yīng)力在厚鋼板的的焊接連接接中，焊縫縫需要多層層施焊。因因此，除有有縱向和橫橫向焊接應(yīng)應(yīng)力σx、σy外，還存在在著沿鋼板板厚度方向向的焊接應(yīng)應(yīng)力σz。這三種應(yīng)應(yīng)力形成同同號(hào)三向應(yīng)應(yīng)力，將大大大降低連連接的塑性性。3.5.2焊接接殘余應(yīng)力力對(duì)結(jié)構(gòu)性性能的影響響1對(duì)結(jié)構(gòu)靜靜力強(qiáng)度的的影響常溫工作并并具有一定定塑性的鋼鋼材，靜荷荷作用下，，焊接應(yīng)力力不影響結(jié)結(jié)構(gòu)的靜力力強(qiáng)度軸心受拉構(gòu)構(gòu)件受荷前前截面上存存在縱向焊焊接應(yīng)力，，假設(shè)分布布如圖所示示，截面bt部分的焊接接拉應(yīng)力已已達(dá)fy，軸心力N作用下，應(yīng)應(yīng)力不再增增加，鋼材材具有一定定的塑性，，N僅由受壓的的彈性區(qū)承承擔(dān)。受壓壓區(qū)由原來來受壓逐漸漸變?yōu)槭芾?，最后?yīng)應(yīng)力也達(dá)到到屈服點(diǎn)fy，此時(shí)全截截面應(yīng)