函授輔導(dǎo)-結(jié)構(gòu)(改)

焊接結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)

主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分安全校核（強(qiáng)度校核、穩(wěn)定性校核、剛度校核）Sd作用力（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、強(qiáng)度理論基礎(chǔ)） Rd抵抗力（強(qiáng)度理論基礎(chǔ)）-極限應(yīng)力支座種類

在建筑物中，支座具有通過它的反作用力來承受外力，并且使建筑物保持平衡的功能。支座類型可分為以下三種：

活動支座

固定支座

緊固支座活動支座

只能對垂直方向上的力V產(chǎn)生作用力。對水平方向上的力和力矩不起作用。有兩個(gè)運(yùn)動自由度，一個(gè)未知的支座反作用力。固定支座能對垂直方向上的力V和水平方向上的力H產(chǎn)生反作用力。對力矩不起作用。有一個(gè)運(yùn)動自由度，二個(gè)未知支座反作用力。緊固支座能對垂直方向上的力V，水平方向上的力H和力矩M產(chǎn)生反作用力或力矩。無運(yùn)動自由度，有三個(gè)未知的支座反作用力。靜定系統(tǒng)如果只有三個(gè)未知的支座反作用力，那么這個(gè)靜力學(xué)系統(tǒng)是可以確定的，因?yàn)楦鶕?jù)三個(gè)平衡條件可以確定出支座反作用力。人們稱此系統(tǒng)為靜定系統(tǒng)。如果一個(gè)靜定系統(tǒng)有三個(gè)以上未知的支座反作用，那么，人們稱此系統(tǒng)為靜不定系統(tǒng)。多支撐直通梁、雙鉸鏈框架，緊固框架和樓層框架等都是這種靜不定系統(tǒng)的例子。幾種典型的梁承載結(jié)構(gòu)靜定系統(tǒng)靜定系統(tǒng)判定公式：n=a+z-3sa：支座反作用力的數(shù)量z：構(gòu)件之間反作用力的數(shù)量s：桿件的數(shù)量結(jié)果的意義：n＞0n倍靜不定系統(tǒng)n=0靜定系統(tǒng)n＜0可移動系統(tǒng)幾種典型的梁承載結(jié)構(gòu)靜定系統(tǒng)單一載荷均布載荷靜不定系統(tǒng)

內(nèi)力是指物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用，物體不受外力時(shí)，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間也存在內(nèi)力，它使質(zhì)點(diǎn)間相對位置保持不變。當(dāng)物體受外力作用而發(fā)生變形時(shí)，物體所受內(nèi)力發(fā)生變化，產(chǎn)生了“附加內(nèi)力”，稱為內(nèi)力。在單一傾斜載荷作用下的梁內(nèi)力計(jì)算與分布：內(nèi)力主要：軸向內(nèi)力

橫向（剪切）內(nèi)力

彎矩軸向內(nèi)力：橫向內(nèi)力彎矩X∈（0~4）X∈（4~7）應(yīng)力應(yīng)力=力/受力面積正應(yīng)力σ（作用力垂直作用到橫截面積上，可由拉伸載荷、壓縮載荷和彎曲載荷所產(chǎn)生）剪應(yīng)力

（作用力平行作用到橫截面積上）計(jì)算梁的截面參量慣性距Iy和翼板截面參量靜距SyIy慣性矩cm4（彎曲和剪切引起的應(yīng)力，彎曲所產(chǎn)生的變形）Sy靜矩cm3

（剪切時(shí)的應(yīng)力）彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力例題：

S235(St37)鋼的應(yīng)力一應(yīng)變圖

試件的應(yīng)變值為橫坐標(biāo)，以應(yīng)力的變化量為縱坐標(biāo)，做出其曲線分布圖，以測定材料機(jī)械性質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)

上屈服極限：第一次下降前的最大應(yīng)力抗拉強(qiáng)度斷裂前能夠測得最大應(yīng)力許用應(yīng)力為了使建筑物不致在應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，許用應(yīng)力是根據(jù)材料S235屈服極限而不是根據(jù)斷裂極限來進(jìn)行保障。許用應(yīng)力與母材種類、受載荷類型、質(zhì)量檢驗(yàn)有關(guān)。延伸率材料特征值用來表示材料的性能，也用來說明在載荷作用下所能達(dá)到的結(jié)構(gòu)關(guān)系。在拉伸試驗(yàn)中，如果把應(yīng)力和由應(yīng)力引起的應(yīng)變表示在一個(gè)坐標(biāo)系中，就會產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力—應(yīng)變圖，該圖描繪了變形的特征。屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比較大表示可節(jié)約材料，屈強(qiáng)比較大表示可提高安全性

抗扭曲扭曲是構(gòu)件橫截面在扭矩（當(dāng)作用力偏離剪力中心時(shí)），則將產(chǎn)生扭矩的作用下相對軸線而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動變形，如果載荷通過剪切中心構(gòu)件上不產(chǎn)生扭曲。Am是箱形梁的剪力作用的面積，即圖中陰影線部分不同載荷下的焊接結(jié)構(gòu)不同載荷條件下的破壞形式——在靜載及主要承受靜載的狀態(tài)下，將導(dǎo)致：形變斷裂、脆性斷裂、層狀撕裂和失穩(wěn)破壞?！跓嶝?fù)荷狀態(tài)下，將導(dǎo)致：低溫的影響—脆性斷裂，高溫的影響—屈服極限的高溫失效及蠕變失效?！趧虞d荷狀態(tài)下，將導(dǎo)致：疲勞斷裂。

焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷種類

載荷的分類主要根據(jù)載荷特征值通常我們把這種載荷特征值?（Kappa）稱為極限應(yīng)力比，來確定載荷的種類：分為：主靜載荷

?=+1

靜載荷

?=+0.5

主要靜載荷，聯(lián)系到構(gòu)件壽命，載荷作用次數(shù)限制到10000次動載荷

?=±0

脈動載荷

?=-1

交變載荷主靜載：能夠出現(xiàn)應(yīng)力均勻化，因此應(yīng)力集中在一定情況下將為次要地位動載：失效形式是疲勞斷裂缺口效應(yīng)

工程上通常用作用在截面上力線的疏密程度表現(xiàn)應(yīng)力的分布狀況。形狀均勻的橫截面上,力線分布是均勻的缺口使力線發(fā)生偏離，使受載構(gòu)件缺口處附近力線密集缺口處局部應(yīng)力升高應(yīng)力集中焊接接頭中的缺口效應(yīng)

對接焊縫時(shí)的應(yīng)力分布

對接接頭基本上滿足焊縫中的力線分布不受干擾和應(yīng)力分布均勻要求

如果在一個(gè)對接接頭中，由于施工制造缺陷而產(chǎn)生內(nèi)部的或外部的缺口時(shí)，那么這種焊接接頭是不完善的。

不同厚度的構(gòu)件焊成的對接接頭，形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面造成的缺口，此時(shí)所產(chǎn)生的峰值應(yīng)力高度與所選擇的過渡形狀有關(guān)。角焊縫形式：面角焊縫，最經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樗淮嬖诙嘤嗟暮缚p體積。盡管存在小的外部缺口效應(yīng)，但在主要承受靜載荷的構(gòu)件上仍可使用這種焊縫形狀。凸面角焊縫一般應(yīng)被避免。它是不經(jīng)濟(jì)的并且具有最大的缺口效應(yīng)。僅在角接焊縫時(shí)使用這種焊縫形狀，甚至認(rèn)為是有利的。凹面角焊縫的焊縫體積大于平角焊縫的焊縫體積。凹形角焊縫具有最小的外部缺口效應(yīng)，因此優(yōu)先用于承受動載的構(gòu)件中。它們多半只能在船形位置焊接時(shí)得到。不等腰焊縫常用于端面焊縫的焊接，目的是減少缺口效應(yīng)（應(yīng)力集中）。主靜載焊接結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——鋼材強(qiáng)度高，塑性、韌性較好；重量輕；材質(zhì)均勻和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合；制作簡便，施工工期短；密閉性好；耐蝕性差；耐熱不耐火；低溫和其它條件下，可能發(fā)生脆斷。構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求（受壓條件下的失穩(wěn)、桁架梁和實(shí)壁梁）——受壓構(gòu)件的彎曲失穩(wěn)——軸心受力構(gòu)件（軸心受力構(gòu)件的常用截面形式可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩大類）——受彎構(gòu)件（實(shí)腹式受彎構(gòu)件梁、格構(gòu)式受彎構(gòu)件桁架梁、梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)）焊接的實(shí)壁梁——使用軋制型材可以很方便地改變實(shí)壁梁的高度，只需改變腹板的高度，可增大該處的慣性矩，并減小支座，但應(yīng)注意在支承處驗(yàn)證其抗剪能力?！趶澗睾图袅Φ淖饔孟?，需對受彎梁進(jìn)行局部加強(qiáng)。在L0長度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加強(qiáng)后，增大在該區(qū)域內(nèi)的慣性矩，提高承載能力。實(shí)壁梁加強(qiáng)板的配置及翼板加強(qiáng)時(shí)端部的焊接接頭——由腹板及加強(qiáng)板組成的區(qū)域稱作翹曲區(qū)，為提高梁的穩(wěn)定性及承受彎曲和剪應(yīng)力的能力，需對梁進(jìn)行剛度加強(qiáng)，即：橫向加強(qiáng)和縱向加強(qiáng)。桁架梁——桁架梁的優(yōu)點(diǎn)是，每個(gè)桿件的材料性能均可得到充分利用。從焊接觀點(diǎn)來說，每個(gè)桿件的截面形狀選擇以及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)非常重要?！獥U件的截面形狀可根據(jù)不同的條件進(jìn)行選擇，并有不同的方案（合理的焊接方案、合理的制作方案、防腐技術(shù)方案）——焊接節(jié)點(diǎn)框架轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)——角平分線上受載時(shí)的應(yīng)力分布（應(yīng)力分布不是直線而是雙曲線；在直角截面上，平面交界處的拉應(yīng)力，在轉(zhuǎn)角凸出處上的分布一直為零；尖銳的轉(zhuǎn)角凹進(jìn)處，壓應(yīng)力在理論上上升到無窮大）?？蚣苻D(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則——選R/h≥1——內(nèi)翼板的強(qiáng)度要高于外翼板——框架轉(zhuǎn)角區(qū)域的腹板加強(qiáng)——對于徑向力，采取通過徑向的調(diào)整加強(qiáng)，同時(shí)增加板厚等措施，提高穩(wěn)定性——腹板和翼板之間的頸部焊縫測定為雙軸應(yīng)力狀態(tài)疲勞斷裂的產(chǎn)生原因及特點(diǎn)——脆性破壞與疲勞破壞的相同點(diǎn)（都屬于低應(yīng)力破壞；破壞之前，結(jié)構(gòu)都沒有明顯的征兆或外觀變形，突發(fā)性強(qiáng)，令人促不及防；都對應(yīng)力集中很敏感起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于應(yīng)力集中點(diǎn)）——脆性破壞與疲勞破壞的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)（載荷性質(zhì)不同、對溫度敏感性、受載次數(shù)多少、斷裂經(jīng)歷時(shí)間、斷裂經(jīng)歷過程、斷裂機(jī)理機(jī)制、宏觀斷口形貌、微觀斷口形貌）影響焊接接頭疲勞強(qiáng)度的因素——疲勞載荷的性質(zhì)和大小；腐蝕介質(zhì)會加速疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展速率，降低疲勞壽命——結(jié)構(gòu)構(gòu)造剛?cè)嵯酀?jì)的程度；結(jié)構(gòu)上，特別是接頭上的各種應(yīng)力集中現(xiàn)象；材質(zhì)的純度與材料的塑性和韌度；結(jié)構(gòu)殘余拉應(yīng)力提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的工藝 ——結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中是降低焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的最主要因素。預(yù)防、減小應(yīng)力集中的工作，應(yīng)該貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和使用的整個(gè)過程當(dāng)中?！O(shè)計(jì)措施——工藝措施——使用中的維護(hù)措施材料特點(diǎn)——非熱處理強(qiáng)化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度和0.2%屈服強(qiáng)度與供貨狀態(tài)幾乎沒有區(qū)別，而對一可熱處理化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強(qiáng)化鋁合金的比值大約0.5至0.6之間，在焊接狀態(tài)要稍低一些，對于熱處理強(qiáng)化鋁合金鋼在0.7至0.8之間?！X合金的斷裂延伸率還沒有達(dá)到EN10025中普通結(jié)構(gòu)鋼的一半（S235）。——焊后接頭強(qiáng)度下降?！X合金基本沒有低溫脆性問題鋁合金焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則——鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，雖然在計(jì)算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基本相同，但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設(shè)計(jì)、許用應(yīng)力等方面又不同于鋼結(jié)構(gòu)?！X與鋼相比重要的區(qū)別（比較低的強(qiáng)度；低彈性模量；焊接熱影響區(qū)；擠壓型材的成型不可預(yù)測性；有減少輕型結(jié)構(gòu)質(zhì)量可能性）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊接——鋼和鋁的坡口有區(qū)別：——應(yīng)該考慮到，焊接時(shí)在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要產(chǎn)生強(qiáng)度的降低。焊接結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)是從焊縫中點(diǎn)及根部算起向各個(gè)方向延伸30mm的區(qū)域。