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文档简介

,第3章 钢结构的连接,3.1 连接的种类与特点 3.2 对接焊缝构造与计算 3.3角焊缝构造与计算 3.4 焊接应力与焊接变形 3.5 普通螺栓连接计算 3.6 高强螺栓连接计算,3.1 连接的种类和特点,(1)概述 钢结构中,连接占有相当重要的位置。 钢结构的连接通常有: 焊接连接、 普通螺栓连接 高强度螺栓连接等, 这些也是钢结构的基本连接方式。,(2-1)电弧焊 通过通电后焊条与焊件之间产生的强大 电弧提供热源,溶化的焊条(焊丝)与焊 件溶化部分形成焊缝。焊缝质量可靠,为 最常用的一种焊接方法。 分手工电弧焊和自动埋弧焊(半自动)。,手工电弧焊接工艺,Q235-E43;Q345-E50;Q390-E55,自动埋弧焊接工艺,Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn,(2-2)电阻焊 利用电流通过焊件接触点表面产生的热量熔化金属,再通过压力使其焊合。适用薄壁型钢(12mm内)。 (2-3)气 焊 利用乙炔在氧气中燃烧而形成的火焰来熔化金属,形成焊缝。适用薄钢板或小型结构。,各种连接的特点,焊接连接: 优点:不削弱构件截面,构造简单,节约钢材,加工方便,可采用自动化操作,生产效率高。刚度较大、密封性能好。 缺点:焊缝附近存在热影响区,由高温快速降到常温,使钢材脆性加大;存在焊接残余应力及残余变形;焊接结构低温冷脆问题也比较突出。,螺栓连接 优点:安装方便,便于拆卸。 缺点:需要在板件上开孔和拼装时对孔,制造工作量大;螺栓孔还使构件截面削弱,被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板,比焊接连接多费钢材,(3)各种连接的特点,3.2 对接焊缝构造与计算,3.2.1 对接焊缝的构造 1、形式,2、对接焊缝的优缺点 优点:用料经济、传力均匀、无明显的 应力集中,利于承受动力荷载。 缺点:需剖口,焊件长度要精确。,3、对接焊缝的构造处理,变厚度板对接 变宽度板对接,3.2.2 对接焊缝的构造和计算,二、弯矩剪力共同作用,1、弯曲正应力 2、最大剪应力 3、折算应力,3、折算应力,正应力、剪应力都较大时,例题,例3-2:图3-2所示,荷载设计值F=550kN,偏心距e=300mm,钢材Q235B, 手工焊,焊条E43型,焊缝等级三级,使用引弧板,试验算工字钢截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度。,3.3 角焊缝的 构造和计算,角焊缝连接(端焊缝连接),角焊缝(三面围焊),3.3.1 角焊缝的构造 1、角焊缝种类 包括直角角焊缝(图a)和斜角角焊缝(图b),(1)、 直角角焊缝 (a)普通焊缝 (b)平坡焊缝 (c)深熔焊缝,(2)斜角角焊缝: (a)斜锐角焊缝 (b)斜钝角焊缝 (c)斜凹面角焊缝,(3)表示方法,2、角焊缝的受力特点 焊缝破坏面,角焊缝破坏面上的应力,侧焊缝的应力变化:,3.3.2 角焊缝的计算 一、受轴心力作用,焊缝有效面积 Nx、Ny假定在有效面上均匀分布,根据一点应力状态,强度理论,直角角焊缝的基本公式,几种特殊情况,正焊缝: 侧焊缝:,斜焊缝,有两种方法:,其一: 式中 其二:将N沿着垂直、平行两个方向分解成Nx、Ny,分别求出 、 ,再利用基本公式计算。,例题,例3-3:图3-3所示的双盖板连接,钢材为Q235-B,手工角焊缝,焊条E43系列,焊脚尺寸 hf=6mm , 求该连接所能承受的最大静荷载N。 已知:t=12mm, t1=8mm,二、角钢与连接板焊接连接,在分析过程中要求: 1、外力的大小平衡 2、外力的作用线必须经过角钢的截面形心 根据以上两点,列出受力平衡方程,K1、 K2焊缝内力分配系数; N1 、N2 分别为角钢肢背和肢尖传递的内力 N3 端部正面角焊缝能传递的内力,角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算 N3= 0 。,角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算,由N2 = 0 得,例题3-4,试设计图所示的双角钢与节点板角焊缝连接,钢材为Q235B 钢,手工焊,焊条为E43型,轴心力设计值N=900kN,分别采用三面围焊、两侧焊进行设计。,三、弯矩、剪力、轴力共同作用下,轴力、剪力在有效面上平均分配,但弯矩作用不是平均分配,1、轴力N作用下x方向应力 2、剪力作用下,y方向应力,3、弯矩M作用下,x方向应力,M、V和N共同作用下,焊缝上或下端点最危险处应满足,例题3-5,如图所示的结构,钢材为Q235-B,手工角焊缝,焊条E43系列,焊脚尺寸 hf=8mm , 求该连接所能承受的最大静荷载P。,例3-6:,图3-6所示的结构,钢材为Q235-B,手工角焊缝,焊条E43系列,焊脚尺寸 hf=8mm , 求该连接所能承受的最大动荷载P。已知: t=12mm, tw=8mm.,四、扭矩、剪力、轴力共同作用下,分析时基本假定: 1、被连接件是刚体,焊缝是弹性体 2、扭矩作用时,焊缝变形以形心微转 3、剪力、轴力在有效面上均匀分布 特别注意: 扭矩与弯矩的区别 扭矩两个被连接件相对滑移、转动 弯矩相对脱开、分离,扭矩T作用下各点应力计算(以A点为例): Ix+Iy为焊缝计算截面对形心的极惯性矩,x、y为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。,V作用下A点 N作用下A点,A点合应力,,,例3-7,如图3-7所示,三面围焊,钢材为Q235-B,手工焊,焊条E43型,偏心量e=50mm。求该角焊缝连接所能承受的最大静态轴心力P。,练习题,1、偏心力P=150kN,板材Q235AF,焊条为E43型, 手工焊,焊缝等级三级,试验算图XT3-3中对接焊缝的强度。 。,2、 果将对接焊缝改为双面角焊缝hf=8mm,角焊缝的hf=6mm,肢背焊缝长度250mm,肢尖焊缝足够长,试求该结构所能承受最大静力荷载P,3、某柱外侧焊接一块侧板,采用两条水平角焊缝焊接如图XT3-13所示,手工焊,焊条E43系列,焊脚尺寸hf=8mm ,钢材为Q235-B,板厚均t=12mm。 求该连接所能承受的最大动荷载P。,角焊缝连接的构造要求,3.4 焊接应力与焊接变形,(1) 焊接变形和焊接应力产生的原因: 焊接过程中,局部区域受到高温作用,引起不均匀的加热和冷却,使构件产生变形. 在冷却过程中,焊缝和焊缝附近的 钢材的收缩受到约束而产生应力.,(2)焊接应力的影响,在常温和静荷载作用下,对构件的强度无影响,但对刚度则有影响。 塑性变形降低,容易产生裂缝。 疲劳强度降低。 使稳定承载力降低。 使构件提前进入塑性阶段。,(3)主要焊接应力,纵向收缩引起的纵向应力(焊缝方向的应力):,横向应力(与焊缝垂直方向):,考虑整体冷却与焊接次序的叠加,焊接次序的影响,焊缝厚度方向的焊接应力:,厚度小于 25mm时,厚度方向应力不大;但板厚大于50mm时,厚度方向应力可达50N/mm2左右。,(4)焊接变形,主要形式: 纵向收缩、横向受缩、弯曲变形、角变 形、波浪

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