剪力和轴心力共同作用下的T形连接角焊缝计算.ppt

3、弯矩、剪力和轴心力共同作用下的T形连接角焊缝计算 b) 1 a) 形心 M N V o 1 有效截面 A A B B 焊缝受M、V、N作用 a) 形心 M N V o 1 有效截面 c) XX lw 剪力V与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的 状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力。 轴力N与焊缝轴线垂直，形 成垂直于焊缝方向的均匀分布应 力fN f = （3-29 ） （3-28 ） 在M作用下，有效截面上产生垂直 于焊缝方向且按三角形分布的应力M We角焊缝有效截面绕x轴（图）的抵抗矩。 （3-30） b) 1 a) 形心 M N V o 1 有效截面 A A B B c) XX lw 有效截面 在1点处，有垂直于焊缝长度方向 的最大应力f，且 形心 M N V o 1 1 例3-6 设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周遍围 焊），并验算角焊缝强度。钢材A3F，手工焊，焊条 E43型。偏心力N=400kN（间接动力荷载引起），e=25cm 。 N V M a)b)c) 例题3-6 (角焊缝受偏心剪力) 分 析 目标：设计节点板和预埋钢板间的角焊缝（设计焊脚 尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度已由其它构造 要求确定。） 操作：焊脚尺寸根据经验拟定； 验算焊缝强度； 是一个只有弯矩和剪力作用的问题。 特点：因周边围焊，焊缝截面较复杂，计算惯 性矩时忽略绕角部分（留作起落弧用）； 剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝） 承受。 计 算 确定焊缝强度设计值ff w 查规范得 ff w =160N/mm2 作用在焊缝上的力素计算 V=N=400103N M=Ne=40025104=10000104 N-mm 拟定焊脚尺寸hf 考虑到牛腿腹板厚为10mm，受间接动力荷载 。 设计 hf =8mm，并将所有焊脚尺寸取相同值。 计算焊缝截面抗剪面积Af惯性矩Ix N V M a) Af = 0.783602=4032mm2 Ix= 0.78200(205.6-5.6/2)22 + 0.78(95-5.6)(180-5.6/2)24 + 0.7836032/12 = 19897104mm4 确定危险点，计算危险点应力 由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下 侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为 y=180mm。 各项应力为： b) 所以该构件强度满足要求 c) 例3-5 设计图例3-5中节点板和预埋钢板间的角焊缝 。 偏心力P=150kN（静荷 载）。钢材A3F，手工 焊，焊条E43型。 100 100 20 P 4 5 3 V N M 节点板 预埋钢板 例题3-5（角焊缝受偏心力） 分 析 目标：设计节点板和预埋钢板间的角焊缝（设计焊脚 尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度已由其它构造 要求确定。） 操作：焊脚尺寸根据经验拟定； 验算焊缝强度。 特点： 荷载P不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力N、 剪力V、弯矩M。属于角焊缝受弯矩、剪力、 轴心力共同作用的情形。用式（3-11a）、 （3-11b）计算。 计 算 确定焊缝强度设计值ff w 查规范得 ff w =160N/mm2 作用在焊缝上的力素计算 N=3P/5=3150/5=90kN V=4P/5=4150/5=120kN M=Ne=902=180kN-cm 拟定焊脚尺寸hf 考虑到连接板件厚度为10mm，受静力荷载。取 hf =8mm。 确定危险点，计算危险点应力 焊缝下端点最危险，该点各项应力为： 100 100 20 焊缝强度富裕量较大是因为节点板尺寸较大 的缘故，而节点半尺寸常由其它构造要求决定。 图3.34 角焊缝承受扭矩作用 B A 4、在扭矩、轴心力和剪力共同作用下的T形连接角焊缝计算 o y x rx ry T (1)、角焊缝承受扭矩作用 设：被连接的板件是刚性的 ，而焊缝是弹性的，扭转时 ，焊缝有效截面绕形心“0” 转动。扭矩引起的应力与r成 正比。 分析扭矩T产生的应力 在A和B点，r最大，扭转应 力 最大。A点或B点是应 验算的危险点。 把由扭矩T引起的剪应力分解成 垂直于焊缝方向的应力分量和平行 于焊缝方向的分量。 A点的应力： IpIxIy 角焊缝有效截面对形心0的极惯性矩 Ix、Iy 角焊缝有效截面对x、y轴的惯性矩 把 向x、y方向分解，得与焊缝轴线垂直的应力 和与焊缝轴线平行的应力 A点或B点焊缝强度的计算： (3-35) 图3.34 角焊缝承受扭矩作用 B A o y x rx ry T （2）角焊缝承受扭矩、轴心力和剪力共同作用 A F V N e =+ ry rx T=V.e rx ry V N 3.36 最不利点A点焊缝强度的验算： 例3-7 设计牛腿板与钢柱间的连接角焊缝（三面 围焊），并验算焊缝强度。板边长度l1=300mm， l2=400mm，偏心力N=4196kN，e1=300mm，直接承受动力 荷载，钢材A3F，手工焊，焊条为E43型。 y e1 T N V A o a ) e2 l1 l2 x ry rx r b ) y ox y 0.7hf 例题3-7围焊缝受偏心剪力 分 析 目标：设计牛腿板和钢柱板间的角焊缝（设计焊脚 尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度已由其它构造 要求确定） 特点：扭矩和剪力共同作用 操作：焊脚尺寸根据经验拟定； 计 算 确定焊缝强度设计值ff w 查规范得 ff w =160N/mm2 y e1 T N V A o a ) e2 l1 l2 拟定焊脚尺寸hf 考虑到牛腿板厚度不明，受直接动力荷载。 暂设计 hf =8mm，并将所有焊脚尺寸取相同值。 计算焊缝截面几何量 （1）形心位置 x = 90mm （2）惯性矩 x y x 300 400 Ix =0.784003/12+0.78（300+5.6-8）202.822 =16.4107mm4 扣除了8mm考 虑起落弧 Iy =0.7830032/12+0.78300(150-90)22 +0.78400902 =5.5107mm4 Ip=Ix+Iy =(16.4+5.5)107mm4 =21.9107mm4 e=e1+e2=300+210=510mm rx= e2 = 210mm，